Устройство контроля схода подвижного состава (укспс) и способ его монтажа в рабочее положение - RU2773713C1

Чертежи

Описание

Группа изобретений относится к системам для обнаружения деталей, выступающих за пределы нижнего габарита в железнодорожном подвижном составе, а также для контроля схода железнодорожного подвижного состава, и является дополнительным средством, обеспечивающим безопасность движения поездов на железнодорожном транспорте.

Известны устройства контроля схода подвижного состава (УКСПС) с рельсов или свисания с него массивных частей за пределы нижнего габарита, описанные в патентах RU 83473, RU 178861, RU 175925, RU 186747, состоящие из электрической цепи, установленной на плоской наборной диэлектрической платформе из стеклопластика, подключённой к кабельным концевым муфтам. Электрическая цепь представляет собой установленные внутри и снаружи рельсовой колеи на наборной платформе хрупкие П-образные датчики, выполненные из металлической пластины, устанавливаемой своей плоскостью перпендикулярно направлению движения подвижного состава. В межрельсовом пространстве датчики соединены в цепь подрельсовой перемычкой. Крепление платформы в межшпальном пространстве осуществляю за счёт консолей, один конец которых монтируется к платформе болтовым соединением ближе к торцам платформы, а второй монтируется скобами к шпале.

Недостатками таких решений является следующее.

При прохождении подвижного состава происходит галопирование и скручивание платформы из-за воздействия ветровой нагрузки на плоскость датчиков. Т.к. платформа закрепляется в межшпальном пространстве с помощью консолей, прикрепляемых к шпале в торцах платформы, это приводит к тому, что серединная часть платформы имеет больший момент кручения, чем крайние части. Кроме того, внутренние слои материала пластин, а также сами пластины, имеют разнонаправленный момент кручения. Такое разнонаправленное воздействие на слои материала платформы и пластины слоёв платформы приводит к внутренним напряжениям и возникновению динамических нагрузок на болтовые соединения пластин и кронштейнов, к которым крепятся датчики. В результате происходит потеря целостности платформы из-за расхождения пластин и снижение надёжности болтовых креплений кронштейнов к платформе из-за постоянных вырывных нагрузок на болтовое крепление. При низкоскоростном движении подвижных составов такие факторы позволяли использовать УКСПС достаточно продолжительное время.

Однако, учитывая, что из-за вибрации и колебаний происходит развинчивание болтовых соединений, а также возникающее скручивание работает на срез в месте перехода шляпки болта или гайки, снижается надежность болтового соединения и, в совокупности с другими нагрузками, возникают риски выстреливания разрушившегося болта в подвижной состав. Кроме того, в материалах пластин возникают невидимые расслоения и трещины, а также происходит невидимое на глаз из-за загрязнённости платформы расхождение слоёв пластин. При современных тенденциях увеличения скорости подвижного состава до сверхвысоких скоростей с уменьшением интервалов между прохождениями составов, такие недостатки могут привести к авариям, т.к. разрушение УКСПС может произойти в момент прохождения подвижного состава и разлетающиеся элементы УКСПС могут повредить подвижной состав и служат источником опасности для окружающих.

Следует также отметить и иные недостатки аналогов.

Под действием собственного веса со временем образуется прогиб платформы. Это изменяет ее геометрию и повышает нагрузки на болтовые соединения платформы с кронштейнами. Также прогиб приводит к возникновению напряжений в материале датчиков. Это снижает минимальную нагрузку, необходимую для разрушения датчика, и при очередном воздействии ветрового потока от подвижного состава и возникающем галопировании может произойти разрушение электрической цепи в месте соединения датчиков или зонах предполагаемого разрушения датчика.

В связи с необходимостью применения для платформы диэлектрических и одновременно влагостойких материалов с большим количеством циклов замораживания и оттаивания пластины платформы выполняют из стеклопластика. Такой материал со временем теряет свои первоначальные физические свойства и становится хрупким. Причём старение стеклопластиков значительно ускоряется при совместном воздействии солнечной радиации, атмосферных факторов и длительно действующих нагрузок и возможно снижение прочности стеклопластика на 25-30%. Такие факторы наиболее интенсивно воздействуют на поверхностные слои. Под совместным воздействием солнечной радиации, ветра, дождя и снега от поверхности стеклопластика отделяются свободные частицы, в результате чего происходит механическое выкрошивание. Это создаёт зазор в болтовых соединениях и между элементами узлов крепления и ускоряет разрушение УКСПС.

