高速铁路道岔轮轨接触理论与设计优化研究

高速道岔是高速铁路建设的关键技术之一，要求具有高安全性、高平稳性。本项目重点开展道岔区轮轨动静态接触理论研究；通过分析道岔区轮轨关系设计对等效锥度、轮对倾角、单轮对蛇行运动的影响规律，提出道岔动力参数设计方法；通过所建立的列车/道岔耦合系统动力学，对道岔动力参数设计法进行校核，对高速列车过岔安全性与平稳性进行仿真分析和评估；基于课题组前期研究的轮对横移测试系统、轮轨接触几何状态可视化装置，开展试验技术研究，通过现场列车高速过岔时的轮轨横移测试、道岔区轮轨接触几何状态可视化测试、共同承载钢轨的动载分配测试等试验研究，对所建立的道岔区轮轨接触理论、动力设计方法、仿真评估体系进行验证；最后开展高速道岔尖轨及心轨顶面降低值、基本轨弯折、水平藏尖、钢轨刨切轮廓、轨底坡等轮轨关系的设计优化研究，为进一步提高我国高速道岔行车平稳性和380km/h及以上超高速道岔的研制提供理论与技术支撑。

高速道岔是高速铁路建设的关键技术之一，要求具有高安全性、高平稳性。本项目重点开展道岔区轮轨静态接触理论研究，主要分析了道岔区轮轨关系设计对等效锥度、轮对倾角、单轮对蛇行运动的影响规律，提出了道岔动力参数设计方法；建立了列车/道岔耦合系统动力学理论，对道岔动力参数设计法进行了校核，并对高速列车的过岔安全性与平稳性进行了仿真分析与评估；本项目基于前期研究的轮对横移测试、道岔区轮轨接触几何状态可视化测试、共同承载钢轨的动载分配测试、高速道岔实车动力测试等试验研究，对所建立的道岔区轮轨接触理论、动力设计方法、仿真评估体系进行了验证；最后基于所建立的理论，开展高速道岔尖轨及心轨顶面降低值、水平藏尖、转辙器部分轨距加宽、辙叉部分翼轨加高设计等轮轨关系的设计优化研究，得到如下结论：.（1）转辙器及辙叉部分尖轨顶面宽度及高度的变化，会导致轮轨接触点位置随沿线路方向变化，从而形成竖向及横向的结构不平顺，这是列车与道岔系统振动的激振源之一；（2）道岔各种结构不平顺均限制了侧向过岔速度的提高，为了减缓列车侧向过岔时的轮轨动力作用，可采用双肢弹性心轨及整体叉心式结构；（3）轮对在转辙器部分的横向平稳性较辙叉部分差得多，车轮轮缘必将与钢轨贴靠，轮对横向位移越大，对钢轨的横向冲击作用越厉害，因此在道岔轮轨关系的设计中，应尽可能降低轮对过岔时的蛇行运动幅值；（4）降低尖轨顶面降低值和减小尖轨开始承载的断面对提高车体的横向稳定性是有利的。（5）通过对等效锥度、轮对倾角、动力附加力、蛇行运动振幅四项动力学参数的比较认为我国高速道岔辙叉应按水平藏尖9mm进行设计。