樸明偉，郭宸，杜偉，李國棟，范軍

(1.大連交通大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院, 遼寧 大連 116028； 2.中車長春軌道客車股份有限公司，吉林 長春 130062)*

無論抗側(cè)滾扭桿固定/浮動(dòng)簡支，兩者均可以利用其桿系的彈性連接環(huán)節(jié)，趨利避害，一般不會(huì)對(duì)穩(wěn)定磨耗產(chǎn)生負(fù)面影響.但是與常規(guī)車輪的凹陷踏面磨耗不同，高速輪軌(不)穩(wěn)定蛇行振蕩相互轉(zhuǎn)變，車輪形成了踏面中央的凹陷磨耗(亦稱凹坑磨耗)，局部密貼型接觸導(dǎo)致實(shí)際滾徑差RRD過零點(diǎn)不連續(xù)性，其形成機(jī)理分析不容忽視抗側(cè)滾扭桿裝置所產(chǎn)生的次要因素影響.

中國的高鐵建設(shè)取得了令世界矚目的偉大成績，以復(fù)興號(hào)為代表的中國高鐵技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了從“追趕”到“領(lǐng)跑”的重大跨越.盡管如此，車輪有害踏面磨耗仍然是世界高鐵運(yùn)維的一項(xiàng)技術(shù)瓶頸.為了論證制訂更安全、更環(huán)保、更節(jié)能的復(fù)興號(hào)高速列車技術(shù)方案，目前正在著力打造新一代高速動(dòng)車組研發(fā)平臺(tái).特別是在當(dāng)前內(nèi)需經(jīng)濟(jì)發(fā)展的緊迫形勢下，高速鐵路輪軌關(guān)系改進(jìn)研究[1 - 5]需要結(jié)合中國鐵路軌底坡1∶ 40和輪軌間隙增大7 mm的特殊性，正確認(rèn)知車輪有害踏面磨耗形成的力學(xué)本質(zhì)問題，進(jìn)而明確車輛與鋼軌專業(yè)之間的協(xié)同創(chuàng)新努力方向.安全穩(wěn)定裕度不充裕是車輪有害磨耗踏面形成的根本原因，而輪對(duì)自穩(wěn)定性和回轉(zhuǎn)阻力矩有效性則是決定其形成機(jī)理的2大技術(shù)問題，運(yùn)行里程5/20萬公里，兩者分別使實(shí)際滾徑差RRD在過零點(diǎn)處突然/逐漸呈現(xiàn)不連續(xù)性，簡稱RRD非線性突變/漸變[6-8].以抗側(cè)滾扭桿裝置作為傳遞媒介，在整備車體與走行部之間會(huì)因此形成能量轉(zhuǎn)換或交換，造成車輪踏面中央的集中磨耗累計(jì)并使鋼軌的走行光帶拓寬.小幅蛇行振蕩使磨耗輪軌不良接觸愈演愈烈，提速軌道車輛非線性系統(tǒng)也因此發(fā)生正則/奇異攝動(dòng)相互轉(zhuǎn)變，最終使輪軌接觸和轉(zhuǎn)向架懸掛演變成為2大非線性影響因素.由此可見，針對(duì)穩(wěn)定、導(dǎo)向及磨耗3大技術(shù)目標(biāo)的優(yōu)化問題，自適應(yīng)高速轉(zhuǎn)向架應(yīng)該更好地體現(xiàn)帕累托(Pareto)改進(jìn)設(shè)計(jì)意義，力求抓住關(guān)鍵少數(shù)(或者說，主要矛盾的主要方面)，以十分充裕的安全穩(wěn)定裕度來兼顧輪對(duì)自穩(wěn)定性與回轉(zhuǎn)阻力矩有效性，讓抗側(cè)滾扭桿裝置發(fā)揮其正常功能，抵御側(cè)風(fēng)對(duì)車體擾動(dòng)所形成的更加強(qiáng)勁流固耦合效應(yīng)，從而獲得具有前沿性的無支配最優(yōu)解，使產(chǎn)品壽命周期PLC管理效益最大化.

