Начало 1960-х годов под руководством Начальника московского метрополитена А.Ф.Новохацкого и Главного инженера И.А.Фиалковского стало для Московского метрополитена периодом бурного внедрения новой техники во всех его подразделениях.

В 1960 году вводится в эксплуатацию «Дом связи метрополитена» с выходом на линии связи железных дорог СССР и через неё к телефонной сети большинства городов страны.

В 1962 году организуется машиносчётная станция (МСС) и открывается поликлиника метрополитена. При этом машиносчётная станция подключается к первому на железных дорогах Советского Союза информационно-вычислительному центру (ИВЦ), образованному на Московской железной дороге Приказом министра Б.П.Бещева. После ввода в эксплуатацию на ИВЦ МПС СССР (1964 г.) ЭВМ «Днепр-21», а затем – ЭВМ первого поколения «Урал-14» на радиолампах с вводом информации с перфокарт, Московский метрополитен получает возможность приступить к разработке системы автоматизации учёта и оперативного планирования перевозочного процесса.

В 1963 году на Московском метрополитене начинается эксплуатация вагонов типа «Е», в которых нашли отражение лучшие, на то время, наработки как метрополитенов Москвы и Ленинграда, так и железных дорог. Однако, уже первые годы эксплуатации вагонов типа «Е» показали, что в связи с бурным ростом Москвы и других городов СССР, метрополитенам нужны новые виды подвижного состава.

В этот период по просьбе МПС СССР на метрополитенах Москвы и Ленинграда проходят ускоренные испытания железнодорожные устройства СЦБ, а также проводятся работы по созданию систем автоматического движения поездов. Начинаются работы по созданию «Системы автоматики машиниста метрополитена» (САММ). (Разработка системы «САММ» осуществлялась учёными и специалистами Московского института инженеров транспорта (МИИТ) под руководством профессора Ю.М.Пульера.)

Внедрение новой техники проходит в эскалаторном хозяйстве, службах «Движение», электроподстанций и сетей (ЭПС) и др. До поры до времени всё шло своим чередом. Однако...

Летом 1966 года на станции «Молодёжная» Филёвской линии произошло (впервые в практике Московского метро) крушение поезда, который участвовал в испытаниях систем автоведения поезда и новых приборов СЦБ. Поезд уходил без пассажиров в тоннель, под оборот, под красный сигнал светофора. Как рассказывали автору причастные к испытаниям подвижного состава специалисты, - «конструкторами Мытищинского машиностроительного завода были внесены, по их мнению, несущественны, изменения в электропривод вагона, о которых не были поставлены в известность разработчики проходящей испытания систем широтно-импульсного регулирования напряжения на зажимах тяговых электродвигателей в режиме пуска, а также специалисты служб Электроподстанций и сетей (ЭПС) и СЦБ и Связи. По невыясненной до конца, в тот период времени, причине, произошёл «сбой» в работе в схеме управления составом». Никто не пострадал, но последствия аварии устраняли почти сутки.

Этот случай вызвал большой резонанс у жителей Москвы и даже в мире. Поэтому было наказано много людей как причастных, так и не причастных к этому случаю. Заступничество Министра путей сообщения (МПС СССР) Б.П.Бещева не помогло. Руководители МГК КПСС и Мосгорисполкома решили показать всем – «Кто в Москве хозяин». Более того, Моссовет предложил Главному инженеру метрополитена И.А.Фиалковскому подать в отставку – уйти на пенсию, назначив вместо него А.С.Бакулина, работавшего до этого начальником энергоучастка на Московской железной дороге.

Многие совместные работы Московского метрополитена и МПС были свёрнуты. Последствия «крушения» поезда сыграли негативную роль при принятии решений о строительстве метро в других городах СССР и мира. Наметившаяся было в городах тенденция строительства систем совмещённого железнодорожного транспорта общего пользования и метрополитена для перевозки пассажиров была отложена. Развитие начали получать системы подземного трамвая (метротрамы), совмещающие в себе как преимущества, так и недостатки классических метрополитена и трамвая. (Это отдельная тема для разговора.) В то же время увеличение длины составов, в особенности на Московском метрополитене, всё больше дискредитировало идею производства одинаковых головных и промежуточных вагонов, так как размещение тяговых двигателей на каждом из них приводило к увеличению массы составов, а наличие нескольких неиспользуемых кабин машинистов снижало наполняемость. Кроме того, необходимо было повысить надёжность механической части и электрооборудования нового подвижного состава.

