高速轮轨粘着机理与控制研究

列车的运行要借助于轮轨之间的粘着和制动，轮轨之间的最大粘着力受到接触斑上粘着系数（摩擦系数）的限制，因此高速轮轨关系中的粘着问题是与高速铁路运营密切关联的带有基础性的研究课题。项目通过高速轮轨粘着模拟试验，全面揭示高速轮轨粘着－蠕滑特性行为，阐明速度、轮轨材料、介质（水、油、污染膜、落叶、气候等）、轮轨表面粗糙度、轴重和曲线半径等不同运行状态对高速轮轨粘着特性的影响及作用机理，建立不同运行工况下的高速轮轨粘着系数曲线，分析高速工况下粘着对轮轨损伤行为的影响；基于车辆－轨道耦合大系统仿真结果利用数值分析方法研究高速轮轨粘着的特性；通过研究提出控制和提高高速轮轨粘着系数利用的方法。研究成果将对提高我国高速列车牵引力利用，减轻高速轮轨损伤具有重要的指导作用，同时也可为我国高速铁路的开通运营提供重要的理论保障。

列车运行要借助于轮轨之间的粘着和制动，轮轨之间的最大粘着力受到接触斑上粘着系数（摩擦系数）的限制，因此轮轨关系中的粘着问题是与高速铁路运营密切关联的带有基础性的研究课题。项目利用大型轮轨模拟试验机和数值仿真方法，系统研究了运行参数和接触状态（蠕滑率、速度、曲线半径、轴重、湿度、树叶、磁场、表面粗糙度等）对轮轨粘着特性的影响，建立了不同工况下的轮轨粘着－蠕滑特性曲线，分析了水油介质下运行参数对轮粘着特性的影响与规律。. 合理设计并实现了坡道条件下的轮轨粘着实验，建立了不同介质工况下上坡道和下坡道条件下轮轨粘着系数变化曲线；设计了小比例轮轨模拟实验装置，进行了不同工况下的小比例轮轨粘着模拟实验；系统研究了水和油介质工况下磁场对轮轨粘着特性影响，分析了水油介质下表面粗糙度和新旧模拟轮对粘着系数影响。. 基于全膜弹性流体动力润滑理论，考虑轮轨实际接触载荷和尺寸，计算分析了轮轨间存在“第三介质”油和水时的轮轨接触状态，获得了全膜润滑下的轮轨接触压力和膜厚分布。基于部分膜弹性流体动力润滑理论和Patir-Cheng的平均流量模型，建立了高速轮轨粘着特性数值分析模型，分析了在考虑轮轨表面粗糙度情况下的高速轮轨粘着特性，分析了滚动速度、载荷、轮轨表面粗糙度、轮径等参数对轮轨粘着系数的影响。利用非Hertz滚动接触理论和数值程序CONTACT分析了LM、LMA、S1002和XP55四种车轮型面与我国CHN60钢轨匹配时的轮轨粘滑特性。. 研究提出了轮轨低粘着下增粘方法，系统优化了不同介质下轮轨增粘措施，分析了介质对轮轨表面损伤行为的影响与变化规律，探讨了轮轨增粘与轮轨损伤之间关系。砂、氧化铝颗粒、研磨子三种介质具有不同的轮轨增粘效果；撒砂能提高水介质下的轮轨粘着系数，水介质下撒砂增粘效果主要取决于砂子颗粒的直径及撒砂量；落叶工况下，砂增粘效果最好，氧化铝次之，研磨块增粘效果最差；落叶介质加砂的表面磨损最严重并发生剥落损伤。. 项目研究发表（接收）论文21篇，其中SCI检索论文3篇，EI检索论文11篇（2篇接收），申请发明专利3项（授权1项），培养博士生1名、硕士生6名（优秀硕士论文1篇），参加国际会议报告2次，国内会议报告6次。项目研究成果对提高我国高速轮轨粘着系数利用与控制，减轻轮轨损伤具有重要的指导作用，同时也可为我国铁路轮轨安全运行提供重要的技术指导。