Параллельно со строительством метрополитена ученые, инженеры, конструкторы работали над созданием подвижного состава.
Директивами XVII конференции ВКПб в феврале 1932 г. строительство метровагонов было поручено Мытищинскому машиностроительному заводу. Проект новых цехов завода был разработан еще в 1930-1931 гг. Предусматривался ежегодный выпуск ими не менее 265 вагонов.
Центральное вагоноконструкторское бюро Всесоюзного объединения вагоностроительных и тормозных заводов под руководством инженера П. П. Травина разработало конструкцию первых метровагонов. Активно участвовали в ее разработке инженеры А. Г. Акимов, Г. И. Каштанов, О. А. Бойчевский. Одновременно инженерно-технические работники Московского завода «Динамо» разработали электрическую схему метровагона, конструкцию тяговых двигателей, электрическую аппаратуру. Активно работали И. И. Белкин, Б. Н. Тихменев, М. З. Жиц, А. А. Рабинович и другие специалисты. В мае 1933 г. была выполнена опытная модель вагона метрополитена. После обкатки и проверки работы вагона Государственной комиссией над доработкой конструкции работала группа ведущих специалистов под руководством главного конструктора Т. А. Казанского и конструктора И. К. Ковалева.
Тормозная система была разработана на Московском тормозном заводе группой конструкторов в составе И. К. Матросова, В. И. Крылова и Е. В. Клыкова.
27 августа 1934 г. Мытищинским заводом было подготовлено два опытных вагона, которые были направлены на завод «Динамо», где было смонтировано электротехническое оборудование и аппаратура. Там же вагоны были опробованы, прошли обкатку и 14 октября 1934 г. были отправлены на метрополитен. 15 октября первая секция прибыла в депо «Северное». Первый вагон был опробован со скоростью около 25 км/ч с пассажирами, которыми были работники заводов-изготовителей Мытищинского машиностроительного, Московского тормозного и завода «Динамо». Среди первых пассажиров были также специалисты метростроя. Первые вагоны получили названия «ММ-1 моторный» и «МП-1001 прицепной» типа «А».
К дню открытия VII съезда Советов 25 января 1935 г. Мытищинский завод выпустил первые 40 вагонов, обеспечив тем самым своевременное открытие движения на метрополитене. В процессе эксплуатации и доводки первые вагоны типа «А» и «Б» были значительно модернизированы, особенно усовершенствована их электрическая схема. Эксплуатация показала высокую надежность и долговечность вагонов. Срок их эксплуатации был определен в 50 лет. Вагоны обеспечивали устойчивый пробег без капитального ремонта 2,5 млн. км.
Серьезным недостатком конструкции первых вагонов было несовершенство конструкции автотормозов. Торможение было пневматическим, производилось за счет трения колодок о бандажи колес (электротормоз был внедрен позднее). Недостаточна была и электрическая защита от токов перегрузки и коротких замыканий.
Основные характеристики вагонов
Масса тары головного вагона «А» — 51,7 т
Масса тары прицепного вагона «Б» — 36,3 т
Габариты — 18 400×2 700×3 700 мм
Конструкционная скорость — 65 км/ч
Мощность на валу двигателя — 153 кВт
Напряжение на тяговом двигателе — 750 В
В испытаниях первых вагонов принимали активное участие метрополитеновцы А. И. Ежов, А. Ф. Новохацкий, которые впоследствии руководили метрополитеном, а также Г. Ф. Федоров, В. Г. Трофимов, А. М. Минц.
Московский железнодорожный узел направил для работы на метрополитен с электрифицированных участков своих лучших машинистов, среди которых можно назвать имена И. И. Иванова, А. С. Трофимова, Н. С. Тимофеева, Ф. Н. Фролова и др.
Все конструкторские разработки метровагонов были сосредоточены в конструкторском бюро Мытищинского завода, которое уже в 1938 г. приступило к проектированию нового вагона с более совершенной тележкой, электрическим тормозом и меньшей массой.
Уже в 1939 г. завод приступил к строительству первых шести опытных вагонов типа «Г» для 3-й очереди метрополитена и в 1940 г. они были переданы в опытную эксплуатацию.
Война задержала выпуск новых вагонов и только в 1946 г. переработанная на основании испытаний техническая документация была передана в заводские цеха. Доводку вагонов производил подотдел КБ завода, который возглавил конструктор К. И. Каштанов.
В день празднования 800-летия Москвы первые вагоны типа «Г» поступили на метрополитен. Эти вагоны обладали более совершенной быстродействующей электрической тормозной системой, имели меньшую массу и более высокую скорость движения. Электрическая аппаратура была значительно усовершенствована, обладала высокой степенью надежности и меньшими габаритами. Упростилось управление за счет применения группового, а не индивидуального привода. Было расширено применение аппаратуры, работающей от токов низкого напряжения, что обеспечило большую безопасность и надежность. Все вагоны выпускались с кабинами машиниста, каждая ось была обмоторена, длина вагона увеличилась на 330 мм, остальные габариты не изменились. Масса тары уменьшилась на 8,0 т, масса тележки на 2,1 т. Конструктивная скорость увеличилась на 10 км/ч, улучшились динамические параметры. Этот вагон экспонировался на Лейпцигской выставке, где получил высокую оценку.
