56 подписчиков

Виды изолирующих стыков рельс на ЖД путях: конструкция, типы, назначение

11 минут

3143 прочтения

24 января 2020

Если на одних участках колеи нужно обеспечить пропуск электрического тока между рельсами, то на других его, наоборот, необходимо полностью исключить. Предлагаем взглянуть на те элементы верхнего строения пути, с помощью которых можно это осуществить. Подробно рассмотрим изолирующий стык: определение, назначение, конструкцию, случаи применения, особенности его работы. В результате вы будете знать, на каком их варианте остановиться, как устанавливать и когда использовать.

Сразу отметим, что именно места скрепления являются самыми напряженными точками полотна. Они воспринимают наибольшие нагрузки и, в случае поломки, дефекта или недостаточного качества, создают существенное сопротивление движению транспорта – на их долю приходится до 7% от общих помех. Поэтому крайне важно, чтобы соединение элементов ВСП было надежным. Данный момент нужно в обязательном порядке учитывать при выборе накладок, болтов и других сборочных деталей, а также при их монтаже (который должен быть проведен в несколько этапов, с тщательным выдерживанием времени) и последующей эксплуатации.

Содержание

Что такое изолирующие стыки рельсов

Функционально это места скрепления двух металлоконструкций в одну нить, используемые для прекращения (блокировки) электрической связи между соседними элементами ВСП. В зависимости от точки установки, могут выполнять одну или несколько из следующих функций:

Отделение участков полотна с цепями от зон колеи, не оборудованных ими, или проводящих линий друг от друга.
Предотвращение хода обратного тока к тем направляющим ВСП, которые в принципе не должны его принимать.
Исключение электросвязи между разнофазовыми (разнополярными) нитями.

Места их монтажа – не только стрелочные переводы, но и створы светофоров: входных/выходных, маневровых, проходных. При этом допустима их сдвижка – на расстояние до 10,5 м, если смотреть по направлению езды транспорта, и до 2 м – против. Если же считать относительно самого оптического устройства-сигнализатора, величина максимального допуска составляет 2 м в обе стороны.

Особенности работы изолирующих стыков на ЖД

Соединение по-настоящему прочное (а значит и эффективное) только тогда, когда прокладка хорошо приспособлена к стандартным формам контактирующих элементов, достаточно тонкая, но при этом обладает высокой сопротивляемостью истиранию. Для этого она должна быть изготовлена из подходящего материала.

Актуальным вариантом в общем случае является фибра, сделанная из химически обработанного хлопкового волокна. Ее можно выполнить в любом виде и размере, главное, чтобы в толщину она была либо 3,2, либо 4,8 мм. Тогда она будет достаточно прочной, сохраняя удобную податливость, сможет годами сопротивляться впитыванию влаги, не вбирая в себя осадки, и противостоять ударным нагрузкам от колес проезжающего транспорта.

Если придать точную форму и правильно закрепить, срок службы прокладки-изолятора превышает 5 лет, и даже после этого времени она остается пригодной для последующего использования. Эксплуатационный ресурс также можно существенно продлить, если тщательно провести сборку и соблюсти следующие меры:

выровнять концы примыкающих к фибре металлоконструкций и обрезать их под углом в 90 0;
удалить ржавчину, пыль, другие загрязнения со всех контактных поверхностей, прежде чем выполнять соединение;
покрыть место скрепления именно чистой смазкой;
выдержать подходящий зазор и расположить прокладку строго на одном уровне (не выше и не ниже) с соседними двутавровыми направляющими;
тщательно затягивать болты (если они вообще актуальны).

Конструкция изолирующего стыка

Может быть с одним из нескольких видов накладок:

с металлическими объемлющими;
с двухголовыми – для клееболтового соединения;
с композитными;
с металлополимерными шарнирными.

Первые два варианта являются традиционно распространенными, третий и четвертый – более инновационными и специфическими, но их популярность растет. Рассмотрим каждый из них по порядку.

Металлическая объемлющая накладка достаточно прочная и жесткая, чтобы крепление можно было осуществлять даже на весу. При этом блокировка тока обеспечивается не только промежуточными мембранами, но и болтовыми втулками, выполненными из полиэтилена, фибры, текстолита. Кроме того, в зазоры в обязательном порядке вставляют прокладки, по форме повторяющие профили соседних двутавровых балок.

Основное ее преимущество – простота, на практике оборачивающаяся надежностью. Элементов слишком мало, и почти все из них защищены от истирания, а это ключевая предпосылка к долгому сроку службы и сравнительно редкой замене.

Клееболтовые изолированные стыки на железной дороге устанавливаются в уравнительных пролетах. Для их обустройства применяется 2 варианта накладок:

стандартные двухголовые с 6 отверстиями, простроганные по обеим граням;
специальные полнопрофильные, плотно облегающие пазуху.

