RU2773738C1

RU2773738C1 - Bus mounting assembly of inter-throttle jumpers

Info

Publication number: RU2773738C1
Application number: RU2021127216A
Authority: RU
Inventors: Валерий Сергеевич Фадеев; Олег Викторович Штанов; Николай Михайлович Паладин
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью " Информационные Технологии " (Ооо "Инфотех")
Filing date: 2021-09-15
Publication date: 2022-06-08

Abstract

FIELD: track circuits.

SUBSTANCE: invention relates to devices of track circuits for passing traction current in the reverse track network with DC and AC electric current traction, as well as for connecting throttle transformers. The assembly includes a rigid mounting of the bus of the inter-throttle jumper on the seat of the chain node, a device providing increased heat transfer in the form of a passive radiator is made from the outer surface of the tire.

EFFECT: increase in the reliability of the bus mounting assembly of the inter-throttle jumper is achieved.

9 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к элементам аппаратуры железнодорожной автоматики и телемеханики, а именно к устройствам рельсовых цепей и предназначена для пропуска тягового тока в обратной рельсовой сети при электротяге постоянного и переменного тока, а также для подключения дроссель-трансформаторов. The invention relates to elements of equipment for railway automation and telemechanics, namely to devices of track circuits and is designed to pass traction current in the reverse rail network with direct and alternating current electric traction, as well as to connect choke-transformers.

Известны узлы крепления шин междроссельных перемычек, описанные в патентах RU 204551U1, RU 204551U1, RU 203243U1, RU 202792U1, RU 201986U1, представляющие собой изогнутые пластины из биметалла сталь-медь, полученного пайкой или накаткой, к которым приварены наконечники многожильных проводов. Known assemblies for fastening busbars of interthrottle jumpers described in patents RU 204551U1, RU 204551U1, RU 203243U1, RU 202792U1, RU 201986U1, which are curved plates of steel-copper bimetal obtained by soldering or knurling, to which the tips of stranded wires are welded.

Недостатком данных шин является нагрев элементов, возникающий из-за нагрева при прохождении электрического тока. В результате того, что часть напряжения уходит на нагрев элементов узла, происходят потери электроэнергии. Кроме того, нагрев негативно сказывается на прочностных характеристиках элементов узла и может привести к расплавлению места сварки наконечников многожильных проводов с шиной, а также к негативному изменению электротехнических характеристик элементов узла.The disadvantage of these tires is the heating of the elements, which occurs due to heating during the passage of an electric current. As a result of the fact that part of the voltage is spent on heating the elements of the assembly, power losses occur. In addition, heating has a negative effect on the strength characteristics of the assembly elements and can lead to melting of the welding point of the stranded wire tips with the bus, as well as to a negative change in the electrical characteristics of the assembly elements.

Дополнительно следует отметить, что в этих решениях частично устранены недостатки, возникающие при нагреве от прохождения электрического тока за счет биметаллической конструкции. Однако не учтены особенности соединения слоев биметалла, приводящие к недостаткам такой конструкции шины, за счет устранения которых можно дополнительно улучшить характеристики узла.Additionally, it should be noted that these solutions partially eliminated the disadvantages that arise during heating from the passage of electric current due to the bimetallic design. However, the features of the connection of the bimetal layers are not taken into account, leading to the disadvantages of such a tire design, by eliminating which it is possible to further improve the characteristics of the assembly.

