СТЫКОВОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СОЕДИНИТЕЛЬ
PUNCH-DRIVEN BOND

Изобретение относится к области путевого хозяйства железных дорог, в частности к техническим средствам, обеспечивающим повышение электрической проводимости рельсовых стыков на участках, оборудованных автоблокировкой.
Известен фартучный приварной стыковой соединитель, манжета которого представляет собой обойму с фартуком, выполненными из одной заготовки, у которого медный многожильный провод закрепляется в обойме манжеты с поперечной опрессовкой. Торец манжеты оплавляется вместе с находящимися в нем концами медного провода. (Оводков Л.В. Модернизированный стыковой соединитель. Автоматика, телемеханика, связь, №3 1993, с.24-25.).
Недостатком данного соединителя является ослабление крепления гибкого многожильного медного провода в манжете в процессе эксплуатации от воздействия вибрационных нагрузок, что приводит к нестабильному электрическому контакту провода с обоймой и, как следствие, увеличению электрического сопротивления. Кроме этого он 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.
Наиболее близким по техническому решению является рельсовый стыковой соединитель, содержащий две трубчатые обоймы и размещенный внутри них гибкий многожильный провод, сплетенный из медных или омедненных стальных жил, при этом сторона обоймы, обращенная к рельсу, и привариваемые края противоположной стороны сплюснуты, а торцы обойм и концы гибкого провода выполнены скошенными вниз от привариваемых к рельсу краев и спрессованы, с пластической деформацией жил гибкого провода, при этом в средней части обойм со стороны, противоположной сплюснутой стороне, выполнено сферическое вдавливание с раздачей жил гибкого троса к стенкам обойм (RU 41025).
К недостаткам данного технического решения относится недостаточная механическая прочность соединения многожильного провода соединителя с обоймой. Это обусловлено рядом причин технологического и конструктивного характера. Снижение механической прочности соединения приводит к увеличению переходного электрического сопротивления и, в конечном счете, к обрыву электрической цепи. Проведенный анализ отказов в работе соединителей позволяет сделать вывод о том, что нарушение контакта между гибким тросом и обоймой соединителя происходит, главным образом, после его установки в путь. Ослабление крепления гибкого троса в обойме в процессе эксплуатации при вибрационных воздействиях, и за счет разогрева обоймы в процессе ее приварки к рельсу. В этом случае происходит деформация, ослабление усилия обжатия троса, а также поверхностное окисление контактирующих поверхностей отдельных нитей жил провода. Переходное сопротивление «трос-обойма», а следовательно, и полное сопротивление самого соединителя увеличивается, поэтому соединитель вскоре оказывается непригодным к работе.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении безопасности работы электрической цепи рельсовых стыков и повышении эксплуатационных свойств стыкового электрического соединителя.
Техническим результатом заявляемого изобретения является снижение переходного электрического сопротивления между наконечником и проводом, повышение механической прочности закрепления провода в наконечнике, снижение динамических нагрузок на приварное соединение наконечника к головке рельса.
Поставленная цель достигается стыковым электрическим соединителем, состоящим из многожильного, гибкого медного или сталемедного провода, закрепленного в наконечниках, присоединяемых к боковым поверхностям головки рельса сваркой, торцы наконечников выполнены скошенными, провод опрессован в наконечниках с пластической деформацией жил, при этом наконечник выполнен из стального трубчатого элемента, при этом часть наконечника, не менее (0,5-0,6) длины, присоединяемая к боковым поверхностям головки рельса, сплющена до образования плоскости, смещенной относительно оси наконечника, имеет форму трапеции, одной из наклонной сторон которой является торцевая часть наконечника, часть наконечника, служащая для закрепления провода, внутри покрыта антикоррозионным покрытием и гидрофобной смазкой, а провод закреплен опрессовкой двумя поясами с шестигранным контуром, со степенью обжатия в поясах, обеспечивающих минимальное переходное электрическое сопротивление провод-наконечник, провод по продольной оси имеет омегообразную форму в плоскости, параллельной боковой поверхности головки рельса, наконечник приваривается к боковой поверхности головки рельса по торцовой части.
Сплющенная часть наконечника на длину не менее (0,5-0,6) длины наконечника, с образованием плоскости, имеющей форму трапеции, смещенной относительно оси наконечника, обеспечивает плотное прилегание к боковой поверхности головки рельса. Такое прилегание уменьшает попадание грязи и влаги под наконечник и его отрыв в процессе эксплуатации.
