ЗАЩИТНЫЙ КОЖУХ КОНТАКТНОГО РЕЛЬСА

Полезная модель относится к устройствам защиты линий электроснабжения, расположенных вдоль железнодорожного полотна метрополитена, используемых транспортными средствами с электротягой.
Известен электроизоляционный короб для защиты токопроводящего рельса, содержащий полый длинномерный корпусный элемент с профилем в поперечном сечении в виде гофра, с нисходящими от него боковыми стенками и открытым щелевым каналом между их кромками, при этом стенка корпусного элемента по профилю гофра выполнена серповидной с возрастанием толщины от нисходящих боковых стенок к его оси симметрии, а кромкам боковых стенок приданы внутренние боковые выступы с общим с ними профилем выпуклой кривизны (патент РФ № 2216459 на изобретение, кл. В60М 1/34, опубл. 20.05.2003).
Недостатками известного электроизоляционного короба для защиты токопроводящего рельса являются недостаточные жесткость и прочность короба, а также недостаточное обеспечение безопасности персонала при осуществлении путевых работ без снятия напряжения.
Известен защитный короб контактного рельса в виде длинномерного профиля, состоящего из верхней стенки, переходящей с двух сторон от оси симметрии в прямоугольные, прямолинейные, вертикальные участки до зажимов в виде отрезков профиля, направленных под углом вовнутрь к оси симметрии, и далее переходящих в прямолинейные участки профиля в виде боковых стенок, образующих открытый щелевой канал до выступов кромок, выполненных наружу с повторением верхней части края основания рельса и выходом за пределы его размера, при этом сверху короба на внешней стороне верхней стенки по всей его длине расположена резиновая плоская накладка, а по центру внутренней стороны горизонтальной части верхней стенки выполнено ребро жесткости со сплошным центральным продольным отверстием, внутри которого расположен вкладыш (патент РФ № 96534 на изобретение, кл. В60М 1/34, опубл. 10.08.2010).
Недостатком данного защитного короба контактного рельса является: недостаточная прочность конструкции, высокая деформативность, и так же повышенные стоимостные показатели за счет повышения массы каждого погонного метра при изготовлении и низкой производительности технологии напыления полиэфирного связующего в матрицу.
Наиболее близким аналогом заявленной полезной модели по технической сущности является электроизоляционный короб в виде длинномерного профиля, состоящего из верхней дугообразной стенки, переходящей по верхнему радиусу с двух сторон от оси симметрии в короткие, прямоугольные, вертикальные участки до зажимов в виде отрезков профиля, направленных под углом вовнутрь к оси симметрии, и далее переходящие в прямолинейные участки профиля в виде боковых стенок, образующих открытый щелевой канал, до выступов кромок, выполненных ступенчато и наружу, с повторением верхней части края основания рельса и выходом за пределы его размеров, с внутренней стороны короба снизу дугообразной стенки по всей его длине, вертикально и вниз, расположены ребра, высота которых равна расстоянию между дугообразными стенками и полотном рельса, а сверху короба на внешней стороне дугообразной стенки по всей его длине расположена резиновая накладка плоская сверху, которая снизу повторяет профиль верха дугообразной стенки и по ширине равна ширине короба, при этом короб изготавливается таким образом, чтобы обеспечить по всей длине рельса и короба зазоры, равные 1 мм (патент РФ № 64148 на полезную модель, кл. В60М 1/34, опубл. 27.06.2007 - прототип).
Недостатком известного устройства является низкая эксплуатационная надежность из-за недостаточной прочности короба и возможности его изгиба и поломки в зоне нижней части головки рельса, при снятии и установки короба, а также его подвижности относительно рельса в горизонтальной и вертикальной плоскостях, что приводит к его деформации в процессе эксплуатации под действием сосредоточенных нагрузок, приводящий к его раскрытию под действием нагрузки, вследствие чего он слетает с контактного токопроводящего рельса.
