Стыковой электрический соединитель
Владельцы патента RU 2478050:
Общество с ограниченной ответственностью "Научно Технический Центр Информационные Технологии" (RU)
Изобретение относится к области путевого хозяйства железных дорог, в частности к техническим средствам, обеспечивающим повышение электрической проводимости рельсовых стыков на участках, оборудованных автоблокировкой. Стыковой электрический соединитель состоит из многожильного, гибкого медного или сталемедного провода, закрепленного в наконечниках. Торцы наконечников выполнены скошенными. Провод опрессован в наконечниках с пластической деформацией жил. Наконечник выполнен из меди в виде трубчатого элемента. Часть наконечника, присоединяемая к боковым поверхностям головки рельса, сплющена до образования плоскости, смещенной относительно оси наконечника, и имеет форму параллелограмма. Часть наконечника, служащая для закрепления провода, внутри покрыта гидрофобной смазкой. Провод закреплен опрессовкой двумя поясами с шестигранным контуром со степенью обжатия в поясах, обеспечивающей минимальное переходное электрическое сопротивление в зоне контакта провод-наконечник. Провод по продольной оси имеет омегообразную форму в плоскости параллельной боковой поверхности головки рельса. Присоединение наконечника к боковой поверхности головки рельса выполнено пайкой электродным элементом через отверстие в плоскости наконечника. Электродный элемент выполнен из материала, имеющего температуру плавления выше температуры плавления припоя. Технический результат заключается в снижении переходного электрического сопротивления между наконечником и проводом, повышении механической прочности закрепления провода в наконечнике, снижении динамических нагрузок на приварное соединение наконечника к головке рельса. 5 ил.
Изобретение относится к области путевого хозяйства железных дорог, в частности к техническим средствам, обеспечивающим повышение электрической проводимости рельсовых стыков на участках, оборудованных автоблокировкой.
Известен фартучный приварной стыковой соединитель, манжета которого представляет собой обойму с фартуком, выполненными из одной заготовки, у которого медный многожильный провод закрепляется в обойме манжеты с поперечной опрессовкой. Торец манжеты оплавляется вместе с находящимися в нем концами медного провода (Оводков Л.В. Модернизированный стыковой соединитель. Автоматика, телемеханика, связь, №3 1993, с.24-25).
Недостатком данного соединителя является ослабление крепления гибкого многожильного медного провода в манжете в процессе эксплуатации от воздействия вибрационных нагрузок, что приводит к нестабильному электрическому контакту провода с обоймой и, как следствие, увеличению электрического сопротивления. Кроме этого он не обеспечивает необходимую прочность сварного шва из-за малой толщины фартука, не позволяющей выполнять двухслойный сварной шов, в связи с чем в зоне приварки к головке рельса формируется неблагоприятная зона термического влияния, вызывающая отколы металла.
Наиболее близким по техническому решению является рельсовый стыковой соединитель, содержащий две трубчатые обоймы и размещенный внутри них гибкий многожильный провод, сплетенный из медных или омедненных стальных жил, при этом сторона обоймы, обращенная к рельсу, и привариваемые края противоположной стороны сплюснуты, а торцы обойм и концы гибкого провода выполнены скошенными вниз от привариваемых к рельсу краев и спрессованы с пластической деформацией жил гибкого провода, при этом в средней части обойм со стороны, противоположной сплюснутой стороне, выполнено сферическое вдавливание с раздачей жил гибкого троса к стенкам обойм (RU 41025).
К недостаткам данного технического решения относится недостаточная механическая прочность соединения многожильного провода соединителя с обоймой. Это обусловлено рядом причин технологического и конструктивного характера. Снижение механической прочности соединения приводит к увеличению переходного электрического сопротивления и, в конечном счете, к обрыву электрической цепи. Проведенный анализ отказов в работе соединителей позволяет сделать вывод о том, что нарушение контакта между гибким тросом и обоймой соединителя происходит, главным образом, после его установки в путь. Ослабление крепления гибкого троса в обойме в процессе эксплуатации при вибрационных воздействиях и за счет разогрева обоймы в процессе ее приварки к рельсу. В этом случае происходит деформация, ослабление усилия обжатия троса, а также поверхностное окисление контактирующих поверхностей отдельных нитей жил провода. Переходное сопротивление «трос-обойма», а следовательно, и полное сопротивление самого соединителя увеличивается, поэтому соединитель вскоре оказывается непригодным к работе.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении безопасности работы электрической цепи рельсовых стыков и повышении эксплуатационных свойств стыкового электрического соединителя.