Существенным недостатком наборной платформы является и узел места стыка пластин, т.к. стыки можно располагать только в местах соединения датчиков между собой, иначе прогиб образуется в месте полки П-образного датчика, что приведёт к разрушению датчика.

Следует отметить, что для монтажа УКСПС желательно три монтажника, которые будут держать платформу с двух крайних сторон и в середине в строго прямом положении, иначе платформа сильно выгибается. Если не осуществлять поддержку в середине платформы возникают напряжения в местах соединения датчиков между собой и образуются микротрещины, которые приведут к быстрому разрушению датчиков под воздействием ветровых нагрузок и галопирования платформы.

В указанных аналогах подрельсовая перемычка выполняется гибкой в виде многожильного провода. В процессе эксплуатации существует риск, что такая перемычка может контактировать с подошвой рельса, по меньшей мере, временно замыкая электрическую цепь, например, при изгибе платформы. А кроме того, отсутствие изоляции многожильного провода приводит к воздействию агрессивных сред на жилы провода и постепенному их разрушению.

Ещё одним недостатком является место соединения дублирующей перемычки для подключения к кабельной муфте. В указанных аналогах клемма этой перемычки крепиться за счёт болта, который отвечает за крепление других элементов конструкции, либо в месте крепления датчиков к кронштейну, либо в месте крепления кронштейна к платформе. Такой дополнительный элемент в соединении «болт-гайка» как клемма, выполняемая из мягкого металла и периодически поворачивающаяся из-за воздействий на провод перемычки, снижает надёжность болтового соединения и приводит к его развинчиванию.

Задачей заявленной группы изобретений является создание УКСПС, в котором будут устранены недостатки известных решений.

Технические результаты, достигаемые заявленной группой изобретений, заключаются в повышении надёжности работы устройства, сведения к минимуму вероятности ложного срабатывания устройства или его не срабатывания, повышение надёжности системы в целом и повышению безопасности при использовании таких типов устройств.

Указанные технические результаты достигаются устройством контроля схода подвижного состава, включающем электрическую цепь, выполненную из токопроводящих материалов, представляющую собой П-образные датчики, закреплённые на диэлектрической платформе разъёмными соединениями за счёт кронштейнов и соединённые разъёмными соединениями между собой в электрическую цепь, причём наружные и внутренние датчики соединены в электрическую цепь при помощи гибких подрельсовых перемычек. П-образные датчики выполнены из металлической пластины, устанавливаемой своей плоскостью перпендикулярно направлению движения подвижного состава. В обеих стойках датчика выполнены зоны предполагаемого разрушения при усилиях нагружения, превышающих нормируемые значения, а также зоны крепления датчика к кронштейну и зоны крепления датчиков в электрическую цепь. Согласно изобретению платформа выполнена цельной из токонепроводящего влагостойкого материала, по меньшей мере, с одним ребром жёсткости, проходящим, по меньшей мере, вдоль продольной оси платформы, и, по меньшей мере, внутренние датчики установлены таким образом, что центр тяжести каждого такого датчика смещён ближе к одному и тому же ребру жёсткости относительно продольной оси платформы.

По меньшей мере, одно ребро жёсткости выполнено с обратной стороны платформы от стороны расположения датчиков.

По меньшей мере, одно ребро жёсткости платформы выполнено по краю платформы, и, по меньшей мере, внутренние датчики установлены таким образом, что их центр тяжести расположен ближе к этому ребру жёсткости, относительно ширины платформы.

По меньшей мере, кронштейны для крепления внутренних датчиков выполнены в виде уголка с приваренной косынкой, в полке которых выполнено посадочное место под стержневой элемент для крепления стойки датчиков и/или в виде швеллера, в одной полке которого выполнено посадочное место под стержневой элемент для крепления стойки датчиков.

