81-717/714 — тип электровагонов метрополитена, разработанный во второй половине 1970-х годов Мытищинским машиностроительным заводом. Вагоны серийно выпускались Мытищинским, а позже и Ленинградским вагоностроительным заводом им. И. Е. Егорова с 1976 по 2010 год, отдельные более современные модификации выпускаются и позднее, с 2016 года включительно.
Вагоны 81-717 — головные, а 81-714 промежуточные; все вагоны являются моторными. Известны как 81-я серия (в ряде стран — 81-71) и «номерны́е», причём эти прозвища вагоны данных моделей получили от того, что не имеют буквенного обозначения типа, лишь цифровое наименование.
От предыдущих моделей отличаются не только экстерьером кабины головного вагона, но и более мощными двигателями, отсутствием кабин машиниста в промежуточных вагонах, а также более широким применением электроники в приборах управления. Конструктивно представляют собой промежуточное звено от вагонов типа Е к типу И и имеют множество различных модификаций. В метрополитене ряда городов (Баку, Киев, Минск, Москва, Новосибирск и т. д.) модели 81-717/714 и их модификации выполняют основной объём перевозок.
История выпуска и эксплуатации
В начале 1970-х годов на заводе уже был разработан проект промежуточного вагона без кабины машиниста (заводское обозначение 81-714), который конструктивно представлял собой улучшенный вариант так и не построенного вагона типа Еж2. Также завод разработал и проект головного вагона, которому присвоили заводское обозначение 81-717. По этим проектам в первой половине 1976 года Мытищинский машиностроительный завод выпустил 6 опытных вагонов: 3 головных (№ 5846, 5854, 5855) и 3 промежуточных (№ 5837, 5867, 5868).
Кузов вагонов 81-717 и 81-714 представлял собой модернизированный кузов последних модификаций вагонов типа Е, поэтому имел такие же основные размеры. По большинству оборудования (мотор-компрессоры, пневматическое оборудование, аккумуляторные батареи) и оформлению пассажирских салонов новые вагоны были схожи с вагонами типа Еж3. Также у них схожая (за некоторыми исключениями) схема работы силовых электрических цепей (в том числе и наличие реостатного торможения). Внешние изменения заключались прежде всего в том, что из промежуточных вагонов были убраны кабины машиниста, существовавшие в каждом вагоне всех предыдущих типов, а на лобовой части головных вагонов была убрана торцевая переходная дверь. Вместо неё на лобовой части головных вагонов стали устанавливать большое ветровое стекло, по обеим сторонам которого размещалась пара окон поменьше. При этом сиденье машиниста, а также органы управления поездом переместились из правой части кабины в середину перед большим ветровым окном. Как и на вагонах типа И, на 81-717/714 были установлены тяговые двигатели ДК-117Б часовой мощностью 110 кВт (ДК-116 вагонов Е — 72 кВт), для питания цепей управления и заряда аккумуляторных батарей стал использоваться электронный блок питания собственных нужд (БПСН), а освещение в салонах осуществляется с помощью люминесцентных ламп. В связи с применением более мощных двигателей, увеличением массы тары вагонов, а также повышением загрузки промежуточного вагона были подкачены усиленные вагонные тележки с безмоментной системой подвески тяговых двигателей, увеличенным диаметром осей колёсных пар и с более жёстким рессорным подвешиванием.
