электросоединитель стыка контактного рельса
Классы МПК: | B60M5/00 Токопроводящие или изолирующие устройства, например для уменьшения блуждающих токов, расположенные вдоль рельсов или в местах их соединений H01R4/02 сварные и спаянные соединения |
Автор(ы): | Афанасьевский В.Е., Каракаев Б.Н., Мирошников И.П., Острейко В.Н. |
Патентообладатель(и): | Закрытое акционерное общество "Великолукский завод высоковольтной аппаратуры" |
Приоритеты: |
подача заявки:
1996-12-23 публикация патента:
27.02.1999 |
Изобретение относится к электрическим многоамперным соединениям температурных стыков контактных рельсов, например, метрополитенов. В электросоединителе стыка контактного рельса, содержащем две электрически соединенные между собой проводниками одинаковые стальные переходные пластины толщиной D, поверхности которых подразделены на опорно-контактный и примыкающий к нему по прямой линии длиной lok контактный участки, где первый участок имеет вид прямоугольника длиной lok и шириной hok, а второй - вид прямоугольной трапеции с основаниями lok и lk<l и высотой hk, при этом проводники электрически соединены с пластинами в пределах полосы шириной lk, соответствующей меньшему основанию упомянутой трапеции, а опорно-контактные участки целиком лежат на подошве рельса шириной h = hок+
и приварены к ней по своим периметрам швом с катетом
, пластины симметрично расположены относительно стыка рельса так, что их края шириной hоk параллельны и удалены друг от друга, а в не занятых указанными проводниками зонах опорно-контактных участков обе пластины снабжены обращенными дном в сторону стыка сквозными по толщине D равномерно чередующимися с шагом 4
открытыми пазами шириной 2
, стенки которых ориентированы под углом
к оси рельса и приварены к его подошве, причем
Такая конструкция уменьшает габариты, металлоемкость и электрическое сопротивление переходных пластин, а также повышает равномерность распределения тока по площади их сварных контактов с рельсом. 2 ил., 1 табл.
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/916.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/916.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/916.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/916.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/945.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/fullimg2/rupat3/19993/005.dwl/2126749t.gif)
Формула изобретения
Электросоединитель стыка контактного рельса, содержащий две электрически соединенные между собой проводниками одинаковые стальные переходные пластины толщиной D, поверхности которых подразделены на опорно-контактный и примыкающий к нему по прямой линии длиной lок контактный участки, где первый участок имеет вид прямоугольника длиной lок и шириной hок, а второй - вид прямоугольной трапеции с основаниями lок и lк < lок и высотой hк, при этом проводники электрически соединены с пластинами в пределах полосы шириной lк, соответствующей меньшему основанию упомянутой трапеции, а опорно-контактные участки целиком лежат на подошве рельса шириной h = hок+![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/916.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/916.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/916.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/916.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/945.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/fullimg2/rupat3/19993/005.dwl/2126749-11t.gif)
Описание изобретения к патенту
Заявляемое техническое решение относится к электрическим многоамперным соединителям температурных стыков контактных рельсов, например, метрополитенов. Электросоединители стыков контактных рельсов (ЭСКР) обеспечивают прохождение тока от одного участка рельса к другому в зонах их температурных стыков. Наиболее простой вариант ЭСКР реализуется путем приварки стальных манжет (оконцевателей) гибких, как правило, медных многожильных проводников непосредственно к стальной подошве контактного рельса /1, с. 39, рис. 2.24/. Однако, из-за ограниченной ширины подошвы число привариваемых проводников также ограничено (в случае метрополитенов согласно указанному рис. 2.24 это число равно четырем), что в свою очередь ограничивает возможности повышения токов, проводимых контактными рельсами, имеющими для этого достаточные площади поперечных сечений. Необходимость же повышения токов, например, в случае метрополитенов является естественным следствием их непрерывного расширения и интенсификации функционирования. Для преодоления указанных ограничений применяются так называемые переходные стальные пластины, привариваемые к подошве рельса и тем самым локально увеличивающие ее ширину, в пределах которой можно разместить большее число проводников. Соответственно этому наиболее близкая к заявляемой полезной модели конструкция ЭСКР содержит /1, с. 116, рис. 5.15, в/ две электрически соединенные между собой проводниками одинаковые стальные переходные пластины, поверхности которых можно подразделить на опорно-контактный и примыкающий к нему по прямой линии контактный участки, где первый участок имеет вид прямоугольника, а второй - вид прямоугольной трапеции, при этом проводники электрически соединены с пластинами в пределах полосы, соответствующей меньшему основанию указанной трапеции, а опорно-контактные участки лежат на подошве рельса и приварены к ней по своим периметрам. Следовательно, электрический контакт между переходной пластиной и рельсом фактически обеспечивается за счет сварного шва с некоторым постоянным или в общем случае переменным катетом, характеризуемым средней величиной![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/916.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/916.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/916.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/916.gif)
I = J
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/916.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/916.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/916.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/916.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/916.gif)
Поскольку величины
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/916.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/916.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/916.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/8594.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/8734.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/916.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/8594.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/8734.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/916.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/916.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/916.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/8773.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/8805.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/916.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/916.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/945.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/916.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/945.gif)