Кронштейны крепят к платформе с помощью резьбовых соединений таким образом, чтобы центр тяжести, по меньшей мере, внутренних датчиков находился ближе к одному ребру жёсткости.

Центры тяжести, по меньшей мере, внутренних датчиков смещены относительно ребра жёсткости.

На платформе выполнены поперечные ребра жесткости.

Подрельсовая перемычка, состоит из многожильного провода в эластичной токонепроводящей полимерной оболочке, заправленного в наконечники, которые приварены к клеммам, обеспечивающим возможность соединения перемычки с местом крепления в электрическую цепь. Полимерная оболочка выполнена прозрачной.

Антикоррозионное покрытие датчика состоит из слоёв металлического цинкового слоя, антикоррозийной химической конверсионной плёнки и термообработанного керамического слоя.

На крайних кронштейнах для крепления наружных датчиков выполнено самостоятельное посадочное место для крепления клеммы перемычки, подключаемой к кабельной муфте. Посадочное место выполнено в материале кронштейна, например, в виде прорези или отверстия в выступающей части. Посадочное место выполнено с противоположной стороны от места крепления датчика к кронштейну. Полка кронштейна, образующая самостоятельное посадочное место, выполнена длиной с ширину клеммы. Полка, образующая самостоятельное посадочное место, усилена приваренным ребром жёсткости.

Крепление датчиков между собой выполнено резьбовыми соединениями с гайками с уплотнительным полимерным элементом.

В зоне материала датчика поверхность скрепляющего стержня болта или шпильки выполнена гладкой. Диаметр резьбовой части стержня выполнен меньше диаметра гладкой части стержня. Гладкая часть стержня имеет такой диаметр, монтаж которого в отверстие в датчике будет осуществляться в натяг. Гладкая часть стержня выполнена меньшего диаметра, чем отверстие в датчике, и диаметр резьбовой части стержня меньше диаметра гладкой части стержня, а пространство между поверхностью стержня и поверхностью отверстия заполнено электропроводящей смазкой. На контактные поверхности датчиков и клемм перемычек нанесена электропроводящая смазка.

Под платформой кронштейны соединены пластинами, обеспечивающими жёсткость места соединения двух смежных кронштейнов между собой, а также пластинами, установленными под шляпки или гайки болтовых соединений кронштейнов в местах крепления оставшихся кронштейнов.

Соединение пластинами выполнено таким образом, чтобы не образовалось электрического соединения всех датчиков в единую электрическую цепь, образованную только за счёт крепления этими пластинами.

Узел крепления пластин выполнен таким образом, чтобы обеспечить упор пластин в ребро жёсткости платформы, в случае выполнения такого ребра жесткости с противоположной стороны платформы от стороны установки датчиков.

В платформе выполнены отверстия под крепление стержневых элементов узла крепления консоли таким образом, чтобы, по меньшей мере, одно такое отверстие обеспечивало расположение стержневого элемента ближе к ребру жёсткости платформы.

В зонах предполагаемого разрушения твёрдость материла датчика обеспечивает его разрушение при заданных значениях и условиях и дополнительно зона предполагаемого разрушения имеет конструктивно выполненный концентратор напряжений в стойках датчика в виде отверстия и/или локального сужения и/или утонения толщины материала датчика в этой зоне. Датчик выполнен с частичной отбортовкой контура. Датчик выполнен таким образом, что, по меньшей мере, уплотнен металл пластины вокруг отверстий конструктивно выполненного конструктора напряжений и/или по кромке датчиков и/или отогнутых бортов.

