Изолирующий рельсовый стык
ISOLATING RAIL JOINT

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, точнее к верхнему строению железнодорожного пути, а именно к изолирующим стыкам, и может быть использовано в электрических рельсовых цепях железнодорожного транспорта.
Известна конструкция изолирующего стыка, содержащая диэлектрические накладки, которые с помощью путевых болтов крепят стыкуемые рельсы и диэлектрическую торцовую прокладку, устанавливаемую в межрельсовом зазоре. Назначение этого стыка – электроизолировать друг от друга два рельса (Шахунянц Г.М. Железнодорожный путь. М.: Транспорт. 1987, с. 187). Такой стык допускает относительные перемещения стыкуемых рельсов в плане, не обеспечивает расчетную величину рельсового зазора, в котором установлена изолирующая прокладка. Рабочие поверхности деталей стыка не имеют защиты от пыли, металлической стружки и мелкого тормозного локомотивного песка. По этим причинам электроизолирующие прокладки и накладки истираются и разрушаются, стык становится токоведущим.
Известен изолирующий стык, имеющий между торцами рельсов электроизолирующую прокладку, вкладыши, расположенные между изолирующей прокладкой и торцами рельсов. Вкладыши выполнены из эластичного материала. Стык имеет две боковые накладки, две электроизолирующих прокладки и стягивающие болты с изолирующими втулками. Изобретение направлено на уменьшение растрескивания изолирующих прокладок. Е01В 11/54. Патент РФ №2207421. Авторы: “Общество с ограниченной ответственностью научно-производственное предприятие «Комтранс»”. Публикация: 27.06.2003. Недостатком этого стыка является то, что рабочее сечение изолирующего стыка с накладками составляет не больше 50% от сечения целого рельса, что является причиной расстройства изолирующего стыка и разрушения изолирующих прокладок.
Известен электрически изолирующий стык Е01В 11/54, патент RU №2278196. Опубликовано: 20.06.2006. Авторы: Конин Ю.Г., Козакевич Д.С., Инекин В.М., Козлов А.С., Тимофеев М.А., Ушаков А.Е. Изолирующее соединение состоит из расположенных по обе стороны рельсов стыковых накладок из композитного материала, прижимных планок и болтов с гайками. Болты имеют подголовок овальной формы и увеличенное в горизонтальной плоскости сечение участка от подголовка до резьбы. Изобретение направлено на уменьшение зазоров между телами болтов и отверстиями в рельсах и накладках, повышение прочности соединения на срез, улучшение электроизоляции и обеспечение большего усилия предварительной затяжки болтов и постоянного их напряженного состояния. Недостатками этого соединения являются наличие в стыке сквозного вертикального реза в межрельсовом зазоре и наличие накладочно болтового соединения рельс, что является причинами образования ступенек у торцов рельс при изгибе отдающего рельса и полного расстройства изолирующего стыка, а также из-за постоянных деформаций концов рельс от воздействий колес подвижного состава и магнитного поля Земли в изолирующем стыке происходит непрерывное увеличение накопления напряженности магнитного поля изолирующего стыка. Жесткость изолирующих накладок в 5 раз меньше, чем у металлических накладок. Такой изолирующий стык не решает задач, поставленных предлагаемым изобретением.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в создании изолирующего безударного рельсового стыка, отвечающего современным требованиям по безопасности, надежности, металлоемкости, простоте конструкции, долговечности, удобству обслуживания и эксплуатации.
Указанная цель достигается тем, что изолирующий безударный рельсовый стык состоит из накладываемых друг на друга усиленных в поперечных сечениях стальных верхней и нижней частей, скрепленных между собой болтами, и имеющий общий электроизолирующий слой.
В соответствии с изобретением, нижняя часть стыка внизу повторяет форму подошвы принимающего рельса, в своей шеечной части утолщена до 1,5 толщины шейки рельса, и, не доходя до нижней линии высоты головки рельса на величину электроизолирующего заливочного слоя (10 мм), оканчивается верхней плоской продольной опорной площадкой. Нижняя часть стыка приваривается к шейке и торцу подошвы принимающего рельса с совпадением их центральных продольных осей и имеет не меньше трех сквозных круглых отверстий.
Верхняя часть стыка вверху имеет форму головки отдающего рельса по ширине нижней ширины головки рельса, на уровни нижней линии высоты головки рельса раздваивается на две продольные боковины, создавая направленные вниз скобчатую форму и продольную плоскую опорную площадку. Боковины своими концами не доходят до верха подошвы нижней части стыка на толщину электроизолирующего слоя (10 мм) и имеют не меньше трех сквозных круглых отверстий. К продольным боковинам в их торце приваривается прямоугольная пластина.
Верхняя часть торцом своей головочной частью и пластиной, приваренной к продольным боковинам, приваривается к торцу отдающего рельса с соблюдением межрельсовых зазоров и совпадением их центральных продольных осей, поверхностей катания и боковых граней рельс.