Начало «Легенды»

В свете решения вставших перед метрополитенами проблем руководство Мытищинского машиностроительного завода (ММЗ), завода «Динамо» и Московского метрополитена обратились с соответствующими предложениями в партийно-хозяйственные органы г. Москвы. Политбюро ЦК КПСС поддержало предложение МГК КПСС и Мосгорисполкома, рекомендовав Правительству СССР начать работы по проектированию и изготовлению совершенно нового вагона типа «И» с началом его серийного выпуска в 1970 году.

Конструкция вагонов типа «И» многим отличалась от вагонов предыдущих серий. В ней предполагалось реализовать новые технические решения, которые повысили бы надёжность основных узлов. Кузов должен был выполнен из высокопрочного алюминий-титанового сплава, вследствие чего вагоны стали бы на 3-3,5 тонны легче вагонов типа «Е». Это поставило перед заводчанами немало технологических проблем, особенно по сварке алюминиевых конструкций. Новая форма кузова позволила увеличить вместимость вагона на 25-30 пассажиров.

Максимальная скорость была также увеличена до 100 км/ч против 90 у вагонов типа «Е». В новом вагоне предусматривалась принудительная вентиляция салона, что повышало надёжность воздухообмена, особенно при остановке поездов в тоннеле. Центральные стальные рессоры, которыми кузов опирается на раму тележки, были заменены пневматическими с автоматическим регулированием их прогиба в зависимости от нагрузки. Управление поездом намечалось полностью автоматизировать.

Главной «изюминкой» новых вагонов стало применение на них системы тиристорно-импульсной системы управления. Система предусматривала регулирование скорости в режимах пуска и торможения с рекуперацией электрической энергии в сеть при торможении.

Короткая справка

Как говорит Википедия: «Тиристорно-импульсная система управления (сокр. ТИСУ) – комплекс электронного и электромеханического оборудования для управления различными электрическими нагрузками в системах, имеющих нерегулируемый источник постоянного тока (тяговые двигатели (ТД) электровозов, тепловозов, МВПС, теплоходов, атомоходов, подвижного состава трамваев и троллейбусов и т.п.).»

Идея применить широтно-импульсное управление током тягового двигателя на подвижном составе рассматривалась инженерами ещё до Второй мировой войны.

Уже к концу 1950-х годов в США были созданы тиристоры, характеристики которых позволяли применять их на трамваях, троллейбусах, поездах метро, а чуть позже и на электровозах.

К середине 1960 годов силовые тиристоры необходимой мощности были созданы и в СССР. Естественно, было решено их применить в системе управления новых вагонов типа «И».

На вагоне «И» было решено применить двигатель типа ДК-117 с последовательным возбуждением. Регулирование напряжения и возбуждения двигателя осуществлялось с помощью тиристорно-импульсного регулятора. Это позволяло улучшить пуско-тормозные характеристики за счёт поддержания постоянного по величине тока двигателя. Главное преимущество такой системы заключалось в возможности рекуперативного торможения. По данным завода «Динамо», возврат электроэнергии в контактную сеть должен был составить 5-12% от энергии, затраченной на тягу поездов.

К разработке ТИСУ были подключены учёные и специалисты Московского института инженеров транспорта (МИИТ), Всесоюзного НИИ железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ), Московского института радиоэлектронной автоматики (МИРЭА), завода электронных модулей «Логика-Т» (г. Нальчик), КТБ и производственные мощности Опытно-Электромеханического завода (ОЭМЗ) Московского метрополитена. (Выбор ОЭМЗ стал возможен в связи с выпуском здесь систем автоматического управления технологическим оборудованием для военных нужд и наличием военной приёмки. Т.е. завод по технологической оснащённости и квалификации работников был готов не только к выпуску новой техники, но, в случае необходимости, к доработке схем.) На вагоны серии «И» первого выпуска (тип 81-715.1) возлагались большие надежды.