В отличие от предыдущих моделей вагонов метро, вагоны 81-717 и 81-714 не получили буквенного обозначения типа, что было связано прежде всего с тем, что они были созданы как тестовые, для испытания части оборудования, которое позже предполагалось применить на вагонах типа И. Однако задержка с освоением выпуска алюминиевых кузовов и пусковых импульсных регуляторов, да ещё в то время, когда советские метрополитены остро нуждались в новых типах вагонов с более высокой выходной мощностью, привела к тому, что было решено именно эти две опытные модели вагонов метро запустить в серийное производство. Это было осуществлено в середине 1978 года на Мытищинском машиностроительном заводе. Вагоны 81-717 Мытищинского машиностроительного завода стали получать нумерацию от № 9050, 81-714 — от № 9350. Так как мощностей одного завода не хватало, то с января 1980 года на Ленинградском вагоностроительном заводе им. И. Е. Егорова начался выпуск вагонов модели 81-717 (с № 8400), а с августа того же года вагонов 81-714 (с № 7202). При этом Ленинградский вагоностроительный завод внёс ряд изменений в чертежи вагонов, что позволило использовать для производства элементы модернизированного кузова вагонов Ем508Т, Ема502 и Ем501. Для ускорения производства вагонов метрополитена с середины 1980 года на Калининском вагоностроительном заводе начался выпуск тележек для вагонов 81-717, а с 1985 года и для вагонов 81-714.
Конструкция
Вагоны метро моделей 81-717/714, как правило, эксплуатируются на метрополитенах с шириной колеи 1520+4 мм и имеющих нижний токосъём. Также, для моделей, экспортируемых в страны с колеёй 1435 мм, выпускаются модификации с тележками на данную колею.
Электрическая схема цепей управления такова, что поезд может формироваться строго из обеих разновидностей, причём по концам должны находиться головные вагоны, а в центре — промежуточные. Минимальное число промежуточных вагонов равно одному, максимальное — шести. Таким образом, всего в поезде может быть от трёх до восьми вагонов. Однако есть и исключения — таковым является Ереванский метрополитен, где используются двухвагонные составы (два головных вагона 81-717). Кроме того, при модернизации вагонов в тип 81-717М одним из вариантов исполнения являются одиночные двухкабинные головные вагоны, которые также эксплуатируются в Ереванском метрополитене.
Механическое оборудование
Кузов
Вагоны 81-717/714 и их разновидности имеют цельнометаллические несущие кузова, которые по конструкции схожи с кузовами вагонов типа Еж3 и Ем. Основными частями кузова являются рама, боковые стенки, лобовые и концевые части, крыша и металлический пол. Помимо этого, в кузовах вагонов модели 81-717 расположена сплошная металлическая перегородка, отделяющая кабину машиниста от пассажирского салона. Все эти части соединены между собой с помощью электродуговой (в отдельных узлах — контактной) сварки. Материалом кузова являются углеродистые высококачественные стали.
Рама вагона представляет собой замкнутый контур размерами 18 806|×2666 мм, состоящий из боковых швеллерообразных (высота 180 мм, ширина 70 мм) балок и концевых частей (служат для размещения автосцепок). По концам расположены укороченные хребтовые балки, служащие для размещения поглощающих аппаратов автосцепок и имеющие гнёзда для размещения элементов крепления самих автосцепок. Помимо этого, в набор рамы входят 2 шкворневые балки (сварены из стальных листов толщиной 10 и 8 мм, через них кузов опирается на тележки) и нескольких поперечных балок (швеллер, 180×70×6 мм). Продольные балки в раме отсутствуют, так как их функции выполняет гофрированный пол. Все элементы рамы с помощью электродуговой сварки соединены между собой в единую монолитную конструкцию.
Между собой вагоны соединяются посредством жёсткой автосцепки Шарфенберга, которая помимо механического соединения одновременно соединяет поездные цепи управления, а также воздушные магистрали (напорную и тормозную, см. фото), что позволяет сократить общее время формирования поезда. Для соединения поездных проводов к головке автосцепки подвешена клеммная коробка, состоящая из четырёх разъёмов: двух штыревых и двух гнездовых. Общее число контактов в коробке — 36×4=144, однако подходящих проводов вдвое меньше. Это связано с тем, что нижние и верхние разъёмы дублируют друг друга, тем самым значительно повышая надёжность соединения цепей управления вагонов.
