RU179653U1

RU179653U1 - Metal composite overlay of Kleebolt insulating joint

Info

Publication number: RU179653U1
Application number: RU2017140900U
Authority: RU
Inventors: Юрий Георгиевич Кленин; Михаил Александрович Тимофеев; Андрей Евгеньевич Ушаков; Максим Андреевич Хруленко
Priority date: 2017-11-24
Filing date: 2017-11-24
Publication date: 2018-05-21

Abstract

Полезная модель относится к верхнему строению железнодорожного пути, а именно к конструкции металлокомпозитных изолирующих накладок для электрически изолированных неразъемных (клееболтовых) рельсовых стыковых соединений, устанавливаемых в бесстыковом пути без уравнительных пролетов высокоскоростных железных дорог. Технической задачей, на решение которой направлено данное техническое решение, является повышение прочностных, жесткостных, усталостных свойств металлокомпозитной накладки. Для этого накладка состоит из полнопрофильного стального сердечника, а также расположенного в месте контакта с поверхностью рельса электроизоляционного слоя из композиционного материала. Электроизоляционный слой снаружи снабжен жертвенным слоем, закладываемым в процессе формования, снимаемым непосредственно в процессе сборки стыка. Внутренняя поверхность жертвенного слоя формирует текстурированную наружную поверхность электроизоляционного слоя с обеспечением заданной шероховатости.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 (kleolebolt) rail butt joints installed in a continuous joint without equalization spans of high-speed railways. The technical problem to which this technical solution is directed is to increase the strength, stiffness, fatigue properties of the metal composite lining. For this, the overlay consists of a full-profile steel core, as well as an electrically insulating layer of composite material located at the point of contact with the rail surface. The insulating layer on the outside is equipped with a sacrificial layer, laid in the molding process, removed directly during the assembly of the joint. The inner surface of the sacrificial layer forms a textured outer surface of the insulating layer with the provision of a given roughness.

Description

Полезная модель относится к верхнему строению железнодорожного пути, а именно к конструкции металлокомпозитных изолирующих накладок для электрически изолированных неразъемных (клееболтовых) рельсовых стыковых соединений, устанавливаемых в бесстыковом пути без уравнительных пролетов высокоскоростных железных дорог.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 (kleolebolt) rail butt joints installed in a continuous joint without equalization spans of high-speed railways.

Известна металлокомпозитная накладка клееболтового изолирующего стыка (патент РФ № 171213), 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 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.Known metal composite overlay kleebolt insulating junction (RF patent No. 171213), consisting of a similar in shape to the rail profile on the side of its neck full-profile steel core in contact with the rail of the steel shell, and also located between them gluing their electrical insulation layer made of composite material; holes for clamping fasteners are made in the pad, 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.

Существенными признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками предлагаемого решения, являются следующие - металлокомпозитная накладка клееболтового изолирующего стыка, состоящая из подобного по форме профилю рельса со стороны его шейки стального сердечника, а также расположенного со стороны контакта с поверхностью рельса электроизоляционного слоя из композиционного материала; в накладке выполнены отверстия для стяжных крепежных элементов; наружная поверхность 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 рельсовых скреплений.The essential features of the prototype, which coincide with the essential features of the proposed solution, are as follows: a metal composite overlay of a kleebolt insulating joint, consisting of a rail profile similar in shape to the side of its neck of the steel core, and also an insulating layer made of composite material located on the side of the rail contact with the rail surface; holes for clamping fasteners are made in the patch; the outer surface of the steel core is made to protrude beyond the rail head, while the steel core along the entire length has a recess for skipping the wheel flange of the rolling stock, as well as a ledge for installing steel terminals of the rail fasteners.

Известная из прототипа металлокомпозитная накладка в поперечном сечении выполнена из 3-х частей - стального сердечника, слоя композитного материала, а также стальной обечайки. При этом стальная обечайка, находясь между клеевым слоем со стороны рельса и клеевым электроизоляционным слоем со стороны сердечника, как показали исследования, существенно не влияет на целостность стыка и служит только по сути предмонтажной защитой электроизоляционного слоя, требуя при этом значительного количества добавочных операций для ее изготовления, подготовки к склеиванию, монтажу и т.п. Также ее наличие увеличивает количество соединяемых в стыке поверхностей склеивания (границ раздела). При том за счет ее наличия снижается момент инерции и момент сопротивления изгибу сердечника накладки.The cross-sectional metal composite pad known from the prototype is made of 3 parts — a steel core, a layer of composite material, and a steel shell. In this case, the steel shell, located between the adhesive layer on the side of the rail and the adhesive electrical insulation layer on the core side, studies have shown that it does not significantly affect the integrity of the joint and serves only as a pre-installation protection of the electrical insulation layer, requiring a significant number of additional operations for its manufacture , preparation for gluing, mounting, etc. Also, its presence increases the number of bonding surfaces to be joined at the joint (interface). Moreover, due to its presence, the moment of inertia and the moment of resistance to bending of the lining core are reduced.

