轮轨低黏着及其对高速列车操纵稳定影响若干关键问题0

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1、轮轨低黏着及其对高速列车操纵稳定影响若干关键问题朴明伟（大连交通大学机械工程学院,大连116028）摘要：根据轮轨切向接触分析，提出了控制或抑制车轮自旋蠕滑是解决轮轨低黏着问题的根本技术途径。对于自导向转向架技术模式，在大阻尼抑制蛇行机制配合下，转向架摇头刚度确实得到了增强。但是轮对摇头角度速度增大，却造成了车轮自旋蠕滑的严重负面影响。如日系车辆具有特殊编组形式，其首尾拖车而非动车。而迫导向转向架，电机横摆是其技术创新的突出特征之一。因而必须根据抗蛇行匹配原则实现迫导向转向架优配，实际高铁运用则更加强调高速列车稳定鲁棒性能。同时也必须指出：高铁车辆需要高性价比，其技术经济代价就

2、是确保抗蛇行频带吸能机制的技术实现，如ICE3系列转向架，最小等效锥度0.166，轮对纵向定位刚度120MN/h，以及轨道高精度高平顺技术要求。关键词：轮轨低黏着；高速列车操纵稳定性；自导向/迫导向转向架；大阻尼抑制蛇行机制；抗蛇行频带吸能机制中图分类号:U266.4文献标识码:A高速轮轨接触所产生的大量摩擦热、局部钢轨摄动假设是其技术实现的重要前提条件。尽管通过表面冰霜、以及树叶油污等第3介质，将造成摩擦电机横摆降低了动车转向架蛇行振荡的参振质量，或黏着损失，简称轮轨低黏着问题。对于高速列车但是长达列车高铁运用，若违背了小位移摄动假设系统来讲，轮轨低黏着是其操纵稳定性的主要

3、影响条件，则也将暴露其技术经济性问题，如动车后位因素之一，如擦轮现象、齿轮传动非线性耦合振动转向架瞬间失稳，轮对横向冲击作用导致齿轮箱故或动力轮对服役安全性问题。因此，标准动车组技障。结合中国高铁运用特殊性，如无砟道床、高架术对策制订应当正确认知高速轮轨技术的局限性，铁路以及极端气候影响因素，迫导向转向架优配及强调高速列车系统的稳定鲁棒性能，以切实落实高其经济速度应当作为制订350km/h标准动车组或[2]铁经济运用。长编列车技术对策的核心问题之一。摇头（动态）刚度是维系轮轨横向动态制衡关结合高速轮轨低黏着问题，本文首先阐述自导系的积极因素之一。蛇行振荡是横移与摇头的合成向与迫

4、导向转向架实现方式的技术创新及其局限运动。因而摇头刚度是指轮对或转向架摇头运动的性。然后以降低蛇行振荡参振质量作为基本原则，约束刚度。目前有2种典型的技术实现方式以增强进一步论证（准）高铁车辆的技术经济性。[1]摇头刚度：一是采用自导向转向架，在较低等效1高速轮轨低黏着问题锥度下，eN≤0.25，特别强调轮对横向定位刚度与抗蛇行阻尼的串联效应，以消除低锥度晃车现象。由于高速轮轨接触低黏着问题，无论自导向还但是作为经济型车辆，这类车型必须遵守准高铁运是迫导向转向架，降低参振质量应当作为高速转向用的相关技术规范。如UIC518规定：若车速大于架设计的基本原则之一。280km/h，

5、等效锥度则需要控制在0.15以下，因而1.1高速轮轨蠕滑与滑移这类车辆的高铁运用技术条件十分有限。二是采用在单一曲率轮轨接触线性等效模型中，如图1迫导向转向架，在较高等效锥度下，eN≥0.166，所示，纵向力偶Mz取决于轮对簧下质量，如摇头特别强调轮对纵向定位刚度和抗蛇行高频阻抗作慣矩，其大小为用，以克服轮轨磨耗敏感影响。但是抗蛇行高频阻DcM(FF)zxlxr抗的理想特性是根据Maxwell模型得到的，小位移2车轮横向蠕滑力Fy包括如下2个部分：①转向架摇收稿日期：头运动迫使跟随轮对产生横移速度y，其车轮横向项目基金：国家科技支撑计划课题(2009BAG12A01

6、)、科技部国际合作项目（2010DFB80050）、铁道部计划项目（2011J013-B）和西南交通大蠕滑力Fy-yaw；②自旋力偶可以忽略，但是自旋蠕学开放课题（TPL1102）。作者简介：朴明伟(1962-),男,辽宁鞍山人,教授，主要从事高铁车辆滑将产生对车轮横向蠕滑力效应Fy-spin，即非线性稳定性等研究。E-mail:m_w_piao@126.com。1<<第1项），相当于负阻尼作用，成为了影响轮轨FFF（FF）yy-yawy-spinylyr横向动态制衡关系的主要负面因素之一。锥角纵向和横向蠕滑率均为0名义滚动圆半径/N/N纵向蠕滑力横向蠕滑力0.6纵向蠕

7、滑率自旋蠕滑率（a）纵向蠕滑力饱和曲线（b）自旋蠕滑对横向蠕滑力效滚动圆横向跨距图3纵向与横向蠕滑特性对比轨距由此可见，轮轨低黏着对高速列车操纵稳定性影响主要取决于轮对定位方式。对于自导向转向图1单一曲率轮轨接触线性等效模型架，轮对摇头角速度将造成十分严重的车轮自旋纵向、横向以及自旋蠕滑率具有准静态（第1蠕滑负面影响。也就是说，在较低等效锥度的准静项）与动态（第2项）成份态下，摇头角迫使车轮横向蠕滑增大，这是改善rD其导向性能的积极因素之一。但是随着车速提高，c纵