Так, шины междроссельных перемычек имеют изгиб, который необходим для удобства соединения шины с дроссель-трансформатором. В месте изгиба возникает максимальное удельное электрическое сопротивление из-за деформации слоев металла (один слой растянут, второй сжат) и, вследствие этого, это место подвержено наибольшему нагреву при прохождении электрического тока. Кроме того, в месте изгиба шины появляются места расслоений, которые усиливают электрическое сопротивление. В процессе эксплуатации такое расслоение начинает увеличиваться из-за нагрева шины при прохождении электрического тока и одновременных внешних охлаждающих температурных воздействий (дождь, роса, холодная температура воздуха), а также из-за вибрации от проходящих составов. В местах расслоения накапливается влага, что вызывает корродирование стали. Это приводит не только к снижению прочностных, но и снижению электротехнических характеристик шины, т.к. в местах расслоений появляются воздушные прослойки и продукты окисления металлов.So, the busbars of the inter-choke jumpers have a bend, which is necessary for the convenience of connecting the busbar to the inductor-transformer. At the bending point, the maximum electrical resistivity occurs due to the deformation of the metal layers (one layer is stretched, the second is compressed) and, as a result, this place is subject to the greatest heating when an electric current passes. In addition, delaminations appear at the point of tire bending, which increase the electrical resistance. During operation, such delamination begins to increase due to heating of the tire during the passage of electric current and simultaneous external cooling temperature effects (rain, dew, cold air temperature), as well as due to vibration from passing trains. Moisture accumulates in the places of delamination, which causes corrosion of the steel. This leads not only to a decrease in strength, but also to a decrease in the electrical characteristics of the tire, tk. in places of delamination, air layers and oxidation products of metals appear.

Описанные негативные неконтролируемые факторы не позволяют провести объективный расчёт электротехнических характеристик шины и заложить гарантированный ресурс работы междроссельных перемычек, и, следовательно, увеличить интервал инспекционного контроля, а невозможность визуального наблюдения внутренних негативных процессов в шине создает риски неконтролируемого выхода узла из строя.The described negative uncontrollable factors do not allow to carry out an objective calculation of the electrical characteristics of the bus and lay a guaranteed service life of the inter-choke jumpers, and, therefore, increase the interval of inspection control, and the impossibility of visual observation of internal negative processes in the bus creates risks of uncontrolled node failure.

Следует отметить и другие негативные аспекты указанных известных решений. Other negative aspects of these well-known solutions should also be noted.

В известных решениях при соединении слоев на контактирующих поверхностях остаются окислы, которые ухудшают связь между слоями, негативно влияют на долговечность и стабильность электротехнических характеристик шин. In known solutions, when connecting layers, oxides remain on the contact surfaces, which worsen the connection between the layers, negatively affect the durability and stability of the electrical characteristics of the tires.

Кроме того, при приваривании наконечников многожильных проводов происходит сильный нагрев, который приводит к деформации и вспучиванию слоев по отношению друг к другу, т.к. у материалов слоев разные коэффициенты линейного термического расширения. Это может приводить к появлению расслоения и воздушной прослойке между слоями. In addition, when welding the tips of stranded wires, strong heating occurs, which leads to deformation and swelling of the layers relative to each other, because. layer materials have different coefficients of linear thermal expansion. This can lead to delamination and an air gap between the layers.

Задача, на решение которой направлена заявленное изобретение, является создание узла, в котором будут устранены недостатки известных решений.The task to be solved by the claimed invention is the creation of a node in which the shortcomings of the known solutions will be eliminated.

Технические результаты, которые достигаются заявленным решением, заключаются в снижении потерь электроэнергии, повышению надежности узла и обеспечению стабильности расчетных электротехнических характеристик.The technical results achieved by the claimed solution are to reduce power losses, increase the reliability of the node and ensure the stability of the calculated electrical characteristics.

Заявленные технические результаты достигаются узлом крепления шины междроссельных перемычек, включающем жесткое крепление шины междроссельной перемычки на посадочном месте узла цепи. Согласно изобретению с внешней поверхности шины выполнено устройство, обеспечивающее увеличенную теплоотдачу. The claimed technical results are achieved by the fastening of the inter-throttle jumper bus, including the rigid fastening of the inter-throttle jumper bus on the seat of the circuit assembly. According to the invention, a device providing increased heat transfer is made from the outer surface of the tire.

Устройство, обеспечивающее увеличенную теплоотдачу, выполнено в виде пассивного радиатора.The device that provides increased heat transfer is made in the form of a passive radiator.

