Składy typu 81 > Składy typu 81

Wagony maja konstrukcję stalową samonośną. Każdy wagon oparty jest na dwóch dwuosiowych wózkach napędnych.
Połączenia międzywagonowe realizowane są przez sprzęgi samoczynne ze sprężynowymi aparatami pociągowo-zderznymi.

  Sprzęgi samoczynne typu Scharfenberga (opis na pow.)


Omawiany typ sprzęgów zapewnia połączenie mechaniczne, pneumatyczne i elektryczne wagonów ze sobą. W ramach połączenia pneumatycznego łączony jest przewód główny (hamulcowy) i przewód zasilający.
Połączenie obwodów elektrycznych realizowane przez sprzęgi elektryczne z tzw. klawiaturami przyłączy elektrycznych, które znajdują się pod głowicami sprzęgów.

W ścianach czołowych wagonów znajdują się drzwi bezpieczeństwa umożliwiające przechodzenie przez całą długość składu. Wykorzystuje się je jedynie w sytuacjach awaryjnych gdy koniczna jest np. ewakuacja. W normalnej eksploatacji drzwi pozostają zamknięte.

  Drzwi międzywagonowe

  Sprzęg międzywagonowy pod przejściem


W związku z tym, że podłoga w wagonach metra znajduje się na wysokości 1200mm ponad główką szyny (na analogicznym poziomie znajdują się perony), cała aparatura elektryczna i pneumatyczna zainstalowana jest pod podłogą w strefie podwozia pojazdu.

  Skrzynie aparatowe pod nadwoziem


Nadwozia wagonów wsparte są na dwóch dwuosiowych wózkach. Każdy z wózków jest napędowy, wyposażony w dwa zespoły napędowe (silnik trakcyjny, przekładnia, zestaw kołowy). Silniki trakcyjne zamontowane są do ram wózkow (są w pełni usprężynowene). Przekładnia jest ułożyskowana na osi zestawu kołowego, na której zamontowane jest jej duże koło zębate. Po stronie silnika przekładnia jest podwieszona podatnie do poprzecznicy ramy wózka. W omawianym rozwiązaniu oś zestawu kołowego jest obciążona mniej więcej połową masy przekłani. Moment obrotowy z silnika na przekładnię przenoszony jest przez sprzęgło elastyczne.
Wózki posiadają dwa stopnie usprężynowania. W pierwszym stopniu (pomiędzy kadłubami łożysk osiowych, a ramą wózka) zastosowane są sprężyny stalowe śrubowe. W skład drugiego stopnia usprężynowania (pomiędzy ramą wózka, a belką bujakową) wchodzą sprężyny stalowe śrubowe, współpracujące z amortyzatorami (tłumikami) hydraulicznymi.
Zestawy kołowe prowadzone są w systemie kolumnowym.
Nadwozie pojazdu oparte jest na każdym z wózków poprzez belkę pośrednią (belkę bujakową), w której środkowej części osadzony jest czop skrętu, a podparcie boczne nadwozia realizują dwie rolki. Rolki zapewniają podparcie boczne nadwozia przy jednoczesnej możliwosci obrotu wózka względem nadwozia zgodnie z przebiegiem torów. Rolki umieszczone są symetrycznie po bokach względem osi gniazda czopa skrętu.

  Wózek napędowy - widok z boku (opis na powiększeniu)

  Wózek napędowy - widok z góry (opis na powiększeniu)



Ogólny schemat wózka napędowego


Rosyjskie pojazdy posiadają silniki trakcyjne szeregowe prądu stałego typu DK-117-WM lub TDM-1EU2 o mocy godzinnej 110 kW, napięciu znamionowym 375V i prądzie godzinnym 330 A. Dwa silniki danego wózka połączone są szeregowo, tworząc grupę, która przy jeździe równoległej bezoporowej zasilana jest napięciem znamionowym 750 V.
Jednostopniowe przekładnie napędowe przenoszą moment obrotowy z silników trakcyjnych na zestawy kołowe, realizując przy tym stałą redukcje obrotów. Przełożenie przekładni wynosi 1:5,33.