Техническим результатом заявляемого изобретения является снижение переходного электрического сопротивления между наконечником и проводом, повышение механической прочности закрепления провода в наконечнике, снижение динамических нагрузок на приварное соединение наконечника к головке рельса.
Поставленная цель достигается стыковым электрическим соединителем, состоящим из многожильного, гибкого медного или сталемедного провода, закрепленного в наконечниках, присоединяемых к боковым поверхностям головки рельса, торцы наконечников выполнены скошенными, провод спрессован в наконечниках с пластической деформацией жил, при этом наконечник выполнен из меди или ее сплавов, в виде трубчатого элемента, а часть наконечника, не менее (0,5-0,6) длины, присоединяемая к боковым поверхностям головки рельса, сплющена до образования плоскости, смещенной относительно оси наконечника, имеет форму параллелограмма, в плоскости выполнено отверстие, часть наконечника, служащая для закрепления провода, внутри покрыта гидрофобной смазкой, а провод закреплен опрессовкой двумя поясами с шестигранным контуром, со степенью обжатия в поясах, обеспечивающих минимальное переходное электрическое сопротивление провод-наконечник, провод по продольной оси имеет омегообразную форму в плоскости, параллельной боковой поверхности головки рельса, присоединение наконечника к боковой поверхности головки рельса выполнено пайкой электродным элементом через отверстие в плоскости наконечника, при этом отверстие на (70-95)% площади занято электродным элементом, выполненным из материала, имеющего температуру плавления выше температуры плавления припоя.
Сплющенная часть наконечника на длину не менее (0,5-0,6) длины наконечника с образованием плоскости, имеющей форму трапеции, смещенной относительно оси наконечника, обеспечивает плотное прилегание к боковой поверхности головки рельса. Такое прилегание уменьшает попадание грязи и влаги под наконечник и его отрыв в процессе эксплуатации.
Климат оказывает существенное воздействие на устойчивую работу рельсовых соединителей. В результате атмосферной коррозии, а также загрязнения пылью и смазкой на контактах образуются окисные пленки. При наличии в атмосфере сернистых соединений образуются сернистые пленки. Образование некоторых пленок может привести к нарушению контакта в зоне «провод-наконечник». Необходимым условием для устойчивости работы рельсовых соединителей является предохранение их от попадания влаги, которая ведет к окислению их контактирующих поверхностей. Закрепление гибкого, многожильного провода внутри наконечника опрессовкой двумя поясами с шестигранным контуром позволяет получить максимально надежное соединение путем обеспечения достаточной плотности упаковки жил провода в месте опрессовки, при этом наличие гидрофобной смазки внутри наконечника позволяет защитить конец гибкого провода в месте контакта от агрессивного влияния окружающей среды, что в свою очередь обеспечивает стабильный электрический контакт на протяжении всего срока эксплуатации стыкового электрического соединителя.
В процессе эксплуатации соединитель подвергается различным механическим воздействиям. В средней своей части подвергается воздействию прутьев щеток снегоочистительных машин и другой путевой техники. Помимо этого, рельсовый стык является источником весьма интенсивных вибраций всех элементов пути, но наиболее интенсивным вибрациям подвергается рельс. Максимальные ускорения (в зависимости от места измерения и перехода колеса) достигают значения 200 g и более, где g - ускорение свободного падения. При таких ускорениях и при движении большегрузных поездов, когда возникают значительные смещения одного рельса по отношению к другому в вертикальной плоскости, которые в некоторых случаях могут превысить допустимую норму, появляются силы инерции от массы провода соединителя. Выполнение провода омегообразной формы по продольной оси и расположение его в плоскости, параллельной боковой поверхности головки рельса, приводит к уменьшению сил упругости при смещении одного рельса относительно другого.
Для паяных соединений наконечников рельсовых электрических соединителей с поверхностью рельсов, кроме прочности соединения, предъявляется еще ряд требований, таких как отсутствие образования мартенсита в месте пайки, минимальное электрическое соединение паяного соединения, виброустойчивость паяного соединения, способность соединения сохранять вышеперечисленные свойства при перепаде температур от +60 до -40°С, кроме этого, следует отметить, что процесс пайки необходимо вести практически к вертикальной плоскости. Пайка наконечника стыкового соединителя к боковой поверхности головки рельса осуществляется через отверстие в сплющенной части наконечника, посредством заполнения этого отверстия припоем с относительно низкой (от плюс 450 до плюс 800°С) температурой плавления, при этом отверстие на 70-95% площади занято электродным элементом, выполненным из материала, имеющего температуру плавления выше температуры плавления припоя. Такое соотношение площади отверстия и электродного элемента позволяет равномерно распределить материал припоя в соединении. Материал паяного шва сохраняет свои свойства до температуры -60°С. Компоненты припоя, флюса, продуктов их взаимодействия не вызывают коррозию паяного соединения и обеспечивают отсутствие образования мартенсита в месте пайки, минимальное электрическое соединение паяного соединения, виброустойчивость паяного соединения, способность соединения сохранять вышеперечисленные свойства при перепаде температур от +60 до -40°С
Стык является местом, где возрастают силы «угона» пути и возможно продвижение рельса в накладках. Таким образом, рельсовый стыковой соединитель подвергается различным деформациям в вертикальном и горизонтальном направлениях, поэтому он должен выдерживать не менее 34×106 циклов прогибов рельса с амплитудой 10-15 мм.
