RU2671893C1 - Electrically isolating non-convertible rail button joint - Google Patents
Electrically isolating non-convertible rail button joint Download PDFInfo
- Publication number
- RU2671893C1 RU2671893C1 RU2017140904A RU2017140904A RU2671893C1 RU 2671893 C1 RU2671893 C1 RU 2671893C1 RU 2017140904 A RU2017140904 A RU 2017140904A RU 2017140904 A RU2017140904 A RU 2017140904A RU 2671893 C1 RU2671893 C1 RU 2671893C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rail
- lining
- insulating layer
- neck
- joint
- Prior art date
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 42
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 42
- 210000001503 joint Anatomy 0.000 claims abstract description 16
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims abstract description 15
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims abstract description 15
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 12
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 claims abstract description 7
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 7
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims abstract description 7
- 210000003739 neck Anatomy 0.000 claims description 25
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 14
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 claims description 12
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 11
- 239000002905 metal composite material Substances 0.000 claims description 9
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 6
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 5
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 5
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 5
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 claims description 5
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000003292 glue Substances 0.000 abstract description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 56
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 9
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 5
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 5
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 5
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 4
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 4
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 3
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 2
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 2
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- 238000011900 installation process Methods 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 229920005596 polymer binder Polymers 0.000 description 1
- 239000002491 polymer binding agent Substances 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 239000012763 reinforcing filler Substances 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000009941 weaving Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
- E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
- E01B11/00—Rail joints
- E01B11/54—Electrically-insulating rail joints
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Architecture (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Connection Of Plates (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к верхнему строению железнодорожного пути, а именно к электрически изолирующим рельсовым стыковым соединениям, устанавливаемым в безстыковом пути без уравнительных пролетов высокоскоростных железных дорог.The invention relates to the upper structure of a railway track, namely to electrically insulating rail butt joints installed in a continuous joint without equalization spans of high-speed railways.
Известно, принятое за прототип электрически изолирующее неразъемное рельсовое стыковое соединение - патент РФ №173925, содержащее электрически изолированные накладки, расположенные по обеим сторонам стыкуемых концов рельсов, стянутые между собою и соединяемыми рельсами с помощью электрически изолированных стяжных крепежных элементов, пропущенных сквозь соосные отверстия, выполненные в шейках рельсов и накладках, при этом каждая накладка выполнена со стальной обечайкой, прилегающей к рельсу, и полнопрофильным стальным сердечником, подобными по форме профилю рельса со стороны его шейки, причем электрическая изоляция накладки выполнена с помощью электроизолирующего слоя, размещенного между упомянутыми обечайкой и сердечником, а наружная поверхность сердечника выполнена вертикально плоской, при этом монтажные зазоры между контактными поверхностями элементов соединения заполнены клеевой композицией; наружная поверхность полнопрофильного стального сердечника каждой накладки выступает за пределы головки рельса, при этом сердечник по всей длине в районе головки рельса имеет выемку для пропуска гребня колеса подвижного состава, а в районе подошвы рельса уступ для установки стальных клемм рельсовых скреплений; между стыкуемыми рельсами расположена стыковая прокладка из диэлектрического материала, стальная обечайка каждой из накладок состоит из двух частей, расположенных с зазором в районе стыковой прокладки.It is known that an electrically insulating one-piece rail butt joint adopted as a prototype is known as RF patent No. 173925, containing electrically insulated linings located on both sides of the abutting ends of the rails, pulled together and connected by rails using electrically insulated coupling fasteners, passed through coaxial holes made in the necks of the rails and onlays, each lining is made with a steel shell adjacent to the rail and a full-profile steel core, under bnymi shaped profile rail from its neck, and electrical insulation lining is formed via an electric insulating layer placed between said shell and core, and the outer surface of the core is formed vertically planar, with mounting clearances between the contact surfaces of the elements are filled with the adhesive compound composition; the outer surface of the full-profile steel core of each plate extends beyond the rail head, while the core along the entire length in the region of the rail head has a recess for passing the wheel flange of the rolling stock, and in the region of the rail sole, a ledge for installing steel rail fasteners; between the joined rails there is a butt strip made of dielectric material, the steel shell of each of the plates consists of two parts located with a gap in the area of the butt strip.
