轮轨关系对高速车辆稳定性影响的应用研究

论文摘要

运行稳定性是高速车辆的重要动力学指标,是保证车辆安全运行的基本要求。轮轨关系对高速车辆稳定性影响重大。本文结合武广高速铁路实际运行情况,从轮轨磨耗、车轮镟修、钢轨打磨以及轮轨接触几何关系等方面对CRH2-300、CRH3高速动车组的稳定性进行了研究。本文所做的主要工作有:（1）综述了高速车辆稳定性的基本特征以及线性稳定性研究方法和非线性稳定性研究方法,并对非线性临界速度的计算方法进行了总结。（2）概括了CRH2-300以及CRH3高速动车组转向架的特点,建立了单车动力学仿真模型,并对所建立的模型进行了详细的模型验证。（3）对车轮的设计型面、磨耗型面、镟修型面和钢轨设计廓形、打磨廓形的几何特征分别进行综合比较分析,研究不同轮轨匹配时的等效锥度、滚动圆半径差、接触角差、轮轨接触点分布的特点。（4）建立了单轮对运动仿真计算模型,研究不同轮轨关系时的单轮对非线性稳定性。（5）研究了直线、曲线线路上的不同轮轨接触型面、轮轨接触几何关系、轮轨摩擦系数等因素对CRH3横向稳定性的影响。（6）对CRH2-300、CRH3分别使用初始激励和实测轨道不平顺激励的两种方法计算非线性临界速度,得出结论:横移小于3 mm时,等效锥度呈减小趋势的轮轨匹配形成超临界Hopf分岔,出现小振幅的极限环运动,两种非线性临界速度方法计算结果相差较大。使用Benchmark标准车辆模型[58]对该结论进行验证。最后,对车轮凹磨后的CRH3的非线性临界速度及其运动特点进行了简单说明。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 高速车辆运行稳定性研究的必要性
• 1.2 车辆运行稳定性研究的国外现状
• 1.3 车辆运行稳定性研究的国内现状
• 1.4 本文主要研究的内容
• 第2章 高速车辆稳定性的基本理论
• 2.1 车辆运行稳定性的基本概念
• 2.1.1 高速车辆的蛇行运动
• 2.1.2 高速车辆的典型失稳形式
• 2.2 高速车辆线性稳定性的研究方法
• 2.3 高速车辆非线性稳定性的基本理论
• 2.3.1 铁道车辆中的非线性因素
• 2.3.2 铁道车辆中非线性稳定性研究方法
• 2.4 计算非线性临界速度的方法
• 2.5 本章小结
• 第3章 高速车辆的动力学模型
• 3.1 CRH2-300 型高速动车组转向架特点及仿真模型
• 3.1.1 CRH2-300 型高速动车组转向架特点
• 3.1.2 CRH2-300 型高速动车组车辆模型
• 3.2 CRH3 型高速动车组转向架特点及仿真模型
• 3.2.1 CRH3 型高速动车组转向架特点
• 3.2.2 CRH3 型高速动车组车辆模型
• 3.3 线路模型
• 3.4 仿真模型验证
• 3.4.1 CRH3 模型验证
• 3.4.2 CRH2-300 模型验证
• 3.6 本章小结
• 第4章 轮轨接触几何关系分析
• 4.1 轮轨几何形状比较分析
• 4.1.1 车轮外形比较
• 4.1.2 钢轨轨顶廓形比较
• 4.2 轮轨接触几何分析
• 4.2.1 CHN60 钢轨与三组不同车轮踏面匹配
• 4.2.2 G1-Good 与三组不同车轮踏面匹配
• 4.2.3 G1-Bad 与三组不同车轮型面匹配
• 4.2.4 G2 与三组不同车轮型面匹配
• 4.2.5 同一车轮型面与不同的钢轨廓形匹配
• 4.3 本章小结
• 第5章 单轮对稳定性分析
• 5.1 轮对运动的数学模型
• 5.1.1 轮对受力分析
• 5.1.2 轮对运动方程
• 5.2 单轮对的稳定性分析
• 5.2.1 四组不同轮轨匹配时的单轮对稳定性
• 5.2.2 摩擦系数对临界速度的影响
• 5.3 本章小结
• 第6章 轮轨关系对高速车辆横向稳定性的影响分析
• 6.1 直线轨道上的高速车辆横向稳定性分析
• 6.1.1 设计车轮型面下轨底坡对高速车辆横向稳定性的影响
• 6.1.2 磨耗车轮型面下轨底坡对高速车辆横向稳定性的影响
• 6.1.3 摩擦系数对高速车辆横向稳定性的影响
• 6.1.4 轮轨型面对高速车辆横向稳定性的影响
• 6.2 曲线轨道上的高速车辆横向稳定性分析
• 6.2.1 轨底坡对高速车辆横向稳定性的影响
• 6.2.2 轮轨型面对高速车辆横向稳定性的影响
• 6.2.3 钢轨廓形对高速车辆横向稳定性的影响
• 6.3 本章小结
• 第7章 高速动车组的非线性临界速度计算
• 7.1 CRH2-300 非线性临界速度计算
• 7.1.1 初始激励法计算结果
• 7.1.2 实测随机轨道不平顺计算结果
• 7.2 CRH3 非线性临界速度计算
• 7.2.1 初始激励法计算结果
• 7.2.2 实测随机轨道不平顺计算结果
• 7.3 Benchmark 模型对临界速度计算方法的验证
• 7.3.1 初始激励法计算结果
• 7.3.2 实测随机轨道不平顺计算结果
• 7.4 车轮踏面磨耗后的非线性临界速度计算
• 7.5 本章小结
• 第8章 结论与展望
• 8.1 本文主要结论
• 8.2 有待进一步研究的问题
• 致谢
• 参考文献
• 硕士期间发表的科研论文
• 硕士期间参加的科研项目
• 详细摘要