Технической задачей, на решение которой направлено данное техническое решение, является повышение надежности металлокомпозитной накладки (прочностных, жесткостных, усталостных свойств) и, соответственно, стыка, в котором они устанавливаются.The technical problem to which this technical solution is directed is to increase the reliability of the metal composite lining (strength, stiffness, fatigue properties) and, accordingly, the joint in which they are installed.

Поставленная техническая задача решается тем, что металлокомпозитная накладка клееболтового изолирующего стыка, состоящая из подобного по форме профилю рельса со стороны его шейки стального сердечника, а также расположенного со стороны контакта с поверхностью рельса электроизоляционного слоя из композиционного материала; в накладке выполнены отверстия для стяжных крепежных элементов; наружная поверхность 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 рельсовых скреплений, в отличие от прототипа, электроизолирующий слой накладки изготовлен методом наслаивания (напрессовки) на стальной сердечник накладки полимерного композиционного материала, имеющего температуру стеклования от +60°С до +250°С и коэффициент армирования от 0,3 до 0,8, толщина электроизолирующего слоя составляет от 1,5 до 2,5 мм, снаружи он снабжен жертвенным слоем толщиной от 0,06 до 5,0 мм, закладываемым в процессе изготовления накладки на наружной поверхности изолирующего слоя, выполненным с возможностью удаления непосредственно перед сборкой стыка; при этом жертвенный слой выполнен с возможностью формирования текстурированной наружной поверхности электроизоляционного слоя с обеспечением шероховатости со средним арифметическим отклонением профиля поверхности Ra от 3 до 40 мкм и максимальной высотой неровностей профиля поверхности Rz от 15 до 200 мкм.The stated technical problem is solved in that a metal composite overlay of a kleebolt insulating joint, consisting of a rail shape similar in shape to the side of its neck of the steel core, as well as an insulating layer of composite material located on the side of the contact with the rail surface; holes for clamping fasteners are made in the patch; the outer surface of the 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 rail fasteners, unlike the prototype, the insulating layer of the lining is made by layering (pressing) on the steel core of the lining of the polymer composite material having a glass transition temperature of + 60 ° C to + 250 ° C and a reinforcement coefficient of 0.3 to 0.8, the thickness of the elec the troisolating layer is from 1.5 to 2.5 mm, on the outside it is provided with a sacrificial layer with a thickness of 0.06 to 5.0 mm, which is laid during the manufacture of the lining on the outer surface of the insulating layer, made with the possibility of removal immediately before assembling the joint; the sacrificial layer is made with the possibility of forming a textured outer surface of the insulating layer with a roughness with an average arithmetic deviation of the surface profile Ra from 3 to 40 μm and a maximum height of surface roughness Rz from 15 to 200 μm.

Дополнительно, для обеспечения максимальных прочностных характеристик стального сердечника накладки его профиль образован восьмью поверхностями - поверхностью, подобной по форме профилю рельса со стороны его шейки, двумя скруглениями, верхней и нижней опорными поверхностями с уклоном 1:4, скосом под углом 50°±15° от горизонтальной плоскости в районе головки рельса для пропуска гребня колеса подвижного состава, вертикальной наружной поверхностью, выступающей за пределы головки рельса, для размещения опорных частей крепежных элементов и уступом под углом 20°±15° от вертикальной плоскости в районе подошвы рельса для установки стальных клемм рельсовых скреплений.Additionally, to ensure maximum strength characteristics of the lining steel core, its profile is formed by eight surfaces - a surface similar in shape to the rail profile from the side of its neck, two roundings, upper and lower supporting surfaces with a slope of 1: 4, bevel at an angle of 50 ° ± 15 ° from a horizontal plane in the region of the rail head for skipping the wheel flange of the rolling stock, with a vertical outer surface protruding beyond the rail head to accommodate the supporting parts of the fasteners and Stupa an angle of 20 ° ± 15 ° from a vertical plane in the vicinity of the rail flange for installing terminals steel rail fastenings.

