Изобретение относится к области железнодорожного транспорта и может быть использовано на участке железных дорог магистрального и промышленного транспорта, оборудованных рельсовыми цепями.
Известен рельсовый электрический соединитель, выполненный в виде двух манжет с лапами, имеющими отросток, охватывающий кромку подошвы рельса по обе стороны накладки, соединенные между собой многожильным токопроводом. Недостаток такого соединителя - малый ресурс работы токопровода, а также высокое и нестабильное переходное сопротивление контакта рельс-манжета.
Известен также рельсовый стыковой соединитель с двойным токопроводом, концы которого заделаны в головках стальных штырей, заклиненных в шейке рельсов по обе стороны накладки. Указанному соединителю присущи малый рабочий ресурс токопровода, а также высокое и нестабильное переходное сопротивление контактов токопровод-штырь и штырь-рельс.
Известен соединитель , выполненный из двух соединенных ленточным токопроводом алюминиевых втулок, запрессованных стальными вкладышами в отверстиях в шейки рельсов и по концам стыковой накладки. Недостатком этого соединителя является то, что при низком (менее 150 мкОм) и стабильном во времени переходном сопротивлении контактов втулка-рельс и втулка-накладка, в условиях высокой интенсивности движения поездов и, особенно, поездов повышенного веса (пиковые ускорения на стыке от 80 до 200 g) его эксплуатационная надежность резко снижается по причине недостаточной вибропрочности токопpовода. Для такой конструкции этот недостаток является принципиально неустранимым, поскольку при движении поездов повышенного веса происходит знакопеременное перемещение в вертикальной плоскости стыковой накладки относительно концов рельсов. Кроме того, для такого соединителя необходимо дополнительно изготавливать отверстия в стыковой накладке.
Близким по конструктивному исполнению можно считать соединитель изготовленный с помощью устройства. Устройство обеспечивает изготовление токопровода соединителя с закруткой его концов до места закрепления в крепежных узлах, но при этом не оговаривается конкретная форма токопровода и конструктивные соотношения его элементов. Это не позволяет создать достаточно надежный соединитель.
Общим недостатком известных соединителей является то, что в условиях высокой интенсивности движения поездов, и особенно при движении поездов повышенного веса их эксплуатационная надежность резко снижается вследствие недостаточной вибропрочности токопровода.
Для предложенного технического решения именно форма токопровода и конструктивные соотношения его элементов имеют существенное значение и при правильном подборе позволяют достичь достаточно высокой эксплуатационной надежности соединителя в условиях виброударного нагружения крепежных узлов в шейке смежных рельсов стыка.
Цель изобретения - повышение надежности стыкового соединителя в условиях высокой интенсивности перевозок и при движении поездов повышенного веса.
Поставленная цель достигается тем, что рельсовый электрический стыковой соединитель, содержащий токопровод с наружным диаметром d, выполненным с горизонтальным промежуточным и закрученными концевыми участками, крепежные узлы токопровода, расположенные на шейках рельсов по обе стороны от стыковой накладки. Концевые участки токопровода загнуты сначала по переходному радиусу R величиной от 10 d до 4 d, а затем в форме частей противоположных ветвей гиперболической спирали с радиусом-вектором ρ , определяемым соотношением:
ρ= a/ϕ, где а - расстояние между полярной осью соединителя и плоскостью, параллельной подошве рельса;
ϕ - угол поворота радиуса-вектора ρ до полярной оси в направлении закрутки спирали, длина дуги переходного радиуса R ограничена в направлении закрутки спирали углом не менее π /2 и не более 3/4 π , в местах закрепления концевых участков токопровода угол ϕ выбран в диапазоне 3/4 π≅ϕ≅2π , а значение радиуса-вектора ρ в пределах 1,5 d≅ρ≅2,2 d. При этом с целью упрочнения заделки каждый крепежный узел выполнен в виде Г-образной втулки, основание которой установлено в шейке рельса, а консольная часть с закрепленным внутри ее концевым участком токопровода пластически обжата поперечными полукольцевыми канавками глубиной не менее 0,2 d и не более 0,3 d, на расстоянии не менее 0,4 d и не более 1,6 d от торца консоли.
Кроме того, с целью повышения вибропрочности каждый концевой участок токопровода помещен в коаксиальный цилиндрический демпфер с внутренним диаметром не менее 1,1 d и не более 1,2 d на длине дуги, ограниченной углом не менее 5/4 π и не более 3/2 π от места закрепления токопровода в консольной части Г-образной втулки.
Это позволяет получить соединитель с более вибропрочным токопроводом, соединяющим рельсы стыка и обеспечивающим устранение поперечных вибровозбуждений. Предлагаемое техническое решение отличается от известных наличием практически не возбуждаемого, даже при движении поездов повышенного веса и, следовательно, высоконадежного токопровода, прочно закрепленного своими концами в консолях фигурных втулок.