Способ монтажа устройства контроля схода подвижного состава, в котором устройства контроля схода подвижного состава с установленными кронштейнами и датчиками заводят под рельсы в межшпальное пространство и крепят платформу к шпале, а само устройство контроля схода подвижного состава, включает электрическую цепь, выполненную из токопроводящих материалов, представляющую собой П-образные датчики, закреплённые на диэлектрической платформе разъёмными соединениями за счёт кронштейнов и соединённые разъёмными соединениями между собой в электрическую цепь, причём наружные и внутренние датчики соединены в электрическую цепь при помощи гибких подрельсовых перемычек. П-образные датчики выполнены из металлической пластины, устанавливаемой своей плоскостью перпендикулярно направлению движения подвижного состава. В обеих стойках датчика выполнены зоны предполагаемого разрушения при усилиях нагружения, превышающих нормируемые значения, а также зоны крепления датчика к кронштейну и зоны крепления датчиков в электрическую цепь. Согласно изобретению платформа выполнена цельной из токонепроводящего влагостойкого материала, по меньшей мере, с одним ребром жёсткости, проходящим, по меньшей мере, вдоль продольной оси платформы, и, по меньшей мере, внутренние датчики установлены таким образом, что центр тяжести каждого такого датчика смещён ближе к одному и тому же ребру жёсткости относительно продольной оси платформы.

По меньшей мере, одно ребро жёсткости выполнено с обратной стороны платформы от стороны расположения датчиков.

По меньшей мере, одно ребро жёсткости платформы выполнено по краю платформы, и, по меньшей мере, внутренние датчики установлены таким образом, что их центр тяжести расположен ближе к этому ребру жёсткости, относительно ширины платформы.

По меньшей мере, кронштейны для крепления внутренних датчиков выполнены в виде уголка с приваренной косынкой, в полке которых выполнено посадочное место под стержневой элемент для крепления стойки датчиков и/или в виде швеллера, в одной полке которого выполнено посадочное место под стержневой элемент для крепления стойки датчиков.

Кронштейны крепят к платформе с помощью резьбовых соединений таким образом, чтобы центр тяжести, по меньшей мере, внутренних датчиков находился ближе к одному ребру жёсткости.

Центры тяжести, по меньшей мере, внутренних датчиков смещены относительно ребра жёсткости.

На платформе выполнены поперечные ребра жесткости.

Подрельсовая перемычка, состоит из многожильного провода в эластичной токонепроводящей полимерной оболочке, заправленного в наконечники, которые приварены к клеммам, обеспечивающим возможность соединения перемычки с местом крепления в электрическую цепь. Полимерная оболочка выполнена прозрачной.

Антикоррозионное покрытие датчика состоит из слоёв металлического цинкового слоя, антикоррозийной химической конверсионной плёнки и термообработанного керамического слоя.

На крайних кронштейнах для крепления наружных датчиков выполнено самостоятельное посадочное место для крепления клеммы перемычки, подключаемой к кабельной муфте. Посадочное место выполнено в материале кронштейна, например, в виде прорези или отверстия в выступающей части. Посадочное место выполнено с противоположной стороны от места крепления датчика к кронштейну. Полка кронштейна, образующая самостоятельное посадочное место, выполнена длиной с ширину клеммы. Полка, образующая самостоятельное посадочное место, усилена приваренным ребром жёсткости.

Крепление датчиков между собой выполнено резьбовыми соединениями с гайками с уплотнительным полимерным элементом.

В зоне материала датчика поверхность скрепляющего стержня болта или шпильки выполнена гладкой. Диаметр резьбовой части стержня выполнен меньше диаметра гладкой части стержня. Гладкая часть стержня имеет такой диаметр, монтаж которого в отверстие в датчике будет осуществляться в натяг. Гладкая часть стержня выполнена меньшего диаметра, чем отверстие в датчике, и диаметр резьбовой части стержня меньше диаметра гладкой части стержня, а пространство между поверхностью стержня и поверхностью отверстия заполнено электропроводящей смазкой.

Под платформой кронштейны соединены пластинами, обеспечивающими жёсткость места соединения двух смежных кронштейнов между собой, а также пластинами, установленными под шляпки или гайки болтовых соединений кронштейнов в местах крепления оставшихся кронштейнов.

Соединение пластинами выполнено таким образом, чтобы не образовалось электрического соединения всех датчиков в единую электрическую цепь, образованную только за счёт крепления этими пластинами.

Узел крепления пластин выполнен таким образом, чтобы обеспечить упор пластин в ребро жёсткости платформы, в случае выполнения такого ребра жесткости с противоположной стороны платформы от стороны установки датчиков.