Изолирующий безударный рельсовый стык не имеет сквозного вертикального реза в межрельсовом зазоре, он разнесен на не совпадающие друг между собой по вертикали два зазора: один вниз к подошве отдающего рельса, другой вверх к головке принимающего рельса.
Между плоскими продольными опорными площадками верхней и нижней частями, между внутренними плоскостями продольных боковин и плоскостями шеечной части нижней части, а также между телами стяжных болтов и отверстий образованы зазоры величиной не более 10 мм, эти зазоры, а также межрельсовые нижний и верхний зазоры и низы продольных боковин со стороны верха подошвы нижней части заполняются заливочным электроизолирующим слоем из пластмассы АСТ-Т или эпоксидной пластмассой, причем электроизолирующий слой находится в основном в замкнутых горизонтальном и вертикальных пространствах, что положительно влияет на показатель сжатия пластмассы в указанных зазорах.
Благодаря такой конструкции стыка достигается: простота электроизолирующего безударного рельсового стыка, заключающаяся в конструктивной компактности, а именно: верхняя часть своей скобчатой формой накладывается на шеечную часть нижней части и эти части скрепляются между собой болтами. Заливочный электроизоляционный слой находится в назначенных для него зазорах, кроме этого, верхняя и нижняя части с электроизолирующим слоем, стяжными болтами с самостопорящимися гайками заполняют собой пространство, где при изолирующем стыке с накладками должны бы находиться концы рельс, диэлектрические накладки, путевые болты с гайками и шайбами, что учитывается при определении металлоемкости деталей предлагаемого стыка, которая на 70% меньше, чем у изолирующего стыка с накладками.
Из-за отсутствия постоянных деформаций концов рельс от воздействия вагонных колес при наезде на стык уменьшится непрерывное увеличение накопления напряженности магнитного поля на концах рельс. Верхняя часть стыка своей скобчатой формой и продольными боковинами, направленными вниз, защищает от металлической стружки, пыли и мелкого тормозного локомотивного песка электроизолирующий заливной слой в зазорах
Комплементарная пара, состоящая из увеличенных рабочих сечений нижней и верхней частей изолирующего безударного рельсового стыка, накладываемая друг на друга и соединенная болтами и наличием двух, не совпадающих между собой по вертикали межрельсовых зазоров, обеспечивает суммарное рабочее сечение изолирующего безударного рельсового стыка в полтора раза больше сечения целого рельса, что влечет за собой полное достижение технического результата.
Сущность заявленного изобретения поясняется чертежами, являющимися иллюстрирующими материалами частного случая исполнения, они не охватывают и не ограничивают весь объем притязаний данного технического решения.
На фиг. 1 показан изолирующий безударный рельсовый стык, вид спереди.
На фиг. 2 - поперечный разрез по А-А на фиг. 1.
На фиг. 3 показана нижняя часть стыка, вид спереди.
На фиг. 4 показана верхняя часть стыка, вид спереди.
На фиг 5 - поперечный разрез по Б-Б на фиг. 3.
На фиг. 6 - поперечный разрез по В-В на фиг. 4.
Изолирующий безударный рельсовый стык состоит из стальных накладываемых друг на друга нижней 1 и верхней 2 частей, скрепленных между собой болтовым соединением, на чертеже не показанном, и заливочного электроизолирующего слоя 3, из пластмассы АСТ-Т или эпоксидной пластмассы.
Нижняя часть 1 внизу повторяет форму подошвы принимающего рельса 4, имеет в своей шеечной части ширину полторы толщины шейки рельса, плоскую продольную опорную площадку 5 и приварена к торцу подошвы и шейки принимающего рельса 4, с совмещением продольных осей и имеет не меньше трех сквозных круглых отверстий 6 (см. фиг. 1, 2, 3 и 5).
Верхняя часть имеет форму головки отдающего рельса 7, равной нижней ширины головки рельса, на уровни нижней линии высоты головки рельса раздваивается на две продольные боковины 8, создавая направленные вниз скобчатую форму и продольную плоскую опорную площадку 9. Боковины своей высотой не доходят до верха подошвы нижней части на величину заливочного изолирующего слоя (10 мм) и имеют не меньше трех сквозных круглых отверстий 10. Верхняя часть 2 торцом своей головочной части и пластиной 13, приваренной к боковинам 8 приваривается к торцу отдающего рельса 7, с соблюдением межрельсовых зазоров и с совмещением продольных осей, боковых граней и поверхностей катания (см. Фиг. 1, 2, 4 и 6).
Изолирующий безударный рельсовый стык имеет два не совпадающих по вертикали между собой межрельсовых зазора: нижний зазор 11 у подошвы отдающего рельса и верхний зазор 12 у головки принимающего рельса, эти зазоры и зазоры между телами болтов и отверстий, а также пространства между концами продольных боковин и верха подошвы нижней части стыка заполняются электроизолирующим слоем 3 (см. Фиг. 1 и 2).
