электроизолирующий стык для рельсовых цепей

Формула изобретения

Электроизолирующий стык для рельсовых цепей, содержащий установленные с обеих сторон рельс металлические клиновидные накладки, стянутые болтами через размещенные между ними и стенками рельс прослойки, выполненные из электроизолирующего материала, например на основе полиамида, отличающийся тем, что в нем верхние полки накладок выполнены с уклоном менее 1:4, отношение ширины профиля верхнего участка накладок к ширине профиля нижнего участка составляет 1,04÷1,07, толщина электроизолирующей прослойки, сопрягающейся с поверхностью рельс на верхнем и нижнем участках накладок, превышает в 2-2,5 раза толщину электроизолирующей прослойки на остальной поверхности накладок, а радиус сопряжения верхнего участка накладок с размещенной на ней электроизолирующей прослойкой с выкружкой шейки рельс составляет 3,2÷3,6 от ее толщины на верхнем и нижнем участках накладок.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к рельсовым стыковым соединениям и может быть использовано на рельсовом электротранспорте, преимущественно железнодорожном, для изоляции электрических рельсовых цепей устройств сигнализации, централизации и блокировки во всех климатических зонах РФ, эксплуатируемых в пролетах стыкового пути.

Известен электроизолирующий стык для рельсовых цепей, содержащий установленные с обоих сторон рельс металлические накладки, стянутые болтами через размещенные между ними и стенками рельс прослойки, выполненные из электроизолирующего материала:

1. Книга “Конструкция железнодорожного пути и его содержание”, А.М.Фридман и др., Москва, Транспорт, 1967 г., с.68, рис.2.22;

2. “Инструкция по текущему содержанию железнодорожного пути”, Москва, Транспорт, 2000, с.91-92, рис.3.39, 3.40;

3. Патент РФ №2151078;

4. Альбом чертежей верхнего строения железнодорожного пути. МПС РФ (ПТКБЦП), Москва, Транспорт, 1995 г., с.140, черт.137;

5. Патент №2181154;

6. Патент №2181809 и др.

Во всех приведенных конструкциях электроизолирующего стыка использованы клиновидные накладки (расклинивающего типа), повсеместно применяющиеся в России. Поэтому для решения задачи в качестве ближайшего аналога может быть принят любой из указанных стыков.

Негативной особенностью работы таких накладок является то, что 100% усилий от затяжки стыковых болтов передаются на растяжение шейки рельса. В этом случае при неблагоприятном сочетании даже допускаемых отклонений от номинальных размеров (разность высоты шейки стыкуемых рельс второго сорта 2 мм и первого сорта 1 мм, прогнутость концов рельс вниз до 1 мм и выпуклость накладок вверх со стрелой до 1 мм) монтажные напряжения могут превышать предел выносливости металла. В реальных условиях имеют место превышения допускаемых значений отклонения геометрических размеров стыкуемых рельс и накладок. Кроме того, сейчас уже общепризнана целесообразность (см. норматив в ТУ-2000 (п.2.4.6) применения высокопрочных стыковых болтов с затяжкой усилием 1000-1200 Н.м (было 350 и 600 Н.м). В таком случае при клиновидных накладках вертикальные растягивающие напряжения в шейке у торца рельса и у первого болтового отверстия могут достигать предела текучести рельсового металла.

Кроме того, в процессе эксплуатации электроизолирующий стык в пролетах стыкового пути подвергается значительным знакопеременным нагрузкам. В летнее время только от температурного расширения на него действуют силы сжатия, достигающие величины 60-100 т.с. В сочетании с силами воздействия на путь подвижного состава (например, силой угона) и наличия отступлений в содержании пути (неровность в плане, невыдержанные размеры плеча балластной призмы и др.) силы сжатия могут стать причиной выброса пути.

В зимнее время на элементы стыка действуют растягивающие силы, которые при низких температурах (-30°С) могут достигать величины 120-170 т.с.

Таким образом, под действием монтажных и эксплуатационных нагрузок у шеек рельс возникают значительные объемные деформации, существенно снижающие износостойкость электроизолирующего стыка, надежность его работы.

Технической задачей изобретения является повышение износостойкости электроизолирующего стыка, надежности и долговечности его работы за счет создания шарнирного опирания накладки на верхнюю часть шейки рельса и, соответственно, существенного уменьшения действия в вертикальной плоскости деформаций на элементы стыка, прежде всего на электроизолирующий слой.

