СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОГО КОНТАКТНОГО СОЕДИНЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОДВИЖНЫХ ПРОВОДНИКОВ И РЕЛЬСОВЫЙ СОЕДИНИТЕЛЬ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ СПОСОБА Российский патент 2023 года по МПК H01R43/00 B60M5/00 

Группа изобретений относится к области электротехники и может быть использована в электротехническом оборудовании, в частности, электропроводных соединениях электрических подвижных проводников.

Известны устройства, реализующие способ создания контактного шаберного соединения для получения граничного ювенильного слоя в месте контакта, описанные в RU 51369 U1, RU 170404 U1, RU 195557 U1, в которых пружинный элемент зафиксирован (заневолен) на посадочном месте пластины рельсового соединителя. Это приводит к высокой концентрации напряжений в местах соединения пружинного элемента и пластины с последующим разрушением места крепления. Кроме того, из-за фиксации пружинного элемента на посадочном месте пластины рельсового соединителя не обеспечивается приблизительное равенство давления в контактных парах соединитель-шейки рельсов при возникающих небольших смещениях рельсов, т.к. при термических деформациях и иных воздействиях поверхности шеек стыкуемых рельсов, выполняющих функцию контактов, смещаются друг относительно друга. Из-за этого при прохождении подвижного состава известная конструкция не всегда обеспечивает колебания рельсового соединителя. Это приводит к возникновению разницы переходных сопротивлений и нагреву материала соединителя. Вследствие этого ухудшаются электротехнические характеристики соединения. А кроме того, нагрев пластины рельсового соединителя приводит к изменению заданных характеристик материала соединителя и шабрящего элемента. Такие изменения приводят к риску снижению допустимого сопротивления материала соединителя между контактными площадками, являющимися шаберами, рельсового соединителя.

Заявленная группа изобретений направлена на устранение недостатков известных решений и достижение таких технических результатов как повышение срока службы узла, повышение его надежности, стабилизации электротехнических характеристик в длительном периоде времени, снижение времени приработки контактов, создание условий для повышения времени межремонтного интервала эксплуатации узла.

Заявленные технические результаты достигаются способом повышения эффективности работы электропроводного контактного соединения электрических подвижных проводников в узле рельсового стыка, согласно которому все контакты сжимают с усилием и создают условия для получения граничного ювенильного слоя путем шабрения контактной поверхности контактов, образованных рельсами, контактами рельсового соединителя, расположенных на пластине, причем соединение пластины с выгнутым пружинным элементом выполняют подвижным, с возможностью углового качания друг относительно друга.

Возможность углового качания пластины обеспечивают вокруг точки, лежащей вблизи середины расстояния между контактами рельсового соединителя.

Возможность углового качания пластины рельсового соединителя обеспечивают за счет отсутствия жесткой фиксации пружинного элемента на посадочном месте таким образом, что пластина имеет возможность, по меньшей мере, отклонения относительно выгнутой поверхности пружинного элемента.

Пружинный элемент закрепляют таким образом, что он не выходит из посадочного места, образованного выступом на пластине рельсового соединителя и ответной впадиной на пружинном элементе или наоборот, но при этом пластина рельсового соединителя имеет возможность, по меньшей мере, углового перемещения относительно выгнутой поверхности пружинного элемента.

Пружинный элемент закреплен за счет обжатия бортами пластины, причем такое закрепление обеспечивает возможность углового качания пластины относительно выгнутой поверхности пружинного элемента.

Пружинный элемент выполняют из материала, который обеспечивает после 10 сжатий остаточную деформацию не более 5 мм.

Обеспечивают твердость пружинного элемента на уровне 42-49 HRC.

Пружинный элемент выполнен Ω-образной в формы.

Соединение пружинного элемента и пластины выполняют таким образом, что демонтаж пружинного элемента из посадочного места возможен только за счет разжатия бортов пластины.

Обеспечивают невозможность демонтажа пружинного элемента из посадочного места за счет размеров выступа и ответной впадины на пружинном элементе и пластине рельсового соединителя.

После формирования посадочного места, возникающего вследствие шабрения контактом рельсового соединителя шейки рельса, обеспечивают нахождение в сформировавшемся посадочном месте стабилизированной токопроводящей смазки на основе пластичных индустриальных смазок или на основе загущенных нефтяных масел с добавками металлических токопроводящих компонентов, например, из меди.

