СТЫКОВАЯ ПРОКЛАДКА КОМПОЗИЦИОННАЯ Российский патент 2010 года по МПК C08L75/04 C08K3/08 E01B11/54 

Изобретение относится к верхнему строению железнодорожного пути, а именно к конструкциям рельсовых изолирующих стыков.

Известно рельсовое стыковое электроизолирующее соединение (патент RU 2295602, опубликован 20.03.2007), содержащее междурельсовую прокладку из электроизоляционного материала. На торцевых поверхностях междурельсовой прокладки нанесен слой из эластичного материала, который частично выступает за контур поперечного сечения головки и подошвы стыкуемых рельсов.

Основной недостаток этого решения заключается в недостаточной надежности работы рельсового изолирующего стыка, обусловленной отсутствием шунтирования магнитного поля в рельсовом изолирующем стыке, что приводит к существенному росту магнитного поля в зазоре между торцами рельсов. За счет магнитного поля торцы рельсов притягивают металлические частицы, их количество может достичь такой величины, что будет происходить образование металлических «мостиков» между стыкуемыми рельсами. И, как следствие, это приводит к короткому замыканию изолирующего стыка.

Известна магнитодиэлектрическая полимерная композиции для рассеивания магнитного поля в зоне изолирующего стыка железнодорожных рельсов (заявка на изобретение RU 2003117680, C08L 63/00, 2004), включающая смесь эпоксидных олигомеров - эпоксидиановых смол ЭД-20 и ЭД-16 и простого олигоэфира с концевыми эпоксидными группами Лапроксида 702 или Лапроксида 603, ненасыщенную полиэфирную смолу марки ПНМ-2, представляющую собой раствор продукта поликонденсации малеинового и фталевого ангидридов, этилен- и диэтиленгликолей в смеси стирола и метакрилата, аминный отвердитель горячего или холодного отверждения, олеиновую кислоту и порошок магнитно-мягкого капсулированного ферромагнитного материала - карбонильное железо с дисперсностью 0,5-4,0 мкм, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: эпоксидиановая смола ЭД-20 - 45-90; эпоксидиановая смола ЭД-16 - 5-35; Лапроксид 702 или 603 - 5-20; ненасыщенная полиэфирная смола НПМ-2 - 10-15; аминный отвердитель - 10-30; олеиновая кислота - 0,5-1,5; порошок карбонильного железа - 450-650. Основной недостаток этой композиции - это сложный многокомпонентный состав. Другой недостаток - основа композиции - фенольно-формальдегидная смола резольного типа - предопределяет высокую жесткость материала, недостаточную упругость и устойчивость при воздействии динамических нагрузок в процессе эксплуатации. Под воздействием сжимающих усилий, возникающих при «сгонке» рельсов вследствие повышения температур (например, летом), происходит деформация с последующим разрушением торцевой изоляции (разрушение может быть в виде отрыва головной части, разрушение головной части по контуру и т.д.) И, как следствие, образование сквозных трещин, которые также могут забиваться металлическими частицами, что приводит к короткому замыканию.

Известно устройство торцевой изоляции рельсов (RU 44681, 27.03.2005), изготовленное из магнитодиэлектрика, что значительно уменьшает неоднородность магнитного поля на поверхности рельсов в области изостыка и т.о. уменьшает накопление ферромагнитных частиц в области изостыка. Основным недостатком решения является быстрое разрушение материала прокладки, который должен обладать некоторыми упругими характеристиками, позволяющими выдерживать высокие механические нагрузки и вибрации. Под воздействием сжимающих усилий, возникающих при «сгонке» рельсов вследствие повышения температур (например, летом), происходит деформация и последующее разрушение торцевой изоляции и, как следствие, образование сквозных трещин, которые также могут забиваться металлическими частицами, что приводит к короткому замыканию.

