УСТРОЙСТВО ИЗОЛИРУЮЩЕГО СТЫКА, ИМЕЮЩЕГО МАГНИТНОЕ ПОЛЕ В СТЫКОВОМ ЗАЗОРЕ

Полезная модель относится к устройствам, имеющих магнитную систему, магнитное поле, которого взаимодействует 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 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 из стеклопластика на основе эпоксидных связующих, не решили проблемы надежности работы железнодорожного пути в стыковой зоне с точки зрения снижения намагниченности изолирующих стыков. Негативным аспектом проблемы является периодическое электрическое замыкание стыковых зазоров, по причине образования шунтирующих мостиков, возникающих в результате скапливания металлических частиц в районе изолирующих стыков. В изолирующем стыке, с повышенной напряженностью магнитного поля в стыком зазоре, шунтирующие мостики 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 комплекта 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 устройство изолирующего стыка, имеющего магнитное поле в стыковом зазоре, содержащего рельсы, изолирующую прокладку, стыковые накладки, узлы крепления накладок, магнитную систему снижения магнитной индукции в стыковом зазоре изолирующего стыка, состоящую из одного постоянного магнита и двух полюсных наконечников и подвижного ферромагнитного элемента для снижения до значения, обеспечивающее отсутствие напряженности магнитного потока в зазоре изолирующего стыка. (Патент RU №2548647, заявка: 2013138827 от 22.08.2013, МПК Е01В 11/00). Данное техническое решение принято в качестве прототипа.
Недостаток данного технического решения заключается в сложной длительной по времени технологической операции снижения напряженности магнитного поля в стыковом зазоре изолирующего стыка до нормируемых величин, исключающих замыкание изолирующего стыка с помощью подвижного ферромагнитного элемента. Необходимо использования технических средств измерения, требующих обслуживания специалистами высокой квалификации, прошедших обучение на предприятиях, являющимися разработчиками средств измерения. Необходимо использование одного из приборов «А9-1М», «СТЫК-3Д», «ИТРЦ-М» и специалистов службы средств СЦБ прошедших обучение на предприятиях, являющимися разработчиками данных приборов. Работа занимает длительное время по снятию, регулировке подвижного ферромагнитного элемента и установке устройства снижения напряженности в стыковом зазоре изолирующего стыка.
Задачей заявляемого устройства изолирующего стыка, имеющего магнитное поле в стыковом зазоре, 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 упрощении и сокращении времени выполнения технологической операции снижения напряженности магнитного поля в стыковом зазоре изолирующего стыка до нормируемых величин, исключающих замыкание изолирующего стыка, и исключение использования технических средств измерения, требующих обслуживания специалистами высокой квалификации, прошедших обучение на предприятиях, являющимися разработчиками средств измерения.
Указанный технический результат достигается устройством изолирующего стыка, имеющего магнитное поле в стыковом зазоре, содержащее рельсы, изолирующую прокладку, стыковые накладки, узлы крепления накладок, магнитную систему 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.
Упрощении и сокращении времени выполнения технологической операции снижения напряженности магнитного поля в стыковом зазоре изолирующего стыка до нормируемых величин, исключающих замыкание изолирующего стыка, и исключающее использование технических средств измерения, требующих обслуживания специалистов высокой квалификации, прошедших обучение на предприятиях, являющимися разработчиками средств измерения достигается за счет того, что 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 индукции которого, в стыковом зазоре изолирующего стыка, не меньше 30 мТл. Указанные форма, габаритные размеры и физические свойства магнитной системы позволяют создать максимально компактную магнитную систему для снижения напряженности магнитного поля в стыковом зазоре изолирующего стыка до нормируемых величин. При этом магнитная система легко, в короткое время, может устанавливаться на рельсы в районе изолирующего стыка, данную систему легко и быстро можно заменить на новое устройство с другими параметрами магнитного поля.