Благодаря наличию данных отличительных признаков достигается следующий технический результат - повышение надежности металлокомпозитной накладки (прочностных, жесткостных, усталостных свойств) и, соответственно, стыка, в котором они устанавливаются. Также, дополнительно, достигается улучшение технологичности изготовления накладки, упрощение процесса монтажа, снижение затрат на оборудование и сокращение времени сборки клееболтового изолирующего стыка.Due to the presence of these distinguishing features, the following technical result is achieved - increasing the reliability of the metal composite lining (strength, stiffness, fatigue properties) and, accordingly, the joint in which they are installed. In addition, an improvement is achieved in the manufacturability of the patch, simplification of the installation process, reduction of equipment costs and reduction in assembly time of the kleebolt insulating joint.

В предлагаемой конструкции накладки электроизолирующий слой изготавливается методом наслаивания (напрессовки) на стальной сердечник полимерного композиционного материала, имеющего температуру стеклования (температура, при которой полимер при охлаждении переходит из высокоэластического или вязкотекучего в стеклообразное состояние) от +60°С до +250°С и коэффициент армирования (отношение объема, занятого армирующими волокнами (стеклонаполнителем), к объему полимерного материала) от 0,3 до 0,8, что позволяет обеспечить требуемые прочностные характеристики - его модуль упругости при поперечном сжатии от 6000 МПа до 12000 МПа и предел пропорциональности при поперечном сжатии от 120 МПа до 400 МПа в диапазоне рабочих температур от -60°С до +60°С. При этом полимерный материал с меньшим, чем указано, значением температуры стеклования при достижении в эксплуатации рельсами и накладками в изолирующем стыке температуры +60°С, что характерно для верхнего строения пути в летний период, практически скачкообразно перейдет в пластичное состояние. У полимерных материалов с температурой стеклования больше +250°С наблюдается резкое снижение деформационных свойств, то есть материал становится хрупким. Коэффициент армирования меньше 0,3 характерен для не конструкционных полимерных материалов с хаотичным расположением стеклонаполнителя (например, на основе стекломата), что приводит к увеличению прогиба изолирующего стыка под действием поперечной нагрузки от подвижного состава, а коэффициент армирования больше 0,8 характерен для полимерных материалов с расположением армирующих волокон в одном направлении (например, на основе однонаправленного ровинга), что может вызвать растрескивание электроизолирующего слоя на опорных поверхностях накладки от ударных воздействий при прохождении подвижного состава.In the proposed design of the lining, the insulating layer is made by layering (pressing) on the steel core of the polymer composite material having a glass transition temperature (the temperature at which the polymer, when cooled, passes from a highly elastic or viscous to glassy state) from + 60 ° C to + 250 ° C and reinforcement coefficient (the ratio of the volume occupied by reinforcing fibers (glass filler) to the volume of polymer material) from 0.3 to 0.8, which allows to provide the required strength characteristics - its modulus of elasticity under transverse compression from 6000 MPa to 12000 MPa and the limit of proportionality during transverse compression from 120 MPa to 400 MPa in the range of operating temperatures from -60 ° C to + 60 ° C. In this case, a polymer material with a glass transition temperature lower than indicated when the rails and overlays in operation in the insulating junction reach a temperature of + 60 ° C, which is typical for the track’s upper structure in summer, will practically jump into a plastic state. In polymer materials with a glass transition temperature greater than + 250 ° C, a sharp decrease in deformation properties is observed, that is, the material becomes brittle. The reinforcement coefficient of less than 0.3 is characteristic of non-structural polymeric materials with a random arrangement of glass filler (for example, based on glass mat), which leads to an increase in the deflection of the insulating joint under the influence of the transverse load from the rolling stock, and the reinforcement coefficient of more than 0.8 is characteristic of polymeric materials with the location of the reinforcing fibers in one direction (for example, based on unidirectional roving), which can cause cracking of the insulating layer on the supporting surfaces pads from shock during the passage of rolling stock.