Боковые стенки и концевая часть кузова собраны из вертикальных стоек, подоконных балок и верхнего листа. В качестве обшивки применён стальной гофрированный лист толщиной 1,4—2 мм. Лобовая часть головных вагонов (модели 81-717) выполнена из стального штампованного листа толщиной 4 мм, дополнительно усиленного с помощью вертикальных рёбер жёсткости, и приварена непосредственно к каркасу кузова. Крыша вагона имеет полуфонарный тип, состоит из поперечных рёбер жёсткости и обшивки — стальной гофрированный лист толщиной 1,4 мм. Сверху на крыше установлены черпаки, внутри вдоль продольной оси имеются элементы для подвески светильников освещения салона. Для защиты от ржавчины, а также для повышения пожарной безопасности, металлические поверхности оклеены асбестом и покрыты огнестойкой эмалью (ПФ-218Г).
Поздние модификации вагонов получили некоторые отличия в конструкции кузова — в модификациях 81-717.6 и 81-717.5П применены стеклопластиковые маски кабины, у вагонов.5П дополнительно расширены торцевые двери вагонов (аналогично вагонам 81-540). Также многие новые вагоны выпускаются без декоративного молдинга под окнами и без водоотливного желоба под крышей.
Тележки
Тележки вагонов 81-717/714 моторные двухосные с индивидуальной подвеской колёсных пар, колёсная база — 2100 мм. Основой тележки является рама (1, см. схему) Н-образной конструкции, сваренная из двух поперечных и двух продольных балок. Балки имеют коробчатое сечение, что достигается за счёт профилей корытообразного сечения. Соединение балок друг с другом осуществляется за счёт сварки встык, места соединения при этом усиливаются дополнительными накладками. Материалом балок является качественная углеродистая сталь марки 20. На продольных балках установлены кронштейны для крепления пневматического оборудования, на поперечных балках установлены скользуны (8), на которые опирается кузов вагона, а также кронштейны для крепления элементов тягового привода (ТЭД и редуктор) и центрального рессорного подвешивания. По конструкции тележки вагонов 81-717/714 схожи с тележками вагонов типа Е, отличия же обусловлены более высокими мощностями тяговых двигателей, а также более высоким служебным весом вагонов. Из-за этого масса комплекта тележек возросла с 7050 до 7550 кг, то есть на полтонны. Помимо этого, тележки вагонов 81-717 и 81-714 отличаются между собой, в частности на вагонах 81-717 на передней тележке устанавливаются кронштейны для крепления приёмных катушек АРС, а на буксе передней колёсной пары установлен срывной клапан автостопа. Помимо этого, на второй тележке головного вагона установлен рельсосмазыватель, а на буксах вторых осей обеих тележек расположены датчики скорости.
Колёсные пары вагонов (11) цельнокатанные. По сравнению с вагонами типа Е, на вагонах моделей 81-714 и 81-717 диаметр осей колёсных пар увеличен со 155 до 165 мм в подступичной части и со 145 до 150 мм в центральной части. Диаметр поверхности катания колёс остался без изменений — 780 мм. Колёса запрессовываются на ось посредством горячей посадки, также на ось запрессовывается и специальная втулка, на которую уже непосредственно запрессовываются большое зубчатое колесо и опорные подшипники тягового редуктора. Для передачи продольных усилий от рамы тележки на ось колёсной пары и наоборот применены шпинтоны, закреплённые в продольных балках (на вагонах ранних выпусков — поводки (6)). Рама тележки (5) опирается на каждую буксу (4) через две цилиндрические витые пружины (5), которые имеют статический прогиб до 35 мм (под тарой вагона). Колебания буксового подвешивания гасятся во фрикционном гасителе, который представляет собой полимерную втулку, скользящую по стальному шпинтону.