Наиболее близким техническим решением является рельсовая стыковая накладка с облицовочным слоем, выполненным из полиуретана с твердостью 80-95 ед. шкале А. Шора и удельным поверхностным сопротивлением 10¹⁰-10¹⁴ Ом (RU 2179211, 2002, 7 с.). Основным недостатком решения является отсутствие у материала способности снижения напряженности магнитного поля в стыковом зазоре. Полиуретан с данными свойствами не обладает магнитодиэлектрическими свойствами и, следовательно, у стыковых прокладок будут отсутствовать свойства уменьшать неоднородность магнитного поля на поверхности рельсов в области изостыка и т.о. уменьшать накопление ферромагнитных частиц в области изостыка.

Задачей заявляемого изобретения является повышение надежности работы рельсовой цепи.

Технический результат, достигаемый в процессе решения поставленной задачи, заключается в снижении напряженности магнитного поля в стыковом зазоре и исключении возможности короткого замыкания металлическими частицами.

Указанный технический результат достигается стыковой прокладкой композиционной, выполненной из полиуретана с твердостью по Шору не менее 85 единиц, при этом эластомер содержит полиуретан СКУ-ПФЛ-100 и порошок железа с чистотой не менее 99,98% по массе и фракцией до 100 мкм, при следующем соотношении компонентов (об.ч.):

полиуретан СКУ-ПФЛ-100 65-85 указанный порошок железа 15-35

и имеет удельное электрическое сопротивление не менее 10 кОм·см.

Эластомер полиуретан СКУ-ПФЛ-100 обладает свойствами, необходимыми стыковым прокладкам: абразивостойкость, износостойкость, высокие диэлектрические свойства, возможность работы при высоких давлениях (до 100 МПа), возможность работы в широком температурном диапазоне (от -70 до +150°С), высокая эластичность при высокой твердости, хорошие свойства обратной деформации, высокая стойкость к разрыву и растрескиванию, высокая устойчивость к динамическим нагрузкам, хорошие свойства поглощения ударов, колебаний и встрясок, высокая стойкость к воздействию любых атмосферных условий.

Кроме этого прокладка должна обладать магнитодиэлектрическими свойствами. Данные свойства приобретаются при введении в полиуретан порошка железа.

Для получения заявляемого магнитодиэлектрического материала применяется полиуретановая композиция на основе полифуритного форполимера СКУ-ПФЛ-100 (ТУ 38.103137-78) и наполнителя - порошок железа с чистотой не менее 99,98% по массе и фракцией частиц до 100 мкм - при следующем соотношении компонентов материала, об.ч.: полиуретан СКУ-ПФЛ-100 - 65-85; порошок железа - 15-35. Наличие частиц железа в уретановой композиции придает материалу высокую твердость, кроме этого у материала появляются магнитодиэлектрические свойства. Магнитодиэлектрический материал позволяет шунтировать (замыкать) магнитное поле в зазоре стыка межу рельсами. Вводя в эластомер порошок железа, для придания ему магнитодиэлектрических свойств, необходимо помнить, что при этом его диэлектрические свойства изменяются. Данные свойства предлагается оценивать удельным объемным электрическим сопротивлением или, то же самое, удельным электрическим сопротивлением. Данный параметр позволяет по значению удельного электрического сопротивления оценить диэлектрические свойства материала и его способность снижать напряженность магнитного поля в изоляционном стыке. По значению удельного поверхностного сопротивления данные параметры оценить невозможно.

Для снижения магнитного поля в зазоре между торцами рельсов стыковая прокладка композиционная из металлонаполненного эластомера содержит в себе порошок железа чистотой 99,99% по массе и фракцией до 100 мкм, магнитная проницаемость которого намного больше рельсовой стали.

Для выполнения норматива по электрическому сопротивлению изолирующего стыка (не менее 1,0 кОм) металлонаполненный эластомер стыковой прокладки композиционной должен иметь удельное электрическое сопротивление не менее 10 кОм·см, которое обеспечивается полиуретаном в количестве 65-85 объемных частей. Благодаря тому, что основой материала стыковой прокладки композиционной является полиуретан СКУ-ПФЛ-100, стыковая прокладка композиционная становится малочувствительной к сжатию. А именно, при «разгонке» рельсов за счет высокой упругости стыковая прокладка композиционная «возвращается» в исходное состояние, и зазор между торцами рельсов будет всегда заполнен металлонаполненным эластомером, что положительно влияет на шунтирование магнитного поля (снижение напряженности магнитного поля в 1,5 раза и более).