Минимальная толщина изолирующего слоя накладки на опорных поверхностях 1,5 мм обусловлена обеспечением достаточной прочности электроизолирующего слоя при перемещении накладок, как при их производстве, так и при их транспортировке и монтаже стыков, а также его восстановления (ремонта) клеем в местах возможных повреждений. Толщина электроизолирующего слоя накладки на опорных поверхностях больше 2,5 мм приводит к уменьшению жесткости изолирующего стыка с соответствующими последствиями при его эксплуатации. К тому же, увеличение толщины изолирующего слоя отводит стальной сердечник от шейки рельса, что способствует снижению магнитной проводимости стыка.The minimum thickness of the insulating layer of the lining on the supporting surfaces of 1.5 mm is due to the provision of sufficient strength of the insulating layer when moving the lining, both during their manufacture, and during their transportation and installation of joints, as well as its restoration (repair) with glue in places of possible damage. The thickness of the insulating layer of the lining on the supporting surfaces of more than 2.5 mm leads to a decrease in the stiffness of the insulating joint with the corresponding consequences during its operation. In addition, increasing the thickness of the insulating layer leads the steel core away from the neck of the rail, which helps to reduce the magnetic conductivity of the joint.

За счет, по сути, замены стальной обечайки жертвенным слоем, увеличиваются размеры стального сердечника (за счет более полного заполнения пазухи рельса), что дает увеличение его момента инерции и момента сопротивления изгибу, и, соответственно, существенно повышает жесткость и усталостную прочность накладки. Это также повышает шунтирующие свойства изолирующей накладки, а, следовательно, и электроизолирующие и магнитопроводные свойства соединения. Уменьшение количества элементов, а, следовательно, и количества соединений (поверхностей склеивания) в конструкции накладки за счет исключения внешних стальных обечаек дает улучшение технологичности производства, повышение точности изготовления и приводит к увеличению усталостной прочности накладки и клееболтового стыка в целом. Жертвенный (разделительный, защитный) слой - финишный слой в композиционном материале, который после отверждения легко удаляется с поверхности изделия, оставляя чистую, без пыли и грязи, текстурированную поверхность, устраняющий необходимость в зачистке и подготовке детали для дальнейшей сборки (склейки). При этом жертвенный слой выполнен с возможностью формирования текстурированной наружной поверхности электроизоляционного слоя (за счет заполнения смолой внутренней текстурированной поверхности жертвенного слоя при формовании) с обеспечением шероховатости со средним арифметическим отклонением профиля поверхности Ra от 3 до 40 мкм и максимальной высотой неровностей профиля поверхности Rz от 15 до 200 мкм. При шероховатости меньше Ra=3 мкм и Rz=15 мкм будет снижаться адгезия клея к электроизолирующему слою накладки, следовательно, предел прочности клеевого соединения при сдвиге так же будет ниже. При шероховатости больше Ra=40 мкм и Rz=200 мкм будет нарушаться структура несущих слоев электроизолирующего слоя накладки, и снижаться его прочность при межслоевом сдвиге. Жертвенный слой может быть выполнен на основе полиамидной (нейлоновой) или полиэфирной жертвенной ткани с поверхностной плотностью от 50 г/см² до 900 г/см², с максимальной рабочей температурой от +110°С до +280°С, например производства компаний Leadgo или Stevik. Текстуру и шероховатость наружной поверхности электроизолирующего слоя определяет диаметр волокон, из которых состоит армирующий наполнитель жертвенного слоя и тип его переплетения. Жертвенный слой толщиной менее 0,06 мм не может обеспечить минимально необходимую текстуру и шероховатость наружной поверхности электроизолирующего слоя, так как должен состоять из волокон диаметром менее 0,03 мм, что меньше минимально требуемого параметра шероховатости Ra 3 (Rz 15) мкм. Жертвенный слой толщиной более 5,0 мм, состоящий, например, из скрученных в жгут диаметром более 2,5 мм волокон, будет давать текстуру и шероховатость наружной поверхности электроизолирующего слоя больше допустимой Ra 40 (Rz 200) мкм, а значит нарушать структуру несущих слоев электроизолирующего слоя накладки и снижаться его прочность при межслоевом сдвиге. Защитный жертвенный слой более 5,0 мм становится настолько жестким и упругим, что его чрезвычайно сложно интегрировать в электроизоляционный слой при изготовлении накладки, имеющей сложную форму поверхности, обращенной к шейке рельса. То есть ухудшается технологичность изготовления накладки Кроме того в процессе хранения и транспортировки из-за возможных в нем внутренних напряжений, образовавшихся при изготовлении, он может самопроизвольно отделиться от поверхности электроизоляционного слоя, то есть защита будет нарушена.Due to the fact that the steel shell is replaced with a sacrificial layer, the dimensions of the steel core increase (due to a more complete filling of the sinus of the rail), which gives an increase in its moment of inertia and moment of resistance to bending, and, accordingly, significantly increases the rigidity and fatigue strength of the lining. It also increases the shunting properties of the insulating lining, and, consequently, the electrical insulating and magnetic properties of the connection. A decrease in the number of elements, and, consequently, the number of joints (bonding surfaces) in the lining design by eliminating external steel shells, improves production processability, improves manufacturing accuracy and leads to an increase in the fatigue strength of the lining and the joint joint in general. Sacrificial (separation, protective) layer - the finishing layer in the composite material, which, after curing, is easily removed from the product’s surface, leaving a textured surface clean, free of dust and dirt, eliminating the need for cleaning and preparing the part for further assembly (gluing). In this case, the sacrificial layer is made with the possibility of forming a textured outer surface of the insulating layer (by filling the inner textured surface of the sacrificial layer with resin with molding), providing a roughness with an average arithmetic deviation of the surface profile Ra from 3 to 40 μm and a maximum height of surface roughness Rz from 15 up to 200 microns. When the roughness is less than Ra = 3 μm and Rz = 15 μm, the adhesion of the adhesive to the electrically insulating layer of the patch will decrease, therefore, the shear strength of the adhesive joint will also be lower. When the roughness is greater than Ra = 40 μm and Rz = 200 μm, the structure of the supporting layers of the insulating layer of the patch will be violated, and its strength during interlayer shear will decrease. The sacrificial layer can be made on the basis of polyamide (nylon) or polyester sacrificial fabric with a surface density of 50 g / cm ² to 900 g / cm ² , with a maximum working temperature of + 110 ° C to + 280 ° C, for example, manufactured by Leadgo or Stevik. The texture and roughness of the outer surface of the electrically insulating layer determines the diameter of the fibers that make up the reinforcing filler of the sacrificial layer and the type of weaving. The sacrificial layer with a thickness of less than 0.06 mm cannot provide the minimum necessary texture and roughness of the outer surface of the insulating layer, since it should consist of fibers with a diameter of less than 0.03 mm, which is less than the minimum required roughness parameter Ra 3 (Rz 15) μm. A sacrificial layer with a thickness of more than 5.0 mm, consisting, for example, of fibers twisted into a bundle with a diameter of more than 2.5 mm, will give the texture and roughness of the outer surface of the insulating layer more than the permissible Ra 40 (Rz 200) μm, and therefore violate the structure of the bearing layers electrically insulating layer of the lining and decrease its strength during interlayer shear. The protective sacrificial layer of more than 5.0 mm becomes so rigid and resilient that it is extremely difficult to integrate into the electrical insulating layer in the manufacture of a lining having a complex shape of the surface facing the neck of the rail. That is, the manufacturability of the lining is deteriorating. In addition, during storage and transportation, due to the possible internal stresses generated in it, it can spontaneously separate from the surface of the insulating layer, that is, the protection will be impaired.