Пассивный радиатор выполнен за единое целое с шиной.The passive radiator is made in one piece with the tire.

Пассивный радиатор выполнен в виде отельного элемента и неразъемно прикреплен к шине.The passive radiator is made in the form of a separate element and is permanently attached to the tire.

Пассивный радиатор выполнен в виде отельного элемента и прикреплен к шине механическим креплением.The passive radiator is made in the form of a separate element and is attached to the tire with a mechanical fastener.

Шина выполнена П-образной, а устройства, обеспечивающее увеличенную теплоотдачу, выполнены с каждой внешней стороны шины.The tire is U-shaped, and devices providing increased heat transfer are made on each outer side of the tire.

Шина выполнена биметаллической и представляет собой изогнутую пластину, первый слой которой выполнен из металла с низким удельным электрическим сопротивлением, а второй слой выполнен несущим из металла с пределом прочности при растяжении не ниже 300 МПа, причем соединение слоев осуществлено на межатомном уровне.The tire is made bimetallic and represents a curved plate, the first layer of which is made of metal with low electrical resistivity, and the second layer is made of metal with a tensile strength of at least 300 MPa, and the layers are connected at the interatomic level.

Соединение слоев получено путем сваривания взрывом или путем диффузионной сварки.The connection of the layers is obtained by explosion welding or by diffusion welding.

Первый слой выполнен из меди или алюминия или серебра, а второй слой выполнен из стали.The first layer is made of copper or aluminum or silver and the second layer is made of steel.

Фиг.1 – пример узла крепления биметаллической шины для междроссельных перемычек, изгиб которой выполнен с образованием Г-образной формы шины с направлением слоя с низким электрическим сопротивлением и высокой электрической проводимостью с внутренней стороны загиба и креплением радиатора механическим способом (разрез).Fig.1 is an example of a fastening unit for a bimetallic busbar for inter-throttle jumpers, the bend of which is made to form an L-shaped busbar with a layer with low electrical resistance and high electrical conductivity directed from the inside of the bend and the heatsink is fixed mechanically (section).

Фиг.2 – пример узла, вид сверху на пассивный радиатор.Figure 2 is an example of a node, a top view of a passive radiator.

Фиг.3 – пример биметаллической шины, изгиб которой выполнен с образованием П-образной формы шины с направлением слоя с низким электрическим сопротивлением и высокой электрической проводимостью во внутрь паза (разрез, радиаторы и элементы крепления узла не показаны).Fig.3 is an example of a bimetallic bus, the bend of which is made to form a U-shaped bus with the direction of the layer with low electrical resistance and high electrical conductivity inside the groove (the section, radiators and fastening elements of the assembly are not shown).

Осуществляется заявленное изобретение следующим образом.The claimed invention is carried out as follows.

