Дипломная работа: Энергосберегающие режимы управления движением поездов метрополитенов

В 1936 году завод «Динамо» приступил к разработке вагона с электрическим тормозом, а на Мытищинском заводе решили создать новый облегченный кузов и тележки. Первые шесть опытных вагонов типа Г выпустили в 1940-м году. Все вагоны типа Г были моторные с электрооборудованием, приспособленным для электрического торможения. На каждом вагоне типа Г было установлено четыре тяговых двигателя ДК-102В мощностью 83 кВт, позволявшие поезду развивать скорость до 75-и км/ч. При эксплуатации состава из вагонов типа Г были выявлены значительные его преимущества перед вагонами типов А и Б [95].

Новая система требовала большого внимания. В процессе испытаний выявлялись и устранялись недостатки, вносились необходимые изменения. Электрический тормоз вагонов типа Г был основан на «обратимости» тяговых двигателей, то есть на использовании их в качестве генераторов во время тормозного режима. Электроторможение могло происходить в пределах скорости движения вагона от 75 до 8 км/ч. А при скорости ниже электротормоз оказывался неэффективным и автоматически заменялся пневматическим. Тормозное усилие реализовывалось воздействием тормозных бакелитовых колодок на бандажи колесных пар.

В процессе эксплуатации с 1977-го по 1983-й годы вагоны типа Г хорошо зарекомендовали себя. По ряду узлов и агрегатов они позволили повысить межремонтный пробег, а также степень безопасности и бесперебойности работы линий метрополитена.

В 1948-м году был разработан проект новых вагонов М-5, на основе вагонов типа Г. Внешне они практически ничем не отличались от вагонов типа Г. Все изменения в конструкции были направлены на уменьшение массы вагона, повышение надежности электрооборудования и механической части. На вагонах типа М5, в отличие от вагонов типа Г, были применены тяговые электродвигатели большей мощности и меньшего веса: их масса уменьшилась с 1490 до 700 кг.

У опытных вагонов отсутствовали отбойные брусья на раме лобовых частей кузова; применена неравномерная установка вентиляционных черпаков; толщина внешней обшивки уменьшилась с 3 до 2,5 мм; широкое распространение получили алюминиевые сплавы.

Непосредственно к проектированию вагонов типа Д на Мытищинском машиностроительном заводе приступили в конце 1954-го года. Серийный выпуск этих вагонов начался 29 июля 1955 года. Внешне новый вагон Д мало отличался от вагонов предыдущих серий Г, М5 и УМ5. Основное различие этих вагонов касалось ходовой части, электрического и механического оборудования. Масса новых вагонов была снижена более чем на 7 тонн, а скорость увеличена до 80 км/ч. Большим новшеством явилась замена тяжелой автосцепки на облегченную, которая производит сцепление не только самих вагонов, но и электрических проводов дистанционного управления, проходящих вдоль каждого вагона, а так же пневматических «рукавов» воздушного тормоза.

Производство вагонов типа Д было завершено в 1963-м году. Всего за 9 лет производства было выпущено 660 вагонов. В Москве вагоны типа Д эксплуатировались на Арбатско-Покровской, Филевской, Кольцевой, Сокольнической и Калужско-Рижской линиях.

Первые серийные вагоны Е сошли с конвейера в мае 1963 года. Помимо различных технических аспектов (более мощные двигатели, улучшенные тележки и пр.), новые вагоны существенно отличались от прежних вагонов и внешне. Кузов отныне стал гофрированным, а не гладким. Это позволило увеличить его жёсткость. Более частыми стали и вентиляционные черпаки, благодаря чему улучшилась вентиляция салона. Изменилось расположение боковых окон и дверей, все они были смещены в сторону от кабины управления, в результате чего возле неё были установлены одноместные сиденья, а в противоположном торце вагона - полутора местные.

Вагоны типа Е значительно отличались от других типов по своим динамическим и ходовым свойствам, соответствуя уровню вагоностроения того времени. Была значительно увеличена скорость, которая составила 90 км/ч, что сократило интервал между поездами до 1,3-1,5 минут и увеличило пропускную способность метрополитена. Чтобы сократить время стоянки на станциях, были увеличены дверные проемы. Двери, каркасы и некоторые другие элементы кузова впервые изготавливались из алюминия, что позволило значительно снизить массу вагона. Срок службы новых вагонов был определен в 35 лет, что было на 15 лет больше, чем у прежних моделей.

После десятилетия начала эксплуатации вагонов типа Е* стало ясно, что метрополитенам нужны новые типы подвижного состава: более новые, современные и дешёвые в эксплуатации вагоны. Конструкция вагонов типа И многим отличалась от предыдущих серий. В ней были реализованы многие новые технические решения, например, кузов был выполнен из алюминиевого сплава, вследствие чего вагоны стали на 3 тонны легче. Максимальная скорость была увеличена до 100 км/ч, кроме того, управление поездом планировалось полностью автоматизировать. Также, была увеличена вместимость вагона на 25-30 пассажиров, в салоне была предусмотрена система принудительной вентиляции.

