ШУНТ РАЗМАГНИЧИВАЮЩИЙ ДЛЯ ИЗОЛИРУЮЩЕГО СТЫКА

Полезная модель относится к устройствам, имеющих магнитную систему, магнитное поле которого взаимодействует с магнитным полем стыкового зазора изолирующего стыка, с целью снижения скопления на изолирующем стыке металлических частиц в виде стружки и окалины и исключения возможности замыкания рельсовой электрической цепи.
Известно явление роста остаточной намагниченности стального изделия возникающего в процессе деформирования металла. (Макаров П.С. Совершенствование методов магнитного контроля напряженно-деформационнного состояния конструкций магистральных трубопроводов. Диссертация на соискание степени канн. техн. наук. Уфа, 2007 г., 116 с, стр. 33-37). Упругое деформирование рельсов циклической нагрузкой присутствует при прохождении колеса по рельсу и рельсовому стыку в присутствии внешнего магнитного поля Земли. В месте упругой деформации возникает остаточная намагниченность металла, а при постоянно действующей циклической нагрузке происходит рост остаточной намагниченности конструкции. После снятия нагрузки, обратимая составляющая исчезает, и остается только необратимая составляющая в виде остаточной намагниченности. На данном явлении построено целое направление диагностики материалов. (Дубов А.А. "Диагностика котельных труб с использованием магнитной памяти металла" М.: "Энергоатомиздат", 1995, 112 с). Таким образом, происходит намагничивание рельсов в зонах концентрации напряжений от циклических нагрузок, возникающих между колесом и рельсом. Проведенные авторами исследования показали, что намагничиванию подвержены рельсы на всей длине, а наибольший рост остаточной намагниченности происходит в местах изолирующих стыков.
Широко применяемые композитные изолирующие накладки, для изолирующих стыков, из стеклопластика на основе эпоксидных связующих, не решили проблемы надежности работы железнодорожного пути в стыковой зоне. Происходит периодическое электрическое замыкание стыковых зазоров, по причине образования электропроводных мостиков, в результате притягивания металлических частиц в район изолирующего стыка. Это приводят к сбою в работе систем сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ) и возникновению эффекта ложной занятости рельсовых путей. Кроме этого, значительная величина напряженности магнитного поля стыкового зазора создает помехи в работе систем автоматической локомотивной сигнализации (АЛС).
Известно устройство изолирующего стыка, в котором для защиты от скопления металлических частиц в районе стыкового зазора, установлен комплект постоянных магнитов, при этом комплект постоянных магнитов с магнитной индукцией не менее 0,07 Тл установлен по ходу движения поезда перед светофором на шейке рельса между головкой и подошвой рельса на длине, равной длине окружности колеса локомотива, начиная от изолированной накладки, соединяющей два рельса (Патент RU №2389843, заявка: 2009104966 от 13.02.2009, МПК Е01В 11/54).
Недостатком данного изолирующего стыка является увеличение напряженности магнитного поля в стыковом зазоре, что увеличивает вероятность его замыкания металлическими частицами. При скоплении большого количества частиц на магнитах, они отрываются от магнита потоком воздуха создаваемого движущимся составом и перемещаются в стыковой зазор, образуя шунтирующие мостики. Устройство требует постоянной ручной очистки налипших металлических частиц на установленных магнитах. Постоянные магниты, установленные на рельсе, в месте установки создают мощное магнитное поле, которое со временем увеличивается, это отрицательно сказывается на работе устройств безопасности АЛС.
Известно устройство изолирующего стыка, в котором для снижения напряженности магнитного поля в стыковом зазоре и защиты изолирующего стыка от скопления металлических частиц используется комплект постоянных магнитов или электромагнитов с полем определенной формы и размера, при этом магниты установлены вокруг изолирующего стыка таким образом, что в зазоре изолирующего стыка за счет суперпозиции, наложение друг на друга магнитных полей противоположной направленности, достигается магнитная напряженность близкая к нулю с градиентом магнитного поля около магнитов. (ЕР 1717125, заявка 06075941.2 от 21.04.2006 г.).
Недостатком данного изолирующего стыка является необходимость иметь источник энергии, чтобы питать электромагниты. При работе с постоянными магнитами, недостаток обусловлен тем, что очень сложно обеспечить напряженность магнитного поля в стыковом зазоре изолирующего стыка близкой к нулю. Как правило, напряженность магнитного в зазорах изолирующих стыков различна для каждого стыка, следовательно, для каждого изолирующего стыка расположение магнитов должно быть различным. Это требует увеличения времени на установку, средств измерения характеристик магнитного поля и специалистов высокой квалификации. Кроме этого установка магнитов на шейке рельса имеет те же недостатки, что и предыдущее техническое решение, а именно, увеличение напряженности магнитного поля.
