В.А. Раков «Локомотивы и моторвагонный подвижной состав железных дорог Советского Союза 1976-1985»
Опытные моторные электровагоны И
Моторные электровагоны 81-715-2 и 81-716-2
Являясь промежуточным звеном между моторными электровагонами Е и более совершенными конструкциями, электровагоны 81-717, 81-714 еще сохранили от своих предшественников такие недостатки, как значительный вес, недостаточную пассажировместимость, пусковую контакторно-реостатную электрическую аппаратуру и отсутствие рекуперативного торможения.
Работы по созданию электровагонов, не имеющих перечисленных недостатков, начались на Мытищинском машиностроительном заводе в самом начале 70-х годов, а в 1973 г. завод выпустил три моторных электровагона И (два головных – заводское обозначение 81-715-1 и один промежуточный – 81-716-1), которые длительное время проходили эксплуатационные испытания на линиях Московского метрополитена.
Используя опыт их эксплуатации, Мытищинский машиностроительный завод в период 1980-1981 гг. изготовил опытно-промышленную партию вагонов И (рис. 76 и 77): три головных 81-715-2 №10004, 10006, 10010 и четыре промежуточных 81-716-2 №10005, 10007–10009.
Рама, пол и крыша кузова этих электровагонов выполнены в основном из алюминиевого сплава АМг-6; боковые стенки – из алюминиевых прессованных панелей (сплав 1915), включающих в себя каркас и наружную обшивку. За счет применения выпуклых боковых стенок, позволяющих лучше использовать габарит приближений строений, на этих вагонах по сравнению со всеми остальными несколько увеличена ширина пассажирского салона, которая на уровне подоконного пояса составляет 2860 мм (вместо 2712 мм у вагонов 81-717, 81-714).
В связи с применением на электровагонах принудительной вентиляции пассажирских помещений стало возможным для снижения шума при движении поездов в тоннеле убрать с крыши воздухозаборники и перейти на арочную конструкцию крыши вместо фонарной.
Головные вагоны И, так же как вагоны 81-717, имеют в середине лобовой части кузова большие ветровые окна кабины машиниста, за которой расположены отсеки для устройств автоматики и радиооборудования; у промежуточных, как и у вагонов 81-714, в торцовых частях кузова расположены двери, кроме того, в лобовой части ниже подоконного пояса размещены отсеки со стационарным (в отличие от вагонов 81-714) оборудованием для маневровых передвижений. На всех вагонах И применено люминесцентное освещение пассажирского салона, а в кабинах машиниста установлены кондиционеры.
Кузов вагона И опирается на две продольные балки рамы каждой тележки при помощи пневморессор, которые путем изменения в них давления автоматической электропневматической системой позволяют поддерживать высоту кузова относительно рельсов неизменной независимо от загрузки вагона; одновременно пневматические рессоры уменьшают вибрации и шум при движении поезда.
Каждая пневморессора состоит из двух пневмобаллонов размером 560X170 мм, между которыми расположена штампованно-сварная направляющая, жестко соединенная средней балкой с направляющей пневморессор другой стороны рамы тележки. На опытных вагонах были применены литые балки, которые оказались в эксплуатации более надежными. Тяговое и тормозное усилия от тележек к кузову передаются через шкворни. Связь между шкворнями и рамой тележки осуществляется с помощью двуплечевого рычага и поводкового устройства.
Для ограничения поперечных и вертикальных колебаний кузова относительно пути в центральном пневмоподвешивании имеются горизонтальные, а в надбуксовом – вертикальные гидроамортизаторы.
Рама тележек выполнена из двух продольных балок коробчатого сечения, изготовленных из листовой стали толщиной от 8 до 12 мм и двух поперечных балок – горячекатаных труб диаметром 159 мм. Применение для рам балок круглого сечения вместо коробчатого, как у вагонов 81-717, 81-714, вызвало некоторые изменения конструкции тяговых электродвигателей ДК-117Д.