Климат оказывает существенное воздействие на устойчивую работу рельсовых соединителей. В результате атмосферной коррозии, а также загрязнения пылью и смазкой на контактах образуются окисные пленки. При наличии в атмосфере сернистых соединений образуются сернистые пленки. Образование некоторых пленок может привести к нарушению контакта в зоне «провод-наконечник». Необходимым условием для устойчивости работы рельсовых соединителей является предохранение их от попадания влаги, которая ведет к окислению их контактирующих поверхностей. Закрепление гибкого, многожильного провода внутри наконечника опрессовкой двумя поясами с шестигранным контуром позволяет получить максимально надежное соединение путем обеспечения достаточной плотности упаковки жил провода в месте опрессовки, при этом наличие гидрофобной смазки внутри наконечника позволяет защитить конец гибкого провода в месте контакта от агрессивного влияния окружающей среды, что в свою очередь обеспечивает стабильный электрический контакт на протяжении всего срока эксплуатации стыкового электрического соединителя.
В процессе эксплуатации соединитель подвергается различным механическим воздействиям. В средней своей части подвергается воздействию прутьев щеток снегоочистительных машин и другой путевой техники. Помимо этого, рельсовый стык является источником весьма интенсивных вибраций всех элементов пути, но наиболее интенсивным вибрациям подвергается рельс. Максимальные ускорения (в зависимости от места измерения и перехода колеса) достигают значения 200g и более, где g - ускорение свободного падения. При таких ускорениях и при движении большегрузных поездов, когда возникают значительные смещения одного рельса по отношению к другому в вертикальной плоскости, которые в некоторых случаях могут превысить допустимую норму, появляются силы инерции от массы провода соединителя. Циклическое воздействие сил инерции и сил упругости от деформации соединителя на сварной шов приводят к образованию усталостных трещин в сварном соединении и в конечном итоге к отрыву соединителя по сварному шву. Выполнение провода омегообразной формы по продольной оси и расположение его в плоскости, параллельной боковой поверхности головки рельса, приводит к уменьшению сил упругости при смещении одного рельса относительно другого, а приваривание наконечника к боковой поверхности головки рельса по торцевой части, имеющей двойную толщину стенки наконечника, позволяет выполнить двухслойный сварной шов, формировать благоприятную термическую зону, не вызывающую отколы металла.
6
Стык является местом, где возрастают силы «угона» пути и возможно продвижение рельса в накладках. Таким образом, рельсовый стыковой соединитель подвергается различным деформациям в вертикальном и горизонтальном направлении, поэтому он должен выдерживать не менее 34×10 циклов прогибов рельса с амплитудой 10-15 мм.
Закрепление гибкого, многожильного провода внутри наконечника опрессовкой двумя поясами с шестигранным контуром выполнено с максимальной плотностью упаковки, обеспечивающей минимальное электрическое сопротивление между наконечником и проводом. Такое минимальное электрическое сопротивление сохраняется весь период работы соединителя за счет отсутствия окислительных процессов между отдельными жилами, жилами и поверхностью наконечника, что обеспечивается покрытием поверхности наконечника изнутри антикоррозионным покрытием и гидрофобной смазкой и пластической деформацией жил гибкого медного, или сталемедного многожильного провода. В этом случае гибкий многожильный провод в месте опрессовки можно рассматривать как состоящий из отдельного прутка, что позволяет получить минимальное переходное электрическое сопротивление в зоне контакта «провод-наконечник». Кроме этого, закрепление гибкого многожильного провода внутри наконечника опрессовкой двумя поясами с шестигранным контуром с максимальной плотностью упаковки и пластической деформацией жил гибкого медного или сталемедного провода позволяет повысить прочность в месте соединения, и в целом вибропрочность стыкового электрического соединителя, при воздействии на него виброударных нагружений стыка. Применение омегообразной формы по продольной оси гибкого многожильного провода соединителя в плоскости, параллельной боковой поверхности головки рельса, позволяет значительно снизить вероятность обрыва гибкого троса снегоочистительной и другой техникой. Все это в целом положительно сказывается на улучшении эксплуатационных свойств стыкового электрического соединителя.
Предложенное техническое решение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид рельсового стыка с установленным стыковым электрическим соединителем, на фиг.2 - разрез по сечению А-А фиг.1, на фиг.3 - форма наконечника, на фиг.4 - разрез по сечению Б-Б фиг.3, обжим наконечника с проводом в стыковом электрическом соединителе.
Стыковой электрический соединитель содержит два стальных наконечника 1 и 2, и закрепленный в них гибкий сталемедный провод 3 марки ПБСМЭ, при этом продольная ось сталемедного провода 3 имеет омегообразную форму в плоскости, параллельной боковым поверхностям головки рельса. Закрепление сталемедного провода в стальном наконечнике происходит путем опрессовки двумя поясами 4 и 5 с шестигранным контуром. Приварку к боковой поверхности рельса выполняют по торцу наконечника 6.
Стыковой электрический соединитель может быть изготовлен на любом машиностроительном предприятии. Изготовлена опытная партия соединителей для установки на железную дорогу.