УСТРОЙСТВО РЕЛЬСОВОГО ПУТИ
RAIL TRACK DEVICE

Изобретение относится к конструкциям верхнего строения пути, преимущественно железнодорожного, трамвайного или метрополитена.
Известно устройство верхнего строения пути, содержащее две полушпалы, на которых закреплены рельсы (патент России 3 2085648, Е01В 2/00). Известное устройство имеет ограниченное применение, поскольку не позволяет экономить электроэнергию путем частичного возврата ее в систему управления и электропитания подвижного состава.
Известно устройство рельсового пути, содержащее 2 полушпалы из композиционного материала, на которых закреплены рельсы и жестко соединены стяжкой (патент России 2299942, Е01В 2/00). Известное устройство также не позволяет экономить электроэнергию путем частичного возврата ее в систему управления и электропитания подвижного состава.
Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности экономии электроэнергии путем частичного возвращения ее в систему управления и электропитания подвижного состава в процессе прохождения по данному участку пути подвижного состава.
Технический результат достигается тем, что в устройстве рельсового пути, содержащем две жестко соединенные стяжкой полушпалы, выполненные из композиционного материала, на которых закреплены рельсы, полушпалы снабжены герметично установленными под рельсами электрогенераторами с электроконтактами, связанными между собой токопроводами, размещенными в центральных отверстиях, выполненных в стяжках вдоль их продольной оси, и образующих электрическую цепь, соединенную с системой электрического питания путей, при этом генераторы выполнены из текстурированной на наноуровне пьезокерамики с одной осью поляризации, вертикально и соосно которой расположена ось поляризации электрогенераторов.
Таким образом, при прохождении подвижного состава по участку рельсового пути в электрогенераторах под действием веса вагонов создается внутреннее напряжение, что приводит к выработке электроэнергии, которая суммируется и передается в систему управления и питания подвижного состава.
На фиг.1 представлен общий вид устройства рельсового пути. Устройство рельсового пути содержит полушпалы 1 и 2 из композиционного материала, на которых закреплены рельсы 3 и 4. Полушпалы 1 и 2 жестко соединены между собой стяжкой 5 со сквозным центральным отверстием 6 вдоль ее продольной оси. Полушпалы 1 и 2 снабжены электрогенераторами 7 и 8, связанными между собой токопроводами 9, размещенными в центральных отверстиях 6. Электрогенераторы 7 и 8 установлены в полушпалах 1 и 2 герметично. Токопроводы 9 соединены в электрическую цепь 10 (показана условно). Электрогенераторы 7 и 8 выполнены из текстурированной на наноуровне пьезокерамики (в виде батареи пьезотаблеток) с одной осью поляризации и установлены в полушпалах 1 и 2 под рельсами 3 и 4, причем ось поляризации электрогенераторов расположена вертикально и соосно им, а электрическая цепь 10 соединена с системой электрического питания путей (не показана). Электрогенераторы нажимного типа работают на основе прямого пьезоэффекта.
Устройство работает следующим образом. При прохождении железнодорожного состава по участку рельсового пути сила тяжести через рельсы 3 и 4 действует на электрогенераторы 7 и 8, упруго деформируя их вдоль оси поляризации (возникает прямой пьезоэффект). В результате в них образуется электрическая энергия, которая по токопроводам 9 со всех полушпал на большом протяжении рельсового пути суммируется в электрической цепи 10 и передается в систему накопления, управления и электрического питания путей. Электрическая цепь 10 включает в себя параллельное соединение всех электрогенераторов 7 и 8 на участке рельсового пути, выпрямители, накопители энергии (аккумуляторы), и т.д. В результате часть электроэнергии, затрачиваемой на движение подвижного состава, возвращается в систему питания и управления движением. Полушпалы 1 и 2 выполнены из композиционного материала, который является хорошим диэлектриком, и герметичное расположение в них электрогенераторов 7 и 8 не позволяет «отеканию» электрического потенциала на рельсы 3 и 4 или в землю, что обеспечивает безопасность движения. Герметизация электрогенераторов 7 и 8 достигается в процессе заливки полушпал, когда композиционный материал обтекает и изолирует электрогенераторы со всех сторон. Электрогенераторы 7 и 8 выполнены из текстурированной на наноуровне пьезокерамики, что имеет очень высокий эффект и позволяет получать электроэнергию в промышленных масштабах. Ось поляризации пьезокерамики расположена вертикально и соосно рельсу, поскольку только в этом случае достигается высокий пьезоэффект. Электрогенераторы 7 и 8 выполнены в виде установленных друг на друга столбиком дисков, выполненных из пьезокерамики (пьезобатарея). Использование текстурированной на наноуровне пьезокерамики позволяет создавать бездефектные кристаллы с заданной ориентацией оси поляризации, обеспечивая при этом высокий пьезомодуль, стабильность пьезоразряда и уменьшить возможность старения, что повышает эффективность устройства в целом.