城市轨道车辆升弓供风方案研究

第39卷第SO期2019年12月
铁道机车车辆
RAILWAY LOCOMOTIVE B CAR
Vol.39No.SO
Dec.2019
文章编号：1008—7842（2019）SO—0060—03
城市轨道车辆升弓供风方案研究
杜群威
（北京轨道交通技术装备集团有限公司技术研究院，北京100160）
摘要气动受电弓作为轨道车辆常用的受流设备，其空气供风系统的可靠性至关重要，探讨了受电弓升弓供风工作方式，分析了受电弓工作时的用风需求，结合目前常见的受电弓供风方案，提出低泄露储风与控制方案，延长车辆断电后的重复升弓间隔时间，优化脚踏泵管路连接方式，提高了应急升弓的可操作性。

根据液态气体的存储和使用特点，提出液态气体应急升弓供气方案。

关键词气动受电弓；升弓设备；供风
中图分类号：U239.5文献标志码:A doi：10.3969力.issn.1008—7842.2019.SO.16
城市轨道车辆气动受电弓需要空气系统提供压缩
空气才能工作，但在实际运用中经常发生列车风压不足
无法升弓的问题，由于车辆断电后压缩空气缓慢泄漏，
造成总风压力下降。

此时需要采用升弓电动泵或脚踏
泵进行应急升弓，但在实际运用中司机抱怨脚踏泵阻力
大效率低，脚踏多次后仍无法升弓，为此有地铁业主在
招标时明确要求脚踏泵在50次以内完成升弓，但因受
限于受电弓气囊容积而无法实现，为推进项目和制定方
案造成困扰。

通过系统分析升弓需求和供风设备的实际性能，在管路连接方式和控制方法上进行升弓方案优化研究。

1受电弓气动特性
!1受电弓基本构成
受电弓安装在车顶，通过滑板与接触网连接受流，滑板安装在弓头上，通过上下弓臂安装在底架上，底架通过绝缘子安装在车顶，受电弓工作时绝缘子以上部分均带电。

受电弓结构如图1所示，升弓装置通入压缩空气后带动下弓臂旋转，通过导杆配合带动弓头上升完成升弓，根据气动部件的结构不同，受电弓升弓装置可分为气囊型和气缸型两种，气囊型升弓装置的工作容积约为6.5dm3，气缸型升弓装置的升弓容积约为2dm3，气囊受电弓工作时需要消耗更多的压缩空气，特别是在辅助供风设备供风时其容积差更为明显。

1.2受电弓升弓气路原理
受电弓升弓气路原理如图2所示，从总风管供应的压缩空气经过球阀1进入升弓气路部分,之后通过过滤器、单向阀1通入升弓风缸。

升弓风缸前端安装有单向阀1、单向阀2和安全阀，其中单向阀2前面连接有升弓电动泵和过滤器，升弓电动泵内部集成有安全阀、干燥器和压力开关，便于进行升弓电动泵内部的控制和保护，并提供干燥后的压缩空气，为总风管压力不足条件下通过蓄电池供电应急升弓。

升弓风缸容积根据升弓用风设备确定，如高速动车组为受电弓、真空断路器和隔离开关供风，其升弓风缸为25dm3,城市轨道车辆因其供风部件只有1个受电弓，升弓风缸容积可以缩小，但考虑电动升弓泵完成首次升弓后停机，升弓风缸内储存的压缩空气能够保证持续升弓，直至主风源打风到最低升弓压力前，升弓风缸的容积设置不宜过小，城市轨道车辆升弓风缸容积一般设置为10〜25dm3,个别车辆设置为5dm3。

升弓风缸后面连接单向阀3,之后连接压力测点，此分支后续分成2路分别串联升弓电磁阀至球阀2的A2口、直连球阀2的A1口，球阀2为带电触点球阀，其状态受TCMS监控，通过球阀2可以选择受电弓供风通过升弓电磁阀控制或直接通过下游管路供应，可以用在升弓电磁阀故障后的应急升弓。

球阀2上管路连接至受电弓升弓装置，便可控制受电弓实现升降弓操作。

杜群威（1986—）男，工程师（修回日期（019—10—20
）
第SO期城市轨道车辆升弓供风方案研究61
电动升弓泵
总风瞥
图2受电弓升弓气路原理图
2受电弓供风需求分析
2.1受电弓用风需求分析
受电弓工作需要稳定的气源供应，正常工况下受电弓利用总风管供应的压缩空气可正常升弓，只有在总风管压力不足情况下才会使用到辅助升弓设备,此时其操作的便利性、供风的可靠性和供风量尤为重要，受电弓耗风主要为升弓装置容积耗风，其设备部件间和管路上的空气泄漏在短时间内可以忽略不计。

一般受电弓工作压力在45O kPa,当供气压力在38O kPa以上时受电弓即可逐渐升起。

升弓工作容积为升弓过程中需要达到最小升弓压力的容积，包括升弓电磁阀以上容积，含管路容积、升弓气囊/气缸伸长后容积和受电弓ADD管路容积。

也包括升弓电磁阀以下供气部分的容积，其下部容积大小决定了升弓的持续时间。

2.2现有升弓供风方案分析
现有升弓供风方案除正常采用总风管供风以外，还采用升弓电动泵和应急脚踏泵两种方式，通常采用电动升弓泵加应急脚踏泵的方案，在单受电弓车辆上通常只配置一种备用升弓设备，因为过多的设备配置不仅增加设备采购费用，还会产生额外的检修保养成本、增加车重。