Предлагаемое техническое решение может быть использовано в клееболтовых изолирующих стыках, предназначенных для электрической изоляции одного блок-участка бесстыкового или звеньевого железнодорожного пути, оборудованного электрическими рельсовыми цепями, от другого.The proposed technical solution can be used in kleebolt insulating joints designed for electrical isolation of one block section of a jointless or link train 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 рисунках фиг. 1, 2 обозначены: стыкуемые рельсы 1, металлокомпозитные накладки 2, электрически изолирующие втулки 3 (могут быть установлены как в отверстия в шейке 9 рельса 1, так и в отверстия накладки 2) стяжные крепежные элементы (болты) 4, пропущенных сквозь соосные отверстия 5, выполненные в шейках 9 рельсов 1 и накладках 2. Накладка 2 изготовлена в заводских условиях методом наслаивания (напрессовки) на стальной сердечник 8 электроизолирующего слоя 7. При этом перед прессованием на уложенные слои препрега (изготавливается на специальной пропиточной установке, где стеклоткань пропитывается полимерным составом) укладывается жертвенный (разделительный, защитный) слой 6 - структура которого создает текстуру с заданной шероховатостью на поверхности изделия, устраняющий необходимость в зачистке и подготовке детали для дальнейшей сборки (склейки). 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 стального сердечника 8 накладки 2) выступает за пределы головки 10 рельса 1. Между стыкуемыми рельсами 1 расположена стыковая прокладка 14 из диэлектрического материала. Сердечник 8 по всей длине в районе головки 10 рельса 1 имеет скос 11 для пропуска гребня колеса подвижного состава (на рисунках не приведен), а в районе подошвы 12 рельса 1 уступ 13 для установки стальных клемм рельсовых скреплений (на рисунках не приведены). Выемка 11 и уступ 13 могут быть выполнены как радиусными, так и плоскими поверхностями. Металлические сердечники 8 могут быть изготовлены как из горячекатаной заготовки специального профиля (как существующие аналоги), так и методом механической обработки из стандартного профильного проката (полоса, лист), что позволяет использовать более дешевое и/или более доступное сырье.In the figures of FIG. 1, 2 are indicated: mating rails 1, metal composite plates 2, electrically insulating sleeves 3 (can be installed both in the holes in the neck 9 of the rail 1, and in the holes of the plate 2) coupling fasteners (bolts) 4, passed through the coaxial holes 5 made in the necks of 9 rails 1 and plates 2. The plate 2 is made in the factory by layering (pressing) on the steel core 8 of the insulating layer 7. Moreover, before pressing on the laid layers of the prepreg (made on a special impregnation unit e, where glass cloth is impregnated with a polymeric composition) stacked sacrificial (spacer, protective) layer 6 - which structure creates a texture with a given roughness on the surface of the product, eliminating the need for cleaning and preparing the items for further assembly (gluing). In places adjacent to the rail 1, the overlay 2 has a shape similar to the profile profile of the rail 1 from the side of its neck 9; the outer surface of the lining 2 (essentially the steel core 8 of the lining 2) extends beyond the head 10 of the rail 1. Between the joined rails 1 is a butt strip 14 of dielectric material. The core 8 along the entire length in the region of the head 10 of the rail 1 has a bevel 11 for skipping the wheel flange of the rolling stock (not shown in the figures), and in the region of the sole 12 of the rail 1 ledge 13 for installing steel rail fasteners (not shown in the figures). The recess 11 and the ledge 13 can be made both radial and flat surfaces. Metal cores 8 can be made both from a hot-rolled billet of a special profile (as existing analogues), and by machining from a standard profile hire (strip, sheet), which allows the use of cheaper and / or more affordable raw materials.

