История развития технических средств и устройств метрополитена
Подвижной состав. 15 октября 1934 г. в 8 ч.20 мин, на только что построенный участок линии на станцию «Комсомольская» вышел первый поезд, состоящий из двух вагонов (секция) – моторного № 1 и прицепного № 1001. Так началась история и жизнь подвижного состава метрополитена.
Вагоны с индексом Б начали изготавливаться в 1938 г. Этот тип также состоял из секций (моторный + прицепной). Каждая имела массу 88 т.
После окончания Великой Отечественной войны на метрополитен поступили из Германии вагоны. Их переделали под местные условия и дали индексы В-1, В2 и В-З. Вагоны В-2 и В-3 – моторные с кабиной управления, В-1 – прицепные без нее.
В 1940 г. разработали и начали выпуск вагонов типа Г (масса 43,7 т). Однако в связи с войной их поставили на производство в 1947 г. Все они – моторные с кабиной управления. Рабочий тормоз – электрический реостатный. В это же время велись дальнейшие поиски по усовершенствованию вагонов.
С 1955 по 1962 гг. производился серийный выпуск вагонов типа Д, который имел примерно одинаковые динамические показатели с типом Г, но выгодно отличался от них в весовом отношении (масса 36,2 т). Изменена была и подвеска тяговых электродвигателей, применена комбинированная автосцепка. Эти вагоны к настоящему времени практически списаны по истечению срока службы (31 год).
Продолжая работу по совершенствованию подвижного состава, с 1962 по 1978 гг. освоен выпуск вагонов типа Е (масса 31,5 т), которые в последующем неоднократно подвергались модернизации. В результате имеется несколько модификаций этой серии: Е, Еж, Ем, Еж3 и др., отличающиеся друг от друга в основном электрическим оборудованием. Все – моторные с кабиной управления. Эти модификации эксплуатируются до настоящего времени, общий парк насчитывает 1666 единиц.
С 1978 г. и по настоящее время изготовляются вагоны серии 81-717 (масса 34 т), 81-714 (масса 33 т). Первый – головной, моторный с кабиной управления, второй – промежуточный, моторный без кабины управления. Инвентарный парк этих вагонов составляет на 01.01.94 г. 2291 единицы.
Для перевозок в ночное время при снятом высоком напряжении используются мотовозы, автодрезины и прицепные платформы.
Для уборки снега на парковых путях применяются две снегоуборочные машины СММ.
В настоящее время все эксплуатируемые составы оборудованы поездной радиосвязью машиниста с диспетчером, громкоговорящим оповещением и связью «пассажир-машинист».
Составы, курсирующие на Замоскворецкой, Кольцевой, Калужско-Рижской, Таганско-Краснопресненской линиях, оборудованы устройствами автоматического регулирования скорости (АРС), а на Калининской и Серпуховско-Тимирязевской – АРС с резервированием (ДАУ АРС).
Для выполнения текущих ремонтов и технического обслуживания вагонов на каждой линии имеется электродепо. Средний и капитальный ремонты производятся на заводе, расположенном на двух площадках в электродепо «Сокол» и «Выхино», где организован поточный метод ремонта вагонов, а также всех узлов и агрегатов, формирование новых колесных пар вагонов.
Энергоснабжение. В настоящее время энергетическая система метрополитена включает развитую кабельную сеть около 20 тыс. км, 39 тяговых подстанций, 117 понизительных и 82 совмещенные тягово-понизительные подстанции. Развернутая кабельная сеть общей протяженностью около 20 тыс. км, проложенная открытым способом в тоннеле, коллекторах, шахтах, под платформами станций, образована кабелями 10 кВ, 825 В, 400 В и 220 В.
Подстанции, построенные до 70-х гг., были рассчитаны на обеспечение энергией движения 30-35 пар поездов в час и 6-вагонных составов. Мощности двигателей подвижного состава возросли более чем в 1,5 раза, примерно в 1,5 раза увеличилось количество вагонов в поезде, повысились скорости движения поездов, возросла парность движения поездов до 42 пар в час, что вызвало необходимость на тех же площадях разместить в два-три раза более мощное оборудование. С целью обеспечения этих требований за 30 лет были реализованы основные мероприятия по усовершенствованию системы электроснабжения.
Путь и путевое хозяйство. Общая протяженность путей метрополитена увеличилась с 11,4 км в 1935 г. до 703,7 км, в том числе главных – 504 км. Постоянный рост протяженности линий не приводит к снижению грузонапряженности, так как не успевает за растущими пассажиропотоками. Наиболее загруженной линией является Замоскворецкая, одна из старейших, где грузонапряженность достигает более 61 млн.т.км в год.
