УЗЕЛ КРЕПЛЕНИЯ ЗАЗЕМЛЕНИЯ ДЛЯ ПРИСОЕДИНЕНИЯ КАБЕЛЯ ЗАЗЕМЛЕНИЯ К РЕЛЬСАМ КОНТАКТНОЙ СЕТИ

Заявляемая полезная модель относится к области электрификации железных дорог, конкретнее к оборудованию электрифицированного железнодорожного транспорта, и может быть использована для присоединения кабеля заземления от поддерживающих конструкций контактной сети к рельсам пути.
Все металлические конструкции, расположенные на расстоянии менее 5 м от частей контактной сети, находящихся под напряжением, металлические опоры и детали крепления изоляторов на железобетонных и каменных искусственных сооружениях, а также на железобетонных опорах должны быть заземлены. Заземления обеспечивают малое сопротивление току при коротких замыканиях на указанные устройства, а, следовательно, отключение быстродействующей защиты контактной сети, и создают безопасные условия.
Широко известно выполнение заземления стальным проводом диаметром не менее 12 мм при постоянном и не менее 10 мм при переменном токе. Этот провод присоединяют к заземляемой конструкции болтами или сваркой, а к рельсу крепят у подошвы с помощью крюкового болта, обеспечивая резьбовой затяжкой хороший контакт (см. например, книги Ю.И. Горошкова, Контактная сеть. М., «Транспорт», 1990, с. 261, рис. 176; А.В. Фрайфельда, Н.А. Бондарева, А.С. Маркова, Устройство, сооружение и эксплуатация контактной сети и воздушных линий. М., «Транспорт», 1987, с. 142, рис. 176; К.М. Марквардта, Контактная сеть. М., «Транспорт», с. 272, рис. 13.35).
Однако соединение рельсов через опоры с землей ведет, во-первых, к увеличению токов утечки в землю, что на дорогах с электрической тягой постоянного тока приводит к коррозии опор, и, во-вторых, может нарушить работу устройств автоматики и телемеханики.
Известен узел крепления заземления к рельсу, включающий клыковую шайбу, взаимодействующую с рельсом, и заземляющий болт (открытое применение ОАО «РЖД»).
Недостаток этого устройства заключается в том, что для его установки необходимо в рельсе высверливать отверстие.
Известен также узел крепления заземления для присоединения кабеля заземления к рельсам контактной сети, содержащий прижимную клемму, выполненную из прямоугольной металлической пластины, имеющей сквозное отверстие и расположенные по одну сторону отгибы, один из которых короче другого по высоте на величину толщины подошвы рельса, соединитель заземляющий, выполненный из металлической пластины, имеющей сквозное отверстие, и отгиб, завитый с возможностью обеспечения электрического контакта с металлическим кабелем, универсальный захват, выполненный из металлической пластины, имеющей сквозное отверстие, и расположенные по одну сторону отгибы, один из которых имеет загнутую кромку с возможностью фиксации верха подошвы рельса, при этом упомянутое отверстие размещено на определенном расстоянии. Прижимная клемма, заземляющий соединитель и универсальный зажим соединены между собой посредством резьбового элемента, продетого через упомянутые отверстия в них (RU 96075, МПК B60S 9/00, B60R 11/00, оп. 20.07.2010).
Наличие большого числа промежуточных переходных контактных сопротивлений в электрической цепи между кабелем и рельсом снижает качество известного узла крепления заземления. Кроме того, недостаток вышеупомянутого известного технического решения заключается в том, что его невозможно использовать для крепления заземления к рельсам Р50 и Р65 (см. ГОСТ Р 51685-2000) без изменения конструкции, т.е. он не является универсальным.
