Метро Москвы (книга, 1947 год, часть 4)

Электрическая тяга поездов имеет технические и экономические преимущества перед другими видами тяги. Выгодность её вытекает, в частности, из того, что получение энергии объединяется в немногих рационально расположенных пунктах, и передаётся она наиболее совершенным способом к месту потребления. Практика показывает, что 1 килограмм угля, сожжённый на силовой станции, производит вдвое большую работу при электротяге, чем при сжигании его в топке паровоза.

Преимущества электрической тяги многообразны и общепризнаны. Они проявляются особенно при частом пассажирском движении, где наиболее эффективны моторвагонные поезда. На подземных же метрополитенах это единственно приемлемый вид тяги, как не выделяющий дыма и копоти.

Наиболее испытана в электрической тяге и конструктивно лучше разработана система постоянного тока. Она, в частности, позволяет применить для подводки энергии к двигателям наиболее совершенный в условиях тоннелей токонесущий провод — «третий рельс». При большом потреблении энергии поездами метрополитена сказывается хорошая электрическая проводимость третьего рельса и простота конструкции. Система в целом обеспечивает большую безопасность эксплуатации линий.

Известные ограничения величины напряжения постоянного тока теряют свою остроту для линий небольшой протяжённости. Передача энергии на короткие расстояния не вызывает трудностей, и в этом случае постоянный ток приобретает преимущества перед переменным током. Городской же транспорт и метрополитены работают исключительно на постоянном токе.

Напряжение тягового тока, применяемое на трамвае (550—600 вольт), экономически не выгодно при больших нагрузках от поездов метрополитена. Повышая напряжение тока, можно увеличить расстояние между пунктами питания (подстанции), сократить их число, уменьшить кабельную сеть и потребность в меди. Условия подземного метрополитена однако не допускают большого повышения напряжения тока. Исходя из этого, на московском метрополитене для тяги принято напряжение в 750 вольт (825 вольт — на подстанциях).

Питание тяговых нагрузок метрополитена осуществляется по трёхфазно-постоянной системе. Ток высокого напряжения подводится по кабелям к тяговым подстанциям, расположенным вдоль линии; на этих подстанциях он преобразуется в постоянный ток более низкого напряжения и затем уже направляется в третий рельс. Специальные токоприёмники, укреплённые на тележках вагонов, скользят по третьему рельсу и подводят ток к двигателям поезда. Обратно ток проходит через оси и колёса вагонов в рельсы и затем по кабелям возвращается на подстанцию.

Существенным в системе питания линии является вопрос размещения тяговых подстанций, Задача заключается в создании более или менее постоянного режима напряжения в сети постоянного тока. В связи с этим следует отметить характерную особенность электрических железных дорог. Потребителями энергии здесь являются движущиеся поезда. Между тем состояние их и потребность в энергии постоянно меняются. В одно и то же время часть поездов трогается с места или преодолевает подъём, затрачивая много энергии; другие идут под уклон без тока; часть поездов движется по ровному пути с малым, потреблением энергии, а некоторые стоят без движения. Картина меняется каждое мгновение; вследствие этого, непрерывно колеблется величина нагрузок в токонесущем проводе и происходит перемещение точек их приложения; сила электрического тока в нём приобретает крайне неустойчивый характер; резко колеблется также напряжение.

Более устойчивый режим напряжения в токонесущих проводах можно осуществить расположением подстанции у каждой пассажирской станции, где затрачивается большая энергия при пуске поезда.

Тяговые подстанции московского метрополитена размещаются вдоль линий на определённом расстоянии одна от другой. Они получают высокое напряжение (6 000 или 10 000 вольт) от разных энергетических центров. Система многократно резервируется с тем, чтобы обеспечить бесперебойное питание подстанций.

Высокое напряжение поступает по кабелям на распределительные шины тяговых подстанций и затем подводится к отдельным агрегатам — преобразователям энергии. Каждый такой агрегат состоит в основном из трансформатора и выпрямителя тока, служащего в качестве источника для питания постоянным током двигателей поезда.