На участке 1 очереди длиной 11,4 км применялось по тем временам самое мощное верхнее строение пути: рельсы типа 1а, деревянные шпалы типа 1, щебеночный балласт, нераздельное скрепление, накладки фартучные. На 11 очереди строительства все пути были уложены на бетонное основание. Скрепление – раздельное, накладки – двухголовые, на четырех стыковых болтах.
Контактный рельс. Уложенная при строительстве 1 очереди конструкция узла контактного рельса при эксплуатации выявила ряд существенных недостатков. Начиная с 1948 г., постоянно проводилась работа по ее совершенствованию: с 1953 г. предложена П-образная скоба, которая в дальнейшем стала фиксироваться штырями фасонной скобы, кожимитовые прокладки заменили на полиэтиленовые высокого давления, что позволило увеличить пробивное напряжение с 2 до 20-30 кв. С 1975 по 1981 гг. все узлы контактного рельса на главных путях были модернизированы.
В 1980 г. стали внедрять конструкцию из стеклопластика. В 1993-94 гг. изготовили и установили 1200 таких узлов. В настоящее время решается вопрос о массовом их производстве для нужд эксплуатации и строительства новых линий. С 1935 г. контактный рельс закрывался деревянными коробами. В настоящее время из 492,3 км контактного рельса главных путей 177,2 км закрыты стеклопластиковыми коробами.
Дефектоскопия пути. В первые годы контроль за состоянием рельсов в основном осуществляли обходчики, проверка рельсов и скреплений проводилась визуально и с помощью простейших приспособлений. В дальнейшем появились магнитные дефектоскопные тележки и вагон-дефектоскоп, которые могли выявлять неисправности только на поверхности головки рельса и на глубину 10 мм. Позже были внедрены магнитные и ультразвуковые дефектоскопы.
В 1976 г. был введен в эксплуатацию ультразвуковой дефектоскопный вагон. Постоянное внимание организации и совершенствованию контроля состояния рельсов и остряков стрелочных переводов дало свои результаты. В 1994 г. с началом эксплуатации второго ультразвукового дефектоскопного вагона с более совершенной аппаратурой качество диагностики пути значительно повысилось.
Обслуживание и ремонт пути. В первые годы эксплуатации производить ремонтные работы не требовалось. Со старением верхнего строения пути появилась необходимость в путейских подразделениях, которые могли бы выполнять эту работу. Объем ее определяется сроком службы: так, шпалы на наземных участках – 15-16 лет, на тоннельных – 35-37 лет, рельсы по предусмотренному тоннажу Р-50 – 350 млн. т. км, скрепление – в 2-3 раза дольше, щебень – по загрязненности.
Для снижения ручного созданы опытные образцы следующих механизмов: комплекс механизмов по замене шпал, включающий шпалорезательную, шпалоизвлекающую и фрезерную машины; машина для замены стрелочных переводов, хоппер-дозатор для перевозки щебня и др.
Автоблокировка. В 1935 г. на первой линии метрополитена применялась система автоматической блокировки со светофорами, автостопами и защитными участками. Она обеспечивала пропускную способность 34 пар 6-вагонных поездов в час.
В процессе эксплуатации система автоблокировки непрерывно совершенствовалась. Так, для сокращения защитных участков с целью увеличения пропускной способности впоследствии начали применять устройства контроля скорости подходящих и уходящих поездов; вынос автостопов навстречу движению; открытие светофоров, не ожидая полного поднятия скобы автостопа (ускоренное открытие), и другие мероприятия, внедрение которых позволило увеличить пропускную способность линий до 42 пар поездов в час.
Устройства АЛС-АРС. Впервые эта система была использована на Кольцевой линии в начале 60-х гг. Впоследствии эта система стала типовой и получила повсеместное распространение.
Система АРС содержит комплекс путевых и поездных устройств, обеспечивающих автоматическое снижение скорости с таким расчетом, чтобы расстояние до места препятствия было не менее тормозного пути в каждый момент времени. Информация о свободных участках пути и допустимой скорости движения передается по рельсовым цепям. Они выполняют роль датчиков.
Все это дало возможность отказаться от устройств автоматической блокировки с электромеханическими автостопами и организовать движение поездов на двух линиях – Серпуховско-Тимирязевской и Калининской только по системе АЛС-АРС. Разрабатываются такие устройства для Сокольнической, Кольцевой, Арбатско-Покровской и Замоскворецкой линий.