В первой половине 1977-го г. поезд из вагонов типа «И», получивших обозначения 81-715.2 (головные) и 81-716.2 (промежуточные), проходил испытания на Московском метрополитене. Несмотря на одинаковые габариты, кузов вагона, по сравнению с Е, был в два раза легче. Затраты на производство этих вагонов были в несколько раз меньше, однако, заводчане столкнулись с серьёзной на то время проблемой, так как сварка стального кузова - менее сложный процесс, в отличие от сварки алюминиевых конструкций. Центральные стальные рессоры, которыми кузов опирается на раму тележки, были заменены пневматическими с автоматическим регулированием их прогиба в зависимости от нагрузки (пневмоподрессоривание). На вагонах типа И было предусмотрено тиристорно-импульсное регулирование скорости в режимах пуска и торможения с рекуперацией электрической энергии в сеть при торможении.

С 1977-го года начат выпуск вагонов модели 81-717/714, которые до сих пор эксплуатируется на отдельных линиях метрополитенов России.

В 1989-м году российские ученые начинают проводить научно-исследовательские работы по внедрению асинхронного тягового привода на вагонах метрополитена.

В 1991-м году, силами экспериментальной базы Мытищинского машиностроительного завода ("Метровагонмаш") был изготовлен опытный пятивагонный состав 001-002-003-004-005 "Яуза" с асинхронным тяговым приводом.

Конструкция новых вагонов принципиально отличается от предыдущих серий. Так, кузов выполнен из нержавеющей стали, использованы новая тележка и механическое оборудование [126]. Новый поезд имеет более плавный и менее шумный ход, который более комфортен для пассажиров и машинистов. Вагоны оборудованы системой принудительной вентиляции, что позволило отказаться от традиционных форточек и воздуховодов. За счет этого уровень шума в салоне существенно снизился. Поезд оборудован автоматической системой пожаротушения. Для эвакуации пассажиров на случай экстренных ситуаций в «Яузе» впервые в отечественном вагоностроении применены специальные трапы.

При эксплуатации вагонов типа "Яуза" были выявлены следующие преимущества: экономия до 14 % электроэнергии на тягу поездов, на 6 % увеличена скорость движения, на 18 % - снижен шум в кабине машиниста и пассажирских салонах, используется система рекуперативного торможения [33,39].

В 1999-м году АО "Вагонмаш" приступил к выпуску новых вагонов типа М-1 для метрополитена Чехии, как экспериментальных, которые оборудованы трехфазными асинхронными двигателями.

В декабре 2003 года открылась Бутовская линия Московского метрополитена, вместе с её открытием началась постоянная эксплуатация вагонов 81-740/741 "Русич".

В 2004 г. "Метровагонмаш" выпустил опытный состав 81-740А/81-741А, оснащенный отечественными асинхронными тяговыми двигателями ТАД280М4 производства АЭК "Динамо" (170 кВт) и регулирующей аппаратурой Новосибирского производства.

Технические характеристики некоторых видов подвижного состава метрополитенов представлены в таблице 1.2.

На проектной первой линии строящегося метрополитена в г. Красноярске предусматривается эксплуатация вагонов типа 81-714.5 и 81-717.5 [103].

Вагон 81 - 717.5 головной, имеет кабину управления; вагон 81 - 714.5 промежуточный, без кабины управления. Вагоны моделей 81 - 717.5 и 81 - 714.5 являются моторными, со всеми ведущими осями.

Вагоны рассчитаны на работу по системе многих единиц и могут эксплуатироваться в составе поезда с числом вагонов до восьми. При этом вагоны модели 81 - 717.5 устанавливаются по концам поезда, что обеспечивает челночную эксплуатацию подвижного состава [95].

Вагоны снабжены тяговым электроприводом постоянного тока с системой плавного регулирования поля (возбуждения двигателей). Привод рассчитан на работу в тяговом режиме и в режиме электродинамического реостатного торможения со скорости 90 км/ч до 8 км/ч. В каждом вагоне установлены четыре тяговых электродвигателя с самовентиляцией, по два на тележку, мощностью по 114 к Вт каждый.

Таблица 1.2. Технические характеристики подвижного состава метрополитенов

Пускотормозная диаграмма вагона представлена на рис. 1.4.

Рис. 1.4. Пускотормозная диаграмма вагонов 81.717.5(714.5).

Технические характеристики вагона серии 81.717(714).5 представлены в таблице 1.3.

Таблица 1.3. Технические характеристики вагона серии 81.717(714).5.

На вагонах серии 81-717.5, 81-714.5 применяются тяговые электродвигатели (ТЭД) ДК-117А мощностью 114 кВт последовательного возбуждения с самовентиляцией вентилятором со стороны привода.

Технические данные ТЭД ДК-117А:

1. Мощность в часовом режиме 114 кВт;

2. Номинальное напряжение 875 В;

3. Часовой ток 330 А;

4. Частота вращения 1480 об/мин;

5. Число пазов якоря 42 паза;

6. Шаг по пазам в якоре 1-11;

7. Минимальный диаметр коллектора 230 мм;

8. Шаг по коллектору: обмотка якоря 1-2;

9. Уравнительные соединения 1-106;

10. Щетки 2 шт.: 10х32х50 мм;

11. Давление на щетку 2,1-3,1 кг;

12. Вес ТЭД (собранного) 750 кг;

13. Максимальная частота вращения 3600 об/мин;

14. Сопротивление ТЭД при 110єС 0,102 Ом;

15. Допустимый износ щеток 25 мм.

Для смазывания подшипников ТЭД используется смазка ЖРО из расчета 150 г. на один подшипник (1/3 объема).

Сопротивление изоляции обмоток якоря и полюсов не менее 5 МОм.

Технические характеристики вагонов серии 81-717.5, 81-714.5 ниже будут неоднократно использованы для различных расчетов и оценок.