ИЗОЛИРУЮЩИЙ СТЫК
INSULATING JOINT

Изобретение относится к строению железнодорожного пути, а именно к конструкциям рельсовых изолирующих стыков.
Известен электроизолирующий стык для рельсовых цепей (патент RU 2151078, Е01В 11/54), содержащий с обеих сторон рельса металлические накладки с выемкой. Накладки скреплены между собой болтовым соединением. Зазор относительно граней рельса заполнен наружным электроизолирующим материалом. В выемке накладки установлен заполнитель, который жестко скреплен с накладкой и с наружным электроизолирующим материалом. Указанный материал закреплен по всей поверхности металлической накладки. Часть его соответствует сопрягаемой поверхности рельса. Недостаток такого решения выражается в отсутствии шунтирования магнитного поля в рельсовом изолирующем стыке и сложный трудоемкий монтаж и демонтаж стыка, его переборка из-за большого количества деталей.
Известен соединитель рельсовый изолирующий (патент RU №2336386, Е01В 11/54), содержащий расположенные по обе стороны от рельса и стянутые посредством крепежных элементов, расположенных в электроизолирующей втулке, металлические накладки с вкладышами в углублениях со стороны рельсов, геометрические размеры и объем которых идентичны геометрическому размеру и объему зазора между рельсом и накладкой в зоне углубления, причем металлическая накладка и вкладыш соединены в монолит путем заполнения зазора между накладкой и вкладышем магнитодиэлектрическим материалом, при этом торцевые поверхности и поверхности, обращенные к рельсу, металлической накладки и вкладыша покрыты магнитодиэлектрическим материалом, при этом вкладыш выполнен из магнитомягкого материала, начальная магнитная проницаемость которого больше 200 единиц, а магнитодиэлектрический материал имеет магнитную проницаемость выше, чем материал рельса, металлической накладки и вкладыша. Соединяемые поверхности металлической накладки и вкладыша и поверхности металлической накладки и вкладыша, обращенные к рельсу, выполнены рифлеными для обеспечения высокой адгезионной прочности сцепления металлической накладки и вкладыша с магнитодиэлектрическим материалом. Конструкция соединителя и используемые материалы позволяют осуществлять шунтирование магнитного поля.
К основным недостаткам известного устройства относится низкая надежность, заключающаяся в том, что вследствие разрушения магнитодиэлектрического покрытия выходит из строя накладка целиком, тогда как металлическая накладка и вкладыш остаются целыми. Или трещина, образовавшаяся в покрытии, может перерасти в металлическую накладку, что приводит к снижению прочности и жесткости конструкции в целом. Еще один недостаток известного устройства заключается в сложности и трудности монтажа и демонтажа стыка вследствие высокой массы накладки.
Прототипом заявляемого решения является техническое решение по патенту RU №2409722. Изолирующий стык, содержащий металлические накладки, расположенные по обе стороны от рельса, стянутые посредством крепежных элементов, расположенных в электроизолирующих втулках, выполненных из нескольких слоев стеклоткани, пропитанных эпоксидным клеем, вкладыши, расположенные в углублении накладки, из магнитодиэлектрического эластомера и металлических элементов, стыковую прокладку, расположенную между торцами рельсов, боковую прокладку, расположенную между металлической накладкой и рельсом, профиль части боковой прокладки, контактирующий с рельсом, повторяет профиль сопрягаемой поверхности рельса, профиль части боковой прокладки, выступающий за пределы соединения рельса, повторяет профиль сопрягаемой части накладки и плотно прилегает к поверхности накладки, при этом вкладыши образованы путем заливки углубления в металлической накладке магнитодиэлектрического материала, а металлические элементы, усиливающие шунтирующий эффект магнитодиэлектрического материала, установлены внутри залитого углубления между изолирующими втулками и торцами, выполнены из электротехнической стали толщиной, достаточной, чтобы при полном погружении элемента в углубление на его наружной поверхности образовался слой магнитодиэлектрического материала, причем заливка осуществлена заподлицо с поверхностью металлической накладки, боковая прокладка имеет перфорацию, выполнена из стеклопластика с пределом прочности на сжатие не менее 300 МПа, состоит из нижней и верхней частей, между которыми имеется зазор, а перфорация заполнена магнитодиэлектрическим материалом, стыковая прокладка выполнена из слоистого стеклопластика с пределом прочности на сжатие не менее 300 МПа, имеющей контурный ободок, выполненный из магнитодиэлектрического материала толщиной, обеспечивающей постоянный контакт с магнитодиэлектрическим материалом вкладыша.
