Соединение рельсовое стыковое электроизолирующее
Решение относится к изолирующим рельсовым стыкам и предназначено для повышения их надежности за счет исключения образования металлических «мостиков» в рельсовом зазоре из продуктов износа пары «колесо-рельс». Технический результат достигается за счет того, что: располагаемый в углублении рельсовой накладки вкладыш выполнен из материала, обладающего большей магнитной проницаемостью, чем материал рельса; рельсовая накладка выполнена слойной, основной слой состоит из высокопрочного металла, дополнительный слой - из металла, обладающего магнитной проницаемостью выше, чем материал рельса; электроизоляционный материал, преимущественно размещаемый на внешней стороне рельсовых накладок, выполнен композиционным, где в электроизоляционной основе содержится наполнитель в виде металла, обладающего магнитной проницаемостью выше, чем у материала рельса.
Решение относится к устройствам рельсовых стыковых соединений верхнего строения пути, работающим в составе электрических рельсовых цепей.
Уровень техники известен из решения (А.с. СССР №1071675), в котором между торцами стыкуемых рельсов установлена электроизоляционная прокладка, стык соединен с помощью рельсовых металлических накладок с электроизоляцией от рельсов и рельсовых болтов, в углублениях рельсовых накладок со стороны рельсов размещены магнитошунтирующие вкладыши с электроизоляцией от рельсов.
Недостатком решения является недостаточная надежность исключения образования в зазоре электроизолирующего стыка электропроводящих мостиков из металлических продуктов взаимодействия пары «колесо-рельс». Иначе говоря, применение металлических магнитошунтирующих вкладышей в углублениях рельсовых накладок несомненно повышает работоспособность изолирующего стыка, так как накопление металлических продуктов износа пары «колесо-рельс» происходит менее интенсивно, чем в обычном изолирующем стыке, но это не означает, что в решении оптимизировано перераспределение магнитных потоков по головке рельса (где в основном и происходит образование металлических мостиков) и по вкладышу, который и предназначен для того, чтобы «оттянуть» на себя часть магнитного потока и тем самым снизить напряженность магнитного потока в зазоре между головками стыкуемых торцов рельсов.
Техническим результатом предлагаемого решения является повышение надежности изолирующего стыка путем снижения возможности образования металлических мостиков в зазоре между головками рельсов. Это достигается оптимизацией перераспределения магнитного потока, протекающего в головке рельса (он остается минимальным, следовательно, минимальной будет возможность образования металлических мостиков) и в остальных деталях рельсового соединения, а именно во вкладыше, рельсовой накладке и электроизолирующем материале.
Для этого вкладыш выполнен из материала, магнитная проницаемость которого выше, чем у материала рельса. Такое соотношение магнитных проницаемостей материала вкладыша и материала рельса позволит «оттянуть» на вкладыш большую часть магнитного потока в сравнении с тем, если бы материал вкладыша был обычным.
Для большего достижения технического результата часть магнитного потока дополнительно «оттягивается» рельсовыми накладками, для чего они также содержат материал, обладающий большей магнитной
проницаемостью, чем материал рельса. Например, это может быть армко-железо. Как правило, такие материалы не обладают высокой прочностью. Это может создать угрозу не обеспечения необходимой прочности соединения рельсового стыка при стягивании рельсовых накладок рельсовыми болтами. Чтобы обеспечить необходимую прочность рельсовые накладки могут быть выполнены слойными, где основной слой выполнен из высокопрочного материала, а дополнительный - из указанного материала с высокой магнитной проницаемостью.
Эффект достижения технического результата можно повысить, если еще часть магнитного потока «оттянуть» в другие элементы рельсового стыка. Такая возможность имеется только у электроизоляционных материалов. Такие материалы (полимеры, полиэтилен и т.д.) используются в виде отдельных прокладок, например между рельсовой накладкой и рельсом, или в виде слоя на рельсовой накладке. Для того, чтобы «оттянуть» на себя магнитный поток, изоляционный материал должен содержать в себе ферромагнитный металл, т.е. электроизоляционный материал должен быть композиционным, содержащим электроизоляционный материал как основу и магнитопроводный металл как наполнитель.
Таким образом, заявляемое решение, как и прототип, содержит торцевую электроизоляционную прокладку между торцами стыкуемых рельсов, металлические рельсовые накладки с рельсовыми болтами и электроизоляционным материалом, металлические магнитошунтирующие вкладыши в углублениях рельсовых накладок.
