Металлополимерные накладки для изолирующих стыков рельсов Светозарова, Ирина Валерьевна

Введение к работе

Актуальность работы.

В начале 90-х годов прошлого века на железнодорожном транспорте России обострились проблемы, связанные с обеспечением надежности движения по причине отказов в работе рельсовых цепей. Рельсовая цепь представляет собой электрическую цепь, состоящую из рельсов железнодорожного пути, источника тока, приемника тока (путевого реле) и соединительных проводов и служащую для осуществления автоматической зависимости между поездом и сигнальными устройствами. Ключевым элементом электрической рельсовой цепи является изолирующий стык, обеспечивающий изоляцию одного блок участка от другого, который используется как самостоятельное средство сигнализации и связи, ограниченное проходными светофорами или проходным светофором и станцией.

Вопросы надежности и долговечности изолирующих стыков различной конструкции приобретают все большую значимость как с позиции путевого хозяйства, так и в работе хозяйства сигнализации, централизации и блокировки. Объясняется это сохранением высокого уровня повреждаемости таких стыков до 2000-х годов, несмотря на существенные затраты отрасли по внедрению ряда новых технических решений.

Широко применяемые, начиная с 1995 года, композитные изолирующие накладки, представляющие собой пластины из стеклопластика на основе эпоксидных связующих, не решили проблемы надежности работы пути в стыковой зоне с точки зрения повышения сопротивления повреждаемости таких стыков, под действием поездных нагрузок и снижения намагниченности изолирующих стыков.

Расстройство пути в зоне стыка выражается, главным образом, в провисании шпалы на принимающем конце рельса из-за недостаточной жесткости композитных накладок и образовании ступеньки при прохождении колес по изолирующему стыку.

Вторым негативным аспектом проблемы, и не менее важным вопросом при использовании композитных накладок, стало периодическое электрическое замыкание стыков, по причине образования шунтирующих мостиков, возникающих в результате скапливания металлических частиц в районе изолирующих стыков. В изолирующем стыке с повышенной напряженностью магнитного поля появляются шунтирующие мостики, которые приводят к сбою в работе СЦБ и возникновению эффекта ложной занятости рельсовых путей. Кроме этого значительная величина напряженности магнитного поля создает помехи в работе АЛС.

Возникшая необходимость в разработке новой изолирующей накладки, которая бы обеспечивала жесткость и способность стыкового соединения выдерживать поездные нагрузки, обеспечивая нормальное функционирование стыка, а также надежное сопротивление электрической изоляции и уменьшение напряженности магнитного поля в стыке определяет актуальность данной работы.

Цель работы.

Целью диссертационной работы является повышение эксплуатационных характеристик и надежности изолирующих стыков рельсов.

Задачи исследования.

В настоящей работе поставлены и решены следующие задачи:

1. Повышение жесткости изолирующих стыков;

2. Ликвидация электрических замыканий за счет установления причин отказов работоспособности изолирующих стыков и введения требований по обеспечению максимальной однородности магнитного поля;

3. Оценка работоспособности металлополимерных деталей за счет исследования внутреннего напряженного состояния.

Объект исследования.

Объектом исследования являются изолирующие накладки для болтовых стыков рельсов.

Научная новизна работы.

1. Установлено, что основными причинами отказов работоспособности изолирующих стыков с композитными накладками являются снижение жесткости в 6 раз в сравнении с ранее используемыми металлическими накладками, а также возникающая повышенная напряженность магнитного поля в таких стыках. В технические требования к изолирующим стыкам введено требование обеспечения максимальной однородности магнитного поля и предельного снижения жесткости по сравнению с металлическими накладками не более чем в 2 раза.

2. Разработаны подходы создания металлополимерных деталей и выбора материалов для их металлической и полимерной составляющих: металлическая составляющая должна обеспечивать выполнение эксплуатационных требований по жесткости, статической и усталостной прочности, а полимерная составляющая – требования по электросопротивлению и контактной прочности во всем интервале рабочих температур. Для сердечника накладок предложено и обосновано применение стали марки 55, обеспечивающей необходимые требования по механическим свойствам, усталости, жесткости и сопротивлению. Для изолирующего покрытия накладки предложено и обосновано применение новых материалов изолирующего покрытия – полиамид 6 эластифицированный 10% каучука – ПА6-2УП (диапазон рабочих температур минус 40 ⁰С … 60 ⁰С) и эластолан – Elastollan марки R3001 (диапазон рабочих температур минус 60 ⁰С … 60 ⁰С).

3. Для оценки работоспособности металлополимерных деталей предложено оценивать их внутреннее напряженное состояние, возникающее в результате различия коэффициентов линейного расширения полимерных и металлических материалов и изменения рабочих температур. Установлены критерии напряженного состояния металлополимерной конструкции изолирующих накладок в температурном диапазоне минус 60⁰С … 60 ⁰С.

Практическая ценность работы.

1. По результатам проведенных исследований разработаны и внедрены технические условия ТУ 3185-116-01124328-2001 «Стык изолирующий рельсов Р65 с металлополимерными накладками», Стандарт отрасли ОСТ 32.209-2003 «Накладки с полимерным покрытием для изолирующих стыков железнодорожных рельсов». Технические условия.

2. Для проведения сертификационных испытаний разработаны и утверждены:

- Нормы безопасности на федеральном железнодорожном транспорте ЦП 142-2003 «Накладки с полимерным покрытием для изолирующих стыков железнодорожных рельсов» (внесение изменений в 2010г.);

- ТМ 04-01-03 «Накладки с полимерным покрытием для изолирующих стыков железнодорожных рельсов». Типовая методика испытаний;

- Стандарт системы сертификации на федеральном железнодорожном транспорте ЦП-202-2003 «Накладки с полимерным покрытием типа ИП 65 и МПЭ 65 для изолирующих стыков железнодорожных рельсов». Типовая методика полигонных испытаний;

- «Методика по измерению напряженности магнитного поля изолирующих стыков при применении изолирующих накладок и клееболтовых стыков различной конструкции» 2003 г.

- «Стыки изолирующие и накладки для изолирующих стыков. Статическая прочность, циклическая долговечность, электрическое сопротивление. Типовая методика климатических испытаний» 2010 г.

3. За период 2003-2009 г. на сеть железных дорог поступило свыше 63 000 комплектов изолирующих накладок, разработанных в результате проведения данной работы.

Апробация работы.

Основные результаты работы были доложены на:

- научном семинаре «Проблемы транспортного материаловедения» (ОАО «ВНИИЖТ») в 2006 и 2009 гг.;

- научной конференции молодых ученых и аспирантов (ОАО «ВНИИЖТ») по современным проблемам железнодорожного транспорта (Экспериментальное кольцо ОАО «ВНИИЖТ», г. Щербинка, 2006 г.).

Публикации.

По теме диссертационной работы опубликовано семь печатных работ, в том числе четыре работы в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и общих выводов. Объем работы составляет 177 страниц текста, включая 38 таблиц, 56 рисунков и приложение. Список литературных источников содержит 59 наименований.