УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ИЗОЛЯЦИОННЫХ СТЫКОВ РЕЛЬСОВ ОТ СКОПЛЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ СТРУЖКИ
DEVICE FOR PROTECTION OF INSULATION JOINTS OF RAILS AGAINST ACCUMULATION OF METAL CHIPS

Изобретение относится к магнитным ловушкам и может быть использовано для защиты от скопления металлической стружки и окалины на изоляционных стыках рельсов на электрифицированных участках железной дороги.
Наличие металлической стружки на изоляционных стыках приводит к утечке сигнала с одного блока участка на соседний, что может привести к нарушению безопасности движения поездов.
Проведенный поиск информации по защите изоляционных стыков рельсов от забивания не дал результата. Найдены были изобретения по использованию постоянных магнитов для рассортировки сухих и жидких смесей.
Известен патент РФ №2138801, МПК 6 G01N 33/15, 6 В03С 1/28, дата подачи заявки 1995.10.20 «Устройство для отделения частиц». Сущность изобретения заключается в том, что устройство для отделения магнитных частиц содержит продолговатый защитный корпус. В нем установлен магнитный стержень с возможностью возвратно-поступательного перемещения. Отношение длины магнитного стержня к его толщине составляет не менее 2:1. Стержень вводят в смесь, магнитные частицы собираются на его кончике, затем его извлекают и переносят их в другую емкость.
Данную конструкцию применить для сбора металлической стружки и окалины на рельсах не представляется возможным. Сопоставление данного изобретения с предлагаемым нами показывает, что в обоих случаях использовано свойство магнитов притягивать металлические частички.
Известен патент РФ №2263548, МПК 7 В03С 1/00, дата подачи заявки 2004.10.14 «Способ извлечения магнитных частиц и магнитный сепаратор для его осуществления».
Способ включает подачу сепарирующей среды на один или несколько трубчатых осадительных элементов, выполненных из немагнитного материала и установленных в сепарируемой среде, воздействие на среду неоднородного магнитного поля со стороны источника намагничивания, расположенного внутри осадительного элемента. Причем наличие частиц идет не на магнитном рабочем органе, а на осадительном элементе, который постоянно самоочищается за счет установки точечных постоянных магнитов по спирали.
Самоочищение осуществляется в результате вращения спиралеобразного источника намагничивания. Магнитный сепаратор содержит корпус с зоной осаждения и зоной сбора удавленных частиц по поверхности выполненных из немагнитного материала полых трубчатых осадительных элементов, внутри которых установлены источники намагничивания в виде цилиндров с возможностью вращения, на поверхности цилиндров закреплены по спирали точечные постоянные магниты одинаковыми полюсами наружу, а осадительные элементы оснащены направляющими.
Осадительные элементы установлены вертикально, а направляющие выполнены, например, в виде буртика по поверхности осадительного элемента. Данное изобретение невозможно по конструктивному исполнению применить для предупреждения замыкания электрической цепи в изоляционных стыках железнодорожных рельсов. Общее только одно - использование свойств магнитов.
Наиболее близким аналогом является заявка на изобретение РФ №2001120758, МПК 7 В03С 1/00, дата подачи заявки 2001.07.25 «Способ извлечения магнитных частиц из жидких, газообразных и сыпучих сред и устройство для его осуществления».
Сущность заключается в том, что используют осадительные элементы путем воздействия на среду неоднородного магнитного поля со стороны магнитной системы, расположенной внутри осадительных элементов при обтекании их средой, которая очищается тем, что поток среды формулируют с учетом топологии магнитного поля.
Конструкция магнитного сепаратора включает корпус с немагнитной крышкой, в котором расположен магнитный блок в виде осадительных элементов, которые состоят из магнитной системы, собранной из постоянных магнитов, концентраторов и немагнитной оболочки, присоединенной к крышке, коллектора подачи и отвода очищаемой среды, магнитный блок дополнительно снабжен элементами, которые являются распределителями-формирователями потока среды в объеме корпуса сепаратора. Распределители-формирователи потока выполнены в виде стержня с криволинейной поверхностью.
По конструктивному исполнению указанная заявка на изобретение также не может быть использована для предупреждения замыкания электрической цепи в изолированных стыках железнодорожных рельсов.
Общее только одно: магнитный блок состоит из магнитной системы, собранной из постоянных магнитов, на которые идет осаждение металлических частиц. Это свойство постоянных магнитов широко известно.
Задача данного технического решения заключается в том, чтобы предупредить замыкание электрической цепи в изоляционных стыках железнодорожных рельсов.
