3.2.4Моторвагонный подвижной состав

К категории моторвагонного подвижного состава (МВПС) относятся электропоезда, дизель-поезда, рельсовые автобусы и автомотрисы, состоящие из моторных и прицепных вагонов. Моторные и прицепные вагоны не эксплуатируются по отдельности, а всегда в сцепе (в виде отдельных секций, в которые входят один моторный и один-два прицепных вагона).

Работа МВПС характеризуется частыми остановками (особенно в пригородной зоне), быстрым набором скоростей при отправлении. Поэтому к подвижному составу предъявляются повышенные требования по реализации больших мощностей, что позволяет развивать максимальные скорости с минимальной затратой времени на проследование перегона между остановочными пунктами. Мощность тяговых двигателей МВПС на единицу массы выше чем у самого мощного локомотива на 25-30%. Удельная сила тяги обеспечивает ускорение поезда от 0,7 до 0,75 м/с².

Высокие скорости при движении МВПС по перегону небольшой протяженности обусловливают и высокую скорость подъезда к остановочному пункту. Это влечет за собой интенсивное торможение, при выполнении которого необходимо не только произвести остановку в нужном месте, но и затратить на нее минимум времени. Таким образом, режимы вождения МВПС отличаются от режимов вождения поездов при локомотивной тяге [13].

Моторвагонный подвижной состав электрифицированных линий составляют электропоезда постоянного, переменного тока, двухсистемные и многосистемные.

Электропоезд – железнодорожный пассажирский поезд, сформированный из моторных и прицепных вагонов. Моторный вагон получает электрическую энергию от тяговой сети через токоприемник, либо от собственных аккумуляторов (на магистральных железных дорогах) или от контактного рельса (на линиях метрополитена).

На магистральных железных дорогах России эксплуатируются электропоезда с номинальным напряжением на токоприемнике 3 кВ постоянного тока, 25 кВ переменного тока частотой 50 Гц.

За рубежом на магистральных железных дорогах также работают электропоезда постоянного тока напряжением 1,5 кВ, переменного тока напряжением 1,5 кВ частотой 16 2/3 Гц, а также многосистемные электропоезда различных исполнений.

Механическое, пневматическое и электрическое оборудование вагонов (электропоездов):

• к механическому относятся кузов, тележки и тягово-сцепные приборы;

• к пневматическому – пневматические аппараты и приборы тормозной системы, краны, резервуары, звуковые сигналы, стеклоочистители и т.п.

• к электрическому – токоприемники, коммутационно-защитная и пускорегулирующая аппаратура, тяговые электродвигатели, тяговые трансформаторы и выпрямительные установки, вспомогательные машины, системы обеспечения комфорта (освещение, вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха) и т.д.

В электропоездах с моторной тягой силовое оборудование распределено по длине электропоезда под кузовом и на крыше моторных вагонов, используемых для перевозки пассажиров.

Вследствие большой интенсивности движения и коротких перегонов в пригородных зонах электропоезд с моторвагонной тягой должен обеспечивать высокие ускорения и замедления, что необходимо для реализации высоких участковых скоростей на коротких перегонах (средняя длина для электропоездов постоянного тока 3,0 км и для электропоездов переменного тока 3,5 км). Электропоезд должен иметь и достаточно высокую конструкционную скорость для реализации высоких участковых скоростей на длинных перегонах и при безостановочном движении с обеспечением меньших расходов электроэнергии и тормозных колодок.

На электропоездах с электровозной тягой все силовое оборудование размещено в обмоторенных головных вагонах, выполненных как электровозы без пассажирских салонов. Такие электропоезда применяют на участках, где не требуются высокие ускорения и замедления (например, высокоскоростные электропоезда). Электропоезда с электровозной тягой в России не применяются.

Регулирование скорости электропоезда осуществляется:

• на электропоездах постоянного тока изменением напряжения на зажимах тяговых электродвигателей с помощью пусковых резисторов, включенных последовательно с ТЭД; переключением электродвигателей на различные соединения (последовательное, последовательно-параллельное); регулированием тока возбуждения, для чего используют плавное тиристорное импульсное регулирование напряжения на зажимах обмоток электродвигателей.