為此，本研究首先對(duì)比分析抗側(cè)滾扭桿固定/浮動(dòng)簡支對(duì)車體側(cè)滾剛度貢獻(xiàn)影響，進(jìn)而強(qiáng)調(diào)經(jīng)濟(jì)速度的技術(shù)內(nèi)涵；然后再結(jié)合高速轉(zhuǎn)向架對(duì)車體接口關(guān)系的復(fù)雜性與非線性，具體闡述抗側(cè)滾扭桿裝置對(duì)輪對(duì)自穩(wěn)定性和回轉(zhuǎn)阻力矩有效性影響，進(jìn)而明確其對(duì)車輪有害踏面磨耗所產(chǎn)生的不容忽視的次要因素影響；最后從帕累托改進(jìn)設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，探討自適應(yīng)高速轉(zhuǎn)向架的設(shè)計(jì)內(nèi)涵及其技改方向.

1 對(duì)車體側(cè)滾剛度貢獻(xiàn)影響

以抗側(cè)滾扭桿上置為例，其與轉(zhuǎn)向架搖枕之間形成固定/浮動(dòng)簡支，如圖1所示.桿系計(jì)算過程略去，如表1所示的分析結(jié)果表明：

圖1 抗側(cè)滾扭桿上置固定/浮動(dòng)簡支示意圖

表1 抗側(cè)滾扭桿上置固定/浮動(dòng)簡支對(duì)車體側(cè)滾剛度貢獻(xiàn)影響 MN·m/(°)

(1)當(dāng)直線運(yùn)行或大半徑曲線通過時(shí)，考慮到兩側(cè)拉桿下端橡膠節(jié)點(diǎn)所起到的緩解或緩沖作用[9]，無論抗側(cè)滾扭桿固定/浮動(dòng)簡支，兩者對(duì)車體側(cè)滾剛度貢獻(xiàn)僅有1 MN·m/(°)，相對(duì)動(dòng)態(tài)仿真的誤差在5%左右，因而可以得到如下結(jié)論：若安全穩(wěn)定裕度較為充裕，其不足以構(gòu)成對(duì)穩(wěn)定磨耗的實(shí)質(zhì)性影響；

(2)只有在過渡曲線或直線道岔通過時(shí)，車體產(chǎn)生側(cè)傾或側(cè)滾振動(dòng)，固定/浮動(dòng)簡支才會(huì)增強(qiáng)對(duì)車體側(cè)滾剛度貢獻(xiàn)，約14.3/10.8 MN·m/(°)，且固定簡支對(duì)車體側(cè)滾剛度貢獻(xiàn)較浮動(dòng)簡支的要增大，約32.4 %.考慮到山區(qū)線路運(yùn)用，高架鐵路雙線隧道，明線與暗線交錯(cuò)，高速轉(zhuǎn)向架改用抗側(cè)滾扭桿上置且固定簡支安裝方式，其可以抵御側(cè)風(fēng)對(duì)車體擾動(dòng)所形成的強(qiáng)勁流固耦合效應(yīng).

2 經(jīng)濟(jì)速度與有害磨耗踏面相關(guān)性

CRH5是ETR系列轉(zhuǎn)向架的1種改進(jìn)設(shè)計(jì)形式，兩者堪稱綜合性能型設(shè)計(jì)典范.盡管如此，考慮到抗側(cè)滾扭桿下置且浮動(dòng)簡支，一架二桿，300 km/h試運(yùn)行及其磨耗測試數(shù)據(jù)分析表明：牽引電機(jī)體懸(即吊掛在車體地板下面)是ETR擺式列車提速運(yùn)行的主要制約因素之一.隨著車速或λe增大，轉(zhuǎn)向架搖頭相位穩(wěn)定裕度衰減并導(dǎo)致高速晃車現(xiàn)象，其更多地表現(xiàn)為踏面中央的凹陷磨耗并與鋼軌軌頭形成了局部密貼型接觸，且在輪對(duì)蛇行幅值3 mm處等效錐度曲線呈現(xiàn)負(fù)斜率變化.為此，在經(jīng)濟(jì)速度(200～250) km/h運(yùn)行下，Alfi提出了車輪型面磨耗的經(jīng)驗(yàn)極限曲線[12].輪軌長期磨耗λe趨于統(tǒng)一飽和值，其與軌底坡無關(guān)，因而CRH5運(yùn)維亦需要遵循這一經(jīng)驗(yàn)極限曲線.

