ИЗОЛИРУЮЩИЙ СТЫК Российский патент 2011 года по МПК E01B11/54 

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

Известен электроизолирующий стык для рельсовых цепей (патент RU 2151078, Е01В 11/54), содержащий с обеих сторон рельса металлические накладки с выемкой. Накладки скреплены между собой болтовым соединением. Зазор относительно граней рельса заполнен наружным электроизолирующим материалом. В выемке накладки установлен заполнитель, который жестко скреплен с накладкой и с наружным электроизолирующим материалом. Указанный материал закреплен по всей поверхности металлической накладки. Часть его соответствует сопрягаемой поверхности рельса. Недостатками такого решения являются отсутствие шунтирования магнитного поля в рельсовом изолирующем стыке и сложный трудоемкий монтаж и демонтаж стыка, его переборка из-за большого количества деталей.

Известен соединитель рельсовый изолирующий (патент RU № 2336386, Е01В 11/54), содержащий расположенные по обе стороны от рельса и стянутые посредством крепежных элементов, расположенных в электроизолирующей втулке, металлические накладки с вкладышами в углублениях со стороны рельсов, геометрические размеры и объем которых идентичны геометрическому размеру и объему зазора между рельсом и накладкой в зоне углубления, причем металлическая накладка и вкладыш соединены в монолит путем заполнения зазора между накладкой и вкладышем магнитодиэлектрическим материалом, при этом торцевые поверхности и поверхности, обращенные к рельсу, металлической накладки и вкладыша покрыты магнитодиэлектрическим материалом, при этом вкладыш выполнен из магнитомягкого материала, начальная магнитная проницаемость которого больше 200 единиц, а магнитодиэлектрический материал имеет магнитную проницаемость выше, чем материал рельса, металлической накладки и вкладыша. Соединяемые поверхности металлической накладки и вкладыша и поверхности металлической накладки и вкладыша, обращенные к рельсу, выполнены рифлеными для обеспечения высокой адгезионной прочности сцепления металлической накладки и вкладыша с магнитодиэлектрическим материалом. Конструкция соединителя и используемые материалы позволяют осуществлять шунтирование магнитного поля.

К основным недостаткам известного устройства относится низкая надежность, заключающаяся в том, что вследствие разрушения магнитодиэлектрического покрытия, выходит из строя накладка целиком, тогда как металлическая накладка и вкладыш остаются целыми. Или трещина, образовавшаяся в покрытии, может перерасти в металлическую накладку, что приводит к снижению прочности и жесткости конструкции в целом. Еще один недостаток известного устройства заключается в сложности и трудности монтажа и демонтажа стыка вследствие высокой массы накладки.

Прототипом заявляемого решения является полезная модель по патенту RU № 81968, соединитель изолирующий композиционный, содержащий расположенные по обе стороны от рельсов и стянутые посредством крепежных элементов, расположенных в электроизолирующих втулках, металлические накладки с вкладышами в углублениях со стороны рельсов, соединенные в монолит путем заполнения зазора между накладкой и вкладышем магнитодиэлектрическим материалом, при этом между торцами рельсов располагается стыковая прокладка из металлонаполненного полимера, между накладкой и рельсом располагается боковая прокладка из металлонаполненного стеклопластика, при этом профиль части боковой прокладки, контактирующей с рельсом, повторяет профиль сопрягаемой поверхности рельса, а профиль части боковой прокладки, выступающей за пределы соединения рельса и накладки, повторяет профиль сопрягаемой части накладки и плотно прилегает к поверхности накладки, при этом вкладыш выполнен из набора пластин из электротехнической стали, соединенных между собой эластичным магнитодиэлектрическим материалом, а электроизолирующая втулка выполнена из нескольких слоев стеклоткани, располагающихся по окружности и пропитанных эпоксидным клеем.

Недостатками известного устройства являются неудовлетворительная жесткость конструкции стыка и, как следствие, снижение его надежности, низкая прочность торцевой прокладки на сжатие, т.к. при сгонке рельсов в процессе движения подвижного состава или в летнее время, при нагревании рельсов и их удлинении, происходит смятие прокладки и замыкание рельсовой цепи, ее низкая прочность на сжатие, а также возможность упруго деформироваться при движении состава по стыку, что также приводит к снижению прочности.