• на электропоездах переменного тока изменением числа витков вторичной обмотки тягового трансформатора, а также напряжения с помощью тиристорного преобразователя, либо изменением силы тока возбуждения;

• на электропоездах с бесколлекторными тяговыми электродвигателями изменением частоты тока и питающего напряжения с помощью полупроводниковых преобразователей и систем автоматического регулирования.

На всех электропоездах предусмотрена эксплуатация их по системе многих единиц.

Электропоезд ЭД4МКМ – АЭРО (Рис.2.34, Табл.2.17) предназначен для интермодальных перевозок пассажиров между городом и удаленными за пределы города инфраструктурами (аэропортом). Он обеспечивает проезд пассажиров в комфортных условиях с предоставлением услуг связи, аудио-, видеотрансляций, питания.

Рисунок 2.34 – Электропоезд ЭД4МКМ – АЭРО

Таблица 2.17 – Техническая характеристика ЭД4МКМ:

Конструкционная скорость, км/ч	120
Основная составность, вагоны	8
Количество мест для сидения в электропоезде:
основной составности, чел	294
Время разгона до максимальной скорости, с	150
Среднее ускорение до скорости 60 км/ч, м/с2	0,62

Электропоезд имеет современную обтекаемую форму лобовой части головного вагона, улучшенные интерьеры салонов и т.д. Для соединения вагонов между собой используются герметизированные межвагонные переходные площадки.

Электропоезд типа экспресс скоростного пригородного сообщения (транспортная система Москва – Мытищи) – ЭМ4 Спутник (Рис.2.35). Продолжительность поездки на этом участке сократилась с 30 минут до 15 – 20 минут.

Рисунок 2.35 – Электропоезд ЭМ4 (система Спутник)

Конструкторы нового подвижного состава учли принципы маятниковой миграции, при которой значительная часть трудоспособного населения пригорода совершает регулярные поездки к местам работы или учебы, расположенным в Москве. Этим обусловлены технические решения, которые в дальнейшем могут быть созданы для других линий Московской дороги, идущих к крупным пригородным зонам, транспортным терминалам, местам массового отдыха и др.

Электропоезд постоянного тока ЭМ4 типа «Спутник» предназначен для перевозки пассажиров на расстояние до 30 км.

Техническая характеристика ЭМ4:

Максимальная скорость, км/ч 120

Конструкционная скорость, км/ч 130

Населенность состава в часы пик 1370

Число мест для сидения 344

Масса поезда, т 297

Максимальная нагрузка на ось, тс 20

Обобщение опыта разработки и реализации проектов по созданию данного вида подвижного состава позволило сформулировать основные принципы конструирования и изготовления электропоездов нового поколения на основе многоуровневой иерархии типовых проектных решений – модулей.

Первый (нижний) уровень – это базовые блоки и узлы, т.е. унифицированные единицы оборудования, включая статические преобразователи собственных нужд, трехфазные инверторы напряжения, колесно-редукторный блок, автосцепное устройство и др.

Второй уровень – системный. Он содержит универсальные унифицированные вагонные системы – такие, как тяговый привод, вспомогательные системы (электроснабжения, пневматики, поддержания климата в салоне, управления и др.). Использование однотипных систем позволяет не только существенно сократить затраты на их производство и эксплуатацию, но и гибко формировать состав любого назначения.

Третий уровень – межвагонный: речь идет о создании унифицированных модулей моторных, прицепных и головных вагонов.

Такой подход к конструированию позволяет на основе взаимозаменяемых модулей (комплектации оборудования, систем и самих вагонов) создавать поезда различных вариантов. Взаимозаменяемость универсальных вагонных модулей предоставляет возможность оперативно решать вопросы компоновки электропоездов.

Двухэтажный электропоезд ЗАО «Трансмашхолдинг» позволит увеличить скорость и объемы пассажирских перевозок на межрегиональных маршрутах, а также повысит конкурентные преимущества железнодорожного транспорта по сравнению с автобусными перевозками.

Головной и хвостовой моторные вагоны выполнены (по принципу сосредоточенной тяги), с асинхронным приводом, микропроцессорной системой управления, элементами пассивной безопасности и другими самыми современными системами.