现有供风方案在实际应用中也暴露出一定的问题，地铁业主希望正常情况下升弓供风的持久性，会要求列车断电一定时间（如48h）后总风管剩余压缩空气能保证正常升弓，但总风管为整列贯通，连接设备较多，泄漏量大，无法从本质上提高总风管的气密性；业主会要求应急升弓效率，约定应急脚踏泵的升弓最多操作次数（如50次），但过大增加应急脚踏泵的单次排气容积，使脚踏泵下踏阻力过大，而单人使用反而大大降低了效率。

3升弓供风改进方案
根据以上对受电弓升弓供风原理、用风需求、现有供风方案配置方式和不足,从升弓风缸的安装位置和控制方式、升弓电动泵的吸气方式、应急脚踏泵配置和连接方式、液态压缩气体新应用上进行升弓供风改进方案的探究。

3.1升弓风缸的安装位置和控制方式改进
升弓风缸一般布置在车下，当配置升弓电动泵时通常会和升弓电动泵集成在一起，而升弓电磁阀一般安装在车内电气柜中，从升弓风缸到升弓电磁阀中间需要安装多个管路和接头，势必带来很多泄漏点，造成升弓风缸内压力空气无法长时间存储。

将升弓风缸安装位置调整至车上，并与升弓电磁阀保持最近距离，改进后原理如图3所示，将单向阀3、升弓风缸和升弓电磁阀就近安装在一起，保证升弓风缸泄漏点最少，当车辆断电后升弓电磁阀关闭，升弓风缸内的压缩空气可长时间存储，当列车长时间停车后下次升弓可以使用升弓风缸内的剩余压缩空气升弓。

在之前出口地铁项目中，使用25dm3风缸与外部管路连接7天后的泄漏量为37kPa,升弓风缸如选用高气密性的电磁阀和单向阀，其密封性可达数月。

3.2升弓电动泵的吸气方式改进
升弓电动泵考虑输出空气质量，需要配置干燥器等空气过滤部件，受吸气压力影响，单极压缩无法输出高压力。

优化电动升弓泵的吸气方式，如图3所示，通过改造升弓电动泵吸气口，引入总风管洁净并带有一定压力的空气，在进气电磁阀的联动控制下，升弓电动泵吸入总风管空气并输出更高压力的压缩气体，节省了干燥器等部件。

进气电磁阀利用升弓电动泵电源信号进行工作，升弓电动泵工作时升弓电磁阀打开吸气，升弓电动泵停机后进气电磁阀关闭卸载下游空气。

当总风管压力过低时可通过单向阀4吸取经过过滤器的大气进行压缩。

3.3应急脚踏泵配置和连接方式改进
参考电动升弓泵的吸气原理，对应急脚踏泵原理进行优化，如图4所示，测点1和测点2为现车空气系统常用的国标接口测试接头，应急脚踏泵有增设吸气端和压力表，且吸气端和排气端均为现车通用测试接头，将
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脚踏泵两接口分别连接至两测点上，应急脚踏泵利用总 风管现有压力进行再压缩,同时脚踏泵排气端上安装的 压力表可以显示排气压力，当临时将排气端测试接口插
到测点1上便可利用压力表测试总风管压力。

应急脚腫泵
测点2
图$应急脚踏泵配置和连接方式优化原理
3.4液态压缩气体新应用
目前液态气体制取和存储工艺比较成熟，根据《液 化气体气瓶充装规定》(GB 14193 — 2009)中要求的液态 二氧化碳在工程工作压力15 MPa 的钢瓶内充装系数
不大于0. 6 kg/dm 3，标准大气压0O 下二氧化碳密度为
1.964 g/dm 3 ,按照 0. 5 kg/dm 3 充装系数计算,1 dm 3
钢瓶可释放255 dm 3气态二氧化碳。

按照6. 5 dm 3气
囊弓和10 dm 3升弓风缸总容积17 dm 3进行计算，在
450 kPa 工作压力下1 dm 3钢瓶可升弓3. 3次。

考虑二
氧化碳泄漏在单车体积近100 m 3客室中占比0.255%， 在客室间通风与车辆对外通风的情况下不会损害人体 健康。

4结束语
针对受电弓升弓供风方案，分析了气路原理、方案
特点，针对使用需求，提出了改进方案：升弓风缸的安装 位置和控制方式、升弓电动泵的吸气方式、应急脚踏泵 配置和连接方式、液态压缩气体新应用，并进行应用层
面上的探讨，为后续受电弓供风方案制定提供新思路， 提高车辆可用性。

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(
04)(15-1867
Research on Air Supply Solutions of Pantograph for Urban Rail Vehicles
DU Qun&ei
(Institute ，Beijing Rail Transit Technology and Equipment Group Co.，Ltd.，Beijing 100160，China )
Abstract : The pantograph is used as the flow device of the rail vehicle ，and the reliability of the air supply is very important. This paper
discusses the pantograph air supply mode of the pantograph ，and the working scene and wind demand for the pantograph. The air sup- plyschemeproposesalow-leakagewindstorageandcontrolscheme prolongstherepeatedboomintervalafterthevehicleispowered
off ，optimizes the connection mode of the foot pump pipeline ，and improves the operability of the emergency lift bow. According to the sSorageandusecharacSerisicsofliquidgas aliquidgasemergencyraisingairsupplyschemeisproposed.
Keywords ： pneumatic pantograph ； lifting pantograph equipment ； air
supply。