К недостаткам устройства относятся также сложность и трудоемкость процесса изготовления вкладыша, сложность монтажа и демонтажа боковой прокладки

Задачей заявляемого изобретения является повышение надежности работы изолирующего стыка за счет повышения жесткости конструкции соединителя, снижение трудоемкости изготовления и снижение затрат при обслуживании и ремонте изолирующего стыка.

Технический результат, достигаемый в процессе решения поставленной задачи, заключается в повышении прочности и жесткости изолирующего стыка, упрощении конструкции и технологии изготовления вкладыша, повышении шунтирования магнитного поля стыка между рельсами за счет замыкания магнитного потока через элементы соединителя.

Указанный технический результат достигается соединителем изолирующим рельсовым, содержащим металлические накладки, расположенные по обе стороны от рельса, стянутые посредством крепежных элементов, расположенных в электроизолирующих втулках, выполненных из нескольких слоев стеклоткани, пропитанных эпоксидным клеем, вкладыши, расположенные в углублении накладки, из магнитодиэлектрического эластомера и металлических элементов, стыковую прокладку, расположенную между торцами рельсов, боковую прокладку, расположенную между металлической накладкой и рельсом, профиль части боковой прокладки, контактирующий с рельсом, повторяет профиль сопрягаемой поверхности рельса, профиль части боковой прокладки, выступающий за пределы соединения рельса, повторяет профиль сопрягаемой части накладки и плотно прилегает к поверхности накладки, при этом, вкладыши образованы путем заливки углубления в металлической накладке магнитодиэлектрического материала, а металлические элементы, усиливающие шунтирующий эффект магнитодиэлектрического материала, установлены внутри залитого углубления между изолирующими втулками и торцами, выполнены из электротехнической стали толщиной достаточной, чтобы при полном погружении элемента в углубление, на его наружной поверхности образовался слой магнитодиэлектрического материала, причем заливка осуществлена заподлицо с поверхностью металлической накладки, боковая прокладка имеет перфорацию, выполнена из стеклопластика с пределом прочности на сжатие не менее 300 МПа, состоит из нижней и верхней частей, между которыми имеется зазор, а перфорация заполнена магнитодиэлектрическим материалом, стыковая прокладка выполнена из слоистого стеклопластика с пределом прочности на сжатие не менее 300 МПа, имеющей контурный ободок, выполненный из магнитодиэлектрического материала толщиной, обеспечивающей постоянный контакт с магнитодиэлектрическим материалом вкладыша.

Особенностью работы таких соединителей является то, что только небольшая часть (примерно 12-15%) момента затяжки идет на создание усилия затяжки стыковых болтов, которое через металлическую накладку и боковую прокладку передается на головку и подошву рельса. При этом боковая прокладка подвергается сжатию в местах контакта накладки и рельса. Усилие сжатия боковой прокладки в местах ее контакта с головкой рельса и шейкой рельса от усилия затяжки незначительны. Большие усилия возникают в периоды движения составов. В первую очередь эти усилия обусловлены возможностью прогиба концов рельсов вниз. В этом случае, при неблагоприятном сочетании даже допускаемых отклонений от номинальных размеров (разность высоты шейки стыкуемых рельсов второго сорта 2 мм и первого сорта 1 мм), прогиб концов рельсов вниз может доходить до 1 мм, выпуклость накладок вверх со стрелой до 1 мм. Имеется норматив в ТУ-2000 (п.2.4.6) на применение высокопрочных стыковых болтов с моментом затяжки 1000-1200 Н×м (было 350 и 600 Н·м). Даже в этом случае, при использовании боковых накладок, имеющих возможность упруго деформироваться, не исключается возможность прогиба концов рельсов в стыке. Применение боковой прокладки из слоистого стеклопластика с пределом прочности на сжатие не менее 300 МПа практически исключает возможность прогиба концов рельсов.

Кроме того, в процессе эксплуатации электроизолирующий стык в пролетах стыкового пути подвергается значительным продольным нагрузкам. В летнее время, только от температурного расширения на него действуют силы сжатия, достигающие величины до 100 т.с. Выполнение стыковой прокладки из слоистого стеклопластика с пределом прочности на сжатие не менее 300 МПа позволяет обеспечить работоспособность стыка, не допуская замыкания рельсовой цепи.