Однако у вагона были и существенные недостатки, в частности: велики тяговые двигатели, подвеска их была жесткой, что приводило к отказам двигателей вследствие плохой амортизации. Доработки требовала и конструкция редуктора, передающего силу тяги от двигателя к колесной паре, поэтому было принято решение приступить к конструированию новой, более совершенной конструкции вагона.
В 1955 г. заводы начали выпускать метровагоны серии «Д», которые уже в 1956 г. стали поступать на Ленинградский метрополитен. Это были конструктивно более современные вагоны и отличались от вагонов типа «Г» прежде всего меньшей массой (масса тары вагона была меньше на 7,5 т, масса тележки — на 2,2 т). Значительно была улучшена конструкция ходовых частей, улучшена амортизация тяговых двигателей за счет совершенствования подвески, что, в свою очередь, позволило снизить массу тягового двигателя с 1450 до 700 кг. Была применена комбинированная автосцепка жесткого типа, которая обеспечила как механическое сцепление, так и надежное соединение пневмомагистралей и электрических цепей управления. Был сконструирован одноступенчатый редуктор с косозубой передачей и применена карданная муфта в тяговом приводе. Обшивка кузова вагона была выполнена из более тонкого листа. Интересным было решение подвески раздвижных дверей с помощью цепей Галля, что дало возможность вместо двух пневматических приводов установить один. Для открытых линий была выпущена модификация вагона «Д» с утеплением и герметизацией кабины машиниста, аппаратуры и салона.
Данные вагоны работают до настоящего времени на Московском и Ленинградском метрополитенах, небольшая модернизация позволила повысить степень их надежности.
В 1956 г. под руководством главного конструктора И. В. Разуваева на заводе приступили к разработке новой серии вагона типа «Е». В 1960 г. первая группа вагонов была передана на обкатку Московскому метрополитену. К серийному выпуску этих вагонов заводы приступили в мае 1963 г. Эти вагоны значительно отличались от предшествующих типов по своим электроаппаратным, динамическим и ходовым свойствам и соответствовали уровню вагоностроения того времени. Была значительно увеличена скорость, которая составила 90 км/ч, масса тары снижена до 31,7 т. С целью сокращения времени стоянки на станциях дверные проемы раздвижных дверей были увеличены с 900 до 1128 мм.
Впервые были применены алюминиевые сплавы, из которых были изготовлены двери, каркасы и другие элементы кузова. Тележка была выполнена с применением поводкового подвешивания и подрезиненной колесной пары.
Внедрение системы автоматического регулирования скорости (АРС), повышение в связи с этим частоты движения требовали дальнейшей модернизации вагонов. Этого требовал и внешний рынок. Промышленность вместе с метрополитеном, научными институтами и проектными организациями приступила к созданию новых модификаций. Появились модификации вагона «Е». Для Ленинградского метрополитена были разработаны вагоны «ЕМА» и «Ем», оборудованные ленинградской системой автоведения и дающие возможность эксплуатации линии метрополитена со станциями закрытого типа.
В апреле 1970 г. В день 25-летия освобождения Венгрии от фашистских захватчиков вошел в строй действующих метрополитен Будапешта. Вагоны для него были разработаны и поставлены советскими вагоностроителями.
В восьмой пятилетке вагоностроительные заводы перешли на выпуск вагонов типа «Еж» с усиленной тележкой и новой внутренней отделкой слоистым пластиком.
Вагон типа 81-717. Внешний вид
В октябре 1973 г. был начат выпуск вагонов типа «Ечс» для Пражского метрополитена. Вагоны выполнены по результатам новых разработок с учетом особенностей пражской трассы. На вагонах были установлены тяговые двигатели мощностью 72 кВт вместо 68 кВт, как на вагонах типа «Е». Принципиальным изменениям подверглась электросхема вагона — в режиме торможения введено тиристорное регулирование возбуждения двигателя. Это позволило осуществлять электродинамическое торможение при максимальной скорости (на вагонах предыдущих типов при скорости более 70 км/ч применялся пневмотормоз). Вагоны были оборудованы устройством системы автоматического регулирования скорости. На Пражском метрополитене вагоны хорошо проявили себя в эксплуатации, за что в марте 1976 г. правительство ЧССР вручило Мытищинскому заводу орден Труда. Параллельно разработчиками вагонов «Ечс» было подготовлено внедрение аналогичных конструкций для отечественных метрополитенов, такие вагоны получили индекс «Ежз».
Модернизированным типом вагонов «Е» явились вагоны типа 81-717 (81-714) (рис. 15, а и б), которые начали выпускаться в 1977 г. Эти вагоны отличаются от вагонов типа «Е» тем, что промежуточные вагоны не имеют кабины машиниста, за счет этого увеличена их вместимость. Салон вагонов отделан трудносгораемым декоративным пластиком. На вагонах этой серии впервые установлены принудительная вентиляция, люминесцентное освещение. Вспомогательные цепи получают питание от специального устройства БПСН. Сконструирован новый пульт управления, на котором смонтированы практически все приборы управления поездом. Вагоны выпускаются с устройствами автоматического регулирования скорости и экстренной связи пассажиров с машинистом.
