轮轨接触几何计算及其对动力学稳定性的影响(2)
2.4.2 钢轨型面的选择 14
2.4.3 基本参数的对比 15
2.4.4 几种不同方法计算结果 15
2.4.5 小结 17
3 动力学稳定性分析理论以及方法 18
3.1 单轮对蛇形运动以及动力学稳定性 18
3.2 单轮对的动力数学模型 19
3.2.1 重力 19
3.2.2 轮对的运动微分方程 20
3.3 动力学稳定性分析方法 22
3.3.1 线性动力学稳定性分析方法 22
3.4 小结 23
4 轮轨滚动接触几何的非线性参数对稳定性的影响 24
4.1 轮轨接触几何的非线性参数 24
4.2 非线性参数对稳定性的影响 24
4.2.1 Adams基本认识 24
4.2.2 稳定性的影响分析 25
4.3 小结 29
5 结论和展望 30
5.1 主要结论 30
5.2 未来展望 30
致谢 31
参考文献 32
1 绪论
1.1 课题的目的和意义
纵观世界研究范围领域，速度作为交通运输现代化的重要标志之一，往往在很大程度上影响某种交通运输或某种交通工具的兴衰。在中国，铁路是国家重要的基础设施，国民经济的大动脉和大众化交通工具，承载着整个国家的重要交通枢纽，也缓解了航空，水运，公路等方式所面临运输压力。尤其是近些年来高速铁路列车的飞速发展，以及城市轨道交通大范围营运，为铁路列车市场注入了无限的生命力[1]。
2004年1月中国国务院常务会议讨论并原则通过的《中长期铁路网规划》确定中国高速铁路发展规划提出，到2020年，全国铁路营业里程达到10万公里以上。2007年4月，第优尔次大提速正式正式实施，在京哈，京沪，京广，陇海，沪昆，胶济，广深等既有繁忙干线大量开行具有自主知识产权的时速200公里至250公里“和谐号”高速动车组列车。这标志着中国铁路一举进入高速时代。在中国铁路大提速后，我国现在已经建立起具有创新性的运营管理技术，调度指挥水平得以提高，设备文护安全性也十分可靠，检修基地设施也比较完善的整个具有长远可发展性的战略规划，这也决定了高速铁路必将在面向21世纪可持续发展战略中发挥着不可替代的久远意义[2]。
高速列车的动力性能主要包括运行稳定性，平稳性以及通过曲线能力等三个方面。列车稳定性也是评价列车动力性能的重要指标，是铁路运输的最基本要求，主要涉及到运动稳定性，脱轨稳定性，车辆倾覆稳定性。如果车辆运行稳定性出现问题，将会使得高速列车的运行品质大大下降，安全性问题发生可能性也会大大提高，轮轨间发生强烈的碰撞，致使轮轨的严重磨耗，损伤。更为严重则会使车辆失稳，乃至脱轨，出现重大事故，造成线路损坏。一些动车组可能由于一些动力学指标超标，使得最大常用制动被触发，则引起停车事故，进而轮对踏面的磨耗会很大[3]。
在动力学分析范畴之内，当列车在高速行驶的条件下，轮轨问题与车辆的非线性运行稳定性的影响之间会有怎样的关系呢？这个问题自然也成为我们研究的核心问题之一。这当中是需要从轮轨接触的几何非线性以及力学非线性这两个方面来进行分析。世界各国铁路都根据本国实践经验，确定本国或本铁路公司的钢轨轨头和车轮踏面的形状，钢轨轨头的设计形状一般由几段圆弧组成，在轨头中央部位圆弧半径较大，而在靠近轨头侧面处的圆弧半径较小，车轮踏面的设计形状也是由几段圆弧或圆弧与直线组成。轮轨经过长期使用磨损之后，轨头和车轮踏面外形也逐渐变化，不再保持原来的设计形状。由于轮轨的原始外形不同和运用中形状的变化，轮轨之间的接触几何关系和接触状态也是不同和变化的。对于轮轨实际接触几何研究，从车轮具有等斜度的锥形踏面开始，过渡到把踏面近似成单一圆弧，多段圆弧，再到现阶段的任意形状的踏面，使得模拟化的踏面形状越来越接近于真实车轮踏面外形。影响轮轨实际的接触几何的参数主要有：轨头外形，车轮圆弧踏面形状，轨道高度，车轮内侧距，轨底坡，车轮滚动半径，轨距，车轴中心到名义滚动圆横向距离，钢轨横向位移，轮对横移，钢轨垂向位移，轮对摇头，钢轨扭转角，纵向超前量或落后量。在高速车辆运行中动力学性能影响比较大的轮轨接触几何几何参数主要有：左轮和右轮实际滚动半径，此外车轮滚动半径大小也影响轮轨接触应力；左轮和右轮在轮轨接触点处的踏面曲率半径；左轮和右轮在轮轨接触点处的轨头截面曲率；左轮和右轮与左轨和右轨在接触点处的接触角，即，轮轨接触点处的轮轨公切面与轮对中性线之间的夹角；轮对侧滚角；轮对中心上下位移。另外很多非线性因素也在力学非线性问题出有所体现，如，接触斑的大小和形状；轮轨接触的内部产生的应力都对轮轨接触的力学层面有比较大的影响。在除了因为这些轮轨之间的问题所引起的非线性安全性影响之外，还有由于车辆本身所引起的因素。因为在车辆内部存在很多具有非线性特征的减振器，弹簧等悬架元件，他们对于车辆的运行稳定性有至关重要的影响[4]。