RU2473726C2

RU2473726C2 - Rail electrically insulating joint

Info

Publication number: RU2473726C2
Application number: RU2011116950/11A
Authority: RU
Inventors: Валерий Сергеевич Фадеев; Евгений Николаевич Емельянов; Александр Викторович Конаков; Юрий Леонидович Чигрин; Олег Викторович Штанов; Юрий Васильевич Ободовский; Николай Михайлович Паладин; Алексей Борисович Киреевнин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Научно-Технический Центр Информационные Технологии"
Priority date: 2011-04-28
Filing date: 2011-04-28
Publication date: 2013-01-27
Also published as: RU2011116950A

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: proposed joint comprises intertrack-rail jumper arranged between rail butts and joint straps arranged on both sides to rails to be jointed and having through holes to receive fasteners to tighten straps together via rail neck, and inserts arranged between said straps and rail heads. Said inserts are compose of plates with holes, their position and sizes complying with those in joint straps. Said intertrack-rail jumper is made from laminar glass-reinforced resin with compression strength of, at least, 300 MPa. Shaped fillet is made on said jumper made from magnetodielectric elastomer with specific impedance making at least 10 MOhm and Shore hardness making, at least 85. Insert from magnetodielectric elastomer with above mentioned impedance with reduction caused by compression to 30% not exceeding 5.0-5.5 MOhm·cm, and Shore hardness not exceeding 5.0-6.6 mm, and larger diagonal of 90-98 mm.

EFFECT: reduced magnetic field intensity ruling out accumulation of metal particles.

4 dwg

Description

Изобретение относится к верхнему строению железнодорожного пути, а более конкретно к устройствам, используемым в электрических рельсовых цепях.The invention relates to the upper structure of a railway track, and more particularly to devices used in electric rail circuits.

Известно, что вблизи торцевой поверхности рельс, особенно на электрифицированных участках пути в области изолирующих стыков, могут образовываться значительные магнитные поля, которые способствуют притягиванию и налипанию ферромагнитных частиц (тормозной пыли, окалины, металлических стружек) к поверхности рельса, а следовательно, и их накоплению. Это может являться причиной короткого замыкания в рельсовых стыковых электроизолирующих соединениях (М.Л.Кулиш. Измерение магнитной индукции в рельсовом стыке // Автоматика, связь, информатика. - 2005. - N 11. - С.15-17).It is known that near the end surface of the rail, especially on electrified sections of the track in the area of insulating joints, significant magnetic fields can form that contribute to the attraction and adhesion of ferromagnetic particles (brake dust, scale, metal chips) to the rail surface, and therefore their accumulation . This may cause a short circuit in the rail butt electrically insulating joints (M.L.Kulish. Measurement of magnetic induction in the rail joint // Automation, communication, computer science. - 2005. - N 11. - S.15-17).

Известна конструкция рельсовых стыковых изолирующих соединений, включающих в себя расположенные по обе стороны от рельсов стыковые накладки из композиционного материала, стянутые между собой через шейки рельсов посредством крепежных элементов, а также междурельсовые изолирующие прокладки из диэлектрического материала (RU №2114947).A known design of rail butt insulating joints, including butt pads made of composite material located on both sides of the rails, strapped together through the rails neck by means of fasteners, as well as rail insulating gaskets made of dielectric material (RU No. 21114947).

Электроизоляция стыков рельсов, несмотря на применение диэлектрических элементов, зачастую нарушается из-за образования так называемого шунтирующего мостика, образованного накапливаемыми в процессе эксплуатации пути металлическими частицами на изолирующем стыке рельсового пути, причиной возникновения которого является образующаяся при изготовлении и в процессе эксплуатации намагниченность рельсов в районе стыка.The electrical insulation of the rail joints, despite the use of dielectric elements, is often violated due to the formation of a so-called shunt bridge formed by metal particles accumulated during operation of the track at the insulating joint of the rail track, the cause of which is the magnetization of the rails formed during manufacture and during operation in the region junction.

Известно использование в качестве крепления изолирующих стыков рельсовых соединений изолирующего материала «АпАТэК» (Временные технические указания по монтажу и содержанию изолирующих стыков со стеклопластиковыми накладками «АпАТэК», утвержденные Управлением пути МПС РФ в 1996 г.).It is known that ApATeK insulating material is used as a fastener for rail joints of rail joints (Temporary technical instructions for the installation and maintenance of insulating joints with ApATEK fiberglass overlays approved by the Russian Railways Ministry of Railways in 1996).

