В.А. Раков «Локомотивы и моторвагонный подвижной состав железных дорог Советского Союза 1976-1985»
1. Последние разновидности моторных электровагонов Е
Общие сведения. В период 1976-1985 гг. вступили в строй Ташкентский (ноябрь 1977 г.)? Ереванский (март 1981 г.), Минский (июнь 1984 г.), Горьковский (ноябрь 1985 г.) и Новосибирский (первый поезд прошел 11 декабря 1985 г., официальное открытие состоялось 7 января 1986 г.) метрополитены. Увеличилась протяженность линий и на ранее действующих метрополитенах Москвы, Ленинграда, Киева, Тбилиси, Баку и Харькова.
Если за 1966-1975 гг. протяженность линий метрополитенов возросла на 127 км (147 км было на конец 1965 г. и 274 км на конец 1975 г.), то за последующее десятилетие длина линий с учетом Новосибирского метрополитена увеличилась на 171 км и достигла на конец 1985 г. 445 км. На всех вводимых в эксплуатацию участках применяются только моторные электровагоны, рассчитанные на питание через контактный рельс постоянным током номинальным напряжением 750 В.
Первые моторные электровагоны Е были построены Мытищинским машиностроительным заводом в 1959 г., а с 1963 г. начался их серийный выпуск. С 1968 г. параллельно с Мытищинским машиностроительным заводом эти вагоны начал выпускать Ленинградский вагоностроительный завод им. И. Е. Егорова.
В процессе изготовления вагонов Е в их конструкцию вводились отдельные изменения. Это привело к появлению ряда разновидностей вагонов Е, а именно, вагонов Ем, Ема, Емх, Еж, Еж1, Ечс, Еж3, Ем501, Ема502, Емх503, Ем508, Ем509, Ем508Т. Электрооборудование вагонов Е всех разновидностей, рассчитанное на применение реостатного электрического торможения, изготовлялось Московским электромашиностроительным заводом «Динамо» им. С. М. Кирова. Тележки для вагонов выпускал только Мытищинский машиностроительный завод.
Из перечисленных выше разновидностей в течение десятой пятилетки Мытищинский машиностроительный завод изготавливал одну разновидность Еж3 (заводское обозначение 81-710, начало изготовления 1973 г., строились и в 1976-1977 гг.), а Ленинградский вагоностроительный завод им. И. Е. Егорова – три разновидности: Ем501 (заводское обозначение 81-501, начало изготовления 1971 г., строились и в 1976–1977 гг.), Ема502 (заводское обозначение 81-502, начало изготовления 1971 г., строились и в 1976, 1978–1980 гг.) и Ем508Т (заводское обозначение 81-508Т, начало изготовления 1974 г., строились и в 1976–1979 гг.).
Все разновидности электровагонов Е в конструкции механической части и пневматического оборудования имеют много общих деталей и узлов. Кузова вагонов всех разновидностей цельнометаллические сварной конструкции, имеют длину 18810 мм (кроме вагонов Е) и ширину 2712 мм. У кузовов нет продольных балок между шкворневыми балками; роль продольных балок выполняет гофрированный пол, как это сделано в вагонах электропоездов ЭР1, ЭР2 и всех последующих серий.
Наружные стенки кузовов выполнены с гофрами, причем выше подоконного пояса вагоны Е, Ем, Ема, Емх, Еж, Еж1, Ечс, Еж3 имеют по два гофра, а вагоны Ем501 (кроме № 3894), Ема502, Емх503, Ем508, Ем509, Ем508Т – по три гофра. Начиная с вагона Еж3 № 5781 Мытищинский завод ликвидировал гофры в месте стыкования лобовой и боковой стенок кузова.
Во всех вагонах Ленинградского завода элементы рамы кузова (кроме хребтовых балок) изготовлены из прокатных профилей. С учетом опыта эксплуатации вагона Ем508Т №6523 на Московском метрополитене Ленинградский завод с 1976 г. (начиная с вагона № 6763) стал изготовлять все вагоны с модернизированными кузовами.
