RU171213U1

RU171213U1 - Metal composite overlay of Kleebolt insulating joint

Info

Publication number: RU171213U1
Application number: RU2016151470U
Authority: RU
Inventors: Юрий Георгиевич Кленин; Сергей Николаевич Озеров; Михаил Александрович Тимофеев; Андрей Евгеньевич Ушаков; Максим Андреевич Хруленко
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технологический испытательный центр АпАТэК-Дубна"
Priority date: 2016-12-27
Filing date: 2016-12-27
Publication date: 2017-05-24

Abstract

Полезная модель относится к верхнему строению железнодорожного пути, а именно к конструкции металлокомпозитных изолирующих накладок для электрически изолированных неразъемных рельсовых стыковых соединений. Технической задачей, на решение которой она направлена, является повышение прочностных, жесткостных, усталостных и электроизолирующих свойств металлокомпозитной накладки. Поставленная техническая задача решается тем, что наружная поверхность полнопрофильного стального сердечника выполнена из условия выступания за пределы головки рельса. При этом сердечник по всей длине имеет выемку для пропуска гребня колеса подвижного состава, а также уступ для установки стальных клемм современных типов рельсовых скреплений. Стальная обечайка металлокомпозитной накладки состоит из двух частей, расположенных с зазором в средней части накладки.The utility model relates to the upper structure of a railway track, namely, to the design of metal-composite insulating linings for electrically isolated one-piece rail butt joints. The technical problem to which it is aimed is to increase the strength, stiffness, fatigue and electrical insulating properties of the metal composite lining. The stated technical problem is solved in that the outer surface of the full-profile steel core is made from the condition of protruding beyond the rail head. At the same time, the core along the entire length has a recess for passing the wheel flange of the rolling stock, as well as a ledge for installing steel terminals of modern types of rail fasteners. The steel shell of the metal composite lining consists of two parts located with a gap in the middle of the lining.

Description

Полезная модель относится к верхнему строению железнодорожного пути, а именно к конструкции металлокомпозитных изолирующих накладок для электрически изолированных неразъемных рельсовых стыковых соединений.The utility model relates to the upper structure of a railway track, namely, to the design of metal-composite insulating linings for electrically isolated one-piece rail butt joints.

Известно электрически изолирующее неразъемное рельсовое стыковое соединение - патент РФ №48329, содержащее электрически изолированные накладки, расположенные по обеим сторонам стыкуемых концов рельсов, стянутые между собою и соединяемыми рельсами с помощью электрически изолированных стяжных крепежных элементов (болтов или шпилек), пропущенных сквозь соосные отверстия, выполненные в шейках рельсов и накладках, при этом каждая накладка выполнена со стальной обечайкой, прилегающей к рельсу, и полнопрофильным стальным сердечником, подобными по форме профилю рельса со стороны его шейки, причем электрическая изоляция накладки выполнена с помощью электроизолирующего слоя, размещенного между упомянутыми обечайкой и сердечником, а наружная поверхность сердечника выполнена вертикально плоской, при этом монтажные зазоры между контактными поверхностями элементов соединения заполнены клеевой композицией.Known electrically insulating one-piece rail butt joint - RF patent No. 48329, containing electrically insulated linings located on both sides of the joined ends of the rails, pulled together and connected by rails using electrically insulated coupling fasteners (bolts or studs), passed through coaxial holes, made in the necks of the rails and onlays, each lining is made with a steel shell adjacent to the rail and a full-profile steel core, similar to E shaped profile rail from its neck, and electrical insulation lining is formed via an electric insulating layer placed between said shell and core, and the outer surface of the core is formed vertically planar, with mounting clearances between the contact surfaces of the elements are filled with the adhesive compound composition.