При этом для того, чтобы вследствие «сгонки» рельсов зазор между торцами рельсов не уменьшался до 5 мм и менее, металлонаполненный эластомер имеет твердость по Шору не менее 85 единиц, что также позволяет выдерживать вибрационные нагрузки, возникающие при прохождении поездов.

Представленный ниже пример иллюстрирует, но не ограничивает существо предлагаемого изобретения.

Пример выполнения прокладки.

Первоначально готовилась форма для заливки. Затем готовилась смесь на основе политетраметиленгликоля с молекулярной массой 1000 (полифурита), метилен-бис-орто-хлоранилина и продукта взаимодействия политетраметиленгликоля с молеклярной массой 1000 с 2,4-толуилендизиизоцианатом (форполимер СКУ-ПФЛ-100), взятого с двойным избытком по отношению к эквимолярному соотношению. При этом компоненты композиции брались в следующем мольном соотношении: СКУ-ПФЛ - 1 моль, полифурит - 0,5 моль, метилен-бис-орто-хлоранилин - 0,5 моль. Смесь (Уретановый форполимер СКУ-ПФЛ-100) в количестве 50 об.ч. загружают в реактор и проводят дегазацию форполимера при перемешивании при температуре 55°С и остаточном давлении не более 10 мм рт.ст. в течение 50 мин (до исчезновения пузырьков в массе). Проводят плавление отвердителя диамет Х (ароматический диамин - 3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметан) в количестве 25 об.ч. при температуре 110-115°С до получения прозрачной однородной массы. Вводят расплав отвердителя в форполимер при температуре 50°С при интенсивном перемешивании механической мешалкой в течение 2 минут. Вакуумируют полученую смесь в течение 1 минуты. Готовят необходимое количество порошка железа. Определяют насыпную плотность железного порошка ρ_н.п.ж.. Находят поправочный коэффицент α=ρ_к.ж./ρ_н.п.ж.. Определяют объемное количество порошка железа α·25 (об.ч.). Далее постепенно добавляют порошок железа в количестве α·25 об.ч., одновременно его перемешивая с полученной смесью. Металлонаполненную смесь загружают в вакуумную камеру, вакуумируют при перемешивании 2-4 мин с целью снижения пористости магнитодиэлектрического материала. Разливают металлонаполненную смесь в предварительно нагретые до 100°С формы, обработанные антиадгезивом. В течение 30 минут выдерживают формы при температуре 100°С. Извлекают отвержденные изделия из формы и выдерживают их при 100°С в течение 10 часов. Изготовленные прокладки устанавливали в зазор между рельсами.

В таблице 1 представлены характеристики стыковых прокладок композиционных, изготовленных из полиуретана марки СКУ-ПФЛ-100 и порошка чистого железа в сравнении со стыковыми прокладками, выполненными из других материалов.

Перечисленные получаемые положительные технические результаты, достигаемые заявляемыми признаками полезной модели, в комплексе направлены на снижение напряженности магнитного поля в стыковом изолирующем соединении и исключение возможности короткого замыкания металлическими частицами, следовательно, снижает количество отказов рельсовой цепи.

Изобретение относится к конструкциям рельсовых изолирующих стыков. Композиционная стыковая прокладка с удельным электрическим сопротивлением не менее 10 кОм·см содержит (об.ч.): полиуретановый эластомер с твердостью по Шору не менее 85 единиц - 65-85 и порошок железа чистотой не менее 99,98% по массе и фракцией до 100 мкм - 15-35. Использование прокладки позволяет снизить напряженность магнитного поля в стыковом зазоре и исключить возможность короткого замыкания металлическими частицами. 1 табл.

Стыковая прокладка композиционная, выполненная из композиции, содержащей полиуретановый эластомер с твердостью по Шору не менее 85 единиц и порошок железа с чистотой не менее 99,98% по массе и фракцией до 100 мкм, при следующем соотношении компонентов, об.ч.:
полиуретановый эластомер 65-85 указанный порошок железа 15-35