ТОКОПРОВОДЯЩИЙ РЕЛЬС
CONDUCTOR RAIL

Область техники, к которой относится изобретение
Предлагаемое изобретение относится к линиям энергоснабжения, контактирующим с токоприемниками транспортных средств с электротягой и расположенным вдоль железнодорожного полотна, а именно к токопроводящим рельсам преимущественно подземных транспортных средств.
Уровень техники
Известен токопроводящий рельс, содержащий несущий элемент из алюминиевого сплава, выполненный в поперечном сечении в форме двутавра, одна полка которого является подошвой рельса, а другая - его головкой с соответствующей лицевой поверхностью, так что ширина подошвы равна ширине головки, и перекрывающую эту поверхность накладную ленту из стали, диффузионно-соединенную с указанной лицевой поверхностью посредством совместной прокатки (см. описание изобретения к патенту RU №2217248 С1, МПК В21В 1/08, B23K 31/02, B23K 101:26, опубликовано 27.11.2003).
Признаки известного рельса, совпадающие с признаками заявленного изобретения, заключаются в том, что он содержит несущий элемент из алюминиевого сплава, выполненный в поперечном сечении в форме двутавра, одна полка которого является подошвой рельса, а другая - его головкой с соответствующей лицевой поверхностью, и перекрывающую эту поверхность накладную ленту из стали, диффузионно-соединенную с указанной лицевой поверхностью.
Причина, препятствующая получению в известном рельсе заявленного технического результата, заключается в том, что в процессе изготовления рельса отдельно изготавливают профиль таврового сечения из алюминия или его сплава, отдельно изготавливают биметаллическую сталеалюминевую головку путем совместной прокатки двух металлов (алюминия и стали), после этого осуществляют обычной сваркой соединение указанной головки с указанным профилем таврового сечения. Отдельное изготовление биметаллической головки и ее последующее приваривание по алюминию к тавровому профилю усложняет технологию изготовления токопроводящего рельса и снижает его эксплуатационную надежность, так как не обеспечивается монолитность алюминиевого несущего элемента рельса и не обеспечивается достаточная механическая связь накладной (стальной) ленты с алюминием.
Наиболее близким аналогом (прототипом) является токопроводящий рельс, содержащий прессованный несущий элемент из материала на основе легкого металла (алюминия), выполненный в поперечном сечении в форме двутавра, одна полка которого является подошвой рельса, а другая - его головкой с соответствующей лицевой поверхностью, так что ширина подошвы равна ширине головки, и перекрывающую эту поверхность накладную ленту из более твердого металла (стали), соединенную с указанной лицевой поверхностью посредством вставных стержней, которые приварены к накладной ленте с каждой ее продольной стороны, расположены параллельно продольной оси накладной ленты и размещены другой своей стороной в щелевидной выемке или в боковом пазу несущего элемента (см. описание к патенту RU №2384426 С2, МПК В60М 1/30, Е01В 5/08, B21K 7/02, опубликовано 20.03.2010).
Причина, препятствующая получению в известном рельсе технического результата, обеспечиваемого заявленным изобретением, заключается использовании вставных стержней, посредством которых накладная лента закреплена на лицевой поверхности головки рельса.
Раскрытие изобретения
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении эксплуатационной надежности токопроводящего рельса, в упрощении технологии изготовления токопроводящего рельса, в сокращении времени выполнения операций изготовления токопроводящего рельса.
Технический результат, опосредствующий решение указанной задачи, заключается в увеличении прочности соединения накладной ленты с лицевой поверхностью несущего элемента (не менее 100 МПа) благодаря использованию сварки взрывом, что существенно повышает эксплуатационную надежность рельса, а также в одномоментном и автоматическом выполнении операции соединения накладной ленты с лицевой поверхностью головки рельса и обрезании накладной ленты по продольным краям головки рельса, что упрощает технологию изготовления токопроводящего рельса, сокращает время его изготовления, повышает производительность труда.
Достигается технический результат тем, что токопроводящий рельс содержит прессованный несущий элемент из алюминии или алюминиевого сплава, выполненный в поперечном сечении в форме двутавра, одна полка которого является подошвой рельса, а другая - его головкой с соответствующей лицевой поверхностью, на которой закреплена накладная лента из стали, при этом накладная лента закреплена посредством сварки взрывом, а ширина подошвы рельса превышает ширину его головки.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 схематично показана конструкция токопроводящего рельса в поперечном сечении; на фиг. 2 - в качестве примера схематично показана сборка (пакет) из двух несущих элементов, выполненных в поперечном сечении в форме двутавров и подготовленных для приваривания к лицевым поверхностям их головок накладных лент посредством взрыва.
