УЗЕЛ КРЕПЛЕНИЯ ШИНЫ МЕЖДРОССЕЛЬНЫХ ПЕРЕМЫЧЕК Российский патент 2022 года по МПК B61L1/00 H01R4/38 

Изобретение относится к элементам аппаратуры железнодорожной автоматики и телемеханики, а именно к устройствам рельсовых цепей и предназначена для пропуска тягового тока в обратной рельсовой сети при электротяге постоянного и переменного тока, а также для подключения дроссель-трансформаторов.

Известны узлы крепления шин междроссельных перемычек, описанные в патентах RU 204551U1, RU 204551U1, RU 203243U1, RU 202792U1, RU 201986U1, представляющие собой изогнутые пластины из биметалла сталь-медь, полученного пайкой или накаткой, к которым приварены наконечники многожильных проводов.

Недостатком данных шин является нагрев элементов, возникающий из-за нагрева при прохождении электрического тока. В результате того, что часть напряжения уходит на нагрев элементов узла, происходят потери электроэнергии. Кроме того, нагрев негативно сказывается на прочностных характеристиках элементов узла и может привести к расплавлению места сварки наконечников многожильных проводов с шиной, а также к негативному изменению электротехнических характеристик элементов узла.

Дополнительно следует отметить, что в этих решениях частично устранены недостатки, возникающие при нагреве от прохождения электрического тока за счет биметаллической конструкции. Однако не учтены особенности соединения слоев биметалла, приводящие к недостаткам такой конструкции шины, за счет устранения которых можно дополнительно улучшить характеристики узла.

Так, шины междроссельных перемычек имеют изгиб, который необходим для удобства соединения шины с дроссель-трансформатором. В месте изгиба возникает максимальное удельное электрическое сопротивление из-за деформации слоев металла (один слой растянут, второй сжат) и, вследствие этого, это место подвержено наибольшему нагреву при прохождении электрического тока. Кроме того, в месте изгиба шины появляются места расслоений, которые усиливают электрическое сопротивление. В процессе эксплуатации такое расслоение начинает увеличиваться из-за нагрева шины при прохождении электрического тока и одновременных внешних охлаждающих температурных воздействий (дождь, роса, холодная температура воздуха), а также из-за вибрации от проходящих составов. В местах расслоения накапливается влага, что вызывает корродирование стали. Это приводит не только к снижению прочностных, но и снижению электротехнических характеристик шины, т.к. в местах расслоений появляются воздушные прослойки и продукты окисления металлов.

Описанные негативные неконтролируемые факторы не позволяют провести объективный расчёт электротехнических характеристик шины и заложить гарантированный ресурс работы междроссельных перемычек, и, следовательно, увеличить интервал инспекционного контроля, а невозможность визуального наблюдения внутренних негативных процессов в шине создает риски неконтролируемого выхода узла из строя.

Следует отметить и другие негативные аспекты указанных известных решений.

В известных решениях при соединении слоев на контактирующих поверхностях остаются окислы, которые ухудшают связь между слоями, негативно влияют на долговечность и стабильность электротехнических характеристик шин.

Кроме того, при приваривании наконечников многожильных проводов происходит сильный нагрев, который приводит к деформации и вспучиванию слоев по отношению друг к другу, т.к. у материалов слоев разные коэффициенты линейного термического расширения. Это может приводить к появлению расслоения и воздушной прослойке между слоями.

Задача, на решение которой направлена заявленное изобретение, является создание узла, в котором будут устранены недостатки известных решений.

Технические результаты, которые достигаются заявленным решением, заключаются в снижении потерь электроэнергии, повышению надежности узла и обеспечению стабильности расчетных электротехнических характеристик.

Заявленные технические результаты достигаются узлом крепления шины междроссельных перемычек, включающем жесткое крепление шины междроссельной перемычки на посадочном месте узла цепи. Согласно изобретению с внешней поверхности шины выполнено устройство, обеспечивающее увеличенную теплоотдачу.

Устройство, обеспечивающее увеличенную теплоотдачу, выполнено в виде пассивного радиатора.

Пассивный радиатор выполнен за единое целое с шиной.

Пассивный радиатор выполнен в виде отельного элемента и неразъемно прикреплен к шине.

Пассивный радиатор выполнен в виде отельного элемента и прикреплен к шине механическим креплением.

Шина выполнена П-образной, а устройства, обеспечивающее увеличенную теплоотдачу, выполнены с каждой внешней стороны шины.

Шина выполнена биметаллической и представляет собой изогнутую пластину, первый слой которой выполнен из металла с низким удельным электрическим сопротивлением, а второй слой выполнен несущим из металла с пределом прочности при растяжении не ниже 300 МПа, причем соединение слоев осуществлено на межатомном уровне.