Задачей заявленной полезной модели является устранение отмеченных недостатков известных конструкций и создание надежного в эксплуатации защитного кожуха контактного рельса путем придания ему оптимальной прочности за счет изменения его геометрии сечения, исключающего подвижность кожуха относительно рельса. Все это позволит обеспечить надежную защиту контактного рельса от пагубного воздействия окружающей среды, обеспечить безопасность персонала при осуществлении путевых работ без снятия напряжения в условиях тоннелей и на открытых участках метрополитена, снизить издержки на содержание линий электроснабжения метрополитена.
Технический результат, на достижение которого направлена заявленная полезная модель, заключается в повышении эксплуатационной надежности кожуха, путем повышения прочности кожуха и снижения степени подвижности относительно рельса, приводящей к безопасности его использования.
Технический результат достигается тем, что в известном защитном кожухе контактного рельса, выполненном в виде полого длинномерного профиля, состоящего из верхней дугообразной стенки, переходящей с двух сторон от оси симметрии в прямоугольные вертикальные участки профиля в виде боковых стенок, образующих открытый щелевой канал до верхней части края основания рельса, а с внутренней стороны верхней дугообразной стенки выполнены размещенные симметрично относительно продольной оси кожуха продольные выступы, обращенные вниз, согласно полезной модели, каждая боковая стенка с внутренней стороны на высоте 16±0,2 мм от ее верхнего конца оснащена фигурным выступом, выполненным в соответствии с чертежом.
Фигурный выступ, как видно из чертежа, имеет  прямоугольный участок, ограниченный примыкающей к боковой стенке под прямым углом горизонтальной линией, длиной 4±0,2 мм, исходящей от ее свободного конца, расположенной к ней под прямым углом вертикальной линией, длиной 7±0,2 мм, последняя из которых плавно переходит в кривую, выпуклость которой обращена к продольной оси симметрии кожуха, и в нижней части плавно сопряжена с боковой стенкой, образуя выпуклый участок выступа, при этом в выпуклом участке, ограниченном кривой линией, выполнена полость в виде полукруга без изменения толщины боковой стенки. Фигурный выступ выполнен за одно целое с боковой стенкой.
Оснащение каждой боковой стенки кожуха с внутренней стороны на высоте 16±0,2 мм от ее верхнего конца фигурным выступом, выполненным в соответствии с чертежом, увеличивает толщину каждой боковой стенки в зоне нижней части головки рельса, что повышает прочностные характеристики кожуха. Кроме того, наличие таких выступов на боковых стенках кожуха препятствует перемещению кожуха относительно рельса по горизонтали и вертикали, и обеспечивает надежную и оптимальную посадку защитного кожуха на контактный рельс, исключающую соскакивание кожуха с рельса под действием нагрузок. Все это, в свою очередь, повышает эксплуатационную надежность кожуха.
Наличие полости в фигурном выступе, выполненной в участке, ограниченном кривой линией, придает кожуху в этой части некоторую упругость, что в процессе снятия и установки кожуха на рельс способствует мягкой посадке кожуха на рельс с последующей достаточно плотной посадкой за счет охвата головки рельса, препятствующего перемещениям кожуха относительно рельса, а также позволяет осуществлять многократно снятие и установку кожуха без его повреждения. Все это повышает эксплуатационную надежность кожуха.
Кроме того, наличие полостей в выступах приводит к снижению веса кожуха, что облегчает его установку и снятие в процессе эксплуатации.
Выбор высоты расположения выступа на боковой стенке, равной 16 мм, длины горизонтальной и вертикальных линий, ограничивающих часть участка выступа, соответственно 4 и 7мм, определены экспериментально и обусловлены параметрами головки рельса и обеспечивает размещение фигурного выступа под нижней частью головки рельса с минимальным зазором, что исключает перемещение кожуха относительно рельса. Величина допуска ±0,2 мм отклонения от вышеуказанных параметров определена экспериментально при изготовлении кожуха, в частности, методом пултрузии.
Наличие с внутренней стороны верхней дугообразной стенки кожуха продольных выступов придает ему жесткость и прочность в целом, также способствуя повышению эксплуатационной характеристики.
