蛇行运动是轨道车辆系统的特有现象,直接影响着车辆系统的稳定性,决定了列车的最高运行速度,掌握蛇行运动特征与演变规律对车辆设计与运行安全至关重要。由于车辆系统具有较强的非线性特征,蛇行运动的理论研究仍存在许多困难,既有的线性理论难以完全解释高速车辆的蛇行运动行为,工程实际问题尚未完全解决,尤其是蛇行运动频率、幅值、分岔方向等对列车提速与运行安全均产生直接影响,蛇行运动稳定性的影响因素仍需全方面探索。本文开展了高速动车组服役性能线路跟踪试验,分析了局部路段的车体异常振动行为,研究了异常振动和蛇行运动的关系。建立了车辆刚柔耦合系统动力学模型,仿真再现异常振动,验证了模型的正确性。仿真分析了悬挂参数和车体弹性模态等对蛇行运动的影响规律,对比采用柔性车体模型和刚性车体模型时蛇行运动特征的差异,总结了轮对横移幅值与蛇行频率的关系。最后,基于实测轮轨廓形数据,讨论了等效锥度对临界速度、蛇行分岔和蛇行频率的影响。主要研究结论如下:1.通过局部路段时车辆会出现蛇行失稳,车体的横向加速度显著增大,滤波后呈现谐波信号并具有单一主频。车体异常振动是因为钢轨磨耗异常,与磨耗后期车轮匹配的等效锥度过大,转向架出现了蛇行失稳,蛇行频率与车体的一阶菱形模态相近导致车体发生弹性共振。2.建立刚柔耦合动力学模型,导入实测轮轨廓形还原了异常振动现象,在此基础上发现车辆失稳以后,提高车速会使轮对横移幅值增大、蛇行频率降低,轮对横移幅值与蛇行频率呈负相关。3.该型号高速动车组的一系轴箱定位刚度对临界速度的影响较大,二系横向减振器和抗蛇行减振器阻尼对临界速度的影响十分有限。4.如果蛇行频率与柔性车体的菱形模态频率接近,会使轮对横移幅值和车体中部横向加速度增幅跳跃,蛇行频率降幅跳跃。刚性车体模型不存在跳跃现象。5.当锥度较低,且锥度曲线较为平缓时,车辆系统表现为亚临界分岔;当锥度较高,且锥度曲线呈负斜率时,车辆系统表现为超临界分岔。轮对横移幅值1 mm处的锥度值与临界速度的相关性最大,据此给出锥度限值建议。