Она решается тем, что предложено устройство для защиты изоляционных стыков от скопления металлических частиц на электрифицированных участках железной дороги, включающее комплект постоянных магнитов, отличающееся тем, что комплект постоянных магнитов с напряженностью магнитного поля не менее 70 м Тл установлен по ходу поезда перед светофором на шейке рельса между головкой и подошвой рельса на длине, равной окружности колеса локомотива, начиная от изолированной накладки, соединяющей два рельса.
Предложенное устройство поясняется на чертежах
На фиг.1 дана схема размещения постоянных магнитов;
на фиг.2 - схема магнитных полей постоянных магнитов;
на фотографии 1 показано расположение металлических частиц, задержанных магнитным полем постоянного магнита.
На фиг.1 представлены: изоляционный стык - 1, торец одного рельса - 2, торец другого рельса - 3, изолированная накладка, соединяющая оба рельса - 4; комплект постоянных магнитов - 5, головка рельса - 6, подошва рельса -7.
На фиг.2 показаны магнитные поля, образованные постоянными магнитами.
На фотографии показана картина осаждения металлических частичек в виде стружки и окалины. На головке рельса 6 и на постоянном магните 5, как видно из фотографии, происходит намагничивание головки рельса 6 и расширение магнитного поля.
Комплект постоянных магнитов 5 размещается по ходу движения поезда перед светофором. Наиболее оптимальное размещение постоянных магнитов - перед изоляционным стыком, начиная от изолированной накладки, полюса вверх. Расстояние, на котором размещаются по длине постоянные магниты 5, определяются из расчета возможности улавливания металлических частичек образованным магнитным полем.
Как показали наблюдения, металлические частички вырываются как от рельсов, так и от колес подвижного состава, прежде всего локомотива, при прохождении кривых участков железнодорожного пути и при торможении.
Траектория металлической частички, оторванной от рельса, не имеет большой скорости и направлена вниз, попадая почти вертикально в магнитное поле, образованное головкой рельса 6 и постоянными магнитами 5.
Траектория металлической частички, оторванной от колеса подвижного состава, определяется скоростью движения поезда и скоростью вращения колеса, а также весом металлической частички. Следует также учитывать, что отрыв металлической частички колеса может происходить не только в месте стыка колеса с рельсом, частичка может прилипнуть и оторваться от колеса, по всей вероятности, при движении вниз, поэтому расстояние, на котором расположены магниты, равно длине окружности колеса локомотива. Зная скорость движения поезда, массу частички, можно рассчитать силу движения частички по формуле:
k
k
F=ma; где F - сила движения металлической частички, m - масса металлической частички, a - ускорение.
Чтобы уловить металлические частички с колес подвижного состава необходимо, чтобы напряженность магнитного поля была больше силы движения летящей металлической частички. В патенте РФ №2263548, МПК 7 В03С 1/00 (дата заявки 2004.10.14) приведена формула расчета силы, действующей на взвешенную частичку со стороны магнитного поля. Она пропорционально равна произведению напряженности магнитного поля (Н), градиента этого поля , восприимчивости частиц (x) и ее объема (V):
,
y
где F - сила, действующая на взвешенную частичку;
2
- градиент напряженности магнитного поля H по оси x, А/м;
x - магнитная восприимчивость материала частицы, ед., СИ;
3
V - объем частицы, м;
0
π
-7
µ=4·10 - магнитная постоянная, Тл·м/А.
k
x
В нашем случае объем частицы следует пересчитать в массу. И тогда получаем, что F<F; как показал эксперимент, магнитная индукция должна составлять не менее 0,07 Тесла.
k
Устройство работает следующим образом. Постоянные магниты 5 совместно с головкой рельса 6 образуют достаточно большое магнитное поле. На металлические частички, которые оторвались от рельса, будут действовать силы тяжести и силы инерции, траектория движения этой частички будет определяться магнитным полем, образованным головкой рельса 6. Сила движения металлических частичек рельса будет много меньше F силы движения металлических частичек, которые оторвались от колеса подвижного состава.
На металлические частички, которые оторвались от колеса, будут действовать силы инерции движения поезда, т.е. она будет двигаться со скоростью поезда по траектории движения колеса и, следовательно, будет входить в магнитное поле практически под прямым углом. Причем если металлическая частичка пролетит через первый постоянный магнит, то вторым, третьим магнитом она будет уловлена.
На фотографии показана картина осаждения металлических частиц. Предложенное изобретение было испытано на перегонах Туринская-Карымская и Карымская-Тарская (Забайкальская железная дорога).
Результаты опытной эксплуатации показали эффективную работу комплекта постоянных полимерных магнитов для сбора стружки и окалины, что повысило надежность разделения смежных рельсовых цепей и предотвращение закорачивания изолирующих изоляционных стыков. Сбоев в работе локомотивных устройств безопасности АЛСН и «Клуб» на опытных изолирующих стыках от воздействия магнитного поля, создаваемого постоянными магнитами 5, не зафиксировано.