За прототип выбрана используемая в данном соединении металлокомпозитная накладка клееболтового изолирующего стыка, состоящая из подобных по форме профилю рельса со стороны его шейки полнопрофильного стального сердечника, контактирующей с рельсом стальной обечайки, а также расположенного между ними склеивающего их слоя электроизоляции, выполненного из композитного материала; в накладке выполнены отверстия для стяжных крепежных элементов; наружная поверхность сердечника выполнена вертикально плоской.For the prototype, the metal composite overlay of the Kleebolt insulating joint used in this connection, consisting of a rail-shaped profile similar to the shape of the rail on the side of its neck with a full-profile steel core in contact with the steel shell rail, and also an electrical insulation layer gluing them between them made of composite material, was chosen; holes for clamping fasteners are made in the patch; the outer surface of the core is vertically flat.

Все данные существенные признаки, кроме выполнения наружной поверхности сердечника вертикально плоской, совпадают с существенными признаками предлагаемого решения.All these essential features, except for the execution of the outer surface of the core vertically flat, coincide with the essential features of the proposed solution.

Известная из прототипа металлокомпозитная накладка имеет недостаточную усталостную прочность, связанную с тем, что стальной сердечник накладки не обладает достаточной жесткостью, так как его наружная поверхность выполнена плоской и не выходит за габариты головки рельса в верхней части, а также не доходит до пружины рельсового скрепления в нижней части. Кроме того, за счет меньшего поперечного сечения стальных сердечников пары накладок в стыковом соединении по сравнению с площадью сечения рельса существует опасность нарушения изоляции соединения, связанная с ухудшением шунтирующих свойств стыкового соединения, что приводит к повышению намагниченности рельсов в районе соединения и возможности образованием электрического мостика из металлических стружек (продуктов взаимодействия рельсов и колесных пар) между соединяемыми рельсами.The metal composite plate known from the prototype has insufficient fatigue strength due to the fact that the steel core of the plate does not have sufficient rigidity, since its outer surface is flat and does not go beyond the dimensions of the rail head in the upper part, and also does not reach the rail fastening spring in lower part. In addition, due to the smaller cross section of the steel cores of the pair of plates in the butt joint as compared with the rail cross-sectional area, there is a risk of a breakdown in the joint insulation associated with a deterioration in the shunt properties of the butt joint, which leads to an increase in the magnetization of rails in the joint region and the possibility of the formation of an electric bridge metal chips (products of the interaction of rails and wheelsets) between the connected rails.

Технической задачей, на решение которой направлено данное техническое решение, является повышение прочностных, жесткостных, усталостных и электроизолирующих свойств металлокомпозитной накладки.The technical problem to which this technical solution is directed is to increase the strength, stiffness, fatigue and electrical insulating properties of the metal composite lining.

Поставленная техническая задача решается тем, что в металлокомпозитной накладке клееболтового изолирующего стыка, состоящей из подобных по форме профилю рельса со стороны его шейки полнопрофильного стального сердечника, контактирующей с рельсом стальной обечайки, а также расположенного между ними склеивающего их слоя электроизоляции, выполненного из композитного материала; в накладке выполнены отверстия для стяжных крепежных элементов, в отличие от прототипа, наружная поверхность полнопрофильного стального сердечника выполнена из условия выступания за пределы головки рельса, при этом стальной сердечник по всей длине имеет выемку для пропуска гребня колеса подвижного состава, а также уступ для установки стальных клемм современных типов рельсовых скреплений; стальная обечайка состоит из двух частей, расположенных с зазором в средней части накладки.The stated technical problem is solved in that in the metal composite overlay of a kleebolt insulating joint, consisting of a rail shaped like a profile on the side of its neck with a full-profile steel core in contact with the steel shell rail, and also an electrical insulation layer gluing them between them made of composite material; holes for clamping fasteners are made in the patch, in contrast to the prototype, the outer surface of the full-profile steel core is made to protrude beyond the rail head, while the steel core along the entire length has a recess for passing the wheel flange of the rolling stock, as well as a ledge for installing steel terminals of modern types of rail fasteners; the steel shell consists of two parts located with a gap in the middle of the lining.

