RU2153991C2

RU2153991C2 - Device for electric connection of parts with choke- transformer

Info

Publication number: RU2153991C2
Application number: RU97119815/28A
Authority: RU
Inventors: А.С.(RU) Мишарин; А.С. Мишарин; А.В.(RU) Андреев; А.В. Андреев; Ю.Б.(RU) Андреева; Ю.Б. Андреева; Г.И.(RU) Иванов; Г.И. Иванов; И.Г.(RU) Иванов; И.Г. Иванов; Г.И.(RU) Щекалов; Г.И. Щекалов
Original assignee: Корпорация "Промисинг Фьюче Корпорейшн"
Priority date: 1997-11-28
Filing date: 1997-11-28
Publication date: 2000-08-10

Abstract

FIELD: railway transport. SUBSTANCE: device has flexible steel-copper conductor forming an open ring in vertical in place of connection to rail. Head of conical connecting pin is provided with slot in which conductor divided into several strands is placed and welded. Pin in place of contact with rail has copper belt and additional cylindrical bushing with conical hole. Steel bus is found from other side of conductor. Contact surface of bus is covered with layer of corrosion- resistant metal featuring higher thermal expansion coefficient than that of steel, for instance, copper. EFFECT: enhanced reliability of energy transmission from choke-transformed to rails. 4 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам электрического соединения железнодорожных рельсов с источником питания, в частности, с дроссель-трансформатором. The invention relates to electrical engineering, in particular to devices for the electrical connection of railway rails with a power source, in particular with a choke transformer.

Известно устройство для соединения железнодорожных рельсов с дроссель-трансформатором, содержащее гибкий медный проводник, один конец которого с помощью болтового соединения подключен к рельсу, а другой, с помощью медной плоской шины, подключен к выводам дроссель-трансформатора (Ю.В.Борц, В.Е.Чекулаев. Контактная сеть. Издательство "Транспорт". Москва, 1981 г., стр. 45). A device is known for connecting railway rails with a choke transformer containing a flexible copper conductor, one end of which is bolted to a rail, and the other, using a flat copper bus, is connected to the terminals of the choke transformer (Yu.V. Borts, V .E. Chekulaev. Contact network. Publishing house "Transport". Moscow, 1981, p. 45).

Недостатком известного устройства является то, что гибкий проводник выполнен из меди, которая является дорогим и дефицитным материалом. A disadvantage of the known device is that the flexible conductor is made of copper, which is an expensive and scarce material.

Известно устройство для электрического соединения железнодорожных рельсов, включающее гибкий медный проводник, элементы подсоединения к рельсу, выполненные из двух соединенных гибкой лентой втулок, запрессованных стальными вкладышами, имеющие конические сужения, при этом диаметр вкладышей на 5% больше внутреннего диаметра втулки (авторское свидетельство СССР N 81483 H 01 R 3/04). A device is known for electrically connecting railway rails, including a flexible copper conductor, rail connection elements made of two bushings connected by a flexible tape, pressed with steel inserts, having tapered constrictions, while the diameter of the inserts is 5% larger than the inner diameter of the bush (USSR copyright certificate N 81483 H 01 R 3/04).

Недостатком этого решения, как и в предыдущем, является наличие медного проводника, а также сложность стыкового узла и необходимость выполнения специальных отверстий в шейках рельсов. The disadvantage of this solution, as in the previous one, is the presence of a copper conductor, as well as the complexity of the butt assembly and the need to make special holes in the necks of the rails.

Известно устройство для электрического соединения железнодорожных рельсов с дроссель-трансформатором, содержащее гибкий сталемедный проводник, элемент подсоединения проводника к рельсу, выполненный в виде конического пальца с головкой и резьбовым наконечником, и элемент подсоединения проводника к дроссель-трансформатору, выполненный в виде стальной плоской шины с болтовым креплением. A device is known for electrically connecting railway rails with a choke transformer, comprising a flexible steel-copper conductor, a conductor-rail connecting element made in the form of a conical pin with a head and a threaded tip, and a conductor connecting element to the choke transformer made in the form of a steel flat tire with bolted fastening.

При этом головка конического пальца имеет круглое отверстие, куда вставлен в скрученном состоянии сталемедный проводник, обжат и проварен в выходной части (книга В.Д.Бубнов, В.С.Дмитриев. Устройство СЦБ, их монтаж и обслуживание. - М.: "Транспорт", 1989 г. Дополнительный материал - рабочие чертежи "Перемычка дроссельная", разработка "Гипротранссигналсвязь", 1997 г. Чертежи прилагаются к заявке). At the same time, the head of the conical finger has a round hole where the steel-copper conductor is inserted in a twisted state, crimped and boiled in the output part (book by V.D. Bubnov, V.S. Dmitriev. Installation of signaling, installation and maintenance. - M .: " Transport ", 1989. Additional material - working drawings" Throttle jumper ", development" Giprotransssignalsvyaz ", 1997. Drawings are attached to the application).