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 сердечников 8 двух накладок 2 над площадью поперечного сечения рельса 1.To achieve the maximum shunting effect, the thickness of the steel core 8 of the lining 2 should be chosen 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 cores 8 of the two plates 2 exceeds the cross-sectional area of the rail 1.

В случае исключения внешней стальной обечайки за счет освободившегося пространства, при сохранении геометрических и массовых параметров накладок 2, определяемых профилем рельса 1, были увеличены размеры стального сердечника 8, что дало увеличение его момента инерции и момента сопротивления сечения изгибу. Геометрические параметры части накладки 2, обращенной к шейке рельса 1, выбраны исходя из обеспечения толщины клеевого шва - монтажного зазора (на рисунке не обезначен) в изолирующем стыке между поверхностью электроизолирующего слоя 7 накладки 2 и рельса 1 от 0,5 до 2,5 мм в районе шейки 9 рельса 1 при плотном контакте по опорным поверхностям в районе головки 10 и подошвы 12 рельса 1 для всего диапазона размера высоты пазух стыкуемых рельсов. Для получения требуемых геометрических параметров внутренней части накладки толщина ее электроизолирующего слоя 7 составляет от 1,5 до 2,5 мм.In the case of exclusion of the outer steel shell due to the free space, while maintaining the geometric and mass parameters of the plates 2, determined by the profile of the rail 1, the dimensions of the steel core 8 were increased, which gave an increase in its moment of inertia and the moment of resistance to section bending. The geometrical parameters of the part of the lining 2, facing the neck of the rail 1, are selected based on the thickness of the adhesive joint - the installation gap (not indicated in the figure) in the insulating joint between the surface of the insulating layer 7 of the lining 2 and rail 1 from 0.5 to 2.5 mm in the region of the neck 9 of the rail 1 with tight contact along the supporting surfaces in the region of the head 10 and the sole 12 of the rail 1 for the entire range of the height of the sinuses of the joined rails. To obtain the required geometric parameters of the inner part of the lining, the thickness of its electrical insulating layer 7 is from 1.5 to 2.5 mm.