У электродвигателей ДК-117Б, электровагонов И кронштейны и реактивные тяги их подвески сделаны с разъемными хомутами для охвата круглого сечения поперечных балок рамы; валы тяговых электродвигателей, их якорные подшипники и карданные муфты выполнены в габаритах электродвигателей ДК-117В электровагонов 81-717 и 81-714, изготовляемых Мытищинским машиностроительным заводом для метрополитенов Праги и Будапешта.
Вагоны И имеют одинаковые с вагонами 81-717, 81-714 опоры рам тележек на крылья букс через цилиндрические пружины и поводковую связь между рамой и буксами, колесные пары, автосцепки, мотор-компрессор, стояночный тормоз, блок питания собственных нужд БПСН-5У2 и частично пневматическое оборудование.
Передача вращающего момента на электровагонах И от тягового электродвигателя к колесным парам аналогична передаче, примененной на ранее выпущенных типах вагонов метрополитена. В отличие от них редуктор на новых вагонах подвешен своей верхней точкой к поперечной балке рамы круглого сечения с помощью хомута и резинового амортизатора, вложенного в него. Передаточное отношение редуктора 80:15=5,33.
Претерпели существенное изменение тормозные цилиндры и рычажно-тормозная передача. На электровагонах опытно-промышленной партии использовано менее жесткое, чем у опытных электровагонов, надбуксовое подвешивание: статический прогиб головного вагона без пассажиров 36 мм, промежуточного – 34,5 мм. Такое подвешивание первоначально было установлено и испытано в 1976 г. на электровагоне №10001; опытные вагоны И имели статический прогиб 22 мм.
Электровагоны 81-715-2, 81-716-2 имеют тиристорное (широтно-импульсное) регулирование напряжения и возбуждения тяговых электродвигателей. Для регулирования напряжения в каждой цепи из двух последовательно соединенных тяговых электродвигателей служат 10 тиристоров ТД-500 или Т-16-320 (9-го – 18-го класса) и два кремниевых вентиля (диода) ВЛ-320-12; для регулирования возбуждения – три таких же тиристора и четыре вентиля.
Тиристорно-импульсное регулирование на вагоне осуществляет регулятор РТ400/1000И, состоящий из двух силовых блоков БС-39 (каждый для своей группы тяговых электродвигателей), расположенных под кузовом вагона, и блока управления БУ-32, установленного в головных вагонах в кабине машиниста, а в промежуточных – в специальных отсеках с оборудованием для маневровых передвижений. Тиристорно-импульсные регулирования напряжения и возбуждения тяговых электродвигателей на этих вагонах производятся раздельно.
Электровагоны оборудованы автоматическим (следящим) рекуперативно-реостатным электрическим торможением, во время которого попарно соединенные последовательно якоря тяговых электродвигателей включаются с обмотками возбуждения по циклической схеме. При отсутствии потребителя электроэнергии от контактного рельса рекуперативное торможение замещается реостатным, для чего на вагонах 81-715-2 и 81-716-2 установлены пуско-тормозные резисторы КФ-47А-10, которые также используются на тяговом режиме при маневровых передвижениях, когда управление осуществляется специальной кнопкой, установленной на всех вагонах.
Электрическая схема на вагонах 81-715-2 и 81-716-2 в режимах тяги и торможения собирается при замыкании восьми линейных контакторов ПК-162, расположенных по четыре в каждом из ящиков ЛК-755Е и ЛК-755Д. Переключение тяговых электродвигателей с тягового на тормозной режим осуществляет групповой двухпозиционный переключатель ПКГ-762А с электропневматическим приводом.
Рабочее место машиниста головного вагона 81-715-2 оборудовано контроллером машиниста КВ-64А с реверсивной и главной рукоятками, последняя из которых передает вращение своему валу по такому же принципу, что и в контроллерах КВ-66А вагонов Еж3. Главная рукоятка имеет семь положений: нулевое, три ходовых и три тормозных. Ходовые отличаются между собой величиной уставок пускового тока, причем на первом положении происходит выход тяговых электродвигателей на автоматическую характеристику без ослабления их возбуждения, на двух последующих – с ослаблением возбуждения. Три тормозных положения, так же как и ходовые, отличаются между собой уставками тока тяговых электродвигателей, причем на втором и третьем положениях происходит окончательное торможение со вступлением в действие пневматического тормоза с помощью вентилей регенерации.
