Устройство для электрического соединения железнодорожных рельсов с дроссель-трансформатором

 

Изобретение относится к устройствам электрического соединения железнодорожных рельсов. Устройство включает гибкий сталемедный проводник, который в районе его крепления к рельсу образует незамкнутое кольцо в вертикальной плоскости, а головка конического соединительного пальца имеет паз, в который уложен и приварен проводник, предварительно разделенный на несколько ветвей. Палец в месте его контакта с рельсом имеет медный поясок и дополнительно снабжен цилиндрической втулкой с коническим отверстием. С другой стороны проводника имеется стальная шина, на контактной поверхности которой имеется слой коррозионно-стойкого металла, обладающего более высоким коэффициентом теплового расширения, чем сталь, например медь. Изобретение направлено на повышение надежности передачи электроэнергии от дросселя-трансформатора к железнодорожным рельсам. 3 з.п.ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам электрического соединения железнодорожных рельсов с источником питания, в частности, с дроссель-трансформатором.

Известно устройство для соединения железнодорожных рельсов с дроссель-трансформатором, содержащее гибкий медный проводник, один конец которого с помощью болтового соединения подключен к рельсу, а другой, с помощью медной плоской шины, подключен к выводам дроссель-трансформатора (Ю.В.Борц, В.Е.Чекулаев. Контактная сеть. Издательство "Транспорт". Москва, 1981 г., стр. 45).

Недостатком известного устройства является то, что гибкий проводник выполнен из меди, которая является дорогим и дефицитным материалом.

Известно устройство для электрического соединения железнодорожных рельсов, включающее гибкий медный проводник, элементы подсоединения к рельсу, выполненные из двух соединенных гибкой лентой втулок, запрессованных стальными вкладышами, имеющие конические сужения, при этом диаметр вкладышей на 5% больше внутреннего диаметра втулки (авторское свидетельство СССР N 81483 H 01 R 3/04).

Недостатком этого решения, как и в предыдущем, является наличие медного проводника, а также сложность стыкового узла и необходимость выполнения специальных отверстий в шейках рельсов.

Известно устройство для электрического соединения железнодорожных рельсов с дроссель-трансформатором, содержащее гибкий сталемедный проводник, элемент подсоединения проводника к рельсу, выполненный в виде конического пальца с головкой и резьбовым наконечником, и элемент подсоединения проводника к дроссель-трансформатору, выполненный в виде стальной плоской шины с болтовым креплением.

При этом головка конического пальца имеет круглое отверстие, куда вставлен в скрученном состоянии сталемедный проводник, обжат и проварен в выходной части (книга В.Д.Бубнов, В.С.Дмитриев. Устройство СЦБ, их монтаж и обслуживание. - М.: "Транспорт", 1989 г. Дополнительный материал - рабочие чертежи "Перемычка дроссельная", разработка "Гипротранссигналсвязь", 1997 г. Чертежи прилагаются к заявке).

Это известное устройство устраняет недостатки ранее перечисленных устройств, т. е. используется для проводника не чистая медь, а биметалл - сталемедный проводник, элементы подсоединения значительно упрощены, и не требуется подготовки специальных отверстий в шейке рельса.

Однако и это известное устройство обладает своими недостатками.

Один из недостатков - пониженная механическая надежность сталемедного проводника в районе его прикрепления к рельсу. Известно, что рельсы, при движении по ним подвижного состава, совершают вертикальные колебания в пределах 5 ... 20 миллиметров и более, с частотой 3 ... 5 колебаний в секунду. Если для медного проводника, в силу его пластичности, изгибающие нагрузки, возникающие при колебаниях рельса, неопасны, то сталемедный проводник накапливает усталостные напряжения и разрушается.

Усталостные напряжения в стали, как правило, возникают в месте подсоединения проводника к головке конического пальца, так как именно там начинается изгиб провода и возникает его излом. В связи с тем, что проводимость сталемедного провода хуже чем медного, то чтобы сохранить проводимость, диаметр сталемедного провода приходится увеличивать в 1,5 ... 2 раза. Но в этом случае способность проводника к изгибу еще более теряется, и его механическое разрушение усиливается.

В связи с указанным можно считать, что в известном устройстве не разрешено противоречие - проводник должен быть толстым, чтобы понизить сопротивление электрическому току и проводник должен быть тонким, чтобы сохранить способность к изгибу и не ломаться.