Известен узел крепления заземления для присоединения кабеля заземления к рельсам контактной сети, описанный в патенте RU 100033, МПК B60S 9/00, оп. 10.12.2010. Узел содержит прижимную клемму, выполненную из прямоугольной металлической пластины, имеющей сквозное отверстие и расположенные по одну сторону отгибы, один из которых короче другого по высоте на величину толщины подошвы рельса. Узел содержит также универсальный захват, выполненный из металлической пластины, имеющей сквозное отверстие, отгиб, завитый с возможностью обеспечения электрического контакта с металлическим кабелем, и расположенные по одну сторону отгибы, один из которых имеет загнутую кромку с возможностью фиксации верха подошвы рельса. Прижимная клемма и универсальный захват соединены между собой посредством резьбового элемента, продетого сквозь отверстия, выполненные в них. Электрический контакт кабеля с универсальным захватом и далее с рельсом обеспечивается путем установки электрического кабеля в отгиб универсального захвата.
Недостатком известного узла является то, что подошвы рельсов железной дороги укладываются на гравийную подушку, в результате чего рельсы при прохождении поездов испытывают вертикальные колебания. Это, в свою очередь, приводит к тому, что кабель и отгиб универсального захвата, куда кабель вставлен, постоянно находятся под колебательным силовым воздействием со стороны гравийной подушки, что с течением времени приводит к нарушению электрического контакта между кабелем и универсальным захватом, а, значит, и с рельсом. В результате этого, конструкция известного узла крепления заземления перестает выполнять свое функциональное назначение и делает его ненадежным при эксплуатации. Возможен даже отрыв отгиба с кабелем от пластины универсального захвата. Другим недостатком известной конструкции узла крепления заземления является то, что универсальный захват имеет сложную для изготовления форму. Кроме того, прижимная клемма также имеет сложную для изготовления форму, а при сильной затяжке резьбового элемента происходит деформация ее формы, в результате чего ее невозможно использовать вторично при перемонтаже узла крепления заземления.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели, т.е. прототипом, является известный узел крепления заземления для присоединения кабеля заземления к рельсам контактной сети, описанный в патенте RU 127000, МПК B60M 1/225, B60M 1/36, оп. 20.04.2013. Известное устройство содержит захват рельса, выполненный из металлической пластины, имеющей сквозное отверстие, по обе стороны от которого выполнены в одном направлении два отгиба, один из которых имеет загиб по контуру сечения подошвы рельса, а другой отогнут на угол 90°. Захват снабжен продольными ребрами жесткости, расположенными по обе стороны от сквозного отверстия, Устройство содержит также металлический прижим, снабженный сквозным отверстием и взаимодействующий с захватом рельса посредством резьбового соединительного элемента, пропущенного через их сквозные отверстия. Прижим выполнен из неравностороннего металлического уголка, сквозное отверстие в котором расположено на большей стороне, и опирается большей стороной на подошву рельса, а меньшей стороной - в отгиб захвата рельса. Захват рельса имеет, по крайней мере, два ребра жесткости, которые расположены перпендикулярно рельсу и выполнены из металлического прутка. Пространство, образованное захватом и прижимом, выполнено с возможностью обеспечения электрического контакта между рельсом и кабелем заземления, одним концом пропущенным через это пространство, а другим свободным концом подключенным к линиям заземления конструкций контактной сети. Резьбовой соединительный элемент выполнен в виде болта с гайкой и контршайбой, причем головка болта установлена с возможностью его стопорения от вращения хотя бы одним ребром жесткости захвата. Назначение прижима в прототипе: обеспечить фиксацию кабеля и контакт кабеля с захватом рельса, а через захват - контакт с самим рельсом.
Общим недостатком устройств, описанных в прототипе и аналогах, помимо вышеперечисленных, является также то, что электрический контакт кабеля с рельсом образуется через последовательность контактирующих металлических деталей, а потом через прижим или прижимную шайбу - на рельс. Так как весь узел эксплуатируется в сложных условиях (грязь, вода, осадки, ржавчина и т.п.), качество электрического контакта меняется при эксплуатации. Конструктивное выполнение захвата рельса в прототипе и аналогах не может обеспечить хороший электрический контакт кабеля заземления с рельсом, т.к. он (захват) недостаточно плотно прижат к рельсу, вследствие чего является местом проникновения в этот контакт грязи. Все это снижает качество и надежность электрического контакта между рельсом и кабелем заземления.