В центре тележки расположена центральная балка (2), которая соединена предохранительным шкворнем с кузовом вагона и на которую непосредственно передаётся вес последнего. Кузов опирается на центральный пятник (7) балки, а для устранения боковой качки, на балке установлены боковые резиновые скользуны (8, выполнены в виде роликов). Вес центральной балки на основную раму тележки передаётся через центральное рессорное подвешивание (3), поддон и сочленённые подвески. Центральное рессорное подвешивание тележки выполнено из 4 (по 2 с каждой стороны) двухрядных витых цилиндрических пружин, со статическим прогибом 40 мм (при пустом вагоне). Гаситель колебаний в центральном подвешивании на сей раз гидравлический, установленный под углом, что позволяет ему гасить как вертикальные, так и поперечные колебания центральной балки относительно рамы тележки. Дополнительно между пружинами и поддоном имеется резиновая прокладка, служащая для поглощения высокочастотных колебаний. Каждая сочленённая подвеска (всего их в тележке 4, по 2 с каждой стороны) состоит из кованой серьги и двух кованых подвесок, шарнирно соединённых друг с другом. С целью исключения падения на путь узлов и деталей при обрыве сочленённых подвесок в центральном подвешивании применены предохранительные скобы, закреплённые в раме тележки и проходящие под выступами поддонов.
Электрооборудование
Выпускает ООО «Силовые машины — завод Реостат» г. Великие Луки Псковской области.
Тяговые электродвигатели
На каждом вагоне установлено четыре тяговых электродвигателя ДК-117Д или ДК-117ДМ, по два на каждой тележке, с индивидуальным приводом на каждую колёсную пару. Двигатели ДК-117 постоянного тока, коллекторные, обратимые, самовентилируемые, работают в ходовом и тормозном режимах для создания тягового и тормозного усилия. Максимальная мощность каждого двигателя — 110 кВт.
Силовые электронные аппараты
Блок питания собственных нужд
Для заряда аккумуляторных батарей, питания цепей управления и вспомогательных цепей, в том числе и освещения, на вагонах установлен электронный блок питания собственных нужд (БПСН), который представляет собой статический полупроводниковый преобразователь (см. схему).
Структурно блок состоит из двух преобразователей: первичного и вторичного. Первичный преобразователь (на схеме выделен красным контуром) преобразует напряжение контактного рельса постоянного тока 750 В в постоянное напряжение 80 В. Конструктивно состоит из автономного инвертора тока (тиристоры VS1-2, преобразует постоянный ток в переменный), понижающего трансформатора (T1) и управляемого выпрямителя (тиристоры VS3-4, преобразует переменный ток в постоянный). Помимо тиристоров и трансформатора, в состав преобразователя входят коммутирующие диоды (VD1-3), дроссели (L1-3), конденсаторы (C1-3) и резисторы (последние на схеме не показаны), а также сглаживающий фильтр (L4 и C4). Вторичный преобразователь (на схеме выделен синим контуром) служит для преобразования постоянного напряжения 80 В в переменное 220 В, которое поступает для питания цепей освещения. Конструктивно состоит из автономного инвертора напряжения (тиристоры VS5-6) и повышающего трансформатора (T2). И инверторы, и выпрямитель выполнены по схеме с нулевой точкой, что позволяет сократить количество полупроводниковых приборов.
Прототипом БПСН являются преобразователи СПМ № 1 (первичный) и СПМ № 2 (вторичный), которые были применены в 1973 году на первых вагонах типа И. Для облегчения ремонта было решено эти два преобразователя объединить в единый модуль. Выполненный по такой схеме блок питания получил обозначение БПСН-4. Его мощность составляла 4 кВт, установлен он был на вагонах типа 81-717 и 81-714 опытной партии (6 вагонов). Начиная же с вагонов установочной партии, начал устанавливаться блок питания собственных нужд типа БПСН-5У2 (в некоторых источниках можно встретить написание БПСН-5У-2), который отличается низким шумом (источником характерного высокочастотного гула, что можно услышать на остановках, является именно БПСН, а если точнее, то дроссель L3). Его же в процессе производства сменила модернизированная версия — БПСН-5У2М, которая отличалась большей ремонтопригодностью. В частности, тиристоры и диоды в первичном и вторичном преобразователях были идентичны.
