【摘 要】
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随着高速铁路列车速度的不断提升,黏着系数控制问题日益凸显,开展关于黏着系数控制的一系列研究尤为重要。轮轨黏着系数异常不仅会在列车运行过程中产生异常振动,还会降低列车运行的平稳性。车轮在牵引或制动的过程中,如果黏着系数过小将导致车轮空转,易造成车轮与钢轨擦伤,严重影响列车的运行安全。结合以上背景,本文主要研究内容和结论如下:（1）针对磨耗车轮异常振动问题,建立基于圆弧-半径的数学模型,利用GA-BP
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随着高速铁路列车速度的不断提升,黏着系数控制问题日益凸显,开展关于黏着系数控制的一系列研究尤为重要。轮轨黏着系数异常不仅会在列车运行过程中产生异常振动,还会降低列车运行的平稳性。车轮在牵引或制动的过程中,如果黏着系数过小将导致车轮空转,易造成车轮与钢轨擦伤,严重影响列车的运行安全。结合以上背景,本文主要研究内容和结论如下:（1）针对磨耗车轮异常振动问题,建立基于圆弧-半径的数学模型,利用GA-BP遗传算法,求解得到了可以提高车辆运行平稳性、降低车轮磨耗量的车轮优化廓形,并减缓了磨耗车轮的异常振动。结果表明:相比于标准车轮踏面LMB,优化廓形LMB-opti与CN60轨进行匹配时的轮轨接触范围从[-10,+2]mm增加到[-10,+8]mm,等效锥度值减小至0.12;LMB-opti横向振动加速度的均方根值RMS降低了30.3%;LMB-opti运行平稳性的均方根值提高了32.2%。基于Archard磨耗预测模型进行的动力学仿真结果:列车运行5万km、10万km后,相比于LMB廓形,优化廓形LMB-opti的磨耗深度分别降低了4.7%和2.5%。（2）基于激光毛化熔凝理论,通过激光毛化技术对车轮样件IP、PII、PIII和PIV进行毛化,并测量毛化型面的表面粗糙度、表面硬度以及磨耗量等参数。基于实测参数,分析了激光毛化功率对车轮样件物理特性的影响。结果表明:对滚试验中,随着滚动时间的增加,4个样件的表面硬度先增大2HB后减小3～5HB,表面硬度由小到大排序依次是PII I、PII、PIV、IP。（3）依据GPM-30滚动试验机的试验样件标准设计试验方案,分析样件黏着系数的变化。在对滚试验过程中,改变载荷和转数等参数,探究不同的运行里程和对滚时间下,黏着系数的变化规律。结果表明:随着转数的增大,黏着系数在0.015～0.025之间波动;将试验样件按照表面粗糙度0.4～1.0μm、6.0～8.7μm、9.6～11.8μm、15.5～17.8μm分为四组,在微观形貌下,随着纵向深度增加,白层、变形层、原始层区的表面硬度依次增大。（4）基于二维和三维非弹性体接触理论建立有限元模型,结合试验样件对滚模型和分形粗糙表面仿真模型,分析粗糙表面的分形维度及粗糙表面接触应力的变化和分布。结果表明:当摩擦系数（黏着系数）为0.3,分形维数D=1.2,速度为60km/h时,IP样件的接触应力为9.21×104N;当分形维数D=1.4,速度为120km/h时,PII样件的接触应力为1.42×105N;当分形维数D=1.7,速度为240km/h时,PIV样件的接触应力为1.63×105N;当在速度分别为120km/h、240km/h时,PIII样件的摩擦系数（黏着系数）处于0.15～0.6之间,接触应力在6.67×104N到2.516×105N[66.7k N,251.6k N]区间内变化。
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