Известно устройством для снижения магнитной индукции в стыковом зазоре изолирующего стыка, состоящую из одного постоянного магнита и двух полюсных наконечников при этом постоянный магнит магнитной системы выполнен в форме прямоугольного параллелепипеда, имеет расстояние между противоположными гранями, являющимися полюсами магнита не более 30 мм и создает магнитное поле, магнитная индукция которого, в стыковом зазоре изолирующего стыка, не меньше 30 мТл. Кроме этого, полюсные наконечники одной торцовой плоскостью прижаты к подошвам рельсов образующих изолирующий стык, а другой к одному из полюсов магнита, магнитное поле магнитной системы взаимодействует с магнитным полем стыкового зазора изолирующего стыка таким образом, что направленность магнитного поля магнитной системы имеет противоположное направление полярности магнитного поля стыкового зазора, магнитная индукция магнитной системы не менее чем, в 2 раза больше магнитной индукции магнитного поля стыкового зазора, полюсные наконечники соединены между собой с помощью накладок выполненных из немагнитного материала, полюсные наконечники, постоянный магнит находятся в отдельном корпусе, залиты полиуретановой композицией, наконечники закреплены на подошве рельсов с помощью упругих пружин, плоскости полюсных наконечников прилегающих к подошве рельсов покрыты эластичным диэлектрическим материалом. (Патент RU №165707, заявка: 2016114486 от 14.04.2016, МПК Е01В 11/54).
Недостатком данного устройства является большая масса и невысокая надежность устройства размагничивающего для изолирующего стыка.
Задачей заявляемого шунта размагничивающего для изолирующего стыка, является повышении безопасности движения подвижного железнодорожного состава на участках с автономной и электрической тягой постоянного и переменного тока, имеющих изолирующие стыки рельсов.
В процессе решения поставленной задачи достигается технический результат, заключающийся в снижении веса, повышении надежности и технологичности изготовления шунта размагничивающего для изолирующего стыка.
Технический результат достигается шунтом, размагничивающим для изолирующего стыка, состоящим из одного постоянного плоского магнита и двух полюсных наконечников L-образной формы в поперечном сечении, которые одной торцовой поверхностью прижаты к подошве концов рельсов, а второй торцовой поверхностью к одному из полюсов плоского магнита, образуя постоянный U-образный магнит, магнитное поле которого взаимодействует с магнитным полем изолирующего стыка, уменьшая магнитную индукцию в стыковом зазоре, при этом, полюсные наконечники имеют Т-образную форму в продольном сечении, где горизонтальная полка образует поверхность, прижимаемую к подошве рельса, прямоугольной формы, со стороной, расположенной поперек подошвы рельса, равной (80-99)% ширины подошвы рельса, а полюсная контактная поверхность постоянного магнита составляет (80-99)% площади, второй торцовой поверхности полюсного наконечника, плоскости полюсных наконечников, прилегающих к подошве рельсов, покрыты эластичным магнитодиэлектрическими металлополимерным материалом. Кроме этого магнитная индукция постоянного магнита в 2,0-4,5 выше, чем нормировано допускаемая магнитная индукция в стыковом зазоре изолирующего стыка, замеренная при установленном шунте, сторона поверхности, прижимаемая к подошве рельса, расположенная вдоль подошвы равна не менее 50 мм, расстояние между противоположными гранями, являющимися полюсами магнита составляет не более 30 мм, постоянный магнит выполнен в форме прямоугольного параллелепипеда, полюсные наконечники соединены между собой с помощью накладок, выполненных из немагнитного материала, полюсные наконечники, постоянного магнита находятся в отдельном корпусе, залиты полимерной композицией, шунт закреплен на подошве рельсов с помощью упругих пружин.