Дополнительно, для достижения максимального шунтирующего эффекта толщина стального сердечника накладки выбрана исходя из превышения площади поперечного сечения над половиной площади поперечного сечения рельса. Также, для обеспечения максимального срока службы и возможности ее монтажа без селективного подбора накладок к стыкуемым рельсам, геометрические параметры внутренней части накладки выбраны исходя из обеспечения толщины монтажного зазора между контактными поверхностями элементов накладки и рельса от 0,5 до 3,5 мм в районе шейки рельса и от 0 до 0,5 мм по опорным поверхностям в районе головки и подошвы рельса для всего диапазона (поля допуска) размера высоты пазух стыкуемых рельсов, т.е. при подборе размеров накладки отдается приоритет плотному прилеганию в районе головки и подошвы рельса и гарантированному зазору в районе шейки. А для обеспечения оптимального соотношения истираемости стальных обечаек и технологичности их изготовления (придания прессом нужного профиля) их толщина составляет 1,5 мм.Additionally, to achieve maximum shunting effect, the thickness of the steel core of the lining is selected based on the excess of the cross-sectional area over half the cross-sectional area of the rail. Also, to ensure maximum service life and the possibility of its installation without the selective selection of overlays for abutting rails, the geometric parameters of the inner part of the lining are selected based on the thickness of the mounting gap between the contact surfaces of the lining and rail elements from 0.5 to 3.5 mm in the neck region rail and from 0 to 0.5 mm on the supporting surfaces in the region of the head and sole of the rail for the entire range (tolerance) of the size of the height of the sinuses of the joined rails, i.e. when selecting the dimensions of the lining, priority is given to a snug fit in the region of the head and sole of the rail and a guaranteed clearance in the region of the neck. And to ensure the optimal ratio of the abrasion of steel shells and the manufacturability of their manufacture (giving the press the desired profile), their thickness is 1.5 mm.

Отличительными признаками предлагаемого технического решения от прототипа являются следующие: наружная поверхность полнопрофильного стального сердечника выполнена из условия выступания за пределы головки рельса, при этом стальной сердечник по всей длине имеет выемку для пропуска гребня колеса подвижного состава, а также уступ для установки стальных клемм современных типов рельсовых скреплений; стальная обечайка состоит из двух частей, расположенных с зазором в средней части накладки. Дополнительно, толщина стального сердечника накладки выбрана исходя из превышения площади поперечного сечения над половиной площади поперечного сечения рельса; геометрические параметры внутренней части накладки выбраны исходя из обеспечения толщины монтажного зазора между контактными поверхностями элементов накладки и рельса от 0,5 до 3,5 мм в районе шейки рельса и от 0 до 0,5 мм по опорным поверхностям в районе головки и подошвы рельса для всего диапазона размера высоты пазух стыкуемых рельсов; толщина стальных обечаек составляет 1,5 мм.The distinguishing features of the proposed technical solution from the prototype are as follows: the outer surface of the full-profile steel core is made from the condition of protruding beyond the rail head, while the steel core along the entire length has a recess for passing the wheel flange of the rolling stock, as well as a ledge for installing steel terminals of modern rail types bonds; the steel shell consists of two parts located with a gap in the middle of the lining. Additionally, the thickness of the steel core of the lining is selected based on the excess of the cross-sectional area over half the cross-sectional area of the rail; the geometric parameters of the inner part of the lining are selected based on ensuring the thickness of the mounting gap between the contact surfaces of the lining and rail elements from 0.5 to 3.5 mm in the region of the rail neck and from 0 to 0.5 mm along the supporting surfaces in the region of the rail head and sole for the entire range of size of the height of the sinuses of the joined rails; the thickness of the steel shells is 1.5 mm.