Так, например, сердечники металлокомпозитной накладки без стальных обечаек и с ними для клееболтового изолирующего стыка рельсов типа Р65 имеют соответственно следующие параметры сечения:So, for example, the cores of the metal composite lining without steel shells and with them for the Kolebolt insulating junction of the P65 rails have the following section parameters, respectively:

- Площадь, мм² без обечаек ^- 4 406, с обечайкой - 4 048;- Area, mm ² without shells ^- 4 406, with shell - 4 048;

- Момент инерции, мм⁴ без обечаек - ^-4,51×10⁺⁶, с обечайкой - 3,73×10⁺⁶;- Moment of inertia, mm ⁴ without shells - ^- 4.51 × 10 ⁺⁶ , with a shell - 3.73 × 10 ⁺⁶ ;

- Момент сопротивления изгибу по нижней грани, мм³ без обечаек - ^-7,42×10⁺⁴, с обечайкой - 6,35×10⁺⁴;- Moment of resistance to bending along the lower face, mm ³ without shells - ^- 7.42 × 10 ⁺⁴ , with a shell - 6.35 × 10 ⁺⁴ ;

Таким образом, по сравнению с прототипом, момент инерции сечения сердечника, как и жесткость накладки, увеличены на 20,9%, а момент сопротивления сечения изгибу, как и усталостная прочность накладки, увеличены на 16,8%.Thus, compared with the prototype, the moment of inertia of the core cross section, as well as the stiffness of the lining, increased by 20.9%, and the moment of resistance to bending of the cross section, as well as the fatigue strength of the lining, increased by 16.8%.

Электроизолирующий слой 7 накладки изготавливается методом наслаивания (напрессовки) на стальной сердечник 8 полимерного композиционного материала, имеющего температуру стеклования не менее +60°С, но не более +250°С и коэффициент армирования не менее 0,3, но не более 0,8, что позволяет обеспечить его модуль упругости при поперечном сжатии от 6000 МПа до 12000 МПа и предел пропорциональности при поперечном сжатии от 120 МПа до 400 МПа, выполненного из препрега на основе полимерных связующих и стеклонаполнителя, обеспечивающих указанные характеристики.The insulating layer 7 of the lining is made by layering (pressing) on a steel core 8 of a polymer composite material having a glass transition temperature of at least + 60 ° C, but not more than + 250 ° C and a reinforcement coefficient of at least 0.3, but not more than 0.8 , which allows it to provide its modulus of elasticity for transverse compression from 6000 MPa to 12000 MPa and the proportionality limit for transverse compression from 120 MPa to 400 MPa, made of a prepreg based on polymer binders and glass filler, providing these characteristics.

Профиль сердечника 8 накладки образован всего 8 восьмью поверхностями: поверхностью, подобной по форме профилю рельса со стороны его шейки 9, двумя скруглениями, верхней и нижней опорными поверхностями с уклоном 1:4, скосом под углом 50°±15° от горизонтальной плоскости в районе головки 10 рельса для пропуска гребня колеса подвижного состава, вертикальной наружной поверхностью, выступающей за пределы головки 10 рельса, для размещения опорных частей крепежных элементов 4 и уступом под углом 20°±15° от вертикальной плоскости в районе подошвы 12 рельса для установки стальных клемм рельсовых скреплений. В отличие от аналогов, сердечники которых имеют: 12 (накладка компании Electro Thermit), 13 (накладка компании LB Foster), 15 (накладки компании «ПЛАСТРОН-Ко») и 18 (накладки ИП65) образующих поверхностей соответственно. Это дает возможность изготавливать сердечник 8 как из горячекатаной заготовки специального профиля (как существующие аналоги), так и методом механической обработки из стандартного профильного проката (полоса, лист), что позволит использовать более дешевое и/или более доступное сырье.The profile of the lining core 8 is formed by a total of eight eight surfaces: a surface similar in shape to the rail profile from the side of its neck 9, two roundings, upper and lower supporting surfaces with a slope of 1: 4, a bevel at an angle of 50 ° ± 15 ° from the horizontal plane in the region rail heads 10 for skipping the wheel flange of the rolling stock, with a vertical outer surface protruding beyond the rail head 10, to accommodate the supporting parts of the fasteners 4 and a step at an angle of 20 ° ± 15 ° from the vertical plane in the vicinity of the sole 12 of the rail and to set the terminals steel rail fastenings. In contrast to analogues, the cores of which have: 12 (pad of Electro Thermit company), 13 (pad of LB Foster company), 15 (pad of PLASTRON-Co company) and 18 (IP65 pad) of forming surfaces, respectively. This makes it possible to produce core 8 both from a hot-rolled billet of a special profile (both existing analogues) and by a mechanical processing method from standard profile rolled products (strip, sheet), which will allow the use of cheaper and / or more affordable raw materials.