Преобразование трёхфазного тока в постоянный производится посредством ртутных выпрямителей большой мощности. Такой выпрямитель представляет собой в основном металлический сосуд, в верхней части которого размещены графитные электроды-аноды, а внизу находится ртуть, служащая катодом. Воздух из сосуда удаляется и внутри него создаётся очень высокий вакуум (разрежение); ртуть катода нагревается до температуры парообразования. Если при таких условиях к выпрямителю подвести переменный трёхфазный ток, то благодаря процессу ионизации ртутных паров он будет проходить внутри сосуда только в одном направлении — поочёредно от каждого из анодов к катоду. В результате трёхфазный ток получает постоянное направление, сохраняя некоторую пульсацию. С увеличением числа анодов выпрямленный ток всё более приближается к постоянному. Катод выпрямителя образует положительный полюс постоянного тока; отрицательным полюсом служит нулевая точка источника переменного тока (трансформатора).

Ртутный выпрямитель — наиболее совершенный вид преобразователя тока. Он обладает высоким коэффициентом полезного действия (94 процента) и отличается большой надёжностью. На подстанциях метрополитена установлены 12-анодные выпрямители разной мощности; основной тип имеет мощность в 2 400 киловатт. Число выпрямителей подстанций определяется интенсивностью движения поездов на линиях.

Все ртутные выпрямители тяговой подстанции присоединены своими катодами к специальной «положительной» шине, от которой отходят кабели, питающие третий рельс. «Мину­совая» шина подстанции связана с нулевыми точками трансформаторов; к ней приключены кабели, отводящие ток от ходовых рельсов. Напряжение между обеими шинами составляет 825 вольт. В питающих и обратных кабелях теряется около 75 вольт. Таким образом, среднее напряжение в третьем рельсе составляет 750 вольт; на такое напряжение и рассчитаны двигатели вагонов.

Токонесущий провод метрополитена — третий рельс имеет специальный профиль и изготовляется из мягкой стали высокой электропроводности. Этот рельс устанавливается вдоль пути каждого направления, в стороне от ходовых рельсов, несколько выше их. В пределах станций третий рельс помещается под свесом платформы.

В зависимости от положения головки рельса, служащей в качестве контактной поверхности, различают третий рельс с верхним, с нижним или с боковым контактом. Последний тип встречается редко. На московском метрополитене принята система нижнего контакта, позволяющая, в частности, хорошо защитить токонесущий рельс от случайного прикосновения. Третий рельс располагается в опрокинутом виде, головкой вниз, и крепится за подошву посредством специальных изоляторов. Вся конструкция подвешивается жёстко к кронштейнам, установленным на концах шпал через 5—6 метров. Сверху и с боков рельс закрыт деревянным коробом. А токоприёмник вагона прижимается к головке рельса снизу, с помощью своих спиральных пружин.

На ответвлениях путей, на стрелках, где движущийся поезд, а вместе с ним и токоприёмники пересекают пути другого направления, нитка третьего рельса прерывается; на концах её устанавливаются специальные наконечники — отводы, направленные вверх. Сделано это для того, чтобы при больших скоростях движения токоприёмник плавно оставлял отрезок третьего рельса и чтобы набегание его на новый отрезок после прохода места разрыва протекало без ударов.

Подача напряжения от подстанции в третий, рельс электрически защищена; быстродействующие автоматы мгновенно прерывают питание участков рельса при коротких замыканиях на линии; отдельные питающие кабели легко переключаются, заменяя друг друга. Предусмотрена защита также других звеньев системы.

Подстанции подают энергию в каждую нитку третьего рельса параллельно. Таким образом участки рельса между подстанциями получают двустороннее питание. Это сглаживает колебания напряжения в сети; равномернее становятся также нагрузки подстанций. В местах присоединения питающих кабелей третий рельс разделяется — «секционируется», и концы его изолируются один от другого. Таким образом повреждения (короткие замыкания) на линии ограничиваются пределами одной секции рельса; вместе с тем легко обнаружить место повреждения. Возможность отключения отдельных участков третьего рельса удобна также в нормальных условиях, при осмотрах и ремонтах путевых устройств.

Помимо электрической энергии, требующейся для движения поездов, метрополитен потребляет её в большом числе разнообразных электромеханических установок, обслуживающих сложный комплекс этой подземной железной дороги. К таким установкам относятся: освещение станций и тоннелей, эскалаторы, вентиляторы, насосы и др., а также устройства автоблокировки и связи.

