Устройство для электрического соединения кабеля с железнодорожным рельсом

Устройство для электрического соединения кабеля с железнодорожным рельсом относится к области электрификации железных дорог и может быть использовано для соединения электрического проводника, например, токопроводящей жилы кабеля заземления, с железнодорожным рельсом.
Заземление между железнодорожным полотном и поддерживающими конструкциями контактной сети необходимо для обеспечения надежной работы, защиты от токов коротких замыканий, электробезопасности обслуживающего персонала и других лиц, функционирования рельсовых цепей автоблокировки и электрической централизации, ограничения утечки тяговых токов на участках постоянного тока.
Известно «Устройство для электрического соединения кабеля с железнодорожным рельсом» по патенту RU №146161 от 20.05.2014, опубликовано: 10.10.2014, МПК B60M 1/00 (2006.01), включающее в себя кабель и захват подошвы рельса, выполненный из стальной пластины, с основанием, краевыми отгибами, сформированными в одном направлении, и зажимом, в полости которого зажата токопроводящая жила кабеля, при этом основание захвата изогнуто в направлении формирования краевых отгибов, а, по меньшей мере, один из отгибов выполнен S-образной формы, отличающееся тем, что концевая часть отгиба S-образной формы снабжена продольно ориентированным дугообразным элементом.
Известно «Устройство для электрического соединения кабеля с железнодорожным рельсом» по патенту RU №149474 от 15.08.2014, опубликовано: 10.01.2015, МПК H01R 4/64 (2006.01), включающее в себя кабель и захват подошвы рельса, выполненный из стальной пластины, с основанием, краевыми отгибами, сформированными в одном направлении, и зажимом, в полости которого зажата токопроводящая жила кабеля, при этом основание захвата изогнуто в направлении формирования краевых отгибов, а один из отгибов выполнен S-образной формы, отличающееся тем, что участок отгиба S-образной формы, примыкающий к основанию, снабжен защитной скобой.
Известно «Устройство для электрического соединения кабеля с железнодорожным рельсом» по патенту RU 138735, от 30.10.2013, опубликовано: 20.03.2014 МПК, H01R 4/18 (2006.01), включающее в себя кабель и захват подошвы рельса, выполненный из металлической пластины с основанием и краевыми отгибами, сформированными в одном направлении, а также с зажимом, в полости которого зажата токопроводящая жила кабеля, с обеспечением электрического контакта между жилой и захватом, отличающееся тем, что захват выполнен из пружинной стали, основание захвата изогнуто в направлении формирования краевых отгибов, при этом, по меньшей мере, один из отгибов выполнен S-образной формы; устройство снабжено дополнительным зажимом, сформированным на завитке S-образного отгиба захвата.
Во всех трех аналогах захват с токопроводящей жилой находится под подошвой рельсы, что исключает визуальный контроль, состояние контакта токопроводящей жилы с захватом. При разрушении токопроводящей жилы невозможно произвести присоединение нового кабеля, поскольку необходимо поднять рельс, извлечь все устройство из-под подошвы рельса и заменить его целиком.
Известно устройство для электрического соединения кабеля с железнодорожным рельсом описанное в патенте РФ на полезную модель №175599, МПК H01R 4/64, опубл. 12.12.2017 г., включающее захват подошвы рельса, выполненный из металлической пластины с основанием и краевыми отгибами, сформированными в одном направлении, а также с зажимом, полость которого обеспечивает зажим токопроводящей жилы кабеля и электрического контакта между жилой и захватом, причем один из отгибов выполнен S-образной формы размещен в завитке S-образного отгиба захвата в виде проушины, расположенной параллельно рельсу, и снабженной втулкой с внутренней резьбой, обеспечивающей вкручивания токопроводящей жилы, снабженной внешней резьбой.
Но данное устройство не предназначено для многожильной токопроводящей жилы, поскольку невозможно ее обеспечить внешней резьбой без дополнительного наконечника, что влечет за собой высокое переходное сопротивление, нагрев элементов в месте контакта, вследствие чего происходят потери объема электроэнергии в цепи жила - деталь и последующее разрушение всей конструкции.
