РЕЛЬСОВЫЙ ЭЛЕКТРОИЗОЛИРУЮЩИЙ СТЫК Российский патент 2013 года по МПК E01B11/54 

Изобретение относится к верхнему строению железнодорожного пути, а более конкретно к устройствам, используемым в электрических рельсовых цепях.

Известно, что вблизи торцевой поверхности рельс, особенно на электрифицированных участках пути в области изолирующих стыков, могут образовываться значительные магнитные поля, которые способствуют притягиванию и налипанию ферромагнитных частиц (тормозной пыли, окалины, металлических стружек) к поверхности рельса, а следовательно, и их накоплению. Это может являться причиной короткого замыкания в рельсовых стыковых электроизолирующих соединениях (М.Л.Кулиш. Измерение магнитной индукции в рельсовом стыке // Автоматика, связь, информатика. - 2005. - N 11. - С.15-17).

Известна конструкция рельсовых стыковых изолирующих соединений, включающих в себя расположенные по обе стороны от рельсов стыковые накладки из композиционного материала, стянутые между собой через шейки рельсов посредством крепежных элементов, а также междурельсовые изолирующие прокладки из диэлектрического материала (RU №2114947).

Электроизоляция стыков рельсов, несмотря на применение диэлектрических элементов, зачастую нарушается из-за образования так называемого шунтирующего мостика, образованного накапливаемыми в процессе эксплуатации пути металлическими частицами на изолирующем стыке рельсового пути, причиной возникновения которого является образующаяся при изготовлении и в процессе эксплуатации намагниченность рельсов в районе стыка.

Известно использование в качестве крепления изолирующих стыков рельсовых соединений изолирующего материала «АпАТэК» (Временные технические указания по монтажу и содержанию изолирующих стыков со стеклопластиковыми накладками «АпАТэК», утвержденные Управлением пути МПС РФ в 1996 г.).

Однако при этом отсутствует шунтирование магнитного потока, в обычных стыках осуществляющееся за счет металлического крепления. При отсутствии магнитного шунтирования остаточная намагниченность рельсов любой природы (закалка, сварка, погрузка при помощи электромагнитов и т.п.) приводит к возникновению существенного магнитного поля в зазорах изостыков и, как следствие, к возникновению ложных сигналов замыкания изостыков из-за налипания в зазорах металлической пыли и стружки.

Известно рельсовое стыковое электроизолирующее соединение, содержащее междурельсовую прокладку, выполненную из электроизоляционного материала и расположенную между торцами стыкуемых рельсов, стыковые накладки, расположенные по обе стороны стыкуемых рельсов и выполненные в виде металлического элемента удлиненной формы с диэлектрическим покрытием и двумя группами поперечных сквозных отверстий для размещения в каждой группе сквозных отверстий крепежных элементов, обеспечивающих стяжку между собой стыковых накладок через шейку соответствующего рельса стыка. При этом металлический элемент удлиненной формы выполнен в продольном направлении со ступенькой и с диэлектрическим покрытием на поверхности его первого участка, имеющего большую длину, но меньшую площадь поперечного сечения, а в местах контакта каждой стыковой накладки со стыкуемыми рельсами диэлектрическое покрытие выполнено заподлицо с боковой поверхностью имеющего большую площадь поперечного сечения второго участка металлического элемента удлиненной формы. По обе стороны каждого рельса стыка расположены соответственно имеющий диэлектрическое покрытие первый участок металлического элемента удлиненной формы одной стыковой накладки и второй участок металлического элемента удлиненной формы другой стыковой накладки (RU №2295603).

Известно рельсовое стыковое электроизолирующее соединение, содержащее междурельсовую прокладку, расположенную между торцами стыкуемых рельсов, и стыковые накладки, расположенные по обе стороны стыкуемых рельсов. Стыковые накладки имеют сквозные отверстия для установки крепежных элементов, обеспечивающих стяжку между собой стыковых накладок через шейку соответствующего рельса стыка. Между стыковыми накладками и шейками рельсов размещены вкладыши, выполненные в виде пластин с отверстиями, размеры и положение которых совпадают с соответствующими отверстиями в стыковых накладках. Междурельсовая прокладка и вкладыши выполнены трехслойными, причем наружные слои прокладки и вкладышей образованы из чистого сверхвысокомолекулярного полиэтилена с мол. массой 6-10 млн, а внутренний слой прокладки и вкладышей образован из композиционного сверхвысокомолекулярного полиэтилена с мол. массой 2-4,5 млн с добавкой магнитодиэлектрических наполнителей марки 2500 НМС, магнитная проницаемость которых превышает магнитную проницаемость рельсовой стали (Патент RU №88357). Данное техническое решение принято в качестве прототипа.

