随着我国高速铁路逐渐延伸至人际罕至的区域,大坡度、丰茂植被、高湿度及复杂地理环境等因素使得轮轨黏着逐渐成为一个急需解决的问题,高速列车正常牵引、制动及安全运行对轮轨黏着的要求越来越高。之前,许多学者针对轮轨黏着及增黏问题开展了很多试验研究,但限于试验设备的制约,多采用角速度模拟,增黏试验的线速度多介于0.8~120 km/h,仍处于中低速范围。本论文采用现代轨道交通国家实验室(筹)新近建成的车轮-钢轨高速滚动接触疲劳比例(1:3)试验机,对高速下轮轨黏着特性和低黏着条件下的增黏措施开展了系统的试验研究,最高线速度可达200 km/h,为保证高速列车的黏着控制及其安全、可靠和低成本运行提供了基础数据。本论文以水、油和树叶悬浊液等第三介质存在时轮轨试样间的低黏着以及增黏砂的增黏效果为主要研究对象。第一章基于研究背景以及国内外研究现状,得出开展高速轮轨黏着特性和增黏措施试验的意义。第二章详细介绍了所采用车轮-钢轨高速滚动接触疲劳试验机的原理、主要参数及模拟准则等。第三章详细展示了水、油和树叶悬浊液等第三介质存在时的轮轨黏着特性,并考虑了速度、蠕滑率、轴重、温度等参数变化的影响。结果表明,黏着系数随蠕滑率的增大,呈先增大后略微下降并趋于平稳的趋势,饱和蠕滑率约为3%;第三介质污染会显著降低轮轨黏着,可能引发低黏着问题,如轴重14 t和速度200km/h的试验条件下,水、油和树叶悬浊液可使轮轨黏着系数分别降至0.064、0.049和0.055;油介质条件下,轴重对黏着系数的影响较小,如轴重由12 t增至16 t时,黏着系数仅增加了0.01;水介质条件下,黏着系数随水温的降低呈下降趋势,如水温由35℃降至0.5℃时,黏着系数由0.071降至0.045;当试验速度介于50~200km/h时,第三介质下黏着系数随着速度的增加呈下降趋势,且水介质下黏着系数最高,树叶介质次之,油介质最低。第四章开展了水、油和树叶悬浊液等第三介质污染条件下增黏砂的增黏效果试验。结果表明,水介质污染条件下,黏着系数随砂子粒径的增大和撒砂量的增加而增加,试验得出的最佳粒径和撒砂量分别为0.85~1 mm和40 g/min;增黏砂可以显著提高水、油和树叶悬浊液等第三介质污染条件下的黏着系数,如轴重14 t和速度200 km/h下,最佳撒砂时水、油和树叶悬浊液等条件下的轮轨黏着系数分别恢复至0.25、0.18、和0.22;当试验速度介于50~200 km/h时,黏着系数随着速度变化规律与未撒砂时一致。也需指出,增黏砂会在轮轨接触表面造成大量的麻坑损伤,显著增加了轮轨表面的粗糙度,对增黏起到了一定作用。对比上述水、油和树叶悬浊液条件下的低黏着试验结果,第五章推导出了适用于本试验机的三维高速轮轨黏着数值模型的参数,可预测水、油和树叶悬浊液等第三介质条件下的极端试验工况(试验机因风险无法开展)的黏着水平,为轮轨黏着特性研究提供了安全和可靠的方法。最后,给出了结论与展望。