Осуществление изобретения
1
2
1
2
Токопроводящий рельс 1 (фиг. 1) содержит прессованный несущий элемент 2, который выполнен из материала на основе легкого металла (алюминий или сплав алюминия) и в поперечном сечении имеет форму двутавра. Одна полка 3 двутавра является подошвой рельса 1 и имеет ширину h, другая полка 4 двутавра является головкой рельса 1 (и одновременно несущего элемента 2), имеет ширину h и отформована посредством шейки 5. Токопроводящий рельс 1 содержит также накладную ленту 6, выполненную из коррозионностойкого и износостойкого металла, преимущественно стали. Накладная лента 6 закреплена на головке 4 несущего элемента 2 со стороны ее лицевой поверхности 7 посредством сварки взрывом, что, как известно, обеспечивает прочное и долговременное соединение ленты 6 с головкой 4. При этом h>h, что упрощает технологию изготовления токопроводящих рельсов, так как дает возможность использовать тот же взрыв для разрезания единого стального листа 13 (фиг. 2) по продольным краям головок 4 с образованием соответствующих накладных лент 6.
Изготовление токопроводящего рельса осуществляют следующим образом.
При помощи пресса для выдавливания профилей формуют множество несущих элементов 2 из сплава алюминия, например два несущих элемента, как показано на фиг. 2. Формование осуществляют методом горячей экструзии из алюминиевых заготовок (деформируемых алюминиевых сплавов). Для этого могут быть использованы, например, алюминиевые деформируемые сплавы серий 1ХХХ (технический и электротехнический алюминий), 2ХХХ (группа AL-Cu-Mg-Mn), 3ХХХ (группа AL-Mn), 5XXX (группа AL-Mg), 6ХХХ (группа AL-Mg-Si), низко- и среднелегированные сплавы серии 7ХХХ (группа AL-Zn-Mg).
Затем производят термоадъюстажную обработку отпрессованного полуфабриката (несущих элементов 2). Обработка проводится с целью доведения геометрических и механических характеристик несущих элементов 2 до требований технических спецификаций.
1
2
После этого несущие элементы 2 устанавливают подошвами 3 на демпфирующую подушку 8 из речного песка, равномерно нанесенного на твердую горизонтальную площадку 9 (фиг. 2). Несущие элементы 2 устанавливают параллельно друг другу так, что подошвы 3 двух ближайших несущих элементов 2 непосредственно примыкают друг к другу их боковыми гранями. При этом, поскольку h>h, между головками 4 соседних несущих элементов образуется зазор, в котором размещают вкладыш 10. Другой вкладыш 11 размещают между шейками 5 двух ближайших несущих элементов 2. Кроме того, с других сторон этих шеек также устанавливают вкладыши, аналогичные вкладышу 11 (не показаны). Вкладыши 11 выполняют функцию опоры снизу для головок 4 несущих элементов 2 и выполнены из материала, более твердого по отношению к материалу несущих элементов 2. Вкладыш 10 выполнен из того же материала, что и вкладыш 11. При этом высота вкладыша 10 выбрана такой, чтобы ее верхняя плоскость располагалась ниже лицевых поверхностей 7 головок 4.
Образовавшийся таким образом пакет несущих элементов 2 обвязывают снаружи лентой для придания ему необходимой устойчивости. После этого на лицевых поверхностях 7 устанавливают ограничители 12 из материала либо того же, что и материал несущих элементов 2, либо из более мягкого материала. На эти ограничители укладывают предварительно подготовленный единый стальной лист 13 (т.е. лист, площадь которого с резервом перекрывает сумму площадей лицевых поверхностей 7 несущих элементов 2). Ограничители 12 задают расчетный зазор между лицевыми поверхностями 7, с одной стороны, и нижней поверхностью единого стального листа 13, с другой стороны. Затем на верхнюю поверхность единого стального листа 13 в контейнер (не показан) равномерно отсыпают взрывчатое вещество 14; при этом в выбранном месте инициирования взрывчатого вещества устанавливают детонатор (не показан).
Далее осуществляют сварку взрывом, в результате которой одновременно и автоматически осуществляются следующие технологические операции:
- соединение на уровне металлических связей единого стального листа 13 с головками 4 несущих элементов 2 со стороны их лицевых поверхностей 7;
- разрезание единого стального листа 13 по зазору между головами 4 на соответствующие накладные ленты 6 (фиг. 1), которые, будучи приваренными к головкам 4, выполняют функцию контактных накладок.
Таким образом, в момент взрыва происходит одномоментное формирование множества токопроводящих рельсов: диффузионная сварка единого стального листа 13 с множеством несущих элементов 2 и разрезание единого стального листа 13 по зазорам между головками 4, что значительно повышает эксплуатационную надежность рельса, упрощает технологию и повышает производительность труда в процессе изготовления токопроводящих рельсов.