Недостатком данного технического решения является недостаточная степень шунтирования магнитного поля изолирующего стыка и большая вероятность замыкания рельсовой цепи через стыковую прокладку, имеющую металлическую основу и не прочное полиэтиленовое покрытие, при схождении рельсов.

Задачей заявляемого технического решения является повышение эксплуатационной надежности рельсовых стыковых электроизолирующих соединений.

В процессе решения поставленной задачи достигается технический результат, заключающийся в уменьшении напряженности магнитного поля изолирующего стыка до уровня, не приводящего к накоплению металлических частиц, достаточных для образования замыкающего мостика.

Данный технический результат достигается рельсовым электроизолирующим стыком, содержащим междурельсовую прокладку, расположенную между торцами стыкуемых рельсов, стыковые накладки, расположенные по обе стороны стыкуемых рельсов и имеющие сквозные отверстия для установки крепежных элементов, обеспечивающих стяжку между собой стыковых накладок через шейку соответствующего рельса стыка, и вкладыши, размещенные между стыковыми накладками и шейками рельсов по обе стороны стыкуемых рельсов, выполненные в виде пластин с отверстиями, размеры и положение которых совпадают с соответствующими отверстиями в стыковых накладках, при этом междурельсовая 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, имеющего удельное электрическое сопротивление не менее 10 МОм·см, твердость по Шору не менее 85 единиц, а вкладыш выполнен из магнитодиэлектрического эластомера, имеющего удельное электрическое сопротивление не менее 10 МОм·см, и уменьшением удельного электрического сопротивление при сжатии до 30% не более 5,0-5,5 МОм·см, твердость по Шору не более 65 единиц, имеет в сечении форму ромба, с малой диагональю 5,0-6,5 мм и большой диагональю 90-98 мм.

Выполнение торцовой прокладки из слоистого стеклопластика обеспечивает высокую механическую прочность прокладки. Такая прочность не позволяет рельсам прийти в соприкосновение при их сгоне при повышении температуры рельсов и во время прогиба рельсового стыка. Контурный ободок, выполненный из магнитодиэлектрического эластомера, имеющего удельное электрическое сопротивление не менее 10 МОм·см, твердость по Шору не менее 85 единиц, позволяет значительно снизить напряженность магнитного поля изостыка и в тоже время не допускать замыкания электрической цепи. Еще больше усилить шунтирование магнитного поля можно расположением между накладками и шейкой рельса вкладышей из более пластичного и мягкого магнитодиэлектрического эластомера, имеющего удельное электрическое сопротивление не менее 10 МОм·см, твердость по Шору не менее 85 единиц. Вкладыши в процессе установки подвергаются сжатию до 20% своего линейного размера, при этом они не должны терять своих диэлектрических свойств. Свойства эластомера подбираются таким образом, чтобы при сохранении эффекта шунтирования магнитного поля сопротивление изолирующего стыка не превышало нормативных значений. Это обеспечивается, если уменьшением удельного электрического сопротивление при сжатии эластомера до 30% его удельное электрическое сопротивление уменьшится не более чем на 5,0-5,5 МОм·см. Выполнение вкладыша в форме ромба позволяет значительно упростить процесс изготовления и его установки. Размеры определены опытным путем.

Предложенное техническое решение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид рельсового электроизолирующего стыка; на фиг.2 - разрез по сечению А-А фиг.1; на фиг.3 - междурельсовая прокладка; на фиг.4 - сечение вкладыша в свободном состоянии.