Существенными признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками предлагаемого решения, являются следующие - электрически изолирующее неразъемное рельсовое стыковое соединение (клееболтовой стык), содержащее электрически изолированные накладки, расположенные по обеим сторонам стыкуемых концов рельсов, стянутые между собою и соединяемыми рельсами с помощью электрически изолированных стяжных крепежных элементов, пропущенных сквозь соосные отверстия, выполненные в шейках рельсов и накладках, при этом каждая накладка состоит из подобного по форме профилю рельса со стороны его шейки стального сердечника, а также расположенного между ними электроизоляционного слоя из композиционного материала, а наружная поверхность сердечника выполнена вертикально плоской, при этом монтажные зазоры между контактными поверхностями элементов соединения заполнены клеевой композицией; наружная поверхность стального сердечника каждой накладки выступает за пределы головки рельса, при этом сердечник по всей длине в районе головки рельса имеет выемку для пропуска гребня колеса подвижного состава, а в районе подошвы рельса уступ для установки стальных клемм рельсовых скреплений; между стыкуемыми рельсами расположена стыковая прокладка из диэлектрического материала.The essential features of the prototype, which coincide with the essential features of the proposed solution, are the following - an electrically insulating one-piece rail butt joint (kleebolt joint) containing electrically insulated linings located on both sides of the joined ends of the rails, pulled together and connected by rails using electrically insulated coupling fasteners elements passed through coaxial holes made in the necks of rails and plates, with each plate composing um of a similar shape profile rail from its neck steel core, and disposed therebetween a layer of electrically insulating composite material and the outer surface of the core is flat vertically, wherein the mounting clearances between the contact surfaces of the elements are filled with the adhesive compound composition; the outer surface of the steel core of each plate extends beyond the rail head, while the core along the entire length in the region of the rail head has a recess for passing the wheel flange of the rolling stock, and a ledge in the region of the rail sole for installing steel rail fasteners; between the joined rails is a butt strip of dielectric material.
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 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. При этом за счет ее наличия снижается момент инерции и момент сопротивления изгибу 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. At the same time, the steel shell, located between the adhesive layer on the side of the rail and the adhesive insulating layer of 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. Moreover, due to its presence, the moment of inertia and the moment of resistance to bending of the lining are reduced.
Технической задачей, на решение которой направлено данное техническое решение является повышение прочностных, жесткостных, усталостных свойств стыка, а также упрощение процесса монтажа, снижение затрат на оборудование и сокращение времени сборки клееболтового изолирующего стыка.The technical problem, which this technical solution is aimed at, is to increase the strength, stiffness, fatigue properties of the joint, as well as simplify the installation process, reduce equipment costs and reduce the assembly time of the adhesive bolt insulating joint.
