深圳地鐵車輛腳踏升弓泵應用優化研究

李紅佗，李凱迪，伍珣

（1.深圳地鐵運營集團有限公司，廣東 深圳 518000；2.中南大學，湖南 長沙 410075）

為了保證地鐵車輛受電弓的正常工作，地鐵車輛設置了一套升弓系統管路，通過壓縮空氣實現升弓操作。同時，為了保障升弓系統可靠性，車輛還配備了機械式腳踏升弓泵（以下簡稱腳踏泵），防止在電動升弓泵故障時受電弓無法正常工作的問題。

目前，在氣囊式受電弓廣泛應用的背景下，升弓系統對腳踏泵的要求也越來越高。本文結合實際問題，對用于氣囊式受電弓的腳踏泵進行分析，提出了一種腳踏泵的優化方案。

1 問題分析

1.1 工作原理分析

腳踏泵關鍵部件為活塞式拉桿氣缸，其運動平穩，無噪聲，工作時吸入大氣，提供壓縮空氣。腳踏泵壓縮介質為大氣。壓縮氣缸再回復彈簧的作用下推動活塞伸出，氣缸內吸入大氣，通過踩踏腳踩桿，將踩踏力轉化為壓縮氣缸活塞桿的軸向力，氣缸被壓縮，壓縮氣體經過氣路接口處集成的單向閥輸出壓縮空氣。其原理圖與關鍵部件組成如圖1所示。

圖1 地鐵車輛機械式腳踏升弓泵

使用時，將固定勾從支撐桿上摘下，腳踏泵處于全伸張狀態，沿下圖圖示方向踩踏，使腳踏泵氣缸壓縮，同時，腳踏泵沿氣路接口輸出壓縮空氣。存放或者不使用時，腳踏泵處于全壓縮狀態，使用固定勾勾住。

1.2 實際問題分析

腳踏泵的主要應用環境為地鐵車輛在無電、無氣下的升弓操作。

在這種情況下，使用腳踏泵升弓需要兩人操作。一人在司機室按下升弓按鈕，觀察情況；一人去7車二位端電氣柜中確認升弓風缸壓力，如升弓風缸壓力在8.0bar±0.2bar以上，按下電磁閥手動操作按鈕，受電弓可直接升起，待司機室人員確認總風壓力達到5.5bar±0.2bar以上時，可松開電磁閥手動按鈕。

如升弓風缸壓力低于8.0bar±0.2bar時，需要一邊踩腳踏泵，一邊按壓電磁閥手動按鈕，踩踏50～80次受電弓會升起，待司機室人員確認總風壓力達到5.5bar±0.2bar以上時，可松開電磁閥手動按鈕。

根據文獻[2]計算，理論最大腳踏力為705.3N，而在傳動效率為90%時，踩踏力為783.6N。實際試驗中，在受電弓升至1950mm時，腳踏次數超過70次。

根據深圳地鐵1號線續建工程項目合同要求，“受電弓升弓用風泵，泵動不大于50次即可升起受電弓”，可見當前腳踏泵進行升弓打風時存在腳踏次數不滿足合同要求、不省力的問題。

2 腳踏泵優化設計

通過以上分析，該腳踏泵不僅存在腳踏力大的問題，腳踏次數也難以滿足合同需求。因此，本文針對以上問題提出了一種改進的地鐵車輛機械式腳踏升弓泵。

優化后的腳踏泵如圖2所示。該腳踏泵在兩個獨立的單缸腳踏泵基礎上加裝了額外的可拆卸金屬固定桿與可折疊腳踏板，可折疊腳踏板與金屬固定桿采用固定連接，與單缸腳踏泵的腳踩桿采用滑動連接。因此，該腳踏泵在使用時只需要簡單的組裝即可完成，在存放時通過簡單拆卸與折疊可以有效減少存放空間。

圖2 地鐵車輛機械式腳踏升弓泵優化示意圖

使用過程中，工作人員站在可折疊腳踏板上，雙腳踩在可折疊腳踏板兩端，交替用力踩壓踏板，從而實現兩個腳踏泵的空氣壓縮。

相比現有的腳踏泵，該腳踏泵采用“蹺蹺板式”的腳踏方式，能夠在給受電弓氣囊持續輸出壓縮空氣的同時，有效緩解單腳連續踩踏產生的肌肉疲勞，避免受電弓因斷續上升而引起的拉弧現象。此外，采用“蹺蹺板式”的腳踏方式，當一個氣缸處于壓縮狀態時，另一個氣缸處于回復狀態，能夠為可折疊腳踏桿提供一定的回復力，從而達到省力的目的。

3 結語

本文針對深圳地鐵現有的腳踏升弓泵在使用時存在腳踏力大，單人難以完成操作等問題，提出了一種優化的腳踏泵設計。優化后的腳踏泵采用“蹺蹺板式”的設計方案，該方案只需要對現有的腳踏泵進行簡單加裝即可實現，不需要過多的存放空間。相比現有的腳踏泵使用方式，該設計方案能夠在持續輸出壓縮空氣的同時緩解肌肉疲勞并提供一定的回復力，使工作人員在地鐵車輛無電無氣的條件下升弓更省力。