RU2301291C2

RU2301291C2 - Insert for insulated rail joint

Info

Publication number: RU2301291C2
Application number: RU2005128155/11A
Authority: RU
Inventors: Валерий Сергеевич Фадеев (RU); Валерий Сергеевич Фадеев; Александр Иванович Каменев (RU); Александр Иванович Каменев; Борис Яковлевич Мокрицкий (RU); Борис Яковлевич Мокрицкий; Виктор Степанович Аркатов (RU); Виктор Степанович Аркатов; Владимир Николаевич Сазонов (RU); Владимир Николаевич Сазонов; Юрий Викторович Аркатов (RU); Юрий Викторович Аркатов
Original assignee: Юрий Викторович Аркатов; Виктор Степанович Аркатов; Александр Иванович Каменев; Борис Яковлевич Мокрицкий; Владимир Николаевич Сазонов; Валерий Сергеевич Фадеев
Priority date: 2005-09-09
Filing date: 2005-09-09
Publication date: 2007-06-20
Also published as: RU2005128155A

Abstract

FIELD: railway transport; permanent way.

SUBSTANCE: proposed insert for insulated rail joint is made of material with low magnetic permeability. Insert in cross section has form similar to form of adjacent rails to be butt joined and it is made of composite material with electric insulating layer or layers and with preset gradient of modulus of permeability and modulus of elasticity over length of insert. Insert of to be mounted between ends of adjacent rails in form of ready made block.

EFFECT: improved reliability of insulated rail joint.

11 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, в частности к верхнему строению пути и может быть использовано в электрических рельсовых цепях железнодорожного транспорта.The invention relates to the field of railway transport, in particular to the upper structure of the track and can be used in electric rail chains of railway transport.

Из а.с. СССР №1664942, 1991 г. известно, что для создания изолирующего рельсового стыка между торцами смежных стыкуемых типовых рельсов вставляют группу электроизолирующих прокладок и вкладыш между ними, причем высота вкладыша и прокладок различны, а вкладыш выполнен из немагнитного или слабомагнитного материала.From A.S. USSR No. 1664942, 1991, it is known that to create an insulating rail joint between the ends of adjacent mating typical rails insert a group of insulating gaskets and a liner between them, and the height of the liner and gaskets are different, and the liner is made of non-magnetic or weakly magnetic material.

Недостатком такого технического решения является низкая надежность изолирующего стыка из-за слабой защиты от образования электропроводных мостиков, состоящих из образующихся металлических частиц.The disadvantage of this technical solution is the low reliability of the insulating joint due to poor protection against the formation of electrically conductive bridges consisting of metal particles formed.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности изолирующего стыка (далее - изостыка) за счет:The technical result of the invention is to increase the reliability of the insulating junction (hereinafter - isostyka) due to:

- применения специального композиционного материала, обеспечивающего одновременно необходимые для изостыка свойства, а именно: снижение магнитопроводности изостыка для исключения образования металлических мостиков; обеспечение электроизоляции на требуемом уровне; обеспечение несущей способности требуемого уровня для пропуска подвижных составов;- the use of a special composite material that simultaneously provides the properties necessary for the isostike, namely: a decrease in the isostic magnet conductivity to prevent the formation of metal bridges; providing electrical insulation at the required level; providing the bearing capacity of the required level for the passage of rolling stock;

- исполнения изостыка как сборного, т.е. содержащего типовые смежные стыкуемые рельсы и вкладыш между ними, профиль которого соответствует профилю рельсов, а материал обеспечивает указанные выше свойства, причем вкладыш монтируется в изостык в виде готового блока между концами стыкуемых типовых рельсов либо собирается по месту установки изостыка, например с применением сварки, удерживается в изостыке рельсовыми накладками.- execution isostyk as a precast, i.e. containing typical adjacent mating rails and a liner between them, the profile of which corresponds to the profile of the rails, and the material provides the above properties, and the liner is mounted in the isostock in the form of a finished block between the ends of the joined standard rails or is collected at the installation site of the isostike, for example, using welding, is held in isostyk with rail overlays.

