【摘 要】
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轮轨磨耗是高速列车运行安全性、经济性的重要问题之一,轮轨磨耗可能会恶化车辆动力学性能。本论文针对京津城际铁路存在的严重轮缘磨耗问题,开展了关于轮缘磨耗的车轮型面优化设计研究,并对优化型面进行了仿真验证。学位论文主要工作如下:（1）对京津城际铁路的CRH3动车组车轮磨耗、线路特征进行分析。该线路上CRH3动车组车轮轮缘磨耗问题严重,一个镟修周期内轮缘厚度减少量最大为3.2mm,造成轮缘磨耗的主要曲线
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轮轨磨耗是高速列车运行安全性、经济性的重要问题之一,轮轨磨耗可能会恶化车辆动力学性能。本论文针对京津城际铁路存在的严重轮缘磨耗问题,开展了关于轮缘磨耗的车轮型面优化设计研究,并对优化型面进行了仿真验证。学位论文主要工作如下:（1）对京津城际铁路的CRH3动车组车轮磨耗、线路特征进行分析。该线路上CRH3动车组车轮轮缘磨耗问题严重,一个镟修周期内轮缘厚度减少量最大为3.2mm,造成轮缘磨耗的主要曲线半径是2500 m以下的小半径曲线。（2）建立了含50个自由度的CRH3动车组动力学仿真模型,并选取京津城际铁路典型小半径曲线工况建立了3种动力学仿真工况和磨耗预测工况。（3）根据车轮型面的单调性和凹凸性要求,结合相邻曲线间的相切关系,推导了轮缘及其根部的数值化表示公式,采用R4、T、R5、R6、x R6这5个参数数值化表示轮缘及轮缘根部廓形。研究了5个参数对轮轨接触、车辆动力学性能、车轮磨耗的影响。结果表明,R4对小半径曲线通过性能和轮缘磨耗预测结果无影响;T、R5主要影响通过小半径曲线时的轮缘磨耗;R6、x R6对不同大小半径曲线车轮磨耗性能的影响相反,即通过减小R6、增大x R6可以减轻车轮轮缘磨耗,但同时会导致踏面磨耗加重,并增加动车组失稳风险。（4）以减轻轮缘磨耗为目的,对R4、T、R5进行优选。将R6、xR6作为多目标优化设计变量,以磨耗功和疲劳因子为目标函数,建立了车轮型面多目标优化数学模型。应用Isight软件搭建了车轮型面优化流程,该流程先进行最优拉丁超立方试验设计,得到一系列的设计变量值;然后调用MATLAB生成设计变量对应的车轮型面wpf文件,紧接着调用UM软件进行动力学仿真;最后调用MATLAB提取并处理UM结果文件,获取目标函数和约束函数值,并反馈给优化流程完成构建RBF近似模型。基于RBF近似模型,采用NSGA-II进行求解获得优化型面LMB-OPT,并通过仿真手段对LMB-OPT、LMB进行了对比验证,结果表明,LMB-OPT继承了LMB型面在通过大半径曲线时的良好性能,并且LMB-OPT在小半径曲线上的安全性、车轮磨耗性能、车轮抗疲劳性能均优于LMB,轮缘磨耗问题得到了有效缓解。图93幅,表19个,参考文献88篇。
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