Настоящая полезная модель направлена на исключение вышеперечисленных недостатков, а именно на повышение качества и надежности электрического контакта подходящего к узлу кабеля заземления с рельсом.
Поставленная задача достигается тем, что в узле крепления заземления для присоединения кабеля заземления к рельсам контактной сети, содержащем захват рельса, выполненный из металлической пластины, имеющей сквозное отверстие, по обе стороны от которого выполнены в одном направлении два отгиба, один из которых имеет загиб по контуру сечения подошвы рельса, а другой отогнут на угол 90°, и снабженный продольными ребрами жесткости, расположенными по обе стороны от сквозного отверстия, а также металлический прижим, снабженный сквозным отверстием и взаимодействующий с захватом рельса посредством резьбового соединительного элемента, пропущенного через их сквозные отверстия, согласно заявляемой полезной модели прижим выполнен из металлического швеллера, имеющего с одной стороны, взаимодействующей с подошвой рельса, скос полок, а с другой его стороны, в полках швеллера, выполнены два дополнительных соосных отверстия, в которые пропущен кабель заземления, при этом скос прижима, взаимодействующий с подошвой рельса, выполнен под углом α=15°÷20°, а сквозное отверстие под резьбовой элемент в прижиме имеет овальную форму, вытянутую перпендикулярно рельсу.
Еще одно отличие заключается в том, что ребра жесткости захвата рельса расположены на расстоянии, препятствующем проворачиванию головки болта резьбового соединения.
Другими отличиями заявляемой полезной модели является то, ребра жесткости захвата рельса выполнены либо путем отгибания краев захвата рельса, перпендикулярных рельсу, либо путем приваривания отрезков металлического профиля, например, прутка.
Кроме того, прижим снабжен дополнительным упором для кабеля заземления, выполненным, например, путем отгиба края швеллера внутрь между его полками.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый узел крепления заземления для присоединения кабеля заземления к рельсам контактной сети отличается взаимным расположением деталей, их связью и формой выполнения, размером и материалом, из которого сделаны детали.
Проведенный патентный поиск показал, что в настоящее время не известен узел крепления заземления, обладающий такой же совокупностью существенных признаков, что и предлагаемый. Таким образом, заявляемая конструкция соответствует критерию полезной модели "новизна".
Отличия заявляемой полезной модели от прототипа, заключающиеся в выполнении прижима из металлического швеллера, имеющего с одной стороны, взаимодействующей с подошвой рельса, скос полок, а с другой его стороны, в полках швеллера - два дополнительных соосных отверстия, в которые пропущен кабель заземления, в выполнении скоса прижима, взаимодействующего с подошвой рельса, под углом α=15°÷20°, невыполнении в прижиме сквозного отверстия под резьбовой элемент овальной формы, вытянутой перпендикулярно рельсу, позволят создать постоянную точку контакта «захват - рельс» на подошве рельса, противоположной установке прижима, имеющего с одной стороны, взаимодействующей с подошвой рельса, клиновидный скос полок. Одновременно кабель прижимается к металлическому захвату другой стороной прижима. Таким образом, обеспечивается первая электрическая цепь от кабеля через захват к подошве рельса с другой его стороны. Вторая электрическая цепь (кабель - прижим - рельс) тоже будет более устойчива к грязи, т.