Постоянное нарастание намагниченности в изолирующих стыках требует разработки устройств, которые бы стабильно устраняли это нежелательное явление. Многолетние наблюдения и исследования намагниченности изолирующих стыков позволили выявить безопасный уровень, при котором отсутствует налипание стружки, которое не вызывает закорачивания соединяемых рельсов, безопасным уровнем намагниченности изолирующего стыка считается 10 мТл и менее. (Технология обеспечения нормативного значения намагниченности рельсов, изолирующих стыков и рельсовых элементов стрелочных переводов, утвержденная распоряжением ОАО «РЖД» от 09.01.2013 г. №5р). Исходя из данных параметров, а также статистических данных полученных авторами при измерению магнитной напряженности в стыковом зазоре, показывающих, что эти значения могут достигать более 60 мТл, были проведены расчеты магнитной цепи шунта с учетом воздушных зазоров (стыковой зазор и зазор между поверхностью полюсного наконечника и поверхностью подошвы рельса), материала полюсного наконечника, площадей контакта полюсного наконечника, длины и площади сечения магнитопровода. Анализ показал, что минимальными потерями обладает шунт в виде постоянного U-образного магнита полученный соединением мощного постоянного магнита и двух полюсных наконечников, в котором полюсные наконечники выполнены L-образной формы в поперечном сечении с закругленными углами и имеют Т-образную форму в продольном сечении позволяющие значительно снизить вес полюсных наконечников и всего устройства в целом без изменения свойств магнитной системы, где горизонтальная полка образует поверхность, прижимаемую к подошве рельса, прямоугольной формы, со стороной, расположенной поперек подошвы, равной (80-99)% ширины подошвы, и стороной расположенной вдоль подошвы равной не менее 50 мм, а полюсная контактная поверхность постоянного магнита составляет (80-99)% площади, второй торцовой поверхности полюсного наконечника. Для уменьшения магнитных потерь, плоскости полюсных наконечников, прилегающих к подошве рельсов, покрыты эластичным магнитодиэлектрическими металлополимерным материалом, снижающим магнитное сопротивление между подошвой рельсов и полюсным наконечником. Расчеты показали, магнитная индукция постоянного магнита должна быть в 2,0-5,0 выше, чем нормировано допускаемая магнитная индукция в стыковом зазоре изолирующего стыка, замеренная при установке шунта. Шунт может быть изготовлен и с другими параметрами магнитного поля в данном диапазоне значений магнитной индукции.
Форма, габаритные размеры и физические свойства размагничивающего шунта позволяют создать максимально компактную магнитную систему для снижения напряженности магнитного поля в стыковом зазоре изолирующего стыка до нормируемых величин. При этом шунт легко, за короткое время, может устанавливаться на рельсы в районе изолирующего стыка, легко и быстро может, заменен на новый с другими параметрами магнитного поля.
На фиг. 1 показан шунт (разрез в поперечном сечении) из постоянного U-образного магнита, полученный соединением мощного постоянного магнита и двух полюсных наконечников. На фиг. 2 показан 3D-вид шунта.
Шунт содержит постоянный магнит 1 и два полюсных наконечников 2 и 3. Полюсные наконечники 2 и 3 одной торцовой поверхностью 2.1 и 3.1 прижаты к подошвам рельсов (на фигуре не показаны), а другой торцовой поверхностью 2.2 и 3.2 к полюсам магнита 1. Полюсные наконечники 2 и 3 соединены между собой с помощью накладок выполненных из немагнитного материала, на фигуре не показаны. Полюсные наконечники 2 и 3 находятся в отдельном корпусе 4, залиты полиуретановой композицией (не показана), закрепленном на подошве (на фигуре не показана) Плоскости полюсных наконечников 2.1 и 3.1 прилегающих к подошве покрыты слоем 5 эластичного магнитодиэлектрического материала.
Снижения намагниченности изолирующего стыка происходит следующим образом: с помощью индикатора контроля намагниченности (ИКН) измеряют уровень напряженности магнитного поля и его направление в стыковом зазоре в изолирующих стыках, в случаи превышения нормативных значение магнитной индукции (в эксплуатации допускается не более 10 мТл) принимается решения по обслуживанию изостыка и установки магнитной системы направленной на снижение магнитной индукции в стыковом зазоре изолирующего стыка. Для снижения индукции магнитного поля в стыковом зазоре до нормативной величины, устанавливается шунт, размагничивающий для изолирующего стыка, направленность магнитного поля которого имеет противоположное направление полярности магнитного поля стыкового зазора определенной ИКМ. Таким образом шунт образует в изолирующем стыке магнитное поле обратной полярности, которое при взаимодействие с магнитным полем стыка в сумме обеспечивает намагниченность изостыка в пределах нормативов. Шунт закреплен на подошве рельсов с помощью упругих пружин.
Предлагаемое техническое решение апробировано на Дальневосточной железной дороге. После установки шунта, изменение напряженности магнитного поля в зазоре изолирующего стыка контролировали в течении месяца. Превышение нормативного значения напряженности магнитного поля не произошло. Скопления металлической стружки в зазоре и вокруг изолирующего стыка не обнаружено. Нарушения систем безопасности и связи подвижного состава не отмечалось.