Известно устройство для электрического соединения кабеля с железнодорожным рельсом по патенту РФ на полезную модель №178772, МПК H01R 4/64, опубл. 19.04.2018 г, прототип.
Это устройство для электрического соединения кабеля с железнодорожным рельсом содержит захват подошвы рельса, выполненный из металлической пластины с основанием и краевыми отгибами, сформированными в одном направлении, а также с полостью, обеспечивающей контакт между жилой и захватом, полость расположена в завитке отгиба параллельно рельсу и выполнена в виде полого цилиндра, обеспечивающего возможность плотного обжима места контакта многожильной токопроводящей жилы с захватом.
Недостаток все приведенные устройства для электрического соединения нагреваются из-за неплотного контакта в местах стыка устройства с рельсом.
Задача создания полезной модели: уменьшить потери электроэнергии и нагрев в местах его стыка с рельсом и кабелем:
Технический результат: уменьшить потери электроэнергии и нагрев в местах его стыка с рельсом и кабелем:
Решение указанной задачи достигнуто в устройстве для электрического соединения кабеля с железнодорожным рельсом, содержащее захват подошвы рельса, выполненный из металлической пластины е основанием и краевыми отгибами, сформированными в одном направлении, а также с полостью, обеспечивающей контакт между жилой и захватом, при этом полость расположена в завитке отгиба параллельно рельсу и выполнена в виде полого цилиндра, обеспечивающего возможность плотного обжима места контакта многожильной токопроводящей жилы с захватом, отличающееся тем, что захват подошвы рельса выполнен с возможностью установки между захватом и рельсом металлической вставки.
Вставка может быть выполнена с электропроводным покрытием на наружной поверхности.
Вставка может быть выполнена с медным покрытием. Вставка может быть выполнена с покрытием из олова. Вставка может быть выполнена с покрытием из цинка.
Внутренняя поверхность завитка отгиба может иметь электропроводное покрытие.
На внешнюю поверхность захвата может быть нанесено антикоррозионное покрытие.
Суть технического решения поясняется чертежами фиг. 1-11, где:
- на фиг. 1 изображено устройство для электрического соединения многожильной токопроводящей жилы с железнодорожным рельсом,
- на фиг. 2 изображено устройство для электрического соединения многожильной токопроводящей жилы с железнодорожным рельсом в рабочем состоянии.
- на фиг. 3 приведена вставка,
- на фиг. 4 приведен вид А, первый вариант,
- на фиг. 5 приведен вид А, второй вариант,
- на фиг. 6 приведен вид А, третий вариант,
- на фиг. 7 приведен вид А, четвертый вариант,
- на фиг. 8 приведен вид А, пятый вариант,
- на фиг. 9 приведена вставка конической формы,
- на фиг. 10 приведена пустотелая вставка,
- на фиг. 11 приведен вид В.
На фиг 1 изображены: захват 1, имеющая основание 2, краевой отгиб 3, краевой отгиб 4, полость 5, кабель 6, железнодорожный рельс 7, вставка 8.
Устройство для электрического соединения кабеля с железнодорожным рельсом 7 выполнено следующим образом. Основание 2 скобы 1 выполнено из пластины пружинной стали с краевыми отгибами 3 и 4 для плотного охвата подошвы железнодорожного рельса 7.
Пружинная сталь - это низколегированный сплав, среднеуглеродистая или высокоуглеродистая сталь с очень большим пределом текучести. Это позволяет изделиям из пружинной стали возвращаться к исходной форме несмотря на значительный изгиб и скручивание.
Большинство пружинных сталей (как те, что используются в автомобилях) закалены и отпущены до значения 45 по шкале С Роквелла.
Кремний является ключевым компонентом большинства пружинных стальных сплавов. В США самой часто используемой пружинной сталью является ASTM А228 (0.80-0.95% углерода), которая также известна под названием «музыкальная проволока» или «пианинная проволока».
В России основными марками рессорно-пружинной стали являются марки 60Г, 65Г и другие, с содержанием углерода 0,5-0,9%.