Это известное устройство устраняет недостатки ранее перечисленных устройств, т. е. используется для проводника не чистая медь, а биметалл - сталемедный проводник, элементы подсоединения значительно упрощены, и не требуется подготовки специальных отверстий в шейке рельса. This known device eliminates the disadvantages of the previously listed devices, i.e., it is not pure copper that is used for the conductor, but bimetal is a steel-copper conductor, the connection elements are greatly simplified, and special holes are not required in the rail neck.

Однако и это известное устройство обладает своими недостатками. However, this known device also has its drawbacks.

Один из недостатков - пониженная механическая надежность сталемедного проводника в районе его прикрепления к рельсу. Известно, что рельсы, при движении по ним подвижного состава, совершают вертикальные колебания в пределах 5 ... 20 миллиметров и более, с частотой 3 ... 5 колебаний в секунду. Если для медного проводника, в силу его пластичности, изгибающие нагрузки, возникающие при колебаниях рельса, неопасны, то сталемедный проводник накапливает усталостные напряжения и разрушается. One of the drawbacks is the reduced mechanical reliability of the steel-copper conductor in the region of its attachment to the rail. It is known that rails, when rolling stock moves along them, perform vertical vibrations within 5 ... 20 millimeters or more, with a frequency of 3 ... 5 vibrations per second. If for a copper conductor, due to its plasticity, bending loads arising from rail vibrations are not dangerous, then the steel-copper conductor accumulates fatigue stresses and collapses.

Усталостные напряжения в стали, как правило, возникают в месте подсоединения проводника к головке конического пальца, так как именно там начинается изгиб провода и возникает его излом. В связи с тем, что проводимость сталемедного провода хуже чем медного, то чтобы сохранить проводимость, диаметр сталемедного провода приходится увеличивать в 1,5 ... 2 раза. Но в этом случае способность проводника к изгибу еще более теряется, и его механическое разрушение усиливается. Fatigue stresses in steel, as a rule, arise at the point of connection of the conductor to the head of the conical finger, since it is there that the bending of the wire begins and its kink occurs. Due to the fact that the conductivity of the steel-copper wire is worse than copper, then in order to maintain the conductivity, the diameter of the steel-copper wire must be increased by 1.5 ... 2 times. But in this case, the ability of the conductor to bend is even more lost, and its mechanical destruction is enhanced.

В связи с указанным можно считать, что в известном устройстве не разрешено противоречие - проводник должен быть толстым, чтобы понизить сопротивление электрическому току и проводник должен быть тонким, чтобы сохранить способность к изгибу и не ломаться. In connection with the aforesaid, it can be considered that a contradiction is not resolved in the known device — the conductor must be thick in order to reduce the resistance to electric current and the conductor must be thin in order to maintain the ability to bend and not break.

Существующая конструкция известного устройства имеет ненадежное сварное соединение сталемедного биметаллического проводника к коническому пальцу. Ненадежность определяется малой длиной сварочного шва, который может выполняться только со стороны торцевой части проводника, находящегося в отверстии пальца. The existing design of the known device has an unreliable welded connection of a steel-copper bimetallic conductor to a conical pin. Unreliability is determined by the short length of the weld, which can be performed only from the side of the end of the conductor located in the hole of the finger.

Кроме указанных недостатков известное устройство имеет недостаточную электрическую надежность в стыковых узлах. Для механической прочности палец выполнен из стали, но при взаимодействии со стальным рельсом, его конусная часть образует незначительную контактную площадку, которая передает электрическую энергию. Если палец делать из мягкого металла, то контактная площадка с рельсом образуется достаточной площади, но резьбовая часть пальца может разрушиться от натяжения гайки. Это противоречие также не разрешено. In addition to these disadvantages, the known device has insufficient electrical reliability in the butt nodes. For mechanical strength, the finger is made of steel, but when interacting with a steel rail, its conical part forms an insignificant contact area that transmits electrical energy. If the finger is made of soft metal, then the contact area with the rail is formed of a sufficient area, but the threaded part of the finger may break due to the tension of the nut. This contradiction is also not resolved.