  Zespół napędowy w widoku od spodu (opis na pow.)



Rozruch
Wagony serii 81 wyposażone są w klasyczny rozruch oporowy ze sterowaniem za pośrednictwem wału kułakowego, którego pracą steruje Przekaźnik Samoczynnego Rozruchu (PSR). Wał kułakowy odpowiednio steruje załączaniem / odłączaniem sekcji oporowych w obwodzie głównym, wpływając tym samym na odpowiednią wartość prądu jaką pobierają silniki trakcyjne.

  Oporniki rozruchowe

  Nastawnik jazdy i hamowania służbowego (opis na pow.)


W pierwszej fazie rozruchu prędkość obrotową silników reguluje się poprzez odpowiednie sterowanie wartością rezystancji w obwodzie głównym. Odłączanie przez układ sterowania kolejnych oporników powoduje zwiększanie prądu pobieranego przez silniki. PSR kontroluje wartość prądu jaka jest podawana na silniki trakcyjne i odpowiednio steruje wałem kułakowym, który poprzez styczniki odłącza oporniki. Jeżeli w obwodzie silników trakcyjnych płynie prąd o natężeniu nastawy granicznej, to PSR wstrzymuje pracę wału kułakowego. Gdy prąd trakcyjny pobierany przez silnik na skutek rozpędzania zmniejszy się poniżej ustawionej na Przekaźniku Samoczynnego Rozruchu wartości progowej, to nastąpi przesterowanie (obrócenie) wału na kolejną pozycję.
Podczas rozruchu oporowego następuje również przełączanie połączeń grup silników. W początkowej fazie rozruchu, gdy potrzebny jest duży moment rozruchowy grupy silników połączone są szeregowo. W miarę rozpędzania następuje przełączenie grup, tak że dwie grupy silników danego wagonu połączone są równolegle. W efekcie czego uzyskuje się większą wartość przyspieszenia, przy mniejszym momencie rozruchowym oraz również mniejsze zużycie energii.


Schemat połączeń silników trakcyjnych

W drugiej fazie rozruchu następuje prądowa regulacja obrotów silników trakcyjnych poprzez tak zwane bocznikowanie, czyli osłabianie wzbudzania uzwojeń stojanów silników.
W omawianych wagonach występują 4 kolejno załączane stopnie bocznikowania - najmocniejsze osłabienie wzbudzania wynosi 28%. Bocznikowanie może być wdrożone, gdy pojazd jest już rozpędzony i jazda odbywa się na pozycji bezoporowej. W takiej sytuacji z obwodu głównego wyłączone są wszystkie oporniki w wyniku czego silniki trakcyjne zasilane są napięciem bezpośrednio z sieci trakcyjnej (tu: trzeciej szyny). Bocznikowanie wpływa na dalsze dynamiczne przyspieszanie przy generowaniu małego momentu rozruchowego.
Uzwojenia silników trakcyjnych są na każdej pozycji rozruchu i hamowania elektrodynamicznego bocznikowane za pośrednictwem bocznika indukcyjnego.



Hamowanie

Hamulcem służbowym, czyli tym wykorzystywanym podczas normalnego hamowania, jest hamulec elektrodynamiczny, czyli tak zwane hamowanie prądnicowe. Polega ono na tym, że zgodnie z zasadą odwrotności maszyn elektrycznych,silniki zamiast napędzać stają się prądnicami i produkują energię elektryczną. Jazda rozpędzonego składu powoduje, że obracające się zestawy kołowe poprzez przekładnię obracają wirnikiem silnika. W efekcie następuje przetworzenie energii kinetycznej poruszającego się pojazdu na energię elektryczną.
Wytwarzanie przez silniki energii elektrycznej powoduje powstanie oporu obrotowego przez który pojazdy zwalniają.
Aby silniki trakcyjne szeregowe zaczęły pracować w trybie prądnicowym zostają odpowiednio wzbudzone przez układ tyrystorowy. Energia elektryczna produkowana podczas hamowania elektrodynamicznego (prądnicowego) jest przetwarzana na energię cieplną, wytracaną na opornikach rozruchowych. Za sterowanie hamowaniem służbowym odpowiada również wał kułakowy pracujący według reżimu ustalanego przez PSR na podstawie nastaw hamowania ustalonego przez maszynistę.

