随着我国经济社会的发展和城市化进程的加快,以地铁为主的城市轨道交通在居民的生活中起着越来越重要的作用,而地铁受电弓和刚性接触网系统、受电靴和第三轨系统作为给地铁车辆提供运行所需电能的关键设备,其服役的寿命、可靠性和稳定性在一定程度上影响着地铁运行的效率和行车安全。因此,研究弓网及靴轨的服役能力,即其在服役周期内保持该设备处于良好可用状态的能力,具有十分重要的意义。本文以地铁车辆受电弓碳滑板和刚性接触网接触线的磨耗、刚性接触网悬挂支持装置的疲劳破坏以及第三轨系统的可靠性为研究目标,深入分析了地铁弓网及靴轨等行车关键设备的性能劣化机理和规律,建立了相应模型对服役能力进行评估,对服役寿命进行预测,并给出提升服役能力的维修决策和改进优化意见。研究结论和成果可为地铁弓网及靴轨系统的检测维护提供指导,为作出及时合理的维修决策提供理论支撑,对地铁弓网和靴轨全生命周期服役能力的保持以及经济社会效益的提升具有重要价值。本文的主要研究内容如下:(1)对地铁受电弓碳滑板和刚性接触网接触线的磨耗机理进行分析,结合实际运行中的弓网磨耗特点,建立了适用于地铁受电弓碳滑板和刚性接触网接触线的磨耗计算模型;(2)基于接触线磨耗模型,分析不同因素对接触线磨耗率的影响规律,对地铁两车站间的接触线磨耗分布情况进行计算和分析,并结合广州地铁二号线和北京地铁六号线的接触线磨耗数据对计算预测结果进行定性和定量验证,根据分析结果提出能提升接触线服役能力的改进优化意见;(3)分析不同的接触线布设形式对受电弓碳滑板的磨耗影响规律,结合碳滑板磨耗率计算模型,提出地铁车辆碳滑板磨耗轮廓的预测估算方法,并与实际碳滑板的磨耗情况对比,验证了方法的合理性;(4)针对刚性接触网腕臂型支持装置的疲劳破坏问题,给出支持装置的随机振动疲劳分析方法和建模过程,结合FEMFAT软件对其进行疲劳寿命预测,为刚性接触网支持装置的疲劳服役能力研究提供了理论基础;(5)介绍受电靴、第三轨的主要组成结构和故障模式,进行靴轨动力学响应仿真分析,建立第三轨系统的故障树并进行可靠性分析,发现系统中的薄弱环节并提出在实际运用中的建议。