СОЕДИНИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ РЕЛЬСОВОГО СТЫКА

Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта, в частности, к верхнему строению пути и может быть использована в электрических рельсовых цепях железнодорожного транспорта.
Уровень развития техники известен из решения (А.с. СССР №1664942, 1991 г.). Соединительный элемент рельсового стыка между торцами смежных типовых рельсов представляет собой группу электроизолирующих прокладок и вкладыш между ними, причем высота вкладыша и прокладок различны, а вкладыш выполнен из немагнитного или слабомагнитного материала.
Недостатком технического решения является низкая надежность изолирующего стыка из-за слабой защиты от образования электропроводных мостиков, состоящих из образующихся металлических частиц.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение надежности соединительного элемента за счет снижения возможности перемыкания зазора между торцами стыкуемых рельсов металлосодержащими объектами, а также за счет снижения возможности образования таких перемычек (мостиков) по силовым магнитным линиям в обход зазора.
Указанный технический результат достигается за счет выполнения соединительного элемента рельсового стыка, монтируемого между торцами смежных стыкуемых рельсов в виде готового блока или его частей, собираемых по месту установки изолирующего рельсового стыка, обеспечивающим несущую способность для пропуска подвижного состава, и выполненным композиционным в виде части рельса, площадь поперечного сечения которого равна площади поперечного сечения стыкуемого рельса, при этом магнитная проницаемость соединительного элемента ниже, чем у стыкуемых рельсов, а электроизоляционная способность обеспечивает разрыв электрической
рельсовой цепи. При этом соединительный элемент содержит вставку или вставки из композиционного материала. Уровень намагниченности соединительного элемента снижается от торцов к центру. По месту установки соединительный элемент удерживается с помощью рельсовых накладок и/или соединен с торцами рельсов, преимущественно методом сварки, при этом накладки выполнены из металлокомпозитного электроизоляционного магнитопроницаемого материала, кроме того, при выполнении соединительного элемента из частей, собираемых по месту установки изолирующего рельсового стыка, он содержит электроизолирующие вставки в виде торцевых прокладок.
На фиг.1 представлена схема, поясняющая устройство соединительного элемента, на фиг.2 - варианты его выполнения.
Соединительный элемент в виде готового блока или его частей состоит из концов 1, 2 типовых железнодорожных рельсов, между торцами которых расположен композиционный функциональный материал длины L в виде вставки 3 или вставок 4, 5, форма которых соответствует форме типовых рельсов. Длина L зависит от свойств композиционного материала вставки 3 (или вставок 4, 5), технологии изготовления соединительного элемента и способа его монтажа в железнодорожный путь. Материал концов 1 и 2 -типовой для рельсов. Материал вставки 5 - полимер, кожа. Материал вставки (вставок) 3, 4 - композиционный, функциональный, т.е. создаваемый специально под конструкцию изостыка и технологию его монтажа в путь и обеспечивающий одновременно следующие функции:
а) физико-механические характеристики (прочность, усталость) - на уровне аналогичных характеристик материалов концов 1 и 2 типовых рельсов;
б) магнитную проницаемость - ниже, чем у материала концов 1 и 2, в том числе с переменную проницаемость, которая может убывать к центру (по длине) вставки, например, до 5 эрстед/см (уровень градиента модуля магнитного поля в изолирующем стыке по условию неналипания металлической стружки);
в) электрическую изоляцию концов 1 и 2 между собой на определенном уровне, например, при электрическом сопротивлении вставки 3 не менее 1 кОм; сопротивление при этом может быть переменным по длине вставки либо может быть обеспечено только в центре вставки 3 торцевой отдельной вставкой 5 (фиг.1б и 1в), монтируемой между вставками 3 и 4 (это аналоги вставки 3 из фиг.1а) плотно (монолитно с 3, 4, 2, 1 фиг.1в) либо с зазором (фиг.1б).
Сочетание электрических, магнитных и физико-механических свойств соединительного элемента обеспечивается свойствами используемых для вставок композиционных материалов, например, из маломагнитных сталей типа АК (сталь конструкционная, повышенной обрабатываемости), металлокерамических сплавов, либо оксидных керамик группы ВОК или группы В. Соединение вставок между собой возможно различными способами с применением современных металлургических процессов (припекание, газостатическое прессование и т.д.) или за счет применения клеящих составов.
Изменение магнитной проницаемости свойств по длине соединительного элемента возможно за счет его изготовления из порошковых материалов методами порошковой металлургии либо методом сборки из отдельно изготовленных частей.