Поставленная техническая задача решается тем, что в электрически изолирующее неразъемное рельсовое стыковое соединение (клееболтовой стык), содержащее электрически изолированные накладки, расположенные по обеим сторонам стыкуемых концов рельсов, стянутые между собою и соединяемыми рельсами с помощью электрически изолированных стяжных крепежных элементов, пропущенных сквозь соосные отверстия, выполненные в шейках рельсов и накладках, при этом каждая накладка состоит из подобного по форме профилю рельса со стороны его шейки стального сердечника, а также расположенного между ними электроизоляционного слоя из композиционного материала, а наружная поверхность сердечника выполнена вертикально плоской, при этом монтажные зазоры между контактными поверхностями элементов соединения заполнены клеевой композицией; наружная поверхность стального сердечника каждой накладки выступает за пределы головки рельса, при этом сердечник по всей длине в районе головки рельса имеет выемку для пропуска гребня колеса подвижного состава, а в районе подошвы рельса уступ для установки стальных клемм рельсовых скреплений; между стыкуемыми рельсами расположена стыковая прокладка из диэлектрического материала, в отличие от прототипа, электроизолирующий слой каждой накладки изготовлен методом наслаивания (напрессовки) на подобный по форме профилю рельса со стороны его шейки 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, он расположен в месте непосредственного контакта с поверхностями пазух стыкуемых рельсов, включая шейку и опорные поверхности рельсов; геометрические параметры части каждой накладки, обращенной к шейке рельса, выбраны исходя из максимального заполнения пазухи в районе склейки при обеспечении толщины клеевого шва в изолирующем стыке между поверхностью электроизолирующего слоя накладки и рельса от 0,5 до 2,5 мм в районе шейки рельса при плотном контакте по опорным поверхностям в районе головки и подошвы рельса для всего диапазона размера высоты пазух стыкуемых рельсов.The stated technical problem is solved in that in an electrically insulating one-piece rail butt joint (kleebolt joint) containing electrically insulated linings located on both sides of the joined ends of the rails, pulled together and connected by rails using electrically insulated coupling fasteners passed through coaxial holes made in the necks of the rails and onlays, each lining consists of a similar in profile rail profile from the side of its steel neck core and disposed between the electrically insulating layer of composite material and the outer surface of the core is formed vertically planar, with mounting clearances between the contact surfaces of the elements are filled with the adhesive compound composition; the outer surface of the steel core of each plate extends beyond the rail head, while the core along the entire length in the region of the rail head has a recess for passing the wheel flange of the rolling stock, and a ledge in the region of the rail sole for installing steel rail fasteners; between the joined rails there is a butt strip made of dielectric material, unlike the prototype, the insulating layer of each lining is made by layering (pressing) on a rail profile similar in shape to the steel core of the lining of the polymer composite material having a glass transition temperature of + 60 ° C up to + 250 ° С and reinforcement coefficient from 0.3 to 0.8, the thickness of the electrically insulating layer is from 1.5 to 2.5 mm, it is located in the place of direct contact with the surfaces of the sinuses tykuemyh rails including a neck and the bearing surfaces of the rails; the geometric parameters of the part of each plate facing the neck of the rail are selected based on the maximum filling of the sinus in the area of gluing while ensuring the thickness of the adhesive joint in the insulating joint between the surface of the insulating layer of the plate and rail from 0.5 to 2.5 mm in the region of the neck of the rail with a dense contact on the supporting surfaces in the region of the head and sole of the rail for the entire range of the size of the height of the sinuses of the joined rails.
Дополнительно, для обеспечения максимального качества склеивания стыка внешняя поверхность электроизоляционного слоя каждой металлокомпозитной накладки сформирована с помощью жертвенного слоя, закладываемого в процессе изготовления накладки на наружной поверхности электроизолирующего слоя, выполненного 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. 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).Additionally, to ensure maximum bonding quality of the joint, the outer surface of the insulating layer of each metal composite lining is formed using the sacrificial layer laid in the manufacturing process 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. 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).
