Вагоны метро. Серия А

Сегодня мы поговорим о первых отечественных электропоездах метрополитена - метровагонах серии А, особенностях их устройства и электрооборудования. Узнаем, какие их технические решения были взяты с первых электричек, какие использовались только на них, а какие используются и сегодня.
Примечание: тем, кто мало знаком с устройством электропоездов (электричек) вообще, рекомендуем изучить наш рассказ "Первое знакомство с электропоездом для начинающих" http://proza.ru/2023/04/03/1334.

В начале 1930-х годов в Москве началось строительство первой линии отечественного метрополитена. Одновременно со строительством Центральное вагоностроительное бюро (главный конструктор П.И. Травин) разработало вагоны поездов для этой линии – первые метровагоны в нашей стране, получившие буквенное обозначение «А». Их прототипом, по одной из версий, стал вагон из Нью-Йорка, который поступил в эксплуатацию в 1932 году. Строительство метровагонов А началось на Мытищинском вагоностроительном заводе в конце 1934 года. Электрооборудование для этих вагонов поставлял московский завод Динамо, уже выпускавший оборудование для первых наземных электричек.

ОБЩЕЕ УСТРОЙСТВО. МЕХАНИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ.

Поезда из вагонов А состояли из двухвагонных СЕКЦИЙ. Каждая секция имела моторный вагон с тяговыми электродвигателями и прицепной вагон без двигателей. Минимальное число вагонов в поезде было равно двум (1 секция), обычно поезд состоял из 4 или 6 вагонов (2 или 3 секции). Подобно наземным электропоездам серии С, каждый вагон А имел кабину машиниста. Из неё можно было управлять всеми вагонами поезда.

Ширина колеи путей отечественного метрополитена была принята такой же, как и на наземных железных дорогах (1524 мм), поэтому вагоны А (и все последующие отечественные метровагоны) строились под эту ширину колеи. Длина вагона А составляла 19 м, ширина 2,7 м (меньше, чем у наземных вагонов, т.к. путь проходил в тоннелях), высота 3,7 м. Вес моторного вагона – 52 т, вес прицепного – 36 т. Кузов вагона опирался на две 2-осные тележки с двухступенчатым рессорным подвешиванием: первая ступень – пружинные рессоры, вторая – листовые рессоры Бабина. Тележки имели челюстные буксы. Тележки и кузова вагонов изготовлялись из стали методом сварки. Вагоны сцеплялись друг с другом жёсткой автоматической сцепкой, разработанной на основе отечественной автосцепки СА3 и американской сцепки Виллисона.

В планировке кузов вагона А имел САЛОН для пассажиров (посмотрите на фото!) и КАБИНУ МАШИНИСТА в конце вагона, отгороженную от салона перегородкой с дверью. В центре торцевых стен каждого вагона (передней и задней) была дверь для перехода в соседний вагон. Для посадки-высадки пассажиров впервые в отечественном вагоностроении на вагонах А использовали АВТОМАТИЧЕСКИЕ ДВЕРИ. Каждый вагон А (как и последующие метровагоны) имел 4 пары автоматических дверей с каждой стороны. Двери имели электропневматический привод: они открывались и закрывались сжатым воздухом, подаваемым по электрическому сигналу из кабины машиниста. Максимальная пассажировместимость вагона А составляла 262 места (в т.ч. 52 сидячих). Вагоны имели естественную вентиляцию через форточки в верхней части крыши (с вагона №30 форточки заменили воздухозаборниками-«черпаками», используемыми на вагонах «Номерной» и сегодня).

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ.

Электрическое оборудование вагонов А было разработано и изготовлено московским заводом Динамо на базе оборудования электропоездов серии «Св». Было принято, что метровагоны будут питаться напряжением 750 В постоянного тока от третьего (контактного) рельса. Для подачи высокого напряжения на поезд на каждом вагоне справа и слева было установлено по одному рельсовому токоприёмнику. Все 4 токоприёмника одной секции подключались параллельно друг другу. Питание метровагонов напряжением 750 В постоянного тока от третьего рельса используется на всех отечественных метрополитенах и сегодня.

Подобно наземным электричкам и трамваям, моторные вагоны А имели 4 тяговых двигателя постоянного тока, размещённые на тележках. Каждый тяговый двигатель вращал свою колёсную пару через понижающий редуктор с передаточным числом 3,94. Мощность одного двигателя составляла 153 кВт, следовательно, мощность одной секции – 612 кВт. Максимальная скорость вагона составляла 65 км/ч.

