Металлокомпозитная накладка клееболтового изолирующего стыка

Полезная модель относится к верхнему строению железнодорожного пути, а именно к конструкции металлокомпозитных изолирующих накладок для электрически изолированных неразъемных рельсовых стыковых соединений.
Известно электрически изолирующее неразъемное рельсовое стыковое соединение - патент РФ №48329, содержащее электрически изолированные накладки, расположенные по обеим сторонам стыкуемых концов рельсов, стянутые между собою и соединяемыми рельсами с помощью электрически изолированных стяжных крепежных элементов (болтов или шпилек), пропущенных сквозь соосные отверстия, выполненные в шейках рельсов и накладках, при этом каждая накладка выполнена со стальной обечайкой, прилегающей к рельсу, и полнопрофильным стальным сердечником, подобными по форме профилю рельса со стороны его шейки, причем электрическая изоляция накладки выполнена с помощью электроизолирующего слоя, размещенного между упомянутыми обечайкой и сердечником, а наружная поверхность сердечника выполнена вертикально плоской, при этом монтажные зазоры между контактными поверхностями элементов соединения заполнены клеевой композицией.
За прототип выбрана используемая в данном соединении металлокомпозитная накладка клееболтового изолирующего стыка, состоящая из подобных по форме профилю рельса со стороны его шейки полнопрофильного стального сердечника, контактирующей с рельсом стальной обечайки, а также расположенного между ними склеивающего их слоя электроизоляции, выполненного из композитного материала; в накладке выполнены отверстия для стяжных крепежных элементов; наружная поверхность сердечника выполнена вертикально плоской.
Все данные существенные признаки, кроме выполнения наружной поверхности сердечника вертикально плоской, совпадают с существенными признаками предлагаемого решения.
Известная из прототипа металлокомпозитная накладка имеет недостаточную усталостную прочность, связанную с тем, что стальной сердечник накладки не обладает достаточной жесткостью, так как его наружная поверхность выполнена плоской и не выходит за габариты головки рельса в верхней части, а также не доходит до пружины рельсового скрепления в нижней части. Кроме того, за счет меньшего поперечного сечения стальных сердечников пары накладок в стыковом соединении по сравнению с площадью сечения рельса существует опасность нарушения изоляции соединения, связанная с ухудшением шунтирующих свойств стыкового соединения, что приводит к повышению намагниченности рельсов в районе соединения и возможности образованием электрического мостика из металлических стружек (продуктов взаимодействия рельсов и колесных пар) между соединяемыми рельсами.
Технической задачей, на решение которой направлено данное техническое решение, является повышение прочностных, жесткостных, усталостных и электроизолирующих свойств металлокомпозитной накладки.
Поставленная техническая задача решается тем, что в металлокомпозитной накладке клееболтового изолирующего стыка, состоящей из подобных по форме профилю рельса со стороны его шейки полнопрофильного стального сердечника, контактирующей с рельсом стальной обечайки, а также расположенного между ними склеивающего их слоя электроизоляции, выполненного из композитного материала; в накладке выполнены отверстия для стяжных крепежных элементов, в отличие от прототипа, наружная поверхность полнопрофильного стального сердечника выполнена из условия выступания за пределы головки рельса, при этом стальной сердечник по всей длине имеет выемку для пропуска гребня колеса подвижного состава, а также уступ для установки стальных клемм современных типов рельсовых скреплений; стальная обечайка состоит из двух частей, расположенных с зазором в средней части накладки.
Дополнительно, для достижения максимального шунтирующего эффекта толщина стального сердечника накладки выбрана исходя из превышения площади поперечного сечения над половиной площади поперечного сечения рельса. Также, для обеспечения максимального срока службы и возможности ее монтажа без селективного подбора накладок к стыкуемым рельсам, геометрические параметры внутренней части накладки выбраны исходя из обеспечения толщины монтажного зазора между контактными поверхностями элементов накладки и рельса от 0,5 до 3,5 мм в районе шейки рельса и от 0 до 0,5 мм по опорным поверхностям в районе головки и подошвы рельса для всего диапазона (поля допуска) размера высоты пазух стыкуемых рельсов, т.е. при подборе размеров накладки отдается приоритет плотному прилеганию в районе головки и подошвы рельса и гарантированному зазору в районе шейки. А для обеспечения оптимального соотношения истираемости стальных обечаек и технологичности их изготовления (придания прессом нужного профиля) их толщина составляет 1,5 мм.
Отличительными признаками предлагаемого технического решения от прототипа являются следующие: наружная поверхность полнопрофильного стального сердечника выполнена из условия выступания за пределы головки рельса, при этом стальной сердечник по всей длине имеет выемку для пропуска гребня колеса подвижного состава, а также уступ для установки стальных клемм современных типов рельсовых скреплений; стальная обечайка состоит из двух частей, расположенных с зазором в средней части накладки. Дополнительно, толщина стального сердечника накладки выбрана исходя из превышения площади поперечного сечения над половиной площади поперечного сечения рельса; геометрические параметры внутренней части накладки выбраны исходя из обеспечения толщины монтажного зазора между контактными поверхностями элементов накладки и рельса от 0,5 до 3,5 мм в районе шейки рельса и от 0 до 0,5 мм по опорным поверхностям в районе головки и подошвы рельса для всего диапазона размера высоты пазух стыкуемых рельсов; толщина стальных обечаек составляет 1,5 мм.