Однако заявляемый объект отличается тем, что вкладыши выполнены из материала, имеющего магнитную проницаемость выше, чем материал рельса, рельсовые накладки выполнены слойными, основной слой которых выполнен из высокопрочного материала, а дополнительный слой - из материала, магнитная проницаемость которого выше, чем у материала рельса, электроизоляционный материал выполнен композиционным, в составе которого имеется металл, магнитная проницаемость которого выше, чем у материала рельса. В частности, такой композиционный материал удобнее разместить на внешней стороне рельсовой накладки.
На фиг.1 показана принципиальная схема распределения магнитного потока между элементами рельсового стыка, на фиг.2 - устройство соединения рельсового стыкового электроизолирующего.
Предположим, что в результате движения подвижного состава на электротяге и магнитострикционных свойств рельсов в области рельсового зазора изолирующего стыка существует магнитный поток П. В рельсовом зазоре между торцами 1 и 2 рельсов он имеет напряженность Н в области головки рельсов. Торцевая электроизоляционная прокладка 3, электроизоляционный материал 4 рельсовых прокладок, электроизоляционные материалы 5 и 6 рельсовых болтов 7 обеспечивают электроизоляцию рельсов между собой.
В пазухе между рельсом и рельсовой накладкой 8 в ее углублении установлен магнитошунтирующий вкладыш 9. Материал вкладыша подобран
так, чтобы из общего магнитного потока П «оттянуть» на себя максимально возможный поток Пв, для этого материал вкладыша обладает магнитной проницаемостью выше, чем материал рельса. Так, если в качестве материала вкладыша взять армко-железо, то массо-габаритные параметры вкладыша позволяют «оттянуть» на себя до 40-60% магнитного потока, т.е. только за счет вкладыша и оптимизации его материала магнитный поток Пmin уменьшается на 40-60%, что приводит к снижению напряженности Нmin магнитного поля в рельсовом зазоре и резко снижает возможность образования металлических электропроводных «мостиков», т.е. обеспечивает достижение технического результата.
Исполнение рельсовой накладки слойной из двух (или более) разных металлов также позволяет «оттянуть» на себя магнитный поток. Например, магнитный поток Пн1 «оттягивается» основным слоем 10, выполненным из высокопрочной стали. Высокая прочность необходима для того, чтобы обеспечить удержание рельсового стыка за счет накладок и болтов. Но значительно больший магнитный поток Пн 2 «оттягивается» дополнительным слоем 11, материал которого также обладает большей магнитной проницаемостью, чем материал рельса. Это на 15-20% снижает напряженность магнитного поля в рельсовом зазоре и также снижает вероятность образования электропроводных металлических «мостиков».
Третьим (дополнительным) фактором снижения электропроводных металлических мостиков является обеспечение магнитной проницаемости через электроизоляционный материал. Для этого в нем кроме электроизоляционной основы должен быть металл. Желательно, чтобы его магнитная проницаемость также была выше, чем у материала рельса. Это позволит «оттянуть» на себя магнитный поток Пк, зависящий от свойств композиционного материала. Чем больше в нем будет металла, тем меньше будет напряженность Нmin магнитного поля в рельсовом зазоре. Разместить металл в электроизоляционном материале можно, например, в виде частиц армко-железа. Неравномерность распределения частиц в электроизоляционной основе может создать опасность электрического пробоя стыка. Для исключения этого предпочтительно такой композиционный материал расположить на внешней стороне рельсовых накладок в виде прокладок, пластин, шайб 6.
Такой комплекс мер позволяет перераспределить магнитный поток Пmin=П-Пв-Пн 1-Пн2-Пк-Пг так, что магнитный поток в головке рельса Пг будет минимален и это исключит образование электропроводных металлических «мостиков», что повысит надежность изолирующего рельсового стыка.
1. Соединение рельсовое стыковое электроизолирующее, содержащее торцевую электроизоляционную прокладку между торцами стыкуемых рельсов, металлические рельсовые накладки с рельсовыми болтами и электроизоляционным материалом, металлические магнитошунтирующие вкладыши в углублениях рельсовых накладок, электроизоляционные материалы между рельсовыми накладками, вкладышами, рельсовыми болтами и рельсами, отличающееся тем, что вкладыши выполнены из материала, магнитная проницаемость которого выше, чем у материалов рельсов, рельсовые накладки выполнены слойными, основной слой выполнен из высокопрочного материала, дополнительный слой - из материала, имеющего магнитную проницаемость выше, чем у материала рельсов.
2. Соединение по п.1, отличающееся тем, что электроизоляционный материал, в частности размещаемый на внешней стороне рельсовых накладок, выполнен композиционным, в составе которого имеется металл, магнитная проницаемость которого выше, чем у материала рельса.