Далее. В известном устройстве в качестве элемента подсоединения проводника к дроссель-трансформатору применена стальная пластина, имеющая на всех своих сторонах антикоррозионное покрытие. Further. In the known device, as a connecting element of the conductor to the inductor-transformer, a steel plate is used, which has an anticorrosive coating on all its sides.

При ослаблении болтового соединения, которое может возникать от механических и температурных напряжений, пластина теряет плотный контакт с ответной частью дроссель-трансформатора и возникают пригары, которые отрицательно сказываются на электрической проводимости устройства. When the bolt connection that can arise from mechanical and thermal stresses is loosened, the plate loses tight contact with the counterpart of the choke transformer and burns occur that adversely affect the electrical conductivity of the device.

Целью заявляемого изобретения является повышение механической и электрической надежности работы известного устройства. The aim of the invention is to increase the mechanical and electrical reliability of the known device.

Указанная цель достигается тем, что гибкий сталемедный проводник в районе его крепления к рельсу образует незамкнутое кольцо в вертикальной плоскости, а головка конического пальца имеет не отверстие под проводник, а паз, в который уложен и закреплен, например сваркой, предварительно разделенный на несколько частей (ветвей) проводник, а на контактной поверхности стальной шины имеется слой коррозионно-стойкого металла, обладающего более высоким коэффициентом теплового расширения чем сталь, например медь. Кроме того, стальной конический палец в месте контакта с рельсом имеет медный поясок и дополнительно снабжен цилиндрической втулкой, выполненной из электропроводящего материала и имеющего коническое отверстие. This goal is achieved by the fact that the flexible steel-copper conductor in the area of its attachment to the rail forms an open ring in the vertical plane, and the head of the conical finger has not a hole for the conductor, but a groove in which it is laid and secured, for example by welding, previously divided into several parts ( branches) conductor, and on the contact surface of the steel busbar there is a layer of corrosion-resistant metal having a higher coefficient of thermal expansion than steel, for example copper. In addition, the steel conical finger at the point of contact with the rail has a copper band and is additionally equipped with a cylindrical sleeve made of an electrically conductive material and having a conical hole.

Наличие незамкнутого кольца (витка) в проводе позволяет компенсировать (гасить) вертикальные колебания рельса и не создавать в стальной составляющей проводника усталостные напряжения, вызывающие разрушения. Уменьшению усталостных напряжений содействует и то, что проводник в месте его подсоединения к пальцу разделен на несколько частей, и каждая часть закреплена (приварена) отдельно. В этом случае изгиб проводника совершается с большим радиусом, а следовательно, возникают меньшие механические напряжения. The presence of an open ring (coil) in the wire allows you to compensate (damp) the vertical vibrations of the rail and not to create fatigue stresses in the steel component of the conductor, causing damage. Reducing fatigue stresses is also facilitated by the fact that the conductor at the point of its connection to the finger is divided into several parts, and each part is fixed (welded) separately. In this case, the conductor bends with a large radius, and therefore, lower mechanical stresses arise.

Отверстие в пальце, выполненное в виде паза, позволяет уложенный в него проводник приваривать не только с его торцевой части, но и накладывать радиальный шов, т.е. и по той его части, которая находится в пазе. Это значительно упрочняет крепление проводника к конусному пальцу. The hole in the finger, made in the form of a groove, allows the conductor laid in it to be welded not only from its end part, but also to impose a radial seam, i.e. and in that part of it which is in the groove. This greatly strengthens the fastening of the conductor to the conical pin.

Наличие на контактной поверхности стальной шины коррозионно-стойкого металла, обладающего более высоким коэффициентом температурного расширения, чем сталь, например медь, позволяет образовать из шины термобиметаллический элемент, который при температурном воздействии стремится принять дугообразную форму и, тем самым, плотнее прижимается к контактной поверхности дроссель-трансформатора. The presence on the contact surface of a steel tire of a corrosion-resistant metal having a higher coefficient of thermal expansion than steel, such as copper, allows the formation of a thermobimetal element from the tire, which, when exposed to temperature, tends to take an arcuate shape and, thus, is pressed closer to the contact surface of the choke transformer.

Наличие у конусного наконечника медного пояска позволяет развить контактную поверхность с рельсом при его запрессовке в отверстие шейки рельса. The presence of a copper belt at the conical tip allows you to develop a contact surface with the rail when it is pressed into the hole of the rail neck.

Наличие у пальца дополнительной цилиндрической втулки с коническим отверстием позволяет еще более увеличить площадь электрического контакта проводника с рельсом. The presence of a finger of an additional cylindrical sleeve with a conical hole allows you to further increase the area of electrical contact of the conductor with the rail.