В роли прослойки с диэлектрическими свойствами выступает стеклоткань с эпоксидной пропиткой. Да, связующий состав обычно на основе смол, но в принципе возможны разные варианты. Зачастую в нем же содержатся пластификаторы, понижающие хрупкость и предотвращающие усадки. Определенная процентная доля наполнителей тоже присутствует, и это волокна асбеста, сланцевая и кварцевая мука или другие вещества, способные повысить устойчивость к механическим повреждениям или действию тока.

Клей должен не только эффективно противостоять разрушительному влиянию влаги, мороза или тепла, но и быть достаточно дешевым. И нужно учитывать, что даже при хорошей продольной прочности на растяжение, на уровне 25-35 МПа, он будет хуже сопротивляться перпендикулярным силам. Поэтому для надежности скрепления рельсовой нити стоит использовать и стыковые болты, тем более что они будут дополнительной защитой от расстройства и деформаций в случае повреждения или старения связующего вещества.

Облегающие пазуху накладки нужны для усиления конструкции и актуальны там, где полотно постоянно или часто испытывает значительные нагрузки, то есть на грузонапряженных линиях. Важно, чтобы данные элементы плотно прилегали к обеим соседним двутавровым балкам. На конкретной монтажной точке это обеспечивается разным обжатием стеклоткани, которая 3-3,5 мм в толщину и 9-10-слойная, а значит предполагает возможность воздействия чуть посильнее или послабее. Обклеить болты нужно и от начала резьбы до подголовника. В торцевых зазорах следует разместить 4-6-милиметровые прокладки с диэлектрическими свойствами, по форме повторяющие профиль металлоконструкций, предварительно покрытые клеем.

Для пассажирских линий, транспортных магистралей и других приоритетных направлений актуальны высокопрочные типы изолирующих стыков с накладками из металлокомпозитного материала, ввариваемыми непосредственно в плети (лишними при этом становятся уравнительные пролеты). Чтобы обеспечить геометрическую точность и прочность скрепления, соединение выполняют между «близнецами», то есть половинами ровно разрезанной 12,5- или 25-метровой двутавровой балки.

Сборка осуществляется в три шага:

Поверхности накладок подготавливаются – очищаются, обезжириваются, шлифуются, – затем проверяется электрическое сопротивление каждой из них. Далее ту же процедуру проходят и укладываемые на шпалу направляющие колеи. Монтажные работы проводятся без закрытия ЖД-колеи, на действующей линии, но строго во время перерыва в движении транспорта (который длится 2,5 часа).
Прокладки размещаются в зазорах и обжимаются при помощи сдвижки. После, наступает очередь обезжиривания накладок и склеиваемых поверхностей с последующей просушкой на протяжении 10-15 минут. Параллельно рекомендуется готовить клеевый состав и фасовать его в свою тару для каждой стороны соединения.
Связующее вещество наносится на все контактные плоскости и разравнивается шпателем, а затем укрепляется тонким слоем грунтовки. И, наконец, осуществляется непосредственно сборка: все элементы прижимаются друг к другу, затягиваются болты и так далее.

Практически сразу по завершении всех работ можно снова пускать поезда, так как клей обеспечит достаточное сопротивление продольному сдвигу – от 1000 кН при двухголовых планках-держателях и от 3000 кН – при полнопрофильных.

Назначение изолирующего стыка с композитными накладками – в предотвращении электрической связи скрепления с любым из видов рельсов. Он был придуман в стремлении к повышению надежности и экономичности соединения. Внедрение его происходит все активнее, так как он соответствует всем требованиям, предъявляемым к технологичности и безопасности эксплуатации магистральных полотен, а также минимизирует расходы на обслуживание ЖД-линий.

Стандартная комплектация в данном случае включает в себя:

стеклопластиковые пластины – 2 шт;
8-милиметровый диэлектрик для торцов – 1 шт;
стопорные планки – 4 шт;
элементы крепежа.

Полезные свойства накладок из композитного материала:

низкие показатели влагонасыщения;
впечатляющая стойкость к коррозии, щелочам, кислотам, загрязнению маслами или нефтепродуктами;
неподверженность грибку и многим бактериям;
высокие усталостные свойства;
большой запас прочности.

На практике назначение и характеристики изолирующего стыка позволяют обеспечить:

ресурс, покрываемый гарантией, – до 3 лет;
пропускную способность (в среднем) – до 500 000 000 т брутто груза за весь срок эксплуатации;
максимально поддерживаемую скорость перемещения подвижного состава – до 200 км/ч;
осевую нагрузку от транспорта – до 270 кН;
рабочий диапазон температур – от -60 до +80 градусов Цельсия;
качество защиты от тока – от 100 кНм.