У этих кузовов изменено крепление наружной обшивки и гнезд автосцепок к раме, применено параллельное расположение вместо веерообразного концевых хребтовых балок: хребтовые балки изготовлены из штампованного профиля, по размерам и конфигурации аналогичного прокатному, применяемому в поперечных балках и боковом поясе рамы; в боковом поясе отсутствуют овальные отверстия.
В отличие от опытного вагона, на серийных с модернизированными кузовами вместо литого гнезда автосцепки применено сварное, уменьшена толщина вертикальных листов шкворневой балки с 8 до 6 мм. Данные мероприятия позволили снизить массу кузова на 500 кг.
Боковые стены кузова с каждой стороны имеют по четыре проема для установки раздвижных дверей. Все разновидности вагонов Е, кроме базового длиной 18770 мм, могут эксплуатироваться на линиях Ленинградского метрополитена, имеющих ряд станций закрытого типа. На раме кузова установлены комбинированные автосцепки. Длина вагона по осям автосцепок 19166 мм (вагоны Е) или 19210 мм (их разновидности).
Шкворневые балки кузова опираются через подпятники на центральные брусья тележек, которые с помощью цилиндрических пружин подвешены к рамам тележек. Рамы тележек Н-образной формы имеют коробчатое сечение. Между центральным брусом и рамой тележки поставлены гидравлические амортизаторы (по одному с каждой стороны тележки). Рама тележки опирается на приливы (крылья) букс также через цилиндрические пружины. Общий статический прогиб рессорного подвешивания под тарой вагона в зависимости от разновидности вагона Е составляет 76,7 – 80,2 мм. Колесная база тележки 2100 мм, общая колесная база 14700 мм.
Буксы с цилиндрическими роликовыми подшипниками связаны с рамой тележки упругими поводками, изготовленными из рессорной стали. Диаметр колес при новых бандажах 780 мм, диаметр шеек 110 мм. Между ступицей колеса и ободом центрального диска имеются резиновые вкладыши, уменьшающие шум при движении вагонов и смягчающие удары.
На каждой тележке установлены четыре тормозных цилиндра диаметром 6” (у вагонов Е, Ем, Ема, Емх) или 5” (у вагонов Еж, Еж1, Еж3, Ечс, Ем501, Ема502, Емх503, Еы508, Ем509, Ем508Т) – по одному на каждое колесо. Нажатие бакелитовых колодок на колеса двустороннее. При этом на вагонах с тормозными цилиндрами диаметром 6” с каждой стороны колеса применены двойные колодки, расположенные на общем башмаке; с диаметром 5” – одинарные.
Тяговые электродвигатели консольно подвешены на поперечных рамах тележки. Вращающий момент от вала электродвигателя к колесной паре передается через карданную муфту и редуктор с передаточным отношением 80:15=5,33.
В связи с тем что в конце 1977 г. Мытищинский завод прекратил выпуск всех разновидностей вагонов Е и перешел к изготовлению нагонов 81-717, 81-714 (см. ниже), в период 1977–1980 гг. Ленинградский завод выпускал вагоны Ем501, Ема502 и Ем508Т с тележками, в которых отдельные узлы и детали заимствованы у вагонов 81-717, 81-714: вагоны № 6883, 6888, 6890, 6891, 6893, 6894, 6896 и всё последующие имеют усиленное центральное и надбуксовое рессорное подвешивание со статическим прогибом 70 мм; вагоны № 6894, 6909-6912, 6914 и все последующие – облегченную рычажно-тормозную передачу с расположением регулировочных винтов с наружной стороны тележки, как на вагонах Е, Ем, Ема, Емх.
На вагонах Е и их разновидностях установлены мотор-компрессоры ЭК-4Б, приводимые электродвигателями ДК-408В мощностью 3,7 кВт (750 В, 6,7 А. 1500 об/мин). Изоляция обмоток полюсов и якоря электродвигателя выполнена из кремнийорганической смолы.
Тормозной воздухораспределитель № 337-004 объединяет в себе органы служебного и экстренного торможения, а также аппараты замещения электрического торможения пневматическим (вентили регенерации). Все виды торможения происходят под контролем авторежима, что обеспечивает в известной степени независимость замедления от нагрузки вагона, которая с учетом относительно небольшой массы тары вагона (31,5–32,2 т) значительно меняет в эксплуатации отношение полного веса к весу самого вагона.