Umiejscowienie składu:
W związku z tym, że składy serii 81 wyposażone są w silniki szeregowe prądu stałego, hamowanie elektrodynamiczne jest możliwe do prędkości około 8 km/h. To graniczna prędkość przy jakiej tego rodzaju silniki są w stanie wytworzyć prąd hamowania.
Po osiągnięciu tej prędkości wał kułakowy zostaje przesterowany na kolejną pozycję, co powoduje załączenie hamulca elektropneumatycznego (pierwszy stopień hamowania) i następuje dohamowanie i umiejscowienie składu poprzez dociśnięcie wstawek hamulcowych do powierzchni tocznych kół.

  Klocek hamulcowy przy kole


Pod nadwoziami wagonów znajdują się zbiorniki powietrzne, w których magazynowane jest powietrze wytworzone przez sprężarkę. Pojazdy wyposażone są w sprężarki tłokowe, napędzane silnikami elektrycznym prądu stałego zasilanymi napięciem sieciowym.
Sprężarka załącza się automatycznie, gdy w zbiorniku głównym ciśnienie spadnie poniżej wartości progowej. We wnętrzu wagonu słychać wtedy charakterystyczny hurgot kompresora.

  Sprężarka powietrza

  Zbiornik główny powietrza (300 litrów)


Każdy wagon składu posiada kompletny układ napędowy i hamulcowy. W wagonach pośrednich (bezkabinowych) nad jednym z przejść międzywagonowych zainstalowane są manometry układu pneumatycznego w tym układu hamulcowego (manometr zbiornika głównego i przewodu głównego (hamulcowego) oraz manometr cylindra hamulcowego). Dzięki tym miernikom, w każdym wagonie można sprawdzić prawidłowość działania hamulca pneumatycznego. Ciekawe jest to, że manometry są ogólnie widoczne i można się przyjrzeć podczas jazdy jak przebiega proces hamowania w tym przede wszystkim dohamowywania i umiejscawiania.

  Hamulce odluźnione - możliwa jazda

  HSkłąd zahamowany - postój

Kliknij tutaj i zobacz film o wskazaniach manometrów przy hamowaniu elektropneumatycznym (umiejscawianie składu)


Parametry układu pneumatycznego:
Ciśnienie w zbiorniku głównym: 0,62 - 0,82 MPa,
Ciśnienie w przewodzie głównym: 0,5 MPa,
Ciśnienie w cylindrach podczas zahamowania umiejscawiającego (postojowego): 0,07 MPa,


W wagonach skrajnych (z kabinami) manometry zainstalowane są na pulpitach maszynisty.

  Manometry na pulpicie (opis na pow.)


W kabinie zainstalowany jest również nastawnik (zawór) zespolonego hamulca pneumatycznego. Poprzez użycie tego zaworu steruje się hamulcem pneumatycznym, czyli wartością ciśnienia w przewodzie głównym (hamulcowym). Podczas zasadniczej eksploatacji tego hamulca nie używa się. Hamowanie przeprowadza się hamulcem służbowym z wykorzystaniem hamulca elektrodynamicznego i elektropneumatycznego.

  Zawór hamulca pneumatycznego

Zawór ten posiada następujące pozycje:
- odluźnianie (popełnianie)
- pozycja neutralna - jazda,
- kolejne pozycje to płynna regulacja ciśnienia
- hamowanie pełne,
- hamowanie nagłe.