Благодаря наличию данных отличительных признаков достигается следующий технический результат: за счет увеличения толщины существенно повышается жесткость и усталостная прочность накладки и шунтирующие свойства изолирующей накладки, а следовательно, и электроизолирующие свойства соединения; для этого же предназначено и выполнение стальных обечаек накладки из двух частей; выполнение размеров накладки с обеспечением по монтажным зазорам плотного прилегания изолирующей накладки к стыкуемым рельсам в районе головки и подошвы рельса и гарантированного зазора в районе шейки, а также возможность монтажа изолирующего стыка без селективного подбора накладок к стыкуемым рельсам, а также выполнение обечаек толщиной 1,5 мм обеспечивает максимальную прочность накладки и, следовательно, надежность соединения.Due to the presence of these distinctive features, the following technical result is achieved: by increasing the thickness, the rigidity and fatigue strength of the lining and the shunting properties of the insulating lining, and consequently the electrical insulating properties of the joint, are significantly increased; for this purpose, the execution of steel shells of the lining of two parts is also intended; the dimensions of the lining with the provision for mounting gaps of the tight fit of the insulating lining to the abutting rails in the region of the head and sole of the rail and the guaranteed clearance in the neck region, as well as the possibility of mounting the insulating joint without selective selection of overlays for the abutting rails, as well as making shells with a thickness of 1.5 mm provides maximum lining strength and therefore reliable connection.

Предлагаемое техническое решение может быть использовано в изолирующих стыках, предназначенных для электрической изоляции одного блок-участка бесстыкового или звеньевого железнодорожного пути, оборудованным электрическими рельсовыми цепями, от другого.The proposed technical solution can be used in insulating joints designed for electrical isolation of one block section of a jointless or link railway track equipped with electric rail chains from another.

Решение поясняется рисунками фиг. 1-2.The solution is illustrated by the drawings of FIG. 1-2.

На фиг. 1 изображены общий вид и поперечный разрез металлокомпозитной накладки.In FIG. 1 shows a General view and a cross section of a metal composite plate.

На фиг. 2 изображен клееболтовой изолирующий стык и поперечный разрез по нему.In FIG. 2 shows a kleebolt insulating joint and a transverse section through it.

На фиг. 1, 2 обозначены: стыкуемые рельсы 1, металлокомпозитные накладки 2, электрически изолирующие втулки 3, стяжные крепежные элементы (болты) 4, пропущенные сквозь соосные отверстия 5, выполненные в шейках 9 рельсов 1 и накладках 2; накладка 2 изготовлена в заводских условиях наклейкой двух частей стальной обечайки 6 в процессе формирования электроизолирующего слоя 7 на полнопрофильном стальном сердечнике 8; в местах прилегания к рельсу 1 накладка 2 имеет форму, подобную форме профиля рельса 1 со стороны его шейки 9; наружная поверхность накладки 2 (по сути полнопрофильного стального сердечника 8 накладки 2) выступает за пределы головки 10 рельса 1; сердечник 8 по всей длине в районе головки 10 рельса 1 имеет выемку 11 для пропуска гребня колеса подвижного состава (не приведен), а в районе подошвы 12 рельса 1 уступ 13 для установки стальных клемм современных типов рельсовых скреплений (не приведены); между стыкуемыми рельсами 1 расположена стыковая прокладка 14 из диэлектрического материала; стальная обечайка 6 накладки 2 состоит из двух частей, расположенных с зазором 15 в районе стыковой прокладки 13.In FIG. 1, 2 are indicated: abutting rails 1, metal composite plates 2, electrically insulating sleeves 3, coupling fasteners (bolts) 4, passed through coaxial holes 5, made in the necks 9 of rails 1 and plates 2; the overlay 2 is made in the factory by a sticker of two parts of a steel shell 6 in the process of forming an insulating layer 7 on a full-profile steel core 8; in places adjacent to the rail 1, the overlay 2 has a shape similar to the profile shape of the rail 1 from the side of its neck 9; the outer surface of the lining 2 (essentially a full-profile steel core 8 of the lining 2) extends beyond the head 10 of the rail 1; the core 8 along the entire length in the region of the head 10 of the rail 1 has a recess 11 for skipping the wheel flange of the rolling stock (not shown), and in the region of the sole 12 of the rail 1 ledge 13 for installing steel terminals of modern types of rail fasteners (not shown); between the joined rails 1 is a butt strip 14 of dielectric material; the steel shell 6 of the lining 2 consists of two parts located with a gap 15 in the area of the butt strip 13.