ETR擺式轉(zhuǎn)向架軸距2.7 m，采用叉形轉(zhuǎn)臂與輔助拉桿定位方式，其對(duì)軸箱懸掛的縱向與橫向定位剛度貢獻(xiàn)，約14/6 MN/m.CRH5拆除了復(fù)搖枕及傾擺機(jī)構(gòu)，二系鋼簧改用空簧懸掛，其并非僅僅憑借XP55踏面就實(shí)現(xiàn)了軌底坡由1∶20～1∶ 40的軌道參數(shù)轉(zhuǎn)變.CRH5引進(jìn)技術(shù)轉(zhuǎn)化吸收的寶貴經(jīng)驗(yàn)在于[10- 11]：抗蛇行動(dòng)態(tài)特性(Dispen，雙循環(huán))與輪對(duì)定位約束剛度形成了合理匹配關(guān)系，安全穩(wěn)定裕度較為充裕，兼顧了輪對(duì)自穩(wěn)定性與回轉(zhuǎn)阻力矩有效性.以簡單的車體/轉(zhuǎn)向架不穩(wěn)定性來確定λemin/λemax=0.05/0.35，CRH5極大地改善了對(duì)軌道線路的適應(yīng)性與友好性,如調(diào)轉(zhuǎn)或跨越不同線路或?qū)＞€，輪對(duì)鏇修周期可以合理延長至25 ～30萬公里或稍長一些，其超過了原型設(shè)計(jì)所要求的20萬公里.

相對(duì)歐洲鐵路或日本新干線，中國鐵路具有其特殊性，即軌底坡1∶ 40，輪軌間隙增大7 mm.車輪S1002踏面與鋼軌E1(軌底坡1∶ 20)匹配，名義滾動(dòng)圓橫向跨距L=1 500 mm，初始鋼軌接觸點(diǎn)偏向外側(cè)且距軌頭中心線約10 mm.如ETR600，λeN/(RMS)2.2σ/(RMS)3.0σ均小于或等于0.05[13].而CRH5車輪改用XP55踏面，其與鋼軌CN60KG/E2(軌底坡1∶ 40)匹配，L縮短至1 493 mm，初始鋼軌接觸點(diǎn)則偏向軌距角一側(cè)且距軌頭中心線約8 mm，輪軌間隙增大7 mm，名義等效錐度λeN=0.058≈0.06.因此，車輪型面設(shè)計(jì)應(yīng)該使初始鋼軌接觸點(diǎn)偏離軌頭中心線，盡可能避免形成局部密貼型接觸.

由此可見，高鐵運(yùn)維有必要強(qiáng)調(diào)如下經(jīng)濟(jì)速度的技術(shù)內(nèi)涵：即在特定的輪軌匹配及線路服役技術(shù)條件下，盡可能提高安全穩(wěn)定裕度進(jìn)而避免抗側(cè)滾扭桿裝置對(duì)車輪有害磨耗踏面形成負(fù)面影響，盡量不采用維修性鋼軌打磨處理，從而在RAMS(可靠、可用、可修及安全)管理體制下回歸至轉(zhuǎn)向架標(biāo)稱模型，即漸進(jìn)穩(wěn)定意義下正則攝動(dòng)問題.否則，若貿(mào)然提速，軌道車輛非線性系統(tǒng)會(huì)因此發(fā)生正則/奇異攝動(dòng)相互轉(zhuǎn)變.這一質(zhì)變會(huì)使備品備件部分/全部喪失互換性或通用性，嚴(yán)重背離了構(gòu)建RAMS管理體系的基本原則.

