МАГНИТНЫЙ ШУНТ ИЗОЛИРУЮЩЕГО СТЫКА
INSULATED JOINT MAGNETIC SHUNT

Магнитный шунт изолирующего стыка относится к устройствам железнодорожного пути.
Изолирующие стыки (далее - изостыки) с композитными накладками в настоящее время широко применяются на сети железных дорог в России и зарубежных странах. Недостатком данных устройств, наряду с рядом положительных качеств, таких как прочность и износостойкость, является повышенная намагниченность изостыка, в результате чего в торцевом зазоре рельсов образуется налипание металлических продуктов износа от взаимодействия пары «колесо-рельс», что создает эффект электропроводности изостыка между рельсами и приводит к отрицательным последствиям ложных срабатываний и сбоям в работе систем сигнализации, централизации и блокировки.
По уровню техники известно устройство «Шунт размагничивающий изолирующих стыков ШРИС-65» (журнал "Путь и путевое хозяйство" №8 2015 г.).
Данный шунт размагничивающий представляет собой магнитную систему, состоящую из ферромагнитного сердечника, содержащего мощные постоянные магниты, установленные под подошвой рельса в области изостыка.
Полюсные наконечники сердечника, контактирующие с подошвами рельсов, изолированы от последних магнитодиэлектрическими прокладками, снижающими магнитное сопротивление между подошвой рельсов и полюсным наконечником сердечника. Для защиты элементов магнитной системы шунта от воздействия внешней среды и обеспечения электрических параметров (сопротивления) корпус шунта выполнен герметичным из диэлектрического полимерного материала.
Постоянные магниты образуют в стыке магнитное поле обратной полярности, которое при взаимодействии с магнитным полем изостыка в сумме должна обеспечивать намагниченность в стыке в пределах нормы. Мощность магнитов подбирается так, чтобы в зоне подошвы рельсов индукция магнитного поля также не превышала безопасного уровня по абсолютной величине, хотя направление поля в головке и подошве рельса при этом могут быть противоположными.
Недостатками устройства является следующее.
При наличии в зоне стыка двух независимо образованных магнитных потоков (изостыка и постоянного магнита) на смежных концах рельсового стыка возникает поляризованная электромагнитная система.
Для достижения нормативного значения результирующей магнитной индукции этой поляризованной системы потребуется тщательная индивидуальная подборка постоянных магнитов предлагаемого шунта, как по величине магнитного потока, так и по полярности установки в подошву изостыка. В связи с этим возникает вероятность не уменьшить, а увеличить намагниченность изостыка в случае совпадения полярности двух магнитных полей.
Кроме этого, как показали проведенные измерения, магнитная индукция изостыка не является постоянной величиной как на двух рельсовых нитях одного и того же пути, так и переменна во времени на значительную величину в течении суток. Также ее величина меняется в зависимости от времени года, погодных условий, интенсивности движения поездов, географической ориентации стыка.
Индивидуальный подбор постоянных магнитов на каждый изостык потребует дополнительных затрат времени и средств. В свою очередь, изготовление постоянных магнитов со строго определенной напряженностью магнитного поля является трудно осуществимой задачей.
Кроме этого из сведений об известных аналогах известно другое устройство: «Магнитный шунт на изолирующий стык» (журнал «Автоматика, связь, информатика» №1 2017 г.), выбранное в качестве аналога.
На изолирующий стык с обеих сторон каждой рельсовой нити устанавливают шунт, представляющий собой металлическую пластину, наваренную как продолжение металлической накладки крепления стыка.
В качестве материала для шунта используют листовую сталь. При установке шунта на изостык по нему распространяется магнитное поле и на обеих сторонах стыка значение напряженности становится одинаковым.
В ходе испытаний опытного образца магнитного шунта достигнуто снижение намагниченности на изолирующих стыках и уменьшение количества отказов и случаев сбоев автоматической локомотивной сигнализации на полигоне Восточно-Сибирской железной дороги - филиала ОАО «РЖД».
Недостатком данного устройства является невысокая эффективность снижения намагниченности изостыка.
Известно, что силовые линии магнитного поля в пространстве между полюсами, которыми в данном случае являются смежные концы стыкуемых в изостыке рельсов, распространяются по окружности. В случае же, когда магнитопроводами являются шунты в форме прямолинейных металлических пластин, их сопротивление входящему и выходящему магнитному потоку является довольно высоким.
Техническим результатом при использовании устройства магнитный шунт изолирующего стыка является возможность отведения магнитного потока из торцевого зазора изостыка рельса по телу магнитного шунта.