Учитывая сложность и неизученность новых подходов к построению собственно вагона, его тягового электродвигателя, системы управления подвижным составом, взаимодействию вагонов с действующим в метро технологическим оборудованием и, особенно, до конца неизученной системы ТИСУ, в качестве временной, переходной меры было принято решение о проектировании новых модификаций вагонов типа «Е».

Работы по созданию новых вагонов затягивались. Во многом это было связано:
1. С отработкой технологии сварки алюминия, изготовления и стыковок титановых профилей и т.п.
2. С доработкой технологии изготовления надёжных тиристоров и симисторов.
3. С построением и отладкой линий шелкографии необходимых для производства печатных плат.
4. С переходом предприятий электронной промышленности (ЭП) на выпуск электронных элементов с применением новых физических носителей,одним из них была замена химического элемента германия на более дешёвый кремний (следует отметить, что в то время на предприятиях ЭП не могли обеспечивать необходимую «чистоту производства», в результате чего в «брак» уходило до 40% готовой продукции).

Проблемы изготовления вагонов, в основном, были устранены к 1973 году, тогда же началась сборка первого вагона. В марте 1974 года первые три опытных вагона были отправлены с Мытищинского машиностроительного завода (ММЗ) на площадку электродепо «Северное», где на них было смонтировано оборудование ТИСУ, изготовленное на ОЭМЗ метрополитена. (Любопытно, что доработкой схемы ТИСУ занимались, в основном, специалис- ты конструкторско-технологического отдела (КТО) ОЭМЗ: В.Л.Кроль, Д.А.Добровольский. Конструктив вагонных, путевых и станционных датчиков выполнил В.П.Орлов. Разработку технологической оснастки для изготовления вагонного токосъёмника и организацию новых для завода производств шелкографии и заливки датчиков эпоксидными смолами выполнял В.Ф.Иванов.)

На вагонах типа «И» был установлен статический тиристорный преобразователь, позволяющий осуществлять питание цепей управления вагоном (составом), подзарядку аккумуляторной батареи и работу люминесцентного освещения салона. Вагоны были приспособлены к работе совместно с системами поездной автоматики. (В ранних моделях ТИСУ генератор импульсов и контроллер выполнялись на аналоговой базе (на дискретных элементах или с ограниченным использованием логических схем малой степени интеграции), впоследствии дальнейшее развитие электроники позволило применять в управляющем блоке ТИСУ более гибкие программируемые цифровые микросхемы.)

Первые испытания

Первые испытания системы ТИСУ, собранной на базе аналоговых электронных модулей «Логики Т», проходили на запасных путях у стен ОЭМЗ (проверялось взаимодействие оборудования, установленного в вагоне, с датчиками, установленными на резервном, вспомогательном железнодорожном пути).

Дальнейшие испытания проходили на Сокольнической линии метрополитена (вначале в составе поезда с вагонами типа «Е», потом отдельной сцепкой).

Испытания на линии показали:
- Преимуществом ТИСУ перед более ранними моделями систем управления током (непосредственная, косвенная реостатно-контакторная) стало снижение тепловых потерь в пусковых сопротивлениях в тяговых двигателях (ТД) подвижного состава.
- За счёт бесступенчатого увеличения тока в обмотках ТД ТИСУ удалось достичь плавного разгона подвижного состава без рывков и толчков.

Испытания выявили также и главную ошибку проектировщиков вагона: неустойчивую работу системы управления, которая не могла «подстроиться» под вес (брутто) вагонов. Машинисты, участвовавшие в испытаниях, отмечали влияние изменение количества пассажиров на собственно движение поезда по достаточно сложной с точки зрения профиля железнодорожного пути трассе Сокольнической линии. Остро чувствовалось снижение инерционности состава поезда из-за существенного облегчения веса вагонов типа «И» в сравнении с традиционными вагонами. Недостатком ТИСУ явилось также её более высокая сложность в сравнении с электромеханическими аналогами, требующая более высокого уровня обслуживающего персонала для диагностики и ремонта.

В отличие от непосредственной и, в несколько меньшей степени, реостатно-контакторной системы управления, ТИСУ практически невозможно ремонтировать в условиях депо. Для этого требуется организация радиомонтажной, а не обычной для транспортных предприятий механической и электрической мастерской, что заметно сдерживало её внедрение в СССР. Предполагаемая замена неисправных модулей «Логики-Т» также оказалась нежизнеспособна в виду низкого их качества.