3 安全穩(wěn)定裕度及其主要影響因素

安全穩(wěn)定裕度是指轉(zhuǎn)向架搖頭的適度相位穩(wěn)定裕度，其在整個(gè)輪對(duì)鏇修周期內(nèi)要確保安全穩(wěn)定運(yùn)行.與輪對(duì)蛇行運(yùn)動(dòng)類似，轉(zhuǎn)向架蛇行亦是由橫移和搖頭所構(gòu)成的復(fù)合運(yùn)動(dòng)形式，通常搖頭運(yùn)動(dòng)相對(duì)橫移的存在一定程度的相位滯后γ≥0，簡稱轉(zhuǎn)向架搖頭相位穩(wěn)定裕度.在特定的額定軸重和輪對(duì)定位約束剛度下，提速軌道車輛系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)該以較為充裕的安全穩(wěn)定裕度來確保輪對(duì)自穩(wěn)定性和回轉(zhuǎn)阻力矩有效性.

3.1 輪軌橫向動(dòng)態(tài)制衡關(guān)系與輪對(duì)(不)穩(wěn)定蛇行振蕩轉(zhuǎn)變

輪軌接觸具有幾何與力學(xué)雙重屬性，而實(shí)際滾徑差RRD是決定輪軌橫向動(dòng)態(tài)制衡關(guān)系的一個(gè)關(guān)鍵性影響因素.假若在彈性定位約束下輪對(duì)搖頭運(yùn)動(dòng)相對(duì)橫移的相位滯后γ→0，盡管曲線導(dǎo)向性能得到改善，但是在直線運(yùn)行或大半徑曲線通過時(shí)則存在輪對(duì)自穩(wěn)定性問題，小蠕滑或無自旋假設(shè)不再成立.繼而在左右車輪縱向蠕滑及其力偶的交替變化影響下加劇踏面縱向磨耗，迫使實(shí)際滾徑差RRD發(fā)生非線性變化.如三大件貨運(yùn)轉(zhuǎn)向架提速至100 km/h以上運(yùn)行，因抗菱剛度不足或承載鞍間隙誤差影響造成前導(dǎo)與跟隨輪對(duì)發(fā)生交替錯(cuò)位且形成小幅蛇行振蕩，實(shí)際滾徑差RRD逐漸形成負(fù)斜率變化，完全喪失了輪對(duì)重力剛度所形成的恢復(fù)力反饋響應(yīng).考慮到車輪自旋蠕滑及其力偶對(duì)輪軌接觸表面磨耗功的波動(dòng)影響，車輪最終演變成了踏面中央、輪緣根部以及虛輪緣3個(gè)主要凹陷磨耗特征.

輪軌橫向動(dòng)態(tài)制衡關(guān)系是輪對(duì)(不)穩(wěn)定蛇行振蕩相互轉(zhuǎn)變的唯一研判依據(jù).小蠕滑或無自旋假設(shè)是Kalker在20世紀(jì)80年代提出FastSim簡算程序的1項(xiàng)重要前提條件，即忽略車輪自旋力偶，穩(wěn)定蛇行振蕩具有Klingel公式所確定的簡諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律，輪軌接觸表面磨耗功很小且僅有縱向與橫向2個(gè)主要成分[14].可是早在20世紀(jì)60年代威金斯就建立了如下式所示的有約束輪對(duì)動(dòng)力學(xué)方程[15]，包括輪對(duì)重力剛度FG、車輪蠕滑力(矩)FC以及懸掛定位約束內(nèi)力FS，其深刻揭示了輪對(duì)蛇行自激振動(dòng)的力學(xué)性質(zhì).在勻速穩(wěn)態(tài)下，輪對(duì)重力剛度所形成的恢復(fù)力與車輪自旋蠕滑所產(chǎn)生的橫向蠕滑力構(gòu)成了輪軌橫向動(dòng)態(tài)制衡關(guān)系.

