Рельсовая плита

Полезная модель относится к скоростным железным дорогам, в частности к конструкции рельсовой плиты для безбалластного пути с плитным основанием, оснащенной токопроводящими средствами для уменьшения блуждающих токов.
Из уровня техники известна плита из предварительно напряженного бетона для безбалластного пути с плитным основанием (патент РФ RU 2588352, 2016 г.), содержащая тело плиты, в котором по длине и ширине установлен по меньшей мере один ряд продольных и поперечных стержней из ненапряженной стали, на упомянутых стержнях из ненапряженной стали предусмотрены клеммы заземления для выполнения технических требований относительно изоляции путевой цепи, при этом продольные стержни из ненапряженной стали изолированы от поперечных стержней из ненапряженной стали, кроме того, тело плиты содержит также по меньшей мере один ряд продольных стержней из предварительно напряженной стали и по меньшей мере один ряд поперечных стержней из предварительно напряженной стали, которые закреплены в теле плиты по длине и ширине с помощью анкерных концевых пластин и крепежных устройств.
В данном устройстве плиты из предварительно напряженного бетона имеют возможности заземления, однако в случае обрыва контактного провода в арматурном каркасе возникает большой ток, что может привести к температурным деформациям арматурного каркаса от нагревания его элементов. Дальнейшая эксплуатация рельсовых плит с деформированным арматурным каркасом невозможна, требуется проведение ремонтных работ. Кроме того, в штатном режиме эксплуатации не исключен нагрев арматурного каркаса от воздействия блуждающих токов.
Наиболее близким аналогом полезной модели является средство управления блуждающим током в конструкции верхнего строения пути (международная заявка WO 2012061847 A2, 2012 г.). Железная дорога включает пути, поддерживаемые опорными конструкциями, и электрическую тяговую систему. Опорная конструкция железнодорожного пути состоит из продольных железобетонных модулей с закладной арматурой. Продольная путевая опора включает в себя один или несколько электрически соединенных проводников, встроенных в железобетонную опору и предназначенных для передачи обратного тока в выбранное место с более низким потенциалом в электрической тяговой системе. Проводники представляют собой отрезки стержней из арматурной стали или подобного материала и являются силовым каркасом модуля. Продольная путевая опора предварительно сформирована в виде коротких отрезков, при этом на смежных отрезках стержни из арматурной стали скреплены токопроводящей проволокой, соединенной со стержнями из арматурной стали на смежных участках сваркой, опрессовкой или пайкой. Арматурные компоненты железобетонного модуля физически и электрически соединены между собой вязальной проволокой. Кроме того, на концах модуля закреплены стальные проволочные соединения. Это обеспечивает электрическое соединение между соседними модулями или позволяет электрическое разделение модулей, где непрерывность не требуется. Средство управления блуждающим током обеспечивает за счет встроенных проводников совместимость с существующими системами и, кроме того, позволяет отводить ток из стержней из арматурной стали на обратный тяговый провод для снижения блуждающих токов.
Данное устройство не предназначено для использования в конструкции безбалластного пути с плитным основанием, при этом токовую нагрузку от блуждающих токов в наиболее близком аналоге воспринимают арматурные элементы железобетонной конструкции модуля, что может привести к температурным деформациям арматурного каркаса от нагревания его элементов.
Технической проблемой, решаемой заявленной полезной моделью, является создание рельсовой плиты для безбалластного пути с плитным основанием, позволяющей исключить негативное влияние от нагрева силовой арматуры за счет уменьшения блуждающих токов и одновременно предотвратить короткое замыкание при обрыве контактного провода.
