РЕЛЬСОВОЕ СТЫКОВОЕ ЭЛЕКТРОИЗОЛИРУЮЩЕЕ СОЕДИНЕНИЕ Российский патент 2025 года по МПК E01B11/54 B60M5/00 

Область техники, к которой относится изобретение

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

Уровень техники

Из области техники известно, что часто встречающейся причиной короткого замыкания в рельсовых стыковых электроизолирующих соединениях является накопление ферромагнитных электропроводящих частиц на торцевой поверхности междурельсовой прокладки, иными словами, в зазоре между слабонамагниченными, под влиянием различных факторов (в том числе магнитного поля Земли, магнитного поля, создаваемого тяговым электрическим током), стыкуемыми рельсами. При этом неоднородность и величина напряженности магнитного поля, создаваемая стыкуемыми рельсами, максимальна на кромках их торцов. Иными словами, вблизи торцевой поверхности междурельсовой прокладки величина и распределение напряженности магнитного поля являются наиболее благоприятными для притягивания ферромагнитных частиц к ее поверхности, а следовательно, и к их накоплению.

Из уровня техники известно рельсовое стыковое электроизолирующее соединение, содержащее междурельсовую прокладку, выполненную из диэлектрического материала, которая размещена между стянутыми между собой крепежными элементами концевыми участками стыкуемых рельсов, при этом каждый концевой участок имеет форму поперечного сечения, соответствующую части поперечного сечения рельса, ограниченной прямой, параллельной плоскости симметрии рельса и отстоящей от нее на расстояние, равное половине толщины междурельсовой прокладки (см. заявку ЕР-А1 №1164222, 2001). В известном техническом решении за счет существенного увеличения длины зазора между стыкуемыми рельсами обеспечивается уменьшение напряженности магнитного поля вблизи торцевой поверхности междурельсовой прокладки. Это приводит к снижению вероятности притягивания ферромагнитных частиц к кромкам концевых участков стыкуемых рельсов, а следовательно, к снижению вероятности короткого замыкания.

Недостаток известного технического решения заключается в том, что оно имеет ограниченную область использования. Для его осуществления необходимы рельсы с концевыми участками специальной формы и изготовленные с достаточно высокой точностью. Последнее обстоятельство неизбежно приведет к увеличению стоимости рельсов.

Также из уровня техники 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 элемента удлиненной формы из металлического профиля с двумя группами поперечных сквозных отверстий для размещения в каждой группе сквозных отверстий крепежных элементов, обеспечивающих стяжку между собой стыковых накладок через шейку соответствующего рельса, при этом элемент из металлического профиля выполнен с диэлектрическим покрытием (см. патент SU-A-№997613, 1986).

Недостаток аналога заключается в том, что он не обеспечивает высокой эксплуатационной надежности вследствие того, что величина и неоднородность магнитного поля, обусловленная намагниченностью стыкуемых рельсов, достаточно велики вблизи торцевой поверхности междурельсовой прокладки. Как уже отмечалось выше, это приводит к тому, что ферромагнитные частицы, притягиваясь к кромкам стыкуемых рельсов, будут накапливаться на торцевой поверхности междурельсовой прокладки, что, в конечном счете, приведет к металлизации ее торцевой поверхности, а следовательно, к закорачиванию стыкуемых рельсов между собой.

Из уровня техники известен наиболее близкий по технической сущности аналог, раскрывающий 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, причем 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, при этом, по крайней мере, 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, а по обе стороны каждого рельса на стыке 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 С1, опубл. 20.03.2007).

Указанное конструктивное выполнение наиболее близкого аналога касается выполнения стыковой изолирующей накладки из металлического сердечника, запрессованного герметично в диэлектрический материал.

Отказ изолирующего стыка происходит либо по вине пробоя диэлектрического материала, либо из-за нарушения корректной работы систем автоматического регулирования движения.

Замыкание рельсовой цепи в зоне изолирующего стыка происходит через металлический сердечник и пробой по плоскостям примыкания между рельсом либо крепежным элементом, например болтом и сердечником.

Недостатком наиболее близкого аналога является определение причины пробоя в полевых условиях на текущий момент только при разборе изолирующего стыка с выделением технологического окна на производство работ и времени на мобилизацию ремонтной путевой бригады, что затратно по времени задержки и восстановления движения подвижного состава.

Раскрытие сущности изобретения

Техническая проблема заключается в повышении эксплуатационной надежности рельсового стыкового электроизолирующего соединения и получении возможности оперативного решения по восстановлению движения.

