Новые вагоны метро | ТМ 1938-08/09

Инж. Л. ЛЕХТМАН

Когда поезд метро несется в тоннеле со скоростью 50 км в час, то ни у кого из пассажиров не возникает опасения: «А вдруг поезд не сможет остановиться, и мы пролетим мимо станции?» Все уверены в том, что поезд остановится точно тогда и там, когда и где это нужно. И действительно, за все время работы метрополитена не было случая, чтобы поезд проехал мимо станции, если ему полагалось там остановиться.

Однако, вероятно, немногие задумывались над тем, насколько трудно точно и вовремя остановить тяжелый поезд, идущий с большой скоростью. А между тем над этим стоит подумать.

Когда пушечный снаряд, вылетевший из жерла орудия, встречает препятствие, он разрушает его. Живая сила снаряда, т. е. его способность произвести работу (в данном случае — разрушительную), пропорциональна массе и квадрату скорости снаряда. Ударяясь о какое-нибудь препятствие, снаряд теряет свою скорость, а вместе с ней и живую силу, но при этом происходит разрушение материала препятствия, нагрев его, а также и снаряда, в точном соответствии с потерянной живой силой.

Снаряд остановился, но при этом он произвел ясно видимую работу.

Конечно, поезд не обладает скоростью пушечного снаряда, но зато ведь и масса его неизмеримо больше. Живая сила поезда, несущегося с большой скоростью, огромна.

Какую же работу производит останавливающийся поезд?

Работу трения. Когда машинист начинает тормозить, сжатый воздух с силой прижимает тормозные колодки к бандажам вращающихся колес (пневматическое торможение). Между колодками и бандажами возникает трение, в результате которого вращение колес задерживается, и поезд останавливается.

Если присмотреться внимательно к рабочей поверхности тормозной колодки, то на ней можно увидеть царапины и вырванные кусочки металла. Такие же царапины можно увидеть и на бандажах колес. Каждый раз, когда машинист тормозит, с бандажей и колодок летят мельчайшие металлические стружки, так называемая «тормозная пыль». А если торможение производится часто, как, например, в метро — через каждые две-три минуты, — то тормозные колодки истираются так быстро, что расходы на их восстановление становятся чрезвычайно большими. К тому же тормозная пыль очень сильно портит электрическое оборудование (моторы, контакторы и др.). А между тем подсчитано, что в тоннеле метро за один год скапливается несколько десятков тонн металлической пыли. Сколько непроизводительно затраченного металла, сколько труда на установку новых колодок, на перепрессовку и обточку изношенных бандажей! Сколько неприятностей из-за того, что металлическая пыль портит изоляцию тоннельного и подвагонного оборудования!

Что же нужно сделать, чтобы свести до минимума все эти недостатки? Нужно снизить живую силу поезда к началу торможения колодками. Живая сила пропорциональна массе поезда и квадрату его скорости, т. е.:

\(A=\frac{mv^2}2\),

где \(A\) — живая сила поезда, \(m\) — масса поезда, \(v\) — его скорость к моменту начала торможения.

Если уменьшить вес вагона, уменьшится его масса, а следовательно, уменьшится в такой же пропорции и его живая сила. А если уменьшить скорость, то живая сила уменьшится в квадрате, а значит, в квадрате уменьшится и работа силы трения при торможении. Так, например, если начать пневматическое торможение не с 50, а с 25 км в час, то работа торможения уменьшится при этом в \(\left(\frac{50}{25}\right)^2\), т. е. в 4 раза. А если начать пневматическое торможение с 5 км в час, то его работа уменьшится в \(\left(\frac{50}5\right)^2\), т. е. в 100 раз! Соответственно уменьшится износ колодок и бандажей, уменьшится количество металлической пыли.

Но каким образом достигнуть этого? Чем заменить пневматическое торможение на больших скоростях? Электрический двигатель дает возможность разрешить эту задачу.

*

Известно, что тяговый двигатель может быть превращен в генератор путем простого переключения. При этом он будет вырабатывать ток в соответствии со своим числом оборотов и тем электрическим сопротивлением, которое включено на его клеммы. Чем меньше электрическое сопротивление, тем больше генерируемый ток и тем большее усилие требуется для вращения генератора.

Каждый велосипедист знает, что даже у крохотной велодинамки сопротивление вращению резко возрастает, когда лампочка включена, т. е. когда этот маленький генератор дает ток.

Сравнивая размеры и ток велодинамки с размерами и током тяговых двигателей вагона метро, легко себе представить, какое огромное сопротивление вращению могут они развить, если их переключить на генераторный режим. Это сопротивление вращению, которое называется тормозным усилием, передается через зубчатую передачу колесам поезда, и они замедляют свое вращение. Величину тормозного усилия можно регулировать, изменяя величину электрического сопротивления. Когда скорость поезда становится совсем небольшой (примерно 4—5 км в час), дальнейшее применение электрического торможения становится нецелесообразным, и поезд окончательно останавливается при помощи пневматических тормозов. Но при этом, как уже было указано, износ тормозной системы составляет всего 1%.

Такое устройство применено на новых вагонах метро, запроектированных для следующих очередей. Эти вагоны получили название «вагоны типа Г». Кроме электрического торможения, они отличаются весьма плавным пуском и большой скоростью сообщения. Плавный и быстрый пуск достигается применением особого, впервые изготовленного аппарата. Этот аппарат автоматически производит выключение секций пусковых сопротивлений при пуске, а также переключает моторы на электрическое торможение. Аппарат приводится в действие при помощи сжатого воздуха.

Механическая часть вагона выполнена из специальных сортов стали, благодаря чему достигнута большая прочность при малом весе вагона.

Первые образцы электрического оборудования уже изготовлены и успешно прошли пробные испытания. В недалеком будущем новые вагоны будут курсировать в тоннелях Московского метрополитена.