Соединение слоев получено путем сваривания взрывом или путем диффузионной сварки.

Первый слой выполнен из меди или алюминия или серебра, а второй слой выполнен из стали.

Фиг.1 – пример узла крепления биметаллической шины для междроссельных перемычек, изгиб которой выполнен с образованием Г-образной формы шины с направлением слоя с низким электрическим сопротивлением и высокой электрической проводимостью с внутренней стороны загиба и креплением радиатора механическим способом (разрез).

Фиг.2 – пример узла, вид сверху на пассивный радиатор.

Фиг.3 – пример биметаллической шины, изгиб которой выполнен с образованием П-образной формы шины с направлением слоя с низким электрическим сопротивлением и высокой электрической проводимостью во внутрь паза (разрез, радиаторы и элементы крепления узла не показаны).

Осуществляется заявленное изобретение следующим образом.

Узел крепления шины междроссельных перемычек представляет собой жесткое крепление шины междроссельной перемычки 1 на посадочном месте узла цепи. При монтаже узла сверху на шину 1, например, устанавливают устройство, обеспечивающее увеличенную теплоотдачу 2, например, пассивный радиатор, путем его крепления механическим способом, например, теми же болтами, которыми крепиться шина 1, или дополнительными резьбовыми или иными средствами механического крепления. Такой радиатор можно выполнить на поверхности шины 1 как единое с ней целое, например штамповкой, что позволяют свойства металла шины 1. Такой радиатор можно выполнить отдельно от шины 1, но неразъмно прикрепить к ней, например, клеем, сваркой и тп. За счет этого достигается увеличение поверхности теплоотдачи узла, например, за счет ребер или иной разветвленной поверхности радиатора и снижается нагрев шины 1 при прохождении эклектического тока. Это способствует снижению потерь электроэнергии за счет уменьшения электрического сопротивления металла элементов узла, которое значительно возрастает при нагреве металла. К примеру, при 20°С значение удельного сопротивления углеродистой стали находится в диапазоне от 13 10 -8 (для стали 08КП) до 20 10 -8 Ом•м (для У12). При нагревании до температур более 1000°С способность углеродистых сталей проводить электрический ток сильно снижается. Величина сопротивления возрастает на порядок и может достигать значения 130 10-8 Ом•м.

Кроме того, снижение температуры материала исключает плавление и иные деформации, что сказывается на надежности и долговечности узла, т.к. на узел воздействуют вибрация, термические деформации и иные растягивающие материал усилия, которые могут привести к изменению геометрических размеров, механических и электротехнических характеристик элементов узла в нагретом состоянии. Кроме того, такая конструкция узла позволяет расширить сферу применения до мест с возможными резкими перепадами внешних температур от высокой положительной днем до существенной отрицательной ночью или в следствие резкого изменения погодных условий, например в приморских районах.

Стоит отметить, что пассивный тип устройств для теплоотвода 2 наиболее предпочтителен в силу своей надежности, долговечности, простоты и эффективности для данного узла с учетом условий его эксплуатации и различного уровня квалификации монтажников и обслуживающего персонала.

Следует также отметить, что дополнительно можно усилить заявленные результаты, если шина 1 выполнена из биметалла, в котором соединение контактируемых поверхностей первого и второго слоев осуществляют на межатомном уровне.

В случае с П-образной шиной устройства, обеспечивающие увеличенную теплоотдачу 2, выполняются или прикрепляются с каждой внешней стороны шины 1 (на чертеже не показано).

Также следует отметить, что улучшить заявленные технические результаты, заключающиеся в снижении потерь электроэнергии, повышению надежности узла и обеспечению стабильности расчетных электротехнических характеристик.

Биметаллическая шина 1 для междроссельных перемычек, представляет собой изогнутую пластину, первый слой 3 которой выполнен из металла с низким удельным электрическим сопротивлением (в рамках настоящий заявки под низким удельным электрическим сопротивлением металла понимаются металлы с удельным электрическим сопротивлением 0,015-0,029 Ом•мм2/м), а второй слой 4 выполнен несущим из металла с пределом прочности при растяжении не ниже 300 МПа Соединение контактируемых поверхностей первого 3 и второго 4 слоев осуществлено на межатомном уровне. В рамках настоящей заявки соединение слоев осуществлено на межатомном уровне следует понимать как взаимное проникновение атомов металлов приконтактных слоев друг в друга с созданием промежуточного слоя по меньшей мере на превалирующей площади контакта слоев. Это позволяет достичь образования надежного неразъемного соединения между слоями металла.