Все разновидности вагонов Е в отличие от базового вагона имеют аккумуляторные батареи 56НКН-80 емкостью 80 А • ч (на базовых 56НК.Н-55 емкостью 55 А • ч) с регулируемым электрическим подзарядом от контактного рельса (на базовых – «глухой» – нерегулируемый).
Вагоны Е и их разновидности оборудованы кабиной машиниста, а их головные вагоны выпуска 1973-1980 гг. – расположенными между кабиной и пассажирским салоном отсеками для систем автоматического управления, поездом и радиоаппаратуры. У вагонов Е и их разновидностей мест для сидения 40, вместимость головного вагона из расчета 8 чел. на 1 м2 260 чел., промежуточного – 265 чел. Максимальная скорость 90 км/ч; ускорение при трогании 1,2 м/с2; замедление при реостатном торможении от скорости 70 до 10 км/ч около 1,1 м/с2.
Разновидности вагонов Е отличаются между собой степенью оснащения устройствами автоматического управления поездом, радиоаппаратурой; подразделением вагонов на головные, хвостовые и промежуточные; способами регулирования степени ослабления возбуждения тяговых электродвигателей в тормозном режиме; особенностями конструкции кузова, связанными с различной технологией его изготовления на разных заводах.
Моторные электровагоны Ем501 и Ема502
Промежуточные электровагоны Ем501 и головные Ема502 (рис. 72) строились взамен электровагонов Ем и Ема и имеют по сравнению с ними некоторые изменения в конструкции кузова, сделанные в целях облегчения его изготовления в условиях Ленинградского вагоностроительного завода.
Электрическая схема вагонов Ем501 и Ема502 в дополнение к ручному управлению рассчитана на работу от комплексной системы автоматического управления поездом (КСАУП), разработанной институтом Гипротранссигналсвязь МПС и включающей в себя две подсистемы: автоведение и автоматическое регулирование скорости (АРС).
Автоведение позволяет осуществлять все режимы движения поезда по командам с центрального пункта с помощью активных датчиков, установленных вдоль пути, а АРС – поддержание требуемой скорости, задаваемой при помощи сигналов различной частоты в рельсовой цепи в зависимости от местонахождения впереди идущего поезда.
Обе подсистемы имеют общую исполнительную аппаратуру, выполненную с использованием тиристорных реле. Поездная аппаратура КСАУП может быть приведена в действие только на составах, по концам которых расположены головные вагоны Ема502, а в середине промежуточные Ем501.
Головные вагоны Ема502 в отличие от промежуточных Ем501 имеют дополнительное оборудование: в кабине машиниста устройства и сигнализацию для включения и отключения системы КСАУП, под кузовом электропневматический клапан автостопа (ЭПК), на тележках датчика скоростемера ДС-1 (по типу датчика электропоезда ЭР200) и датчики приема команд автоведения и АРС от путевых устройств, а также срывной клапан автостопа и рельсосмазыватели.
На вагонах Ем501 и Ема502 установлены четыре (по два на каждую тележку) тяговых электродвигателя ДК-108Г с волновой обмоткой якоря, имеющей кремнийорганическую изоляцию. Магнитная система электродвигателя выполнена с малым насыщением, в связи с этим для ускорения процесса нарастания магнитного потока при реостатном торможении электродвигатели имеют на главных полюсах, помимо катушек с последовательной обмоткой, катушки с независимой обмоткой возбуждения, питаемой через резистор от контактного рельса; эти катушки создают около 10% магнитного потока.
При напряжении на выводах 375 В электродвигатели имеют следующие параметры:
Режим Мощность, кВт
Ток, А Частота вращения якоря, об/мин
Возбуждение
Часовой 66 202 1510 50
Продолжительный
58 178 1560 65
Максимальная частота вращения якоря 3260 об/мин. Масса электродвигателя 630 кг. Из-за ограничения по напряжению на коллекторе тяговых электродвигателей ДК-108Г при реостатном торможении на высоких скоростях движения применен вывод тормозных резисторов с выдержкой времени, вследствие чего тормозной путь вагонов Ем501 и Ем502 удлиняется, и эксплуатация их на линиях без светофоров даже с АРС невозможна.