Для управления тяговыми двигателями использовались те же способы, что и на наземном ЭПС постоянного тока – переключение тяговых двигателей с последовательного соединения на параллельное (что обеспечивало изменение напряжения на двигателях) и ослабление возбуждения тяговых двигателей (т.е. уменьшение тока их обмоток возбуждения, а значит, магнитного потока). Для ограничения тока двигателей при их подключении к сети и при переходе на параллельное соединение использовались пусковые реостаты. Как и на электропоездах Св, был предусмотрен автоматический реостатный пуск тяговых двигателей – по мере разгона поезда и снижения тока двигателей реостаты из цепи двигателей выводились автоматически. На метровагонах «Номерной» и ряде наземных электропоездов эти решения используются и сегодня.

На вагонах А, как и на наземных электричках, использовалась СИСТЕМА КОСВЕННОГО УПРАВЛЕНИЯ – все переключения в цепях тяговых двигателей выполнялись аппаратами, установленными в ящиках под моторными вагонами. Эти аппараты управлялись по электрическому сигналу из кабины машиниста. Основные переключения в цепях двигателей выполняли 14 индивидуальных электропневматических КОНТАКТОРОВ: 2 линейных контактора подавали напряжение на двигатели, 8 реостатных контакторов выводили из цепи двигателей реостаты, 4 переходных контактора обеспечивали переход с одного соединения двигателей на другое. Для ослабления возбуждения двигателей использовался 2-позиционный электропневматический переключатель. Направление движения вагона изменялось РЕВЕРСОРОМ – 2-позиционным электропневматическим переключателем, изменявшим направление тока в обмотках возбуждения двигателей.

Все эти аппараты управлялись по электрическим сигналам низкого напряжения от контроллера машиниста из любой кабины управления поезда. Цепи низкого напряжения не имели отдельных источников электропитания (аккумуляторной батареи и генератора, в отличие от наземных вагонов Св!) и питались через специальный резистор прямо от цепей 750 В. Поэтому цепи высокого и низкого напряжения не были развязаны, что не исключало попадание высокого напряжения в цепи низкого напряжения в аварийном режиме. Кроме того, при питании цепей низкого напряжения через резистор напряжение в них менялось от 140 до 60 В; стабилизации низкого напряжения не предусматривалось.

КОНТРОЛЛЕР МАШИНИСТА - главный аппарат управления двигателями поезда, установленный в каждой кабине, имел одну рукоятку управления (в отличие от контроллера машиниста вагонов Св и более поздних метровагонов). Она была и главной (т.е., служила для разгона поезда), и реверсивной (т.е. изменяла направление движения). Рукоятка имела 8 положений: нулевое, 5 для движения вперёд, 2 для движения назад. Рассмотрим работу схемы вагона при нулевом положении и положениях «Вперёд».

1) Нулевое. В этом положении цепи управления двигателями обесточивались и тяговые двигатели выключались. Поезд стоял на месте либо ехал по инерции.
2) Вперёд-1. На моторных вагонах реверсоры переключались в положение Вперёд. На тяговые двигатели подавалось напряжение, при этом двигатели были включены последовательно и в их цепь для ограничения тока были полностью введены реостаты.
3) Вперёд-2. Пусковые реостаты автоматически выводились из цепи двигателей. Для этого по командам реле ускорения, контролировавшего ток двигателей, включались определенные реостатные контакторы, обеспечивая 10 ступеней реостата.
4) Вперёд-3. Тяговые двигатели переключались на параллельное соединение. Для ограничения тока в их цепь снова вводились реостаты, которые по мере снижения тока также автоматически выводились.
5) Вперёд-4. По команде реле ослабления возбуждения на параллельном соединении тяговых двигателей применялось ослабление возбуждения.
6) Вперёд-5. Использовалось как аварийное – при отключении части двигателей поезда. Все тяговые двигатели вагона включались последовательно.

Рукоятка контроллера имела КНОПКУ БЕЗОПАСНОСТИ, при движении поезда машинист постоянно держал её нажатой. Машинист в нулевом положении рукоятки нажимал кнопку, а затем, держа нажатой кнопку, ставил рукоятку в необходимое положение. При отпускании кнопки в рабочем положении рукоятки контроллера цепи управления поезда обесточивались, выключая двигатели. Возможно, при этом также срабатывали пневматические тормоза. Отпустить кнопку (как и повторно нажать её) машинист мог только в нулевом положении рукоятки.