Все эти потребители энергии получают трёхфазный ток низкого напряжения: 380 вольт — для механизмов и 220 или 120 вольт — для освещения. Питание их производится от специальных понизительных подстанций, расположенных в местах наибольшего потребления электроэнергии. Высокое напряжение подводится к подстанциям от общей сети; предусмотрен также необходимый резерв энергоснабжения этих установок.

Резервирование продолжается также внутри понизительных подстанций. Здесь устанавливается не менее двух силовых и двух осветительных трансформаторов, причём каждый из них рассчитан на питание всех основных потребителей. При исчезновений напряжения на одном из трансформаторов или повреждении его, нагрузка автоматически переключается на другой трансформатор. На крайний случай предусмотрена мощная аккумуляторная батарея, которая способна питать часть ламп освещения станции и тоннелей в течение необходимого времени.

Питание осветительной сети производится по нескольким самостоятельным цепям, причём освещение станций выделено. Для лучшей видимости путевых сигналов перегонные тоннели совещаются лампами, расположенными скрыто от глаз машиниста, либо они имеют специальную арматуру, закрывающую нить накала. С той же целью в тоннелях поддерживается пониженная освещённость. При необходимости они получают дополнительное освещение, которое включается автоматически при исчезновении напряжения в третьем рельсе. Очевидно, что и поезд, остановившийся в тоннеле за отсутствием тока, получит свет извне, через окна вагонов.

Электрическая связь между подстанциями и отдельными установками осуществляется посредством кабелей, проложенных вдоль тоннелей. Часть силовых устройств, расположена в тоннелях, и доступ ко многим из них во время движения поездов затруднён. Ввиду этого управление тоннельными механизмами производится дистанционно.

Электроснабжение метрополитена представляет собой большую и сложную систему. Основные элементы её — подстанции — автоматизируются. Управление всем этим разветвлённым электрохозяйством, особенно при нарушениях в системе, требует быстроты и чёткости; повреждения в любом звене энергетической сети должны быть локализованы в кратчайший срок. Это достигается телеуправлением. На светящемся щите центрального диспетчерского пункта постоянно отображается фактическое состояние всех тяговых и понизительных подстанций, отдельных агрегатов и установок. В таких условиях диспетчер может следить на расстоянии за их работой и быстро производить все необходимые операции по управлению системой.

Путевое полотно является основой железной дороги. Рельсовый путь не просто лежит: он работает под воздействием проходящих поездов. Путевые устройства в свою очередь влияют на сохранность подвижного состава. Качество пути определяет безопасность движения.

Под действием каждой вагонной оси рельсовый путь несколько прогибается, главным образом, вследствие сжатия балласта, уложенного в основание пути. Но щебёночный балласт обладает свойством упругости; он почти полностью восстанавливает положение, как только рельсы освобождаются от нагрузки. Частые прогибы всё же не проходят для пути бесследно; местами они оставляют просадки балласта, создают неровности и перекосы путевого полотна. Поэтому путь на балласте нужно постоянно выравнивать, что в известной мере достигается подбивкой просевших шпал. Тем не менее даже хороший уход за таким путём не может предупредить образования просадок и перекосов.

Неровности пути усиливают воздействия на него подвижного состава. В местах просадок движущиеся вагоны качаются на рессорах, резко изменяя нагрузку на рельсы; на перекосах вагоны бросает из стороны в сторону и они расшатывают путь; плохо подбитые рельсовые стыки вызывают удары вагонных колёс, что расстраивает стыковые конструкции. В результате не только ухудшается качество пути, но наносится ущерб также подвижному составу.

Следует отметить, что подбивка шпал приводит к образованию пыли. В условиях тоннелей почти вся она оседает на балласте. Здесь же собирается металлическая пыль от истирания рельсов, колёсных бандажей, а также тормозных колодок. Кроме того, на балласт попадают смазочные масла, оставляемые поездами. Всё это, смешиваясь, загрязняет и уплотняет балласт; он уже плохо пропускает воду, нарушая тем самым путевой дренаж. Уплотнённый балласт значительно теряет своё основное качество — упругость.