Таким образом, предлагаемый вкладыш, как и вкладыш по прототипу, содержит материал, влияющий на электрические и магнитные свойства изостыка, при этом сам является составной частью изостыка, представляет собой самостоятельный готовый блок, который либо вставляется в изостык, либо собирается по месту сборки изостыка. При этом вкладыш выполнен из композиционного материала, сочетающего в себе требуемые физико-механические, электроизоляционные и магнитные свойства, совокупность которых достигается за счет изменения по длине объекта модуля упругости (как наиболее структурно-чувствительного и хорошо измеряемого параметра).Thus, the proposed liner, as well as the liner of the prototype, contains material that affects the electrical and magnetic properties of the isostike, while it itself is an integral part of the isostike, it is an independent ready-made block that is either inserted into the isostick or assembled at the site of assembly of the isostike. In this case, the insert is made of composite material that combines the required physicomechanical, electrical insulation and magnetic properties, the combination of which is achieved by changing the elastic modulus along the length of the object (as the most structurally sensitive and well-measured parameter).

В том числе заявляемый вкладыш может быть частично или полностью по своему контуру, аналогичному контуру типовых рельсов, снабжен дополнительно электроизоляционным композиционным материалом, выполняющим заодно роль защитного покрытия.Including the claimed liner may be partially or completely in its contour, similar to the contour of typical rails, is equipped with an additional electrical insulating composite material, which at the same time plays the role of a protective coating.

На фиг.1 представлена схема изостыка с вкладышем, монтируемым в стык в виде готового блока, и графики изменения его магнитных и физико-механических свойств. На фиг.2 представлена аналогичная схема изостыка с вкладышем, собираемым на месте монтажа изостыка, на фиг.3 - схема взаимодействия с рельсовыми накладками.Figure 1 presents a diagram of the isostike with a liner mounted in the joint in the form of a finished block, and graphs of changes in its magnetic and physico-mechanical properties. Figure 2 presents a similar diagram of the isostike with a liner, assembled at the site of installation of the isostic, figure 3 is a diagram of the interaction with the rail plates.

Вкладыш 1 выполнен длиной L и в поперечном сечении аналогичен профилю смежных стыкуемых типовых рельсов 2. Между рельсами 2 он удерживается с помощью типовых электроизоляционных рельсовых накладок 3. Между рельсами 2 и вкладышем 1 допустим некоторый воздушный зазор Δ.The liner 1 is made of length L and in cross section is similar to the profile of adjacent mating type rails 2. Between the rails 2 it is held using standard insulating rail plates 3. Between the rails 2 and the liner 1 we allow some air gap Δ.

Вкладыш 1 представляет собой готовый для монтажа блок, выполнен из композиционного материала, свойства которого переменны по длине L вкладыша. Например, его крайние части 4 обладают необходимым (до 0,5 кОм) уровнем электроизоляционных свойств с той целью, чтобы обеспечить разрыв электрической рельсовой цепи. Центральная часть 5 вкладыша обладает пониженной (по отношению к рельсам 2) магнитной проницаемостью.The insert 1 is a block ready for installation made of a composite material whose properties are variable along the length L of the insert. For example, its extreme parts 4 have the necessary (up to 0.5 kOhm) level of electrical insulating properties in order to ensure that the electric rail circuit is broken. The central part 5 of the liner has a reduced (relative to the rails 2) magnetic permeability.

Центральная часть 5 и крайние части 4 вкладыша обеспечивают в заданном ресурсе пропуск подвижных составов без разрушения вкладыша.The central part 5 and the outer parts 4 of the liner provide the passage of rolling stock in a given resource without destroying the liner.

Сочетание электрических, магнитных и физико-механических свойств вкладыша обеспечивается свойствами используемых композиционных материалов, например, центральная часть 5 выполнена из маломагнитных сталей типа АК, а крайние части 1 - из металлокерамических сплавов, либо оксидных керамик группы ВОК или группы В. Соединение центральной и крайних частей между собой возможно за счет современных металлургических процессов (припекание, газостатическое прессование и т.д.) или за счет применения клеящих составов.The combination of electrical, magnetic and physical and mechanical properties of the liner is ensured by the properties of the composite materials used, for example, the central part 5 is made of AK low-magnetic steels, and the extreme parts 1 are made of cermet alloys or oxide ceramics of the VOK group or group B. Connection of the central and extreme parts between themselves is possible due to modern metallurgical processes (baking, gas-static pressing, etc.) or through the use of adhesives.

