在我国经济飞速发展的同时,越来越多的城市开始兴建地铁等城市轨道交通。地铁具有安全、准时、便捷、客运量大的优点,已经成为许多城市建设的重要交通工具。在地铁车辆的运行过程中,轮轨激励是车辆轨道振动和部件损伤的重要激励源。其中轨道P2力共振是轮轨激励的一种重要形式,由于其频率范围容易从轮轨界面传递到车辆部件,对车辆部件的损伤有重要的影响。因此,有必要开展轨道P2力共振对车辆部件损伤的相关研究。本文针对国内某地铁运营过程中出现的车辆一系悬挂钢弹簧频繁断裂的现象,从地铁不同轨道结构形式P2力共振对一系钢弹簧寿命影响的角度出发,基于测试数据和弹簧疲劳寿命预估模型,着重研究地铁普通短轨枕整体道床对一系钢弹簧疲劳寿命的影响,对比12 mm和18 mm弹性短轨枕整体道床的相关结果。明确了一系钢弹簧寿命过短的原因为:普通短轨枕整体道床区段P2力共振频率以及这种轨道结构形式下P2力共振引发的钢轨表面特定波长不平顺的通过频率均与一系钢弹簧固有频率重合,导致一系钢弹簧在运行过程发生共振,使用寿命严重缩短。根据研究结论和现场测试数据,对延长一系钢弹簧寿命的相关措施进行了研究,为地铁运营维修部门采取减缓弹簧断裂措施提供依据。本论文的主要内容包括:1.对国内外关于P2力共振、一系钢弹簧断裂、疲劳寿命预估等方面的研究成果进行了总结概括,并提出了关于国内某地铁一系簧频繁断裂问题的研究路线。2.介绍了对国内某地铁车辆及线路运行状态进行的测试,测试内容包括钢轨表面不平顺测试、车辆部件振动加速度测试、一系钢弹簧动态应力测试、一系钢弹簧力锤敲击测试等。通过对列车运行时弹簧应力的测试结果分析发现了普通短轨枕区段运行时的弹簧应力幅值明显大于12 mm弹性短轨枕区段和18 mm弹性短轨枕区段的现象。通过对安装状态下的一系钢弹簧力锤敲击测试确定安装状态下的一系钢弹簧内簧固有频率在60 Hz附近。3.通过对轴箱加速度和钢轨表面不平顺数据的对比分析,结合P2力共振频率理论计算结果,研究了该线路中不同轨道结构形式钢轨表面不平顺与P2力共振的关系。普通短轨枕整体道床、12 mm弹性短轨枕整体道床、18 mm弹性短轨枕整体道床区段的P2力共振频率分别在60 Hz、38 Hz、34 Hz附近,测试结果与理论计算结果吻合。各区段P2力共振频率与钢轨表面不平顺特征波长的通过频率吻合,由此判断P2力共振是导致钢轨表面特定波长不平顺的重要原因。4.通过对弹簧应力测试数据的对比分析,研究了该地铁线路中不同轨道结构形式P2力共振与一系钢弹簧应力的关系。普通短轨枕整体道床、12 mm弹性短轨枕整体道床、18 mm弹性短轨枕整体道床区段的弹簧应力特征频率分别在60 Hz、38 Hz、34 Hz附近。在普通短轨枕整体道床区段的弹簧应力特征频率与弹簧固有频率吻合,均在60 Hz附近,且弹簧应力幅值也明显增大,一系钢弹簧产生了共振。以Miner线性累积损伤理论为基础,建立了一系钢弹簧疲劳寿命预估模型,以实测弹簧动态应力作为模型的输入,现场实际断簧平均寿命作为修正系数,预估计算弹簧疲劳寿命。基于上述模型还研究了不同轨道结构形式P2力共振对一系钢弹簧疲劳寿命的影响,确定了普通短轨枕整体道床区段的P2力共振以及这种轨道结构形式下P2力共振引发的钢轨表面特定波长不平顺是导致一系钢弹簧共振、降低一系钢弹簧疲劳寿命的重要原因。5.基于建立的弹簧疲劳寿命预估模型和现场测试数据,研究了多种延长一系钢弹簧疲劳寿命的改善措施。通过对现场实施效果进行评估分析,明确了钢轨打磨和调整运行速度是能够有效延长一系钢弹簧使用寿命的方法。提出了改善措施的优化范围和限值,为地铁运营检修部门相关改进工作提供依据。