Контакты рельсового соединителя сформированы из тела пластины рельсового соединителя.

Контакты рельсового соединителя выполняют из материала, твердость которого выше твердости поверхностных слоев шеек рельсов.

Обеспечивают сопротивление материла рельсового соединителя между контактами не более 400 мкОм.

Заявленные технические результаты достигаются рельсовым соединителем, в котором контакты расположены на пластине, причем соединение пластины с выгнутым пружинным элементом выполняют подвижным, с возможностью углового качания друг относительно друга.

Возможность углового качания пластины обеспечена вокруг точки, лежащей вблизи середины расстояния между контактами рельсового соединителя.

Возможность углового качания пластины рельсового соединителя обеспечена за счет отсутствия жесткой фиксации пружинного элемента на посадочном месте таким образом, что пластина имеет возможность, по меньшей мере, отклонения относительно выгнутой поверхности пружинного элемента.

Пружинный элемент закреплен таким образом, что он не выходит из посадочного места, образованного выступом на пластине и ответной впадиной на пружинном элементе или наоборот, но при этом пластина имеет возможность, по меньшей мере, углового перемещения относительно выгнутой поверхности пружинного элемента.

Пружинный элемент закреплен за счет обжатия бортами пластины, причем такое закрепление обеспечивает возможность углового качания пластины относительно выгнутой поверхности пружинного элемента.

Пружинный элемент выполнен из материала, который обеспечивает после 10 сжатий остаточную деформацию не более 5 мм.

Твердость пружинного элемента составляет 42-49 HRC.

Пружинный элемент выполнен Ω-образной в формы.

Соединение пружинного элемента и пластины выполнено таким образом, что демонтаж пружинного элемента из посадочного места возможен только за счет разжатия бортов пластины.

Обеспечена невозможность демонтажа пружинного элемента из посадочного места за счет размеров выступа и ответной впадины на пружинном элементе и пластине.

После формирования посадочного места, возникающего вследствие шабрения контактом рельсового соединителя шейки рельса, обеспечивают нахождение в сформировавшемся посадочном месте стабилизированной токопроводящей смазки на основе пластичных индустриальных смазок или на основе загущенных нефтяных масел с добавками металлических токопроводящих компонентов, например, из меди.

Контакты рельсового соединителя сформированы из тела пластины рельсового соединителя.

Контакты рельсового соединителя выполнены из материала, твердость которого выше твердости поверхностных слоев шеек рельсов.

Сопротивление материла рельсового соединителя между контактами составляет не более 400 мкОм.

Осуществляют изобретение следующим образом.

В узел стыка рельсов устанавливают рельсовый соединитель таким образом, что все контакты сжимаются с усилием и создаются условия для получения граничного ювенильного слоя путем шабрения контактной поверхности контактов, образованного рельсами, контактной поверхностью контактов рельсового соединителя, являющихся шаберами, выполненными либо в виде выступов за единое целое с пластиной, либо в виде накладных элементов, либо иным способом.

Для повышения эффективности работы узла обеспечивают приблизительно равномерное прижатие всех контактов рельсового соединителя, являющихся шаберами. Это позволяет создать приблизительное равенство давления в контактных парах соединитель-шейки рельсов при возникающих смещениях рельсов, т.к. при термических деформациях и иных воздействиях поверхности шеек стыкуемых рельсов, выполняющих функцию контактов, смещаются друг относительно друга.

За счет этого не возникнет разницы переходных сопротивлений и нагрев материала рельсового соединителя. Вследствие этого электротехнические характеристики соединения будут стабильны и сопротивление материала рельсового соединителя не превысит 400 мкОм между контактами рельсового соединителя, что обеспечит прохождение необходимых тяговых токов.

Обеспечить равномерное прижатие можно за счет обеспечения колебаний пластины рельсового соединителя путем обеспечения возможности углового качания пластины рельсового соединителя относительно поверхности выгнутого пружинного элемента. Возможность углового качания пластины рельсового соединителя можно обеспечить за счет отсутствия жесткой фиксации пружинного элемента на посадочном месте таким образом, что пластина рельсового соединителя будет иметь возможность, по меньшей мере, незначительного отклонения относительно выгнутой поверхности пружинного элемента, например, отклонения относительно горизонтали на угол не более ±25°. Такого отклонения будет достаточно для нивелирования периодически возникающих перепадов высот поверхностей рельсов.

