Электропоезд постояного тока ЭР1

Господствовавшие на участках постоянного тока до середины пятидесятых годов электросекции CР3 стали к этому времени препятствовать росту среднетехнических скоростей в пригородном сообщении. Причин тому было несколько: небольшое ускорение при разгоне поезда (0,45 м/с²), значительная масса вагонов и как следствие малая конструктивная скорость.

Специалисты пытались поправить сложившееся положение. В 1954— 1955 гг. были построены трехвагонные секции СН. Они имели более высокую скорость (около 130 км/ч), тяговые двигатели увеличенной мощности— 200 кВт.

Однако из-за низкого соотношения между полной и сцепной массами поезда эти секции на смогли значительно повысить скорости движения, и в первую очередь на коротких перегонах между остановочными пунктами. Объяснение простое — на секциях сохранили составность их предшественников, т. е. прицепной, моторный, прицепной вагоны.

Исходя из этого, группа разработчиков Рижского вагоностроительного завода во главе с главным конструктором В.О.Колесниченко совместно с сотрудниками Московского завода «Динамо» имени С.М.Кирова спроектировала новый десятивагонный поезд. Он состоял из пяти моторных, трех прицепных промежуточных и двух прицепных головных вагонов. При этом создатели использовали некоторые конструктивные элементы секций СН.

Следует отметить, что в результате принятия безрасцепочной системы эксплуатации моторвагонного подвижного состава перешли от электросекций к электропоездам. Напомним читателям, что в 1931 г. обезличенную езду на паровозах заменили прикреплением локомотивных бригад к определенному локомотиву. Подобный принцип перенесли и на пригородное движение, где использовали моторвагонную тягу. Последствия такого решения отрицательно сказались в дальнейшем. Многие специалисты были убеждены, что разъединять электропоезда вне депо не нужно. Значит, считали они, можно не устанавливать на отдельных секциях аппараты управления (контроллеры машиниста, кнопочные выключатели и др.), краны машиниста. Достаточно иметь их только на концевых вагонах. Так было утрачено одно из важных преимуществ моторвагонной тяги — секционирование пригородных составов.

В 1957 г. на рижских заводах (РВЗ и РЭЗ) построили пять десятивагонных составов. Им присвоили серию ЭР1, что расшифровывалось так: "электропоезд рижский, первый тип".

Кузова их вагонов незначительно длиннее вагонов CР3 (19600 мм вместо 19316 мм), ширина сохранена прежняя (3480 мм). Конструкция кузова цельнонесущая, сварная выполнена в основном из гнутых и штампованных профилей. Хребтовые балки для автосцепки короткие. Они были помещены только между штампованным буферным брусом и шкворневыми балками. В работе на изгиб, растяжение и сжатие участвуют все основные элементы кузова, в том числе металлическая крыша, нижняя рама и боковые стенки.

Масса кузова моторного вагона составляла 11 300 кг, т. е. более чем на 10 % легче кузова моторного вагона CР3. Двери для входа и выхода пассажиров с высоких платформ двухстворчатые раздвижные с электропневматическим управлением. Вентиляция, вагонов принудительная с подачей в холодное время года подогретого воздуха, отопление электрическое калориферное.

Моторные и прицепные вагоны имеют две двухосные тележки с двойным рессорным подвешиванием: кузов опирается на люлечную балку, которая лежит на двух эллиптических рессорах, те в свою очередь через опорную балку и подвески передают вес кузова на рамы тележек.

Рамы тележек через цилиндрические пружины опираются на балан- сиры, подвешенные к нижней части корпусов роликовых букс. Суммарная гибкость рессорного подвешивания тележки — 6,24 мм/т.

Рамы тележки имеют две продольные балки, сваренные из двух швеллеров и листовой стали и две поперечные сварные балки. К продольным конструкциям приварены буксовые направляющие, к поперечным балкам — кронштейны подвески редукторов.