С точки зрения эксплуатационной технологичности и живучести, обладают следующими преимуществами:

малая масса – достигает 8 кг максимум, но чаще на уровне 3-4 кг;
нет склонности к образованию трещин;
помогают сократить номенклатуру используемых деталей;
хрупкий излом не наблюдается, даже при резкой смене температурных режимов;
легко устанавливаются при каком угодно климате.

Свою долю популярности продолжают завоевывать стыки изолирующие железнодорожных рельсов с шарнирными металлополимерными накладками. Они все активнее используются на европейских ЖД-линиях с целью предотвращения излома двутавровых балок в местах болтовых отверстий. После их установки только 30% усилия приходится на разрыв, тогда как 70% – на сжатие, и в результате соединение не распирает.

Практика показывает, что с их применением выход металлоконструкций из строя в связи с дефектами шейки снижается в разы. Соответственно, уменьшается и количество отказов элементов ВСП и существенно повышается общий ресурс колеи, что сопровождается значительной экономией на ремонте и обслуживании.

Для достижения столь полезных свойств шарнирной накладки были продуманы, опробованы и внедрены следующие технологические решения:

В точке крепления повышена жесткость – центром конструкции стал мощный сердечник из прочного металла. Благодаря ему упругих и остаточных просадок в 3-4 раза меньше, чем в случаях с использованием композитных пластин. Пропорционально снижается и нагрузка на торцы и концы двутавровых балок, а значит и риск излома, и вероятность появления и развития усталостных дефектов.
Монтажные напряжения перераспределяются эффективнее – расположение в пазухе практически оптимальное, в результате чего значительная доля усилий (уже упомянутые 70%) направляется по горизонтали, что только способствует качеству крепежа, а по вертикали поступает меньшая часть (30%). Для сравнения: напряжение в клиновидной накладке идет на разрыв на все 100%.
Намагниченность снижена – устройство изолирующего стыка с металлическим сердечником позволяет шунтировать поле в точке соединения, что оборачивается существенным снижением налипания изношенных частиц на поверхности зазора. И уже это, в свою очередь, ведет к повышению эксплуатационного ресурса всей цепи.
Реализованы методы ресурсосбережения – внутреннюю часть накладки можно использовать неоднократно, даже после того, как диэлектрический слой был изношен сверх нормы: в этом случае достаточно лишь полностью заменить полимер.
Монтаж упрощен – геометрия выверена, количество деталей снижено до минимума, поэтому сборка выполняется быстро и с установкой не должно быть никаких проблем.

Применение различных видов изолирующих стыков на железной дороге

В зависимости от варианта исполнения, объектами для их использования становятся:

светофоры – маневровые, проходные, входные/выходные;
стрелочные переводы для магистралей и для высоких скоростей;
приемоотправочные пункты с большим объемом перемещения различных объектов;
станции с незначительной грузонапряженностью и/или малой интенсивностью движения поездов (если накладки лигнофолевые).

Сроки службы отдельно взятого скрепления зависят от целого ряда факторов, ключевой из которых – нагрузка от колес локомотивов, вагонов, тележек, сильно зависящая от общего состояния (отсутствия деформаций) ходовой части транспорта. Но также существенное влияние оказывают климат на участке эксплуатации. Со счетов нельзя сбрасывать и качество обслуживания полотна.

Внимание, необходимо соотносить долговечность и степень разрушения. Например, запас прочности сварного соединения в 4 раза выше, чем болтового, но и повреждения при разрушительном воздействии у него обычно гораздо более опасные.

Свою роль играет и надежность отдельно взятых элементов. Так, изолирующие стыки светофоров, оснащенные объемлющими накладками, необходимо менять уже после наработки 30-50 миллионов тонн груза, а все из-за того, что фибра (или полиэтилен) деформируется под воздействием постоянных нагрузок. Для сравнения: ресурс клееболтовых полнопрофильных скреплений достигает уже 300 млн.т. При этом их можно демонтировать и отсортировать даже после выхода рельс из строя, и обнаружится, что примерно 90% пластин будут еще пригодны для дальнейшей, повторной эксплуатации.

Что выбрать для блокировки электрической связи элементов ВСП вашей ЖД-линии? Обращайтесь, рассмотрим ваш случай индивидуально. Мы уже рассказали, какими бывают изолирующие стыки рельсов, назначение, конфигурацию и преимущества различных их вариантов тоже выяснили, но с удовольствием поможем определиться в конкретной ситуации. Кроме того, у нас, в компании «ПромПутьСнабжение» вы сможете выгодно заказать шпалы, металлоконструкции, крепеж – все для обустройства полотна.