Предпочтительно использовать Ст 60 Г с закалкой и отпуском до 40-50 ед С Роквелла.
В полости 5, сформированной в верхнем завитке краевого отгиба 4, расположенного параллельно рельсу, размещен кабель 6. Между краевым отгибом 4 и основанием 2, установлена вставка 8. Возможно применение дополнительной скобы 9, установленной снаружи на краевой отгиб 4 без зазора для его защиты от ударов.
На фиг. 3-7 приведена вставка 8, а на фиг. 4 приведен вид А для вставки 8 имеющей на внешней поверхности 10 электропроводное покрытие 11, выполненное из материала, обладающего высокой удельной электропроводностью. Материал вставки 8: низкоуглеродистая стать Ст 10, Ст 20 или Ст 30. Сталь должна быть пластичной и применяться без закалки.
Вставка 8 может быть выполнена цилиндрической формы (фиг. 4) в форме эллипса (фиг. 5) в форме полуцилиндра (фиг. 6) или С-образной формы (фиг. 7) или прямоугольной формы (фиг. 8).
Возможно выполнение вставки пустотелой (фиг. 9), например, в виде втулки с центральным отверстием 12. При этом втулка может быть выполнена цилиндрической или овальной формы.
Электропроводное покрытие 11 выполнено из электропроводного материала, например меди, цинка или олова.
-1
Электрическая проводимость (электропроводность, проводимость) - способность тела проводить электрический ток, а также физическая величина, характеризующая эту способность и обратная электрическому сопротивлению. В Международной системе единиц (СИ) единицей измерения электрической проводимости является сименс (русское обозначение: См; международное: S), определяемый как 1 См = 1 Ом, то есть, как электрическая проводимость участка электрической цепи сопротивлением 1 Ом.
На внутренней поверхности 13 может быть выполнено антикоррозионное покрытие 14 (фиг. 5 и 6). Возможно совмещение функций электропроводного и антикоррозионного покрытий, используя для этих целей покрытия одни и те же металлы, например, цинк.
Цинковое покрытие
Цинк - самое распространенное антикоррозийное покрытие. Широкое применение для защиты стальных и чугунных изделий обусловлено 2 причинами:
- Высокая природная стойкость самого цинка вследствие образования на цинке в коррозийной среде защитных пленок из продуктов коррозии;
- Высокая анодность защиты стали в атмосферных условиях и в пресной воде при температурах до 70°С, но при высоких температурах, в агрессивных средах защищает сталь только механически, превращаясь из анодного в катодное покрытие.
Защитные свойства цинковых покрытий определяются как их толщиной, так и методом их нанесения.
Методы нанесения цинка:
1. Электролитический (гальванический) метод нанесения цинка (холодное оцинкование)
Холодное оцинкование - это нанесение на подготовленную поверхность приемами, используемыми в работе с обычными красками, специального цинксодержащего состава, в результате чего образуется покрытие, обладающее теми же антикоррозийными свойствами, что и полученное методом горячего оцинкования.
Преимуществами данного метода оцинкования по сравнению с горячим оцинкованием являются:
- Отсутствие ограничений по размерам крепежа;
- Высокая адгезия цинкового покрытия с ЛКМ, в т.ч. с порошковыми красками;
- Высокая степень чистоты осажденного цинка обеспечивает повышенную химическую стойкость.
Недостатки метода холодного оцинкования:
А. По сравнению с методом горячего оцинкования и термодиффузионным оцинкованием, низкая толщина покрытия (5-35 мкм), что снижает коррозийную устойчивость покрытия, полученного электролитическим методом.
Б. По сравнению с термодиффузным оцинкованием, существует возможность наводораживания и как следствие охрупчивание основного защищаемого материала (водородное охрупчивание)
2. Горячий метод оцинкования
Горячий способ оцинкования заключается в погружении предварительно подготовленных изделий, после обезжиривания, промывки, травления, в расплавленный цинк при температуре 450-480°С. Образование покрытия основано на хорошем смачивании железа и его сплавов цинком.