Опытным путем установлено, что наиболее эффективной для амортизации продольных вибровозбуждений токопровода является закрутка его концов в элементы гиперболической спирали через некоторый переходный радиус R, сопрягающий горизонтальный участок токопровода со спиралью. Амортизация поперечных колебаний достигается введением коаксиального цилиндрического демпфера, геометрические размеры которого определены также эмпирически. Упрочнение заделки токопровода в фигурных втулках обеспечивается пластическим обжатием поперечными полукольцевыми канавками с опытно установленными размерами. Этим же дополнительно стабилизируется переходное сопротивление контакта токопровод-втулка.
На фиг. 1 изображен рельсовый электрический стыковой соединитель; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.
Соединитель содержит металлический, например многожильный, токопровод 1 диаметром d, выполненный в виде промежуточного горизонтального участка с закрученными концевыми участками по переходному радиусу R величиной от 10 d до 4 d, переходящими в ветви гиперболической спирали с крепежными узлами по концам в виде Г-образных втулок 2, основание которых установлено и запрессовано вкладышами 3 в отверстиях в шейке рельсов 4 и 5 по обе стороны накладки 6. На закрученных концевых участках токопровода помещены коаксиальные цилиндрические демпферы 7, а консолные части втулок в местах крепления концов токопровода пластически обжаты поперечными полукольцевыми канавками 8. Величина переходного радиуса R изменяется от 10 d до 4 d, а длина его дуги в направлении закрутки спирали ограничена углом κ в пределах π/2≅κ≅3/4π . Радиус-вектор ρ изменяется по закону гиперболической спирали в виде
ρ= a/ϕ, где а - расстояние между полярной осью соединителя и плоскостью, параллельной подошве рельса; ϕ - угол поворота радиуса- вектора ρ до полярной оси в напpавлении закрутки спирали.
Длина дуги каждой ветви гиперболической спирали ограничена углом 3/4π≅ϕ≅2π , причем в местах закрепления концов токопровода ρ= ρk и находится в пределах не менее 1,5 d и не более 2,2 d. Основание Г-образной втулки 2 запрессовано в отверстии шейки рельса (фиг. 2) стальным вкладышем 3, посадочный диаметр которого не менее чем на 5% больше внутреннего диаметра втулки, а диаметр отверстия в шейке рельса не более чем на 2% больше наружного диаметра втулки. Консольная часть втулки в месте закрепления токопровода обжата поперечными полукольцевыми канавками 8 глубиной не менее 0,2 d и не более 0,3 d на расстоянии не менее 0,4 d и не более 1,5 d от торца консоли. На концевые участки токопровода надеты коаксиальные цилиндрические, например, пружинные демпферы 7, с размерами ограниченными углом 5/4π≅Ψ≅3/2π от места их закрепления на концах втулок. Внутренний диаметр демпферов выполнен в пределах (1,1 - 1,2 d).
Как показали стендовые и эксплуатационные испытания, предложенный соединитель обладает низким и стабильным (180 ± 30 мкОм) переходным сопротивлением при высокой вибропрочности токопровода.
Использование: в железнодорожном транспорте, рельсовых цепях, оборудованных электрическими стыковыми соединителями. Сущность изобретения: соединитель содержит металлический токопровод 1, выполненный в виде горизонтального участка с закрученными по радиусу, переходящему в противоположно ориентированные участки ветвей гиперболической спирали, концами и закрепленными на них фигурными втулками 2, запрессованными вкладышами 3 в отверстиях в шейках рельсов 4 и 5, расположенных по обе стороны стыковой накладки 6. Для защиты от поперечных вибровозбуждений рельса на закрученные участки токопровода надеты коаксиальные цилиндрические демпферы 7, а для упрочнения заделки концов токопровода и стабилизации переходного сопротивления соединителя концевые участки консолей втулок в местах заделки концов токопровода пластически обжаты поперечными полукольцевыми канавками 8. 2 з. п. ф-лы, 2 ил.
ρ= a/ϕ,
где a - расстояние между полярной осью соединителя и плоскостью, параллельной подошве рельса;
ϕ - угол поворота радиуса-вектора ρ до полярной оси в направлении закрутки спирали,
длина дуги переходного радиуса R ограничена в направлении закрутки спирали углом не менее π/2 и не более 3/4π, в местах закрепления концевых участков токопровода угол ϕ выбран в диапазоне 3/4π ≅ ϕ ≅ 2π, а значение радиуса-вектора ρ - в пределах 1,5d ≅ ρ ≅ 2,2d.
