УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗМАГНИЧИВАНИЯ РЕЛЬСОВОГО ИЗОЛИРУЮЩЕГО СТЫКА

Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта, а именно к устройствам размагничивания рельсовых изолирующих стыков.
Стык является местом интенсивного механического воздействия колесных пар проходящего подвижного состава и локомотивов на рельсы. При наезде колеса на неровности рельсов, и особенно на стыки, возникают удары, и тем сильнее, чем выше скорость. Сила ударов достигает нескольких сотен килоньютонов. При постоянной деформации концов рельсов в изолирующем стыке в магнитном поле Земли приводит к непрерывному увеличению напряженности магнитного поля изолирующего стыка, при этом характер распределения магнитного поля может иметь специфические особенности вследствие магнитострикционных эффектов, связывающих напряжения в ферромагнитном металле с его магнитной структурой. Нередко происходит перемагничивание рельсов, когда вектор магнитной напряженности в изолирующем стыке меняет свое направление.
Из уровня техники известны из устройства для защиты изоляционного стыка рельсов от скопления металлических частиц на электрифицированных участках железной дороги, включающее комплект постоянных магнитов, при этом комплект постоянных магнитов с магнитной индукцией не менее 0,07 Тл установлен по ходу поезда перед светофором на шейке рельса между головкой и подошвой рельса на длине, равной длине окружности колеса локомотива, начиная от изолированной накладки, соединяющей два рельса (RU №2389843).
Недостатком данного устройства является ограниченность использования, т.к. использовать устройство возможно по ходу поезда. Установленные магниты с двух сторон изолирующего стыка, увеличивают напряженность магнитного поля в изостыке, что увеличивает вероятность его замыкания металлическими частицами. Постоянные магниты, установленные на рельсе, в месте установки создают мощное магнитное поле, которое со временем увеличивается, это может отрицательно сказаться на работе устройств безопасности АЛСМ и «Клуб». Такие данные об отрицательном воздействии намагниченных участков рельсов на передачу сигналов АЛСМ имеются на форуме СЦБистов (www.scbist.com).
Известны устройства, включающее постоянные магниты или электрические магниты, установленные в изолирующем стыке таким образом, что в результате взаимодействия магнитных полей установленных магнитов в пространстве стыка отсутствует магнитное поле. Металлические частицы не притягиваются в зону стыка (SE №530635, ЕР №1717125).
Устройства сложны в изготовлении и громоздки при установлении в изостык, кроме этого возможно перемагничивание поля изолирующего стыка, тогда возможен противоположный результат. Постоянные и переменные магниты производят намагничивание рельса в определенном месте, т.е. устройство обладает тем же недостатком, что и указанное выше. Недостатком данного устройства является, то, что она создает компенсирующее магнитное поле, но не производит процесса размагничивания.
Известно устройство для размагничивания рельсов содержащее магнитопровод, состоящий из пластин с двумя размещенными на нем обмотками, источник переменного напряжения, блок конденсаторов, включенный параллельно обмоткам («Устройство для размагничивания рельсов» Автоматика, связь, информатика. №72008, стр. 27-28).
К недостаткам известного устройства для размагничивания относятся большой вес и габариты, в качестве источника тока используется генератор мотовоза, высокий уровень потребляемой электрической мощности, не менее 10 кВт и недостаточная точность импульса тока, что не позволяет обеспечить качественное размагничивание.
Известно устройство для размагничивания рельсового изолирующего стыка, содержащее источник постоянного тока, батарею конденсаторов, разрядный и зарядный ключи, размагничивающую обмотку, образующие колебательный контур, при этом, обмотка установлена на П-образном сердечнике-индукторе, причем, полюса сердечника-индуктора расположены на различных концах рельсов изолирующего стыка, а сердечник-индуктор сориентирован таким образом, что линии магнитного поля, образованные сердечником-индуктором, совпадают по направлению с линиями магнитного поля изолирующего стыка, а в качестве зарядного и разрядного ключей используется полевые транзисторы. Кроме этого между полюсами сердечника-индуктора и рельсами имеется зазор, сердечник-индуктор и обмотка находятся в отдельном корпусе и установлены под подошвой рельсов, сердечник-индуктор и обмотка находятся в отдельном корпусе и установлены на головке. (Заявка на изобретение RU 2010146002). Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Недостатком данного устройства является недостаточный уровень размагничивания изолирующего стыка и возможность перемагничивания изолирующего стыка с увеличением напряженности магнитного поля в изолирующем стыке, что увеличивает вероятность его замыкания металлическими частицами.
Задача заявляемого устройства является повышение безопасности движения железнодорожного транспорта.
Технический результат, достигаемый в процессе решения поставленной задачи, заключается в обеспечении постоянного размагничивания рельсового изолирующего стыка за счет энергии проходящего подвижного состава и удерживание напряженности магнитного поля в изолирующем стыке на низком уровне.