В каждый электропоезд включено от 6 до 12 двухэтажных вагонов, салоны которых подразделяются на три класса: бизнес, стандарт, эконом. Помимо этого, в электропоезде предусмотрено купе для проезда инвалидов – колясочников и сопровождающих их лиц. Также пассажиры смогут перекусить в баре-буфете. Крупногабаритный багаж можно будет оставить в камере хранения поезда.

Для VIP-пассажиров предусмотрены отдельные двухместные купе с креслами класса гран-люкс. Все вагоны электропоезда будут оборудованы системами видеонаблюдения, кондиционерами, туалетами. Герметизированные межвагонные переходы позволят пассажирам легко переходить из вагона в вагон.

Электропоезда, прежде всего, создаются для межобластного сообщения. Увеличение по сравнению с серийными электричками максимальной скорости (со 120 до 160 км/ч) позволит сократить время в пути. Двухэтажный салон с точки зрения эксплуатанта очень выгоден: при сопоставимых затратах на обслуживание можно существенно увеличить количество посадочных мест или уменьшить количество вагонов в составе.

Электромотриса постоянного тока АЯ4Д с ДГУ (Рис.2.36) – изготовлена на базе моторного электропоезда ЭД4М.

Рисунок 2.36 – Электромотриса постоянного тока АЯ4Д С ДГУ

Может использоваться в качестве:

• средства для доставки групп людей к местам требования;

• мобильной передвижной лаборатории для проведения энергообследований, испытаний и пр.

Технические решения АЯ4Д:

• дизельгенераторная установка 250 кВт АД-250;

• вспомогательный компрессор для поднятия токосъемника;

• системы безопасности (АЛСН, КЛУБ-У, ТСКБМ);

• системы обеспечения микроклимата салона и кабин управления;

• максимальная скорость в эксплуатации – 100 км/ч;

• число мест для сидения – 20 ед.

На неэлектрифицированных участках железных дорог пассажирские перевозки в пригородном и местном сообщениях осуществляются дизель-поездами.

Дизельный поезд – автономный самоходный пассажирский подвижной состав, состоящий из моторных (имеющих собственную дизельную энергетическую установку) и прицепных пассажирских вагонов. Кабины машинистов с постами управления расположены в концевых вагонах.

В настоящее время эксплуатационная длина неэлектрифицированных железных дорог России, на которых пригородные и местные пассажирские перевозки осуществляются дизельной тягой, составляет 35 тыс. км при общей протяженности магистральных линий, обслуживаемых тепловозной тягой, 42,6 тыс. км.

На железных дорогах Советского Союза почти все пригородные и местные перевозки на неэлектрифицированных участках производились с использованием дизель-поездов Рижского вагоностроительного завода, а также дизель-поездов различной составности, построенных в Венгрии и Чехословакии.

Пришедший на смену дизель-поездам типа ДР и ДЛ советского периода, дизель-поезд ДТ1 (Рис.2.37, Табл.2.18) предназначен для пригородных пассажирских перевозок на малодеятельных участках железных дорог.

Таблица 2.18 – Характеристики Д-1

Технические характеристики ДТ1	Показатели
Базовое количество вагонов поезда	4
Мощность силовой установки в головных вагонах, кВт	505 * 2
Тип передали мощности	электрическая
Номинальное напряжение постоянного тока, кВ	3
Материал кузова вагона	коррозионностойкая сталь
Ширина колеи, мм	1520
Максимальная нагрузка на ось, кН	Г-172, М-201, П-162
Масса тары поезда, т	209
Максимальная скорость в эксплуатации, км/ч	120
Количество посадочных мест	222
Запас хода, км	378
Срок эксплуатации, лет	30

Рисунок 2.37 – Дизель-поезд ДТ1

Турбопоезд – аналог дизель-поезда по назначению, устройству и функционированию. Энергетической установкой в турбопоезде служит авиационный газотурбинный двигатель.

Первый вариант поезда TGV-1 для высокоскоростного движения во Франции первоначально разрабатывался с газотурбинным двигателем.