В известных заявителю устройствах для электрического соединения железнодорожных рельсов с дросселем-трансформатором перечисленные отличительные признаки не обнаружены, следовательно, можно считать, что в заявленных материалах присутствует критерий "новизна". In the devices known to the applicant for the electrical connection of railway rails with a throttle transformer, the above distinguishing features are not found, therefore, it can be considered that the criterion of "novelty" is present in the claimed materials.

Все перечисленные отличительные признаки заявляемого изобретения направлены на повышение электрической и механической надежности одного устройства - электрического проводника для железнодорожных рельсов, следовательно, присутствует критерий "Единство изобретения". All of the above distinguishing features of the claimed invention are aimed at increasing the electrical and mechanical reliability of one device - an electrical conductor for railway rails, therefore, there is a criterion of "Unity of invention".

Приведенная совокупность существенных признаков и достигаемый ими результат в научно-технической и патентной литературе не обнаружены и не являются очевидными для специалиста, что является доказательством наличия в изобретении критерия "Изобретательский уровень". The above set of essential features and the result achieved by them in the scientific, technical and patent literature are not found and are not obvious to the specialist, which is evidence of the presence of the criterion of "Inventive step" in the invention.

Промышленная применимость изобретения поясняется чертежом, где
- на фиг. 1 изображен общий вид устройства;
- на фиг. 2 - то же, разрез А-А;
- на фиг. 3 - то же, местный вид шины;
- на фиг. 4 - вариант исполнения и крепления конусного пальца к рельсу;
- на фиг. 5 - конусный палец в сечении.Industrial applicability of the invention is illustrated in the drawing, where
- in FIG. 1 shows a General view of the device;
- in FIG. 2 - the same, section aa;
- in FIG. 3 - the same, local view of the tire;
- in FIG. 4 - embodiment and fastening of the conical pin to the rail;
- in FIG. 5 - conical finger in cross section.

Устройство для электрического соединения железнодорожных рельсов с дроссель-трансформатором содержит гибкий сталемедный проводник 1, стальной конический палец 2, который подсоединен к шейке рельса 3 с помощью гаек 4, на головке пальца 2 выполнен паз 5, в котором раздельно уложены и поочередно проварены швом 6 по всей линии прилегания ветвей 7. Этим обеспечивается механическая и электрическая прочность (см. фиг. 5). A device for electrically connecting railway rails with a throttle transformer contains a flexible steel-copper conductor 1, a steel conical pin 2, which is connected to the neck of the rail 3 using nuts 4, a groove 5 is made on the head of the finger 2, in which they are separately laid and alternately welded with a seam 6 the entire line of contact of the branches 7. This provides mechanical and electrical strength (see Fig. 5).

В непосредственной близости к пальцу 2 проводник 1 образует незамкнутую спиральную петлю 8, расположенную в вертикальной плоскости. Противоположный конец проводника 1 приварен к стальной шине 9, которая болтами 10 прикреплена к ответным клеммам дросселя-трансформатора 11. На контактной поверхности стальной шины 9 расположен слой коррозионно-стойкого материала 12 (см. фиг. 3), например, из меди. In close proximity to the finger 2, the conductor 1 forms an open spiral loop 8 located in a vertical plane. The opposite end of the conductor 1 is welded to a steel bus 9, which is bolted 10 to the mating transformer 11. The contact surface of the steel bus 9 has a layer of corrosion-resistant material 12 (see Fig. 3), for example, made of copper.

Стальной конический палец 2 в месте его контакта с рельсом 3 имеет медный поясок 12, а со стороны его резьбовой части расположена цилиндрическая втулка 14, выполненная из коррозионно-стойкого металла, например из алюминия или меди, и имеющая коническое отверстие, взаимодействующее с конической поверхностью пальца 2. The steel conical finger 2 in the place of its contact with the rail 3 has a copper band 12, and from the side of its threaded part there is a cylindrical sleeve 14 made of corrosion-resistant metal, for example aluminum or copper, and having a conical hole interacting with the conical surface of the finger 2.

При установке пальца 2 в отверстие шейки рельса 3 поясок 13 и втулку 14 зачищают и затягивают гайки 4 до полного запрессования втулки 14 в отверстие рельса 3. При этом поясок 13 также деформируется и образовывает на своей поверхности развитый кольцевой контакт. При окончательно закрепленном пальце 2 электрический контакт обеспечивается не только медным пояском 13, но и втулкой 14, которая, деформируясь, увеличивается в диаметре и плотно прилегает к поверхности пальца 2 и к поверхности отверстия рельса 3. When installing the finger 2 in the hole of the neck of the rail 3, the belt 13 and the sleeve 14 are cleaned and the nuts 4 are tightened until the sleeve 14 is completely pressed into the hole of the rail 3. Moreover, the belt 13 is also deformed and forms a developed ring contact on its surface. When the finger 2 is finally fixed, the electrical contact is provided not only by the copper girdle 13, but also by the sleeve 14, which, being deformed, increases in diameter and fits snugly on the surface of the finger 2 and on the surface of the hole of the rail 3.