Основным преимуществом данного метода оцинкования по сравнению с электролитическим заключается в более высокой коррозийной устойчивости покрытия, поскольку горячий способ позволяет получить покрытие большой толщины (от 40-150 мкм).
3. Метод термодиффузионного оцинкования
Термодиффузионное цинковое покрытие является анодным по отношению к стали, обеспечивая электрохимическую защиту стали. Покрытию подвергаются изделия из углеродистой стали стандартного качества, качественной конструкционной углеродистой, низколегированной стали и чугуна.
Суть технологии термодиффузионного оцинкования состоит в том, что антикоррозийное покрытие формируется в результате насыщения цинком поверхности металлических изделий в порошковой среде при температуре 290-450°С, причем выбор температурного режима зависит от типа стальных изделий от типа стальных изделий и марки стали. Такая технология позволяет получить любую толщину покрытия в диапазоне от 6 до 110 микрон по требованию заказчика без изменения технологического процесса. Процесс происходит в закрытом контейнере с добавлением к обрабатываемым деталям специальной насыщающей смеси. Пассивация (финишная обработка деталей) является обязательной частью процесса термодиффузионного оцинкования. Пассивация предназначена для предотвращения образования белых продуктов коррозии на поверхностях, подвергаемым воздействию атмосфер с высокой влажностью, соленой воды, морских атмосфер или циклам конденсации и высыхания.
Преимущества метода термодиффузионного оцинкования по сравнению с методом горячего оцинкования:
- Возможность получения покрытия на резьбовых деталях и деталях сложной формы равномерного по толщине и точно повторяющего конфигурацию изделия. Плюсом также является отсутствие каких-либо наплывов цинка в местах углублений или соединений. Данное преимущество исключает необходимость снимать покрытие с внутренней резьбовых частей(гайка), как это делается после обработки горячим цинком.
- Антикоррозийная стойкость в 1,5-2 раза выше, чем при электролитическом оцинковании.
- Отсутствие водородного охрупчивания
- нет риска снижения качественных характеристик изделия, что важно, когда изделие используется в ответственных конструкциях.
- Высокая адгезия цинкового покрытия с ЛКМ, в т.ч. с порошковыми красками.
- Высокая точность нанесения покрытия позволяет применять термодиффузионное оцинкование для покрытия изделий с точными допусками, например с мелкими диаметрами.
- Высокая износостойкость покрытия позволяет сохранять качество изделия, подвергаемого частой сборке-разборке.
Преимущества метода термодиффузионного оцинкования по сравнению с электролитическим (гальваническим) методом:
- Антикоррозийная стойкость в 3-5 раз выше, чем при горячем оцинковании.
- Отсутствие водородного охрупчивания.
Другие методы оцинкования
DACROMET 320 («Dacral», «Geomet»)
Цинконаполненные покрытия под названием «Dacromet 320» (Дакромет 320) были разработаны фирмой «Diamond Shamrock Corp.» (США). Покрытие наносится методом погружения деталей в суспензию цинковых частиц в водном растворе органических и неорганических компонентов. После удаления излишков суспензии центрифугированием для окончательного формирования покрытия детали подвергаются ступенчатому нагреву, начиная с 80°С и до завершающей температуры 300°С.
Особенность покрытия «Дакромет 320» заключается в наличии цинковых частичек микронных размеров в виде хлопьев, предварительно обработанных в хроматном растворе и плотно связанных между собой неорганическим связующим. Толщина сухого покрытия составляет 8-10 мкм. Покрытие имеет серебристо-серый вид и, благодаря наличию в системе хроматов, обладает высокой коррозионной стойкостью - порядка 500 в нейтральном соляном тумане, что незначительно превышает антикоррозийную устойчивость изделий, полученных электролитическим способом.
Преимущества метода относительно методов электролитического и горячего оцинкования заключается в отсутствие водородного охрупчивания. Данный метод не обладает преимуществами относительно термодиффузионного оцинкования.