Узел крепления шины междроссельных перемычек представляет собой жесткое крепление шины междроссельной перемычки 1 на посадочном месте узла цепи. При монтаже узла сверху на шину 1, например, устанавливают устройство, обеспечивающее увеличенную теплоотдачу 2, например, пассивный радиатор, путем его крепления механическим способом, например, теми же болтами, которыми крепиться шина 1, или дополнительными резьбовыми или иными средствами механического крепления. Такой радиатор можно выполнить на поверхности шины 1 как единое с ней целое, например штамповкой, что позволяют свойства металла шины 1. Такой радиатор можно выполнить отдельно от шины 1, но неразъмно прикрепить к ней, например, клеем, сваркой и тп. За счет этого достигается увеличение поверхности теплоотдачи узла, например, за счет ребер или иной разветвленной поверхности радиатора и снижается нагрев шины 1 при прохождении эклектического тока. Это способствует снижению потерь электроэнергии за счет уменьшения электрического сопротивления металла элементов узла, которое значительно возрастает при нагреве металла. К примеру, при 20°С значение удельного сопротивления углеродистой стали находится в диапазоне от 13 10 -8 (для стали 08КП) до 20 10 -8 Ом•м (для У12). При нагревании до температур более 1000°С способность углеродистых сталей проводить электрический ток сильно снижается. Величина сопротивления возрастает на порядок и может достигать значения 130 10-8 Ом•м. The fastening unit of the inter-throttle jumper bus is a rigid fastening of the inter-throttle jumper bus 1 on the seat of the circuit assembly. When mounting the assembly from above on the bus 1, for example, a device is installed that provides increased heat transfer 2, for example, a passive radiator, by fixing it mechanically, for example, with the same bolts that fasten the bus 1, or with additional threaded or other means of mechanical fastening. Such a radiator can be made on the surface of the tire 1 as a whole with it, for example, by stamping, which allows the properties of the metal of the tire 1. Such a radiator can be made separately from the tire 1, but permanently attached to it, for example, with glue, welding, etc. Due to this, an increase in the heat transfer surface of the node is achieved, for example, due to ribs or another branched surface of the radiator, and the heating of the bus 1 is reduced during the passage of an eclectic current. This helps to reduce power losses by reducing the electrical resistance of the metal of the assembly elements, which increases significantly when the metal is heated. For example, at 20°C, the value of the specific resistance of carbon steel is in the range from 13 10 -8 (for steel 08KP) to 20 10 -8 Ohm•m (for U12). When heated to temperatures above 1000°C, the ability of carbon steels to conduct electric current is greatly reduced. The resistance value increases by an order of magnitude and can reach the value of 130 10-8 Ohm•m.

Кроме того, снижение температуры материала исключает плавление и иные деформации, что сказывается на надежности и долговечности узла, т.к. на узел воздействуют вибрация, термические деформации и иные растягивающие материал усилия, которые могут привести к изменению геометрических размеров, механических и электротехнических характеристик элементов узла в нагретом состоянии. Кроме того, такая конструкция узла позволяет расширить сферу применения до мест с возможными резкими перепадами внешних температур от высокой положительной днем до существенной отрицательной ночью или в следствие резкого изменения погодных условий, например в приморских районах.In addition, a decrease in the temperature of the material eliminates melting and other deformations, which affects the reliability and durability of the assembly, because the assembly is affected by vibration, thermal deformations and other material tensile forces, which can lead to a change in the geometric dimensions, mechanical and electrical characteristics of the assembly elements in a heated state. In addition, this design of the unit allows you to expand the scope to places with possible sudden changes in external temperatures from high positive during the day to a significant negative at night or as a result of a sharp change in weather conditions, for example, in coastal areas.

Стоит отметить, что пассивный тип устройств для теплоотвода 2 наиболее предпочтителен в силу своей надежности, долговечности, простоты и эффективности для данного узла с учетом условий его эксплуатации и различного уровня квалификации монтажников и обслуживающего персонала.It should be noted that the passive type of devices for heat sink 2 is most preferable due to its reliability, durability, simplicity and efficiency for this unit, taking into account its operating conditions and the different skill levels of installers and maintenance personnel.

Следует также отметить, что дополнительно можно усилить заявленные результаты, если шина 1 выполнена из биметалла, в котором соединение контактируемых поверхностей первого и второго слоев осуществляют на межатомном уровне.It should also be noted that the claimed results can be additionally strengthened if the tire 1 is made of bimetal, in which the connection of the contact surfaces of the first and second layers is carried out at the interatomic level.

В случае с П-образной шиной устройства, обеспечивающие увеличенную теплоотдачу 2, выполняются или прикрепляются с каждой внешней стороны шины 1 (на чертеже не показано).In the case of a U-shaped tire, devices that provide increased heat transfer 2 are made or attached to each outer side of the tire 1 (not shown in the drawing).

Также следует отметить, что улучшить заявленные технические результаты, заключающиеся в снижении потерь электроэнергии, повышению надежности узла и обеспечению стабильности расчетных электротехнических характеристик.It should also be noted that to improve the claimed technical results, which are to reduce power losses, increase the reliability of the node and ensure the stability of the calculated electrical characteristics.

