列车脱轨是危及铁路行车安全的主要因素,轮轨型铁路运输系统最基本的安全要求就是保证不发生列车脱轨事故。长期以来,世界各国铁路部门和科研人员开展了大量的脱轨理论与试验研究,取得了丰硕成果。但由于脱轨问题的复杂性和研究的困难性,至今,脱轨事故仍时有发生,特别是在中国,脱轨事故占铁路行车重大、大事故70%左右,严重影响着中国铁路运输的经济效益和社会效益。已有的脱轨研究,都没有较好地考虑轨道运动对轮轨接触几何、蠕滑率/力和脱轨的影响。本文的主要工作有: (1) 基于弹性轨道模型,根据轮轨空间接触几何关系,将车轮踏面及钢轨踏面通过曲面拟合成三次样条函数,对最小距离搜索法进行改进,实现一种考虑轨道横移、垂向平移和翻转运动的改进轮轨接触几何算法。分析了轨道横移、垂向平移和翻转运动对锥形踏面轮对和磨耗型踏面轮对轮轨接触几何的影响。 (2) 推导了能考虑轮对及轨道运动的轮轨接触蠕滑率。在轮轨滚动接触蠕滑率/力关系分析方面,首先按Kalker线性理论计算,然后采用Shen-Hedrick-Elkins理论进行非线性修正。分析了轮对横移、摇头及轨道横移、垂向平移和翻转运动对轮轨滚动接触蠕滑率/力的影响。 (3) 简评了现有脱轨准则,采用经典和近似解析的方法推导了单轮对稳态脱轨准则。基于这个准则,分析了基本脱轨参数和轮对及轨道运动对脱轨的影响。 研究结果表明,轨道运动对轮轨接触几何及轮轨滚动接触蠕滑率/力的影响较大,而对临界脱轨的影响较小。