Технический результат достигается устройством для размагничивания рельсового изолирующего стыка, содержащим источник постоянного тока, батарею конденсаторов, разрядный и зарядный ключи, размагничивающую обмотку, установленную на П-образном сердечнике индуктора, причем, полюса сердечника индуктора расположены на различных концах рельсов изолирующего стыка, между полюсами сердечника индуктора и рельсами имеется зазор, сердечник индуктора и размагничивающая обмотка находятся в отдельной корпусе и установлены под подошвой рельсов, при этом устройство состоит из отдельных модулей закрепленных неподвижно на концах рельсов, образующих стык, индуктор с сердечником и размагничивающей обмоткой является общим для модулей и соединен с ними подвижно, при этом каждый модуль имеет отдельный источник тока для зарядки блока конденсаторов, выполненный на основе пьезоэлектрического генератора, состоящего из блока пьезоэлектрических элементом установленных на упругих элементах и пластину расположенную между блоками пьезоэлектрических элементов и воздействующую на них через упругую прокладку, блок пьезоэлектрических элементов соединен через диоды с блоком конденсаторов, управление зарядкой блока конденсаторов и разрядкой на обмотку индуктора производит блок управления, состоящий из датчика Холла размещенного в зазоре между рельсами, и контролера зарядки конденсаторов.
Что бы размагнить изолирующий стык и удерживать напряженность магнитного моля изолирующего стыка на низком уровне, предлагается процесс размагничивания изолирующего стыка проводить постоянно. Как правило, ресурс источников питания постоянного тока ограничен. Длительное использование устройств такого рода, особенно в неблагоприятных атмосферных и климатических условиях, приводит к необходимости частой замены автономных электрохимических источников электрической энергии (аккумуляторов и батареек), замена источников питания достаточно затратная операция. Несвоевременное выполнение этой операция приводит к неожиданному отключению системы, часто такие устройства отказывают в самый напряженный момент, что может привести к внештатным ситуациям.
Упомянутые выше факторы побудили искать более надежные, самовозобновляемые источники электрической энергии, базирующиеся на принципах использования имеющихся механических колебаний рельсового пути.
В качестве самовозобновляемого источника электрической энергии, предлагается использовать в качестве источника тока для зарядки блока конденсаторов, пьезоэлектрический генератор, преобразующий механическую энергию колебаний рельсов от проходящего подвижного состава в электрическую.
Предлагаемое устройство для размагничивания изолирующего стыка, позволяет размагничивать изолирующий стык и при изменении знака вектора магнитной напряженности (перемагничивании рельсов). Это достигается путем использования датчика Холла, с помощью которого разрядка блока конденсаторов всегда направлена на создание магнитного импульса направленного на снижение магнитного поля изолирующего стыка.
Использование пьезоэлектрического генератора в устройстве, и исполнение устройства виде отдельных модулей закрепленных на концах рельсах в районе изолирующего стыка, позволяет их выполнить герметичными, и не обслуживаемыми на весь период эксплуатации, что позволяет длительное время использовать устройство в неблагоприятных атмосферных и климатических условиях.
Использование устройства для размагничивания рельсового изолирующего стыка, позволяет значительно снизить уровень намагниченности рельсового стыка и значительно уменьшить риск возникновения нештатных ситуаций, и затраты на техническое обслуживание.
Предложенное техническое решение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема устройства для размагничивания рельсового изолирующего стыка, на фиг.2 - отдельный модуль устройства для размагничивания рельсового изолирующего стыка.
Принципиальная электрическая схема устройства состоит из блока пьезогенератора 1, выпрямителей 3 и 4, блока конденсаторов 2 с пороговым элементом 8, зарядного ключа 9, индуктора 5, датчика Холла 6 с источника его питания 7 и силового ключа 10.
1
2
Отдельные модули M и M устройства для размагничивания рельсового изолирующего стыка закрепляются под подошвой рельса 11 и 12 в районе изолирующего стыка. Модуль имеет пьезогенератор состоящий из блоков пьезоэлектрических элементов 1.1 и 1.2 состоящий из чередующихся упругих пластин полиуретана и пьезоэлектрических элементов установленных на упругих элементах 1.3 и 1.4., пластины 1.5 расположенной между блоками пьезоэлектрических элементов 1.1 и 1.2. Индуктор 5 с размагничивающей обмоткой является общим для модулей и соединен с ними подвижно, датчика Холла 6 размещен в зазоре между рельсами 11 и 12.
Устройство работает следующим образом. Динамические нагрузки передаются на устройство, закрепленное к подошве рельс 11 и 12. Пластина 1.5 будет поочередно создавать давления на блоки пьезоэлектрических элементов 1.1 и 1.2, состоящие из чередующихся упругих пластин полиуретана и пьезоэлектрических элементов, заряжая блок конденсаторов 2, при этом зарядный ключ 9 заперт. При достижении номинального напряжения блока конденсаторов 2, контролируемого посредством порогового элемента 8 зарядный ключ 9 отпирается, а силовой ключ 10 принимает одно из положений определяемых с помощью датчика Холла 6, чтобы магнитный импульс, возбуждаемый обмоткой индуктора 5 при разрядке блока конденсаторов 2, имел направление вектора магнитной индукции противоположное вектору магнитной индукции, создаваемое магнитным полем изолирующего стыка. В обмотках индуктора возникает магнитный импульс, противоположного знака магнитного поля изолирующего стыка, приводящий к размагничиванию изолирующего стыка, Такой процесс размагничивания будет происходить постоянно каждый раз при прохождении подвижного состава.
Изготовлен опытный образец устройства и проводится его испытание.