В платформе выполнены отверстия под крепление стержневых элементов узла крепления консоли таким образом, чтобы, по меньшей мере, одно такое отверстие обеспечивало расположение стержневого элемента ближе к ребру жёсткости платформы.

В зонах предполагаемого разрушения твёрдость материла датчика обеспечивает его разрушение при заданных значениях и условиях и дополнительно зона предполагаемого разрушения имеет конструктивно выполненный концентратор напряжений в стойках датчика в виде отверстия и/или локального сужения и/или утонения толщины материала датчика в этой зоне. Датчик выполнен с частичной отбортовкой контура. Датчик выполнен таким образом, что, по меньшей мере, уплотнен металл пластины вокруг отверстий конструктивно выполненного конструктора напряжений и/или по кромке датчиков и/или отогнутых бортов.

По меньшей мере одна эластичная перемычка с каждой стороны устройства, подключаемая к кабельной муфте, убрана по большей своей длине в эластичную токонепроводящую полимерную прозрачную оболочку.

Крепление устройства контроля схода подвижного состава осуществляют при помощи консоли, в которой выполнено посадочное место для шпалы. Также в консоли может быть выполнено посадочное место для платформы.

Устройство контроля схода подвижного состава устанавливают таким образом, что центр тяжести, по меньшей мере, внутренних датчиков располагается ближе к шпале, к которой осуществляют крепление консолями или с каждой стороны платформы каждую консоль монтируют к своей шпале, образующей межшпальное пространство.

Узел крепления платформы к консоли выполнен с возможностью регулировки платформы по высоте и/или наклону.

Устройство контроля схода подвижного состава устанавливают кронштейнами навстречу движению подвижного состава.

Крепление платформы к консоли осуществляют двумя стержневыми элементами, причём, по меньшей мере, один стержневой элемент располагается ближе к ребру жёсткости платформы или крепление консоли осуществляют с помощью П-образной скобы.

Фиг.1 – вид сверху.

Фиг.2 – вид сбоку.

Фиг.3 – разрез А-А.

Фиг.4 – разрез Б-Б.

Фиг.5 – Вид в изометрии.

Осуществляют заявленную группу изобретений следующим образом.

В заводских условиях осуществляют производство УКСПС, например, следующим способом.

Разъёмными резьбовыми (болтовыми или шпилечными) элементами крепления соединяют между собой П-образные датчики 1, выполненные, например, из закалённой, по меньшей мере, в зонах предполагаемого разрушения, стальной пластины. При соединении между собой датчиков 1, предназначенных для расположения внутри колеи, желательно обеспечить возможность их небольшого поворота вокруг и вдоль стержня резьбового крепежа 2 для исключения разрушения датчика 1 при незначительных прогибах, вибрации и галопировании платформы 3. Для возможности монтажа электрической цепи в месте прохождения рельса датчики 1 разнесены на расстояние, а их соединение в электрическую цепь осуществлено при помощи гибких подрельсовых перемычек 4. Таким образом, образуется группа внутренних датчиков 1, устанавливаемая внутри рельсовой колеи, и наружных датчиков 1, устанавливаемых снаружи рельсовой колеи.

При помощи металлических кронштейнов 5, 10 датчики 1 монтируют резьбовыми (болтовыми или шпилечными) соединениями к платформе 3, выполненной цельной из токонепроводящего влагостойкого материала, например, стеклопластика. При монтаже на платформу 3 датчики 1 устанавливают плоскостью пластины перпендикулярно направлению движения подвижного состава.

Датчики 1 имеют две стойки, в которых выполнены зоны предполагаемого разрушения при усилиях нагружения, превышающих нормируемые значения, а также зоны крепления датчика 1 к кронштейну 5, 10 и зоны крепления датчиков 1 в электрическую цепь.

Платформа 3 выполнена цельной (в рамках настоящей заявки под цельной следует понимать как не наборной), по меньшей мере, с одним ребром жесткости 6, повышающим жесткость платформы 3, например, сформированным из материала платформы 3, проходящим вдоль продольной оси платформы 3, а, по меньшей мере, внутренние датчики 1 устанавливают таким образом, чтобы центр тяжести каждого такого датчика 1 был смещен ближе к одному и тому же ребру жёсткости, относительно продольной оси платформы 3 (если таких рёбер жесткости более одного).