В связи с этим, при строительстве первых линий метрополитена отказались от щебёночного балласта на станционных путях, где имеется большая возможность их загрязнения. Пути на станциях уже тогда были уложены на жёстком основании. При этом была создана оригинальная конструкция: рельсовая колея (нормальной ширины в 1524 миллиметра) уложена на раздельных коротких шпалах, утопленных в бетон; внутри колеи устроен продольный лоток (углубление), служащий для отвода воды по тоннелям.

Опыт показал, что бетонное основание достаточно хорошо воспринимает нагрузку от поездов. Прогибы или перекосы пути на нём образоваться не могут; отпадает трудоёмкая работа по подбивке шпал; тоннели освобождаются от пыли, их легко промывать и чистить.

Путь на бетоне, однако, более чувствителен к ударам и резким колебаниям нагрузки. Такие колебания могут иметь место вследствие дефектов подвижного состава. Так, неравномерный износ колёсных бандажей, теряющих правильное круговое очертание, вызывает вертикальную «игру» вагонов. Колебания нагрузки на рельсы в этом случае приобретают резкий, ритмически повторяющийся характер. Считаясь с этим, принимаются меры для уменьшения жёсткости пути; под рельсы вводят особые резиновые прокладки, которые поглощают или, по крайней мере, сглаживают удары. Вместе с тем значительно ослабляется шум от движущегося поезда.

Укладка пути на жёстком основании требует большой точности и тщательности. Но хорошо выполненный, он может длительное время оставаться без ухода. Это особенно важно для метрополитена, пути которого мало доступны для осмотра при частом движении поездов; ночной же перерыв движения ограничен тремя часами.

Преимущества жёсткого основания пути перед балластным нашли отражение также в последующих линиях метрополитена; рельсовый путь их лежит на бетоне. Только для стрелочных переводов, где неизбежны толчки и удары, в качестве основания оставлен щебёночный балласт. В пределах станций конструкция пути выполнена на шпалах-коротышах. На перегонах же обе рельсовые нитки уложены на заделанных в бетон общих шпалах, перекрывающих дренажный лоток. Такая конструкция вызвана стремлением усилить устойчивость перегонных путей, где поезда развивают максимальные скорости и где имеются закругления. Между тем открытый дренажный лоток играет особую роль на станциях. По своим размерам он вмещает человека в лежачем положении; пассажир, случайно упавший на путь, может в этом лотке укрыться от надвигающегося поезда.

Рельсовый путь подвергается многообразным влияниям со стороны подвижного состава. Следует отметить так называемый «угон» рельсов. Это явление отчасти связано с интенсивным торможением поездов, когда зажимаемые тормозными колодками колёса вагонов создают усилия, стремящиеся угнать рельсы вперёд. Для борьбы с этим явлением на путях устанавливаются специальные «противоугоны». Они действуют по принципу клина, который воспринимает усилия угона на себя и передаёт их на шпалы. Тем самым рельсы удерживаются от перемещения.

Сложнее протекает движение поезда по закруглениям путей. Здесь, кроме всего, возникает центробежная сила, стремящаяся сдвинуть вагоны наружу закругления. Если не принять никаких мер против этого, кузов вагона, поворачиваясь на рессорах, наклонится и большая часть его веса ляжет на внешний рельс. Поскольку действие центробежной силы зависит от скорости поезда, ход его на крутых закруглениях замедляют. Понятно, что это понижает общую скорость сообщения. Для поддержания высоких скоростей необходимо уравновесить центробежную силу. С этой целью наружная рельсовая нитка укладывается на закруглении несколько выше внутренней. Очевидно, вагоны здесь наклоняются вовнутрь закругления. Они сохраняют некоторый наклон также во время движения, когда действует центробежная сила, и тем самым более равномерно нагружают оба рельса. Пассажиры не испытывают неудобств от наклонного положения вагона, так как оно является для них естественным при быстрой езде по закруглению. Вспомним, что и велосипедист на поворотах инстинктивно наклоняет свой корпус вместе с велосипедом в сторону поворота.

Степень наклона пути связана со скоростью движения. Исходя из этого, для каждого закругления устанавливается определённая величина подъёма наружного рельса. На московском метрополитене необходимый наклон путевого полотна достигается поднятием наружной рельсовой нитки и одновременно опусканием внутренней нитки; благодаря этому центр тяжести вагона не поднимается. В таких условиях поезда проходят по закруглениям радиуса 400 и более метров с полной скоростью.