Недостатком известного устройства является недостаточная степень шунтирования магнитного поля изолирующего стыка, разрушение боковых накладок при прогибе рельсов в районе стыка рельсов, сложная технология изготовления боковых накладок, сложность монтажа и демонтажа боковой прокладки.
Задачей заявляемого изобретения является повышение надежности работы изолирующего стыка и повышение безопасности движения железнодорожного транспорта.
Технический результат, достигаемый в процессе решения поставленной задачи, заключается в повышения шунтирования магнитного поля в изолирующем стыке, повышении срока службы боковой накладки, снижении трудоемкости изготовления и обслуживании и ремонте изолирующего стыка.
Указанный технический результат достигается изолирующим стыком, содержащим расположенные по обе стороны от рельса металлические накладки, стянутые посредством крепежных элементов, расположенных в электроизолирующих втулках, выполненных из нескольких слоев стеклоткани, пропитанных эпоксидным клеем, вкладыш, распложенный в углублении накладки, в виде монолитного элемента из магнитодиэлектрического материала, образован путем заливки углубления в накладке магнитодиэлектрическим эластомером, причем заливка осуществлена заподлицо с поверхностью накладки, стыковую прокладку, расположенную между торцами рельсов, выполненную из слоистого стеклопластика с пределом прочности на сжатие не менее 300 МПа, на торцовой поверхности которой имеется контурный ободок, выполненный из магнитодиэлектрического эластомера толщиной, обеспечивающей постоянный контакт с магнитодиэлектрическим материалом вкладыша, боковую прокладку, расположенную между накладкой и рельсом, имеющей профиль сопрягаемой поверхности рельса, и профиль части боковой прокладки, выступающий за пределы контакта с рельсом, при этом боковая прокладка выполнена составной, состоящей из полос стеклопластика и магнитодиэлектрического эластомера, причем полоса магнитодиэлектрического эластомера располагается в районе стыковой прокладки и находится в контакте с контурным ободком, расположенным на торцовой поверхности стыковой прокладки. Кроме этого, полосы стеклопластика и магнитодиэлектрического эластомера выполнены замкнутыми или разомкнутыми, размыкание выполнено на стороне, не входящей в контакт с поверхностью рельса.
Особенностью работы изолирующего стыка является то, что рельсы, образующие стык, должны быть изолированы друг от друга. Такая изоляция приводит к тому, что в изолирующем стыке, между торцами рельсов, возникает магнитное поле, напряженность которого со временем увеличивается. При разработке устройства изолирующего стыка одновременно должны решаться как минимум две задачи: обеспечение полной изоляции рельсов друг от друга и снижение напряженности магнитного поля между торцами рельсов, при сохранении высокой жесткости соединения рельсов. Обеспечение полной изоляции рельсов неизбежно приводит к тому, что жесткость соединения рельсов неизбежно снижается. Кроме того, в местах соединения рельсов и накладок происходит выработка на рельсах. Техническим регламентом по эксплуатации рельсового пути допускается прогиб в месте соединения рельсов до 10 мм. Это обусловлено тем, что отверстия в рельсах, накладках и диаметры болтов выполняются с некоторым допуском, позволяющим собирать изолирующий стык в различное время года. Летом при сгоне рельсов, зимой при их расхождении.
В процессе эксплуатации электроизолирующий стык подвергается значительным продольным нагрузкам. В летнее время только от температурного расширения на него действуют силы сжатия, достигающие величины до 100 т.с. Выполнение стыковой прокладки из слоистого стеклопластика с пределом прочности на сжатие не менее 300 МПа позволяют обеспечить работоспособность стыка, не допуская замыкания рельсовой цепи. Напряжения растяжения, возникающие при прогибе концов рельсов, поскольку боковая накладка находится в сжатом состоянии и имеет меньшую способность упруго деформироваться по сравнению с накладкой, приводят к быстрому разрыву накладок. Кроме этого, прокладка, как правило, устанавливается в места, уже имеющие выработку, и при затягивании накладок происходит деформирование накладок на изгиб, что также снижает работоспособность боковой прокладки.