Вагон типа 81-717. салон
Тяговый двигатель имеет мощность 110 кВт, что позволяет развивать скорость на прямых участках пути до 90 км/ч.
В настоящее время сконструированы и проходят испытания вагоны нового типа.
Таблица 1. Технические данные вагонов метрополитенов
| Технические показатели | Тип вагона | ||||||||
| А, Б | Г | Д | Е | 81-717 (81-714) | |||||
| Год выпуска | 1934 | 1946 | 1956 | 1963 | 1977 | ||||
| Тара вагона, т | 51,7 | 43,7 | 36,2 | 31,7 | 34/33,5 | ||||
| Длина, м | 18,91 | 19,11 | 19,166 | 19,166 | 19,206 | ||||
| Ширина, м | 2,7 | 2,7 | 2,7 | 2,7 | 2,67 | ||||
| Высота, м | 3,7 | 3,7 | 3,695 | 3,695 | 3,65 | ||||
| Скорость, км/ч | 65 | 75 | 75 | 90 | 90 | ||||
| Ускорение, м/с² | 0,8 | 1,0 | 1,0 | 1,1 | 1,1 | ||||
| Замедление, м/с² | 0,8 | 1,0 | 1,0 | 1,2 | 1,2 | ||||
| Тип тормоза | механи-ческий | электроди-намический | электроди-намический | электроди-намический | электроди-намический | ||||
| Вместимость, чел., при плотности 10 чел/м² | 264 | 264 | 264 | 264 | 270 | ||||
| Установленный срок службы, лет | 50 | 50 | 50 | 35 | 35 | ||||
Это современный вагон, в конструкции которого устранены недостатки предыдущих серий и реализованы новые технические решения по повышению надежности основных узлов, в частности, усовершенствована принудительная вентиляция салона, что повышает надежность воздухоснабжения, особенно при остановке поезда. Кроме того, предусмотрено тиристорно-импульсное регулирование скорости в режимах пуска и торможения с рекуперацией электрической энергии в сеть при торможении. Центральные стальные рессоры, через которые кузов опирается на раму тележки, заменены пневматическими с автоматическим регулированием их прогиба в зависимости от нагрузки. Кузов выполнен из высокопрочного алюминиевого сплава, что снизило массу конструкции до 30 т. Новая форма кузова позволила увеличить вместимость вагона. Максимальная скорость увеличена до 100 км/ч.
На линиях метрополитенов сейчас эксплуатируется свыше 5000 вагонов типа «Д», «Е» и 81-717. Учитывая, что за последние годы резко возросла интенсивность работы вагона и его населенность, увеличилось и число отказов, что характерно для Московского и Ленинградского метрополитенов. На других метрополитенах СССР и стран — членов СЭВ эти же вагоны работают с высокой степенью надежности.
Основные характеристики вагонов, эксплуатируемых на метрополитенах СССР, приведены в табл. 1.
Опытные вагоны метрополитена типа «И» имеют следующие основные показатели: Конструкционная скорость — 100 км/ч
Среднее ускорение в режиме пуска при нагрузке 9 т и разгоне на горизонтальном участке пути до скорости 40 км/ч — 1,2 м/с²
Среднее замедление при электрическом торможении со скорости 100 км/ч — 1,0 м/с²
Среднее замедление при экстренном торможении — 1,2 м/с²
Время разгона до скорости 80 км/ч — 40 с
Габариты:
длина по торцовым стенкам — 18 839 мм
ширина — 2 820 мм
Масса головного вагона — 31 т
промежуточного — 30 т
электрооборудования — 5,6 т
Максимальная вместимость:
головного вагона — 324 чел. (22,6 т)
промежуточного — 353 чел. (24,2 т)
Длина тормозного пути при торможении со скорости 90 км/ч:
при команде АРС — 385 м
при электрическом торможении — 335 м
при экстренном пневматическом — 250 м
Напряжение питания тяговых двигателей — 725 в (550-975 В)
Мощность тяговых двигателей — 4×100 кВт
На вагоне применен двигатель типа ДК-117 с последовательным возбуждением. Регулирование напряжения и возбуждения двигателя осуществляется с помощью тиристорно-импульсного регулятора. Это позволяет улучшить пуско-тормозные характеристики за счет поддержания постоянного по величине тока двигателя. Главное преимущество такой системы заключается в возможности рекуперативного торможения. По данным завода «Динамо» возврат электроэнергии в контактную сеть будет составлять 5-12% от энергии, затраченной на тягу поездов.
На вагоне «И», установлен статический тиристорный преобразователь для питания цепей управления, подзарядки аккумуляторной батареи и люминесцентного освещения салона. Вагон приспособлен для работы совместно с системами поездной автоматики.
Кабина машиниста имеет по сравнению со старыми вагонами улучшенную планировку и оборудована кондиционером.