Совокупность существенных признаков полезной модели является новой, так как не известны из уровня техники, т.е. соответствует условию патентоспособности «новизна». Кожух может быть использован в промышленности, т.е. соответствует условию «промышленная применимость».
Заявленная полезная модель поясняется чертежом, на котором представлено поперечное сечение кожуха.
Защитный кожух контактного рельса выполнен в виде полого длинномерного профиля, состоящего из верхней дугообразной стенки 1, переходящей с двух сторон от оси симметрии в прямоугольные вертикальные участки профиля в виде боковых стенок 2 и 3, образующих открытый щелевой канал, до верхней части края основания рельса. Каждая боковая стенка 2 и 3 с внутренней стороны оснащена фигурными выступами 4 и 5, выполненными в соответствии с чертежом. Выступы выполнены за одно целое с боковыми стенками 2 и 3 с внутренней стороны и состоят из двух сопряженных участков - прямоугольного 4 и 5 и выпуклого 6 и 7. Кожух изготавливается методом пултрузии. Применение при изготовлении метода пултрузии позволяет получать кожух неограниченной длины с постоянными геометрическими размерами, с большой производительностью и постоянными физико-механическими характеристиками по всей длине кожуха.
Выступы формируются в процессе изготовления кожуха. Полость в выпуклых участках 6 и 7 выступа образована формообразующим инструментом, непосредственно при изготовлении по технологии пултрузии. Данная полость служит для облегчения кожуха и придания выпуклым стенкам участков 6 и 7 выступа некоторой упругости и эластичности, для обременения мягкой и плотной посадке кожуха на рельс.
Внутренние выступы, имеющие участки 4 и 5 и 6 и 7, естественно облегают верхний радиус подошвы рельса и обеспечивают одинаковый зазор по радиусам головки контактного рельса, обеспечивая тем самым отсутствие перемещения защитного кожуха в горизонтальном и вертикальном положениях.
С внутренней стороны верхней дугообразной стенки выполнены, размещенные симметрично относительно продольной оси кожуха, продольные выступы 8, обращенные вниз. Количество выступов должно быть четным и не менее двух. Продольные выступы 8 обеспечивают дополнительную прочность при осуществлении сосредоточенной нагрузки на верхнюю поверхность защитного кожуха, и образовывают воздушную подушку, обеспечивающую дополнительную диэлектрическую защиту.
Кожух имеет следующие габаритные размеры:
длина кожуха защитного - 2,5+0,05 м;
ширина - 95+-0,5 мм;
высота - 108+/-0,5 мм;
толщина боковых стенок 2,5+/-0,2 мм;
толщина стенки в верхней дугообразной части кожуха - 3+/-0,2 мм.
Кожух может быть выполнен из полимерно-композиционного материала с применением стеклоармирующих материалов с введением в полиэфирное связующее безгалогеновых антипиренов и наполнителей в соотношении от 1:0,01 до 1:0,50.
В качестве полиэфирного связующего используются обычные полиэфирные смолы на изофталиевой основе (изофталиевая полиэфирная смола) пригодные для использования в технологическом процессе пултрузии, например, изофталиевые смолы марок Cryctic 272 (производитель SCOTT BADER), Pultru P 774-251 (производитель АОС), Distitron 1629 (производитель POLYNT).
В качестве наполнителя (группа безгалогенновые антипирены) используется система, состоящая из 1 % на массу смолы оксида сурьмы и 50% на массу смолы тригидрата алюминия с фракции 5 мк и меньше. Преимущественно при изготовлении используется тригидрата алюминия с фракции 2 и 5 мк.
Наполнитель - окись сурьмы в полимерной композиции играет роль дымоподавителя и антистатика. При данном процентном содержании происходит оптимальное снятие статистического разряда и дымоподавление. При больших концентрациях наблюдается обратная тенденция по накоплению статистических разрядов. Благодаря тригидрату алюминия происходит пламяподавление при контакте кожуха с открытым огнем. 35-50% по массе смолы это оптимальное соотношение для обеспечения показателей Г1 по ГОСТ 30244-94, В2 по ГОСТ 30402-96, Д2, Т2 по ГОСТ 12.1.044-89.