Люлечная балка литая, в середине она имеет подпятник для опоры кузова, а по концам — боковые скользуны. Колесные пары моторного вагона выполнены со спицевыми центрами и бандажами диаметром 1 050 мм. Один из центров колесной пары имеет тарельчатый фланец, к которому болтами крепится зубчатое колесо. На шейку колесной пары диаметром 135мм посажены два цилиндрических роликовых подшипника. На колесную пару через два роликовых цилиндрических подшипника с внутренним диаметром 200 мм опирается корпус редуктора, в котором на двух сферических подшипниках может вращаться шестерня, сцепленная с зубчатым колесом. С другой стороны корпус редуктора при помощи серповидной подвески и болта связан с рамой тележки. Тележки прицепных вагонов в отличие от моторных не имеют челюстей. Необходимое положение колесных пар относительно рам тележек осуществляется за счет горизонтальной жесткости цилиндрических пружин. В связи с увеличением конструктивной скорости с 85 км/ч (секция СР3) до 130 км/ч на первых электропоездах ЭР1 были установлены в порядке опыта скоростные регуляторы, разработанные Московским тормозным заводом. Они позволяли менять тормозное нажатие в пределах от 70 до 180% веса порожних вагонов (тары) в зависимости от скорости движения. Управление тормозами - электропневматическое.

На моторных вагонах ЭР1 установлены четырехполюсные тяговые двигатели ДК-106Б, конструкция которых несколько отличается от конструкции электродвигателей ДК-106, примененных на моторных вагонах СН. Главные полюсы размещены по вертикальной и горизонтальной осям, дополнительные — под углом 45° к ним. Якорь выполнен с волновой обмоткой, изоляция обмоток полюсов и якоря — класса В. Вентилятор двигателя сталесварной конструкции приварен к заднему обмоткодержателю. При проектировании тягового двигателя ДК-106Б особое внимание было обращено на улучшение потенциальных условий работы коллектора в целях устранения возможности возникновения круговых огней. Это привело к следующим его конструктивным особенностям по сравнению с двигателем ДК-103Г моторных вагонов CР3. Число коллекторных пластин увеличено с 301 до 329, что снизило среднее межламельное напряжение с 20 до 18,2 В, диаметр коллектора увеличен с 380 до 460 мм.

Отношение намагничивающих сил. воздушного зазора— зубцов и реакция якоря— в номинальном режиме при ослабленном поле выбрано достаточно большим — около 0,8. Главные полюса, кроме выштамповок в наконечнике через лист (как и у двигателей ДК-103Г), имеют неравномерные воздушные зазоры, что снижает величину напряжения на 1 см окружности коллектора. Толщина межламельной изоляции коллектора увеличена с 1 до 1,2 мм для уменьшения возможности случайных перекрытий между смежными пластинами. Передаточное число уменьшено с 1:3,69 до 1:3,17, поэтому при более высоких скоростях электропоезда ЭР1 средняя эксплуатационная, а также максимальная скорости вращения якоря остались приблизительно такими же, как у двигателя ДК-103. При усиленном поле возбуждение равно 100 %, при нормальном —50 %. Максимальная скорость вращения якоря — 2080 об/мин, масса тягового двигателя — 2200кг. На электропоездах ЭР1 применены моторкомпрессоры, как на моторных вагонах СР3(двигатель ДК-406А, компрессор Э-400). Однако установлены они на прицепных вагонах. Там же установлена и аккумуляторная батарея. Для привода вентиляторов подающих свежий воздух в пассажирские помещения вагонов, применены двигатели постоянного тока ПН2,5 мощностью 0,5 кВт при номинальном напряжении 50 В (два мотор-вентилятора на вагон).

Часть электрической аппаратуры, ее расположение и электрические схемы вагонов электропоездов ЭР1 имеют ряд существенных отличий по сравнению с секциями СР3. На моторных вагонах электропоездов ЭР1 установлено по одному токоприемнику, так как в случае неисправности последнего оставшиеся четыре действующих. моторных вагона позволяют довести поезд до конечного пункта. По этим же соображениям в силовой цепи моторных вагонов не предусмотрены отключатели групп неисправных тяговых электродвигателей при повреждении одного из электродвигателей отключается целиком моторный вагон. Защита от токов короткого замыкания выполнена при помощи быстродействующего выключателя, он отключает цепь тяговых двигателей, когда ток превышает 600 А или под действием дифференциального реле, когда в случае перебросов или пробоев на землю ток в цепи двигателей не достигает 600 А. Главные плавкие предохранители, имеющиеся на моторных вагонах CР3, здесь отсутствуют. В отличие от моторных вагонов CР3, реле перегрузки не действует на выключающие аппараты, а ликвидирует перегрузку в пусковом режиме снижением уставки реле ускорения путем ввода в цепь его катушки добавочного сопротивления.