Указанная техническая проблема в заявленной полезной модели решается следующим образом. Для того чтобы максимально снизить токовую нагрузку на силовую арматуру, исключить ее нагрев в штатном режиме эксплуатации и возможную деформацию при обрыве контактного провода рельсовая плита под воздействием тока большой величины, рельсовая плита оснащена отдельной токопроводящей арматурой, которая не является силовым элементом плиты. Данная арматура физически и электрически не связана с силовой арматурой. Эксплуатационную нагрузку от проходящего поезда воспринимает силовая арматура железобетонной рельсовой плиты, токопроводящая арматура для этого не предназначена. Таким образом, заявленная конструкция рельсовой плиты для безбалластного пути с плитным основанием содержит тело плиты с силовой арматурой и отделённой от силовой токопроводящей арматуры, а также средства, обеспечивающие возможность электрического соединения с соседними плитами. Для решения указанной технической проблемы рельсовая плита дополнительно содержит токопроводящую арматуру, интегрированную в тело рельсовой плиты при ее изготовлении, при этом токопроводящая арматура выполнена в виде продольных элементов, которые соединены между собой расположенными внутри тела плиты поперечными перемычками, имеющими длину, равную ширине рельсовой плиты, при этом токопроводящая арматура снабжена средствами для объединения в общую электрическую цепь токопроводящей арматуры заявленной рельсовой плиты с токопроводящей арматурой смежных рельсовых плит, а также средствами, обеспечивающими отвод тока из токопроводящей арматуры на обратный тяговый провод для заземления. Поперечные перемычки, предпочтительно выполненные жесткими, приварены к продольным элементам токопроводящей арматуры. Для объединения в общую электрическую цепь токопроводящей арматуры рельсовой плиты с токопроводящей арматурой смежных рельсовых плит заявленная рельсовая плита при изготовлении выполнена закладными деталями, обеспечивающими возможность крепления гибких медных токопроводящих элементов и поперечной перемычки. Закладная деталь может представлять собой внутренний фиксатор – втулку с резьбовым отверстием под болт для фиксации гибкого медного токопроводящего элемента. Или закладная деталь может представлять собой наружный фиксатор в виде элемента с наружной резьбой для навинчивания гайки для крепления гибкого медного токопроводящего элемента. Аналогичными средствами возможно выполнение вывода для заземления (отвод тока из токопроводящей арматуры на обратный тяговый провод).
Технический результат от использования полезной модели заключается в том, что за счет введения отдельной токопроводящей арматуры, электрически не связанной с силовой арматурой, исключается нагрев силовой арматуры при работе в штатном режиме, а при обрыве контактного провода в силовой арматуре не возникает тока большой величины, который может привести к нагреву силовой арматуры, ее деформации и, как следствие, к необратимым изменениям в рельсовой плите, требующим в дальнейшем проведения ремонтных работ. Таким образом, исключается негативное влияние от нагрева силовой арматуры за счет уменьшения блуждающих токов в обычных условиях эксплуатации и одновременно в аварийной ситуации предотвращается короткое замыкание при обрыве провода контактной сети. Диаметр и количество продольных элементов токопроводящей арматуры и размеры (площадь сечения) связывающих их поперечных перемычек подобраны таким образом, чтобы обеспечить преимущественное протекание тока по токопроводящей арматуре, при этом величина тока, возникающего за счет наведения в силовой арматуре железобетонной рельсовой плиты, существенно снижается.
Полезная модель поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображен вид сверху рельсовой плиты.
На фиг. 2 изображена схема расположения токопроводящей арматуры.
На фиг. 3 изображен вид сбоку рельсовой плиты.
На фиг. 4 изображен поперечный разрез рельсовой плиты по заливному отверстию.
На фиг. 5 изображен узел крепления поперечных перемычек.
Рельсовая плита 1 предназначена для установки на фундамент 2 безбалластного пути с образованием пространства 3 между рельсовой плитой 1 и фундаментом 2. Рельсовая плита 1 (см. фиг. 1) содержит тело плиты 4 с силовой арматурой, упругое основание 5 и опорные подушки 6 для рельсов, размещенные на верхней поверхности тела плиты 4 и интегрированные с телом плиты 4.
Тело плиты 4 в средней части снабжено по меньшей мере двумя заливными отверстиями 7, имеющими в сечении форму прямоугольника со скругленными углами. В заливных отверстиях 7 также размещен силовой арматурный каркас 8. Пространство 3 между рельсовой плитой 1 и фундаментом 2 при установке плиты заливают самоуплотняющимся бетоном через заливные отверстия 7. В теле плиты 4 выполнены регулировочные отверстия 9 для регулировки положения плиты при установке ее на фундаменте 2 безбалластного пути посредством домкратов, например, резьбовых, устанавливаемых в регулировочные отверстия 9.