Управление градиентом свойств по длине вкладыша возможно за счет его изготовления из порошковых материалов методами порошковой металлургии либо методом сборки из отдельно изготовленных частей. Важно выбрать тот параметр, который бы позволял осуществить контроль градиента свойств. Для этого приемлемы разные параметры материала, в данном случае выбран модуль упругости Е, т.к.:The control of the gradient of properties along the length of the liner is possible due to its manufacture from powder materials by powder metallurgy methods or by the method of assembly from separately manufactured parts. It is important to choose the parameter that would allow you to control the gradient of properties. For this, different material parameters are acceptable, in this case, the elastic modulus E is selected, because:

- для его измерения существуют типовые приборы и методики;- for its measurement, there are standard instruments and techniques;

- он наиболее структурно чувствителен, т.е. величина модуля упругости Е наиболее чувствительна к изменению структуры материала вкладыша (а именно структурой композиционного материала вкладыша в данном решении достигается совокупность требуемых свойств: электроизоляция, магнитопроницаемость μ и несущая способность, т.е. прочность материала, косвенно выражаемая через модуль упругости Е) и опосредованно характеризует доменную структуру, т.е. магнитные свойства.- it is most structurally sensitive, i.e. the value of the elastic modulus E is most sensitive to changes in the structure of the material of the liner (namely, the structure of the composite material of the liner in this solution achieves the set of required properties: electrical insulation, magneto-permeability μ and load-bearing capacity, i.e. material strength indirectly expressed through the elastic modulus E) and indirectly characterizes the domain structure, i.e. magnetic properties.

Изготовленный таким образом в заводских условиях вкладыш 1 поставляют на место монтажа изостыка. Рельсовый зазор разгоняют (технологический прием раздвигания рельсов) на величину от L до L₁, вкладыш вставляют в рельсовый зазор, с обеих сторон устанавливают электроизолирующие рельсовые накладки 3 и скрепляют ими вкладыш 1 и рельсы 2 посредством установки и затяжки рельсовых болтов 6. Изостык к работе готов. Его работа с вкладышем 1 состоит в следующем.The liner 1 thus manufactured in the factory is delivered to the installation site of the isostub. The rail gap is dispersed (the technological method of expanding the rails) by an amount from L to L ₁ , the insert is inserted into the rail gap, the insulating rail plates 3 are installed on both sides and the insert 1 and the rails 2 are fastened by installing and tightening the rail bolts 6. Izostyk to work ready. His work with insert 1 is as follows.

Колесо подвижного состава прокатывается по вкладышу 1 без нарушения кинематики движения, т.к. профиль вкладыша аналогичен профилю рельсов 2. Удержание вкладыша накладками (а также расположение вкладыша на шпале) обеспечивает восприятие нагрузки от колесной пары. Физико-механические свойства вкладыша не только достаточны для восприятия этих нагрузок, их градиент по длине вкладыша позволяет:The rolling wheel is rolled along the liner 1 without violating the kinematics of motion, because the profile of the liner is similar to the profile of the rails 2. Holding the liner linings (as well as the location of the liner on the rail) provides the perception of the load from the wheelset. The physicomechanical properties of the liner are not only sufficient to absorb these loads, their gradient along the length of the liner allows you to:

- снизить динамику нагружения пары "рельс-колесо" в силу определенным образом изменяющейся упругости материала вкладыша;- to reduce the dynamics of loading a pair of "rail-wheel" due to a certain way of changing the elasticity of the material of the liner;

- снизить уровень ударного воздействия (следовательно величину наклепа принимающего торца рельса 2 и, соответственно, доменную структуру материала рельса 2) на принимающий колесо конец рельса 2. Это достигается соотношением величин ΔE₁ и ΔЕ₂ по отношению к модулю упругости материала рельсов 2.- reduce the level of impact (hence, the hardening of the receiving end of the rail 2 and, accordingly, the domain structure of the material of the rail 2) on the receiving wheel, the end of the rail 2. This is achieved by the ratio of ΔE ₁ and ΔЕ ₂ with respect to the elastic modulus of the material of the rails 2.

Наличие электроизоляционных участков 4 позволяет осуществить разрыв электрической рельсовой цепи при необходимом уровне электрического сопротивления изостыка.The presence of insulating sections 4 allows you to break the electric rail circuit with the required level of electrical resistance of the isostike.

Градиент магнитных свойств обеспечивает снижение магнитной проницаемости на некоторую величину Δμ, а сам факт разнесения торцев рельсов 2 на некоторую величину L снижает напряженность магнитного поля в изостыке, что препятствует образованию электрических мостиков из металлических продуктов трения пары "рельс-колесо" либо существенно снижает вероятность образования таких мостиков.The gradient of magnetic properties ensures a decrease in the magnetic permeability by a certain value of Δμ, and the fact of the separation of the ends of the rails 2 by a certain amount of L reduces the magnetic field strength in the isostike, which prevents the formation of electric bridges from metal friction products of the rail-wheel pair or significantly reduces the likelihood of formation such bridges.