Для достижения максимального шунтирующего эффекта толщину стального сердечника 8 накладки 2 следует выбирать исходя из превышения площади его поперечного сечения над половиной площади поперечного сечения рельса 1, соответственно из условия превышения площади поперечного сечения двух накладок 2 над площадью поперечного сечения рельса 1. Так, например, удвоенная площадь поперечного сечения сердечника 8 накладки 2 для рельса типа S60 составит 8158 кв. мм, что больше площади поперечного сечения рельса 1 типа S60, составляющей 7740 кв. мм, и обеспечивает достаточный шунтирующий эффект.To achieve the maximum shunting effect, the thickness of the steel core 8 of the lining 2 should be selected based on the excess of its cross-sectional area over half the cross-sectional area of the rail 1, respectively, from the condition that the cross-sectional area of the two plates 2 exceeds the cross-sectional area of the rail 1. So, for example, doubled the cross-sectional area of the core 8 of the lining 2 for the rail type S60 will be 8158 square meters. mm, which is more than the cross-sectional area of rail type 1 S60, component 7740 square meters. mm, and provides a sufficient shunt effect.

Для обеспечения максимального срока службы накладки и, соответственно, стыка и возможности его монтажа без селективного подбора накладок к стыкуемым рельсам геометрические параметры внутренней (прилегающей к рельсу 1) части накладки 2 выбраны исходя из обеспечения толщины монтажного зазора между контактными поверхностями элементов накладки и рельса от 0,5 до 3,5 мм в районе шейки 9 рельса 1 и от 0 до 0,5 мм по опорным поверхностям в районе головки 10 и подошвы 12 рельса 1 для всего диапазона (поля допуска) размера высоты пазух стыкуемых рельсов.To ensure the maximum life of the plate and, accordingly, the joint and the possibility of its installation without the selective selection of plates for mating rails, the geometric parameters of the inner (adjacent to the rail 1) part of the lining 2 are selected based on ensuring the thickness of the mounting gap between the contact surfaces of the lining and rail elements from 0 , 5 to 3.5 mm in the region of the neck 9 of rail 1 and from 0 to 0.5 mm on the supporting surfaces in the region of the head 10 and sole 12 of rail 1 for the entire range (tolerance) of the size of the height of the sinuses of the joined rails.

Как показали испытания, для обеспечения оптимального соотношения истираемости стальных обечаек 6 и технологичности их изготовления (придания прессом нужного профиля) их толщина составляет 1,5 мм.As tests have shown, to ensure the optimum ratio of abrasion of steel shells 6 and the manufacturability of their manufacture (giving the press the desired profile), their thickness is 1.5 mm.

Изготовление металлокомпозитных изолирующих накладок 2 производится методом прямого прессования на гидравлических прессах следующим образом.The manufacture of metal composite insulating linings 2 is carried out by direct pressing on hydraulic presses as follows.

Металлические сердечники 8 изготавливаются механической обработкой на станках с ЧПУ из полос заготовок специального профиля, прокатанных из высокопрочной легированной стали.Metal cores 8 are made by machining on CNC machines from strips of blanks of a special profile, rolled from high-strength alloy steel.

Металлические обечайки 6 изготавливаются методом пластической деформации из стального листа толщиной 1,5 мм на гидравлическом прессе. Отверстия в обечайках пробивают на специальном штампе.The metal shells 6 are made by plastic deformation of a steel sheet with a thickness of 1.5 mm on a hydraulic press. The holes in the shells are punched on a special stamp.