Техническим результатом является возможность проверки стыковых металлических накладок изолирующего стыка на электрический пробой без временных затрат штатным тестером.

Технический результат достигается тем, что рельсовое стыковое электроизолирующее соединение содержит междурельсовую прокладку, выполненную из электроизоляционного материала и расположенную между торцами стыкуемых рельсов, стыковые металлические накладки, расположенные по обе стороны стыкуемых рельсов, каждая из которых имеет сопрягаемый с одним рельсом электроизолированный участок и сопрягаемый с другим рельсом неэлектроизолированный участок, а также две группы поперечных сквозных отверстий для размещения в каждой группе сквозных отверстий крепежных элементов, обеспечивающих стяжку между собой стыковых металлических накладок через шейку соответствующего рельса на стыке, каждая стыковая металлическая накладка выполнена с диэлектрическим покрытием на электроизолированном участке, имеющего большую длину, но меньшую площадь поперечного сечения, причем ее боковые поверхности в продольном направлении имеют ступеньки, а диэлектрическое покрытие может быть выполнено заподлицо с боковыми поверхностями имеющего большую площадь поперечного сечения и меньшую длину неэлектроизолированного участка, по обе стороны каждого рельса на стыке расположены соответственно электроизолированный участок одной стыковой металлической накладки и неэлектроизолированный участок другой стыковой металлической накладки, при этом длина 1 электроизолированного участка стыковой металлической накладки удовлетворяет соотношению (Н-d)/2>1-L/2>h/2, где L - длина стыковой металлической накладки, d - диаметр поперечных сквозных отверстий, Н - расстояние между расположенными рядом поперечными сквозными отверстиями различных групп, h - толщина междурельсовой прокладки, в диэлектрическом покрытии электроизолированного участка стыковой металлической накладки выполнено контрольное сквозное отверстие, оканчивающееся на ее поверхности для возможности проверки на электрический пробой и защищенное герметиком от попадания влаги.

Наличие контрольного сквозного отверстия в каждой стыковой металлической накладке изолирующего стыка позволяет определить степень работоспособности каждой из них и изолирующего стыка в сборе, а также проверить их на электрический пробой без временных затрат штатным тестером. Контрольное сквозное отверстие защищается герметиком с целью защиты от попадания влаги на материал стыковой металлической накладки изолирующего стыка.

Краткое описание чертежей

Заявленное изобретение поясняется следующими фигурами. На фиг. 1 изображено рельсовое стыковое электроизолирующее соединение, вид сбоку; на фиг. 2 - разрез по А-А фиг. 1; на фиг. 3 - разрез по Б-Б фиг. 1, на фиг. 4 - существующая схема проверки эксплуатируемого в ж/д пути изолирующего стыка на «пробой», на фиг. 5 - схема идентификации причины отказа с использованием контрольного отверстия и первого рельса стыка, на фиг. 6 - схема идентификации причины отказа с использованием контрольного отверстия и второго рельса стыка.

Осуществление изобретения.

Рельсовое стыковое электроизолирующее соединение содержит межрельсовую прокладку 1, выполненную из электроизоляционного, предпочтительно, композитного материала. Межрельсовая прокладка 1 расположена между торцами стыкуемых рельсов 2 из 3. Кроме того, рельсовое стыковое электроизолирующее соединение содержит первую 4 и вторую 5 стыковые металлические накладки, а также стопорные пластины 6. Каждая стыковая металлическая накладка 4, 5 выполнена в виде металлического элемента удлиненной формы 7, например, в виде толстой пластины 7 или бруса соответствующего профиля, с двумя группами поперечных сквозных отверстий соответственно 8, 9, 10 и 11, 12, 13 для размещения в каждой группе сквозных отверстий крепежных элементов, преимущественно болтов 14 с гайками 15. Стыковые металлические накладки 4 и 5 расположены по обе стороны стыкуемых рельсов 2 и 3, при этом крепежные элементы, размещенные в группе поперечных сквозных отверстий 8-10, обеспечивают стяжку стыковых металлических накладок между собой через шейку 16 рельса 2, а крепежные элементы, размещенные в другой группе поперечных сквозных отверстий 11-13, обеспечивают стяжку стыковых металлических накладок 4 и 5 между собой через шейку 17 рельса 3. Металлический элемент 7 удлиненной формы выполнен в продольном направлении со ступенькой, при этом на первом участке 18 металлического элемента удлиненной формы, имеющем большую длину, но меньшую площадь поперечного сечения, выполнено диэлектрическое покрытие 19, при этом, по крайней мере, в местах контакта (распорных зонах) каждой стыковой накладки 4 и 5 со стыкуемыми рельсами 2 и 3 диэлектрическое покрытие 19 выполнено заподлицо с боковой поверхностью имеющего большую площадь поперечного сечения второго участка 20 металлического элемента 7. Длина 1 участка 18 выбирается, исходя из следующего неравенства:

(H-d)/2>1-L/2>h/2,

где L - длина стыковой накладки 4 (5);

d - диаметр поперечных сквозных отверстий 8-10 и 11-13 под крепежные элементы - болты 14;

Н - расстояние между расположенными рядом поперечными сквозными отверстиями различных групп 10 и 11;

h - толщина междурельсовой прокладки, при этом размерность всех величин одинакова, например [м].

Выполнение этого условия обеспечивает размещение междурельсовой прокладки 1 напротив электроизолированных участков 18 стыковых металлических накладок 4 и 5, при этом по обе стороны каждого рельса 2 и 3 стыка расположены первый участок 18 одной стыковой металлической накладки и второй участок 20 другой стыковой металлической накладки (фиг. 2). Ступенька на металлическом элементе 7 удлиненной формы может быть выполнена либо (как показано на чертежах) заодно с ним, например, фрезерованием или наплавкой металла, либо путем механического соединения отдельных элементов между собой любым известным способом. Силовые линии магнитного поля обозначены позицией 21. В предпочтительном варианте осуществления изобретения в поперечных сквозных отверстиях, выполненных на участке 18, установлены втулки 22, выполненные из электроизоляционного материала. В диэлектрическом покрытии электроизолированного участка стыковой металлической накладки выполнено контрольное сквозное отверстие 23, оканчивающееся на ее поверхности, для возможности проверки на электрический пробой и защищенное герметиком от попадания влаги (не показан).

Работа предложенного рельсового стыкового электроизолирующего соединения ничем не отличается от других известных, в частности из прототипа. Однако для повышения оперативности определения причины отказа и восстановления рельсовой цепи в конструкцию стыковой металлической накладки введено контрольное отверстие в диэлектрическом материале, оканчивающееся на ее поверхности, что позволяет произвести проверку стыковых металлических накладок изолирующего стыка на электрический пробой без временных затрат штатным тестером. Контрольное отверстие защищено от попадания влаги герметиком, который представляет собой резиноподобную массу красного цвета, визуально обращающую сразу на себя внимание. Щупом тестера делается прокол в герметике до металла. Резиноподобность позволяет производить замеры неоднократно. Впоследствии при необходимости герметизирующая пробочка восстанавливается.

Кроме этого, стоит отметить, что при существующей методике проверки эксплуатируемого в пути изолирующего стыка на «пробой» используют схему, приведенную на фигуре 4 и нормируемую ГОСТ 32695 - 2014.

По требованию ГОСТ 32695 - 2014 (п. 5.2 Электрические показатели) измерение электрического сопротивления изолирующего стыка (4.2) производят между концами смежных рельсов, входящих в состав изолирующего стыка, омметром по ГОСТ 23706, рассчитанным на рабочее напряжение 500 В, после закрепления контактных проводов омметра на противоположные рельсы (т.е. рельс поз. 2 и рельс поз. 3 на фигуре 4).

Измерения электрического сопротивления проводят не менее трех раз. При этом каждое из измеренных значений не должно быть меньше 1.0 кОм. Определяют электрическое сопротивление как среднее значение по результатам измерений.

Однако при такой схеме измерений возникает очень много неопределенностей в попытке определить причину отказа. В случае, когда тестер (омметр) показывает сопротивление меньше нормируемого получить ответ на вопрос что является слабым звеном - изолирующие стыковые металлические накладки, либо что-то еще - невозможно. Для справки: исправные изолирующие стыковые металлические накладки имеют сопротивление не менее 20 мОм, что в 20 000 больше указанной величины.

Также недостатком является невозможность определения конкретной (одной из двух) изолирующей стыковой металлической накладки, не удовлетворяющей требованиям п. 5.2 ГОСТ 32695 - 2014.

Методика идентификации причины отказа с использованием контрольного сквозного отверстия.

На фигурах 5, 6 представлены электрические схемы, позволяющие определить степень работоспособности каждой из стыковых металлических накладок изолирующего стыка и изолирующего стыка в сборе. Варианты идентификации выхода из строя изолирующих стыковых металлических накладок приведены в таблицах 1,2.