Влияние центробежной силы на рельсовый путь сказывается ещё и в другом. Если для поворота автомобиля меняют направление его передних колёс, то вагон железной дороги не имеет устройств для управления осями. Движение его по закруглениям направляется наружным рельсом, в который упираются реборды колёс. Но от этого стирается внутренняя грань головки рельса, изнашиваются также реборды.

Для ослабления трения обычно применяется смазка внутренней грани головки рельса. Однако она недостаточно защи­щает рельс и реборды на закруглениях малого радиуса. Здесь задача, кроме того, решается при помощи так называемого контррельса. Это — обычный рельс, который укладывается ря­дом с внутренней рельсовой ниткой повёрнутым к ней своей головкой; между этими рельсами оставляется зазор для про­хода реборды колеса. При движении вагона реборда упирает­ся в контррельс, и теперь уже он направляет движение. Вместе с тем разгружается наружный рельс и значительно уменьшается его износ. Что касается износа контррельса, то это не имеет большого значения, поскольку положение контррельса можно регулировать.

Приведённые основные моменты, физически вытекающие из движения поезда по рельсовому пути, характерны для любой железной дороги. Но они приобретают особое значение на метрополитене, где факторы, осложняющие работу пути, выражены более резко, чем на магистральных дорогах.

Пути метрополитена имеют извилистый характер. Сравнительно частая расстановка станций в условиях города то и дело заставляет отклонять линии от прямого направления и создавать закругления путей. Тоннели метрополитена, сооружаемые неглубоко под поверхностью, часто следуют за поворотами улиц, обходят подземные сооружения и геологические препятствия. Вследствие этого пути метрополитена приобретают большую кривизну, чем это имеет место на магистральных железных дорогах. Несколько ровнее удаётся выдержать направление линии при глубоком заложении тоннелей. Тем не менее для метрополитена характерно закругление путей радиуса 400—600 метров; в отдельных случаях радиус закругления уменьшается до 200 метров.

Казалось бы, что, прокладывая линию под землей, можно избежать крутых уклонов и подъёмов. Между тем и профиль путей метрополитена тяжелее, чем на магистральных дорогах. Он в некоторой степени зависит от рельефа города. На профиль линий метрополитена, кроме всего, влияют геология и гидрогеология. Картина грунтовых напластований в Москве отличается особой пестротой и сложностью. Природа ставит здесь много препятствий для сооружения тоннелей. Местами приходится уклонять их вверх или вниз, чтобы вести проходку в устойчивых грунтах. Частые переломы профиля диктуются также расположением станций метрополитена. В то же время электрическая тяга позволяет пользоваться крутыми уклонами или подъёмами; на метрополитене они предельно приняты в 33 метра на километр длины участка (33 ‰). Переломы же профиля путей в 20—25 ‰ представляют здесь обычное явление.

Следует отметить, что тоннели метрополитена вовсе не должны лежать горизонтально. Небольшие уклоны необходимы для отвода воды, кое-где просачивающейся в тоннели из грунта или собирающейся от мытья станций и других сооружений. Вода стекает по дренажной системе к пониженным точкам тоннелей и затем откачивается на поверхность. Кроме того, уклоны и подъёмы путей на подходах к станциям имеют большое значение для экономии электроэнергии. Поезд, оставляющий станцию под уклон, набирает скорость без длительной затраты энергии; подъём перед станцией вызывает естественное торможение поезда. Даже станционные пути только приближаются к горизонтали, сохраняя малый уклон для отвода воды.

Извилистый план и частые переломы профиля путей метрополитена оправдываются общей целесообразностью. Между тем такой характер путей утяжеляющий условия их работы. Воздействия подвижного состава на пути усиливаются интенсивным движением поездов метрополитена; сказываются высокие скорости, которые они развивают на перегонах; частое торможение поездов при нагрузке на вагонную ось в 17—18 тонн вносит свою долю воздействия на путь.

Сооружение метрополитена обходится очень дорого. Стоимость его резко растёт по мере увеличения поперечных размеров тоннелей. Отсюда стремление по возможности ограничить их. Отверстие тоннелей определяется в основном очертанием вагона, с учётом раскачки его кузова во время движения. Пространство вдоль стен нижней части тоннелей при этом используется для размещения оборудования и отдельных конструкций.