В рамках настоящей заявки термин «ближе к ребру жесткости» включает расположение датчиков 1 над ребром жесткости 6, в случае, если такое ребро жесткости 6 расположено снизу платформы 3.

Причем, конструкция датчиков 1 в виде пластины, плоскость которой расположена перпендикулярно плоскости платформы 3, имеет существенное значение, т.к. в совокупности с ребром жесткости 6 и горизонтальной частью платформы 3 образует единую систему гашения колебаний и изгибных нагрузок. Платформа 3 имеет жесткое крепление к шпале 7, основанные нагрузки приходятся на платформу 3 и гасятся за счет ее ребра жесткости 6, а остаточная вибрация распределяется на цепь внутренних датчиков 1 и гасится за счет небольшой свободы движения в местах соединения датчиков 1, возникающей даже если датчики 1 плотно скручены между собой, т.к. резьбовое соединение допускает незначительное смещение.

Смещение центра тяжести внутренних датчиков 1 электрической цепи также имеет значение для перераспределения скручивающих и изгибных нагрузок, т.к. сказывается на гашении колебаний в рабочем положении. Поэтому УКСПС желательно монтировать ближе к шпале 7 тем ребром жесткости 6, ближе к которому расположены центры тяжести внутренних датчиков 1. В этом случае центр тяжести системы будет находиться ближе к шпале 7 и тем самым будет уменьшено плечо консолей 8, а сама платформа 3 будет по торцам усилена этими консолями 8 за счет внешнего армирования.

Такое выполнение УКСПС позволяет не только усилить конструкцию платформы 3, но и перераспределить скручивающие и изгибающие нагрузки на наиболее надёжный узел – угол, образованный плоскостью ребра жёсткости 6 и плоскостью платформы 3. За счёт такого перераспределения нагрузок даже, если произойдёт растрескивание материала платформы 3, такое разрушение не приведёт к мгновенному разрушению элементов УКСПС и разлёту частей при прохождении высокоскоростного состава. В такой конструкции даже при большой степени растрескивания материала платформы 3 не происходит её мгновенного разрушения, т.к. в материале не появляется одной трещины вдоль всей длины платформы 3, а возникают разрозненные небольшие трещины, сосредоточенные в центральной части платформы 3. В отличие от указанных аналогов, такие трещины визуально видны обходчикам, а значит будут своевременно приняты меры по замене УКСПС.

Кроме того, за счёт намеренной концентрации нагрузки в месте перехода ребра жёсткости 6 в полку платформы 3, скручивание платформы 3 не оказывает существенного воздействия на болтовое крепление кронштейнов 5, 10, т.к. основная нагрузка приходится на скручивание и изгиб жёсткого угла и гасится, не доходя до болтового соединения. Причём, за счёт распределения веса датчиков 1 на угол, образуемый переходом ребра жёсткости 6 в плоскость платформы 3, снижается и нагрузка, вызывающая прогиб, а воздействие от ветровых нагрузок приходятся на наиболее прочное место платформы 3, практически исключая галопирование платформы 3 при прохождении подвижного состава.

За счет значительного снижения вибрации и амплитуды галопирования, а также сведения к минимуму рисков раскручивания соединений и разрушения элементов УКСПС, не произойдет разлёта частей, даже если какие-то части разрушаться.

Таким образом, заявленное решение представляет собой единую демпфирующую систему, гасящую колебания за счет жесткости системы «цепь датчиков – платформа», соединений в цепи датчиков 1, а также материалов датчиков 1 и платформы 3 с разными характеристиками гашения колебаний. Это позволяет сделать систему надёжной и свести к минимуму вероятности ложного срабатывания устройства или его не срабатывания, повысить безопасность системы при использовании за счет сведения к минимуму опасность разрушения УКСПС в момент прохождения подвижного состава, тем самым свести к миниму опасность повреждения подвижного состава, находящихся поблизости людей и животных, а также объектов инфраструктуры разлетающимися частями УКСПС при его разрушении в момент прохождения высокоскоростного подвижного состава

Следует отметить и возможность применения в системе дополнительных конструктивных и функциональных элементов, позволяющих усилить заявленные технические эффекты и получить дополнительные результаты.

