随着中国与欧亚各国合作日益紧密,“一带一路”基础设施的互联互通成为关注重点。2016年10月“时速400公里可变轨距高速列车”项目作为国家重点研发计划正式启动。变轨距转向架添加横向锁紧机构,轮轴之间的间隙接触面在车辆服役过程中出现磨损,引起振动加剧等问题,从而影响变轨距车辆安全运营。本文围绕高速变轨距转向架和地面轨距变换装置的方案设计及其关键部件的强度校核、变轨距车辆的动力学性能展开研究,主要工作如下:(1)基于对锁紧机构和随动基础制动等装置的设计,提出高速变轨距转向架和地面轨距变换装置的设计方案并校核车轮、车轴和花键的强度。车轮在曲线工况时,辐板最大应力为141 MPa;车轴在制动工况和电机短路工况时,危险截面的安全系数均大于1;花键在电机最大加速度工况输入扭矩为1550 N·m时,最大应力为4.3 MPa。(2)基于设计方案的参数并考虑间隙和摩擦因素,建立轮对6自由度和半车9自由度的横向动力学微分方程模型。道岔通过模型的横向间隙取1 mm、速度为106 km/h时,车轮的最大横向加速度为1.2 m/s~2,轮对内侧距变化量小于3 mm。根据轨距变换5个过程车轮横移限位的分析结果,研究列车以不同速度等级通过轨距变换装置时,轮轴的位移和加速度响应,确定轨距变换装置的通过速度小于15 km/h。(3)考虑间隙接触刚度、空气弹簧等非线性因素,建立变轨距车辆的SIMPACK动力学仿真模型。对比3种径向接触和2种周向接触模型的振动传递特性,径向和周向接触分别选取Hertz接触和Bushing模型。基于不同轨道边界条件,统计4种踏面和3种钢轨匹配的动力学计算结果,选择LMB10N踏面作为设计车轮踏面。车辆采用该踏面的临界速度大于600 km/h,当速度低于400 km/h时该模型能提供较好的动力学性能。(4)间隙接触参数变化时,分析润滑环境对接触面应力分布的影响。基于中国标准轨距铁路,采用LMB10N踏面和CN60钢轨匹配,研究间隙参数对车辆动力学性能的影响,其中周向间隙对平稳性的影响较大,径向间隙对轮轨垂向力和脱轨安全性的影响较大。对比分析无间隙、初始间隙和较大间隙三种轮对状态时车辆振动传递特性的差异,添加间隙后变轨距车辆轮轴和构架的振动加剧,轮轴径向接触力的振动加速度出现车轮转率,当间隙增大至一定值后,转向架的振动幅值急剧增涨。