Существующая конструкция известного устройства имеет ненадежное сварное соединение сталемедного биметаллического проводника к коническому пальцу. Ненадежность определяется малой длиной сварочного шва, который может выполняться только со стороны торцевой части проводника, находящегося в отверстии пальца.

Кроме указанных недостатков известное устройство имеет недостаточную электрическую надежность в стыковых узлах. Для механической прочности палец выполнен из стали, но при взаимодействии со стальным рельсом, его конусная часть образует незначительную контактную площадку, которая передает электрическую энергию. Если палец делать из мягкого металла, то контактная площадка с рельсом образуется достаточной площади, но резьбовая часть пальца может разрушиться от натяжения гайки. Это противоречие также не разрешено.

Далее. В известном устройстве в качестве элемента подсоединения проводника к дроссель-трансформатору применена стальная пластина, имеющая на всех своих сторонах антикоррозионное покрытие.

При ослаблении болтового соединения, которое может возникать от механических и температурных напряжений, пластина теряет плотный контакт с ответной частью дроссель-трансформатора и возникают пригары, которые отрицательно сказываются на электрической проводимости устройства.

Целью заявляемого изобретения является повышение механической и электрической надежности работы известного устройства.

Указанная цель достигается тем, что гибкий сталемедный проводник в районе его крепления к рельсу образует незамкнутое кольцо в вертикальной плоскости, а головка конического пальца имеет не отверстие под проводник, а паз, в который уложен и закреплен, например сваркой, предварительно разделенный на несколько частей (ветвей) проводник, а на контактной поверхности стальной шины имеется слой коррозионно-стойкого металла, обладающего более высоким коэффициентом теплового расширения чем сталь, например медь. Кроме того, стальной конический палец в месте контакта с рельсом имеет медный поясок и дополнительно снабжен цилиндрической втулкой, выполненной из электропроводящего материала и имеющего коническое отверстие.

Наличие незамкнутого кольца (витка) в проводе позволяет компенсировать (гасить) вертикальные колебания рельса и не создавать в стальной составляющей проводника усталостные напряжения, вызывающие разрушения. Уменьшению усталостных напряжений содействует и то, что проводник в месте его подсоединения к пальцу разделен на несколько частей, и каждая часть закреплена (приварена) отдельно. В этом случае изгиб проводника совершается с большим радиусом, а следовательно, возникают меньшие механические напряжения.

Отверстие в пальце, выполненное в виде паза, позволяет уложенный в него проводник приваривать не только с его торцевой части, но и накладывать радиальный шов, т.е. и по той его части, которая находится в пазе. Это значительно упрочняет крепление проводника к конусному пальцу.

Наличие на контактной поверхности стальной шины коррозионно-стойкого металла, обладающего более высоким коэффициентом температурного расширения, чем сталь, например медь, позволяет образовать из шины термобиметаллический элемент, который при температурном воздействии стремится принять дугообразную форму и, тем самым, плотнее прижимается к контактной поверхности дроссель-трансформатора.

Наличие у конусного наконечника медного пояска позволяет развить контактную поверхность с рельсом при его запрессовке в отверстие шейки рельса.

Наличие у пальца дополнительной цилиндрической втулки с коническим отверстием позволяет еще более увеличить площадь электрического контакта проводника с рельсом.

В известных заявителю устройствах для электрического соединения железнодорожных рельсов с дросселем-трансформатором перечисленные отличительные признаки не обнаружены, следовательно, можно считать, что в заявленных материалах присутствует критерий "новизна".

Все перечисленные отличительные признаки заявляемого изобретения направлены на повышение электрической и механической надежности одного устройства - электрического проводника для железнодорожных рельсов, следовательно, присутствует критерий "Единство изобретения".

Приведенная совокупность существенных признаков и достигаемый ими результат в научно-технической и патентной литературе не обнаружены и не являются очевидными для специалиста, что является доказательством наличия в изобретении критерия "Изобретательский уровень".

Промышленная применимость изобретения поясняется чертежом, где - на фиг. 1 изображен общий вид устройства; - на фиг. 2 - то же, разрез А-А; - на фиг. 3 - то же, местный вид шины; - на фиг. 4 - вариант исполнения и крепления конусного пальца к рельсу; - на фиг. 5 - конусный палец в сечении.