Вариант исполнения вкладыша представлен на фиг.2: конструкция вкладыша повышает несущую способность изостыка и снижает потребность в рельсовых накладках. Такой вкладыш также является композиционным, но его электроизоляционная часть 4 помещена в центре вкладыша. В силу этого другая часть вкладыша разделена частью 4 на две крайние части 5.1 и 5.2, которые соединены (например, сварены, склеены и т.д.) с рельсами 2. Части 5.1 и 5.2 (вместе с 4) разделены зазором Δ или соединены без зазора.An embodiment of the liner is presented in figure 2: the design of the liner increases the bearing capacity of the isostike and reduces the need for rail plates. Such an insert is also composite, but its electrical insulating part 4 is placed in the center of the insert. Because of this, the other part of the liner is divided by part 4 into two extreme parts 5.1 and 5.2, which are connected (for example, welded, glued, etc.) to the rails 2. Parts 5.1 and 5.2 (together with 4) are separated by a gap Δ or connected without clearance.

Соединение частей 5.1 и 5.2 с рельсами 2 (или их мерными кусками) может быть произведено сваркой в заводских условиях или в полевых условиях (т.е. по месту монтажа изостыка). В последнем случае может быть использована алюмотермитная сварка. В любом из вариантов соединение 8 должно быть высокопрочным и не искажать профиль рельса и вкладыша.The connection of parts 5.1 and 5.2 with rails 2 (or their measured pieces) can be made by welding in the factory or in the field (i.e. at the place of installation of the islet). In the latter case, aluminothermic welding can be used. In any of the options, the connection 8 should be high strength and not distort the profile of the rail and liner.

Для такого изготовления и конструкции вкладыша применимы те же материалы, что показаны для вкладыша, представленного на фиг.1, но это позволяет получить иной характер изменения градиента магнитных (Δμ₁, Δμ₂) и физико-механических (ΔE₁, ΔЕ₂) свойств и, следовательно, получить иную закономерность расположения (скопления) металлических продуктов в зоне изостыка.For such a manufacture and design of the liner, the same materials are applicable as shown for the liner shown in Fig. 1, but this allows a different nature of the gradient of the magnetic (Δμ ₁ , Δμ ₂ ) and physico-mechanical (ΔE ₁ , ΔE ₂ ) properties to be obtained. and, therefore, to obtain a different pattern of location (accumulation) of metal products in the isostomy zone.

Достижение технического результата можно обеспечить также за счет повышения электроизоляции вкладыша в целом и в том числе за счет повышения износостойкости его поверхности катания. Для этого на части контура вкладыша или по всему его контуру наносят тонкий (до 10 мкм) слой электроизоляционного высокопрочного материала, например, оксида алюминия. Наличие такого слоя на поверхности катания вкладыша повысит его износостойкость и в том числе несущую способность. Наличие такого слоя на остальных участках вкладыша в том числе повышает его защиту от агрессивного воздействия окружающей среды.The achievement of the technical result can also be achieved by increasing the electrical insulation of the liner as a whole, and also by increasing the wear resistance of its rolling surface. To do this, a thin (up to 10 μm) layer of an insulating high-strength material, for example, aluminum oxide, is applied to part of the liner contour or along its entire contour. The presence of such a layer on the rolling surface of the liner will increase its wear resistance, including bearing capacity. The presence of such a layer in the remaining sections of the liner, including increases its protection from aggressive environmental influences.

Величины градиента магнитной проницаемости и градиента модуля упругости отражены на графиках, приведенных на фиг.1 и 2, из которых следует:The magnitude of the magnetic permeability gradient and the elastic modulus gradient are shown in the graphs shown in figures 1 and 2, from which it follows:

а) градиент может быть нулевым и постоянным по всей длине, но величина магнитной проницаемости и модуля упругости может быть иная, чем у материала рельса;a) the gradient can be zero and constant over the entire length, but the magnitude of the magnetic permeability and elastic modulus can be different than that of the rail material;

б) градиент может быть постоянным или переменным на конкретных участках длины вкладыша;b) the gradient can be constant or variable in specific sections of the length of the liner;

в) градиент может иметь экстремум;c) the gradient may have an extremum;

г) градиент может быть положительным или отрицательным;d) the gradient may be positive or negative;

д) градиент может изменять величину магнитной проницаемости или модуля упругости плавно либо ступенчато, в том числе и разнонаправлено;d) the gradient can change the magnitude of the magnetic permeability or elastic modulus smoothly or stepwise, including multidirectional;

е) градиент модуля упругости может предусматривать по длине вкладыша участок, обладающий высокой эластичностью.e) the gradient of the modulus of elasticity may provide for the length of the liner section with high elasticity.