Дополнительно, для обеспечения максимальных прочностных характеристик стального сердечника каждой металлокомпозитной 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 30°±15° от вертикальной плоскости в районе подошвы рельса для установки стальных клемм рельсовых скреплений.Additionally, to ensure maximum strength characteristics of the steel core of each metal composite plate, its profile is formed by eight surfaces - a surface similar in shape to the rail profile from the side of its neck, two fillets, upper and lower supporting surfaces with a slope of 1: 4, and a 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 supporting parts Tei fasteners and the shoulder angle of 30 ° ± 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: за счет увеличения размеров стального сердечника, увеличивается его момент инерции и момент сопротивления изгибу, и, соответственно, существенно повышается жесткость и усталостная прочность накладки, а соответственно и эксплуатационная надежность самого стыка. Это также повышает шунтирующие свойства изолирующей накладки, а, следовательно, 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. Дополнительно, за счет предварительно подготовленной (с помощью жертвенного слоя) для склейки поверхности накладок, увеличивается качество склейки стыка, а также существенно уменьшается время и упрощаются условия монтажа, т.к. в противном случае, для обеспечения адгезии поверхности накладок перед склейкой необходимо было бы, например, зашкуривать и обезжиривать. Также, за счет предложенного профиля стального сердечника достигаются его максимальные прочностные и жесткостные характеристики.Due to the presence of these distinctive features, the following technical result is achieved: by increasing the size of the steel core, its moment of inertia and the moment of resistance to bending increase, and, accordingly, the rigidity and fatigue strength of the lining, and accordingly the operational reliability of the joint itself, are significantly increased. 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. Additionally, due to the previously prepared (using the sacrificial layer) for gluing the surface of the linings, the quality of the gluing of the joint increases, as well as significantly reduced time and installation conditions are simplified, because otherwise, to ensure adhesion of the surface of the linings before gluing, it would be necessary, for example, to sand and degrease. Also, due to the proposed steel core profile, its maximum strength and stiffness characteristics are achieved.
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, 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.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.
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 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 Ra40 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.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 bearing layers of the electrical 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 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 allowable Ra40 μm, and therefore violate the structure of the supporting layers of the insulating layer of the lining and decrease its interlayer shear strength. 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 pad is deteriorating. In addition, during storage and transportation, due to the possible internal stresses generated during production, it can spontaneously separate from the surface of the insulating layer, i.e. 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 рисунком, на котором изображен общий вид электрически изолирующего неразъемного рельсового стыкового соединения (клееболтового стыка) и его поперечный разрез.The solution is illustrated in the figure, which shows a General view of an electrically insulating one-piece rail butt joint (kleebolt joint) and its cross section.
Изображенное на рисунке электрически изолирующее неразъемное рельсовое стыковое соединение содержит стыкуемые рельсы 1, изолирующие накладки 2, расположенные по обеим сторонам стыкуемых концов рельсов 1, стянутые между собою и соединяемыми рельсами 1 с помощью электрически изолированных втулками 3 (могут быть установлены как в отверстия в шейке 9 рельса 1, так и в отверстия накладки 2) стяжных крепежных элементов (болтов) 4, пропущенных сквозь соосные отверстия 5, выполненные в шейках 9 рельсов 1 и накладках 2. Каждая 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, создающий текстуру с заданной шероховатостью на поверхности изделия, устраняющий необходимость в зачистке и подготовке детали для дальнейшей сборки (склейки). Накладка 2 в местах прилегания к рельсу 1 имеет форму подобную форме профиля рельса 1 со стороны его шейки 9. Наружная же поверхность накладки 2 (по сути стального сердечника 8 каждой накладки 2) выступает за пределы головки 10 рельса 1. При этом сердечник 8 по всей длине в районе головки 10 рельса 1 имеет выемку 11 для пропуска гребня колеса подвижного состава (на рисунках не приведен), а в районе подошвы 12 рельса 1 уступ 13 для установки стальных клемм современных типов рельсовых скреплений (на рисунках не приведены). Выемка 11 и уступ 13 могут быть выполнены как радиусными, так и плоскими поверхностями. Между стыкуемыми рельсами 1 расположена стыковая прокладка 6 из диэлектрического материала. Геометрические параметры части накладки 2, обращенной к шейке 9 рельса 1, выбраны исходя из обеспечения толщины клеевого шва 14 (монтажного зазора) 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 2 толщина ее электроизолирующего слоя составляет от 1,5 до 2,5 мм. 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), особенно в случае применения выемки 11 и уступа 13 плоской формы, что позволяет использовать более дешевое и/или более доступное сырье.The electrically insulating one-piece rail butt joint shown in the figure contains abutting rails 1, insulating pads 2 located on both sides of the abutting ends of rails 1, pulled together and connected by rails 1 using electrically insulated bushings 3 (can be installed as holes in the
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. Так, например, удвоенная площадь поперечного сечения сердечника 8 накладки 2 для рельса типа Р65 составит 8812 кв. мм, что больше площади поперечного сечения рельса 1 типа Р65, составляющей 8265 кв. мм, и обеспечивает достаточный шунтирующий эффект.To achieve the maximum shunting effect, the thickness of the steel core 8 of the lining 2 should be 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. So, for example , doubled cross-sectional area of the core 8 of the lining 2 for the rail type P65 will be 8812 square meters. mm, which is more than the cross-sectional area of rail 1 of type P65, component 8265 sq. mm, and provides a sufficient shunt effect.
