1.1研究背景

如今的高速轨道交通车辆为了获得一定的稳定性，通常会伴随着较差的弯道通过性能。同时近来干线铁路线路与地铁线路的运行速度不断提升，其负载的重量也在不断增加，这一系列的问题导致了轮对与轨道之间的相对滑动（即蠕滑力）过大从而导致轮轨的磨损不断加剧，维护与更换周期大大缩短，造成了大量的能源浪费与环境污染，使得铁路运输成本增加的同时还会影响到铁路的正常运输。

1.2研究意义

针对轨道交通车辆转弯磨耗过大这一问题，国内外的不少专家对此进行了一定的理论与试验研究，提出了一种径向转向架的概念。径向转向架的作用是为了提高车辆的曲线通过能力，跟传统的转向架相比，径向转向架能够减小轮轨横向作用力，改善机车曲线通过性能，提高弯道运行速度的同时降低轮轨磨耗，提高车轮寿命，此外还能够改善机车的运行品质和稳定性[1]。其主要的原理是使轮对在转弯的过程中，始终位于转弯曲线的径向上，从而使车轮与钢轨的冲角几乎为零[2]。这一概念在20世纪初被提出，并在20世纪30年代被设计出来投入了使用。径向转向架主要类型有三种：自导向转向架、迫导向转向架以及主动径向转向架。自导向转向架是依靠轮轨间的蠕滑力，通过转向架自导向机构的作用使轮对进入曲线时自然地呈径向位置排列。迫导向转向架是利用进入曲线轨道时车体与转向架构架间的相对回转运动 ,通过专门的导向机构 (如连接车体与轴箱或副构架的杠杆系统 )使轮对偏转，强迫轮对进入曲线后呈径向位置排列。[3]

本课题的研究对象为主动转向架，其能够进一步提高小半径曲线的转向性能，通过安装在转向架侧梁上的作动器来推动轮对转动从而实现轮对始终在径向方向的目的。同时在直线运行时，作动器不运作的同时还能给轮对提供一定的纵向定位刚度，提高运行稳定性。本文着重对主动径向转向架这一前沿课题进行讨论研究，对其进行概念设计，并对设计出来的模型进行磨耗分析，证明该种转向架的优异性能。

1.3国内外研究现状

1.3.1径向转向架

目前国内外针对径向转向架的研究方向主要集中于较为传统的径向转向架，主动转向架的相关研究较少。

李晓龙（2013）通过理论分析和动力学建模仿真相结合的方法，计算分析了传统机车转向架与径向转向架的牵引与导向性能及直线运行稳定性。他认为径向转向架的牵引与导向性能达到了良好的协调有利于冲角的减小，是提高机车曲线通过性能的有效途径。[4]

毕鑫（2015）重点分析了重载机车采用径向转向架的有利之处，对径向转向架中比较突出的稳定性、蠕滑牵引与导向特性影响等突出的动力学影响程度进行了研究，并用机车的典型轮对参数计算得到了具体的数值从理论上说明了采用径向转向架的重要意义。最后总结了机车既有的径向转向架的不足和优点，提出了一种改进的迫导向转向架方案，对其进行了动力学性能计算，并与传统转向架和自导向径向转向架结构进行了对比。[5]