Для соединения металлических обечаек 6 и сердечника 8 используется клеевой препрег, изготавливаемый на специальной пропиточной установке, где стеклоткань пропитывается полимерным составом.To connect the metal shells 6 and the core 8, an adhesive prepreg is used, which is made on a special impregnation installation, where the fiberglass is impregnated with a polymer composition.

Сердечник 8 и металлические обечайки 6 после контроля геометрических размеров поступают на участок пескоструйной обработки. Поверхности деталей, подлежащие соединению, обрабатывают твердой крошкой до получения нужной шероховатости.The core 8 and the metal shells 6, after controlling the geometric dimensions, enter the sandblasting area. The surfaces of the parts to be joined are treated with hard crumbs until the desired roughness is obtained.

На поверхность сердечника 8 укладывают несколько слоев препрега. Сверху на препрег укладывают металлические обечайки 6.Several layers of prepreg are laid on the surface of the core 8. Metal shells 6 are placed on top of the prepreg.

Всю сборку укладывают в специальную оснастку и помещают в пресс, где при заданных значениях температуры и давления происходит полимеризация препрега и склеивание металлических обечаек 6 с сердечником 8 с образованием между ними электроизолирующего слоя 7.The entire assembly is placed in a special tooling and placed in a press, where, at given temperature and pressure, the prepreg is polymerized and the metal shells 6 are glued with the core 8 to form an electrically insulating layer 7 between them.

Монтаж накладок в изолирующих стыках производится на специализированных предприятиях или в действующем железнодорожном пути следующим образом.Installation of plates in insulating joints is carried out at specialized enterprises or in the existing railway line as follows.

Металлокомпозитные изолирующие накладки 2 и рельсы 1 в местах склейки обрабатываются твердой крошкой до требуемой шероховатости. Места склейки обезжириваются. На поверхность рельсов 1 и накладок 1 наносится специальная клеевая композиция. Металлокомпозитные накладки 2 устанавливаются в пазухи стыкуемых рельсов 1 и стягиваются высокопрочными стыковыми болтами 4. Затяжка болтов 4 осуществляется в определенной последовательности установленной технической документацией. После сборки клееболтовой стык проходит обязательную термообработку в печи или в специальном нагревательном устройстве.Metal composite insulating linings 2 and rails 1 in the places of gluing are processed with hard crumbs to the required roughness. Bonding areas are degreased. A special adhesive composition is applied to the surface of the rails 1 and the linings 1. Metal composite pads 2 are installed in the sinuses of the joined rails 1 and are pulled together by high-strength joint bolts 4. The bolts 4 are tightened in a certain sequence established by the technical documentation. After assembly, the kleebolt joint undergoes obligatory heat treatment in an oven or in a special heating device.

Claims

1. A metal composite overlay of a Kleebolt insulating joint, consisting of a rail-shaped profile on the side of its neck with a full-profile steel core in contact with the steel shell rail, as well as an electrical insulation layer gluing them between them made of composite material; holes for clamping fasteners are made in the patch, characterized in that the outer surface of the full-profile steel core is made to protrude beyond the rail head, while the steel core along the entire length has a recess for passing the wheel flange of the rolling stock, as well as a ledge for installing steel terminals modern types of rail fasteners; the steel shell consists of two parts located with a gap in the middle of the lining.

2. An overlay according to claim 1, characterized in that the thickness of the steel core is selected based on the excess of the cross-sectional area over half the cross-sectional area of the rail.

3. Overlay according to any one of paragraphs. 1-2, characterized in that the geometric parameters of the inner part of the lining are selected based on the thickness of the mounting gap between the contact surfaces of the lining and rail elements from 0.5 to 3.5 mm in the region of the rail neck and from 0 to 0.5 mm along the reference surfaces in the area of the head and sole of the rail for the entire size range of the height of the sinuses of the joined rails.

4. Overlay according to any one of paragraphs. 1-2, characterized in that the thickness of the steel shell is 1.5 mm

5. Overlay according to claim 3, characterized in that the thickness of the steel shell is 1.5 mm.