Результат интеллектуальной деятельности: СТЫКОВОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СОЕДИНИТЕЛЬ

Изобретение относится к области путевого хозяйства железных дорог, в частности к техническим средствам, обеспечивающим повышение электрической проводимости рельсовых стыков на участках, оборудованных автоблокировкой.

Известен фартучный приварной стыковой соединитель, манжета которого представляет собой обойму с фартуком, выполненными из одной заготовки, у которого медный многожильный провод закрепляется в обойме манжеты с поперечной опрессовкой. Торец манжеты оплавляется вместе с находящимися в нем концами медного провода (Оводков Л.В. Модернизированный стыковой соединитель. Автоматика, телемеханика, связь, №3 1993, с.24-25).

Недостатком данного соединителя является ослабление крепления гибкого многожильного медного провода в манжете в процессе эксплуатации от воздействия вибрационных нагрузок, что приводит к нестабильному электрическому контакту провода с обоймой и, как следствие, увеличению электрического сопротивления. Кроме этого он не обеспечивает необходимую прочность сварного шва из-за малой толщины фартука, не позволяющей выполнять двухслойный сварной шов, в связи с чем в зоне приварки к головке рельса формируется неблагоприятная зона термического влияния, вызывающая отколы металла.

Наиболее близким по техническому решению является рельсовый стыковой соединитель, содержащий две трубчатые обоймы и размещенный внутри них гибкий многожильный провод, сплетенный из медных или омедненных стальных жил, при этом сторона обоймы, обращенная к рельсу, и привариваемые края противоположной стороны сплюснуты, а торцы обойм и концы гибкого провода выполнены скошенными вниз от привариваемых к рельсу краев и спрессованы с пластической деформацией жил гибкого провода, при этом в средней части обойм со стороны, противоположной сплюснутой стороне, выполнено сферическое вдавливание с раздачей жил гибкого троса к стенкам обойм (RU 41025).

К недостаткам данного технического решения относится недостаточная механическая прочность соединения многожильного провода соединителя с обоймой. Это обусловлено рядом причин технологического и конструктивного характера. Снижение механической прочности соединения приводит к увеличению переходного электрического сопротивления и, в конечном счете, к обрыву электрической цепи. Проведенный анализ отказов в работе соединителей позволяет сделать вывод о том, что нарушение контакта между гибким тросом и обоймой соединителя происходит, главным образом, после его установки в путь. Ослабление крепления гибкого троса в обойме в процессе эксплуатации при вибрационных воздействиях и за счет разогрева обоймы в процессе ее приварки к рельсу. В этом случае происходит деформация, ослабление усилия обжатия троса, а также поверхностное окисление контактирующих поверхностей отдельных нитей жил провода. Переходное сопротивление «трос-обойма», а следовательно, и полное сопротивление самого соединителя увеличивается, поэтому соединитель вскоре оказывается непригодным к работе.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении безопасности работы электрической цепи рельсовых стыков и повышении эксплуатационных свойств стыкового электрического соединителя.

Техническим результатом заявляемого изобретения является снижение переходного электрического сопротивления между наконечником и проводом, повышение механической прочности закрепления провода в наконечнике, снижение динамических нагрузок на приварное соединение наконечника к головке рельса.

Поставленная цель достигается стыковым электрическим соединителем, состоящим из многожильного, гибкого медного или сталемедного провода, закрепленного в наконечниках, присоединяемых к боковым поверхностям головки рельса, торцы наконечников выполнены скошенными, провод спрессован в наконечниках с пластической деформацией жил, при этом наконечник выполнен из меди или ее сплавов, в виде трубчатого элемента, а часть наконечника, не менее (0,5-0,6) длины, присоединяемая к боковым поверхностям головки рельса, сплющена до образования плоскости, смещенной относительно оси наконечника, имеет форму параллелограмма, в плоскости выполнено отверстие, часть наконечника, служащая для закрепления провода, внутри покрыта гидрофобной смазкой, а провод закреплен опрессовкой двумя поясами с шестигранным контуром, со степенью обжатия в поясах, обеспечивающих минимальное переходное электрическое сопротивление провод-наконечник, провод по продольной оси имеет омегообразную форму в плоскости, параллельной боковой поверхности головки рельса, присоединение наконечника к боковой поверхности головки рельса выполнено пайкой электродным элементом через отверстие в плоскости наконечника, при этом отверстие на (70-95)% площади занято электродным элементом, выполненным из материала, имеющего температуру плавления выше температуры плавления припоя.

Сплющенная часть наконечника на длину не менее (0,5-0,6) длины наконечника с образованием плоскости, имеющей форму трапеции, смещенной относительно оси наконечника, обеспечивает плотное прилегание к боковой поверхности головки рельса. Такое прилегание уменьшает попадание грязи и влаги под наконечник и его отрыв в процессе эксплуатации.

Климат оказывает существенное воздействие на устойчивую работу рельсовых соединителей. В результате атмосферной коррозии, а также загрязнения пылью и смазкой на контактах образуются окисные пленки. При наличии в атмосфере сернистых соединений образуются сернистые пленки. Образование некоторых пленок может привести к нарушению контакта в зоне «провод-наконечник». Необходимым условием для устойчивости работы рельсовых соединителей является предохранение их от попадания влаги, которая ведет к окислению их контактирующих поверхностей. Закрепление гибкого, многожильного провода внутри наконечника опрессовкой двумя поясами с шестигранным контуром позволяет получить максимально надежное соединение путем обеспечения достаточной плотности упаковки жил провода в месте опрессовки, при этом наличие гидрофобной смазки внутри наконечника позволяет защитить конец гибкого провода в месте контакта от агрессивного влияния окружающей среды, что в свою очередь обеспечивает стабильный электрический контакт на протяжении всего срока эксплуатации стыкового электрического соединителя.