Закрепление гибкого, многожильного провода внутри наконечника опрессовкой двумя поясами с шестигранным контуром выполнено с максимальной плотностью упаковки, обеспечивающей минимальное электрическое сопротивление между наконечником и проводом. Такое минимальное электрическое сопротивление сохраняется весь период работы соединителя за счет отсутствия окислительных процессов между отдельными жилами, жилами и поверхностью наконечника, что обеспечивается гидрофобной смазкой и пластической деформацией жил гибкого медного или сталемедного многожильного провода. В этом случае гибкий многожильный провод в месте опрессовки можно рассматривать как состоящий из отдельного прутка, что позволяет получить минимальное переходное электрическое сопротивление в зоне контакта «провод-наконечник». Кроме этого, закрепление гибкого многожильного провода внутри наконечника опрессовкой двумя поясами с шестигранным контуром, с максимальной плотностью упаковки до пластической деформации жил гибкого медного или сталемедного провода позволяет повысить прочность в месте соединения и в целом вибропрочность стыкового электрического соединителя. Все это в целом положительно сказывается на улучшении эксплуатационных свойств стыкового электрического соединителя.
Предложенное техническое решение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид рельсового стыка с установленным стыковым электрическим соединителем; на фиг.2 - разрез по сечению А-А фиг.1, на фиг.3 - форма наконечника, на фиг.4 - разрез по сечению Б-Б фиг.3, на фиг.5 - вид С на фиг.2.
Стыковой электрический соединитель содержит два медных наконечника 1 и 2 и закрепленный в них гибкий сталемедный провод 3 марки ПБСМЭ, при этом продольная ось сталемедного провода 3 имеет омегообразную форму в плоскости, параллельной боковым поверхностям головки рельса. Закрепление сталемедного провода в медном наконечнике происходит путем опрессовки двумя поясами 4 и 5 с шестигранным контуром. Пайку к боковой поверхности рельса выполняют через отверстие 6 в сплющенной части наконечника. Пайка осуществляется посредством заполнения этого отверстия припоем с относительно низкой (от плюс 450 до плюс 800°С) температурой плавления, при этом 70-95% площади отверстия занято электродным элементом 7, выполненным из материала, имеющего температуру плавления выше температуры плавления припоя. Материал припоя 8 заполняет все пространство между внутренней поверхность отверстия и внешней поверхностью электродного элемента. Стыковой электрический соединитель может быть изготовлен на любом машиностроительном предприятии. Изготовлена опытная партия соединителей для установки на железную дорогу.
Стыковой электрический соединитель, состоящий из многожильного гибкого медного или сталемедного провода, закрепленного в наконечниках, присоединяемых к боковым поверхностям головки рельса, торцы наконечников выполнены скошенными, провод опрессован в наконечниках с пластической деформацией жил, отличающийся тем, что наконечник выполнен из меди или ее сплавов в виде трубчатого элемента, при этом часть наконечника, не менее 0,5-0,6 длины, присоединяемая к боковым поверхностям головки рельса, сплющена до образования плоскости, смещенной относительно оси наконечника, имеет форму параллелограмма, в плоскости выполнено отверстие, часть наконечника, служащая для закрепления провода, внутри покрыта гидрофобной смазкой, а провод закреплен опрессовкой двумя поясами с шестигранным контуром, со степенью обжатия в поясах, обеспечивающей минимальное переходное электрическое сопротивление в зоне контакта провод-наконечник, провод по продольной оси имеет омегообразную форму в плоскости, параллельной боковой поверхности головки рельса, присоединение наконечника к боковой поверхности головки рельса выполнено пайкой электродным элементом через отверстие в плоскости наконечника, при этом отверстие на 70-95% площади занято электродным элементом, выполненным из материала, имеющего температуру плавления выше температуры плавления припоя.
