БИМЕТАЛЛИЧЕСКАЯ ШИНА ДЛЯ МЕЖДРОССЕЛЬНЫХ ПЕРЕМЫЧЕК

Полезная модель относится к элементам аппаратуры железнодорожной автоматики и телемеханики, а именно к устройствам рельсовых цепей, и предназначена для пропуска тягового тока в обратной рельсовой сети при электротяге постоянного и переменного тока, а также для подключения дроссель-трансформаторов.
Известны шины для междроссельных перемычек, описанные в патентах RU 204551 U1, RU 204551 U1, RU 203243 U1, RU 202792 U1, RU 201986 U1, представляющие собой изогнутые пластины из биметалла сталь-медь, полученного пайкой или накаткой, к которым приварены наконечники многожильных проводов.
Недостатком данных шин является то, что при скреплении слоев пайкой или накаткой не происходит надежного сцепления приконтактных слоев металла. Шины междроссельных перемычек имеют изгиб, который необходим для удобства соединения шины с клеммой дроссель-трансформатора. В месте изгиба возникает максимальное удельное электрическое сопротивление из-за деформации слоев металла (один слой растянут, второй сжат) и, вследствие этого, это место подвержено наибольшему нагреву при прохождении электрического тока. Кроме того, в месте изгиба шины появляются места расслоений, которые усиливают электрическое сопротивление. В процессе эксплуатации такое расслоение начинает увеличиваться из-за нагрева шины при прохождении электрического тока и одновременных внешних охлаждающих температурных воздействий (дождь, роса, холодная температура воздуха), а также из-за вибрации от проходящих составов. В местах расслоения накапливается влага, что вызывает корродирование стали. Это приводит не только к снижению прочностных, но и снижению электротехнических характеристик шины, т.к. в местах расслоений появляются воздушные прослойки и продукты окисления металлов.
Описанные негативные неконтролируемые факторы не позволяют провести объективный расчёт электротехнических характеристик шины и заложить гарантированный ресурс работы междроссельных перемычек, и, следовательно, увеличить интервал инспекционного контроля, а невозможность визуального наблюдения внутренних негативных процессов в шине создает риски неконтролируемого выхода узла из строя.
Следует также отметить и другие негативные аспекты указанных известных решений.
В известных решениях при соединении слоев на контактирующих поверхностях остаются окислы, которые ухудшают связь между слоями, негативно влияют на долговечность и стабильность электротехнических характеристик шин.
Кроме того, при приваривании наконечников многожильных проводов происходит сильный нагрев, который приводит к деформации и вспучиванию слоев по отношению друг к другу, т.к. у материалов слоев разные коэффициенты линейного термического расширения. Это может приводить к появлению расслоения и воздушной прослойке между слоями.
Задача, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является создание шины, в которой устранены недостатки известных решений.
Технические результаты, которые достигаются заявленным решением, заключаются в повышении надежности и долговечности шины, а также получении стабильных электротехнических характеристик в длительном временном периоде эксплуатации шины и снижении потери электроэнергии.
Заявленные технические результаты достигаются биметаллической шиной для междроссельных перемычек, представляющей собой изогнутую пластину, первый слой которой выполнен из металла с низким удельным электрическим сопротивлением, а второй слой выполнен несущим из металла с пределом прочности при растяжении не ниже 300 МПа. Согласно полезной модели соединение слоев осуществлено на межатомном уровне.
Соединение слоев получено путем сваривания взрывом.
Соединение слоев получено путем диффузионной сварки.
Первый слой выполнен из меди.
Первый слой выполнен из алюминия.
Первый слой выполнен из серебра.
Второй слой выполнен из стали.
Фиг.1 - пример биметаллической шины, изгиб которой выполнен с образованием П-образной формы шины с направлением слоя с низким электрическим сопротивлением и высокой электрической проводимостью вовнутрь паза (разрез).
Фиг.2 - пример биметаллической шины, изгиб которой выполнен с образованием Г-образной формы шины с направлением слоя с низким электрическим сопротивлением и высокой электрической проводимостью с внутренней стороны загиба (разрез).
Осуществляется заявленная полезная модель следующим образом.
2
Биметаллическая шина для междроссельных перемычек представляет собой изогнутую пластину, первый слой 1 которой выполнен из металла с низким удельным электрическим сопротивлением (в рамках настоящий заявки под низким удельным электрическим сопротивлением металла понимаются металлы с удельным электрическим сопротивлением 0,015-0,029 Ом·мм/м), а второй слой 2 выполнен несущим из металла с пределом прочности при растяжении не ниже 300 МПа. Соединение контактируемых поверхностей первого 1 и второго 2 слоев осуществлено на межатомном уровне. В рамках настоящей заявке «соединение слоев осуществлено на межатомном уровне» следует понимать как взаимное проникновение атомов металлов приконтактных слоев друг в друга с созданием промежуточного слоя по меньшей мере на превалирующей площади контакта слоев. Это позволяет достичь образования надежного неразъемного соединения между слоями металла.
Затем пластину изгибают на заданный угол до образования П- или Г-образной формы. За счет того, что слои 1 и 2 соединены между собой неразъемно при изгибе, особенно при создании П-образной формы, не происходит расслоения в месте изгиба.
В качестве первого слоя могут быть использованы медь, серебро, алюминий и т.п., а в качестве второго несущего слоя может быть использована, например, сталь с содержанием углерода менее 0,3%.
Затем к пластине приваривают наконечники многожильных проводов 3. В силу того, что в приконтактных слоях произошло взаимное межмолекулярное проникновение атомов разнородных материалов, создается слой переходной зоны с усредненным коэффициентом линейного термического расширения, что практически исключает вспучивание слоев по отношению друг к другу при сильном температурном воздействии при сварке.
Кроме того, как уже указывалось выше, при эксплуатации шины в месте изгиба возникает максимальное электрическое сопротивление материалов из-за деформации слоев металла (один слой растянут, другой сжат). В результате этого в этом месте происходит максимальный нагрев при прохождении электрического тока. Однако, за счет сцепления слоев на молекулярном уровне и отсутствию мест расслоений, влияние внешних охлаждающих температурных воздействий (дождь, роса, холодная температура воздуха), а также вибраций от проходящих составов, не сказывается негативно на долговечности шины, позволяет получить стабильные во времени расчётные электротехнические характеристики и устранить риск неконтролируемого выхода узла из строя.
Следует также отметить и дополнительные преимущества, позволяющие повысить надежность шины, ее долговечность и получить стабильные во времени расчётные электротехнические характеристики, тем самым усилить заявленные результаты.
Так, при соединении слоев путем сваривания взрывом окисные пленки и другие поверхностные загрязнения дробятся и уносятся из зоны соединения. Это позволяет получить чистые контактирующие поверхности слоев, чистый внутренний усредненный слой, а значит, более надежное соединение и стабильные во времени расчётные электротехнические характеристики.
Такое же преимущество можно достичь и при соединении слоев путем диффузионной сварки. За счет вакуумной среды, при которой происходит сцепление слоев, предотвращается образование окисных пленок на поверхностях заготовок. Это также позволяет получить чистые контактирующие поверхности слоев, чистый внутренний усредненный слой, а значит, более надежное соединение и стабильные во времени расчётные электротехнические характеристики.
Дополнительно стоит отметить еще одно преимущество, усиливающее заявленные технические результаты при соединении слоев путем сваривания взрывом или диффузионной сварки. Как уже отмечалось выше, в этих случаях образуется промежуточный слой с усредненными характеристиками. Это позволяет получить более стабильные электротехнические и прочностные характеристики в месте перехода из слоя в слой.