В этих условиях, когда выбираются все возможные зазоры в болтовых соединениях, расстояние между торцами рельсов возрастает и возрастает возможность заполнения данного промежутка металлическими частицами, способными образовать электропроводящий мостик между рельсами. Наличие полосы боковой накладки, выполненной из магнитодиэлектрического эластомера и располагающейся в районе стыковой прокладки ободка, выполненного также из магнитодиэлектрического материала, и образующих единую магнитную цепь с магнитодиэлектрическим материалом вкладыша и рельсов, позволяет снизить напряженность магнитного поля между торцами рельсов до значений, когда образования электропроводящих мостиков между рельсами не происходит. Наличие эластичной полосы из эластомера позволяет длительное время сохранять боковые накладки в рабочем состоянии. Поскольку боковая накладка плотно прилегает к рельсу, она в месте контакта с ножкой рельса исключает попадание частиц в пространство между торцами рельсов.
На фиг.1 показано продольное сечение изолирующего стыка (вид сверху); на фиг.2 показано поперечное сечение изолирующего стыка.
Изолирующий стык включает расположенную между торцами рельсов 1 стыковую прокладку 2, боковую прокладку 3, расположенные по обе стороны от рельсов 1 и стянутые посредством крепежных элементов (гаек 4, болтов 5) металлические накладки 6 с вкладышами 7 в углублениях со стороны рельсов 1. Болты 5 располагаются в электроизолирующих втулках 9, которые вставляются в отверстия рельсов 1. Металлические накладки 6 и вкладыши 7 соединены в монолит путем заливки углубления металлической накладки магнитодиэлектрическим материалом.
Между накладкой 6 с вкладышем 7 и рельсом 1 располагается боковая прокладка 3, боковая прокладка имеет три полосы, соединенные между собой, 3.1, выполненную из магнитодиэлектрического эластомера, и 3.2, выполненных из стеклопластика. Для увеличения эффекта снижения намагниченности рельсов 1 профиль части боковой прокладки 3, контактирующей с рельсом 1, повторяет профиль сопрягаемой поверхности рельса 1, а магнитодиэлектрический материал, находящийся в полосе 3.1, находится в контакте с рельсом и магнитодиэлектрическим материалом ободка (не показан) торцовой прокладки.
Стыковая прокладка 2, электроизолирующие втулки 9 и боковые прокладки 3 обеспечивают электрическую изоляцию между стыкуемыми рельсами. При этом стыковая прокладка 2 и полосы 3.2 боковой прокладки 3 выполнены из стеклопластика повышенной прочности на сжатие, что позволяет значительно повысить жесткость стыка, а создание магнитопровода из магнитодиэлектрических материалов между стыкуемыми рельсами обеспечивает снижение намагниченности изолирующего стыка, а значит, и снижает вероятность замыкания рельсовой цепи металлической стружкой, скапливающейся в зазоре между торцами рельсов.
Электроизолирующая втулка 9 выполнена из нескольких слоев стеклоткани, располагающихся по окружности и пропитанных эпоксидным клеем. Такая конструкция втулки 9 обеспечивает ей высокую прочность на радиальное сжатие, т.к. известно, что вследствие температурных воздействий происходит удлинение или укорочение рельсов 1 и электроизолирующая втулка 9 оказывается зажатой между отверстием рельса 1 и болтом 5.
Боковая прокладка 3 выполнена как отдельная деталь, состоящая из трех частей. Поэтому при износе или разрушении достаточно поменять ее на новую боковую прокладку. Для удобства монтажа перед установкой в путь боковая прокладка частями надевается на металлическую накладку 6, охватывая накладку.
Отличительные признаки изобретения направлены на повышение надежности работы изолирующего стыка, снижение затрат на изготовление, обслуживание и ремонт изолирующего стыка.