Однако при этом отсутствует шунтирование магнитного потока, в обычных стыках осуществляющееся за счет металлического крепления. При отсутствии магнитного шунтирования остаточная намагниченность рельсов любой природы (закалка, сварка, погрузка при помощи электромагнитов и т.п.) приводит к возникновению существенного магнитного поля в зазорах изостыков и, как следствие, к возникновению ложных сигналов замыкания изостыков из-за налипания в зазорах металлической пыли и стружки.However, there is no shunting of the magnetic flux, which in ordinary joints is carried out due to metal fastening. In the absence of magnetic shunting, the residual magnetization of rails of any nature (quenching, welding, loading using electromagnets, etc.) leads to the appearance of a significant magnetic field in the gaps of the isostacks and, as a result, to the appearance of false signals of the closure of the isostacks due to sticking in the gaps metal dust and chips.

Известно рельсовое стыковое электроизолирующее соединение, содержащее междурельсовую прокладку, выполненную из электроизоляционного материала и расположенную между торцами стыкуемых рельсов, стыковые накладки, расположенные по обе стороны стыкуемых рельсов и выполненные в виде металлического элемента удлиненной формы с диэлектрическим покрытием и двумя группами поперечных сквозных отверстий для размещения в каждой группе сквозных отверстий крепежных элементов, обеспечивающих стяжку между собой стыковых накладок через шейку соответствующего рельса стыка. При этом металлический элемент удлиненной формы выполнен в продольном направлении со ступенькой и с диэлектрическим покрытием на поверхности его первого участка, имеющего большую длину, но меньшую площадь поперечного сечения, а в местах контакта каждой стыковой накладки со стыкуемыми рельсами диэлектрическое покрытие выполнено заподлицо с боковой поверхностью имеющего большую площадь поперечного сечения второго участка металлического элемента удлиненной формы. По обе стороны каждого рельса стыка расположены соответственно имеющий диэлектрическое покрытие первый участок металлического элемента удлиненной формы одной стыковой накладки и второй участок металлического элемента удлиненной формы другой стыковой накладки (RU №2295603).A rail butt electrical insulating joint is known, comprising an inter-rail gasket made of electrical insulation material and located between the ends of the joined rails, butt pads located on both sides of the joined rails and made in the form of an elongated metal element with a dielectric coating and two groups of transverse through holes for placement in each group of through holes of fasteners, providing a coupler between themselves of the butt plates through the neck sponding rail joints. In this case, the elongated metal element is made in the longitudinal direction with a step and with a dielectric coating on the surface of its first section, which has a large length but a smaller cross-sectional area, and at the points of contact of each butt plate with joined rails, the dielectric coating is flush with the side surface of a large cross-sectional area of the second portion of the elongated metal element. On both sides of each rail of the junction are located respectively having a dielectric coating of the first section of the elongated metal element of one butt plate and the second section of the elongated metal element of another butt plate (RU No. 2295603).

Известно рельсовое стыковое электроизолирующее соединение, содержащее междурельсовую прокладку, расположенную между торцами стыкуемых рельсов, и стыковые накладки, расположенные по обе стороны стыкуемых рельсов. Стыковые накладки имеют сквозные отверстия для установки крепежных элементов, обеспечивающих стяжку между собой стыковых накладок через шейку соответствующего рельса стыка. Между стыковыми накладками и шейками рельсов размещены вкладыши, выполненные в виде пластин с отверстиями, размеры и положение которых совпадают с соответствующими отверстиями в стыковых накладках. Междурельсовая прокладка и вкладыши выполнены трехслойными, причем наружные слои прокладки и вкладышей образованы из чистого сверхвысокомолекулярного полиэтилена с мол. массой 6-10 млн, а внутренний слой прокладки и вкладышей образован из композиционного сверхвысокомолекулярного полиэтилена с мол. массой 2-4,5 млн с добавкой магнитодиэлектрических наполнителей марки 2500 НМС, магнитная проницаемость которых превышает магнитную проницаемость рельсовой стали (Патент RU №88357). Данное техническое решение принято в качестве прототипа.A rail butt electrical insulating joint is known, comprising an inter-rail gasket located between the ends of the rails to be joined, and butt pads located on both sides of the rails to be joined. Butt plates have through holes for mounting fasteners, providing a joint between the butt plates through the neck of the corresponding joint rail. Between the butt plates and the necks of the rails there are liners made in the form of plates with holes, the dimensions and position of which coincide with the corresponding holes in the butt plates. The inter-rail gasket and liners are made of three layers, and the outer layers of the gasket and liners are formed of pure ultra-high molecular weight polyethylene with a mol. weighing 6-10 million, and the inner layer of the gasket and liners is formed from a composite ultra-high molecular weight polyethylene with a mol. weighing 2-4.5 million with the addition of 2500 NMS grade magnetodielectric fillers, the magnetic permeability of which exceeds the magnetic permeability of rail steel (RU Patent No. 88357). This technical solution was made as a prototype.