聯(lián)系到FastSim簡算程序及其后續(xù)對(duì)大自旋蠕滑的修改算法，必須正確理解威金斯磨耗穩(wěn)定理論所構(gòu)建的輪軌橫向動(dòng)態(tài)制衡關(guān)系以及輪對(duì)懸掛定位約束內(nèi)力可能對(duì)其產(chǎn)生的負(fù)面影響.如200 km/h機(jī)車研制會(huì)因車體高重心迫使車體下擺與后位轉(zhuǎn)向架蛇行模態(tài)之間形成了牽連運(yùn)動(dòng)關(guān)系，其暴露了單牽引桿的鉸接橫向動(dòng)荷非線性影響進(jìn)而形成了回轉(zhuǎn)阻力矩有效性問題，后位轉(zhuǎn)向架后擺亦會(huì)造成4位輪對(duì)交替錯(cuò)位且使左右車輪形成了踏面偏磨現(xiàn)象.偏向輪緣根部的凹陷磨耗導(dǎo)致實(shí)際滾徑差RRD斜率降低并部分喪失導(dǎo)向能力，從而產(chǎn)生十分嚴(yán)重的輪緣側(cè)磨問題.如高原機(jī)因持續(xù)爬坡造成車輪緣磨損或裂紋.

類似地，考慮到單牽引桿鉸接橫向動(dòng)荷非線性影響，日本新干線具有其特有的車輪磨耗特征，即輪對(duì)鏇修周期10萬公里左右，下凹型磨耗踏面伴有輕微的輪對(duì)偏磨，因而以首尾拖車形式進(jìn)行列車編組，主要原因在于大阻尼抑制蛇行機(jī)制背離了傳統(tǒng)抗蛇行減振器的技術(shù)選型原則，即(不)穩(wěn)定蛇行振蕩頻率不得大于1.0～2.0 Hz.不僅如此，考慮到單線隧道且空氣阻力增強(qiáng)，長編列車增設(shè)由4個(gè)縱向減振器所構(gòu)成的車間減振裝置，以衰減因較長的車頭流線型所形成的尾流擾動(dòng)效應(yīng).

3.2 高速轉(zhuǎn)向架對(duì)車體接口關(guān)系的復(fù)雜性與非線性

為了抵御側(cè)風(fēng)對(duì)車體擾動(dòng)所形成的強(qiáng)勁流固耦合效應(yīng)，高速轉(zhuǎn)向架改用抗側(cè)滾扭桿上置且與轉(zhuǎn)向架搖枕之間形成了固定簡支安裝方式，其對(duì)安全穩(wěn)定裕度提出了更高的要求.否則，考慮到高速轉(zhuǎn)向架對(duì)車體接口關(guān)系的復(fù)雜性與非線性，抗側(cè)滾扭桿裝置則會(huì)對(duì)輪對(duì)自穩(wěn)定性和回轉(zhuǎn)阻力矩有效性產(chǎn)生負(fù)面影響，進(jìn)而加劇車輪有害踏面磨耗程度并演變?yōu)榘伎幽ズ腫16 - 21].如某日本新干線轉(zhuǎn)向架改進(jìn)設(shè)計(jì)，增設(shè)抗側(cè)滾扭桿裝置，如上所述，不得不縮短輪對(duì)鏇修周期，進(jìn)而充分暴露了其經(jīng)濟(jì)型設(shè)計(jì)的種種弊端.

特別是目前某些分析軟件采用準(zhǔn)靜態(tài)攝動(dòng)仿真分析方法，如圖2所示，由(不)穩(wěn)定I3 DAEs(3階微分代數(shù)方程組)降階至穩(wěn)定SI2的，其忽視了輪軌接觸與轉(zhuǎn)向架懸掛2大非線性影響因素，丟掉了車輪有害磨耗踏面形成的力學(xué)本質(zhì)問題.由此而得到的分析結(jié)論或建議也喪失了帕累托改進(jìn)設(shè)計(jì)意義，進(jìn)而使高速鐵路的輪軌關(guān)系改進(jìn)偏離了其正確的研究方向.如德國ICE3存在一次蛇行現(xiàn)象，高鐵運(yùn)維實(shí)踐充分證實(shí)：其不可能僅憑借輪軌關(guān)系改進(jìn)就可以得到有效解決的.

