УСТРОЙСТВО МАГНИТНОЙ ЦЕПИ ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ И ПОСЛЕДУЮЩЕГО СНИЖЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ В ЗАЗОРЕ ИЗОЛИРУЮЩЕГО СТЫКА

Полезная модель относится к устройствам, имеющим магнитную систему, магнитное поле которого образовано несколькими магнитными полями, которое взаимодействует с магнитным полем стыкового зазора изолирующего стыка, с целью снижения магнитного поля изолирующего стыка.
Безопасная и надежная работа железнодорожного пути во многом зависит от состояния изолирующих стыков железнодорожных рельсов. Департаментом пути и сооружений железные дороги» совместно с НПП «АпАТэК» выполнена большая работа по исследованию намагниченности концов рельсов в изолирующих стыках разной конструкции. Исследования показали, что причиной возникновения шунтирующего мостика и эффекта прилипания является неконтролируемая остаточная намагниченность рельсов в районе стыкового зазора изолирующего стыка, которая способствует формированию проводящих цепочек из металлической стружки, образующейся при механическом воздействии тормозных колодок на колеса подвижного состава и колес на рельсы. Измерения были выполнены на однопутных и многопутных участках, где осуществляется разгон и торможение проходящих поездов (электрифицированных на постоянном или переменном токе), в изолирующих стыках с композитными, металлокомпозитными накладками «АпАТэК», объемлющими металлическими накладками, фрезерованными металлическими накладками, металлополимерными накладками «Гефест-Ростов» и в традиционных клееболтовых стыках. Кроме того, для сравнения были проведены замеры в обычных стыках с металлическими накладками. В результате исследований выявлено:
- намагниченность рельсов на электрифицированных участках на переменном токе значительно выше, чем на постоянном токе;
- нет существенных различий по намагничиванию стыков на участках пути торможения, разгона или плавного движения;
- по степени намагничивания стыков путь можно разбить на три группы: участки стыкования постоянного тягового тока с переменным, участки с постоянным и участки с переменным тяговым током;
- наибольшая намагниченность стыков наблюдается на участках пути стыкования постоянного тягового тока с переменным;
- на участках пути с переменным тяговым током намагниченность стыков в среднем на 30% ниже, чем на путях стыкования токов;
- на участках пути с постоянным тяговым током намагниченность стыков в среднем на 50% ниже, чем на путях стыкования токов.
(Интернет ресурс https://pandia.ru/text/80/263/78581.php).
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 приводит 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 поля 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 устройство для снижения магнитной индукции в стыковом зазоре изолирующего стыка, состоящее 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 технического решения является зависимость магнитных характеристик устройства от степени намагниченности изолирующего стыка, то есть в зависимости от степени напряженности магнитного поля изостыка, нужно как минимум три различных устройства с различными магнитными характеристиками, для того чтобы добиться изменения ниже допустимого нормируемого значения напряженности магнитного поля в зазоре изолирующего стыка.
Задачей заявляемого устройства магнитной цепи для обнаружения и последующего снижения напряженности магнитного поля в зазоре изолирующего стыка является повышение безопасности движения подвижного железнодорожного состава на участках с автономной и электрической тягой постоянного и переменного тока, имеющих изолирующие стыки рельсов различной напряженностью магнитного поля.
В процессе решения поставленной задачи достигается технический результат, заключающийся в снижении напряженности магнитного поля в зазоре изолирующего стыка с различной степенью напряженности магнитного поля без изменения магнитных характеристик шунта.
Технический результат достигается устройством магнитной цепи для обнаружения и последующего снижения напряженности магнитного поля в зазоре изолирующего стыка, включающим в себя магнитное поле шунта, состоящего из постоянного магнита и двух полюсных наконечников, соединенных воедино и установленных на подошвах концов рельсов изолирующего стыка, магнитные зазоры между поверхностями полюсных наконечников шунта и поверхностью подошвы рельса, имеющие магнитные потери, магнитное поле изолирующего стыка противоположной направленности магнитному полю шунта, с напряженностью магнитного поля в зазоре изолирующего стыка, превышающим 10 мТс, магнитное поле индикатора, состоящего из постоянного магнита и двух полюсных наконечников, расположенных над магнитным полем изолирующего стыка, в поле которого, между наконечниками индикатора, находится магнитная стрелка, положение которой в плоскости, параллельной плоскости головки рельса, определяется взаимодействием магнитных полей шунта, изолирующего стыка, индикатора и магнитными потерями в магнитных зазорах между поверхностями полюсных наконечников и подошвы рельса. Кроме этого, полюсные наконечники шунта выполнены L-образной формы, образуя постоянный U-образный магнит, в поперечном сечении имеющий Т-образную форму, магнитные зазоры имеют прямоугольную форму, со сторонами, расположенной поперек подошвы рельса, равными (80-99)% ширины подошвы рельса, сторонами, расположенными вдоль подошвы длиной не менее 50 мм, а объемы магнитных зазоров заполнены эластичным магнитодиэлектрическим металлополимерным материалом, магнитопровод индикатора имеет П-образную форму, состоит из постоянного магнита, установленного в полке и двух полюсных стоек-наконечников, продольная ось магнитной стрелки совпадает с центральной осью полюсных наконечников индикатора, а ось вращения магнитной стрелки совпадает с осью симметрии постоянного магнита индикатора, при магнитной напряженности в зазоре изолирующего стыка, не превышающей 10 мТс, магнитная стрелка расположена вдоль зазора изолирующего стыка.