Защита тяговых двигателей от коротких замыканий и перегрузок выполнялась ГЛАВНЫМ ПРЕДОХРАНИТЕЛЕМ и РЕЛЕ ПЕРЕГРУЗКИ, которое в аварийном режиме выключало линейные контакторы. Отключение цепей высокого напряжения вагона от токоприёмников выполнялось главным разъединителем, а отключение цепей управления тяговыми двигателями вагона – разъединителем цепей управления РУМ.

Рассмотрим известные особенности вспомогательных цепей вагонов А. Переключения в этих цепях выполнялись электромагнитными контакторами.

Электрическое ОСВЕЩЕНИЕ каждого вагона осуществлялось 30-ю светильниками с лампами накаливания. Светильники устанавливались на потолке вагона и над диванами. Особенностью светильников были открытые снизу плафоны. Лампы светильников, рассчитанные на напряжение 120 В, подключались последовательно друг другу и питались от цепей 750 В. Путь перед поездом освещался двумя фарами, по одной лампе в каждой. Поскольку в поезде не было аккумуляторных батарей, всё освещение питалось от цепей 750 В. Поэтому при исчезновении напряжения в контактном рельсе оно выключалось.

Для получения сжатого воздуха использовался КОМПРЕССОР, приводимый во вращение двигателем постоянного тока. Двигатель питался напряжением 750 В через резистор. По-видимому, уже на вагонах А использовались регуляторы давления, включавшие и выключавшие компрессоры в зависимости от давления сжатого воздуха.

Таким образом, от электрической схемы моторных вагонов электропоездов Св схема моторных вагонов А отличалась следующим:
1) Схема была рассчитана на питание напряжением 750 В постоянного тока от третьего (контактного) рельса. Вместо двух пантографов использовались 4 рельсовых токоприёмника;
2) Каждые два тяговых двигателя были постоянно соединены параллельно (а не последовательно, как на Св);
3) В цепи тяговых двигателей отсутствовал маневровый резистор;
4) Было увеличено количество позиций реостатного пуска тяговых двигателей;
5) Для переключения двигателей на параллельное соединение использовался один мостовой контактор вместо двух.
6) Для ослабления возбуждения вместо индивидуальных контакторов использовался групповой переключатель.
7) Цепи низкого напряжения питались через резистор от цепей 750 В и не имели системы стабилизации напряжения.
8) Контроллер машиниста имел одну рукоятку, которая была и главной, и реверсивной.

ТОРМОЗА. ПНЕВМАТИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ.

Для торможения на вагонах А, аналогично вагонам Св, использовались автоматические пневматические неистощимые тормоза системы Матросова. Для управления тормозами в каждой кабине машиниста был установлен кран машиниста №334. Каждый вагон был оборудован двумя воздухораспределителями №75 системы Матросова и двумя тормозными цилиндрами – по одному воздухораспределителю и одному цилиндру на каждую тележку. Электропневматических и электродинамических тормозов вагоны А не имели. Кроме пневматических тормозов, сжатый воздух потребляли звуковые сигналы, автоматические двери и аппараты управления тяговыми двигателями.

ВЫПУСК И ЭКСПЛУАТАЦИЯ. СОХРАНЁННЫЕ ВАГОНЫ.

В 1934-1937 годах Мытищинский вагоностроительный завод построил 111 вагонов «А». Эти первые отечественные метровагоны эксплуатировались на Сокольнической, Замоскворецкой и Арбатско-Покровской линиях Московского метрополитена. В конце 1930-х годов вагоны А получили усиленные и усовершенствованные тележки. При этом на тележке стало по 2 тормозных цилиндра, а токоприёмники стали ставить только на тележки моторных вагонов. В 1950-е годы часть вагонов А прошла модернизацию.

Вагоны А эксплуатировались на Сокольнической и Замоскворецкой линиях до 1951 года, на Арбатско-Покровской – до января 1975-го. Сохранились 4 вагона А. Вагоны №21 и №1031 до 1999 года использовались как дефектоскопы, вагон №1 с оригинальной отделкой сохранялся в депо Измайлово. В 2015 году вагоны №1 и №1031 были восстановлены до ходового состояния, в 2017 году к ним был добавлен вагон №21. Вагон №1001 был передан в качестве путеизмерителя в Бакинский метрополитен и в 2017 году также восстановлен.