Согласно закона Ома для магнитной цепи, падение магнитного напряжения на участке магнитопровода длиной l равно произведению магнитного потока Ф и магнитного сопротивления RM. Чем меньше сопротивление, тем меньше падение магнитного напряжения. Магнитное сопротивление пропорционально длине магнитопровода и обратно пропорционально площади сечения зазора равного площади сечения прилегающих участков магнитопровода. Оптимизация площади сечения прилегающих участков определялась из условий максимальной прочности корпуса, в котором находится магнитная система. Корпус находится под подошвой рельса, на него действует циклически-изменяющаяся нагрузка, чтобы противостоять разрушения корпус должен иметь форму усеченной пирамиды, где большая площадь пирамиды определяется шириной подошвы рельса, а меньшая габаритами постоянного магнита. Максимально, постоянный магнит может иметь длину не более половины ширины подошвы рельса, а ширина магнита, расстояние между плоскостями являющимися полюсами, не более 30 мм. Увеличение данного параметра приводит к увеличению меньшей площади пирамиды и снижению прочности корпуса. Этот параметр также влияет на величину создание магнитного поля магнитной системой в стыковом зазоре. Экспериментально установлено, что в стыковом зазоре изолирующего стыка, необходимо создавать магнитное поле, магнитная индукции которого, не меньше 30 мТл, это обеспечивается при условии, что расстояние между противоположными гранями постоянного магнита, являющимися полюсами магнита должно быть не более 30 мм.
В зависимости от величины магнитной индукции в стыковом зазоре, величина, магнитной индукции магнитной системы снижения магнитной индукции в стыковом зазоре изолирующего стыка должна находиться в пределах, указанных в таблице №1
Чтобы снизить индукцию магнитного поля в стыковом зазоре до нормативной величины на изолирующий стык достаточно установить соответствующую магнитную систему, указанную в таблице №1. Установка магнитной системы не требует высокой квалификации специалиста, она легко устанавливается при помощи пружин. В случае, если ранее установленная магнитная система не приводит напряженность магнитного поля в стыковом зазоре к нормируемому значения, ее легко можно заменить на другую, имеющую большее значение магнитной индукции.
На фиг. 1 представлено устройство изолирующего стыка, имеющего магнитное поле в стыковом зазоре равное 30 мТл, до установки магнитной системы имеющее магнитное поле равное 85 мТл.
На фиг. 2 представлено устройство изолирующего стыка, имеющего магнитное поле, после установки магнитной системы.
На фиг. 3 представлена магнитная система снижения магнитной индукции в стыковом зазоре изолирующего стыка.
Устройство изолирующего стыка, имеющего магнитное поле в стыковом зазоре содержит рельсы 1 и 2, стыковые накладки 3, узлы 4 крепления накладок 3, магнитную систему 5 снижения магнитной индукции, в стыковом зазоре 6 изолирующего стыка, состоящую из одного постоянного магнита 7 и двух полюсных наконечников 8 и 9. Максимальная толщина А магнита 7 равна 30 миллиметрам. Полюсные наконечники 8 и 9 одной торцовой плоскостью 8.1 и 9.1 прижаты к подошвам рельсов 1 и 2, а другой торцовой плоскостью 8.2 и 9.2 одному из полюсов магнита 7. Полюсные наконечники 8 и 9 соединены между собой с помощью накладок выполненных из немагнитного материала, на фигуре не показаны. Полюсные наконечники 8 и 9 находятся в отдельном корпусе 10, залиты полиуретановой композицией 11, закреплены на подошве рельсов 1 и 2 с помощью упругих пружин 12 и 13. Плоскости полюсных наконечников 8.1 и 9.1 прилегающих к подошве покрыты эластичным диэлектрическим материалом 14.
с
c
c
Предлагаемое техническое решение изолирующего стыка, имеющего магнитное поле в стыковом зазоре изолирующего стыка апробировано на Дальневосточной железной дороге на участке Пивань-Селихино. Измерения магнитной индукции магнитного поля система снижения магнитной индукции в стыковом зазоре изолирующего стыка и магнитной индукции магнитного поля в стыковом зазоре изолирующего стыка производили, в районе стыкового зазора на уровне горизонтальной поверхности головки рельса, с помощью прибора СТЫК-3Д. В исходном состоянии в зазоре изолирующего стыка имелось магнитное поле, магнитная индукция которого ровнялась Н=30 мТл, что значительно больше допустимого значения. По таблице №1, для изолирующего стыка с такой величиной индукции, выбрали магнитную систему с индукцией магнитное поле с Н=85 мТл. После установки магнитной системы в изолирующем стыке образовалось магнитное поле с магнитной индукцией равной Н=8 мТл, что ниже допустимого нормируемого значения. Характер изменений напряженности магнитного поля представлен на графиках на фиг. 1 и фиг. 2. 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. Все измерения, как в процессе установки, так и в процессе контроля напряженности магнитного поля в зазоре изолирующего стыка, проводились специалистами, прошедшими обучение у разработчика прибора СТЫК-3Д. Работа с прибором СТЫК-3Д занимала достаточно много времени.