Наличие армирующего каркаса из стеклоармирующих материалов с продольно направленными и перекрещивающимися волокнами и применение полиэфирного связующего, с введением в него безгалогеновых антипиренов и наполнителей в соотношении от 1:0,01 до 1:0,50, обеспечивает превосходную химическую стойкость, диэлектричность и антистатичность, способствующие повышению износостойкости кожуха в целом и безопасности при его использовании. Соотношения полиэфирного связующего и безгалогеновых антипиренов и наполнителей, в пределах 1:0,01 до 1:0,50, получены экспериментальным путем и позволяют улучшить стойкость кожуха к воздействию открытого огня (повышение огнестойкости), диэлектричность и антистатичность.
Процентное соотношение определяется химической чистотой и процентным соотношением химически связанной воды в тригидрате алюминия.
Благодаря применению 2 и 5 мк тригидрата алюминия (мелкодисперсного), достигается оптимальное его распределение по объему полимерного связующего, а благодаря его круглой форме частиц, достигается улучшение механических характеристик и износостойкости, путем того, что округлые частицы лучше функционируют с полимерной матрицей и частично перераспределяют нагрузки, которым подвергается полимерная матрица, перед перенесением нагрузки на стеклоармирующий каркас. Основные марки Martinal 921, МС-251 производства США и Голландия.
В качестве стеклоармирующего каркаса применяются для продольного армирования стеклоровинги линейной плотностью 4800 текс с замасливателями, обеспечивающими химическое сходство с полимерной матрицей. Примеры: ЕС 24-4800-3500, EPX 17 4800 23 MIC, EDR 24-4800-312 T. Для придания поперечных нагрузок и сопротивления кручению применяются чопперные и длинноволокнистые стекломаты, стеклоткани би и мультиаксиальные.
Использование при изготовлении кожуха метода пултрузии позволяет изготавливать кожух с постоянной схемой армирования (расположения стеклоармирующих слоев).
Кожух используют следующим образом.
После монтажа токопроводящей системы, состоящей из контактного рельса и держателей, вдоль ходовых путей электротранспорта, производят изоляцию контактного рельса, для чего сверху на рельс устанавливают кожух и оказывают воздействие силы вниз, параллельно оси симметрии и кожуха. При этом головка контактного рельса мягко проходит между боковыми стенками, упирается в выпуклые выступы, расположенные на внутренней части контактного рельса. При осуществлении незначительного усилия, и благодаря упругости и эластичности боковых стенок выпуклого участка выступов (за счет наличия полости) происходит раздвижение боковых стенок от оси симметрии и плавное обтекание головки контактного рельса выпуклыми участками выступов. При полной посадке кожуха на контактный рельс головка рельса находится между продольными выступами 8, расположенными в верхней дугообразной стенке 1 и участками выступов 4 и 5 на боковых стенках. Выпуклые участки выступов 6 и 7 располагаются в нижней части головки, тем самым фиксируя кожух от вертикальных перемещений. После посадки боковые стенки сходятся обратно, касаясь нижней часть кожуха подошвы контактного рельса и достаточно плотно прилегая к нему выпуклыми участками 6 и 7, исключая горизонтальные перемещения кожуха. Посаженный, таким образом, кожух не препятствует осуществлению токосъема с нижней подошвы рельса проходящим электротранспортом, и осуществляет защиту контактного рельса, как от агрессивных условий внешней среды, так и защищает персонал и людей, попавших на пути, от поражения высоковольтным разрядом электрического тока, при касании контактного рельса (путевые работы без снятия напряжение, люди которые выбираются с путей на перрон и т.д.). Процесс съема кожуха осуществляется путем раздвижения боковых стенок 2 и 3 до образования между головкой рельса и участками 6 и 7 выступов зазора с внутренней стороны кожуха, и производят его снятие с рельса.