Рельсовый соединительный элемент

Рельсовый соединительный элемент
Предлагаемая полезная модель относится к элементам аппаратуры железнодорожной автоматики и телемеханики, а именно к устройствам рельсовых соединений (соединителей, перемычек и т.д.).
Уровень развития техники известен Сорока В.И., Милюков В.А. Аппаратура железнодорожной автоматики и телемеханики. 2 тома, 3-е издание, том 2, -М:, НПФ 11ланета, 2002 г., - 1008 с из устройства рельсового соединителя, устанавливаемого на рельсы в месте их стыка, состоящего из гибкого кабеля, на одном конце или на обеих концах .которого установлен соединительный элемент. Он может иметь разные варианты исполнения: приварной; забиваемый в отверстие, выполненное в шейке рельса; штифто-резьбовой, вставляемый в отверстие и затягиваемый гайкой с обратной стороны шейки рельса. ,-В двух последних вариантах устройство соединительных элементов во многом схоже. Их объединяет следующее: соединительный элемент выполнен в форме стержня; имеет диаметр, соизмеримый с сопрягаемым отверстием в шейке рельса; рабочая сторона элемента связана с кабелем.
Недостатком решения является низкая надежность соединения. Это связано с тем, что абсолютно плотного соединения отверстия и элемента при таком методе сборки соединения быть не может в связи с погрешностями их изготовления. Не герметичность такого соединения приводит к образованию коррозионных процессов в контактных плошадках, что ведет к изменению электрического сопротивления соединения и, соответственно со временем требует ремонта либо замену соединения. Наряду с коррозионными процессами существует ряд других явлений, ухудшаюших во времени свойства соединения. Например, электромеханическая эррозия, феттинг и т.д.
Техническим результатом заявляемого решения является повышение надежности соединения. Он достигается за счет снабжения соединительного элемента, выполненного в форме стержня и вставляемого в отверстие рельса, такими конструктивными устройствами, которые в процессе сборки соединения образуют ювенильные поверхности в металле рельса и способствуют организации диффузионной связи материалов рельса и соединительного элемента. Образование связи на диффузионном уровне является гарантийным условием стабильности электрического сопротивления в соединении.
На фиг. 1-4 показана принципиальная схема соединительного элемента с конической формой элемента, на фиг. 5-7 - с цилиндрической формой элемента.
, 200 34528
:-j||ffiM«liinpnffi
, г  tr i f  f
МПК
Соединительный элемент устроен следующим образом. С одной стороны стержня 1 к нему прикреплен гибкий кабель (трос) 2, на второй стороне может быть выполнен резьбовой участок 3, выходящий наружу из отверстия 4 рельса 5, взаимодейств)тощий с гайкой 6. На поверхности стержня 1, контактирующей со стенками (металлом) отверстия 4 рельса, выполнены грани 7 (острые режущие кромки, накатка и т.д.). Твердость материала элемента или его граней 7 выще твердости материала рельса.
Работает рельсовый соединительный элемент следующим образом. В отверстие 4 рельса 5 вводят конец 3 стержня 1 до соприкосновения граней 7 со стенками (металлом) отверстия. Накручивают гайку 6, прикладывают к ней усилие затяжки. Нод действием усилия затяжки стержень получает поступательное перемещение Н относительно отверстия. Гранями 7 элемента металл рельса деформируется, вытесняется в межгранные пространства и образует локальные объемы 8 металла с высоким уровнем внутренних напряжений. Такая деформация металла рельса ведет к образованию ювенильных поверхностей по местам контактов с гранями. Химическая активность металла на ювенильных поверхностях ведет к организации быстропротекающих диффузионных процессов материалов рельса и рельсового соединительного элемента. В результате образуются прочные металлические связи химических элементов. Эти связи устойчивы во времени и слабо подвержены коррозионному разрушению, что является доказательством достижения технического результата.
Диффузионные процессы также могут протекать и между металлом рельса в локальных объемах 8 и металлом элемента в межгранных пространствах. Этому способствует процесс релаксации внутренних напряжений, сопровождаемый движением дислокаций к контактным поверхностям и образованием диффузионных мостиков в местах выхода дислокаций на поверхность.
Для обеспечения этого явления целесообразно, чтобы объем межгранного пространства был соизмерим с объемом деформирующегося металла.
Таким образом, технический результат достигается посредством образования ювенильных химически активных поверхностей, активизирующих диффузионное взаимодействие химических элементов рельса и соединительного элемента, что является основой постоянства электрического сопротивления образованного контакта рельсового соединителя с рельсом.
Образовавщиеся локальные объемы 8 металла рельса частично закупоривают (герметизируют) соединение рельса с рельсовым соединительным элементом, что также сдерживает коррозионные процессы и способствует техническому результату. Для большей герметизации соединения элемент может быть снабжен уплотнительными
прокладками 9 и дополнительной гайкой 10. Вместо гайки 10 на стержне может быть выполнен упорный бурт.
В описанном выше устройстве элемента стержень имел коническую форму и грани 7 были расположены на его образующей.
Стержень может быть выполнен цилиндрической (или цилиндроконической) формы, грани можно выполнить режущими И, межгранное пространство - стружечной канавкой 12, Такой стержень 1 целесообразно снабдить (напайным) режущим элементом 13.