Недостатком данного технического решения является недостаточная степень шунтирования магнитного поля изолирующего стыка и большая вероятность замыкания рельсовой цепи через стыковую прокладку, имеющую металлическую основу и не прочное полиэтиленовое покрытие, при схождении рельсов.The disadvantage of this technical solution is the insufficient degree of shunting of the magnetic field of the insulating joint and the greater likelihood of a circuit of the rail circuit through a butt gasket having a metal base and a non-durable polyethylene coating when the rails converge.

Задачей заявляемого технического решения является повышение эксплуатационной надежности рельсовых стыковых электроизолирующих соединений.The objective of the proposed technical solution is to increase the operational reliability of rail butt electrical insulating joints.

В процессе решения поставленной задачи достигается технический результат, заключающийся в уменьшении напряженности магнитного поля изолирующего стыка до уровня, не приводящего к накоплению металлических частиц, достаточных для образования замыкающего мостика.In the process of solving the problem, a technical result is achieved, consisting in reducing the magnetic field strength of the insulating joint to a level that does not lead to the accumulation of metal particles sufficient to form a closing bridge.

Данный технический результат достигается рельсовым электроизолирующим стыком, содержащим междурельсовую прокладку, расположенную между торцами стыкуемых рельсов, стыковые накладки, расположенные по обе стороны стыкуемых рельсов и имеющие сквозные отверстия для установки крепежных элементов, обеспечивающих стяжку между собой стыковых накладок через шейку соответствующего рельса стыка, и вкладыши, размещенные между стыковыми накладками и шейками рельсов по обе стороны стыкуемых рельсов, выполненные в виде пластин с отверстиями, размеры и положение которых совпадают с соответствующими отверстиями в стыковых накладках, при этом междурельсовая прокладка выполнена из слоистого стеклопластика с пределом прочности на сжатие не менее 300 МПа, на торцовой поверхности которой имеется контурный ободок, выполненный из магнитодиэлектрического эластомера, имеющего удельное электрическое сопротивление не менее 10 МОм·см, твердость по Шору не менее 85 единиц, а вкладыш выполнен из магнитодиэлектрического эластомера, имеющего удельное электрическое сопротивление не менее 10 МОм·см, и уменьшением удельного электрического сопротивление при сжатии до 30% не более 5,0-5,5 МОм·см, твердость по Шору не более 65 единиц, имеет в сечении форму ромба, с малой диагональю 5,0-6,5 мм и большой диагональю 90-98 мм.This technical result is achieved by a rail insulating joint containing an inter-rail gasket located between the ends of the joined rails, butt plates located on both sides of the joined rails and having through holes for installing fasteners that couple the joint plates through the neck of the corresponding joint rail and inserts placed between the butt plates and the necks of the rails on both sides of the joined rails, made in the form of plates with holes, times The mode and position of which coincide with the corresponding holes in the butt plates, while the rail track is made of laminated fiberglass with a compressive strength of at least 300 MPa, on the end surface of which there is a contour rim made of a magnetodielectric elastomer having a specific electrical resistance of at least 10 MΩ · cm, Shore hardness of at least 85 units, and the liner is made of a magnetodielectric elastomer having a specific electrical resistance of at least 10 MΩ · cm, and a decrease in electrical resistivity when compressed to 30% is not more than 5.0-5.5 MΩ · cm, Shore hardness is not more than 65 units, has a diamond shape in cross section, with a small diagonal of 5.0-6.5 mm and a large diagonal of 90-98 mm.