圖2 準(zhǔn)靜態(tài)攝動(dòng)仿真及其分析主要流程

提速轉(zhuǎn)向架研制不能顧此失彼，過度強(qiáng)調(diào)輪對(duì)自穩(wěn)定性進(jìn)而導(dǎo)致回轉(zhuǎn)阻力矩有效性問題，其迫切需要1種系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法.動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)及軟件分析方法已經(jīng)在提速軌道車輛研制及其車體輕量化設(shè)計(jì)中得到了廣泛的工程應(yīng)用，其具有如下3個(gè)主要技術(shù)特點(diǎn)：①利用拓?fù)潢P(guān)系圖，不斷進(jìn)行仿真模型的精細(xì)化處理，抓住輪軌接觸與轉(zhuǎn)向架懸掛2大非線性影響因素；②以整車穩(wěn)定性態(tài)分析圖來引領(lǐng)轉(zhuǎn)向架參數(shù)優(yōu)配，進(jìn)而在抗蛇行(寬)頻帶吸能機(jī)制下使其仿真模型回歸至轉(zhuǎn)向架標(biāo)稱模型，即漸進(jìn)穩(wěn)定意義下正則攝動(dòng)問題；③合理制訂柔性車體對(duì)軌道車輛MBS的接口處理技術(shù)對(duì)策，以復(fù)雜約束內(nèi)力精準(zhǔn)分析來準(zhǔn)確研判危險(xiǎn)區(qū)域或焊縫，利用時(shí)域樣本統(tǒng)計(jì)及其頻響特征的互補(bǔ)分析工具，深入研究耦合共振形成機(jī)制及其主要影響因素.

綜上所述，自適應(yīng)高速轉(zhuǎn)向架要破解經(jīng)濟(jì)速度200 ～250 km/h周期律，新一代高速動(dòng)車組研發(fā)平臺(tái)則必須積極推介系統(tǒng)設(shè)計(jì)及軟件分析方法，以十分充裕的安全穩(wěn)定裕度來確保輪對(duì)自穩(wěn)定性和回轉(zhuǎn)阻力矩有效性，進(jìn)而達(dá)到減磨降耗、減振降噪的技術(shù)要求，更好地體現(xiàn)安全舒適型設(shè)計(jì)理念.

4 自適應(yīng)高速轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)內(nèi)涵及其技改方向

在高鐵客運(yùn)需求快速增長且票價(jià)長期低位的形勢下，有必要從帕累托改進(jìn)設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，特別強(qiáng)調(diào)自適應(yīng)高速轉(zhuǎn)向架研發(fā)的設(shè)計(jì)內(nèi)涵及其技改方向.穩(wěn)定、導(dǎo)向及磨耗是提速軌道車輛研發(fā)所要切實(shí)解決的3大技術(shù)問題，如上所述，其系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須對(duì)小蠕滑或無自旋的傳統(tǒng)假設(shè)提出理性質(zhì)疑，進(jìn)而抓住諸如輪對(duì)自穩(wěn)定性和回轉(zhuǎn)阻力矩有效性等關(guān)鍵少數(shù)，從而使多目標(biāo)優(yōu)化的無支配解具有帕累托改進(jìn)設(shè)計(jì)意義.

自適應(yīng)高速轉(zhuǎn)向架研制務(wù)必吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，正確把握其設(shè)計(jì)內(nèi)涵及其技改方向.如飛行器翼型優(yōu)化設(shè)計(jì)，其需要通過諸如正交分解/設(shè)計(jì)模態(tài)等數(shù)據(jù)挖掘分析手段來搞清楚局部曲面對(duì)升力/阻力的影響規(guī)律.結(jié)合新發(fā)現(xiàn)或新規(guī)律，再合理劃分?jǐn)?shù)據(jù)族群，進(jìn)而兼顧提高升力并降低阻力要求來制訂最佳翼型改進(jìn)設(shè)計(jì)方案.否則，若萬事萬物無論巨細(xì)，片面強(qiáng)調(diào)支配關(guān)系則會(huì)適得其反，進(jìn)而喪失了帕累托改進(jìn)設(shè)計(jì)意義.

