关于列车垂向减振系统的认识,从第一辆蒸汽机车的发明一直延续至今。减振系统的主要作用是缓解轨面不平顺性和轮对与轨道之间相互碰撞所产生的振动。随着列车速度的不断提高,车辆产生的振动也越大,对减振系统各项参数的要求也越高。本文从碰撞振动角度对列车垂向减振系统做出动力学分析,主要从以下几个方面进行了研究:首先,引入天棚减振器的概念,对早期不含减振元件的列车进行研究,结合轨道集总参数模型和车辆集总参数模型,以一个车轮与轨道的碰撞振动作为研究对象,建立一类两自由度上下刚性碰撞的动力学模型。经过受力分析,得出系统的运动微分方程,引出混沌现象,为货车和客车垂向减振系统的动力学研究提供了基础。其次,对货车垂向减振系统进行动力学建模,在列车垂向动力学模型的基础上,考虑轨面不平顺带来的激励,建立一类三自由度碰撞振动系统的动力学模型。依据周期运动的条件,推导出碰撞振动系统解析解的表达式,分析了振动系统的周期运动,建立了Poincaré映射。选择一个截面作为Poincaré映射面,在选择适当的系统参数条件下,数值模拟了系统发生倍化分岔、Hopf分岔的动力学行为。最后,建立客车垂向减振系统的动力学模型,将轨道弹性和轨道质量纳入考虑范围,以一个车轮的碰撞振动为研究对象,对客运列车垂向减振系统建立一类四自由度碰撞振动系统模型。解耦时,利用多自由度碰撞振动系统运动微分方程推导的结论,结合牛顿第二定律得出系统的解析解,确定该系统的Poincaré映射。在控制系统的质量、碰撞恢复系数等参数不变的情况下,发现系统在不同弹性系数、阻尼系数条件下发生叉式分岔、Hopf分岔、Hopf-flip分岔及通向混沌的动力学行为。文章分析了三类列车垂向动力学行为,将碰撞振动作为一种研究方法,建立了不同的碰撞振动系统模型,主要运用庞加莱截面法分析了列车垂向动力学的稳定性。列车轮轨碰撞动力学的研究为列车提速过程中减振系统的动力学优化提供了理论依据,也体现了如何选择合理的系统参数,避免转向架与车体的多余振动和控制有害的混沌运动状态,达到提高减振性能的目的。