Затем пластину изгибают на заданный угол до образования П-образной или Г-образной формы. За счет того, что слои 3 и 4 соединены между собой неразъемно при изгибе, особенно при создании П-образной формы, не происходит расслоения в месте изгиба.

В качестве первого слоя 3 могут быть использованы медь, серебро, алюминий и тп., а в качестве второго несущего слоя 4 может использована, например, сталь с содержанием углерода менее 0,3%.

Затем к пластине приваривают наконечники многожильных проводов 5. В силу того, что в приконтактных слоях произошло взаимное межмолекулярное проникновение атомов разнородных материалов, создается слой переходной зоны с усредненным коэффициентом линейного термического расширения, что практически исключает вспучивание слоев по отношению друг к другу при сильном температурном воздействии при сварке.

Кроме того, как уже указывалось выше, при эксплуатации шины 1 в месте изгиба возникает максимальное электрическое сопротивление материалов из-за деформации слоев металла (один слой растянут, другой сжат). В результате этого в этом месте происходит максимальный нагрев при прохождении электрического тока. Однако, за счет сцепления слоев на молекулярном уровне и отсутствию мест расслоений, влияние внешних охлаждающих температурных воздействий (дождь, роса, холодная температура воздуха), а также вибраций от проходящих составов, не сказывается негативно на долговечности шины 1, позволяет получить стабильные во времени расчётные электротехнические характеристики и устранить риск неконтролируемого выхода узла из строя.

Следует также отметить и дополнительные преимущества, позволяющие повысить надежность шины 1, ее долговечность и получить стабильные во времени расчётные электротехнические характеристики, тем самым усилить заявленные результаты.

Так, при соединении слоев путем сваривания взрывом окисные пленки и другие поверхностные загрязнения дробятся и уносятся из зоны соединения. Это позволяет получить чистые контактирующие поверхности слоев, чистый внутренний усредненный слой, а значить более надежное соединение и стабильные во времени расчётные электротехнические характеристики.

Такое же преимущество можно достичь и при соединении слоев путем диффузионной сварки. За счет вакуумной среды, при которой происходит сцепление слоев, предотвращается образование окисных пленок на поверхностях заготовок. Это также позволяет получить чистые контактирующие поверхности слоев, чистый внутренний усредненный слой, а значить более надежное соединение и стабильные во времени расчётные электротехнические характеристики.

Дополнительно стоит отметить еще одно преимущество, усиливающее заявленные технические результаты при соединении слоев путем сваривания взрывом или диффузионной сварки. В этих случаях образуется промежуточный слой с усредненными характеристиками. Это позволяет получить более стабильные электротехнические и прочностные характеристики в месте перехода из слоя в слой.

Изобретение относится устройствам рельсовых цепей для пропуска тягового тока в обратной рельсовой сети при электротяге постоянного и переменного тока, а также для подключения дросселя-трансформаторов. Узел включает жесткое крепление шины междроссельной перемычки на посадочном месте узла цепи, с внешней поверхности шины выполнено устройство, обеспечивающее увеличенную теплоотдачу, в виде пассивного радиатора. Достигается повышение надежности узла крепления шины междроссельной перемычки. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Узел крепления шины междроссельных перемычек, включающий жесткое крепление шины междроссельной перемычки на посадочном месте узла цепи, отличающийся тем, что с внешней поверхности шины выполнено устройство, обеспечивающее увеличенную теплоотдачу.

2. Узел по п.1, отличающийся тем, что устройство, обеспечивающее увеличенную теплоотдачу, выполнено в виде пассивного радиатора.

3. Узел по п.2, отличающийся тем, что пассивный радиатор выполнен за единое целое с шиной.

4. Узел по п.2, отличающийся тем, что пассивный радиатор выполнен в виде отельного элемента и неразъемно прикреплен к шине.

5. Узел по п.2, отличающийся тем, что пассивный радиатор выполнен в виде отельного элемента и прикреплен к шине механическим креплением.

6. Узел по п.1, отличающийся тем, что шина выполнена П-образной, а устройство, обеспечивающее увеличенную теплоотдачу, выполнено с каждой внешней стороны шины.

7. Узел по п.1, отличающийся тем, что шина выполнена биметаллической и представляет собой изогнутую пластину, первый слой которой выполнен из металла с низким удельным электрическим сопротивлением, а второй слой выполнен несущим из металла с пределом прочности при растяжении не ниже 300 МПа, причем соединение слоев осуществлено на межатомном уровне.

8. Узел по п.7, отличающийся тем, что соединение слоев получено путем сваривания взрывом или путем диффузионной сварки.

9. Узел по п.7 или 8, отличающийся тем, что первый слой выполнен из меди, или алюминия, или серебра, а второй слой выполнен из стали.