Рельсовый пружинный соединитель

Изобретение относится к токопроводящим элементам и предназначено для установки в рельсовых стыках с накладками. Рельсовый пружинный соединитель выполнен в виде металлической пластины, концы которой прямолинейны, а средняя часть дугообразна, причем на одном из прямолинейных концов выполнено круглое отверстие, а на другом - овальное. Соединитель оснащен средством зачистки контактирующих поверхностей. Средство зачистки выполнено в виде прикрепляемого к соединителю элемента, элемент выполнен из вольфрамомедного материала и содержит шабрующие грани со стороны, обращенной к рельсу. Техническим результатом данного изобретения является повышение надежности электрического соединения рельсов в месте их стыка, поддержание и понижение электрического сопротивления соединения. 10 з.п. ф-лы, 14 ил.

 

Изобретение относится к токопроводящим элементам и предназначена для установки в рельсовых стыках с накладками.

Уровень развития техники известен (технические указания №ЦТП-77/2 по применению пружинных рельсовых соединителей) из решения, где рельсовый пружинный соединитель выполнен в виде металлической пластины, концы которой прямолинейны, а средняя часть дугообразная, причем на одном из прямолинейных концов выполнено круглое отверстие, а на другом - овальное. На сторонах, обращенных к рельсам прямолинейных концов, выполнена насечка. Соединители закладывают с обеих сторон шейки рельса на болты под рельсовые накладки. Болты обжимают, соединители обеспечивают прохождение электрического тока от одного рельса к другому в месте их стыка.

Недостатком решения является низкая надежность соединения рельсов. Это связано с тем, что образование продуктов коррозии на контактных поверхностях соединителя с рельсом и соединителя с накладкой ведет к изменению (увеличению) электрического сопротивления контакта, что вынуждает часто проводить регламентные работы по зачистке поверхностей или заменять соединители.

Техническим результатом предлагаемого решения является повышение надежности электрического соединения рельсов в месте их стыка, поддержание и понижение электрического сопротивления соединения.

Это достигается в основном тем, что прямолинейные концы соединителя оснащены средством зачистки контактирующих поверхностей. Средство выполняет зачистку в результате перемещений (вибраций и ударов от колеса подвижного состава, температурных деформаций в суточный и сезонный период) концов рельс. В частности средство зачистки может быть расположено с обеих сторон, на дугообразном участке, прикрепленным к соединителю или самостоятельным, с шабрующими гранями или шаржировано шабрующими частицами, может быть дополнительно снабжено пластически деформируемым элементом и защитной пленкой. Эти варианты исполнения соединителя являются частными и не уменьшают объем притязаний основного пункта формулы. Сущность решения по достижению технического результата состоит в том, что перемещение концов рельс приводит к зачистке (микрорезанию с образованием ювенильных поверхностей) контактирующих поверхностей и, следовательно, к повышению надежности соединения, снижению электрического сопротивления соединения и поддержанию его постоянным по величине во времени.

На фиг.1 и 2 показано принципиальное устройство пружинного рельсового соединения, на фиг.3-8, 9 и 11 - варианты его исполнения, на фиг.9 и 12 - схемы его монтажа, на фиг.13 - варианты исполнения контактного элемента, на фиг.14 - принципиальное устройство средства зачистки.

Устройство рельсового пружинного соединения следующее. Он выполнен в виде металлической пластины (из токопроводящего материала), концы 1 и 2 которой прямолинейны, а средняя часть 3 дугообразная. На одном из прямолинейных концов выполнено круглое отверстие 4, на другом - овальное отверстие 5. Соединитель оснащен средством 6 зачистки контактирующих поверхностей. Рассмотрим пока случай, когда средство зачистки 6 выполнено в виде элемента 7, прикрепляемого к прямолинейным концам 1 и 2 со стороны, обращенной к рельсу 8, т.е. со стороны, контактирующей с шейкой 9 рельса. Пусть элемент 7 содержит шабрующие грани 10 и выполнен из материала, имеющего высокую (больше, чем у шейки 9 рельса) твердость и низкое электрическое сопротивление (например, из вольфрамомедного материала, получаемого методом порошковой металлургии).