Структура жертвенного слоя формирует текстурированную наружную поверхность электроизоляционного слоя с шероховатостью не менее Ra 3 мкм, но не более Ra 40 мкм (среднее арифметическое отклонение профиля поверхности) и не менее Rz 15 мкм, но не более Rz 200 мкм (максимальная высота неровностей профиля) для повышения адгезии и обеспечения энергии разрушения клеевого соединения при сдвиге от 0,2 Дж/см² до 1,6 Дж/см².The structure of the sacrificial layer forms a textured outer surface of the insulating layer with a roughness of not less than Ra 3 μm, but not more than Ra 40 μm (arithmetic mean deviation of the surface profile) and not less than Rz 15 μm, but not more than Rz 200 μm (maximum height of profile irregularities) for improve adhesion and provide energy fracture the adhesive bond in shear of 0.2 J / cm ² to 1.6 J / cm ^2.

Уменьшение количества элементов, а, следовательно, и количества соединений (поверхностей склеивания) в конструкции накладки за счет исключения внешних стальных обечаек дает улучшение технологичности производства, повышение точности изготовления и приводит к увеличению усталостной прочности накладки и клееболтового стыка в целом.A decrease in the number of elements, and, consequently, the number of joints (bonding surfaces) in the lining design by eliminating external steel shells, improves production processability, improves manufacturing accuracy and leads to an increase in the fatigue strength of the lining and the joint joint in general.

Наличие защитного жертвенного слоя, закладываемого в процессе формования, на наружной поверхности изолирующей обечайки накладки, подлежащей склеиванию со стыкуемыми рельсами, и удаляемого с ее поверхности непосредственно перед монтажом, исключает необходимость специальной подготовки ее поверхности под склеивание механической или абразивной обработкой для повышения адгезии в клеевом соединении. Это существенно упрощает процесс и повышает качество монтажа клееболтового изолирующего стыка с использованием металлокомпозитных накладок без стальных обечаек, снижает затраты на оборудование и время сборки. При этом расширяются возможности монтажа, так как сборка клееболтовых изолирующих стыков с металлокомпозитными накладками без стальных обечаек может производиться не только в условиях стационарного производства, но и в «полевых» условиях на действующем пути при перерыве в движении поездов, а также в рельсовых плетях, выгруженных в середину колеи железнодорожного пути.The presence of a protective sacrificial layer, laid during molding, on the outer surface of the insulating shell of the lining, to be glued to the rails to be joined, and removed from its surface immediately before installation, eliminates the need for special preparation of its surface for gluing by mechanical or abrasive treatment to increase adhesion in the adhesive joint . This greatly simplifies the process and improves the installation quality of the Kleebolt insulating joint using metal composite plates without steel shells, and reduces equipment costs and assembly time. At the same time, the possibilities of installation are expanding, since the assembly of kleebolt insulating joints with metal composite plates without steel shells can be carried out not only in stationary production, but also in “field” conditions on the existing track during a break in the movement of trains, as well as in rail lashes unloaded in the middle of a track of a railway track.

Claims

1. A metal composite overlay of a kleebolt insulating joint, consisting of a rail shaped like a profile on the side of its neck of the steel core, and also located on the side of contact with the rail surface of the insulating layer of composite material, holes for coupling fasteners are made in the patch, the outer surface of the steel core made from the condition of protruding beyond the rail head, while the steel core along the entire length has a recess for skipping the wheel flange of the movable rail tava, as well as a ledge for installing steel terminals of rail fasteners, characterized in that the insulating layer of the lining is made by layering on the steel core of the lining of a polymer composite material having a glass transition temperature from + 60 ° C to + 250 ° C and a reinforcement coefficient of 0.3 up to 0.8, the thickness of the insulating layer is from 1.5 to 2.5 mm, on the outside it is equipped with a sacrificial layer with a thickness of 0.06 to 5.0 mm, which is laid in the manufacturing process of the lining on the outer surface of the insulating layer, made with the removal layer immediately before the assembly of the joint, while the sacrificial layer is made with the possibility of forming a textured outer surface of the insulating layer with a roughness with an average arithmetic deviation of the surface profile Ra from 3 to 40 μm and a maximum height of surface roughness Rz from 15 to 200 μm.

2. The patch according to claim 1, characterized in that the steel core profile is formed by eight surfaces - a surface similar in shape to the rail profile from the side of its neck, two roundings, upper and lower supporting surfaces with a slope of 1: 4, bevel at an angle of 50 ° ± 15 ° from the horizontal plane in the region of the rail head for skipping the wheel flange of the rolling stock, with a vertical outer surface protruding beyond the rail head to accommodate the supporting parts of the fasteners and a step at an angle of 20 ° ± 15 ° from the vertical plane spacers in the area of the rail sole for installing steel terminals of rail fasteners.