為了單純削弱支配關(guān)系而形成的新技術(shù)要素簡單組合方案，其存在諸多的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，因而當(dāng)前必須克服某些本本主義的錯(cuò)誤傾向.特別是在大阻尼抑制蛇行機(jī)制下，不可能利用轉(zhuǎn)臂液壓節(jié)點(diǎn)主動(dòng)控制技術(shù)來使轉(zhuǎn)向架實(shí)現(xiàn)徑向迫導(dǎo)向與自導(dǎo)向的自主轉(zhuǎn)變.這種所謂的自適應(yīng)高速轉(zhuǎn)向架方案在左/右轉(zhuǎn)向的曲線通過時(shí)，輪對(duì)定位約束對(duì)角調(diào)控，試圖改善對(duì)軌道線路的適應(yīng)性，但是其徹底背離了轉(zhuǎn)向架搖頭的相位穩(wěn)定裕度原則，不顧及車體不穩(wěn)定性進(jìn)而形成技術(shù)冒進(jìn).

同時(shí)簡單的拿來主義也是要不得的.龐巴迪Zefiro 380轉(zhuǎn)向架采用大功率永磁電機(jī)，在相同容量下其體積與重量較常規(guī)牽引電機(jī)的降低1/3，因而相應(yīng)的彈性架懸設(shè)計(jì)僅包括2個(gè)橡膠吊掛點(diǎn)和1個(gè)橫向減振器.假若將上述電機(jī)彈性架懸技術(shù)簡單嫁接，改為4個(gè)橡膠吊掛點(diǎn)和1個(gè)橫向減振器，質(zhì)量接近1 t的前后電機(jī)作為2個(gè)獨(dú)立剛體，則不得忽視牽引電機(jī)橫向耦合共振及其對(duì)橡膠節(jié)點(diǎn)過早老化的負(fù)面影響.

根據(jù)抗蛇行寬頻帶吸能機(jī)制，再次制訂了自適應(yīng)高速轉(zhuǎn)向架改進(jìn)設(shè)計(jì)方案(另文闡述).結(jié)合中國鐵路軌底坡1∶40和輪軌間隙增大7 mm的特殊性，這一改進(jìn)設(shè)計(jì)方案具有如下3個(gè)突出的技術(shù)特點(diǎn)：

(1)輪對(duì)縱向/橫向定位剛度降低至15/6 MN/m，車輪選用XP55踏面或其他類似型面設(shè)計(jì)，λeN=(0.05 ～0.06)，其曲線導(dǎo)向性能不僅優(yōu)于CRH5的，而且還可以利用安全穩(wěn)定裕度變化來實(shí)現(xiàn)均勻、穩(wěn)定及快速磨耗演變規(guī)律，進(jìn)而改善了對(duì)軌道線路的適應(yīng)性與友好性；

(2)前位后位轉(zhuǎn)向架蛇行與相應(yīng)的電機(jī)橫擺模態(tài)之間形成擾流效應(yīng)，利用前后牽引電機(jī)及吊架的橫擺運(yùn)動(dòng)來抑制動(dòng)車轉(zhuǎn)向架搖頭相位穩(wěn)定裕度的快速衰減，進(jìn)而以簡單的車體/轉(zhuǎn)向架不穩(wěn)定性來確定λemin/λemax，根據(jù)安全穩(wěn)定綜合評(píng)估結(jié)果，最終制訂商業(yè)速度及其相應(yīng)的修程修制；

(3)與歐洲鐵路TSI互聯(lián)互通技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)類似，高速度等級(jí)鐵路專線應(yīng)該更加明確其車輛入網(wǎng)條件：如350 km/h等級(jí)鐵路專線，實(shí)際等效錐度λe的(RMS)2.2σ/(RMS)3.0σ=0.25/0.35，其中，400 km/h運(yùn)行段，λe的(RMS)2.2σ/(RMS)3.0σ=0.15/0.20；而跨越或調(diào)轉(zhuǎn)新建有砟鐵路或既有鐵路三大干線分別降速至250/160 km/h，并與普速鐵路客運(yùn)或貨運(yùn)形成對(duì)輪軌磨耗的互補(bǔ)性.