Работает такой соединитель следующим образом. В месте стыка рельсов между шейкой 9 рельса 8 и рельсовой накладкой 11 закладывают пружинные соединители, базируя их отверстиями 4 и 5 на рельсовых болтах 12. Затягивая гайки 13, соединение собирают, при этом дугообразная часть 3 выпрямляется, это ведет к перемещению конца 2 по шейке рельса, шабрующие грани 10 соскребают (срезают, удаляют) с шейкой рельса ржавчину и другие продукты, повышающие электросопротивление стыка. При полной затяжке гаек грани 10 частично внедряются в металл рельса и тем самым повышают плотность контакта и снижают электросопротивление стыка. Уже это объясняет достижение технического результата. Однако он еще более очевиден при эксплуатации рельсового пути. Так при прохождении колеса подвижного железнодорожного состава через стык рельсов колесо перемещает вниз конец одного рельса (пусть на нем закреплен конец 1 соединителя) относительно конца второго рельса (пусть на нем закреплен конец 2 соединителя). Это перемещение конца рельса приведет к некоторому повороту В₁ конца 1 соединителя, при этом грани 10 конца 1 соединителя срежут микрослой с поверхности шейки рельса, т.е. удаляют образующиеся со временем окислы, коррозионные и другие продукты, образующиеся между контактирующими поверхностями. При этом электрическое сопротивление стыка снизится. В следующий момент времени тангенциальная составляющая силы реакции колеса и торца второго рельса приведет к микродеформации конца рельса, т.е. к взаимному смещению П₁ конца 2 соединителя относительно рельса. Грани 10 конца 2 также срежут микрослой, в результате сопротивление стыка снизится еще. В это время конец первого рельса после схода с него колеса переместится (движение В₁) вверх и его грани вновь срежут микрослой. Далее колесо зайдет на конец второго рельса, он сместится вниз относительно конца первого рельса. В результате конец 2 соединителя тоже получит некоторый проворот В₂, его грани тоже срежут микрослой. Все это способствует поддержанию постоянства электрического сопротивления стыка и повышает надежность электрического соединения рельсов. Это доказывает достижение технического результата.

Предлагаемое решение наиболее эффективно на железнодорожных путях с малодеятельными и подтапливаемыми водой участками, т.е. там, где коррозионные процессы интенсивны, что ведет к изменению электросопротивления стыка.

Более того, решение удачно для местностей, где суточное и сезонное колебание температур относительно велико, что приводит также к относительному перемещению П₁ и грани 10 также снимают микрослой. Таким образом, средство зачистки обновляет контакт при смене температур в суточном режиме (день-ночь), в сезонном режиме (зима-лето) и при каждом прохождении колеса через стык. Причем движения В₁, B₂, П₁ не привнесены в систему извне, они заимствованы из кинематики движения состава и природных явлений.

Средство зачистки может иметь различные варианты исполнения и расположения, но эти варианты являются лишь частными случаями общего решения и не уменьшают объем притязаний основного пункта формулы. Так, для повышения надежности, средство зачистки поверхности может быть расположено и на дугообразной части 3 соединителя (фиг.10) и на стороне соединителя (фиг.3, 4, 10), контактирующей с накладкой 11. Понятно, что при этом микрорезание гранями будет происходить на контактной поверхности накладок, и, тем самым, будет повышаться надежность электрического соединения стыка и поддержание постоянства электрического сопротивления стыка.

Очевидно, такое решение наиболее приемлемо для путей с электротягой, где активно протекают электроэрозионные процессы.

Есть основания полагать, что для обычных железнодорожных путей с достаточно интенсивным движением нет необходимости применять соединители с двух сторон шейки рельса. Необходимая надежность может быть обеспечена при установке соединителя лишь с одной стороны (фиг.12).

С позиций технологичности изготовления соединителя элемент 7 с шабрующими гранями может быть разбит на составные части, т.е. на концах 1, 2 и/или на дугообразной части 3 установлено (фиг.6, 7) несколько элементов, по меньшей мере два элемента. Также пластина соединителя может быть выполнена составной (фиг.8), в частности соединяемой сваркой 14.

Для повышения надежности прямолинейные концы соединителя могут быть удлинены (рельсовая накладка 11 к каждому концу рельса крепится двумя болтами 12) и иметь дополнительные отверстия 15 и 16. Это позволит разместить большее число граней 10 и, тем самым, лучше поддерживать постоянство электрического сопротивления контакта. Число граней 10 можно повысить (фиг.5) за счет их взаимного перечисления.

Технологически возможно средство зачистки реализовать в виде частиц 17 высокой твердости, вмонтированных в поверхности (или объем) соединителя. Шаржирование соединителя такими частицами 17 будет также обеспечивать микрорезание. В качестве таких частиц можно использовать карбиды химических элементов (способы получения карбидосталей известны). Наиболее просто в качестве таких частиц 17 использовать частицы (лом, отходы, бой) твердого сплава, т.е. армировать соединитель частицами твердого сплава.

Указанные примеры реализуемы в том случае, когда отклонения размеров шейки рельса, накладок и толщины рельсового соединителя малы, т.е. при высоком качестве изготовления. В реальности может оказаться так, что, например, из-за большой толщины конца 1 соединителя накладка 11 не будет контактировать с головкой рельса. Это снизит электропроводность стыка.

Избежать этого можно, например, выполнив дугообразную часть 3 меньшей толщины, чем концы 1 и 2, причем концы 1 и 2 выполнить из пластически деформирующегося материала. Тогда при обжиме гайкой концы будут деформироваться до тех пор, пока не будет достигнут контакт накладки с соединителем и рельсом, и соединителя с шейкой рельса.

