СОЕДИНИТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВАРНОЙ С ЭФФЕКТИВНОЙ ГЕОМЕТРИЕЙ МАНЖЕТЫ

Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта, а именно к рельсовым цепям устройств железнодорожной автоматики - электрической сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ).
Рельсовые стыковые электрические соединители предназначены для обеспечения максимальной и стабильной электрической проводимости стыка, поэтому они должны обеспечивать: малые потери электрической энергии, низкое и стабильное электрическое сопротивление. При установке в путь на электрифицированных участках это сопротивление не должно превышать 300 мОм.
Известны приварные рельсовые электрические соединители, применяемые в рельсовых цепях железнодорожного пути на электрифицированных железных дорогах и служащие для снижения до приемлемого уровня электрического сопротивления рельсовых стыков, для обеспечения надежного и экономичного прохождения тягового и сигнального токов из одной рельсовой плети, в другую.
Полезная модель №41282 от 30.06.2003 «Рельсовый стыковой соединитель для железных дорог». Соединение токопровода с рельсами выполнено с помощью стальных манжет. Стальные манжеты, выполнены в форме цилиндра, при этом толщина стенки манжеты относится к диаметру токопровода в пределах от 0,35 до 0,40, а длина манжеты, находящейся в пределах не менее 3,5 и не более 4,1 диаметра токопровода.
Полезная модель №22480 от 25.07.2001 «Стыковой соединитель». Соединение токопровода с рельсами выполнено с помощью стальных манжет и соединены между собой посредством сварки, при этом манжеты обжаты поперечными линиями конусного профиля. Ось манжеты располагается параллельно оси соединителя.
Полезная модель №41025 от 02.03.2004 «Рельсовый стыковой соединитель», содержит манжеты в виде трубчатой обоймы, при этом сторона обоймы, обращенная к рельсу и привариваемые края противоположной стороны сплюснуты, а торцы обойм и концы гибкого троса, выполнены скошенными вниз от привариваемой к рельсу краев и спрессованы, с пластической деформацией жил гибкого троса, в средней части обойм со стороны противоположной сплюснутой стороне выполнено сферическое вдавливание с раздачей жил гибкого троса к стенкам обойм. Ось манжеты располагается параллельно оси соединителя.
Недостаток данных технических решений заключается в следующем. Из-за относительно высокого сопротивления биметаллических проводов для поддержания электрических параметров соединителей требуется применять провода большего сечения, чем у медных. Данное обстоятельство ухудшает механические параметры применяемых проводов по сравнению с медными. Провода трудно поддаются изгибам с малым радиусом, при этом происходит коробление и распушивание провода, выпучивание отдельных проволок или прядей и т.п. Конструкция, когда ось манжеты располагается параллельно ости рельса, требует трех изгибов на длине 200 мм, что из-за высокой жесткости провода крайне затруднительно, такие соединители плохо переносят динамические нагрузки и ломаются или отрываются от рельсов по месту приварки.
Наиболее близким по техническому решению является полезная модель №61207 от 14.03.2006 «Рельсовый приварной электрический соединитель». Соединение токопровода с рельсами выполнено с помощью стальных манжет фартучного типа, предназначенных для приварки к рельсам поперек продольной оси соединителя. В данном случае соединитель выполнен U-образной формы, что позволяет избежать излишних изгибов токопровода, уменьшить механические напряжения, иметь гораздо большую долговечность, чем при приварке манжеты с расположением, когда ось манжеты параллельно оси соединителя.
Недостатком данного соединителя является ослабление крепления гибкого троса в манжете в процессе эксплуатации при вибрационных воздействиях, и обусловленное этим ухудшение электрического контакта троса (токопровода) с манжетой. Кроме этого манжета не обеспечивает необходимую прочность сварного шва из-за малой толщины фартука, не позволяющей выполнять двухслойный сварной шов, в связи, с чем в зоне приварки к головке рельса формируется неблагоприятная зона термического влияния, вызывающая отколы металла.
Задачей, заявляемого технического решения является повышение надежности работы устройств железнодорожной автоматики - электрической сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ).
В процессе решения поставленной задачи достигается технический результат заявляемой полезной модели, заключающийся в снижение переходного электрического сопротивления в соединении токопровода с манжетой и повышение надежности механического крепления соединения токопровода в манжете.
Поставленная цель достигается соединителем электрическим приварным с эффективной геометрией манжеты, предназначенным для приварки к рельсам поперек продольной оси соединителя, состоящим из токопровода и манжеты при этом токопровод состоит из многожильного провода, манжета состоит из фартука, служащего для приварки к рельсу и наконечника, служащего для закрепления токопровода опрессовкой с пластической деформацией токопровода, при этом манжета выполнена из сваренных между собой стальных элементов в виде трубы и уголка, при этом фартук выполнен из уголка, а наконечник из трубы, уголок приварен к рельсу с образованием горизонтальной полки, к внутренней стороне которой приварен наконечник, обеспечивая вертикальное расположение токопровода, наконечник имеет два пояса опрессовки с шестигранным контуром, с различной степенью обжатия в поясах, внутренняя поверхность наконечника покрыта антикоррозионным покрытием и смазкой.
Кроме этого, пояс опрессовки со стороны фартука обжат до появления пластической деформации отдельных проводов многожильного провода, пояс опрессовки со стороны входа токопровода обжат до максимального уплотнения многожильного провода при отсутствии пластической деформации отдельных проводов многожильного провода, пояса опрессовки имеет форму трапеции с закругленными углами при основаниях трапеции.