Следует также отметить, что для исключения выхода из строя рельсового соединителя пружинный элемент закрепляют таким образом, что он не выходит из посадочного места, образованного выступом на пластине рельсового соединителя и ответной впадиной на пружинном элементе или наоборот впадиной на пластине рельсового соединителя и ответным выступом на пружинном элементе, но при этом пластина рельсового соединителя имеет возможность, по меньшей мере, незначительного углового перемещения относительно выгнутой поверхности пружинного элемента. Пружинный элемент закрепляют за счет обжатия бортами пластины, причем при обжатии не создают жесткую фиксацию пружинного элемента относительно пластины рельсового соединителя. Но при этом обеспечивают невозможность демонтажа пружинного элемента из посадочного места за счет размеров выступа и ответной впадины на пружинном элементе и пластине рельсового соединителя. Такое соединение пружинного элемента и пластины исключает самопроизвольный демонтаж пружинного элемента из посадочного места, а демонтаж возможен только за счет намеренного разжатия бортов пластины.

Для повышения надежности и долговечности конструкции пружинный элемент выполняют из материала, который обеспечивает после 10 сжатий остаточную деформацию не более 5 мм. Причем твердость пружинного элемента составляет 42-49 HRC.

Для повышения долговечности и надежности узла обеспечивают возможность снижения истираемости материала по меньшей мере контактов, являющихся шаберами, в сформированном посадочном месте. Для этого после формирования посадочного места, возникающего вследствие шабрения контактом рельсового соединителя шейки рельса, обеспечивают подачу стабилизированной токопроводящей смазки на основе пластичных индустриальных смазок или на основе загущенных нефтяных масел с добавками металлических медных компонентов.

Реализуется это следующим образом. Наличие скорости скольжения в зоне контакта, постоянное взаимное давление контактов, наличие смазки между контактами и разности по твердости материалов контактируемых материалов, создают условия допускающие возможность появления эффекта избирательного переноса материалов для самопроизвольного формирования контактных поверхностей с низким износом и высокой стабильностью свойств в паре контактов «рельсовый соединитель-рельс».

За счет прижима контактов рельсового соединителя к поверхностям шеек стыкуемых рельсов с усилием, обеспечивающим возможность осциллирующих движений контактов, и за счет разности твердости контактов рельсового соединителя и поверхностных слоев материала шейки рельса, например, на 1-30 единиц HRC, снимаются оксидные и грязевые пленки с поверхности шейки рельса с образованием впадин и выступов в материалах контактируемых поверхностей. При использовании смазок с металлоплакирующими смазочными материалами, содержащими мелкие частицы меди, в контактируемой паре, контактные поверхности покрываются тонкой пленкой, состоящей из металла меди. В процессе трения порошки меди частично растворяются в смазочном материале и в результате восстановления окисных пленок на их поверхности прочно схватываются металлом шейки рельса и рельсового соединителя, образуя пластичную пленку. Такие пленки пористы и содержат в порах смазочный материал. Коэффициент трения при высоких нагрузках снижается, а контактируемые поверхности не изнашиваются. При трении сдвиг поверхностей трения происходит внутри образующихся пленок по диффузионно-вакансионному механизму.

Такой избирательный перенос материалов на контакты особенно важен, т.к. соединитель начинает совершать колебательные движения с уменьшением новых ювенальных образований в поверхностном слое, так как острые выступы, на более твердой контактной поверхности рельсового соединителя становятся, более округлыми, увеличивается, соответственно, реальная площадь контакта, и снижается контактное сопротивление в соединении. В дальнейшем, при движении подвижных составов, из-за колебаний рельсов, рост зачищаемой контактной поверхности за счет твердости, при малых колебаниях резко снижается, так как практически отсутствуют новые контактные площадки. Увеличение контактных площадок может происходить только за счет увеличения глубины выработки, однако ее увеличение уменьшается за счет образования впадин, заполненных смазкой и наличия износостойкой пленки на контактах, тем самым повышается ресурс работы соединения, так как снижается износ контактируемых поверхностей, снижаются абразивные воздействия из-за высокой твердости контакта при высокой частоте колебаний, но практические не сказывается на абразивном воздействии второго контакта при низкой частоте колебаний рельсового соединителя.