Рельсовая плита 1 имеет токопроводящую арматуру, интегрированную в тело 4 рельсовой плиты при ее изготовлении и механически и электрически не объединенную с силовой арматурой рельсовой плиты. Силовая арматура и токопроводящая арматура разделены между собой слоем бетона. Токопроводящая арматура образована продольными элементами 11 и поперечными перемычками 12, которые между собой соединены сваркой.
Средства, обеспечивающие возможность объединения в общую электрическую цепь токопроводящей арматуры заявленной рельсовой плиты с токопроводящей арматурой смежных рельсовых плит, а также средства, обеспечивающие отвод тока из токопроводящей арматуры на обратный тяговый провод для заземления, показаны на фиг. 5 на примере внутреннего фиксатора. В тело плиты 4 при изготовлении устанавливают закладные детали – втулки 14, в которые могут быть ввернуты болты 15, обеспечивающие возможность крепления медного поперечного элемента 19, имеющего сечение не менее 70 мм2, при этом использованы шайба гроверная 16, шайба 17 и шайба медная 18.
Токопроводящая арматура не является силовой арматурой, и не учитывается при расчете прочности конструкции, она служит для обеспечения протекания по ней наведенных токов (блуждающие токи) и организации заземления рельсовых плит. В штатном режиме по токопроводящей арматуре протекает небольшой ток, который утекает с рельсов в нижние слои верхнего строения пути, в последующем ток отводится по токопроводящей арматуре через обратный тяговый провод на тяговую подстанцию. Диаметр токопроводящей арматуры выбирается таким образом, чтобы обеспечить протекание тока без нагревания силовой арматуры и соответственно без деформирования самой плиты.
Рельсовая плита в торцевых частях выполнена с отверстиями 13, обеспечивающими доступ к крайней поперечной перемычке 12 со средствами, обеспечивающими возможность объединения в общую электрическую цепь токопроводящей арматуры заявленной рельсовой плиты с токопроводящей арматурой смежных рельсовых плит посредством проводников – медных гибких токопроводящих элементов 19. Кроме того, заявленная рельсовая плита может иметь средства, обеспечивающие отвод тока (для заземления) из токопроводящей арматуры на обратный тяговый провод, расположенный на опорах контактной сети. Плиты объединены в одну электрическую цепь для того, чтобы произвести их соединение с обратным тяговым проводом на опорах контактной сети (произвести заземление). Заземление всех плит, объединенных в общую электрическую цепь, производится одним проводом на обратный тяговый провод, так как если заземлять каждую плиту по отдельности, то потребуется вести медный провод от каждой плиты до опоры контактной сети (порядка 50 м). Если же плиты объединены на участке пути длиной 50 м, то заземление можно осуществить одним проводом.
Таким образом, обеспечивается защита силовой арматуры рельсовой плиты от негативного воздействия электромагнитной индукции, вызывающей нагрев арматуры, а также гарантируется безопасность рабочих при производстве путевых работ в случае обрыва провода контактной сети.
Рельсовая плита 1 монтируется следующим образом.
На фундаменте 2 безбалластного пути размещают изготовленную в заводских условиях рельсовую плиту 1 с формированием пространства 3 между плитой и фундаментом. Затем выравнивают положение и наклон рельсовой плиты 1 при помощи резьбовых домкратов, установленных в регулировочные отверстия 9 в теле плиты 4. После принятия рельсовой плитой 1 необходимого положения в заливные отверстия 7 рельсовой плиты 1 устанавливают силовые арматурные каркасы 8. Каркасы 8 размещают так, чтобы их верхняя часть располагалась в плоскости рельсовой плиты 1, а нижняя часть в плоскости пространства 3 между рельсовой плитой 1 и фундаментом 2. На этапе установки силовых арматурных каркасов 8 в пространстве 3 могут быть установлены дополнительные силовые арматурные каркасы 10. Для усиления конструкции силовые арматурные каркасы 8 заливных отверстий 7 и дополнительные арматурные каркасы 10 соединяют друг с другом. После установки всех силовых арматурных каркасов через заливные отверстия 7 рельсовой плиты 1 заливают самоуплотняющимся бетоном пространство 3 и сами заливные отверстия 7 рельсовой плиты 1 с размещенными в них силовыми арматурными каркасами 8 и 10.