Максимальная уставка тока при груженом вагоне в тяговом режиме достигает 400 А, в тормозном – 380 А. Минимальное возбуждение тяговых электродвигателей в моторном режиме 28-30%, в тормозном при скорости 90 км/ч – 19%. С понижением скорости до 50 км/ч оно повышается до 90%.
В отличие от опытных вагонов №10001, 10003 на вагонах опытно-промышленной партии 81-715-2 и 81-715-3 (см. ниже), как и на электровагонах 81-717 с №9050, вместо системы автоматического управления движением поезда КСАУДП применена система КСАУП-М.
Максимальная скорость вагонов И 100 км/ч, что на 10 км/ч выше максимальной скорости вагонов Е и 81-717, 81-714. Среднее ускорение и замедление при нагрузке 16 тс на вагон 1,2 м/с . Масса головного вагона составляет 32 т, что на 0,5 т меньше массы вагонов Е и их разновидностей и на 3 т – вагона 81-717.
Промежуточный вагон имеет массу 30 т. Количество мест для сидения в головном вагоне 40, в промежуточном 44; полная населенность головного вагона при расположении 8 чел. на 1 м2 277 чел., промежуточного – 308 чел.
Электровагоны опытно-промышленной партии поступили в депо Красная Пресня Московского метрополитена для эксплуатационных испытаний.
Моторные электровагоны 81-715-3, 81-716-3
В конце 1985 г. Мытищинский машиностроительный завод выпустил опытную партию вагонов 81-715-3 (рис. 78) №10013, 10014 и 81-716-3 №10011, 10012. На этих вагонах изменены конструкция лобовой части головного вагона в связи с применением гнутых стекол увеличенных размеров, расположение сигнальных фар и светильников в пассажирском помещении; за счет рационального размещения оборудования удалось увеличить размеры кабины машиниста; все несущие части кузова и обшивка выполнены соответственно из профилей из алюминиевого сплава АМг-6 и прессованных панелей из алюминиевого сплава 1915.
В конструкции тележек вагонов 81-715-3, 81-716-3 в основном использованы детали и узлы вагонов И выпуска 1980-1981 гг. На новых вагонах усилен узел крепления направляющих пневморессор и средней балки центрального рессорного подвешивания вагона; серьга подвески редуктора, как и на вагонах Е, 81-717, 81-714, прикреплена к нижней его точке и закреплена в отличие от них на круглой поперечной балке рамы при помощи разъемных хомутов; применены цельнокатаные безбандажные колесные пары, у которых по сравнению с вагонами 81-717, 81-714 увеличены диаметры оси в подступичной и средней части соответственно со 165 до 170 мм и со 150 до 155 мм, а также круг катания колес с 780 до 810 мм. Буксы с рамой тележки связаны металлическими шпинтонами с упругими элементами. Автосцепка новых вагонов имеет безрезьбовое соединение головки и поглощающего аппарата.
По сравнению с вагонами 81-717, 81-714 и ранее выпущенными вагонами И претерпело изменение пневматическое оборудование. Установлен кран машиниста №013, обеспечивающий фиксированное давление в тормозной магистрали на каждом тормозном положении его рукоятки при ступенчатом служебном торможении; во многом изменилась конструкция узлов и деталей рычажно-тормозной передачи, цилиндров тормозных и стояночного тормоза.
Силовое электрооборудование вагонов 81-715-3, 81-716-3 состоит из двух независимых групп, каждая из которых включает два последовательно соединенных тяговых двигателя ДК-117Б, регуляторы напряжения и тока возбуждения, размещенные соответственно в блоках БРТН-1 и БРТВТ-1, общих для обеих групп.