В процессе эксплуатации соединитель подвергается различным механическим воздействиям. В средней своей части подвергается воздействию прутьев щеток снегоочистительных машин и другой путевой техники. Помимо этого, рельсовый стык является источником весьма интенсивных вибраций всех элементов пути, но наиболее интенсивным вибрациям подвергается рельс. Максимальные ускорения (в зависимости от места измерения и перехода колеса) достигают значения 200 g и более, где g - ускорение свободного падения. При таких ускорениях и при движении большегрузных поездов, когда возникают значительные смещения одного рельса по отношению к другому в вертикальной плоскости, которые в некоторых случаях могут превысить допустимую норму, появляются силы инерции от массы провода соединителя. Выполнение провода омегообразной формы по продольной оси и расположение его в плоскости, параллельной боковой поверхности головки рельса, приводит к уменьшению сил упругости при смещении одного рельса относительно другого.

Для паяных соединений наконечников рельсовых электрических соединителей с поверхностью рельсов, кроме прочности соединения, предъявляется еще ряд требований, таких как отсутствие образования мартенсита в месте пайки, минимальное электрическое соединение паяного соединения, виброустойчивость паяного соединения, способность соединения сохранять вышеперечисленные свойства при перепаде температур от +60 до -40°С, кроме этого, следует отметить, что процесс пайки необходимо вести практически к вертикальной плоскости. Пайка наконечника стыкового соединителя к боковой поверхности головки рельса осуществляется через отверстие в сплющенной части наконечника, посредством заполнения этого отверстия припоем с относительно низкой (от плюс 450 до плюс 800°С) температурой плавления, при этом отверстие на 70-95% площади занято электродным элементом, выполненным из материала, имеющего температуру плавления выше температуры плавления припоя. Такое соотношение площади отверстия и электродного элемента позволяет равномерно распределить материал припоя в соединении. Материал паяного шва сохраняет свои свойства до температуры -60°С. Компоненты припоя, флюса, продуктов их взаимодействия не вызывают коррозию паяного соединения и обеспечивают отсутствие образования мартенсита в месте пайки, минимальное электрическое соединение паяного соединения, виброустойчивость паяного соединения, способность соединения сохранять вышеперечисленные свойства при перепаде температур от +60 до -40°С

Стык является местом, где возрастают силы «угона» пути и возможно продвижение рельса в накладках. Таким образом, рельсовый стыковой соединитель подвергается различным деформациям в вертикальном и горизонтальном направлениях, поэтому он должен выдерживать не менее 34×10⁶ циклов прогибов рельса с амплитудой 10-15 мм.

Закрепление гибкого, многожильного провода внутри наконечника опрессовкой двумя поясами с шестигранным контуром выполнено с максимальной плотностью упаковки, обеспечивающей минимальное электрическое сопротивление между наконечником и проводом. Такое минимальное электрическое сопротивление сохраняется весь период работы соединителя за счет отсутствия окислительных процессов между отдельными жилами, жилами и поверхностью наконечника, что обеспечивается гидрофобной смазкой и пластической деформацией жил гибкого медного или сталемедного многожильного провода. В этом случае гибкий многожильный провод в месте опрессовки можно рассматривать как состоящий из отдельного прутка, что позволяет получить минимальное переходное электрическое сопротивление в зоне контакта «провод-наконечник». Кроме этого, закрепление гибкого многожильного провода внутри наконечника опрессовкой двумя поясами с шестигранным контуром, с максимальной плотностью упаковки до пластической деформации жил гибкого медного или сталемедного провода позволяет повысить прочность в месте соединения и в целом вибропрочность стыкового электрического соединителя. Все это в целом положительно сказывается на улучшении эксплуатационных свойств стыкового электрического соединителя.

Предложенное техническое решение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид рельсового стыка с установленным стыковым электрическим соединителем; на фиг.2 - разрез по сечению А-А фиг.1, на фиг.3 - форма наконечника, на фиг.4 - разрез по сечению Б-Б фиг.3, на фиг.5 - вид С на фиг.2.

Стыковой электрический соединитель содержит два медных наконечника 1 и 2 и закрепленный в них гибкий сталемедный провод 3 марки ПБСМЭ, при этом продольная ось сталемедного провода 3 имеет омегообразную форму в плоскости, параллельной боковым поверхностям головки рельса. Закрепление сталемедного провода в медном наконечнике происходит путем опрессовки двумя поясами 4 и 5 с шестигранным контуром. Пайку к боковой поверхности рельса выполняют через отверстие 6 в сплющенной части наконечника. Пайка осуществляется посредством заполнения этого отверстия припоем с относительно низкой (от плюс 450 до плюс 800°С) температурой плавления, при этом 70-95% площади отверстия занято электродным элементом 7, выполненным из материала, имеющего температуру плавления выше температуры плавления припоя. Материал припоя 8 заполняет все пространство между внутренней поверхность отверстия и внешней поверхностью электродного элемента. Стыковой электрический соединитель может быть изготовлен на любом машиностроительном предприятии. Изготовлена опытная партия соединителей для установки на железную дорогу.