Работает соединительный элемент следующим образом. Достаточная механическая прочность не препятствует перекатыванию колес подвижного состава с конца 1 на конец 2 (или наоборот). Требуемый уровень электроизоляции вставки (вставок) длиной L разделяет концы 1 и 2 на отдельные смежные участки электрической рельсовой цепи. Уровень намагниченности максимален у торцов 6 и 7 типовых рельсов и на длине L к центру он снижается, например, до 5 эрстед/см. Это приводит к тому, что образующаяся в паре «колесо-рельс» металлическая стружка 8 максимально концентрируется у торцов 6 и 7 и все меньше концентрируется к центру вставки 3 (вставок 3, 4 и 5). За счет снижения уровня градиента модуля магнитного поля между торцами 6 и 7 концов 1 и 2 типовых рельсов
уменьшается возможность образования металлических «перемычек» (мостиков) в изостыке. Этим и достигается технический результат решения, т.к. образование "перемычки" металлической стружкой, это создание электрического проводника в обход вставки 5, т.е. отказ рельсовой цепи.
Конструкция соединительного элемента (вариант 1а, либо 1б, либо 1в) зависит от технологий его изготовления и монтажа. Например, если материал вставки 3 поддается сварке с материалом рельсов 1 и 2, то технологически удобнее сварку осуществлять в заводских условиях и затем готовый соединительный элемент длиной L1 привозить на место и монтировать его в путь посредством типового штатного крепления (например, с помощью рельсовых накладок - 9) с лежащими в пути рельсами 10 и 11. Например, если материал вставок 3 и 4 с концами 1 и 2 лучше склеивается (диффузионно проникает друг в друга и т.д.), чем сваривается, то изготовление и монтаж соединительного элемента технологичнее (фиг.1в) осуществить на месте его монтажа в пути. Вставки 3, 4 и 5 собирают требуемой длины L и соединяют с концами 1 и 2 прямо в пути. В этом случае концы 1 и 2 могут принадлежать рельсам 10 и 11 (без накладки 9). Если материал вставок 3 и 4 с концами 1 и 2 хорошо сваривается либо склеивается, но между собой - нет, либо по условиям эксплуатации стыка в нем нужен компенсационный зазор L2 (фиг.1б), например, 5-8 мм, то вставку 3 с концом 1 и вставку 4 с концом 2 можно соединить в заводских условиях (либо на месте монтажа), привезти на место монтажа и при монтаже с рельсами 10 и 11 (через рельсовые накладки 9) между торцами вставок 3 и 4 ввести в зазор L2 электроизоляционную торцевую вставку 5 (закрепив ее от выпадания либо прикрепив к торцу вставки 3 или вставки 4).
В частном случае, если сварка, склеивание и т.д. не применимы, то вставка 3 (вставки 3 и 4) могут быть соединены с концами 1 и 2 механическим способом, например, подвижно или неподвижно вдоль оси (или по вертикали или в поперечном направлении) за счет штифтов, шпонок, шпилек, соединения
"ласточкин хвост". Несущая способность и долговечность такого соединительного элемента обеспечена, например, при малой грузонапряженности участка пути.
При недостаточной прочности (жесткости и т.д.) такого соединительного элемента его несущая способность может быть повышена за счет применения дополнительных накладок, соединяющих на болтах (через изоляцию) концы 1 и 2 через вставку 3 (вставки 3, 4, 5). Эти накладки 12 технологичнее изолировать электрически от концов 1 и 2 и вставки 3 (либо вставок 3, 4, 5), то есть придать функцию обеспечения снижения напряженности магнитного поля у торцов 6 и 7 концов 1 и 2. Это снизит способность торцов 6 и 7 (а, следовательно, и всего изостыка) скапливать стружку и будет повышать технический результат. Для этого материал магнитопровода 14 накладки 12 должен быть также композиционным, например, металлокомпозиционным - в центре металл, снаружи высокопрочный диэлектрик или электроизоляционный материал- 13.
Соответствующий электроизоляционный материал может быть размещен между шпалой и подошвой (например, наряду с типовой подрельсовой прокладкой 15 рельсовых скреплений) рельсов для повышения электрической изоляции концов 1 и 2 через балласт.
Электроизоляция, несущая способность, жесткость и срок службы соединительного элемента могут быть повышены, если по контуру, в частности, и по поверхности катания его покрыть (заранее или при монтаже) защитными функциональными композиционными материалами 16, например, полимеризующимися или гуммирующимися композитами, смолами и т.д.
Для участков пути с интенсивным образованием стружки, например, за счет шлифования или фрезерования рельсов в пути, можно отделить вставку 3 от концов 1 и 2 рельсов изоляционными торцевыми вставками 5 с двух сторон, то есть торцевых вставок две. В этом случае вставка 3 может быть выполнена из материала с регламентируемой магнитной проницаемостью либо из немагнитного материала.
Использование полезной модели позволит увеличить срок службы электрических рельсовых цепей железнодорожного транспорта за счет повышения надежности изоляции стыкуемых смежных рельсов.