В зимнее время на элементы стыка действуют растягивающие силы, которые при низких температурах (-30°С) могут достигать величины 170 т.с.

В этих условиях выбираются все возможные зазоры в болтовых соединениях. Расстояние между торцами рельсов возрастает, и, следовательно, возрастает возможность заполнения данного промежутка металлическими частицами, способными образовать электропроводящий мостик между рельсами. Наличие ободка из магнитодиэлектрического материала, образующего единую магнитную цепь с магнитодиэлектрическим материалом вкладыша и материалом перфорации боковой накладки, позволяет снизить напряженность магнитного поля более чем в три раза и значительно снизить вероятность образования электропроводящих мостиков между рельсами.

На фиг.1 показано продольное сечение соединителя изолирующего композиционного (вид сверху); на фиг.2 показано поперечное сечение соединителя изолирующего композиционного; на фиг.3 показано поперечное сечение металлической накладки с вкладышем.

Соединитель изолирующий композиционный включает расположенную между торцами рельсов 1 стыковую прокладку 2, боковую прокладку 3, расположенные по обе стороны от рельсов 1 и стянутые посредством крепежных элементов (гаек 4, болтов 5) металлические накладки 6 с вкладышами 7 в углублениях со стороны рельсов 1. Болты 5 располагаются в электроизолирующих втулках 9, которые вставляются в отверстия рельсов 1. Металлические накладки 6 и вкладыши 7 соединены в монолит путем заливки углубления металлической накладки магнитодиэлектрическим материалом 7.1, внутри которого, между изолирующими втулками и торцами, установлены элементы 7.2, усиливающие шунтирующий эффект магнитодиэлектрического материала

Между накладкой 6 с вкладышем 7 и рельсом 1 располагается боковая прокладка 3, боковая прокладка имеет перфорацию 3.4, выполнена из стеклопластика, состоит из нижней 3.1 и верхней 3.2 частей, между которыми имеется зазор 3.3, а перфорация 3.4 заполнена магнитодиэлетрическим материалом. Для увеличения эффекта снижения намагниченности рельсов 1 профиль части боковой прокладки 3, контактирующей с рельсом 1, повторяет профиль сопрягаемой поверхности рельса 1, а магнитодиэлектрический материал, находящийся в перфорации, находится в контакте с рельсом 1, накладкой 6, магнитодиэлектрическим материалом вкладыша 7.1, который в свою очередь находится в контакте с магнитодиэлектрическим материалом ободка торцовой прокладки, а для надежной электрической изоляции накладок 6 с вкладышами 7 от рельсов 1 профиль части боковой прокладки 3, выступающей за пределы соединения рельса 1 и накладки 6, повторяет профиль сопрягаемой части накладки 6 и плотно прилегает к поверхности накладки 6.

Стыковая прокладка 2, электроизолирующие втулки 9 и боковые прокладки 3 обеспечивают электрическую изоляцию между стыкуемыми рельсами. При этом, стыковая прокладка 2 и боковые прокладки 3 выполнены из стеклопластика повышенной прочности на сжатие, что позволяет значительно повысить жесткость стыка, а создание магнитопровода из магнитодиэлектрических материалов между стыкуемыми рельсами обеспечивает снижение намагниченности изолирующего стыка, а значит и снижает вероятность замыкания рельсовой цепи металлической стружкой, скапливающейся в зазоре между торцами рельсов.

Электроизолирующая втулка 9 выполнена из нескольких слоев стеклоткани, располагающихся по окружности и пропитанных эпоксидным клеем. Такая конструкция втулки 9 обеспечивает ей высокую прочность на радиальное сжатие, т.к. известно, что вследствие температурных воздействий происходит удлинение или укорочение рельсов 1, и электроизолирующая втулка 9 оказывается зажатой между отверстием рельса 1 и болтом 3.

Для изготовления элементов 7.2 вкладыша 7 используется электротехническая сталь с минимальным содержанием примесей, например сталь 10960, 10880. Элементы залиты магнитодиэлектрическим эластомером 7.1, имеющим высокую адгезию к стали. Такая конструкция вкладыша 7 выполняет две функции - снижает намагниченность рельсов 1 (т.к. содержит в себе металл) и препятствует самопроизвольному намагничиванию рельсов 1 и накладок 6, изготовленных из магнитотвердых сталей (электротехническая сталь относится к магнитомягким материалам).

