СОЕДИНИТЕЛЬ РЕЛЬСОВЫЙ СТЫКОВОЙ ЭЛЕКТРОТЯГОВЫЙ ПРУЖИННЫЙ

Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта, в частности к устройствам рельсовых цепей, и предназначена для пропуска по рельсам сигнального и тягового токов на участках железных дорог с электрической тягой.
Известен соединитель рельсовый, содержащий токопроводную пластину, закладываемую между шейками стыкуемых рельсов и рельсовой накладки, на концах которой выполнены базирующиеся отверстия под болты стыка, пластина снабжена пружинным элементом со стороны, обращенной к рельсовой накладке, и контактными элементами со стороны, обращенной к рельсам, для взаимодействия с шейками стыкуемых рельсов, контактные элементы выполнены из токопроводного износостойкого высокопрочного материала, могут быть снабжены шабрирующими гранями, а пружинный элемент может быть выполнен в виде плоской, витой или тарельчатой пружины и/или в виде втулок, надеваемых на болты стыка между рельсовой накладкой и пластиной соединителя, выполненных из упругодеформируемого материала (Патент RU 2270283, заявка: 2002135037 от 26.12. 2002 г., МПК E01B 11/00).
Недостаток данного устройства - высокая интенсивность выработки на шейке рельса в месте контакта соединителя и рельса, а также высокое по значению электрическое сопротивление, что приводит к перегреву контактов при пропускании через соединитель тяговых токов.
Известно устройство соединителя рельсовой цепи, содержащее токопроводящую пластину с электроконтактными элементами, расположенными со стороны, обращенной к рельсам, установленную на шейке стыкуемых рельсов, выпукло-вогнутый пружинный элемент, рельсовую накладку, токопроводящая пластина имеет коробчатую форму, снабжена перемычкой, расположенной между электроконтактными элементами и выполненной из материала, имеющего электросопротивление меньше, чем материал токопроводящей пластины, пружинный элемент расположен выпуклостью к шейкам стыкуемых рельс, а отогнутыми горизонтально концами - к рельсовой накладке, в центре пружинного элемента выполнена вогнутость, посредством которой пружинный элемент контактирует с ответным выступом на токопроводящей пластине, на стенках которой выполнены фиксаторы пружинного элемента, обеспечивающие самоустановку пружинного элемента на выступе токопроводящей пластины, электроконтактные элементы выполнены из композиционного материала, в токопроводящей пластине выполнено углубление для перемычки, которую соединяют с токопроводящей пластиной в месте углубления, например, пайкой. (Патент RU 2330912, заявка: 2006136465 от 16.10.2006 г., МПК E01B 11/00.).
Недостатком известного устройства является высокая интенсивность выработки на шейке рельса в месте контакта токопроводного элемента и рельса, высокое по значению электрическое сопротивление, что приводит к перегреву контактов при пропускании через соединитель тяговых токов, а также возможность загрязнения контактной зоны путем попадания грязи, масла, твердых частиц и других элементов, ухудшающих ее свойства, в процессе хранения, транспортировки, монтажа и эксплуатации соединителя.
Известен соединитель рельсовый шаберно-пружинный, содержащий тоководную пластину и пружинный элемент, установленный на ней со стороны, обращенной к рельсовой накладке, на стороне пластины, обращенной к стыкуемым рельсам, установлены шабрирующие электроконтактные элементы, выполненные из металлокерамики, отличающийся тем, что пластина между элементами снабжена дополнительным материалом, в частности медью, в виде слоя и/или второй пластины, обладающим пониженным электрическим сопротивлением, а металлокерамический материал элементов содержит медь. Кроме этого, расстояние между элементами по длине пластины минимизировано при сохранении контакта каждого элемента с соответствующим рельсом, на пластине установлен один элемент, причем по длине пластины он установлен так, что одновременно контактирует с обоими рельсами. (Патент RU 33126, заявка: 2003121155 от 16.07.2003 г., МПК E01B 11/00.). Данное техническое решение принято в качестве прототипа.
Недостатком известного устройства является высокая интенсивность выработки на шейке рельса в месте контакта токопроводного элемента и рельса, высокое по значению электрическое сопротивление, что приводит к перегреву контактов при пропускании через соединитель тяговых токов, а также возможность загрязнение контактной зоны путем попадания грязи, масла, твердых частиц и других элементов, ухудшающих ее свойства, в процессе хранения, транспортировки, монтажа и эксплуатации соединителя.
