高速铁路车轮多边形对轨道动作用分析

李忠继 陈志贤 姚 力 杨吉忠 林红松

(中铁二院工程集团有限责任公司， 成都 610031)

目前，我国高速铁路无砟轨道的铺设里程已达3万多公里，形成了系统的设计、施工和运营维护理论技术体系，保证了高速铁路的高效安全运营。随着运营时间的增加，一些新问题也随之突显，其中车轮多边形磨耗就是较为突出的一个。运营中的高速列车车轮因连续磨耗，轮径不断减小,且在缩小的不同阶段发生不同程度的车轮多边形，某些阶段还十分严重。列车车轮非圆化磨耗会使轮轨间作用力显著增大，导致铁路车辆和轨道产生强烈的振动和噪声[1]。这给高速铁路设计，特别是未来更高速度等级高速铁路的设计带来了新的挑战。车轮多边形引起的轮轨作用效应是高速铁路设计，特别是轨道结构载荷研究和结构疲劳设计中应该重点考虑的问题。

国内外学者对车轮多边形问题开展了广泛的理论和试验研究，文献[2]建立了车辆轨道动力学模型，并引入了柔性轮对模型，考虑了轮对的弯曲变形，计算了车轮多边形磨耗对车辆系统动力学性能的影响。结果表明，车轮多边形对车辆运行平稳性指标影响不大，但会导致轮轨垂向力增大。文献[3]研究了高速车轮多边形对车辆横向运动稳定性的影响，结果显示车轮多边形会导致车辆横向蛇行失稳速度降低，严重恶化列车的运行品质，影响其横向稳定性。文献[4]通过建立刚柔耦合动力学模型,详细考虑了轮对的高频弹性振动模态，分析了车轮多边形磨耗对轮轴动应力的影响，结果表明，当车轮多边形磨耗激振频率和轮对固有频率接近时，轮轴动应力会显著增大。……