Технический результат от использования магнитного шунта изолирующего стыка достигается за счет специальной конструкции магнитного шунта. Магнитный шунт изолирующего стыка служащий для отведения магнитного потока из торцевого зазора изостыка рельса по телу магнитного шунта, содержащий две металлические пластины, с возможностью крепления через штатные металлические накладки крепления стыка с обеих сторон стыка во встречном друг другу направлении. Шунт выполнен в виде пластины, имеющей прямолинейный участок, служащий для крепления шунта к металлической накладке изостыка с помощью болтового соединения, и изогнутый участок в виде дуги окружности, служащий для проведения магнитного потока образующегося в изостыке, при этом шунт выполнен так, чтобы при установке дуги двух противоположно установленных шунтов образовывали в горизонтальной плоскости две разрозненные части одной окружности, симметрично расположенной относительно продольной оси рельса, а диаметр этой окружности в поперечном направлении рельса находился на оси линии зазора изостыка.
В частном случае пластины шунтов выполнены наборными, в виде пакета тонких пластин из электротехнической стали.
Конструкция магнитного шунта представлена на фиг. 1 и фиг. 2.
Магнитный шунт - 1, Металлическая накладка изостыка - 2, Изолирующая накладка изостыка - 3, Торцевая изоляция - 4, Болтовое соединение - 5, Стопорная шайба - 6, Рельс - 7, Шпала - 8.
В предполагаемом изобретении предлагается конструкция шунта комбинированной формы в виде пластины, имеющей прямолинейный участок, служащий для крепления шунта к металлической накладке изостыка, и изогнутый участок в виде дуги окружности, служащий для проведения магнитного потока образующегося в изостыке (фиг. 1).
Магнитный шунт 1 закрепляется болтовым соединением 5 на штатную металлическую накладку 2 изостыка.
Свободный конец изогнутой части шунта 1 не достигает и не касается металлической накладки 2 смежного рельса и элементов крепления смежного рельса во избежание замыкания изостыка. С этой целью между свободным концом шунта и пластиной оставляют воздушный зазор 18…20 мм. Также свободный конец изогнутого участка шунта следует заизолировать изоляционным материалом.
Во избежание проворачивания шунта при закреплении его в болтовом соединении 5 предусматривается установка стопорной шайбы 6.
При этом, шунты 1 устанавливаются с обеих сторон изостыка во встречном друг другу направлении таким образом, чтобы дуги двух противоположно установленных шунтов образовывали две разрозненные части одной окружности, симметрично расположенной относительно продольной оси рельса, а в поперечном направлении диаметр этой окружности находился на оси линии зазора изостыка (фиг. 2).
Работа предлагаемого устройства основана на прохождении силовых линий магнитного поля, распространяющихся по окружности, по телу магнитного шунта 1 и соответственно уменьшении магнитной индукции в торцевом зазоре изостыка. Так как силовые линии магнитного поля от полюсов разнополярно намагниченных концов рельсов распространяются по окружности, центр которой лежит в центре стыка, то магнитное сопротивление, направленное по кольцевому магнитопроводу меньше, чем сопротивление по прямолинейной пластине, и значительно меньше, чем сопротивление окружающей воздушной среды.
Магнитный поток от разности потенциалов двух рельсовых цепей на изолированном стыке замыкается (шунтируется) по предлагаемому кольцевому магнитопроводу, а не по стыковому зазору. Вследствие этого напряженность магнитного поля в стыковом зазоре между рельсами падает.
Опытная проверка устройства была проведена на полигоне Южно-Уральской железной дороги - филиала ОАО «РЖД» в октябре-ноябре 2019 года. Четыре комплекта магнитных шунтов (всего 16 штук) были установлены на четырех изостыках в трех дистанциях пути: ПЧ-11, ПЧ-24 и ПЧ-20, соответственно:
на электрифицированных участках
с тяговым постоянным током;
с тяговым переменным током;
на неэлектрифицированном участке с тепловозной тягой.
Испытания показали снижение магнитной индукции изостыков в сравнении с необорудованными шунтами штатными стыками АпАТэК:
На постоянном тяговом токе в среднем в 5,7 раза
На переменном тяговом токе в среднем в 4,48 раза
На неэлектрифицированном участке в среднем 2,65 раза.
При использовании магнитного шунта - аналога, изготовленного из прямолинейной пластины, магнитная индукция изостыка в сравнении со штатным стыком АпАТэК снижается в среднем на 13,5%.