Биметаллическая шина 1 для междроссельных перемычек, представляет собой изогнутую пластину, первый слой 3 которой выполнен из металла с низким удельным электрическим сопротивлением (в рамках настоящий заявки под низким удельным электрическим сопротивлением металла понимаются металлы с удельным электрическим сопротивлением 0,015-0,029 Ом•мм2/м), а второй слой 4 выполнен несущим из металла с пределом прочности при растяжении не ниже 300 МПа Соединение контактируемых поверхностей первого 3 и второго 4 слоев осуществлено на межатомном уровне. В рамках настоящей заявки соединение слоев осуществлено на межатомном уровне следует понимать как взаимное проникновение атомов металлов приконтактных слоев друг в друга с созданием промежуточного слоя по меньшей мере на превалирующей площади контакта слоев. Это позволяет достичь образования надежного неразъемного соединения между слоями металла. Bimetallic bus 1 for inter-choke jumpers, is a curved plate, the first layer 3 of which is made of metal with low electrical resistivity (in the framework of this application, low electrical resistivity of metal refers to metals with a specific electrical resistance of 0.015-0.029 Ohm•mm2/m) , and the second layer 4 is made of metal with a tensile strength of at least 300 MPa. The connection of the contact surfaces of the first 3 and second 4 layers is carried out at the interatomic level. In the framework of this application, the connection of the layers is carried out at the interatomic level should be understood as the mutual penetration of the metal atoms of the near-contact layers into each other with the creation of an intermediate layer at least on the prevailing contact area of the layers. This allows to achieve the formation of a reliable one-piece connection between the metal layers.

Затем пластину изгибают на заданный угол до образования П-образной или Г-образной формы. За счет того, что слои 3 и 4 соединены между собой неразъемно при изгибе, особенно при создании П-образной формы, не происходит расслоения в месте изгиба. Then the plate is bent at a predetermined angle until a U-shaped or L-shaped shape is formed. Due to the fact that layers 3 and 4 are interconnected inseparably during bending, especially when creating a U-shape, there is no delamination at the bend.

В качестве первого слоя 3 могут быть использованы медь, серебро, алюминий и тп., а в качестве второго несущего слоя 4 может использована, например, сталь с содержанием углерода менее 0,3%.As the first layer 3, copper, silver, aluminum, and the like can be used, and as the second carrier layer 4, for example, steel with a carbon content of less than 0.3%.

Затем к пластине приваривают наконечники многожильных проводов 5. В силу того, что в приконтактных слоях произошло взаимное межмолекулярное проникновение атомов разнородных материалов, создается слой переходной зоны с усредненным коэффициентом линейного термического расширения, что практически исключает вспучивание слоев по отношению друг к другу при сильном температурном воздействии при сварке.Then, lugs of stranded wires 5 are welded to the plate. Due to the fact that mutual intermolecular penetration of atoms of dissimilar materials occurred in the near-contact layers, a layer of the transition zone is created with an average coefficient of linear thermal expansion, which practically eliminates the swelling of the layers relative to each other under a strong temperature effect. when welding.

Кроме того, как уже указывалось выше, при эксплуатации шины 1 в месте изгиба возникает максимальное электрическое сопротивление материалов из-за деформации слоев металла (один слой растянут, другой сжат). В результате этого в этом месте происходит максимальный нагрев при прохождении электрического тока. Однако, за счет сцепления слоев на молекулярном уровне и отсутствию мест расслоений, влияние внешних охлаждающих температурных воздействий (дождь, роса, холодная температура воздуха), а также вибраций от проходящих составов, не сказывается негативно на долговечности шины 1, позволяет получить стабильные во времени расчётные электротехнические характеристики и устранить риск неконтролируемого выхода узла из строя.In addition, as already mentioned above, during the operation of tire 1 at the bend, the maximum electrical resistance of materials occurs due to deformation of the metal layers (one layer is stretched, the other is compressed). As a result of this, maximum heating occurs in this place during the passage of electric current. However, due to the adhesion of the layers at the molecular level and the absence of delaminations, the influence of external cooling temperature effects (rain, dew, cold air temperature), as well as vibrations from passing trains, does not negatively affect the durability of tire 1, allows you to obtain time-stable calculated electrical characteristics and eliminate the risk of uncontrolled node failure.