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 +200°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
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 30°±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
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 increase adhesion and provide energy for the destruction of the adhesive joint at a shear from 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 with joined rails, 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.
Монтаж электрически изолирующего неразъемного рельсового стыкового соединения производится на специализированных предприятиях или в действующем железнодорожном пути следующим образом:Installation of an electrically insulating one-piece rail butt joint is carried out at specialized enterprises or in an existing railway line as follows:
Рельсы 1 в местах склейки подвергаются абразивной обработке (твердой крошкой или углошлифовальной машинкой с абразивным диском) до требуемой шероховатости и обезжириваются. Накладки 2 с жертвенным слоем в дополнительной подготовке поверхности к склеиванию не нуждаются, с них просто удаляется жертвенный слой. На поверхность рельсов 1 и накладок 2 наносится специальная клеевая композиция. Металлокомпозитные накладки 2 устанавливаются в пазухи стыкуемых рельсов 1 и стягиваются высокопрочными стыковыми болтами 4, электроизолированными при помощи втулок 3 установленных в отверстия стыкуемых рельсов 1 или в отверстия накладок 2. Затяжка болтов 4 осуществляется определенным крутящим моментом и в последовательности, установленной технической документацией. После сборки клееболтовой стык проходит обязательную термообработку в печи или в специальном нагревательном устройстве. Использование жертвенного слоя расширяются возможности монтажа, так как сборка клееболтовых изолирующих стыков данной конструкции 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 rails 1 in the places of gluing are subjected to abrasive treatment (hard crumb or angle grinder with an abrasive disk) to the required roughness and degreased. Pads 2 with a sacrificial layer do not need additional preparation of the surface for gluing, they simply remove the sacrificial layer. A special adhesive composition is applied to the surface of the rails 1 and the linings 2. Metal composite pads 2 are installed in the sinuses of the joined rails 1 and are tightened by high-strength
Клееболтовой изолирующий стык с безобечаечными металлокомпозитными накладками при полностью затянутых стыковых болтах выдерживает без разрушения вертикальную осевую нагрузку от колесной пары подвижного состава не менее 250 кН и продольную растягивающую или сжимающую нагрузку не менее 2300 кН.A Kleebolt insulating joint with a sleeveless metal composite pads with fully tightened joint bolts withstands without breaking the vertical axial load of the rolling stock pair of at least 250 kN and the longitudinal tensile or compressive load of at least 2300 kN.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017140904A RU2671893C1 (en) | 2017-11-24 | 2017-11-24 | Electrically isolating non-convertible rail button joint |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017140904A RU2671893C1 (en) | 2017-11-24 | 2017-11-24 | Electrically isolating non-convertible rail button joint |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2671893C1 true RU2671893C1 (en) | 2018-11-07 |
Family
ID=64103103
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017140904A RU2671893C1 (en) | 2017-11-24 | 2017-11-24 | Electrically isolating non-convertible rail button joint |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2671893C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU201989U1 (en) * | 2020-08-27 | 2021-01-26 | Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" | INSULATING RAIL JOINT |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3952948A (en) * | 1972-05-22 | 1976-04-27 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Adhesively bonded rail joint |