Наиболее простым, но не единственно возможным, вариантом установки датчиков 1 в необходимое положение, является монтаж к платформе 3 кронштейнов 5, 10, выполненных в виде уголка с приваренной косынкой, и последующее крепление датчиков 1 к полке кронштейна 5, 10. Кронштейны 1 крепят к платформе 3 с помощью резьбовых соединений таким образом, чтобы центр тяжести, по меньшей мере, внутренних датчиков 1 находился ближе к одному ребру жёсткости 6. Возможен вариант выполнения кронштейнов 5, 10, например, в виде швеллера, к одной полке которого крепят датчики 1. Такой способ позиционирования датчиков 1 является наиболее надёжным, а, дополнительно, полка кронштейна 5, 10, к которой крепится датчик 1, предотвращает разрушение датчика 1 вне его зоны предполагаемого разрушения, которая выполняется выше полки кронштейна 5, 10.

Если расположить центры тяжести датчиков 1 несколько смещёнными относительно ребра жёсткости 6, и, желательно, выполненного с противоположной стороны платформы 3 от стороны расположения датчиков 1, уже частично погашенные за счёт конструкции платформы 3 колебания перераспределяются на металлические элементы цепи, имеющие возможность подвижки. Таким образом, не создаётся существенных напряжений в материале датчиков 1 и практически исключается растрескивание материала платформы 3, т.к. за счет крепления датчиков 1 к полке кронштейнов 5, 10 цепь внутренних датчиков 1 обладает незначительной вертикальной подвижностью, обеспечиваемой болтовыми типами соединений. Это создаёт дополнительную систему гашения колебаний платформы 3.

Желательно, по меньшей мере, одно ребро жёсткости 6 платформы 3 выполнять по краю платформы 3 (такой вариант на фиг. не показан), и, по меньшей мере, внутренние датчики 1 установить таким образом, чтобы их центр тяжести, был расположен ближе к этому ребру жёсткости 6. Такая конструкция позволит в смонтированном в рабочее положение УКСПС дополнительно снизить влияние скручивающих и изгибных нагрузок за счёт установки центра тяжести электрической цепи, образованной, по меньшей мере, внутренними датчиками 1, ближе к шпале 7 к которой осуществляют крепление консолями 8. Такая установка уменьшает плечо консоли 8, даёт большую жёсткость за счёт внешнего армирования платформы 3 консолью 8 и перераспределяет изгибные нагрузки и вибрация через консоль 8 на шпалу 7.

Следует отметить, что помимо продольного ребра жесткости 6 могут быть выполнены и поперечные ребра жесткости для усиления устойчивости платформы 3 к изгибных нагрузкам.

Ребро жесткости 6 платформы 3 может расположено как со стороны датчиков 1, так и с обратной стороны. Но, расположения ребра жёсткости 6 с обратной стороны платформы 3 от цепи датчиков 1, обеспечивает наибольший эффект. В случае выполнения ребра жёсткости 6 с обратной стороны от цепи датчиков 1 такое ребро жесткости 6 будет работать на сжатие, а, следовательно, обеспечивать наиболее эффективное противодействие изгибной нагрузке.

Соединение наружных и внутренних датчиков 1 осуществляют подрельсовой перемычкой 4, состоящей из многожильного провода в эластичной токонепроводящей полимерной оболочке, заправленного в наконечники, которые приварены к клеммам, обеспечивающим возможность соединения перемычки с местом крепления в электрическую цепь, к датчикам 1 или кронштейнам 5, 10. Полимерная оболочка позволяет предотвратить замыкание цепи на рельс, как при случайном контакте, так и от возникновения токов самоиндукции, возникающих от воздействия магнитного поля при замыкании рельсов колесной парой при прохождении подвижного состава. Таким образом, в электрической цепи УКСПС, состоящей из токопроводящих элементов, включающей датчики 1 и подрельсовые перемычки 4, соединяющие наружные и внутренние датчики 1 цепи, в которой подрельсовые перемычки 4 выполнены из многожильного провода в эластичной токонепроводящей полимерной оболочке, заправленного в наконечники, которые приварены к клеммам, обеспечивающим возможность соединения перемычки с местом крепления в электрическую цепь, исключаются ложные сигналы системы, повреждение жил провода, обеспечивается защита от попадания прямой влаги.