Исследования намагниченности изолирующих стыков позволили выявить безопасный уровень, при котором отсутствует налипание стружки, не происходит замыкание рельсов, безопасным уровнем намагниченности изолирующего стыка считается 10 мТл и менее. («Технология обеспечения нормативного значения намагниченности рельсов, изолирующих стыков и рельсовых элементов стрелочных переводов». Утверждены Распоряжением ОАО «РЖД» №5р от 09.01.2013 г.). Исходя из данных параметров, а также статистических данных, полученных авторами при измерении магнитной напряженности в стыковом зазоре, показывающих, что эти значения могут достигать более 60 мТл. Авторами были проведены расчеты магнитной цепи, состоящей из магнитного поля в зазоре изолирующего стыка с напряженностью, превышающую 10 мТс, магнитного поля шунта противоположной направленности полю изолирующего стыка, состоящего из постоянного магнита и двух полюсных наконечников L-образной формы, соединенных воедино, образуя постоянный U-образный магнит, в поперечном сечении имеющий Т-образную форму и установленных на подошвах концов рельсов изолирующего стыка, магнитных зазоров между поверхностями полюсных наконечников шунта и поверхностью подошв рельса, имеющие магнитные потери, магнитного поля индикатора, состоящего из постоянного магнита и двух полюсных наконечников, расположенных над магнитным полем изолирующего стыка, в поле которого, между наконечниками индикатора, находится магнитная стрелка.
Расчеты показали, что устройство магнитной цепи, взаимодействием магнитных полей шунта, изолирующего стыка, индикатора и магнитными потерями в магнитных зазорах между поверхностями полюсных наконечников и подошвы рельса позволяет оценить величину напряженности и направленность магнитного поля изолирующего стыка и снизить ее от 60 мТл и более до величины менее 10 мТс и оставить в поле допуска на длительное время, за счет изменения магнитного зазора и величины магнитных потерь между полюсными наконечниками шунта и плоскостью подошвы. Магнитные зазоры имеют прямоугольную форму, со сторонами, расположенной поперек подошвы рельса, равными (80-99)% ширины подошвы рельса, сторонами, расположенными вдоль подошвы длиной не менее 50 мм, объемы магнитных зазоров заполнены эластичным магнитодиэлектрическим металлополимерным материалом.
Снижение напряженности магнитного поля изолирующего стыка, а при необходимости, при повторной намагниченности стыка, быстрое уменьшение напряженности до допустимых значений, не изменяя магнитных характеристик шунта, достигается за счет выбора оптимальных величин значения магнитных потерь в магнитной цепи путем изменения объема магнитного зазора между полюсными наконечниками шунта и плоскостью подошвы рельсов.
Таким образом, устройство магнитной цепи для обнаружения и последующего снижения напряженности магнитного поля в зазоре изолирующего стыка позволяет снизить напряженность магнитного поля в зазорах с различной степенью напряженности магнитного поля без изменения магнитных характеристик шунта, повысить безопасность движения подвижного железнодорожного состава на участках с автономной и электрической тягой постоянного и переменного тока, на которых имеются изолирующие стыки, с различной напряженностью магнитного поля в стыках с помощью применения однотипного устройства, тем самым минимизировать скопления на изолирующем стыке металлических частиц в виде стружки и окалины, исключить возможности замыкания рельсовой электрической цепи, снизить затраты на изготовление шунта путем оптимизации, а именно изготовлением однотипных устройств, и временные затраты на установку и переустановку при повторной намагниченности стыка.
Предлагаемое техническое решение апробировано на ОАО РЖД. Разработаны Технические условия. Скопления металлической стружки в зазоре и вокруг изолирующего стыка при установке устройства не наблюдается длительное время. Нарушения систем безопасности и связи подвижного состава не отмечалось.