總的來講，新一代高速動(dòng)車組研發(fā)平臺(tái)必須積極推介動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)及軟件分析方法，盡快形成關(guān)鍵技術(shù)突破以消除有害磨耗踏面，使自適應(yīng)高速轉(zhuǎn)向架更好地體現(xiàn)帕累托改進(jìn)設(shè)計(jì)意義，讓抗側(cè)滾扭桿裝置能夠發(fā)揮其抵御強(qiáng)勁流固效應(yīng)的正常功能.進(jìn)一步，在RAMS管理體制下回歸至轉(zhuǎn)向架標(biāo)稱模型，即漸進(jìn)穩(wěn)定意義下正則攝動(dòng)問題，降低運(yùn)維成本提升裝備智能化程度，使新一代高速動(dòng)車組實(shí)現(xiàn)生命周期成本LCC最小化.從而以高速度等級(jí)鐵路專線作為鐵路貨運(yùn)提速破解空車回送低動(dòng)力作用技術(shù)難題的有利條件，積極促進(jìn)由中西部內(nèi)陸地區(qū)到東部沿海地區(qū)的經(jīng)濟(jì)走廊建設(shè)，貨達(dá)三江財(cái)源四海.

5 結(jié)論

(1)為了抵御側(cè)風(fēng)對(duì)車體擾動(dòng)所形成的強(qiáng)勁流固耦合效應(yīng)，高速轉(zhuǎn)向架改用抗側(cè)滾扭桿上置且固定簡支安裝方式，其對(duì)目前車輪有害磨耗踏面形成機(jī)理會(huì)產(chǎn)生不容忽視的次要因素影響.安全穩(wěn)定裕度不充裕則是車輪有害磨耗踏面形成的根本原因，特別是輪對(duì)自穩(wěn)定性和回轉(zhuǎn)阻力矩有效性，兩者是迫使實(shí)際滾徑差RRD分別產(chǎn)生非線性突變/漸變的2大技術(shù)問題，過零點(diǎn)不連續(xù)性導(dǎo)致輪對(duì)重力剛度部分喪失了恢復(fù)力反饋響應(yīng).以抗側(cè)滾扭桿裝置作為傳遞媒介，整備車體與走行部之間形成了能量轉(zhuǎn)變或交換關(guān)系，進(jìn)而使磨耗輪軌不良接觸愈演愈烈，最終演變形成踏面中央的凹陷磨耗，即所謂的凹坑磨耗;

(2)以抗側(cè)滾扭桿上置為例，桿系計(jì)算分析結(jié)果表明：①在直線運(yùn)行或大半徑曲線通過時(shí)，無論固定/浮動(dòng)簡支，兩者對(duì)車體側(cè)滾剛度貢獻(xiàn)僅為1.0 MN·m/(°)左右，若安全穩(wěn)定裕度十分充裕，則不會(huì)對(duì)穩(wěn)定磨耗構(gòu)成任何影響；②而在過渡曲線或直線道岔通過時(shí)，兩者對(duì)車體側(cè)滾剛度貢獻(xiàn)分別增強(qiáng)至14.3/10.8 MN·m/(°)，假若安全穩(wěn)定裕度不充裕，高速晃車則會(huì)因此造成踏面中央的集中磨耗累計(jì)并使鋼軌的走行光帶拓展，因而小蠕滑或無自旋假設(shè)不再成立了;

(3)新一代高速動(dòng)車組研發(fā)平臺(tái)必須積極推介動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)及軟件分析方法，使自適應(yīng)高速轉(zhuǎn)向架更好地體現(xiàn)帕累托改進(jìn)設(shè)計(jì)意義，讓抗側(cè)滾扭桿裝置能夠發(fā)揮其正常功能.借用抗蛇行冗余設(shè)計(jì)形式，自適應(yīng)高速轉(zhuǎn)向架應(yīng)該改用基于單/雙循環(huán)的新型抗蛇行并聯(lián)配置，在抗蛇行寬頻帶吸能機(jī)制下使抗蛇行動(dòng)態(tài)特性與輪對(duì)定位約束剛度形成合理匹配關(guān)系；輪軌匹配條件遵循統(tǒng)一規(guī)范原則，以十分充裕的安全穩(wěn)定裕度來確保輪對(duì)自穩(wěn)定性和回轉(zhuǎn)阻力矩有效性，并利用安全穩(wěn)定裕度變化來實(shí)現(xiàn)均勻、穩(wěn)定及快速磨耗規(guī)律.