Следует также отметить и дополнительные преимущества, позволяющие повысить надежность шины 1, ее долговечность и получить стабильные во времени расчётные электротехнические характеристики, тем самым усилить заявленные результаты.It should also be noted that there are additional advantages that make it possible to increase the reliability of tire 1, its durability and obtain stable design electrical characteristics over time, thereby strengthening the declared results.

Так, при соединении слоев путем сваривания взрывом окисные пленки и другие поверхностные загрязнения дробятся и уносятся из зоны соединения. Это позволяет получить чистые контактирующие поверхности слоев, чистый внутренний усредненный слой, а значить более надежное соединение и стабильные во времени расчётные электротехнические характеристики. Thus, when layers are joined by explosion welding, oxide films and other surface contaminants are crushed and carried away from the joint zone. This allows you to get clean contact surfaces of the layers, a clean inner averaged layer, and therefore a more reliable connection and stable over time calculated electrical characteristics.

Такое же преимущество можно достичь и при соединении слоев путем диффузионной сварки. За счет вакуумной среды, при которой происходит сцепление слоев, предотвращается образование окисных пленок на поверхностях заготовок. Это также позволяет получить чистые контактирующие поверхности слоев, чистый внутренний усредненный слой, а значить более надежное соединение и стабильные во времени расчётные электротехнические характеристики.The same advantage can be achieved by joining the layers by diffusion welding. Due to the vacuum environment in which the adhesion of the layers occurs, the formation of oxide films on the surfaces of the workpieces is prevented. This also makes it possible to obtain clean contact surfaces of the layers, a clean inner averaged layer, and therefore a more reliable connection and stable electrical design characteristics over time.

Дополнительно стоит отметить еще одно преимущество, усиливающее заявленные технические результаты при соединении слоев путем сваривания взрывом или диффузионной сварки. В этих случаях образуется промежуточный слой с усредненными характеристиками. Это позволяет получить более стабильные электротехнические и прочностные характеристики в месте перехода из слоя в слой.In addition, it is worth noting another advantage that enhances the claimed technical results when connecting the layers by explosion welding or diffusion welding. In these cases, an intermediate layer with average characteristics is formed. This makes it possible to obtain more stable electrical and strength characteristics at the transition point from layer to layer.

Claims

1. Mounting unit of the inter-throttle jumper bus, including rigid fastening of the inter-throttle jumper bus on the seat of the circuit assembly, characterized in that a device providing increased heat transfer is made from the outer surface of the bus.

2. The unit according to claim 1, characterized in that the device providing increased heat transfer is made in the form of a passive radiator.

3. The node according to claim 2, characterized in that the passive radiator is made integral with the bus.

4. The node according to claim 2, characterized in that the passive radiator is made in the form of a separate element and is permanently attached to the tire.

5. The node according to claim 2, characterized in that the passive radiator is made in the form of a separate element and is attached to the tire by a mechanical fastener.

6. The node according to claim 1, characterized in that the tire is U-shaped, and the device providing increased heat transfer is made on each outer side of the tire.

7. The node according to claim 1, characterized in that the tire is made bimetallic and is a curved plate, the first layer of which is made of a metal with low electrical resistivity, and the second layer is made of a carrier metal with a tensile strength of at least 300 MPa, moreover, the layers are connected at the interatomic level.

8. The node according to claim 7, characterized in that the connection of the layers is obtained by explosion welding or by diffusion welding.

9. The node according to claim 7 or 8, characterized in that the first layer is made of copper, or aluminum, or silver, and the second layer is made of steel.