С конца 2000-х годов, в ходе крупных ремонтов (средний, капитальный), а также на новых вагонах, БПСН часто заменяется более компактными и практически бесшумными преобразователями. Так на вагонах Петербургского метрополитена устанавливают преобразователь напряжения БПН-115 весом не более 37 кг (против 280 кг у БПСН-5У2М).
Аккумуляторная батарея
Аккумуляторная батарея предназначена для питания цепей управления и вспомогательных цепей вагона, проверки оборудования без подачи высокого напряжения в электродепо. Может также кратковременно осуществлять питание БПСН при проезде не перекрытых контактным рельсом токоразделов, длительно обеспечивать аварийное освещение и принудительную аварийную вентиляцию салона. На каждый вагон (как головной, так и промежуточный) установлено по одной батарее.
На вагоны метрополитена 81-714/717 и их модификации установлены обслуживаемые щелочные никель-кадмиевые аккумуляторные батареи. В эксплуатации находятся батареи, составленные из 52 (у вагонов Е и их модификации 56) соединённых последовательно элементов («банок») НК-80 или KPL-55. Номинальная ёмкость составляет 80 и 55 ампер-часов соответственно. Номинальное напряжение под нагрузкой не менее 62,4 В. Когда на вагон подано высокое напряжение, батарея подзаряжается от источника 80 В БПСН. Изначально элементы размещались по четыре в деревянные ящики на стальной раме, сейчас используются изоляционные футляры из стеклопластика на стальной раме. Для удобства обслуживания батарея имеет ролики, на которых выкатывается из ящика на раздвинутые поворотные кронштейны. Может вручную перекатываться с кронштейнов на специальную тележку с переменной высотой платформы для доставки в аккумуляторное отделение.
Имеет 5 выводов: «−», «+26 В», «+33 В», «+50 В», «+». Вывод «+26 В» используется только для питания лампочки, освещающей аккумуляторный ящик при поднятой для осмотра верхней крышке.
Аккумуляторная батарея проходит ревизию со сменой электролита один раз в год, ревизию один раз в шесть месяцев, усиленный заряд один раз в три месяца.
Тиристорный регулятор
Если регулирование тока возбуждения (а следовательно, и магнитного поля) двигателей при разгоне осуществляется ступенчато за счёт реостатов, то в режиме реостатного торможения регулирование уже плавное, что позволяет поддерживать максимально возможную тормозную силу до 55—60 км/ч. Это достигается за счёт применения тиристорного регулятора РТ-300/300А (применяется при скоростях не менее 55 км/ч). Этот регулятор состоит из силового блока, блока управления и датчика тока двигателей. Силовой блок состоит из двух идентичных тиристорных ключей-фаз, каждая из которых обслуживает отдельную группу тяговых двигателей. Тиристорные ключи, помимо самих тиристоров, состоят из коммутирующих диодов, дросселей, конденсаторов и резисторов. Оба тиристорных ключа размещены в одном модуле, что располагается под вагоном. В этом же модуле размещён блок защиты, который в аварийных ситуациях отключает тиристорный регулятор, при этом на данном вагоне электрическое (реостатное) торможение замещается пневматическим. РТ300/300 состоит из датчика тока, БУ-13 (блок управления), силовых блоков. ДТ-1 (датчик тока) служит для непрерывной передачи информации о силе тока в цепи якорей 2-й группы генераторов. БУ-13 сравнивает информацию от ДТ-1 с уставками, записанными в память БУ, результатом сравнения которых может быть ослабление или усиление магнитного поля силовых блоков
1 уставка — 160 А (Т1)
2 уставка — 250 А (Т1А и Т2), может увеличиваться в зависимости от загрузки вагона