Блок БРТН-1 содержит 18 главных и 12 вспомогательных тиристоров ТЛ-2-200-9 и 12 кремниевых вентилей (диодов) ВЛ-2-200-4, а блок БРТВТ-1 имеет четыре тиристора ТЛ-2-200-5 и реакторы. Для выключения тиристоров регулятора тока возбуждения служит регулятор напряжения. Данные блоки с регуляторами расположены под вагоном, а блок управления ими БУВ-1 – в отсеках аппаратуры пассажирского салона.
В тяговом режиме в диапазоне скоростей от 0 до 25 км/ч работают только регуляторы, напряжения при выключенных регуляторах тока возбуждения, которые вступают в действие со скорости 25 км/ч и в дальнейшем осуществляют плавное ослабление возбуждения тяговых двигателей до 28%. В отличие от вагонов 81-715-2, 81-716-2 тиристорные регуляторы напряжения и тока возбуждения, после того как полностью исчерпаны их регулирующие способности, продолжают работать совместно при полностью открытых тиристорах, обеспечивая быстродействующую защиту тяговых электродвигателей во время переходных процессов, возникающих при скачках напряжения в контактной сети.
На новых вагонах, как и на вагонах 81-715-2, 81-716-2, применяется рекуперативно-реостатное автоматическое (следящее) торможение: во время повышения напряжения в контактной сети свыше 975 В осуществляется переход от рекуперативного к реостатному торможению с помощью резисторов КФ-47И, подключаемых по отдельности к каждой группе тяговых двигателей.
При электрическом торможении в диапазоне скоростей от максимальной до 53–66 км/ч работают регуляторы тока возбуждения, с помощью которых возбуждение тяговых двигателей постепенно увеличивается с 48 до 94%. При этом регуляторы напряжения работают с не полностью открытыми тиристорами. От 53-66 км/ч до практически полной остановки вагона работают только регуляторы напряжения, а регуляторы тока возбуждения отключены.
При скорости 3 – 3,5 км/ч происходит включение пневматического тормоза от вентиля регенерации. Для обеспечения быстрого возбуждения тяговых электродвигателей независимо от скорости начала торможения их обмотки возбуждения получают подпитку от статических подвозбудителей, расположенных в ящиках БРТВТ-1.
Переключение схемы из тягового в тормозной режим и обратно производится с помощью пяти линейных контакторов, расположенных в ящике ЛК-761И, и реверсора ПР-772И. При этом реверсор, как и на ранее выпущенных вагонах, используется по своему прямому назначению, т. е. для изменения направления движения вагона.
Контроллер машиниста КВ-101 головного вагона выполнен с использованием полупроводниковых приборов. Главная рукоятка контроллера имеет семь положений: нулевое, три ходовых и три тормозных. Ходовые и тормозные положения отличаются друг от друга величиной уставок пускового и тормозного тока. Максимальная уставка тока груженого вагона в тяговом режиме для каждой группы тяговых электродвигателей составляет 500 А, в тормозном – 400 А. Отдельный контроллер реверсора КВ-100 обеспечивает изменение направления движения.
На вагонах 81-715-3 и 81-716-3, как и на вагонах 81-717, 81-714 последнего выпуска, применены: быстродействующая защита тяговых электродвигателей, устройства которой расположены в ящике ЯВ-1001-44ДКУ2; тепловая защита мотор-компрессоров; автосцепки и электроконтактные коробки соединения междувагонных проводов, выполненные на базе радиоразъемов 7Р-52; модернизированные блоки питания собственных нужд БПСН-5У2М и металлические ящики с аккумуляторными батареями 56НКН-80, рассчитанными на питание цепей управления поездом напряжением 75 В (ранее применялось напряжение 50 В); переносной пульт управления маневровыми передвижениями промежуточных вагонов.
Масса электровагона 81-715-3 составляет 31 т, т. е. снижена на 1 т по сравнению с вагоном 81-715-2; масса промежуточного вагона 81-716-3 не изменилась (30 т).