Диспетчерская централизация стрелок и сигналов. Станции с путевым развитием в начале эксплуатации метрополитена были оборудованы устройствами электромеханической централизации с ящиком зависимостей и индивидуальным заданием маршрутов. Это были громоздкие, хотя и надежные с точки зрения безопасности движения поездов, устройства. Схема управления стрелочным электроприводом была с однополюсным отключением, а стрелочные приводы – с наружным замыкателем.
На смену электромеханической централизации пришла релейная с маршрутным управлением, при которой от одного действия дежурного по станционному посту переводились все стрелки маршрута и открывался светофор. Затем были разработаны схемы автоматизации оборота поездов по тупиковым станциям, а также других повторяющихся маршрутов.
Современная маршрутно-релейная централизация предполагает задание маршрутов нажатием двух кнопок на пульте управления. Информационное табло – ячеистого типа. Система управления стрелками и сигналами на парковых путях депо также претерпела кардинальные изменения. В настоящее время большинство депо оборудованы электрической централизацией блочного типа, схемой управления стрелочным электроприводом на переменном токе, устройствами автоматического обдува стрелок.
Водопровод. Сооружения метрополитена оборудованы системой хозяйственно-питьевого, технологического и противопожарного водопровода. Первый предназначен для уборки станций, тоннелей, вентиляционных шахт и служебно-бытовых помещений. Питьевым водопроводом снабжены буфеты, кубовые, душевые, санузлы; технологический водопровод необходим для охлаждения воздуха систем местной вентиляции, противопожарным (565 км) оборудованы все станции и тоннели.
Водоснабжение метрополитена осуществляется от городского водопровода, а также от артезианских скважин. В сутки он потребляет более 8500 м3 воды. Основной проблемой является коррозия водопроводных труб. Как показал опыт эксплуатации и результаты научно-исследовательских работ, для водопровода метрополитена целесообразно применять трубы из низколегированных сталей или с внутренним защитным покрытием. Испытано несколько видов покрытия. Наиболее эффективно показали себя стеклоэмалевые. Ведутся работы по организации цеха по нанесению их на водопроводные трубы.
Отопление. Наземные сооружения и вестибюли метрополитена в холодный период отапливаются. Подземные станции и тоннели обогреваются воздухом, нагретым теплом, выделяющимся при движении поездов, работе электрооборудования, пассажирами. Отдают свое тепло, накопленное весной и летом, сооружения и прилегающие к ним грунты. В вестибюлях требуется обогреть не только служебные помещения, но и пассажиров, входящих с улицы.
В начале эксплуатации метрополитена тепло для этих целей .поступало от котельных, встроенных в вестибюли или установленных в ближайших зданиях. В настоящее время оно подается от городских тепловых сетей или из квартальной котельной. В ряде случаев из-за отсутствия вблизи тепловых сетей применяется электрическое отопление. Входы и выходы на станциях оборудуются воздушно-тепловыми завесами. Они включаются утром при открытии станций, а отключаются по окончании движения и после закрытия метрополитена.
Все процессы осуществляются в основном диспетчером. Значительная часть их уже подключена к действующей системе телеуправления.
Местная вентиляция. В действии находятся около 4 тыс. систем местной вентиляции. Они обеспечивают поддержание требуемых параметров воздушной среды в рабочей зоне технических и производственно-бытовых помещений. Бесперебойная и эффективная работа вентиляционных установок достигается рациональной их эксплуатацией. С целью экономии электроэнергии и трудовых ресурсов, для поддержания определенного режима вентиляции на Замоскворецкой и Серпуховско-Тимирязевской линиях внедряются программируемые устройства автоматического включения и отключения ее по заданному алгоритму.
Водоотливные установки. Для удаления из подземных сооружений метрополитена грунтовых вод, поступающих через неплотности тоннельной обделки, от мытья станций, тоннелей, тушения пожаров, от установок охлаждения служат водоотливные насосные установки, расположенные в пониженных точках трассы. Сегодня имеется 722 водоотливные и 579 канализационных насосных установок с 2500 единицами оборудования, откачивающих ежесуточно около 5000 м3 воды.
Насосные установки – это один из элементов безопасного и бесперебойного движения. Поэтому вопросам их автоматизации уделяется должное внимание.
Промышленное телевидение и телеуправление. На станциях все шире используется система, позволяющая осуществлять оперативное управление и визуальный контроль за технологическим процессом внутри станции: наблюдение за посадкой пассажиров в поезд, контроль в случае несанкционированного прохода в тоннель, визуальный контроль за безопасностью пассажиров при входе и выходе с эскалатора.
В. Малеев, зам гл. инженера (в сокращении)
Журнал «Метро»,
№3-4, 1995 г.