Благодаря наличию данных отличительных признаков достигается следующий технический результат: за счет увеличения толщины существенно повышается жесткость и усталостная прочность накладки и шунтирующие свойства изолирующей накладки, а следовательно, и электроизолирующие свойства соединения; для этого же предназначено и выполнение стальных обечаек накладки из двух частей; выполнение размеров накладки с обеспечением по монтажным зазорам плотного прилегания изолирующей накладки к стыкуемым рельсам в районе головки и подошвы рельса и гарантированного зазора в районе шейки, а также возможность монтажа изолирующего стыка без селективного подбора накладок к стыкуемым рельсам, а также выполнение обечаек толщиной 1,5 мм обеспечивает максимальную прочность накладки и, следовательно, надежность соединения.
Предлагаемое техническое решение может быть использовано в изолирующих стыках, предназначенных для электрической изоляции одного блок-участка бесстыкового или звеньевого железнодорожного пути, оборудованным электрическими рельсовыми цепями, от другого.
Решение поясняется рисунками фиг. 1-2.
На фиг. 1 изображены общий вид и поперечный разрез металлокомпозитной накладки.
На фиг. 2 изображен клееболтовой изолирующий стык и поперечный разрез по нему.
На фиг. 1, 2 обозначены: стыкуемые рельсы 1, металлокомпозитные накладки 2, электрически изолирующие втулки 3, стяжные крепежные элементы (болты) 4, пропущенные сквозь соосные отверстия 5, выполненные в шейках 9 рельсов 1 и накладках 2; накладка 2 изготовлена в заводских условиях наклейкой двух частей стальной обечайки 6 в процессе формирования электроизолирующего слоя 7 на полнопрофильном стальном сердечнике 8; в местах прилегания к рельсу 1 накладка 2 имеет форму, подобную форме профиля рельса 1 со стороны его шейки 9; наружная поверхность накладки 2 (по сути полнопрофильного стального сердечника 8 накладки 2) выступает за пределы головки 10 рельса 1; сердечник 8 по всей длине в районе головки 10 рельса 1 имеет выемку 11 для пропуска гребня колеса подвижного состава (не приведен), а в районе подошвы 12 рельса 1 уступ 13 для установки стальных клемм современных типов рельсовых скреплений (не приведены); между стыкуемыми рельсами 1 расположена стыковая прокладка 14 из диэлектрического материала; стальная обечайка 6 накладки 2 состоит из двух частей, расположенных с зазором 15 в районе стыковой прокладки 13.
Для достижения максимального шунтирующего эффекта толщину стального сердечника 8 накладки 2 следует выбирать исходя из превышения площади его поперечного сечения над половиной площади поперечного сечения рельса 1, соответственно из условия превышения площади поперечного сечения двух накладок 2 над площадью поперечного сечения рельса 1. Так, например, удвоенная площадь поперечного сечения сердечника 8 накладки 2 для рельса типа S60 составит 8158 кв. мм, что больше площади поперечного сечения рельса 1 типа S60, составляющей 7740 кв. мм, и обеспечивает достаточный шунтирующий эффект.
Для обеспечения максимального срока службы накладки и, соответственно, стыка и возможности его монтажа без селективного подбора накладок к стыкуемым рельсам геометрические параметры внутренней (прилегающей к рельсу 1) части накладки 2 выбраны исходя из обеспечения толщины монтажного зазора между контактными поверхностями элементов накладки и рельса от 0,5 до 3,5 мм в районе шейки 9 рельса 1 и от 0 до 0,5 мм по опорным поверхностям в районе головки 10 и подошвы 12 рельса 1 для всего диапазона (поля допуска) размера высоты пазух стыкуемых рельсов.
Как показали испытания, для обеспечения оптимального соотношения истираемости стальных обечаек 6 и технологичности их изготовления (придания прессом нужного профиля) их толщина составляет 1,5 мм.
Изготовление металлокомпозитных изолирующих накладок 2 производится методом прямого прессования на гидравлических прессах следующим образом.
Металлические сердечники 8 изготавливаются механической обработкой на станках с ЧПУ из полос заготовок специального профиля, прокатанных из высокопрочной легированной стали.
Металлические обечайки 6 изготавливаются методом пластической деформации из стального листа толщиной 1,5 мм на гидравлическом прессе. Отверстия в обечайках пробивают на специальном штампе.
Для соединения металлических обечаек 6 и сердечника 8 используется клеевой препрег, изготавливаемый на специальной пропиточной установке, где стеклоткань пропитывается полимерным составом.
Сердечник 8 и металлические обечайки 6 после контроля геометрических размеров поступают на участок пескоструйной обработки. Поверхности деталей, подлежащие соединению, обрабатывают твердой крошкой до получения нужной шероховатости.
На поверхность сердечника 8 укладывают несколько слоев препрега. Сверху на препрег укладывают металлические обечайки 6.
Всю сборку укладывают в специальную оснастку и помещают в пресс, где при заданных значениях температуры и давления происходит полимеризация препрега и склеивание металлических обечаек 6 с сердечником 8 с образованием между ними электроизолирующего слоя 7.
Монтаж накладок в изолирующих стыках производится на специализированных предприятиях или в действующем железнодорожном пути следующим образом.
Металлокомпозитные изолирующие накладки 2 и рельсы 1 в местах склейки обрабатываются твердой крошкой до требуемой шероховатости. Места склейки обезжириваются. На поверхность рельсов 1 и накладок 1 наносится специальная клеевая композиция. Металлокомпозитные накладки 2 устанавливаются в пазухи стыкуемых рельсов 1 и стягиваются высокопрочными стыковыми болтами 4. Затяжка болтов 4 осуществляется в определенной последовательности установленной технической документацией. После сборки клееболтовой стык проходит обязательную термообработку в печи или в специальном нагревательном устройстве.