Выполнение торцовой прокладки из слоистого стеклопластика обеспечивает высокую механическую прочность прокладки. Такая прочность не позволяет рельсам прийти в соприкосновение при их сгоне при повышении температуры рельсов и во время прогиба рельсового стыка. Контурный ободок, выполненный из магнитодиэлектрического эластомера, имеющего удельное электрическое сопротивление не менее 10 МОм·см, твердость по Шору не менее 85 единиц, позволяет значительно снизить напряженность магнитного поля изостыка и в тоже время не допускать замыкания электрической цепи. Еще больше усилить шунтирование магнитного поля можно расположением между накладками и шейкой рельса вкладышей из более пластичного и мягкого магнитодиэлектрического эластомера, имеющего удельное электрическое сопротивление не менее 10 МОм·см, твердость по Шору не менее 85 единиц. Вкладыши в процессе установки подвергаются сжатию до 20% своего линейного размера, при этом они не должны терять своих диэлектрических свойств. Свойства эластомера подбираются таким образом, чтобы при сохранении эффекта шунтирования магнитного поля сопротивление изолирующего стыка не превышало нормативных значений. Это обеспечивается, если уменьшением удельного электрического сопротивление при сжатии эластомера до 30% его удельное электрическое сопротивление уменьшится не более чем на 5,0-5,5 МОм·см. Выполнение вкладыша в форме ромба позволяет значительно упростить процесс изготовления и его установки. Размеры определены опытным путем.The implementation of the end gasket of laminated fiberglass provides high mechanical strength of the gasket. Such strength does not allow the rails to come into contact when they are driven off when the temperature of the rails rises and during the deflection of the rail joint. A contour rim made of a magnetodielectric elastomer having a specific electric resistance of at least 10 MΩ · cm, Shore hardness of at least 85 units, can significantly reduce the magnetic field strength of the isostike and at the same time prevent the circuit from being closed. Magnetic field shunting can be further strengthened by the location between the plates and the rail neck of the inserts of a more plastic and soft magneto-dielectric elastomer having a specific electrical resistance of at least 10 MΩ · cm, Shore hardness of at least 85 units. The liners during installation are compressed to 20% of their linear size, while they should not lose their dielectric properties. The properties of the elastomer are selected so that, while maintaining the effect of shunting the magnetic field, the resistance of the insulating joint does not exceed standard values. This is ensured if, by reducing the specific electrical resistance during compression of the elastomer to 30%, its specific electrical resistance decreases by no more than 5.0-5.5 MΩ · cm. The implementation of the insert in the form of a rhombus can significantly simplify the manufacturing process and its installation. Dimensions are determined empirically.

Предложенное техническое решение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид рельсового электроизолирующего стыка; на фиг.2 - разрез по сечению А-А фиг.1; на фиг.3 - междурельсовая прокладка; на фиг.4 - сечение вкладыша в свободном состоянии.The proposed technical solution is illustrated by drawings, where figure 1 shows a General view of a rail insulating joint; figure 2 is a sectional view along the cross-section aa of figure 1; figure 3 - rail track; figure 4 is a cross-section of the liner in a free state.

Рельсовое стыковое электроизолирующее соединение содержит междурельсовую прокладку 1, расположенную между торцами стыкуемых рельсов 2 и 3. Кроме того, рельсовое стыковое электроизолирующее соединение содержит стыковые накладки 4, 5, расположенные по обе стороны стыкуемых рельсов 2, 3 и имеющие сквозные отверстия для установки крепежных элементов, обеспечивающих стяжку между собой стыковых накладок через шейку соответствующего рельса стыка. Между стыковыми накладками и шейками рельсов размещены вкладыши 7 и 8, выполненные в виде пластин с отверстиями, размеры и положение которых совпадают с соответствующими отверстиями в стыковых накладках. Междурельсовая прокладка состоит из двух частей: основы 1.1, выполненной из слоистого стеклопластика, и контурного ободка 1.2, выполненного из магнитодиэлектрического эластомера, имеющего удельное электрическое сопротивление не менее 10 МОм·см, твердость по Шору не менее 85 единиц. Вкладыши 7 и 8 имеют в сечении форму ромба и выполнены из более мягкого эластомера по сравнению с материалом контурного ободка.The rail butt electrical insulating joint comprises an inter-rail gasket 1 located between the ends of the joined rails 2 and 3. In addition, the rail butt electrical insulating joint contains the butt pads 4, 5 located on both sides of the joined rails 2, 3 and having through holes for mounting fasteners, providing a screed between the butt plates through the neck of the corresponding rail of the joint. Between the butt plates and the necks of the rails placed liners 7 and 8, made in the form of plates with holes, the dimensions and position of which coincide with the corresponding holes in the butt plates. An inter-rail gasket consists of two parts: a base 1.1 made of laminated fiberglass, and a contour rim 1.2 made of a magnetodielectric elastomer having a specific electrical resistance of at least 10 MOhm · cm, Shore hardness of at least 85 units. The liners 7 and 8 have a diamond shape in cross section and are made of a softer elastomer compared to the material of the contour rim.