Высокая интенсивность отказов соединителей обусловлена условиями эксплуатации соединителей - это вибрации, удары, перепады температур, агрессивная среда. К наиболее характерным из них относятся: обрыв соединителя в месте приварки к рельсу, ненадежный контакт между токопроводом и манжетой. Нарушение контакта приводит к увеличению переходного сопротивления и, в конечном счете, к обрыву. Проведенный анализ показывает, что нарушение контакта происходит, главным образом, после его установки в путь за счет разогрева манжеты в процессе ее приварки к рельсу. В этом случае происходит деформация, ослабление усилия обжатия токопровода, а также окисление контактирующих поверхностей. Переходное сопротивление «токопровод-манжета», а следовательно, и полное сопротивление самого соединителя увеличивается, поэтому соединитель вскоре оказывается непригодным к работе. В результате атмосферной коррозии, при наличии в атмосфере сернистых соединений, образуются сернистые пленки, которые существенно снижают устойчивую работу рельсовых соединителей, образование некоторых пленок приводит к нарушению контакта.
Необходимым условием для устойчивости работы рельсовых соединителей является предохранение их от попадания влаги внутрь манжеты, которая ведет к окислению их контактирующих поверхностей. Данное условие достигается исполнением манжеты в виде горизонтальной полки и приварки к ее внутренней стороне трубчатого элемента.
В настоящее время в соответствии с техническими условиями - приварка стыковых соединителей к рельсам при температуре ниже +5°C запрещена. Это значит, что при обрыве соединителя стык остается без резерва и является потенциальным источником отказов рельсовых цепей, интенсивность отказов рельсовых цепей из-за обрыва соединителей наиболее высокая. Снижение данного вида отказа в работе соединителя достигается конструктивными особенностями. Конструкция манжеты позволяют токопроводу соединителя располагаться максимально близко к рельсовым накладкам, что минимизирует усилия на отрыв сварного соединения во время контакта со средствами малой путейской механизации, при обслуживании пути.
Улучшение электрического контакта происходит в результате двойной опрессовки жил токопровода в наконечнике и максимально возможного приближения конца токопровода к полке фартука. Однако увеличение переходного сопротивления контакта «токопровод-манжета» происходит, главным образом, при установке такого соединителя в путь. При приварке манжета подвергается воздействию температуры, доходящей, до 1500°C. В этом случае может нарушаться плотное обжатие токопровода и их окисление. Что бы этого не происходило должен быть хороший отвод тепла из зоны сварки, это достигается плотным контактом токопровода и наконечника в поясах опресовки, и наличия на внутренняя поверхность наконечника антикоррозионного покрытия и смазки.
6
Стык, кроме того, является местом, где соединитель подвергается различным деформациям в вертикальном и горизонтальном направлении, поэтому он должен выдерживать не менее (3-4)×10 циклов прогибов рельса с амплитудой 10-15 мм. При выходе токопровода из наконечника, отдельные жилы не должны иметь концентраторов механических напряжений. Это достигается тем, что пояс опрессовки со стороны приварного участка обжат до появления пластической деформации отдельных проводов многожильного провода, а со стороны входа токопровода обжат до максимального уплотнения многожильного провода при отсутствии пластической деформации отдельных проводов многожильного провода, при этом оба пояса опрессовки имеет форму трапеции с закругленными углами при основаниях трапеции.
На фиг. 1 показан соединитель электрический приварной с эффективной геометрией манжеты предназначенный для приварки к рельсам поперек продольной оси соединителя. На фиг. 2 показано расположение соединителя в плоскости перпендикулярной рельсу.
Соединитель электрический приварной с эффективной геометрией манжеты состоит из токопровода 1 и манжеты 2. Манжета 2 выполнена из сваренных между собой стальных элементов в виде трубы и уголка, при этом фартук 3 выполнен из уголка, а наконечник 4 из трубы, уголок приварен к рельсу с образованием горизонтальной полки, к внутренней стороне которого приварен наконечник 4, обеспечивая вертикальное расположение токопровода 1. Фартук 3 манжеты 2 имеет вертикальную и горизонтальную полки. Вертикальная полка служит для приварки к рельсу. Наконечник 4 имеет два пояса 4.1 и 4.2 опрессовки с шестигранным контуром, с различной степенью обжатия в поясах, внутренняя поверхность наконечника покрыта антикоррозионным покрытием и смазкой Пояс опрессовки 4.1 со стороны приварного участка обжат до появления пластической деформации отдельных проводов многожильного токопровода 1, пояс опрессовки 4.2 со стороны входа токопровода обжат до максимального уплотнения многожильного провода при отсутствии пластической деформации отдельных проводов многожильного токопровода 1.
Пример конкретного выполнения полезной модели.
Соединитель электрический приварной с эффективной геометрией манжеты имеет U-образную форму. Такой рельсовый соединитель, будучи приваренным к стыкуемым рельсам, работает с меньшим механическим напряжением, и обеспечивает большую циклическую долговечность независимо от материала токопровода: медного или биметаллического. Конструкция соединителя максимально близко расположена к рельсовым накладкам, это значительно сокращает количество отрывов сварного соединения во время обслуживания пути средствами механизации.