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(shè)置了一套升弓系統(tǒng)管路，通過壓縮空氣實現(xiàn)升弓操作。同時，為了保障升弓系統(tǒng)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(yīng)用的背景下，升弓系統(tǒng)對腳踏泵的要求也越來越高。本文結(jié)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(yōu)化方案。

1 問題分析

1.1 工作原理分析

腳踏泵關(guān)鍵部件為活塞式拉桿氣缸，其運動平穩(wěn)，無噪聲，工作時吸入大氣，提供壓縮空氣。腳踏泵壓縮介質(zhì)為大氣。壓縮氣缸再回復(fù)彈簧的作用下推動活塞伸出，氣缸內(nèi)吸入大氣，通過踩踏腳踩桿，將踩踏力轉(zhuǎn)化為壓縮氣缸活塞桿的軸向力，氣缸被壓縮，壓縮氣體經(jīng)過氣路接口處集成的單向閥輸出壓縮空氣。其原理圖與關(guān)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(tài)，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(tài)，使用固定勾勾住。

1.2 實際問題分析

腳踏泵的主要應(yīng)用環(huán)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(jù)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(shù)超過70次。

根據(jù)深圳地鐵1號線續(xù)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(shù)不滿足合同要求、不省力的問題。

2 腳踏泵優(yōu)化設(shè)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(shù)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(yōu)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(chǔ)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(yōu)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(xiàn)兩個腳踏泵的空氣壓縮。

相比現(xiàn)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(xù)輸出壓縮空氣的同時，有效緩解單腳連續(xù)踩踏產(chǎn)生的肌肉疲勞，避免受電弓因斷續(xù)上升而引起的拉弧現(xiàn)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(tài)時，另一個氣缸處于回復(fù)狀態(tài)，能夠為可折疊腳踏桿提供一定的回復(fù)力，從而達到省力的目的。

3 結(jié)語

本文針對深圳地鐵現(xiàn)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(yōu)化的腳踏泵設(shè)計。優(yōu)化后的腳踏泵采用“蹺蹺板式”的設(shè)計方案，該方案只需要對現(xiàn)有的腳踏泵進行簡單加裝即可實現(xiàn)，不需要過多的存放空間。相比現(xiàn)有的腳踏泵使用方式，該設(shè)計方案能夠在持續(xù)輸出壓縮空氣的同時緩解肌肉疲勞并提供一定的回復(fù)力，使工作人員在地鐵車輛無電無氣的條件下升弓更省力。