к. будет находиться под увеличенной прижимающей силой от клиновидного прижима, в результате чего грязь не будет проникать к точкам контакта цепи «кабель - прижим - рельс». Все это положительно скажется на обеспечении постоянного электрического контакта между кабелем и рельсом, в результате чего повысится качество и надежность электрического контакта, подходящего к узлу кабеля заземления с рельсом. Угол скоса прижима (угол клина), выбранный в интервале 15°÷20°, позволит обеспечить заданный диапазон перемещения прижима при затягивании резьбового соединения. При угле скоса прижима менее 15° усложнится повторная собираемость узла крепления заземления при перемонтаже, который может производится несколько раз в процессе его эксплуатации при корректировках положения железнодорожного полотна. При увеличении угла скоса прижима более 20° при затягивании резьбового соединения происходит ухудшение электрического контакта в первой электрической цепи «захват - рельс». Расположение ребер жесткости захвата рельса на расстоянии, препятствующем проворачиванию головки болта резьбового соединения, позволит повысить удобство монтажа заявляемого узла крепления. Выполнение ребер жесткости захвата рельса путем отгибания краев захвата рельса, перпендикулярных рельсу, и приваривания отрезков металлического профиля, например, прутка, позволят обеспечить устойчивость формы отгибов при затягивании резьбового элемента и обеспечить надежность соединения. Снабжение прижима дополнительным упором для кабеля заземления, выполненным, например, путем отгиба края швеллера внутрь между его полками, позволит также обеспечить при затягивании резьбового соединения надежный электрический контакт между рельсом и кабелем заземления через металлический прижим, предохраняющий его от попадания посторонних загрязнений. Кроме того, выполнение прижима из металлического швеллера обеспечивает ему необходимую прочность при малом весе, а небольшая площадь контакта с подошвой рельса обеспечивает большое давление в точке контакта на подошву рельса, что и требуется для хорошего контакта, при этом поверхность контакта в процессе эксплуатации не загрязняется. Отгиб части швеллера между его полками дополнительно способствует достижению равномерности прижима кабеля к захвату.
Вышеизложенное доказывает, что совокупность отличительных от прототипа признаков позволит с успехом использовать заявляемую полезную модель для крепления кабеля заземления к рельсам контактной сети, т.е. соответствует критерию полезной модели «промышленная применимость».
Предлагаемая полезная модель схематически поясняется чертежами, где на:
- фиг. 1 представлен общий вид заявляемого узла крепления заземления для присоединения кабеля заземления к рельсам контактной сети в сборе;
- фиг. 2 - захват узла крепления заземления;
- фиг. 3 - прижим узла крепления заземления (два вида).
Конкретное осуществление заявляемой полезной модели рассмотрим на примере.
Предлагаемый узел крепления заземления для присоединения кабеля 1 заземления к рельсам 2 контактной сети содержит захват 3 рельса 2 и металлический прижим 4. Захват 3 выполнен из металлической пластины, имеющей сквозное отверстие 5, по обе стороны от которого выполнены направленные в одну сторону два отгиба 6 и 7. Отгиб 6 имеет загиб по контуру сечения подошвы рельса 2, а отгиб 7 отогнут на угол 90°. Захват 3 снабжен также двумя продольными ребрами 8 жесткости, расположенными по обе стороны от сквозного отверстия 5 перпендикулярно рельсу 2 и выполненными из металлического прутка. Ребра 8 жесткости захвата 3 рельса 2 выполнены путем отгибания краев захвата рельса, перпендикулярных рельсу, либо выполнены путем приваривания отрезков металлического профиля, например, прутка.
Металлический прижим 4 выполнен из металлического швеллера 9, имеющего с одной стороны, взаимодействующей с подошвой рельса 2, скос полок 10. С другой стороны швеллера 9, в его полках, выполнены два дополнительных соосных отверстия 11, через которые пропущен кабель заземления 1. Скос 10 прижима 4, взаимодействующий с подошвой рельса 2, выполнен под углом α=15°÷20°. Прижим 4 дополнительно снабжен сквозным овальным отверстием 12.