Только небольшой зазор отделяет тоннельные сооружения и оборудование от движущихся поездов. В таких условиях требуется исключительная точность и тщательность укладки пути. Это тем более необходимо, что пути метрополитена во время движения поездов (20 часов в сутки) почти недоступны для ремонта, а ночной перерыв движения, когда собственно и ведутся ремонтные работы, крайне ограничен. Условия работ осложняются тем, что они протекают при искусственном освещении; пути заставлены специальными конструкциями — «третий рельс», «автостопы» и др.; вблизи проходят кабели.

Особенности метрополитена заставили отнестись критически к заимствованию устройств пути, применяемых на наземных железных дорогах. В условиях тоннелей потребовались иные решения. Творческие искания привели к усовершенствованию ряда путевых устройств и элементов, к созданию новых оригинальных конструкций. В этом отношении характерна конструкция крепления рельсов к шпалам — этого основного элемента устройств пути. Если обычно на железных дорогах рельс прикрепляется к шпалам вместе с подкладками, общими костылями, то на метрополитене введено раздельное их крепление. Подкладки особой формы наглухо привёрнуты к шпалам шурупами, а рельс вводится в них своей подошвой и устанавливается свободно; при этом форма подкладок препятствует опрокидыванию рельса. Такая конструкция проста и надёжна; она не имеет мелких деталей и позволяет даже в условиях метрополитена быстро производить смену рельсов, не повреждая при этом шпал.

Путевые устройства московского метрополитена прогрессивны. Они обеспечивают сохранность пути и подвижного состава, являются надёжным элементом безопасности движения.

Метрополитену свойственны большая провозная способность и высокая скорость движения. Это выгодно выделяет его среди других видов городского транспорта. Но метрополитен может проявить свои качества только благодаря специальным устройствам, которые охраняют безопасность чрезвычайно частого и быстрого движения поездов.

Понятно стремление ввести на железной дороге многоместные вагоны и большие составы поездов, повышать скорость движения. Для полного же использования железнодорожной линии необходимо также пропускать по ней возможно большее число поездов, сохраняя при этом высокие скорости. Сокращение интервала между поездами повышает пропускную способность линии и создаёт удобства для пассажиров. . Интервал между поездами определяется многими факторами. Для уменьшения его существенное значение имеют скорость и тормозные средства поезда; возможность энергичного торможения позволяет сближать поезда, движущиеся друг за другом с большой скоростью. Очень важно, чтобы поезда не задерживались длительно на промежуточных станциях для высадки и посадки пассажиров. Частота движения поездов в значительной мере зависит от характера профиля пути, от длины поезда и пр.

Анализ всех факторов, в их сложной взаимосвязи, показал целесообразность введения на московском метрополитене восьмивагонных поездов и наименьшего интервала между ними в 1,75 минуты (в последующем — 1,5 минуты). Пропускная способность каждой линии, таким образом, составляет 34 пары поездов в час (в последующем —40 пар). При нормальном заполнении вагонов по 170 человек, линия мет­рополитена может перевезти около 50 тысяч пассажиров в час в каждом направлении.

Принятая организация движения основывается на максимальной скорости поездов в 60—70 километров в час. Такую скорость они, однако, не могут поддерживать повсюду, даже в пределах одного перегона. Так, трогаясь с места, поезд быстро ускоряет своё движение, но лишь постепенно он достигает полной скорости. Она сохраняется на более или менее значительной части перегона в зависимости от характера профиля и кривизны пути. Затем выключают двигатели, и поезд идет по инерции, замедляя ход. Наконец, торможением его быстро останавливают. Таким образом поезд движется по перегону с разными скоростями. Но в целом они определяют скорость движения от одной станции до другой, то есть «техническую» скорость.

Следует отметить зависимость технической скорости от расстояния между станциями. Пуск поезда и остановка его обычно происходят на определённых, сравнительно коротких участках; большую же часть пути поезд проходит с высокими скоростями. Очевидно, что чем длиннее перегон, тем меньшее значение имеет время пуска и остановки поезда в общем времени движения его по перегону. Между тем время хода поездке высокой скоростью, наоборот, приобретает всё большее значение при удлинении перегона. Отсюда следует, что и техническая скорость повышается, если станции отстоят дальше одна от другой.