По завершении каждого выезда вагонов на испытания специалистами – их участниками составлялся отчёт по результатам проезда, который оперативно передавался во все заинтересованные организации.

Продолжение работ

В первой половине 1977 года поезд из модернизированных вагонов типа «И», получивших обозначения 81-715.2 (головные) и 81-716.2 (промежуточные), оснащённый новой ТИСУ, поступил на повторные испытания. Параллельно с ними на площадке «Северная» и на Сокольнической линии проходили испытания новой системы управления поездами с вагонами типа «ЕКРД» – АРС-АЛС, изготавливаемой на ОЭМЗ метрополитена.

В период с 1987 по 1988 год на Московском метрополитене в депо «Красная Пресня» проходил испытания третий вариант из 7 вагонов типа «И» (81-715.3 и 81-716.3). Но дальше опытов дело не пошло.

Было определено, что «ТИСУ отличается большей схемотехнической сложностью, меньшим КПД, как правило, большими габаритами и массой в сравнении с появившимися в это время импульсными системами управления ТД (транзисторно-импульсными регуляторами двигателей постоянного тока или частотными преобразователями асинхронных двигателей)». Одновременно было выявлено, что «к недостаткам тиристоров также относится невозможность их принудительного запирания, что практически исключает возможность построения систем схемотехнической защиты от коротких замыканий в цепи тяговых двигателей или в самом тиристорном регуляторе, а также низкая рабочая частота (сотни Гц), что вызывает вибрацию обмоток ТЭД и характерный гудящий звук при пуске и торможении».

В связи с тем, что по результатам испытаний не удалось доработать систему электропривода с тиристорно-импульсной системой управления (ТИСУ), а также в связи с повышением требований заказчика к пожаробезопасности алюминиевых вагонов, опытные работы по вагонам серии «И» в конце 80-х годов были прекращены.

Составы метрополитенов стали оснащаться системой автоведения «АРС-АЛС».

Ни одного из вагонов 81-715.1 и 81-716.1 до наших дней не сохранилось. Вагоны типов 81-715.2 и 81-716.2 до сих пор находятся в депо «Красная Пресня». Вагоны типа 81-715.3 также уничтожены, а 81-716.3 служат в депо «Красная Пресня» резиденцией АО «Метро- вагонмаш».

Продолжение «Легенды»

Несмотря на неудачу в реализации проекта «И», полученный опыт был учтён, и разработка продолжилась с использованием стального кузова, по результатам которой: в 1991 году появился поезд типа 81-718/719 на базе вагонов 81-717/714.

Продолжились попытки внедрить на метрополитенах и ТИСУ. В 1978 году «Запорожский электроаппаратный завод» разработал, а к 1986 году приступил к серийному выпуску тиристорного регулятора РТ-300/700, применённого впервые заводом «Динамо» в составе комплекта электрооборудования КИ-3001 («ДИНАС-211») для троллейбусов ЗиУ-683Б00. По окончании эксплуатационных испытаний по инициативе завода Динамо» в Запорожье разработали регуляторы РТ-300/300А для вагонов метрополитена серий 81- 717/81-714, 81-540/81-541 и аналогичных.

Попытка ввести ТИСУ в вагоны метрополитена была повторена в 1991 году на примере вагонов 81-718/719 с народным прозвищем «Тиса», а также вагонов 81-720/721 «Яуза». «Тиса» не была принята в эксплуатацию на Московском метрополитене, по словам его начальника Д.В. Гаева, «из-за своей «сыроватости», выражавшейся в неспособности работать в условиях интенсивных пассажирских нагрузок», но нашла применение в Харькове и Ташкенте. «Яуза» оказалась неперспективным проектом, однако вагоны данной серии попали в эксплуатацию.

В скором времени идеи, заложенные в конструкции вагонов типа «И», нашли отражение в новых поездах «Русич», «Ока» и «Москва».

По состоянию на вторую половину 2010-х годов Международной Ассоциацией «Метро» ТИСУ была признана окончательно устаревшей.