На каждом электровагоне Ем501 и Ема502 установлены два групповых переключателя с электромоторным приводом. Один из них – реостатный контроллер ЭКГ-17В – служит для изменения сопротивлений пуско-тормозных резисторов КФ-47А и степени возбуждения тяговых электродвигателей. Второй переключатель – ЭКГ-18В – предназначен для перевода тяговых электродвигателей с последовательного на последовательно-параллельное соединение по схеме моста, а также для переключения электрической схемы с тягового режима на тормозной.
Включение 1-й позиции на тяговом режиме осуществляется тремя линейными контакторами ПК-162А1, расположенными в ящике ЛК-756А; на этой позиции тяговые электродвигатели имеют возбуждение 35%. На 2-й – 15-й позициях реостатного контроллера происходит выведение из цепи пусковых резисторов, 17-я и 18-я позиции являются безреостатными; на 2-й – 18-й позициях тяговые электродвигатели имеют возбуждение 100%.
Если реостатный контроллер задерживается на 18-й позиции, то происходит уменьшение возбуждения до 55% с помощью индивидуальных контакторов. При обратном вращении вала реостатного контроллера из цепей тяговых электродвигателей выводятся пусковые резисторы, а затем уменьшается степень возбуждения тяговых электродвигателей со 100% последовательно до 78, 55, 44 и 35%.
Во избежание сильных толчков при выключении тяговых электродвигателей переход на выбег осуществляется с предварительным уменьшением тягового или тормозного усилия с помощью резисторов и двух Дополнительных линейных контакторов, расположенных в том же ящике ЛК-756А. Реверсирование выполняется путем переключения обмоток якоря. Количество позиций пуска и торможения 36 (по 18 позиций при вращении реостатного контроллера в прямом и обратном направлениях); количество промежуточных ступеней ослабления возбуждения 3.
Реостатное торможение производится от скорости 90 до 10-12 км/ч. Первые пять позиций торможения осуществляются только за счет изменения возбуждения тяговых электродвигателей с 31% последовательно по ступеням до 35, 44, 55, 73 и 100%. На остальных позициях происходит постепенное уменьшение сопротивлений, резисторов, включенных в цепь тяговых электродвигателей.
Силовые катушки реле ускорения и торможения включены в каждую группу тяговых электродвигателей. Максимальная уставка катушки реле ускорения и торможения в каждой группе тяговых двигателей при пуске 260 А, при торможении в порожнем режиме 260 А, в груженом 320 А.
Контроллер машиниста КВ-55А имеет реверсивную и главную рукоятки, привод кулачкового вала разъединителя цепей управления (РЦУ) и кулачки контактов в цепях автоведения. Главная рукоятка на тяговом режиме имеет три позиции; 1-я позиция (маневровая) – реостатный контроллер ЭКГ-17В остается на 1-й позиции, тяговые электродвигатели соединены последовательно, возбуждение 35%; 2-я позиция – контроллер ЭКГ-17В на 18-й позиции, тяговые электродвигатели соединены последовательно; 3-я позиция– контроллер ЭКГ-17В на 1-й позиции, тяговые электродвигатели соединены последовательно-параллельно, возбуждение 35%. На тормозном режиме главная рукоятка имеет три положения; 1 и 1А – ручное торможение; 2 – автоматическое торможение.
Для функционирования КСАУП на вагонах Ем501, Ема502 они имеют 16 дополнительных поездных проводов и междувагонные соединения к ним, а также активную дверную сигнализацию, указывающую на закрытое состояние раздвижных дверей пассажирского салона. Для возможности обслуживания поездов, сформированных из этих вагонов, в одно лицо кабины, машиниста оборудованы педалью безопасности НВ-701.