С точки зрения скорости движения поезда следовало бы стремиться к редкой расстановке станций метрополитена. Однако отдаление их друг от друга связано с затратой большего времени для пассажиров на подход к вестибюлю станции и, по прибытии на другую станцию, — на переход до конечного пункта своего следования. Исходя из этого, решающим для выбора расстояния между станциями является общий баланс времени, необходимый для передвижения как по метрополитену, так и другими средствами, от одного пункта в городе до другого. Учитываются также местные городские условия, значимость того или другого района и отдельных пунктов города, наличие других средств сообщения и т. п.

На московском метрополитене станции расположены в центральных частях города через 1—1,5 километра и в окраинных районах — через 1,5—2 километра. При этом техническая скорость составляет 45—50 километров в час. Скорость же сообщения по линии, то есть с учётом времени стоянок на промежуточных станциях, достигает 35—38 километров в час. Это сравнительно большая скорость. Так, на трамвае и на автобусах можно проехать по городу со скоростью около 15 километров в час; метрополитены в Берлине и в Париже, при более частом расположении станций, имеют скорость сообщения в 26—28 километров в час.

Быстрое движение поездов метрополитена и чрезвычайно частое следование их друг за другом протекают в условиях полной безопасности. Элементы безопасности заложены уже в самом сооружении метрополитена. Линии его строятся внеуличными, на самостоятельном полотне; для каждого направления имеется отдельный путь; пути скрещиваются между собой в разных уровнях. На метрополитене обращаются однотипные поезда, по параллельному графику; отсутствуют переходы пассажирских поездов с одной линии на другую. Но даже при такой организации интенсивность движения требует специального регулирования.

Существуют разные способы регулирования движения поездов. Для этого пользуются телефоном или телеграфом; часто вручение жезла даёт право на отправление поезда. Но лучше всего удовлетворяет требованиям безопасности и пропускной способности путевая «блокировка». Она исключает возможность «открыть» сигнал, ограждающий перегон, прежде чем этот перегон не освободится от другого поезда. Достоинства такого контроля вырастают, когда все сигналы и приборы объединяются в автоматически действующую систему «автоблокировки»; она позволяет максимально сократить интервалы между поездами, сохраняя при этом безопасность движения. На метрополитене эта система дополнена и усовершенствована.

Принцип действия «автоблокировки» достаточно прост (см. схему). Рельсовый путь каждого направления линии разделяется на участки длиной в 500—700 метров, которые электрически изолируются друг от друга. На определённом расстоянии до начала каждого участка устанавливается светофор, имеющий две лампы — зелёную и красную. Включение той или другой лампы производит специальный электрический прибор — реле, помещающийся у светофора и присоединённый проводами к обоим рельсам.

В конце участка расположен трансформатор, также при­ключённый к рельсам. Ток от трансформатора (напряжением до 10 вольт) поступает в одну из ниток рельса, обтекает катушку реле и возвращается по другой рельсовой нитке. При этом катушка реле притягивает контакт (якорь), который включает в светофоре зелёную лампу — «путь свободен». Таков путь тока, а отсюда и показание сигнала, если на участке нет поезда.

Чуть только первая ось поезда вступит в пределы участка, как она (вместе с колёсами) замкнёт накоротко обе рельсовые нитки. Теперь уже ток возвращается к трансформатору по более короткому пути, минуя катушку реле, которая представляет для него значительное сопротивление. Вследствие того катушка освободит якорь реле; он отпадёт и включит красную лампу — «путь занят». Очевидно, что такое показание светофора сохранится до тех пор, пока последняя ось поезда не пересечёт границу участка. Тогда восстановится прежнее положение в цепи тока и снова зажжётся зелёная лампа.

Интересно, что светофор запрещает въезд на участок не только когда он занят поездом, но также и при неисправностях рельсового пути. В самом деле, если, например, путь будет повреждён или если лопнет рельс, перервётся питание током катушки реле, и красный свет светофора будет сигнализировать об опасности.