Na ścianach bocznych nadwozi wagonów zainstalowane są lampki kontrolne. Lampka biała informuje, że drzwi pasażerskie są otwarte, lampka pomarańczowa informuje, że wagon jest zahamowany, a lampka czerwona (Budapeszt, Moskwa, itp) lub zielona (Warszawa) informuje natomiast o zadziałaniu przekaźnika awarii wagonu.

  Lampki na ścianie bocznej wagonu - Budapeszt

  Lampki na ścianie bocznej wagonu - Warszawa


Dzięki takiemu rozwiązaniu maszynista, patrząc w lusterko zewnętrzne widzi, czy wszystkie wagony składu pracują prawidłowo. Po zamknięciu drzwi wszystkie białe lampki powinny zgasnąć. Tak samo po odhamowaniu powinny zgasnąć wszystkie lampki pomarańczowe.
W ramach modernizacji w wagonach powyższe lampki kontrolne są czasem likwidowane.

  Widok skłądu w lusterku z kabiny




Zasilanie składów
Omawiane wagony metra zasilane są za pośrednictwem sieci trakcyjnej dolnej z wykorzystaniem trzeciej szyny, poprowadzonej wzdłuż toru. Napięcie znamionowe zasilania wynosi 750 V prądu stałego z biegunowością "+" w trzeciej szynie, a "-" w szynach toru". Odbieraki prądu trzeciej szyny zamocowane są do specjalnej belki przytwierdzonej do kadłubów łożysk osiowych (tzw. maźnic) zestawów kołowych. Takie rozwiązanie powoduje, że ze względu na to, iż łożyska osiowe są na jednakowej wysokości w stosunku do szyn niezależnie od obciążenia w wagonach. W pojazdach, w których odbieraki prądu zamontowane są do ram wózków, gdy dojdzie do znacznego obciążenia składu pasażerami (a wręcz jego przeciążenia), ślizg odbieraka może utracić kontakt z trzecią szyną, na skutek znacznego ugięcia się sprężyn pierwszego stopnia usprężynowania i obniżenia się ramy wózka względem szyn.

W Warszawie eksploatowane są odbieraki prądu pobierające energię elektryczną ze spodniej części szyny prądowej w związku czym część ślizgowa odbieraka (ślizg) znajduje się na górnej stronie ramienia odbieraka.
W Budapeszcie natomiast zastosowane są odbieraki prądu posiadające część ślizgową od spodniej strony ramienia odbieraka przez co szyna prądowa ma część ślizgową umieszczoną od górnej strony.


Porównanie działania odbieraków prądu trzeciej szyny z odbiorem górnym i dolnym


Odbieraki prądu dolne - odbiór dolny:

  Odbierak prądu - Warszawa (opis na pow.)

  Trzecia szyna - Warszawa

  Trzecia szyna - widok w przekroju


Odbieraki prądu dolne - odbiór górny:

  Odbierak prądu - Budapeszt (opis na pow.)

  Trzecia szyna - Budapeszt (opis na pow.)

  Wózek jadący wzdłuż trzeciej szyny



Napięciem sieciowym zasilany jest obwód główny składu w tym obwód trakcyjny. Napięcie pokładowe służące o zasilania aparatury sterowniczej i obwodów pomocniczych ma znamionową wartość 72 V prądu stałego. Na taką wartość napięcia zastosowano w wagonach baterie akumulatorów, które ładowane są z tyrystorowej przetwornicy pokładowej przetwarzającej napięcie sieciowe na prąd stały o napięciu 80 V.
Nad przejściami bezpieczeństwa wagonów, obok omówionych wcześniej manometrów, zainstalowane są wskaźniki stanu ładowania baterii akumulatorów. W wagonach skrajnych na pulpitach znajdują się woltomierze baterii akumulatorów.

  Amperomierz i woltomierz baterii w wagonie


W wagonach stosowane sa również dodatkowe przekształtniki do zasilania urzadzeń i systemów wymagajacych niższej wartości napięcia (np. 24 lub 12 V DC).