В процессе выпуска электровагонов Ем501 и Ема502 в конструкцию их электрического оборудования вносились некоторые изменения. В частности, на вагонах, начиная с № 7169, применена электрическая схема с одинаковым включением якорей и их обмоток возбуждения в обеих группах тяговых электродвигателей, что улучшило условия их работы при возникновении аварийных режимов. Такое изменение ранее было сделано на электровозах ВЛ82 с № 003.
Моторные электровагоны Еж3 и Ем508Т
С целью сокращения тормозного пути поездов при реостатном торможении для возможности применения на линиях метрополитенов автоматического регулирования скорости без светофоров возникла необходимость создания электровагонов, на которых вместо ослабления возбуждения тяговых электродвигателей с помощью ступенчатого шунтирования их обмоток возбуждения резисторами с выдержкой времени на каждой позиции реостатного контроллера использовалось бы тиристорное (широтно-импульсное) регулирование.
Такое регулирование было применено первоначально на электровагонах Ечс, а затем на электровагонах Еж3 с начала их выпуска. В отличие от вагонов Ем501 и Ема502 в них использованы элементы упрощенной электрической схемы управления поездом, ранее примененной на вагонах Е, Еж и Ем509 (головные) и Еж1, Ем508 (промежуточные).
Электрические цепи вагонов Еж3 не увязаны со схемой автоведения, разработанной институтом Гипротранссигналсвязь, и предусматривают пассивную дверную сигнализацию, указывающую на открытое состояние раздвижных дверей пассажирского салона, но допускающую трогание поезда при этом.
По сравнению с другими разновидностями вагонов Е на вагонах Еж3 (рис. 73 и 74) дополнительно расположены: в кабине машиниста – блок управления БУ-13 тиристорного регулятора РТ-300/ЗООА изменения степени ослабления возбуждения тяговых электродвигателей; под вагоном – его силовой блок БС-29, имеющий восемь тиристоров ТЛ-2-200-7 и шесть кремниевых вентилей (диодов) ВЛ-1-200-7, а также ящики с индивидуальными магнитными контакторами для включения и отключения данного регулятора, реле и аккумуляторная батарея 11НКН-55 (12 В), необходимые для работы автоматического регулирования скорости.
В основном работа силовой электрической схемы вагонов Еж3 в тяговом режиме аналогична работе остальных разновидностей вагонов Е, а на тормозном имеет некоторые отличия в связи с применением широтно-импульсного регулирования ослабления возбуждения тяговых электродвигателей. На вагонах Еж3 применены: реостатный контроллер ЭКГ-17И, переключатель положений ЭКГ-18И, ящик с линейными контакторами ЛК-756Б, пуско-тормозные резисторы КФ-47А-6, резисторы ослабления возбуждения на тяговом режиме КФ-50А-4 и другие аппараты.
Возбуждение тяговых электродвигателей на тяговом режиме при их последовательном соединении составляет 35% на 1-й позиции реостатного контроллера и 78% на 18-й позиции, а после вывода пуско-тормозных резисторов при последовательно-параллельном соединении электродвигателей изменяется от 100 до 35% по ступеням: 78, 55 и 44%.
Контроллер машиниста КВ-66А вагонов Еж3 в отличие от контроллеров КВ-55А вагонов Ем501 и Ем502 не имеет специальных кулачковых элементов для автоведения и выполнен в габаритных размерах контроллера КВ-40А, устанавливавшегося на ранее выпускавшихся вагонах Е, Еж, Еж1, Ем508 и Ем509. В кабинах машиниста вагонов Еж3 находятся пульты управления ПУ-2, имеющие две рукоятки, перемещаемые машинистом в вертикальной плоскости. Одна из рукояток с помощью промежуточных валов и конических шестерен воздействует на главный вал контроллера машиниста, другая – на кран машиниста №334.
Во время реостатного электрического торможения для ускорения нарастания магнитного потока тяговых электродвигателей их возбуждение устанавливается равным 90%; затем для ограничения напряжения между коллекторными пластинами при высоких скоростях движения оно уменьшается до 30% и потом снова повышается до 90% при плавном возрастании тока в якорях тяговых электродвигателей по мере снижения скорости.