Цинкламельные покрытия
Система ламельного цинкового покрытия включает в себя базовый слой, состоящий из тонких алюминиевых и цинковых чешуек (ламелей) и, при необходимости, один или несколько дополнительных слоев, придающих покрытию специальные свойства: фрикционные, коррозионную и химическую стойкость, цвет и другие.
Цинкламельное покрытие наносят на предварительно подготовленную поверхность деталей путем окунания в высокодисперсную суспензию цинкового и алюминиевого порошков, имеющих форму чешуек, в связующем материале или ее напыления с последующим нагревом деталей до 240°С для сушки и отверждения. Сформировавшееся базовое покрытие содержит более 70% цинкового и до 10% алюминиевого порошка, а также связующий органический материал. Оно состоит из множества слоев алюминиевых и цинковых частиц толщиной менее микрометра и шириной около 10 мкм, расположенных параллельно друг другу и покрываемой поверхности, соединенных связующим компонентом. Коррозионная стойкость покрытий свыше 700 часов в нейтральном соляном тумане, что незначительно превышает антикоррозийную устойчивость изделий, полученных электролитическим способом.
Механическое оцинкование
Химико-механический метод нанесения покрытия. Детали, на которые наносится покрытие, помещаются вместе с гранулами и цинковым порошком в специальный барабан, в котором цинк наносится на поверхность деталей с помощью холодной сварки.
В результате механического оцинковывания деталь приобретает свойства аналогичный как при электролитическом оцинковании. Преимущество данного метода в сравнении с электролитическим заключается в отсутствии опасности водородного охрупчивания при его применении.
Практический опыт использования крепежа с покрытием позволяет определить средние ежегодные объемы разрушения цинкового покрытия в зависимости от условий эксплуатации.
Ежегодный размер разрушения цинкового покрытия стального крепежа от поверхностной коррозии в зависимости от среды эксплуатации составляет от 1,0 до 2, мкм. Устройство может эксплуатироваться 10-20 лет.
На фиг. 8 приведен вид А, пятого варианта вставки «С»- образной формы в поперечном сечении. Такая форма вставки обеспечивает максимальный контакт между рельсом и захватом.
На фиг. 9 приведена вставка конической формы, ее наружная поверхность наклонена к оси симметрии вставки ОО под углом α.
Оптимальный угол α выбирается из условия: минимальный угол обеспечивает установку вставки с натягом, а максимальный угол не увеличивает чрезмерно усилие забивания вставки.
Этим условиям удовлетворяет диапазон углов: α=5-10°.
Вставка 8 имеет малый торец 15 для монтажа и большой торец 16 для нанесения ударов при монтаже.
На фиг. 10 и 11 приведена пустотелая вставка, которая содержит внутреннее отверстие (полость) 12. На внутренней поверхности 13 вставки 8 может быть выполнено антикоррозионное покрытие 14.
РАБОТА С УСТРОЙСТВОМ
Устройство для электрического соединения кабеля с железнодорожным рельсом 7 используют следующим образом.
Кабель 6 (фиг. 1 и 2) вставляется в полость 5 и при помощи сдавливающего оборудования производят его запрессовку. Далее выполняют захват подошвы железнодорожного рельса 7 основанием 2 захвата 1 устройства для соединения многожильной токопроводящей жилы. Краевой отгиб 3 заводят под железнодорожный рельс 7, зацепляют край подошвы рельса 7 краевым отгибом 4 и, ударяя по дополнительной скобе 9 одетой на краевой отгиб 4, в направлении подошвы рельса 7, защелкивают отгиб 4 на крае подошвы рельса 7.
Применение электропроводного покрытия 11 из электропроводного материала на внешней поверхности вставок 8 уменьшает потери электроэнергии в стыках с рельсом 7, уменьшает их нагрев.
Применение антикорозионного покрытия 14 из коррозионно-стойкого материала для вставки 8 и захвата 1, например воронение, оксидирование или цинкование способствует предотвращению коррозии устройства и увеличивает срок его службы.
Применение устройства позволит:
- уменьшить потери электроэнергии и нагрев в местах его стыка с рельсом и кабелем:
- уменьшить его коррозию деталей устройства и многократно увеличить его ресурс.