高速行车条件下铁路非线性轮轨系统随机振动特性理论与试验研究

高速铁路轮轨系统结构复杂，存在很强的非线性和随机成分，对于非线性和随机性的高速铁路轮轨系统振动，有必要运用随机振动分析方法进行理论与试验研究。本项目将详细考虑高速铁路轮轨系统非线性环节、引入实测车轮和钢轨型面，从铁路大系统角度，建立高速铁路非线性轮轨系统动力分析模型；采用时频分析技术，分析200～400km/h速度行车条件下铁路非线性轮轨系统各刚体及部件的随机振动特性，对振动的频谱及功率谱特性进行统计研究，探明轮轨系统各刚体及部件振动主频之关系，讨论各个频率带振动的根源；基于随机振动理论，研究高速铁路轮轨动态安全性能，分析各指标频谱响应的主频和频谱幅值，从频域内探讨轮轨动态作用力的产生根源；探明轮轨系统参数及线路随机不平顺对轮轨随机振动特性的影响规律，提出轮轨系统参数合理范围。本项目研究成果将为高速铁路轮轨系统设计、更加科学合理的制订高速铁路安全性能评判标准提供理论基础和参考依据。

本项目从铁路大系统角度，建立了高速铁路非线性轮轨系统动力分析模型，模型中详细考虑了高速铁路轮轨系统非线性环节、引入了实测车轮和钢轨型面。基于动力学模型与时频分析技术，研究了200～400km/h速度行车条件下铁路非线性轮轨系统各刚体及部件的随机振动特性。研究了车辆高速通过平面曲线时的轮轨动态相互作用特征，分析了随机不平顺激扰下平面曲线轨道的轮轨动态相互作用特征，探明了高速铁路曲线轨道过、欠超高条件下轮轨动力特性，揭示了波磨激扰下平面曲线轨道的轮轨动态相互作用特征。研究了高速铁路纵断面轮轨系统振动特性，包括坡度和竖曲线半径对轮轨动力性能的影响，变坡点与缓圆点重合时的轮轨系统振动特性。研究了悬挂挠度分配对高速客车柔度系数及曲线通过性能的影响，探明了悬挂挠度的分配对高速客车运行平稳性的影响，分析了高速客车转臂式轴箱定位转向架曲线通过特性，分析了扣件系统垂向振动特性。与此同时，结合高速铁路动车组长期运用服役性能跟踪试验，对高速铁路轮轨系统随机振动特性开展了试验研究。本项目研究成果为高速铁路轮轨系统设计、更加科学的制订高速铁路安全性能评判标准提供了理论基础和参考依据。