Такое устройство работает следующим образом. Его вводят в отверстие (цилиндрической или конической формы), задают перемещение П вдоль оси отверстия, режущие грани 11 срезают слой 14 (аналогично объему 8) металла в виде деформирующейся стружки, он заполняет стрз жечную канавку 12. Срезание (микрорезание) металла приводит к образованию ювенильных поверхностей с аналогичной активизацией диффузионйых процессов. Активность этих процессов и прочность образующихся связей можно повысить, если выполнить режущий элемент 13 или грани 7 и 11 из материала, склонного быстро образовывать химическую связь элементов, т.е. и5 химического материала. Так, например, к материалу рельса (в основном это стали типа 65Г) химически активна медь. Следовательно, режущий элемент 13 может быть выполнен из вольфрамомедных композиций методом порошковой металлургии. Химически активными также являются титан, кобальт. Это позволяет выполнять режущий элемент 13 из титано- и кобальтосодержащих твердых сплавов.
Для увеличения контактных площадей в соединении за режущим элементом 13 ( по ходу перемещения П стержня) может быть установлено дополнительное кольцо (или кольца 15), имеющее диаметр, превышающий диаметр отверстия, выполненное из пластически деформирующегося токопроводящего материала, в том числе образующего диффузионную связь с металлом рельса.
Такое устройство работает следующим образом. По мере перемещения П стержня 1 режущий элемент 13 срезает стружку (слой) 14 своей режущей кромкой 11. Затем в отверстие входит кольцо 15, оно пластически деформируется, сопрягается с отверстием без зазора (т.е. происходит герметизация стыка). Если кольцо 15 выполнить из резины или пластмассы уже это способствует снижению коррозионных процессов. Если кольцо 15 выполнить из материала (например, медесодержащего), диффузионноактивного по отношению к металлу рельса, это повысит электропроводность соединения и стабилизирует во времени электрическое сопротивление контакта.
На стержень может быть дополнительно установлено кольцо (или кольца) 16 для герметизации соединения элемента с рельсом. Целесообразно материал кольца выбрать из условия:
-увеличение объема при самоотвердевании (полимеры при воздействии химического реагента) после входа в отверстие;
-расширения (высокотемпературный самораспространяющийся синтез) после входа в отверстие.
В первом случае работает такое устройство следующим образом. После ввода стержня в отверстие на кольцо 16 воздействуют реагентом, оно начинает разбзгкать, стержень 1 затягивают в отверстие до конца, расщирение кольца завершается, оно закупоривает соединение.
Во втором случае, например, при выполнении кольца из порошкообразного прессованного углерода (графита) с наполнителем в виде легкоплавкого металла, стержень также вводят в отверстие, поджигают (электрической дугой) материал кольца, в нем начинается высокотемпературный синтез, стержень затягивают в отверстие до конца, синтез завершается с привариванием материала кольца к металлу
Указанное исполнение элемента позволяет выполнять отверстие глухим, т.е. со стенкой 17, которая сама выполняет герметизирующую роль. В этом случае использование гайки 6 не применимо и перемещение П стержня выполняют осаживанием (запрессовыванием или ударным способом).
Перемещение П можно получить за счет выполнения на режущем элементе 13 винтовой нарезки 18 с дополнительными стружечными канавками 19, перпендикулярными нарезке 18.
Такой элемент работает следующим образом. Стержень 1 вводят в отверстие, вращают (для этого на стержне могут быть лыски) вокруг своей оси, винтовая нарезка 18 своими зубьями, образованными стружечными канавками 19, врезается в рельс и перемещает стержень вдоль своей оси (как болт вкручивается в гайку). При этом режущие грани 11 образовывают стружку 14, зубья, образованные пересечением винтовой нарезки 18 и стружечными канавками 19, образуют свою стружку. В итоге образуется большая площадь ювенильных поверхностей и образуется более прочная диффузионная связь.
Для организации еще более прочной диффузионной связи материалов элемента и рельса путем их сварки (микросварки) после окончания перемещения П элемент (например, на конце стержня 1) может быть снабжен средством 20 для подключения источника питания (например, сварочного трансформатора) 21, который при подключении к рельсу посредством электроконтакта 22 образует процесс сварки соединения (микросварки граней 7, кромок 11 с локальными объемами металла 8 и стружкой 14), что также способствует достижению технического результата.
Для предохранения режущих кромок 11 и граней 7 от ударов и сколов при хранении и транспортировке рельсовых соединительных элементов стержень 1 может быть снабжен защитной пленкой, выполняющей в том числе роль консерванта для сохранения химической
активности материала элемента. Пленка может быть выполнена из полиэтилена или дрзтого материала, легкоудаляемого перед введением стержня в отверстие.
В том числе консервационная защитная пленка (слой) может содержать в себе материал (химический элемент, вещество), способствующий взаимной диффузии металлов рельса и соединительного элемента. Например, содержать хром или титан. Такзтю пленку (слой) не удаляют. Элемент вводят вместе с пленкой в отверстие и закрепляют одним из указанных приемов. По мере перемещения П элемента 1 грани 7 или кромки 14 прорезают пленку. Она вытесняется в канавки и активизирует диффузионные процессы.
Описанные примеры исполнения рельсового соединительного элемента являются частными случаями и не уменьшают объем притязаний основного пункта формулы полезной модели.