Контроллеры машиниста, встроенные в пульт управления, имеют по две рукоятки: реверсивную. и главную. Реверсивные, как обычно, имеют три положения — «Вперед», «О», «Назад»; главная рукоятка— восемь положений — «О», «маневровое», «1-е ходовое» соответствующее 9-й позиции силового контроллера), «2-ое ходовое» (соответствующее 11-й позиции силового контроллера), положения 2А и ЗА для ручного пуска, «3-е ходовое» (соответствующее 16-й , позиции силового контроллера) и «4-е ходовое» (соответствующее 18-й, позиции силового контроллера).

Переход с последовательного на параллельное соединение тяговых электродвигателей, как и на моторных вагонах CР3, осуществляется по методу «моста». Сопротивления индуктивных шунтов подобраны так, что при режиме 50% возбуждения, т. е на ходовых ступенях ослабления поля, добавочные фехралевые резисторы полностью выключаются.

В качестве линейных и мостового контакторов на моторных вагонах электропоездов ЭР1 установлены контакторы ПК-350А, отличающиеся от контакторов ПК-305 секций CР3 применением лабиринтно-щелевых дугогасительных камер, разработанных Новочеркасским электровозостроительным заводом для электровозных контакторов. Постановка быстродействующих выключателей и контакторов с лучшим дугогашением позволила вместо четырех разрывов оставить у линейных контакторов только два разрыва.

Чтобы разгрузить источники питания головного вагона и снизить падение напряжения в поездных проводах, часть вспомогательных контакторов и удерживающие катушки быстродействующих выключателей питаются от источников тока своей секции (от соседнего прицепного вагона).

Первый электропоезд ЭР1-01 после постройки и заводской наладки испытывался на участке Рига—Кемери Прибалтийской дороги, а затем, как и другие электропоезда опытной партии, поступил для эксплуатации на участок Москва —Клин.

В 1958 г. Рижский вагоностроительный завод прекратил выпуск трехвагонных секций СР3 и перешел на постройку электропоездов ЭР1, причем до 1959 г. Рижский вагоностроительный завод строил все вагоны, а после этого прицепные, а с 1960 г. и головные вагоны для электропоездов начал строить Калининский вагоностроительный завод. В процессе выпуска электропоездов ЭР1 заводами вносились отдельные изменения в конструкцию вагонов и изготовлялись поезда с опытными узлами или оборудованием. Так, у тележек в 1961 г. между буксами и рамами начали устанавливать фрикционные амортизаторы. На тяговых двигателях вентиляторы стали выполнять как одну отливку с задней нажимной шайбой.

Многократно усовершенствовался быстродействующий выключатель, который вначале работал неудовлетворительно. Появились быстродействующие выключатели БВП-5 самых разнообразных исполнений, например, БВП-5М, БВП-5Р, БВП-5С, БВП-5Т, и др. На электропоезде № 76 в порядке опыта и с № 85 серийно установлено релейное устройство, реагирующее на пробой опорных изоляторов и изоляционных трубок воздухопровода пантографа и автоматически опускающее пантограф с поврежденным . изолятором после снятия напряжения в контактной сети (предложение машиниста депо Москва-II Н.А.Лапина).

На электропоездах № 183 и №225—232 установлены динамоторы ДК-604В, у которых вместо шунтовых катушек главных полюсов, выполненных из 11900 витков провода диаметром 0,31 мм, поставлены катушки из 530 витков провода диаметром 1,68 мм.

Эти катушки получают питание от аккумуляторной батареи или генератора тока управления. Начиная с Электропоезда №156 в вагонах, кроме калориферов для подогрева воздуха установлены электропечи ПЭТ-2А, расположенные под диванами. С 1963г. на Московском локомотиворемонтном заводе все вагоны электропоездов до № 156 оборудовались смешанным отоплением (в вагоне устанавливались электропечи).

В связи с тем, что в первый период эксплуатации электропоездов ЭР1 наблюдались повреждения деталей редуктора, по предложению Московского .института инженеров транспорта. на моторном вагоне № 2102 была установлена опытная колесная пара, у которой у большого зубчатого колеса имелись элементы эластичности в виде цилиндрических пружин.

Однако улучшение конструкции редуктора и улучшение его работы снизило остроту положения с переходом на эластичные зубчатые колеса. Эта мера на электропоездах ЭР1 в дальнейшем была только на поезде № 76.

Электропоезда ЭР1-91 и ЭР1-92 были оборудованы системой автоматического управления движением — автомашинистом. В период1960— 1963 гг. эти устройства испытывались на поездах, но затем, как не отвечающие всем требованиям эксплуатации, были сняты с вагонов.