Эластичный участок вкладыша выполняет следующие функции:The elastic section of the liner performs the following functions:

а) при прокатывании колеса подвижного состава он упруго деформируется и затем принимает прежнюю форму, чем "стряхивает" металлические частицы и повышает технический результат;a) when rolling the wheel of the rolling stock, it is elastically deformed and then takes the previous shape, which "shakes off" the metal particles and improves the technical result;

б) при тепловых деформациях рельсов и действии сил угона рельсов, стремящихся выбрать рельсовый зазор, он упруго деформируется и снижает прирост внутренних напряжений во вкладыше и рельсах.b) during thermal deformations of the rails and the action of the theft forces of the rails trying to choose a rail gap, it is elastically deformed and reduces the increase in internal stresses in the liner and rails.

Для компенсации негативных последствий от воздействия температурных деформаций и действия сил угона рельсов, стремящихся уменьшить либо увеличить величину рельсового зазора, вкладыш может быть дополнительно снабжен упорами 8 торцевого либо замкового типа. Упоры 8 - это куски обычной рельсовой накладки (или иная форма), прикрепляемые к рельсу (к шейке рельса) типовым способом, т.е. через отверстия с помощью рельсового болта и гаек. Гайки целесообразно применять самотормозящиеся для того, чтобы исключить их подтягивание из-за действия вибраций. Упоры имеют мерную длину так, чтобы торец упора контактировал с торцем рельсовой накладки 3 по торцевой плоскости 9 либо по замковой плоскости 10. В первом случае будет обеспечена однонаправленная компенсация распорных усилий, во втором - разнонаправленная компенсация.To compensate for the negative consequences of the effects of temperature deformations and the action of the theft forces of the rails, seeking to reduce or increase the size of the rail gap, the liner can be additionally equipped with stops 8 end or lock type. The stops 8 are pieces of a conventional rail lining (or other form) attached to the rail (to the rail neck) in a typical way, i.e. through holes with a rail bolt and nuts. It is advisable to use self-locking nuts in order to exclude their tightening due to the action of vibrations. The stops have a measured length so that the end face of the stop contacts the end of the rail plate 3 along the end plane 9 or along the locking plane 10. In the first case, unidirectional compensation of the spacer forces will be provided, in the second - multidirectional compensation.

Claims

1. An insert for an insulating rail joint containing a material with low magnetic permeability, characterized in that in cross section it has a shape similar to that of adjacent abutting rails, made of a composite material with an electrical insulating layer or layers and with a magnetic permeability gradient specified along the length of the insert and modulus of elasticity.

2. The liner according to claim 1, characterized in that it is made mounted between the ends of adjacent abutting rails in the form of a finished block.

3. The liner according to claim 1, characterized in that the magnetic permeability gradient is set from the condition of extreme decrease in magnetic permeability to the center of the liner length.

4. The liner according to claim 3, characterized in that the gradient is set from the differential condition in the field of the insulating layer or layers.

5. The liner according to claim 1, characterized in that the gradient of the elastic modulus is set from the condition of extreme reduction of the elastic modulus to the center of the length of the liner.

6. The liner according to claim 5, characterized in that the gradient is set from the difference in the area of the insulating layer or layers.

7. The insert according to claim 1, characterized in that it is additionally partially or completely along the profile contour covered with a composite electrical insulating material.

8. The insert according to claim 1, characterized in that if it is installed in an insulating joint together with insulating rail plates, it is additionally equipped with stoppers (stops) for interacting with the ends of the rail plates and the rail to maintain a clearance in the rail joint.

9. The liner of claim 8, characterized in that the interaction with the rail is carried out by attaching to the neck of the rail through the hole in the neck using a rail bolt and a self-locking nut.

10. The liner of claim 8, characterized in that the interaction with the ends of the rail plates when compensating for unidirectional spacer forces resulting from temperature deformations and the forces of the rail theft, made face.

11. The liner of claim 8, characterized in that the interaction with the ends of the rail plates to compensate for multidirectional spacer forces resulting from temperature deformations and the forces of the theft of the rail, is made castle.