Захват 3 и металлический прижим 4 взаимодействуют друг с другом посредством резьбового соединительного элемента, пропущенного через их сквозные отверстия 5 и 12. Резьбовой соединительный элемент выполнен в виде болта 13 с гайкой 14 и контршайбой 15. Ребра 8 жесткости захвата рельса расположены на расстоянии, препятствующем проворачиванию головки болта 13 резьбового соединения.
Прижим 4 снабжен дополнительным упором 16 для кабеля заземления 1, выполненным, например, путем отгиба края швеллера внутрь между его полками.
В пространство между захватом 3 и прижимом 4 при сборке через соосные отверстия 11 прижима 4 пропущен одним концом кабель 1 заземления, а другим свободным концом он подключен к линиям заземления конструкций контактной сети (на чертеже не показаны). После сборки устройства обеспечивается электрический контакт между рельсом 2 и кабелем заземления 1 через контактирование элементов узла крепления заземления по двум путям:
- контактирование «кабель - прямой отгиб захвата - захват - отгиб захвата, огибающий рельс - подошва рельса»;
- контактирование «кабель - прижим - подошва рельса»
Сборка и установка узла крепления осуществляются следующим образом.
Захват 3, снабженный расположенными в одном направлении двумя отгибами 6 и 7, подводят под рельс 2, при этом отгиб 6, имеющий загиб (загнутую кромку) по контуру сечения подошвы рельса, охватывает его и фиксирует. Отгиб 7, отогнутый на угол 90°, размещается с противоположной стороны подошвы рельса 2. Со стороны отгиба 7, сверху захвата 3, устанавливают металлический прижим 4, выполненный из металлического швеллера 9, снабженного сквозным овальным отверстием 12. Прижим при этом опирается скошенной 10 стороной на подошву рельса 2 и опирается на отгиб 7 захвата 3 рельса.
Захват 3 и металлический прижим 4 скрепляют друг с другом посредством резьбового соединительного элемента, пропущенного через их сквозные отверстия 5 и 12. В пространство, образованное захватом 3 и прижимом 4 при сборке, пропускают конец кабеля 1 заземления, другой свободный конец которого подключен к линиям заземления конструкций контактной сети. Резьбовой элемент, продетый через упомянутые отверстия в прижиме и в захвате, при заворачивании стягивает захват 3 и прижим 4. Прижим при затягивании резьбового соединения контактирует с боковой поверхностью подошвы рельса 2 скошенной 10 стороной и контактирует своей противоположной частью с вставленным в отверстия 11 кабелем 1, прижимая его к отгибу 7 захвата посредством удержания кабеля в соосных отверстиях 11. При этом прижим 4 при затягивании резьбового соединения смещается относительно болта 13 резьбового соединения от рельса 2 в сторону кабеля 1, что обеспечивается благодаря наличию отверстия 12 овальной формы. Захват 3 отгибом 6 прижимается к подошве рельса 2, а кабель 1 зажимается между отгибом 7 захвата и прижимом 3. Таким образом, при затягивании резьбового соединения обеспечивается электрический контакт кабеля и рельса.
Заявляемая полезная модель позволит повысить качество и надежность электрического контакта подходящего к узлу кабеля заземления с рельсом. Клиновидная форма прижима, выполненная из швеллера, позволит обеспечить перемещение клина без перекоса при затяге резьбового соединения, а также обеспечить симметричный прижим кабеля к отгибу захвата посредством двух соосных отверстий в прижиме. Кроме того, выполнение прижима из металлического швеллера имеет необходимую прочность при малом весе, а небольшая площадь контакта с подошвой рельса обеспечивает большое давление в точке контакта на подошву рельса, что и требуется для хорошего контакта (поверхность контакта не загрязняется в процессе эксплуатации). Заявляемая полезная модель позволит также упростить конструкцию узла крепления заземления для присоединения кабеля заземления от поддерживающих конструкций контактной сети к рельсам пути, повысить его надежность, снизить стоимость и повысить технологичность производства.