Нижняя и верхняя части между собой соединены болтами (на чертеже не показаны), пропущенные через круглые сквозные отверстия 10 в боковинах 8 и через круглые сквозные отверстия 6 в шейке нижней части стыка, крепятся самотормозящими гайками, на чертеже непоказанные, не требующие ни каких шайб.
Нижняя и верхняя части стыка по длине равны. Их длина зависит от типа рельс и количества отверстий. Согласно изобретению, наименьшее количество отверстий три, при этом длина каждой части приравнивается к полутора высоты рельса и находится в пределах от 300 до 330 мм.
2
2
2
2
Толщина изолирующего слоя не превышает 10 мм. Площадь изолирующего слоя, воспринимающая колесную нагрузку от продольной опорной площадки верхней части, зависит от типа рельс и количества отверстий под стягивающие болты. Общая площадь изолирующего слоя, воспринимающая нагрузку вагонного колеса, находится в пределах от 176 см до 206 см. При нагрузке на вагонную ось 30 тонн или 15 тонн на одно колесо, изолирующий слой примет нагрузку в пределах от 72 кг/см до 85 кг/см.
Стык изготавливают следующим образом: нижнюю и верхнюю части получают из рельсовой стали прокатом, точным литьем или горячей штамповкой с термической обработкой, аналогичной термической обработке рельс. К боковинам верхней части приваривают пластину толщиной 8 мм, шириной равной расстоянию между боковинами и высотой равной высоте боковин. Соприкасаемые с электроизоляционным слоем поверхности указанных частей для лучшей сцепляемости должны иметь чистоту не выше 3-го класса и перед сборкой стыка обезжириваются. Верхняя часть скобчатой формой накладывается на шеечную часть нижней части стыка и предварительно соединяется с нижней частью стяжными болтами. Нижняя часть приваривается к торцу подошвы и к торцу шейки принимающего рельса с совпадением центральных осей. Верхняя часть торцом своей головочной части и приваренной к боковинам пластиной приваривается к торцу отдающего рельса, с соблюдением размеров нижнего и верхнего межрельсовых зазоров, равных не больше 10 мм, с совпадением продольных центральных осей, поверхностей катания и боковых граней. Для формообразования электроизолирующего слоя в межрельсовых зазорах и в пространствах между концами боковин и верха подошвы нижней части устанавливают из плотного картона форму и под давлением шприцем нагнетают электроизолирующую жидкую массу, состоящую из самотвердеющей пластмассы АСТ-Т или эпоксидной пластмассы. После отверждения электроизолирующего слоя картонную форму снимают, удаляют излишки затвердевшей массы и окончательно скрепляют стык стяжными болтами и самостопорящимися гайками, не требующих ни каких шайб.
Работа изолирующего безударного стыка. Полное исключение прогиба отдающего рельса по отношению к принимающему рельсу и безударный переход вагонного колеса с отдающего рельса на принимающий рельс достигается тем, что колесо вагона, прокатываясь по верху верхней части, являющейся продолжением отдающего рельса, в начале над нижним межрельсовом зазором у подошвы отдающего рельса, после двигаясь по всей длине верхней части, передает нагрузку нижней части через изолированные поверхности стягивающих болтов и через изолированные опорные продольные площадки нижней и верхней частей, а также потому, что нижняя и верхняя части усилены в поперечном сечении, их суммарное рабочее сечение больше сечения целого рельса в полтора раза, а межрельсовый зазор разнесен на не совпадающие между собой по вертикали два зазора: нижний и верхний. Это обеспечит полную ликвидацию прогиба рельс в местах их соединения, и предлагаемый изолирующий стык можно назвать безударным.
Нагрузка от вагонного колеса рельсовому стыку передается по общей центральной оси для опорных площадок, для изолирующего слоя и для рельс, что исключает однобокие нагрузки колес вагона и не допустит расстройство стыка при его работе.
Накопление магнитной напряженности в стыке уменьшается из-за ликвидации постоянных деформаций концов рельс при прохождении колес вагона по стыку.
Сварные швы рельс с нижней и верхней частями не испытывают ударных нагрузок из-за ликвидации постоянных деформаций концов рельс при прохождении вагонных колес по стыкам. Общий периметр сварки нижней и верхней частей больше периметра сечения целого рельса на 20%. Движения подвижных составов возможны в двух направлениях.
Применение предлагаемого изолирующего безударного рельсового стыка исключит разрушение изолирующего слоя, уменьшит накопление магнитной напряженности на концах рельс в стыке, обеспечит безаварийную работу электрических цепей железнодорожного транспорта, сократит металлоемкость деталей стыка, увеличит долговечность эксплуатации стыка при простом удобном его техническом обслуживании.