В Советском Союзе разработка турбопоездов, ведущаяся в 70-х годах на базе дизель-поезда, были построены несколько опытных турбовагонов (впоследствии объединенных в турбопоезд), с авиационными газотурбинными двигателями мощностью 260 кВт с электрической передачей мощности от турбины к колесным парам. Впоследствии использовались более мощные турбины – до 650 кВт. Однако все эти работы были приостановлены на стадии эксплуатационных испытаний.

Рельсовый автобус – пассажирская автомотриса с дизельным двигателем мощностью 250-300 кВт (Рис.2.38, Табл.2.19).

Используются для служебного пассажирского транспорта или для перевозок пассажиров на малодеятельных участках железных дорог.

Создание дизелей с горизонтальным расположением цилиндров, допускающих размещение их (вместе с гидропередачей) под рамой рельсового автобуса, способствует уменьшению шума, вибрации в салоне и дополнительному увеличению вместимости пассажиров.

Таблица 2.19 – Технические характеристики рельсовых автобусов

Серия	РА1	РА2
Год начала выпуска	1998	2005
Составность (число и тип вагонов)	1 (М)	3 (М+П+М)
Мощность состава, кВт	315	2*315
Служебная масса, т: состава (без пассажиров) головного (моторного) вагона прицепного вагона	42,5 - -	126,1 44,8 36,5
Осевая нагрузка, кН: ведущих осей поддерживающих осей осей прицепных вагонов	127,5 85,0 -	150 93 91,5
Конструкционная скорость, км/ч	100
Число мест в вагонах: моторных прицепных	74 -	2*68 86
Диаметр колес, мм	860
Безэкипировочный пробег, км	500	800
Ширина колеи, мм	1520
Марка дизеля	MTU 6R183TD13H
Удельный расход топлива при номинальной мощности, г/кВт۬ ч	229	228
Тип гидравлической передачи	Voith T211re3
Габаритные размеры, мм: длина по осям автосцепок: состава моторного вагона прицепного вагона	23750 23750 -	69400 23750 21900
Ширина	3140

В настоящее время широкое распространение получили рельсовые автобусы РА1 с двумя кабинами машиниста и РА2 составности 2-3, а в перспективе и до шести вагонов.

Применение электрических передач на рельсовых автобусах имеет определенные ограничения. Во-первых, заметно увеличиваются осевые нагрузки, так как узлы этого типа передачи (тяговый генератор, преобразователи, тяговые электродвигатели) заметно уступают по массогабаритным показателям гидродинамической передаче. Во-вторых, размещение тягового генератора под полом пассажирского салона автобуса, т.е. фактически в ходовой его части, приведет к снижению надежности работы этой тяговой электрической машины локомотива в эксплуатации и т.д.

а – внешний вид

б – кабина машиниста

в - Салон

Рисунок 2.38 – Рельсовый автобус РА2

Что касается применения на рельсовых автобусах механической передачи, то накопленный опыт работы венгерских дизель-поездов серии Д с такой передачей на железных дорогах России показал низкую надежность этого типа передачи в эксплуатации.

«Стратегией развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года», принятой Правительством страны, предусматривается создание отечественных гидродинамических и гидромеханических передач для дизельного подвижного состава.

Автомотриса – автономный моторный самоходный вагон с двигателем внутреннего сгорания для грузовых и служебных перевозок.

Применяется, как правило, на малодеятельных участках железных дорог. Наибольшее распространение получила автомотриса АЧ2 чехословацкого производства с дизельным двигателем мощностью 735 кВт, с размещением в салоне 67 мест и кабины управления.

При необходимости к моторному вагону могут присоединяться прицепные с вместимостью 123 пассажира в каждом вагоне.

Перспективный моторвагонный подвижной состав по техническим параметрам должен отвечать требованиям:

• скорость региональных электропоездов до 160 км/ч;

• постоянного тока на 3 кВ, переменного тока на 25 кВ;

• двухсистемные (3кВ постоянного тока и 25 кВ переменного тока);

• асинхронный тяговый привод;

• тяговый преобразователь с интегрированным преобразователем собственных нужд с единой системой блока управления;

• безлюлечные тележки пневмоподвешиванием;

• алюминиевый кузов;

• составность поездов от 6 до 14 вагонов.