Задачей заявляемого технического решения является повышение надежности работы токопроводящего стыка железнодорожного пути оборудованного рельсовым стыковым соединителем пружинного типа.
В процессе решения поставленной задачи достигается технический результат, заключающийся в снижении выработки на шейке рельса в месте контакта токопроводного элемента и рельса, в снижении электрического сопротивления и отсутствии перегрева контактных элементов при пропускания высоких тяговых токов.
2
2
X
-8
Указанный технический результат достигается соединителем рельсовым стыковым электротяговым пружинным, содержащим тоководную пластину и пружинный элемент, установленный на ней со стороны, обращенной к рельсовой накладке, на стороне пластины, обращенной к стыкуемым рельсам, установлены электроконтактные элементы на минимальном расстоянии друг от друга с сохранением контакта каждого элемента с соответствующим рельсом, выполненные из металлокерамического материала содержащего медь, имеющие посадочную и контактную площадки, на тоководной пластине между элементами имеется дополнительная тоководная пластина из материала с пониженным электрическим сопротивлением, в частности меди, при этом усилие прижатия электроконтактных элементов создаваемое пружинным элементом составляет не менее 2500 Н, электроконтактные элементы выполнены в виде диска, контактная площадка элемента имеет форму сферы площадью 20-700 мм, на посадочной площадке диска имеется выступ в виде усеченного конуса или сферы с основанием 0,3-1.0 площади посадочной площадки и высотой 1,0-3,0 мм, дополнительная тоководная пластина имеет сечение 20-120 мм, содержание меди в электроконтактном материале составляет не менее 20 мас.%, материал также содержит кобальт 3-20 мас. %, графит и/или дисульфид молибдена и фосфор в виде фосфатных соединений в количестве 0,3-3,0 мас. % каждой добавки, карбид вольфрама - остальное, и имеет удельное электрическое сопротивление не более 2410Ом· м.
Кроме этого, дополнительная тоководная пластина выполнена толщиной 0,2-3,0 мм, тоководная пластина имеет медное гальваническое покрытие толщиной 0,02-0,50 мм, сфера контактного элемента имеет радиус 20-40 мм, электроконтактные элементы соединяют обе тоководные пластины путем пайки, размер зерен карбида вольфрама находится в пределах 0,5-3,0 мкм, твердость материала контактного элемента по Бринеллю ровна 100-550 МПа, предел прочности материала контактного элемента на изгиб равен 550-1700 МПа, объемная пористость материала контактного элемента не более 0,25%, электроконтактный элемент покрыт смазкой содержащей олово, медь, графит и микродобавки фуллереносодержащих материалов, контактный элемент дополнительно снабжен защитным кольцом из эластичного материала, кольцо закрыто пленкой, имеющей отверстие в центре диаметром 7-12 мм.
2
Снижение выработки на шейке рельса в месте контакта токопроводного элемента и рельса достигается за счет следующих отличительных признаков. Оптимальное усилие прижатия электроконтактных элементов к шейке рельса, создаваемое пружинным элементом, составляет не менее 2500 Н. Такое усилие исключает возможность прерывания контактов при ударах и вибрации возникающих при прохождении стыков подвижным составом. Электроконтактные элементы выполнены в виде диска, контактная площадка элемента имеет форму сферы площадью 20-700 мм. Такая контактная площадка является оптимальной. На ней отсутствуют какие-либо шабрирующие или режущие элементы, что исключает механический интенсивный износ электроконтактов и шейки рельса. Длительный срок эксплуатации соединителя достигается за счет свойств материала и его состава а именно наличия меди не менее 20 мас % и добавок графита или дисульфида молибдена. Медь обеспечивает высокую электропроводность, а добавки - износостойкость. Добавка фосфора в виде фосфатных соединений позволяет значительно снизить температуру спекания материала электроконтакта и тем самым добиться высокой однородности фазового состава и его стабильных физико-механических свойств.