Причиной отказа рельсовых цепей могут являться продукты рельсового износа - металлическая пыль, стружка, спекшаяся металлическая пыль тормозных колодок и т.д., создавшие паразитную электрическую цепь и «закоротившую» электрически рельс поз. 2 и рельс поз. 3, а также неполадки по линиям СПБ.

Возможен пробой сразу в двух стыковых металлических накладках, но измерения по методике ГОСТ предопределяют возникновение нештатной ситуации по неожиданному отказу изолирующего стыка и остановке ж/д движения, методика измерений с использованием контрольного сквозного отверстия позволяет устранить неполадки превентивно.

Изобретение относится к верхнему строению железнодорожного пути, а более конкретно к устройствам, используемым в электрических рельсовых цепях. Рельсовое стыковое электроизолирующее соединение содержит междурельсовую прокладку, выполненную из электроизоляционного материала и расположенную между торцами стыкуемых рельсов, стыковые металлические накладки, расположенные по обе стороны стыкуемых рельсов, каждая из которых имеет сопрягаемый с одним рельсом электроизолированный участок и сопрягаемый с другим рельсом неэлектроизолированный участок, а также две группы поперечных сквозных отверстий для размещения в каждой группе сквозных отверстий крепежных элементов, обеспечивающих стяжку между собой стыковых металлических накладок через шейку соответствующего рельса стыка. Каждая стыковая металлическая накладка выполнена с диэлектрическим покрытием на электроизолированном участке, имеющем большую длину, но меньшую площадь поперечного сечения. Причем ее боковые поверхности в продольном направлении имеют ступеньки, а диэлектрическое покрытие выполнено заподлицо с боковыми поверхностями имеющего большую площадь поперечного сечения и меньшую длину неэлектроизолированного участка. По обе стороны каждого рельса на стыке расположены соответственно электроизолированный участок одной стыковой металлической накладки и неэлектроизолированный участок другой стыковой металлической накладки. Длина 1 электроизолированного участка стыковой металлической накладки удовлетворяет соотношению (H-d)/2>1-L/2>h/2, где L – длина стыковой металлической накладки, d – диаметр поперечных сквозных отверстий, Н – расстояние между расположенными рядом поперечными сквозными отверстиями различных групп, h – толщина междурельсовой прокладки. В диэлектрическом покрытии электроизолированного участка стыковой металлической накладки выполнено контрольное сквозное отверстие, оканчивающееся на ее поверхности для возможности проверки на электрический пробой и защищенное герметиком от попадания влаги. В результате появляется возможность проверки металлических накладок изолирующего стыка на электрический пробой без временных затрат штатным тестером. 2 табл., 6 ил.

Рельсовое стыковое электроизолирующее соединение, содержащее междурельсовую прокладку, выполненную из электроизоляционного материала и расположенную между торцами стыкуемых рельсов, стыковые металлические накладки, расположенные по обе стороны стыкуемых рельсов, каждая из которых имеет сопрягаемый с одним рельсом электроизолированный участок и сопрягаемый с другим рельсом неэлектроизолированный участок, а также две группы поперечных сквозных отверстий для размещения в каждой группе сквозных отверстий крепежных элементов, обеспечивающих стяжку между собой стыковых металлических накладок через шейку соответствующего рельса стыка, каждая стыковая металлическая накладка выполнена с диэлектрическим покрытием на электроизолированном участке, имеющем большую длину, но меньшую площадь поперечного сечения, причем ее боковые поверхности в продольном направлении имеют ступеньки, а диэлектрическое покрытие может быть выполнено заподлицо с боковыми поверхностями имеющего большую площадь поперечного сечения и меньшую длину неэлектроизолированного участка, по обе стороны каждого рельса на стыке расположены соответственно электроизолированный участок одной стыковой металлической накладки и неэлектроизолированный участок другой стыковой металлической накладки, при этом длина 1 электроизолированного участка стыковой металлической накладки удовлетворяет соотношению (H-d)/2>1-L/2>h/2, где L - длина стыковой металлической накладки, d - диаметр поперечных сквозных отверстий, Н -расстояние между расположенными рядом поперечными сквозными отверстиями различных групп, h - толщина междурельсовой прокладки, отличающееся тем, что в диэлектрическом покрытии электроизолированного участка стыковой металлической накладки выполнено контрольное сквозное отверстие, оканчивающееся на ее поверхности для возможности проверки на электрический пробой и защищенное герметиком от попадания влаги.