详情

原文传递高速列车横向运动稳定性和动态脱轨理论分析及评价方法研究

论文题名：	高速列车横向运动稳定性和动态脱轨理论分析及评价方法研究
关键词：	高速列车;轮轨接触非线性;横向运动稳定性;动态脱轨;动力学分析;评价指标
摘要：	世界高速铁路的快速发展对高速列车动力学相关理论的研究提出了新的难题和更高的要求。高速时轮轨相互作用系统间存在的非线性特征表现得比低速时更加明显，迫切需要针对高速列车横向运动稳定性和动态脱轨问题进行深入的理论分析。　　本文以轮轨相互作用为核心，围绕高速列车横向运动稳定性和脱轨问题，将理论分析和工程应用相结合，在以下几个方面进行了创新性研究: 　　(1)基于高速列车蛇行失稳及脱轨的特点，建立了一套更适用于进行高速列车非线性系统动力学分析的模型，编制了相应的计算机分析程序。通过与商业软件及现场实测数据进行对比分析，验证了所建模型及分析程序的准确性。该模型中的轮轨三维几何接触求解算法可准确模拟高速列车失稳及脱轨过程中轮缘和踏面同时与钢轨接触时接触点位置的跳跃及轮轨接触非线性的陡变特性。与商业软件相比，在计算速率方面具有较大优势，且提高了计算过程的可控性，在详细捕捉高速列车脱轨全过程特征量及深入分析冲角对脱轨的影响方面具有优势。　　(2)针对高速列车蛇行运动稳定性关键影响因素，开展了轮轨非线性几何参数与车辆悬挂参数的合理匹配关系研究，给出了轮轨接触几何非线性及车辆悬挂非线性因素对高速列车蛇行临界速度及蛇行运动极限环的影响规律。提出了与轮轨几何非线性参数相匹配的一系纵向定位刚度、抗蛇行减振器节点刚度及阻尼系数值的取值范围。　　(3)针对高速列车在“超临界”蛇行失稳极限环分岔形式下，转向架横向加速度峰值监测法无法有效监测转向架小振幅蛇行失稳的不足，将理论分析和在线监测方法相结合，首次提出了一种基于转向架横向振动能量分布特征的高速列车横向运动稳定性评价方法，并通过数值仿真计算，验证了该方法的合理性和有效性。　　(4)从非线性系统动力学的角度研究了影响高速列车动态脱轨过程的关键因素及其影响规律，揭示了高速列车产生脱轨的最不利因素。通过分析高速列车脱轨过程中轮对运动姿态及轮轨作用力的变化规律，提出了脱轨过程中的关键临界点和突破该临界点发生脱轨所需要具备的条件。从脱轨的动态特征、力学机理等方面解释了车辆在低速及高速条件下脱轨的本质区别。　　(5)针对现有脱轨系数指标在评价高速列车脱轨安全性时的局限性，首次提出一种基于动态脱轨全过程量的高速列车动态脱轨安全性评价方法，给出了不发生脱轨时的轮对横移加速度移动均方根限值。数值仿真计算证明，该方法与脱轨系数评价指标相比，可以减小误判率，更准确地监测高速列车的脱轨安全性，便于实现工程应用。
作者：	孙丽霞
专业：	载运工具运用工程
导师：	姚建伟
授予学位：	博士
授予学位单位：	中国铁道科学研究院
学位年度：	2014
正文语种：	中文