2
X
-8
Снижение электрического сопротивления и отсутствие перегрева контактных элементов при пропускания высоких тяговых токов достигается за счет следующих отличительных признаков. Оптимальной формой электроконтактного элемента является диск, на посадочной площадке которого имеется выступ в виде усеченного конуса или сферы с основанием 0,3-1.0 площади посадочной площадки и высотой 1,0-3,0 мм. В процессе пайки такая форма позволяет получить максимальную площадь контакта с токопроводящими пластинами и уменьшить электрическое сопротивление контактного соединения. Выполнение дополнительной тоководной пластины сечением 20-120 мм, наличие меди в электроконтактном материале не менее 20 мас.% и покрытие токопроводной пластины слоем меди позволяет соединителю пропускать нормативные тяговые токи, не нагреваясь выше 80°C.Наличие кобальта 3-20 мас.%, графита и/или дисульфида молибдена и фосфора в виде фосфатных соединений в количестве 0,3-3,0 мас.% каждой добавки, и карбид вольфрама - остальное позволяют иметь материал токопроводных элементов с удельным электрическим сопротивление не более 2410 Ом·,м, что позволяет использовать предлагаемый стыковой пружинный соединитель в качестве электротягового.
Наличие смазки, содержащей олово, медь, графит и микродобавки фуллереносодержащих материалов на контактных элементах, полученных методом порошковой металлургии, имеющих твердость по Бринеллю в пределах 100-550 МПа, предел прочности на изгиб в пределах 550-1700 ПМа, объемную пористость не более 0,25% и защищенных кольцом из эластичного материала, позволяет сохранять высокие эксплуатационные качества длительное время, защищают смазку от термической окислительной деструкции и загрязнения, позволяя сохранять ее свойства длительное время.
На фиг. 1 показано устройство соединителя, на фиг. 2 и 3 показано различное исполнение электроконтактного элемента.
2
X
-8
Соединитель рельсовым стыковой электротяговый пружинный состоит из тоководной пластины 1 и пружинного элемента 2, установленного на ней со стороны, обращенной к рельсовой накладке 3, на стороне пластины 1, обращенной к стыкуемым рельсам 4 и 5, установлены электроконтактные элементы 6 и 7. На тоководной пластине 1 между элементами 6 и 7 имеется дополнительная тоководная пластина 8 из материала с пониженным электрическим сопротивлением, в частности меди. Усилие прижатия электроконтактных элементов 6 и 7 к шейкам рельс 4 и 5, создаваемое пружинным элементом 8, составляет не менее 2500 Н. Электроконтактные элементы 6 и 7 выполнены в виде диска, контактные площадки 6.1 и 7.1 элемента имеет форму сферы площадью 20-700 мм, на посадочных площадках 6.2 и 7.2 дисков 6 и 7 имеется выступ в виде усеченного конуса 7.3 или сферы 6.3 с основанием 0,3-1.0 площади посадочных площадок 6.2 и 7.2 и высотой 1,0 -3,0 мм. Дополнительная тоководная пластина 8 имеет сечение 20-120 мм, выполнена толщиной 0,2-3,0 мм. Содержание меди в электроконтактном материале, составляет не менее 20 мас.%, материал также содержит кобальт 3-20 мас.%, графит и/или дисульфид молибдена и фосфор в виде фосфатных соединений в количестве 0,3-3,0 мас.% каждой добавки, карбид вольфрама - остальное, и имеет удельное электрическое сопротивление не более 2410 Ом·м.
Тоководная пластина 2 может иметь медное гальваническое покрытие толщиной 0,02-0,50 мм. Сферы 6.1 и 7.1 контактных элементов 6 и 7 имеют радиус 20-40 мм. Твердость материала контактного элемента по Бринеллю ровна 100-550 МПа, предел прочности материала контактного элемента на изгиб равен 550-1700 ПМа, объемная пористость материала контактного элемента не более 0,25%. Электроконтактный элемент покрыт смазкой, содержащей олово, медь, графит и микродобавки фуллереносодержащих материалов. Контактные элементы дополнительно снабжены защитными кольцами 9 и 10 из эластичного материала. Каждое кольцо 9 и 10 закрыто пленкой, имеющей отверстие в центре диаметром 7-12 мм.
Устройство устанавливается в рельсовый стык под рельсовую накладку 3. При затяжке гаек рельсовых болтов пружина 2 сжимается и вдавливает контактные элементы 6 и 7 в шейки смежных рельсов 4 и 5, обеспечивая тем самым прохождение электрического тока.
Соединитель рельсовым стыковой электротяговый пружинный может быть изготовлен на машиностроительном предприятии. В настоящее время разработана техническая документация. Изготавливается опытная партия соединителей рельсовых стыковых электротяговых пружинных.