Устройство для электрического соединения железнодорожных рельсов с дроссель-трансформатором содержит гибкий сталемедный проводник 1, стальной конический палец 2, который подсоединен к шейке рельса 3 с помощью гаек 4, на головке пальца 2 выполнен паз 5, в котором раздельно уложены и поочередно проварены швом 6 по всей линии прилегания ветвей 7. Этим обеспечивается механическая и электрическая прочность (см. фиг. 5).

В непосредственной близости к пальцу 2 проводник 1 образует незамкнутую спиральную петлю 8, расположенную в вертикальной плоскости. Противоположный конец проводника 1 приварен к стальной шине 9, которая болтами 10 прикреплена к ответным клеммам дросселя-трансформатора 11. На контактной поверхности стальной шины 9 расположен слой коррозионно-стойкого материала 12 (см. фиг. 3), например, из меди.

Стальной конический палец 2 в месте его контакта с рельсом 3 имеет медный поясок 12, а со стороны его резьбовой части расположена цилиндрическая втулка 14, выполненная из коррозионно-стойкого металла, например из алюминия или меди, и имеющая коническое отверстие, взаимодействующее с конической поверхностью пальца 2.

При установке пальца 2 в отверстие шейки рельса 3 поясок 13 и втулку 14 зачищают и затягивают гайки 4 до полного запрессования втулки 14 в отверстие рельса 3. При этом поясок 13 также деформируется и образовывает на своей поверхности развитый кольцевой контакт. При окончательно закрепленном пальце 2 электрический контакт обеспечивается не только медным пояском 13, но и втулкой 14, которая, деформируясь, увеличивается в диаметре и плотно прилегает к поверхности пальца 2 и к поверхности отверстия рельса 3.

При движении подвижного состава (на чертеже не показан) рельс 3 совершает вертикальные колебания, которые гасятся (выравниваются) кольцом 8, поэтому проводник 1 не испытывает в месте его прикрепления к головке пальца 2 значительных изгибающих нагрузок. Снижению изгибающих нагрузок содействует и то, что проводник 1 в месте его прикрепления к кольцу 2 разделен на ветви 7, которые, имея уменьшенный диаметр, допускают меньший радиус изгиба без образования усталостных напряжений. В случае, если ослабнут болты 10 стальной шины 9 и возникнет неплотный контакт, сопровождающийся искрением, то медный слой 12 нагреется, но так как его коэффициент теплового расширения гораздо больше, чем у стали, то средняя часть изогнется в сторону ответного контакта дроссель-трансформатора 11 и плотность прижатия контакта восстановится.

Таким образом, кольцо 8 гасит, принимая на себя, колебания рельса 3, и в месте прикрепления проводника 1 к головке конического пальца 2 не возникают опасные изгибающие нагрузки.

Наличие паза в головке пальца 2 позволяет организовать сварочный шов значительной длины, что повышает прочностные характеристики устройства.

Разделение проводника на несколько ветвей в районе его прикрепления к пальцу 2 повышает долговечность устройства.

Наличие на пальце 2 медного пояска 13 и втулки 14 с коническим отверстием развивает площадь контакта проводника 1 с рельсом 3, что повышает электрическую надежность устройства. Наличие медного слоя 12 на контактной поверхности пластины 9 также повышает надежность работы устройства для электрического соединения железнодорожных рельсов с дроссель-трансформатором.

Формула изобретения

1. Устройство для электрического соединения железнодорожных рельсов с дроссель-трансформатором, содержащее гибкий сталемедный проводник, элемент присоединения проводника к рельсу, выполненный в виде конического пальца с головкой и резьбовым хвостовиком, и элемент присоединения проводника к дроссель-трансформатору, выполненный в виде стальной шины, отличающееся тем, что гибкий проводник разделен на несколько ветвей, каждая из которых отдельно прикреплена к головке конического пальца, и на контактную поверхность стальной шины нанесен слой коррозионно-стойкого металла, обладающего более высоким коэффициентом теплового расширения, чем сталь, например, меди.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что гибкий проводник в районе крепления к рельсу образует в вертикальной плоскости незамкнутое кольцо.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что конический палец выполнен стальным, а в месте его контакта с рельсом имеется металл с более низким механическим и омическим сопротивлением, чем сталь, например, медь.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что конический палец в районе резьбового хвостовика снабжен втулкой, имеющей коническое отверстие и выполненной из металла с более низким механическим и омическим сопротивлением, чем сталь, например, медь.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5