Сформировавшееся постоянное пятно контакта, с минимальной глубиной выработки, защищенной слоем металлоплакированным смазочными материалами, содержащими мелкие частицы меди, создает благоприятные условия для длительной работы рельсового соединителя.

Кроме того, смазка купирует процессы фреттинг-коррозии.

Так, большое влияния на общую прочность проводника в месте контакта оказывает электрический ток, при прохождении которого происходит нагрев проводников. Как известно, ресурс работы узлов рельсового токопроводного стыка зачастую ограничивается преждевременным износом или разрушением контактирующих деталей в результате развития фреттинг-коррозии и возникающего на контактирующих металлических поверхностях рельсового соединителя с рельсами при относительном колебательном движении, при вибрации и нагреве электрическим током при его прохождении.

Колебательные движения вызывается вибрациями, возвратно-поступательным перемещением малой амплитуды, которые характеризуются отделением частиц и последующим образованием оксидов, которые часто являются абразивными, способными увеличивать износ.

Фреттинг-коррозия обладает рядом отличительных особенностей по сравнению с другими видами разрушения поверхностей: скорость относительного перемещения контактирующих поверхностей при фреттинг-коррозии мала по сравнению со скоростями при обычном трении скольжения; малая амплитуда смещений затрудняет удаление продуктов износа из зоны контакта, в условиях фреттинг-коррозии кислород углубляет повреждения. Под воздействием окружающей коррозионной среды на поверхности металла образуется оксидная пленка (продукты коррозии). При трении эта пленка механически разрушается. Так как при фреттинг-коррозии взаимодействующие поверхности не разъединяются, то разрушенные продукты коррозии так и остаются между ними. Превращение поверхности металла в оксид приводит к неисправностям, забиванию контакта продуктами коррозии, заеданию и сбоя работы соединения. Скорость фреттинг-коррозии зависит от природы используемых металлов, температуры, состава коррозионной среды и действующих нагрузок. Во время трения и протекания тока происходит нагрев металла, что дополнительно усиливает фреттинг-коррозию. Важнейшим фактором является приложенная нагрузка, в результате которой происходит усиленное питтингообразование на контактирующих поверхностях. При колебательном скольжении образовавшиеся окислы не могут быть удалены с контактирующей поверхности.

Таким образом, подача стабилизированной токопроводящей смазки на основе пластичных индустриальных смазок или на основе загущенных нефтяных масел с добавками металлических токопроводящих компонентов после формирования посадочного места, возникающего вследствие шабрения контактом рельсового соединителя шейки рельса, обеспечивает надежность и долговечность работы узла, а также стабилизацию его электротехнических характеристики за счет обеспечения большей поверхности контакта.

Группа изобретений относится к области электротехники и может быть использована в электротехническом оборудовании, в частности, электропроводных соединениях электрических подвижных проводников. Технический результат заключается в повышении срока службы узла рельсового стыка, повышении его надежности, стабилизации электротехнических характеристик в длительном периоде времени, снижении времени приработки контактов, создании условий для повышения времени межремонтного интервала эксплуатации узла. Соединения электрических подвижных проводников в узле рельсового стыка, согласно изобретения обеспечивают тем, что все контакты сжимают с усилием и создают условия для получения граничного ювенильного слоя путем шабрения контактной поверхности контактов, образованных рельсами, контактов рельсового соединителя, расположенных на пластине рельсового соединителя, причем соединение пластины с выгнутым пружинным элементом выполняют нежестким креплением пружинного элемента на посадочном месте, с возможностью углового качания их друг относительно друга. 2 н. и 23 з.п. ф-лы.

1. Способ установки рельсового соединителя в узле рельсового стыка, согласно которому контактные поверхности контактов, образованных рельсами, и контактов рельсового соединителя, расположенных на пластине рельсового соединителя сжимают с усилием для получения между ними граничного ювенильного слоя путем шабрения, при этом соединение пластины с выгнутым пружинным элементом соединителя выполняют нежестким креплением пружинного элемента на посадочном месте, с возможностью углового качания их друг относительно друга.

2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что возможность углового качания пластины обеспечивают вокруг точки, лежащей вблизи середины расстояния между контактами рельсового соединителя.

3. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что пружинный элемент закрепляют таким образом, что он не выходит из посадочного места, образованного выступом на пластине рельсового соединителя и ответной впадиной на пружинном элементе или наоборот, но при этом пластина рельсового соединителя имеет возможность, по меньшей мере, углового перемещения относительно выгнутой поверхности пружинного элемента.

4. Способ по п. 3, характеризующийся тем, что обеспечивают невозможность демонтажа пружинного элемента из посадочного места за счет размеров выступа и ответной впадины на пружинном элементе и пластине рельсового соединителя.

5. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что пружинный элемент закреплен за счет обжатия бортами пластины, причем такое закрепление обеспечивает возможность углового качания пластины относительно выгнутой поверхности пружинного элемента.

6. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что соединение пружинного элемента и пластины выполняют таким образом, что демонтаж пружинного элемента из посадочного места возможен только за счет разжатия бортов пластины.

7. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что после формирования посадочного места, возникающего вследствие шабрения контактом рельсового соединителя шейки рельса, обеспечивают нахождение в сформировавшемся посадочном месте стабилизированной токопроводящей смазки на основе пластичных индустриальных смазок или на основе загущенных нефтяных масел с добавками металлических токопроводящих компонентов, например, из меди.

8. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что пружинный элемент выполняют из материала, который обеспечивает после 10 сжатий остаточную деформацию не более 5 мм.

9. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что обеспечивают твердость пружинного элемента на уровне 42-49 HRC.

10. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что пружинный элемент выполнен Ω-образной в формы.

11. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что контакты рельсового соединителя сформированы из тела пластины рельсового соединителя.

12. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что контакты рельсового соединителя выполняют из материала, твердость которого выше твердости поверхностных слоев шеек рельсов.

13. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что обеспечивают сопротивление материла рельсового соединителя между контактами не более 400 мкОм.

14. Рельсовый соединитель, содержащий пластину с расположенными на ней контактами и выгнутый пружинный элемент, соединенный с пластиной нежестким креплением на посадочном месте, с возможностью углового качания их друг относительно друга, при этом возможность углового качания пластины обеспечена вокруг точки, лежащей вблизи середины расстояния между контактами рельсового соединителя.

15. Соединитель по п. 14, характеризующийся тем, что пружинный элемент закреплен таким образом, что он не выходит из посадочного места, образованного выступом на пластине и ответной впадиной на пружинном элементе или наоборот, но при этом пластина имеет возможность, по меньшей мере, углового перемещения относительно выгнутой поверхности пружинного элемента.

16. Соединитель по п. 15, характеризующийся тем, что обеспечена невозможность демонтажа пружинного элемента из посадочного места за счет размеров выступа и ответной впадины на пружинном элементе и пластине.

17. Соединитель по п. 14, характеризующийся тем, что соединение пружинного элемента и пластины выполнено таким образом, что демонтаж пружинного элемента из посадочного места возможен только за счет разжатия бортов пластины.

18. Соединитель по п. 14, характеризующийся тем, что пружинный элемент закреплен за счет обжатия бортами пластины, причем такое закрепление обеспечивает возможность углового качания пластины относительно выгнутой поверхности пружинного элемента.

19. Соединитель по п. 14, характеризующийся тем, что пружинный элемент выполнен из материала, который обеспечивает после 10 сжатий остаточную деформацию не более 5 мм.

20. Соединитель по п. 14, характеризующийся тем, что твердость пружинного элемента составляет 42-49 HRC.

21. Соединитель по п. 14, характеризующийся тем, что пружинный элемент выполнен Ω-образной в формы.

22. Соединитель по п. 14, характеризующийся тем, что после формирования посадочного места, возникающего вследствие шабрения контактом рельсового соединителя шейки рельса, обеспечивают нахождение в сформировавшемся посадочном месте стабилизированной токопроводящей смазки на основе пластичных индустриальных смазок или на основе загущенных нефтяных масел с добавками металлических токопроводящих компонентов, например, из меди.

23. Соединитель по п. 14, характеризующийся тем, что контакты рельсового соединителя сформированы из тела пластины рельсового соединителя.

24. Соединитель по п. 14, характеризующийся тем, что контакты рельсового соединителя выполнены из материала, твердость которого выше твердости поверхностных слоев шеек рельсов.

25. Соединитель по п. 14, характеризующийся тем, что сопротивление материла рельсового соединителя между контактами составляет не более 400 мкОм.