Технический результат достигается тем, что в электроизолирующем стыке для рельсовых цепей, содержащем установленные с обоих сторон рельс металлические клиновидные накладки, стянутые болтами через размещенные между ними и стенками рельс прослойки, выполненные из электроизолирующего материала, верхние полки накладок выполнены с уклоном менее 1:4, отношение ширины профиля верхнего участка накладок к ширине профиля нижнего участка составляет 1,04-1,07, толщина электроизолирующей прослойки, сопрягающейся с поверхностью рельс на верхнем и нижнем участках накладок превышает в 2-2,5 раза толщину электроизолирующей прослойки на остальной поверхности накладок, а радиус сопряжения верхнего участка накладок с размещенной на ней электроизолирующей прослойкой с выкружкой шейки рельс составляет 3,2-3,6 от ее толщины на верхнем и нижнем участках накладок. Отличительные признаки получены на основании анализа результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Исследования проводились как в части оптимизации формы клиновидной накладки, так и в части поиска оптимальных толщин и формы электроизолирующих прослоек.

Электроизолирующие прослойки выполнялись из слоев армирующего материала (например, стклоткани), пропитанных связующим и склеенных с поверхностью накладок, и из материала, содержащего в качестве основы полиамид. В последнем случае электроизоляция каждой накладки выполнялась в виде охватывающей ее поверхность замкнутой оболочки, полученной заливкой расплавленного полиамида ПА6 всех известных марок (стеклонаполненный, с микротальком, микрокаолином и др.) в форму с установленной в ней накладкой и его отверждением.

Выполнение уклона верхней полки накладки менее 1:4 (уклон нижней полки накладки стандартный - 1:4), превышение ширины профиля верхнего участка накладок над нижним участком в отношении 1,04-1,07, превышение толщины электроизолирующей прослойки, сопрягающейся с поверхностью рельс на верхнем и нижнем участках накладок над толщиной этого слоя на остальной поверхности накладок в 2-2,5 раза и выполнение радиуса сопряжения верхнего участка накладок с размещенными на них электроизолирующими прослойками с выкружкой шейки рельс, равным 3,2-3,6 от ее толщины на верхнем и нижнем участках накладок, позволяет создать шарнирное опирание накладки на верхнюю часть шейки рельса. В этом случае примерно 70% усилий от затяжки стыковых болтов передается на горизонтальное сжатие шейки в верхней части и только 30% на растяжение. Большая часть эксплуатационных нагрузок также пойдет на сжатие шейки рельса.

Такое перераспределение нагрузок позволит существенно снизить деформации в элементах стыка, влияющих на износ, в первую очередь, электроизолирующего слоя и увеличить работоспособность стыка в 2-3 раза.

Конструкция заявляемого стыка распространяется как на двухголовые, так и на специальные и полнопрофильные накладки.

Как пример, по результатам исследований, для электроизолирующего стыка с использованием электроизолирующих прослоек на основе полиамида оптимальными геометрическими параметрами будут: уклон верхней полки накладки - 1:5; толщина электроизолирующей прослойки, сопрягающейся с поверхностью рельс на верхнем и нижнем участках накладок - 5-6 мм; толщина электроизолирующей прослойки на остальной поверхности накладок - 2-3 мм; радиус сопряжения верхнего участка накладок с выкружкой шейки рельса - 17-19 мм; ширина профиля верхнего участка накладок превышает ширину нижнего участка на 2-3 мм.

Изобретение поясняется чертежом, на котором обозначены:

1 - рельс, 2 - металлическая двухголовая накладка, 3 - электроизолирующая прослойка, выполненная, например, на основе полиамида, 4 - стопорная планка, 5 - болт.

На чертеже обозначены также:

R - радиус сопряжения верхнего участка накладки с выкружкой шейки, 1:4, 1:5 - уклоны элементов рельса и верхней полки накладки, соответственно.

б - толщина электроизолирующей прослойки.

В процессе работы, после износа электроизолирующей прослойки, в месте шарнира (износ 2-3 мм) накладка принимает конструктивное положение, соответствующее известному электроизолирующему стыку с клиновидными накладками, и продолжает работать в уже известном качестве.

Таким образом, использование изобретения позволит существенно повысить износостойкость электроизолирующего стыка и выводит железные дороги на качественно новый виток в работе по надежности и долговечности верхнего строения пути во всех климатических зонах МПС РФ.