Более рационально концы 1 и 2 соединителя выполнить заведомо тонкими (фиг.12) и между накладкой 11 и соединителем установить контактный элемент 18, выполненный из пластически деформирующегося материала, например тарельчатую пружину. При обжатии гайками 13 накладки 11 контактные элементы 18 будут деформироваться пропорционально усилию прижатия накладки до достижения контакта накладки с рельсом. Это, в том числе, выровняет усилие прижима соединителя. В качестве материала контактного элемента 18 может быть использована резина, пластмассы и т.д. Свойства такого материала можно выбрать из условия сезонных воздействий, например, зимой - морозостойкий материал, летом - материал с минимальным коэффициентом термического расширения.

С позиций повышения электропроводности стыка контрактный элемент 18 может быть выполнен целиком из меди 19, целиком из резины или пластмассы 20, шаржированной частицами 21 меди, либо быть составным 22. В том числе для обеспечения микрорезания и, тем самым, для улучшения условий контакта элемента 18 с накладкой 11 и концом соединителя материал элемента 18 может быть шаржирован (как на фиг.11) шабрующими частицами 23.

В ряде случаев технологически удобнее по истечении некоторого времени эксплуатации менять не рельсовый соединитель, а лишь его средство зачистки. Тогда последнее можно выполнить в виде самостоятельного (отдельного) элемента 24, закладываемого между контактирующими поверхностями (например, между накладкой 11 и соединителем, и/или между соединителем и шейкой рельса). Элемент 24 содержит шабрующие грани 10 и/или шаржирован шабрующими частицами 23 твердого сплава с двух (контактирующих) сторон, содержит отверстие 4 (и 15) для базирования.

Такой же или без отверстия элемент 24 может закладываться непосредственно в стык (в щель) между рельсами для обеспечения шабрения их торцов и повышения тем самым электропроводности стыка. Очевидно, в этом случае материал элемента должен быть пластически деформируемым (т.к. величина зазора между торцами рельсов изменяется под действием температуры), например, выполненным из токопроводящих пластиков (с добавкой меди, углерода) и армирован шабрующими частицами 23 (как на фиг.13).

Для безопасности обращения человека с соединителем, для снижения вероятности повреждения шабрующих граней во время транспортирования и хранения целесообразно соединитель или по меньшей мере его участки со средством зачистки снабдить удаляемой защитной пленкой.

1. Рельсовый пружинный соединитель в виде металлической пластины, концы которой прямолинейны, а средняя часть дугообразна, причем на одном из прямолинейных концов выполнено круглое отверстие, а на другом - овальное, отличающийся тем, что соединитель оснащен средством зачистки контактирующих поверхностей.

2. Рельсовый пружинный соединитель по п.1, отличающийся тем, что средство зачистки выполнено в виде прикрепляемого к соединителю элемента, элемент выполнен из вольфрамо-медного материала и содержит шабрующие грани со стороны, обращенной к рельсу.

3. Рельсовый пружинный соединитель по п.1 или 2, отличающийся тем, что элемент содержит шабрующие грани также со стороны, обращенной к накладке.

4. Рельсовый пружинный соединитель по п.2, отличающийся тем, что установлено несколько, по меньшей мере два, элементов в противоположных прямолинейных концах рельсового соединителя со стороны, обращенной к рельсу.

5. Рельсовый пружинный соединитель по п.1, отличающийся тем, что выполнен составным, в том числе дугообразная часть выполнена из пружинящего материала, прямолинейные концы - из пластически деформирующегося материла.

6. Рельсовый пружинный соединитель по п.1, отличающийся тем, что на стороне дугообразной части, обращенной к накладке, размещено средство зачистки поверхности накладки.

7. Рельсовый пружинный соединитель по п.1, отличающийся тем, что дополнительно снабжен контактным элементом, выполненным из пластически деформированного материала, установленного между накладным и соединительным элементом.

8. Рельсовый пружинный соединитель по п.8, отличающийся тем, что элемент выполнен из токопроводящего материала, армированного средством зачистки поверхностей, контактирующих с ним, в частности армированного частицами твердого сплава.

9. Рельсовый пружинный соединитель по п.1, отличающийся тем, что средство зачистки выполнено в виде самостоятельного элемента, закладываемого между контактирующими поверхностями, элемент содержит шабрующие грани и/или шаржирован шабрующими частицами твердого сплава с двух сторон, содержит отверстие для базирования.

10. Рельсовый пружинный соединитель по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере его участники со средством зачистки снабжены защитной пленкой.

11. Рельсовый пружинный соединитель по п.1 или 10, отличающийся тем, что снабжен закладным средством зачистки, устанавливаемым между торцами рельсов, и выполнен из пластически деформируемого материала.