Рельсовое стыковое электроизолирующее соединение содержит междурельсовую прокладку 1, расположенную между торцами стыкуемых рельсов 2 и 3. Кроме того, рельсовое стыковое электроизолирующее соединение содержит стыковые накладки 4, 5, расположенные по обе стороны стыкуемых рельсов 2, 3 и имеющие сквозные отверстия для установки крепежных элементов, обеспечивающих стяжку между собой стыковых накладок через шейку соответствующего рельса стыка. Между стыковыми накладками и шейками рельсов размещены вкладыши 7 и 8, выполненные в виде пластин с отверстиями, размеры и положение которых совпадают с соответствующими отверстиями в стыковых накладках. Междурельсовая прокладка состоит из двух частей: основы 1.1, выполненной из слоистого стеклопластика, и контурного ободка 1.2, выполненного из магнитодиэлектрического эластомера, имеющего удельное электрическое сопротивление не менее 10 МОм·см, твердость по Шору не менее 85 единиц. Вкладыши 7 и 8 имеют в сечении форму ромба и выполнены из более мягкого эластомера по сравнению с материалом контурного ободка.

Эластомер контурного ободка 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, указанный порошок железа - 35 и имеет удельное электрическое сопротивление не менее 10 кОм·см. Эластомер вкладыша 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 - 85, указанный порошок железа - 15 и имеет удельное электрическое сопротивление не менее 10 кОм·см.

Использование предложенных вкладышей, устанавливаемых между стыковыми накладками и шейками рельсов, совместно с междурельсовыми прокладками, изготовленными из указанных эластомеров, приводит к изменению конфигурации магнитного поля в области рельсового стыка и к уменьшению величины намагниченности, при этом напряженность магнитного поля изостыка в процессе эксплуатации практически не возрастает.

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет повысить эксплуатационную надежность рельсовых стыковых электроизолирующих соединений за счет уменьшения напряженности магнитного поля изостыка без каких-либо изменений в конструкции электроизолирующих стыков рельсов.

Рельсовый электроизолирующий стык содержит междурельсовую прокладку, расположенную между торцами стыкуемых рельсов, и стыковые накладки, расположенные по обе стороны стыкуемых рельсов и имеющие сквозные отверстия для установки крепежных элементов, обеспечивающих стяжку между собой стыковых накладок через шейку рельса стыка, и вкладыши, размещенные между стыковыми накладками и шейками рельсов, выполненные в виде пластин с отверстиями, размеры и положение которых совпадают с соответствующими отверстиями в стыковых накладках. Междурельсовая 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, имеющего удельное электрическое сопротивление не менее 10 МОм·см, твердость по Шору не менее 85 единиц. Вкладыш выполнен из магнитодиэлектрического элacтoмepa, имеющего удельное электрическое сопротивление не менее 10 МОм·см, и уменьшением удельного электрического сопротивление при сжатии до 30% не более 5,0-5,5 МОм·см, твердость по Шору не более 65 единиц, имеет в сечении форму ромба, с малой диагональю 5,0-6,5 мм и большой диагональю 90-98 мм. Уменьшается напряженность магнитного поля изолирующего стыка до уровня, не приводящего к накоплению металлических частиц, достаточных для образования замыкающего мостика. 4 ил.

Рельсовый электроизолирующий стык, содержащий междурельсовую прокладку, расположенную между торцами стыкуемых рельсов, стыковые накладки, расположенные по обе стороны стыкуемых рельсов и имеющие сквозные отверстия для установки крепежных элементов, обеспечивающих стяжку между собой стыковых накладок через шейку соответствующего рельса стыка, и вкладыши, размещенные между стыковыми накладками и шейками рельсов по обе стороны стыкуемых рельсов, выполненные в виде пластин с отверстиями, размеры и положение которых совпадают с соответствующими отверстиями в стыковых накладках, отличающийся тем, что междурельсовая прокладка выполнена из слоистого стеклопластика с пределом прочности на сжатие не менее 300 МПа, на торцевой поверхности которой имеется контурный ободок, выполненный из магнитодиэлектрического эластомера, имеющего удельное электрическое сопротивление не менее 10 МОм см, твердость по Шору не менее 85 единиц, а вкладыш выполнен из магнитодиэлектрического эластомера, имеющего удельное электрическое сопротивление не менее 10 МОм см и уменьшение удельного электрического сопротивления при сжатии до 30% не более 5,0-5,5 МОм см, твердость по Шору не более 65 единиц, имеет в сечении форму ромба с малой диагональю 5,0-6,5 мм и большой диагональю 90-98 мм.