При движении подвижного состава (на чертеже не показан) рельс 3 совершает вертикальные колебания, которые гасятся (выравниваются) кольцом 8, поэтому проводник 1 не испытывает в месте его прикрепления к головке пальца 2 значительных изгибающих нагрузок. Снижению изгибающих нагрузок содействует и то, что проводник 1 в месте его прикрепления к кольцу 2 разделен на ветви 7, которые, имея уменьшенный диаметр, допускают меньший радиус изгиба без образования усталостных напряжений. В случае, если ослабнут болты 10 стальной шины 9 и возникнет неплотный контакт, сопровождающийся искрением, то медный слой 12 нагреется, но так как его коэффициент теплового расширения гораздо больше, чем у стали, то средняя часть изогнется в сторону ответного контакта дроссель-трансформатора 11 и плотность прижатия контакта восстановится. When the rolling stock is moving (not shown in the drawing), the rail 3 performs vertical vibrations that are damped (aligned) by the ring 8, therefore, the conductor 1 does not experience significant bending loads in the place of its attachment to the head of the finger 2. Reducing bending loads also contributes to the fact that the conductor 1 at its attachment to the ring 2 is divided into branches 7, which, having a reduced diameter, allow a smaller bending radius without the formation of fatigue stresses. If the bolts 10 of the steel bus 9 are loosened and a loose contact occurs, accompanied by sparking, the copper layer 12 will heat up, but since its thermal expansion coefficient is much larger than that of steel, the middle part will bend towards the reciprocal contact of the inductor-transformer 11 and contact contact density will be restored.

Таким образом, кольцо 8 гасит, принимая на себя, колебания рельса 3, и в месте прикрепления проводника 1 к головке конического пальца 2 не возникают опасные изгибающие нагрузки. Thus, the ring 8 dampens, taking upon itself, the oscillations of the rail 3, and in the place of attachment of the conductor 1 to the head of the conical finger 2, dangerous bending loads do not occur.

Наличие паза в головке пальца 2 позволяет организовать сварочный шов значительной длины, что повышает прочностные характеристики устройства. The presence of a groove in the head of the finger 2 allows you to organize a weld of considerable length, which increases the strength characteristics of the device.

Разделение проводника на несколько ветвей в районе его прикрепления к пальцу 2 повышает долговечность устройства. The separation of the conductor into several branches in the area of its attachment to the finger 2 increases the durability of the device.

Наличие на пальце 2 медного пояска 13 и втулки 14 с коническим отверстием развивает площадь контакта проводника 1 с рельсом 3, что повышает электрическую надежность устройства. Наличие медного слоя 12 на контактной поверхности пластины 9 также повышает надежность работы устройства для электрического соединения железнодорожных рельсов с дроссель-трансформатором. The presence on the finger 2 of the copper belt 13 and the sleeve 14 with a conical hole develops the contact area of the conductor 1 with the rail 3, which increases the electrical reliability of the device. The presence of a copper layer 12 on the contact surface of the plate 9 also increases the reliability of the device for the electrical connection of railway rails with a throttle transformer.

Claims

1. A device for electrically connecting railway rails with a throttle transformer, comprising a flexible steel-copper conductor, an element connecting the conductor to the rail, made in the form of a conical pin with a head and a threaded shank, and an element connecting the conductor to the throttle transformer, made in the form of a steel bus, characterized in that the flexible conductor is divided into several branches, each of which is separately attached to the head of the conical finger, and is applied to the contact surface of the steel bus loi corrosion resistant metal having a higher thermal expansion coefficient than steel, e.g., copper.

2. The device according to claim 1, characterized in that the flexible conductor in the area of attachment to the rail forms an open ring in a vertical plane.

3. The device according to claim 1, characterized in that the conical pin is made of steel, and in the place of its contact with the rail there is a metal with lower mechanical and ohmic resistance than steel, for example, copper.

4. The device according to claim 1, characterized in that the conical pin in the area of the threaded shank is equipped with a sleeve having a conical hole and made of metal with lower mechanical and ohmic resistance than steel, for example, copper.