На фиг. 1 дана конструктивная схема заявляемой модели (вид сверху на подошву рельса), а на фиг. 2 - фрагмент переходной пластины с равномерно чередующимися пазами шириной 2
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/916.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/948.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/916.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/916.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/916.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/916.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/916.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/945.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/945.gif)
Отметим, что изображенный на фиг. 1 конкретный вариант конструкции ЭСКР максимально может содержать восемь проводников: пять - сверху пластин (они показаны) и еще три - снизу пластин, т.е. под выступающими за подошву рельса их трапецеидальными участками (не показаны). Очевидно, что, если соединения проводников с пластинами должны быть разъемными (болтовыми), то проще всего они реализуются на выступающих за подошву рельса трапецеидальных участках пластин. В этом случае пазы выполняются в пределах всей опорно-контактной длины lок, а Г-образные сварные швы 7 заменяются на П-образные (т. е. пластины привариваются еще и по участкам длиной hок своих сторон, прилегающих к стыку
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/948.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/916.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/916.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/916.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/fullimg2/rupat3/19993/005.dwl/2126749-3t.gif)
С другой стороны, согласно фиг. 1
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/fullimg2/rupat3/19993/005.dwl/2126749-4t.gif)
где SN - суммарная площадь N пазов, которую можно выразить в виде
SN=
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/949.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/916.gif)
Здесь S - площадь не занятой манжетами 6 проводников 5 прямоугольной зоны опорно-контактных участков 3, в пределах которой расположены пазы, а
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/949.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/949.gif)
Так как в пределах площади S расположено N пазов и N+1 перешейков (зубцов), причем и те и другие имеют одинаковую ширину 2
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/916.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/fullimg2/rupat3/19993/005.dwl/2126749-5t.gif)
Из (3), (4) следует, что у заявляемой модели габаритная длина переходных пластин
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/fullimg2/rupat3/19993/005.dwl/2126749-6t.gif)
У прототипа N= 0, так что согласно (5), (6) габаритная длина его переходных пластин равна величине lок(0), причем
lок(O) = l
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/916.gif)
Практически всегда, причем с большим запасом, выполняется условие
lк<l(0),
с учетом которого из (6) и (7) следует
lок(N)<l(0). Таким образом, габаритная длина lок переходных пластин у заявляемой модели - lок(N) меньше, чем у прототипа - lок(0). Это свидетельствует и о снижении их металлоемкости. Кроме того, вследствие уменьшения габаритной длины пластин и наличия в них пазов с приваренными к подошве рельса стенками существенно укорачиваются линии тока и повышается степень равномерности его распределения как по площади S
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/916.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/945.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/8773.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/fullimg2/rupat3/19993/005.dwl/2126749-7t.gif)
где
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/961.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/961.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/961.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/961.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/916.gif)
На границах раздела пазов и зубцов нормальная составляющая Jx вектора плотности тока
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/fullimg2/rupat3/19993/005.dwl/2126749-8t.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/8776.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/964.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/964.gif)
Ux
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/964.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/961.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/964.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/961.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/916.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/916.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/961.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/964.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/916.gif)
На указанных границах раздела непрерывна и касательная составляющая Ey вектора
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/fullimg2/rupat3/19993/005.dwl/2126749-9t.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/8776.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/964.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/964.gif)
iу
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/964.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/961.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/964.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/961.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/916.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/916.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/961.gif)
Умножив (9) на (10) и сократив Jx и Ey, получим выражение для отношения эквивалентных удельных сопротивлений (8):
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/fullimg2/rupat3/19993/005.dwl/2126749-10t.gif)
Если найти производную от этого выражения по C и в соответствии с (8) приравнять ее к нулю, то получается уравнением C-
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/916.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/916.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/961.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/916.gif)
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/961.gif)
h = 80 мм, lк= 90 мм,
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/916.gif)
1=3500 A, J
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/916.gif)
Согласно (12) и (2)
l
![электросоединитель стыка контактного рельса, патент № 2126749](http://www.fips.ru/chr/916.gif)
так что из (7) следует
lок(0)=795 мм. С учетом (12), (13) и (5), например, при N=3 из (6) находим
lок(3)=266 мм. Итак, согласно (14) и (15) у рассмотренного варианта ЭСКР, соответствующего фиг. 1, габаритная длина переходных пластин - lок(3) в 3 раза меньше аналогичной длины - lок(0) у прототипа. Это подтверждает высокую эффективность заявляемой полезной модели.
Класс B60M5/00 Токопроводящие или изолирующие устройства, например для уменьшения блуждающих токов, расположенные вдоль рельсов или в местах их соединений
Класс H01R4/02 сварные и спаянные соединения