Светофоры устанавливаются в тоннелях с правой стороны по движению поезда, на уровне глаз машиниста. Обеспечивается хорошая видимость сигналов на расстоянии, достаточном для торможения и остановки поезда. В тех местах, где вследствие кривизны путей это условие нельзя выдерживать, устанавливается предупредительный сигнал — светофор с зелёной и жёлтой лампами. Жёлтый свет предупреждает, что основной светофор, не видимый машинисту, запрещает движение. При этом машинист должен притормаживать поезд.

Электрическая изоляция рельсовых ниток на границах участков создаёт ограниченные контуры для тока, питающего реле. Но рельсовый путь используется, как известно, также для отвода тягового тока от поездных двигателей к подстанциям. Для этого же требуется электрическая непрерывность рельсового пути. Такое «противоречие» разрешается при помощи физических законов протекания постоянного и переменного тока по виткам специальной катушки, внутри которой помещается железный стержень (дроссель). Такие катушки устанавливаются по обе стороны границы смежных участков и включаются между нитками рельсов; средние витки каждой пары катушек соединяются между собой. Электрическое сопротивление дроссельных катушек ничтожно для постоянного тягового тока; он свободно протекает по их виткам и по связывающим катушки проводам, продолжая свой путь по рельсам к подстанции. В то же время эти катушки представляют большое сопротивление для переменного релейного тока и препятствуют переходу его с одной рельсовой нитки на другую.

Автоматическая сигнализация и блокировка обеспечивают надёжный контроль за состоянием путей; машинист своевременно предупреждается, свободен или занят впереди лежащий участок пути. Тем не менее не исключена возможность проезда запрещающего сигнала. В условиях тоннелей метрополитена, при быстром и частом движении поездов, нельзя основывать безопасность движения только на бдительности машиниста. Нужно считаться с тем, что машинист может почему-либо не заметить красного сигнала, не реагировать на него и продолжать движение. В результате возможен наезд на впереди идущий или остановившийся поезд, возможна авария от неисправности пути. Ввиду этого система автоблокировки на метрополитене дополнена специальными приборами — «автостопами», которые в нужных случаях останавливают поезд без участия машиниста.

Автостоп состоит из моторного привода и из рычага специальной формы, помещающегося на путях, у внешней грани рельса. Под действием противовеса рычаг постоянно занимает вертикальное положение, несколько возвышаясь над рельсом. Привод автостопа электрически связан с цепью зелёного сигнала светофора. Одновременно с появлением этого сигнала привод поворачивает рычаг автостопа в горизонтальное положение и удерживает его ниже головки рельса. При этом поезд может свободно проследовать над рычагом. Но когда в светофоре загорается запрещающий красный сигнал, рычаг освобождается и под действием противовеса снова занимает заградительное положение. Теперь, если машинист не остановит поезда перед красным сигналом, его остановит автостоп, который заденет специальный тормозной клапан, укреплённый на тележке вагона. Выступающая вниз скоба этого клапана наскочит на рычаг автостопа; она повернётся и вызовет энергичное торможение поезда. Одновременно выключатся все его двигатели.

Применение на метрополитене автостопов, повышающих безопасность движения, не снимает однако ответственности с машиниста за неправильное ведение поезда, за невнимательность к показаниям сигналов. Проезд красного сигнала и вызов к действию автостопа рассматривается как серьёзный проступок. Как надёжно ни действуют автоматы, они не заменяют разумной воли человека.

Пропускная способность линий и безопасность движения на метрополитене усиливаются централизацией управления путевыми стрелками в блок-постах, расположенных на конечных станциях и других пунктах разветвления путей. Перевод стрелок осуществляется посредством специальных аппаратов дистанционно. В каждом блок-посте имеется светящаяся доска, которая постоянно отображает фактическое положение всех стрелок и ограждающих их сигналов; видно также движение поездов в пределах разветвления путей. Все это позволяет быстро и безошибочно производить из блок-поста необходимые перестановки стрелок и следить за маневровым движением.

Существенную роль в эксплуатации метрополитена, в поддержании регулярного движения и в обслуживании пассажиров играет многообразная и разветвлённая сеть диспетчерской и телефонной связи, а также радиовещание.

Московский метрополитен является наиболее мощным, быстрым и безопасным средством городского транспорта.