| RU48329U1 (en) * | 2004-12-16 | 2005-10-10 | Общество с Ограниченной Ответственностью научно-производственное предприятие "Прикладные перспективные технологии - АпАТэК" (ООО НПП "АпАТэК") | ELECTRICALLY INSULATING ONE-PIECE RAIL BUTT JOINT |
| RU171213U1 (en) * | 2016-12-27 | 2017-05-24 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технологический испытательный центр АпАТэК-Дубна" | Metal composite overlay of Kleebolt insulating joint |
| RU173925U1 (en) * | 2016-12-27 | 2017-09-19 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технологический испытательный центр АпАТэК-Дубна" | Electrically insulating one-piece rail butt joint |
-
2017
- 2017-11-24 RU RU2017140904A patent/RU2671893C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3952948A (en) * | 1972-05-22 | 1976-04-27 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Adhesively bonded rail joint |
| RU48329U1 (en) * | 2004-12-16 | 2005-10-10 | Общество с Ограниченной Ответственностью научно-производственное предприятие "Прикладные перспективные технологии - АпАТэК" (ООО НПП "АпАТэК") | ELECTRICALLY INSULATING ONE-PIECE RAIL BUTT JOINT |
| RU171213U1 (en) * | 2016-12-27 | 2017-05-24 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технологический испытательный центр АпАТэК-Дубна" | Metal composite overlay of Kleebolt insulating joint |
| RU173925U1 (en) * | 2016-12-27 | 2017-09-19 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технологический испытательный центр АпАТэК-Дубна" | Electrically insulating one-piece rail butt joint |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU201989U1 (en) * | 2020-08-27 | 2021-01-26 | Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" | INSULATING RAIL JOINT |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104746392B (en) | A kind of novel high-strength high shear composite sleeper and preparation method thereof | |
| US20130056544A1 (en) | Low Noise Rail and Method of Manufacturing | |
| RU2671893C1 (en) | Electrically isolating non-convertible rail button joint | |
| CN101555674A (en) | Vibration damping composite rubber mat plate used under railway rail and preparation method thereof | |
| RU179653U1 (en) | Metal composite overlay of Kleebolt insulating joint | |
| RU179450U1 (en) | Electrically insulating one-piece rail butt joint | |
| AU2018334422B2 (en) | Composite rail joint end post | |
| RU171213U1 (en) | Metal composite overlay of Kleebolt insulating joint | |
| RU2671892C1 (en) | Metal-composite overlay of bonded-bolted insulated joint | |
| RU201989U1 (en) | INSULATING RAIL JOINT | |
| RU173925U1 (en) | Electrically insulating one-piece rail butt joint | |
| CA2753476C (en) | Composite rail joint end post | |
| CN204455726U (en) | A kind of novel high-strength high shear composite sleeper | |
| KR100858370B1 (en) | Pantograph of electrical railway using composite material | |
| RU2611295C1 (en) | Isolating rail joint | |
| JP2611804B2 (en) | Adhesive seam plate and rail seam adhesive and production method of in-situ seam using them | |
| JP4881057B2 (en) | Insulation plate for rail joint | |
| RU48329U1 (en) | ELECTRICALLY INSULATING ONE-PIECE RAIL BUTT JOINT | |
| US3335953A (en) | Molded plastic insulated joints | |
| JP5851171B2 (en) | Rail connection structure | |
| RU2409722C1 (en) | Insulating joint | |
| RU163717U1 (en) | INSULATING JOINT | |
| JP3315458B2 (en) | Rail joints | |
| CN211897613U (en) | Composite material sleeper applied to subway turnout area | |
| US20230110305A1 (en) | End Post Gap Fill Assembly |