Данный процесс происходит на 1-й позиции реостатного контроллера, при этом рукоятка главного вала контроллера машиниста находится в положении: «Тормоз-1» при токе в якорях тяговых электродвигателей от 0 до 130-150 А; «Тормоз-1А» или «Тормоз-2» при токе от 220-230 А до 280-290 А и скорости, уменьшающейся с 80 до 50–55 км/ч.
После окончания импульсного регулирования возбуждения тяговых электродвигателей дальнейший процесс торможения производится путем вывода пуско-тормозных резисторов и практически не отличается от процесса торможения на остальных разновидностях вагонов Е.
В связи с тем что процесс реостатного торможения на вагонах Еж3 начинается практически при полном возбуждении тяговых электродвигателей (90%), то на этих двигателях, получивших наименование ДК-116А, за счет ликвидации катушек с независимой подмагничивающей обмоткой, питаемой от контактного рельса, была несколько повышена мощность по сравнению с тяговыми электродвигателями ДК-108Г вагонов Е и их разновидностей. На главных полюсах тяговых электродвигателей ДК-116А применена изоляция «Монолит» класса Р. При напряжении на выводах 375 В эти тяговые электродвигатели имеют следующие параметры:
Режим Мощность, кВт Ток, А
Частота вращения якоря, об/мин Возбуждение
Часовой 72 218 1420 50
Продолжительный
60,5 190 1340 65
Масса тягового электродвигателя 625 кг.
Максимальная уставка тока реле ускорения и торможения в каждой группе тяговых электродвигателей при выводе пуско-тормозных резисторов в тяговом и тормозном режимах равна: при порожнем режиме 270 А; при груженом 320 А.
Часть вагонов Еж3 оборудована комплексной системой автоматического управления движением поездов (КСАУДП), состоящей из самостоятельных комплексов автоведения САММ (система автоматизированная МИИТ – Метро) и автоматического регулирования скорости АЛС-АРС разработки ВНИИЖТа.
В отличие от всех систем автоведения, разработанных институтом Гипротранссигналсвязь, система САММ на тормозном режиме воспринимает команды от пассивных путевых программ. Система АЛС-АРС применяемая на вагонах Еж3, имеет более надежные в работе измеритель скорости и другую аппаратуру, а также не предусматривает больших выдержек времени при торможении на высоких скоростях движения.
Начиная с 1979 г. данная система АРС стала внедряться на вагонах Е и их разновидностях со ступенчатым регулированием ослабления возбуждения тяговых электродвигателей на тормозном режиме по мере модернизации этих вагонов. Делалось это с целью уравнивания их тормозного пути при работе АРС с тормозным путем вагонов Еж3 за счет применения на высоких скоростях частичного наложения на действие реостатного тормоза пневматического.
На электровагонах Ем508Т, выпущенных Ленинградским заводом в качестве промежуточных к электровагонам Еж3, подвагонное оборудование аналогично оборудованию вагонов Еж3, схоже и расположение тиристорных регуляторов. На вагонах Ем508Т применены: контроллер машиниста КВ-40А-4, который в дальнейшем был заменен несколько отличающимся контроллером КВ-66А, и пассивная дверная сигнализация.
Остальное оборудование их однотипно с оборудованием электровагонов Ем501.
Боковой вид электровагона Еж3 (40,3 Кб).
Разновидности вагонов Е (немодернизированные) могут сцепляться между собой в следующих состояниях: Е с Еж, Еж1, Ем508, Ем509; Еж3 с Ем508Т; Ема с Емх, Ем, Ема502, Ем501 и Емх503.
В процессе серийного выпуска вагонов Еж3 и Ем508Т в порядке эксперимента вагон Еж3 №9026 в 1977 г. был изготовлен с одной секцией крыши из нержавеющей стали; на вагонах Ем508Т № 7047-7056, выпущенных в 1978 г., установлены металлические ящики для аккумуляторных батарей.
Моторные электровагоны Еж3 поступили на Московский (Таганско-Краснопресненская линия), Харьковский, Тбилисский, Ташкентский и Бакинский метрополитены, где начали, в основном, эксплуатироваться с электровагонами Ем508Т.