随着CRH系列高速动车组的开行,列车运行速度和运载量不断提高,我国铁路进入了飞速发展阶段,动车组运行的地域范围、线路状况、气候条件呈多样化趋势。动车组给人们带来安全、舒适、便捷的同时,其在长期服役过程中出现了不同程度的动力学问题。因此,高速动车组线路长期运行适应性研究逐渐引起国内外学者的高度重视。本文从动力学角度出发,围绕线路运行适应性,研究高速列车在服役过程中的系统振动、动力学性能和车轮型面磨耗的演变规律,通过模拟与试验相结合的方法,分析动车组线路适应性的根本问题。本论文得到国家自然科学基金重点项目“基于监测数据的高速列车服役安全性态评估的关键问题研究”(61134002)的资助。本文具体的研究内容有以下几个方面:(1)为了研究轮轨型面磨耗对车辆振动性能和运行质量的影响,详细的描述了考虑传动系统的高速动车系统非线性动力学仿真模型的建模方法,建立了多刚体动力学模型和悬挂参数失效模型,同时进行滚动振动试验台试验验证,结果表明两者的车体和构架的模态参数较为接近,悬挂系统故障时空簧故障对平稳性的影响最大,抗蛇行减振器次之,试验数据和仿真数据从数值和趋势上均比较接近;为了研究影响车轮型面磨耗的关键问题,建立了车轮型面磨耗预测模型。(2)给出了动车组线路跟踪试验方案,进行了线路长期跟踪试验,总结分析不同运行里程下车辆相关部件的振动性能和运行平稳性的演变规律,以及一个镟修周期内的车轮型面磨耗和等效锥度的演变规律。结果表明:电机振动加速度幅值随着运营里程有减小趋势,线路因素对电机振动横向振动影响较大;线路因素和运行里程对齿轮箱横向和垂向振动影响较大;构架和车体横向振动与运营线路关系较大;由传递率和传递主频变化规律可知该动车对蛇行运动的不敏感。磨耗区域均比较集中,轮缘根部磨耗很小;磨耗范围对运行里程不敏感;磨耗速率随着运营里程增加呈非线性变化,基于车轮型面磨耗的演化规律对车轮型面磨耗预测模型的合理性进行了试验验证。(3)基于动力学模型,分析车轮型面对动车稳定性、平稳性和安全性的影响,对比分析动车各部件动态响应;模拟计算轮轨磨耗状态下,悬挂参数失效后的动力学性能变化;分析运营里程和钢轨型面磨耗对动车的动力学性能的影响;讨论电机悬挂刚度对电机振动加速度和悬挂弹簧变形量的影响以及万向轴直径变化对电机、万向轴加速度和悬挂弹簧变形量的影响。结果表明动力学性能对车轮廓形和线路条件较敏感;悬挂参数失效形式不同,对动力学性能的影响不同;电机悬挂刚度变大时,电机垂向加速度变大,弹簧变形量变小;增大万向轴直径,万向轴垂向加速度变小,电机垂向加速度值变大,弹簧伸缩量先减小后增大。(4)给出了车轮型面镟修策略和镟修型面设计,并对设计的镟修型面进行等效锥度和动力学性能分析。结果表明该模板满足车辆安全运行的要求。轮缘厚度的减小车轮磨耗量略有增加,踏面范围内磨耗量接近。(5)研究了影响车轮型面磨耗的关键因素,基于动车动力学模型和车轮型面磨耗预测模型,选取新轮、磨耗中期和镟修前车轮型面,从磨耗体积和磨耗深度角度,分别讨论车辆系统参数(轴重、一系定位刚度、空簧横向刚度、转向架轴距、车轮材料硬度、车轮型面、轮径、轮对安装形位偏差和轮径差)、轨道系统参数(曲线半径、轨底坡、轨距和钢轨型面)、运营条件(运行速度、轨道激励、轮轨接触表面状况)以及经济镟修对车轮型面磨耗规律的影响。结果表明磨耗预测模型初始型面磨耗程度不同,同一关键参数对磨耗的影响规律有些相同,比如轴重、硬度、轮对安装形位偏差、轮径差、曲线半径、轨距、摩擦系数、轨道激励,有些参数的影响规律发生改变,比如上、下拉杆纵向刚度、空簧横向刚度、转向架轴距、轮径、轨底坡、钢轨型面磨耗、运行速度。因此进行高速动车参数设计时不能忽略轮轨磨耗的影响。