Эластомер контурного ободка содержит полиуретан СКУ-ПФЛ-100 и порошок железа с чистотой не менее 99,98% по массе и фракцией до 100 мкм, при следующем соотношении компонентов (об.ч.): полиуретан СКУ-ПФЛ-100 - 65, указанный порошок железа - 35 и имеет удельное электрическое сопротивление не менее 10 кОм·см. Эластомер вкладыша содержит полиуретан СКУ-ПФЛ-100 и порошок железа с чистотой не менее 99,98% по массе и фракцией до 100 мкм, при следующем соотношении компонентов (об.ч.): полиуретан СКУ-ПФЛ-100 - 85, указанный порошок железа - 15 и имеет удельное электрическое сопротивление не менее 10 кОм·см.The contour rim elastomer contains SKU-PFL-100 polyurethane and iron powder with a purity of at least 99.98% by weight and a fraction of up to 100 μm, in the following ratio of components (parts): SKU-PFL-100 polyurethane - 65, indicated iron powder is 35 and has a specific electric resistance of at least 10 kOhm · cm. The liner elastomer contains SKU-PFL-100 polyurethane and iron powder with a purity of at least 99.98% by weight and a fraction of up to 100 microns, with the following ratio of components (parts): SKU-PFL-100 polyurethane - 85, the specified powder iron - 15 and has a specific electrical resistance of at least 10 kOhm · cm.

Использование предложенных вкладышей, устанавливаемых между стыковыми накладками и шейками рельсов, совместно с междурельсовыми прокладками, изготовленными из указанных эластомеров, приводит к изменению конфигурации магнитного поля в области рельсового стыка и к уменьшению величины намагниченности, при этом напряженность магнитного поля изостыка в процессе эксплуатации практически не возрастает.The use of the proposed inserts installed between the butt plates and the necks of the rails, together with the inter-rail gaskets made of these elastomers, leads to a change in the configuration of the magnetic field in the region of the rail joint and to a decrease in the magnetization, while the magnetic field strength of the isostike practically does not increase .

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет повысить эксплуатационную надежность рельсовых стыковых электроизолирующих соединений за счет уменьшения напряженности магнитного поля изостыка без каких-либо изменений в конструкции электроизолирующих стыков рельсов.Thus, the proposed technical solution allows to increase the operational reliability of rail butt electrical insulating joints by reducing the magnetic field strength of the isostike without any changes in the design of electrical insulating rail joints.

Claims

An electrically insulating rail joint comprising an inter-rail spacer located between the ends of the rails to be joined, butt pads located on both sides of the rails to be joined and having through holes for mounting fasteners providing a joint between the joint pads through the neck of the corresponding joint rail, and inserts located between the joint rails overlays and necks of rails on both sides of the joined rails, made in the form of plates with holes, the dimensions and position of which coincide with the corresponding with twisting holes in the butt plates, characterized in that the inter-rail gasket is made of laminated fiberglass with a compressive strength of at least 300 MPa, on the end surface of which there is a contour rim made of a magnetodielectric elastomer having a specific electrical resistance of at least 10 MOhm cm, hardness according to Shore, at least 85 units, and the liner is made of a magnetodielectric elastomer having a specific electric resistance of at least 10 MΩ cm and a decrease in specific electric compressive resistance up to 30% is not more than 5.0-5.5 MΩ cm, Shore hardness is not more than 65 units, has a diamond shape in cross section with a small diagonal of 5.0-6.5 mm and a large diagonal of 90-98 mm .