Следующее преимущество заявляемого соединителя изолирующего заключается в снижении расходов на обслуживание и ремонт изолирующих стыков. Оно заключается в следующем. Боковая прокладка 3 выполнена как отдельная деталь, состоящая из двух частей. Поэтому, при износе или разрушении достаточно поменять ее на новую боковую прокладку. Или, наоборот, при разрушении накладки 6 меняется только сама накладка, а на нее надевается еще не выработавшая свой ресурс боковая прокладка 12. Для удобства монтажа перед установкой в путь, боковая прокладка поочередно частями надевается на металлическую накладку 6, охватывая накладку.

Перечисленные получаемые положительные технические результаты, достигаемые заявляемыми отличительными признаками изобретения, в комплексе направлены на повышение надежности (прочности, жесткости) работы изолирующего соединителя, снижение трудоемкости изготовления и снижение затрат при обслуживании и ремонте изолирующего соединителя.

Изобретение относится к верхнему строению железнодорожного пути, а именно к конструкциям рельсовых изолирующих стыков. Изолирующий стык содержит металлические накладки, электроизолирующие втулки, вкладыши, стыковую прокладку, боковую прокладку. Вкладыши образованы путем заливки углубления в накладке магнитодиэлектрическим материалом. Металлические элементы, усиливающие шунтирующий эффект магнитодиэлектрического материала, выполнены из электротехнической стали толщиной достаточной, чтобы при полном погружении элемента в углубление на его наружной поверхности образовался слой магнитодиэлектрического материала. Заливка осуществлена заподлицо с поверхностью накладки. Боковая прокладка имеет перфорацию и выполнена из стеклопластика. Боковая прокладка состоит из нижней и верхней частей, между которыми имеется зазор. Перфорация заполнена магнитодиэлектрическим материалом. Стыковая прокладка выполнена из слоистого стеклопластика с пределом прочности на сжатие не менее 300 МПа. На торцовой поверхности стыковой прокладки имеется контурный ободок, выполненный из магнитодиэлектрического эластомера толщиной, обеспечивающей постоянный контакт с магнитодиэлектрическим материалом вкладыша. Технический результат направлен на повышение прочности и жесткости изолирующего стыка, упрощение конструкции и технологии изготовления вкладыша, повышение шунтирования магнитного поля стыка между рельсами за счет замыкания магнитного потока через элементы соединителя. 3 ил.

Изолирующий стык, содержащий расположенные по обе стороны от рельса металлические накладки, стянутые посредством крепежных элементов, расположенных в электроизолирующих втулках, выполненных из нескольких слоев стеклоткани, пропитанных эпоксидным клеем, вкладыш, распложенный в углублении накладки, в виде монолитного элемента из магнитодиэлектрического материала, стыковую прокладку, расположенную между торцами рельсов, боковую прокладку, расположенную между накладкой и рельсом, профиль части боковой прокладки, контактирующий с рельсом, повторяет профиль сопрягаемой поверхности рельса, профиль части боковой прокладки, выступающий за пределы соединения рельса, повторяет профиль сопрягаемой части накладки и плотно прилегает к поверхности накладки, отличающийся тем, что вкладыш образован путем заливки углубления в накладке магнитодиэлектрическим эластомером, внутри которого между изолирующими втулками и торцами установлены элементы, усиливающие шунтирующий эффект магнитодиэлектрического материала, выполненные из электротехнической стали толщиной достаточной, чтобы при полном погружении элемента в углубление на его наружной поверхности образовался слой магнитодиэлектрического материала, причем заливка осуществлена заподлицо с поверхностью накладки, боковая прокладка имеет перфорацию, выполнена из стеклопластика, состоит из нижней и верхней частей, между которыми имеется зазор, а перфорация заполнена магнитодиэлектрическим материалом, стыковая прокладка выполнена из слоистого стеклопластика с пределом прочности на сжатие не менее 300 МПа, на торцовой поверхности которой имеется контурный ободок, выполненный из магнитодиэлектрического эластомера толщиной, обеспечивающей постоянный контакт с магнитодиэлектрическим материалом вкладыша.