Причём желательно выполнить такую оболочку прозрачной, т.к. это обеспечивает возможность визуального контроля за состоянием перемычки 4, что упростит поиск причин ложных срабатываний УКСПС, в случае их возникновения. Это позволит снизить риски ложного срабатывания или не срабатывая из-за повреждений провода.

Желательно, чтобы, по меньшей мере, в зонах предполагаемого разрушения твёрдость материла датчика 1 обеспечивала его разрушение при заданных значениях и условиях и дополнительно зона предполагаемого разрушения имела конструктивно выполненный концентратор напряжений в стойках датчика 1 в виде отверстия 9 и/или локального сужения и/или утонения толщины материала датчика в этой зоне. За счет этого обеспечивается возможность наиболее простым способом механической обработки изменять прочностные характеристики зоны предполагаемого нарушения датчика 1, если в процессе его производства хрупкость получилась завышенной. Причём такие изменения можно провести в уже изготовленном и закалённом датчике 1, а также на месте установки, что позволит модернизировать уже установленные датчики 1 при изменении условий разрушения на более низкие.

Экспериментальные испытания показали, что оптимальными являются для решаемой задачи могут быть датчики 1, выполненные в виде единого целого элемента из токопроводящего материала, имеющие конструктивно исполненные и технологически реализованные зоны предполагаемого разрушения, при усилиях нагружения, превышающих нормируемые значения. Каждый датчик 1 выполнен из токопроводящей металлической пластины (стальной) с частичной отбортовкой внешнего контура и имеет две стойки, в которых конструктивно и технологически реализованы зоны предполагаемого разрушения, зоны крепления каждого датчика к кронштейну 5, 10 и зоны крепления датчиков 1 между собой и с перемычками 4, 12. Зона предполагаемого разрушения выполнена с уменьшенным поперечным сечением стойки и в месте уменьшения поперечного сечения стойки выполнен концентратор напряжения в виде отверстия, причем твердость материала датчика 1 после закалки составляет 40-56HRC, а твердость зоны крепления датчиков между собой и с перемычками не более 309НВ. Такие значение параметров твердости оптимальны для решаемой задачи, однако, с учетом разницы в характеристиках металла, могут измяться в большую или меньшую стороны.

Стоит отметить, что датчики 1 следует выполнять с частичной отбортовкой контура, т.к. за счет частичной отбортовки внешнего контура повышается устойчивость датчика 1 к разрушению при скручивании. Такая нагрузка не возникает от ударного воздействия свисающих элементов подвижного состава или галопирования колесной пары, поэтому снижение рисков такого разрушения датчика 1 повышает надежность системы.

Между тем, отбортовка может повышать устойчивость датчика 1 к разрушению. Поэтому изготавливать датчик 1 желательно штамповкой, например, штампом для формирования из целого листа железа П-образного датчика 1 УКСПС, с выполненными в стойках отверстиями и сужением, а также выполненной по контуру частичной отбортовкой, который позволяет отверстия и контур датчика 1 вырубать за счет соответствующих частей штампа, а загиб отбортовки осуществлять за счет загиба частей пластины, предназначенных для бортов, тем же штампом за, одну технологическую операцию. Такой штамп сложен в изготовлении, но позволяет упростить производство датчиков 1 за счет их формирования за одну технологическую операцию, а кроме того, получить уплотнение металла в местах сгибов бортов, вокруг мест выруба отверстий, а также по кромке датчика 1.

Также возможно получение датчика 1 путем выреза контура и отверстий из пластины, например, лазерной резкой, а загиб отбортовки осуществляется за счет загиба частей платины, предназначенных для бортов, штампом. Кроме того, в штампе может присутствовать элемент позволяющий сделать утонения в зонах предполагаемого разрушения датчика 1. Такой вариант несколько хуже, чем первый, т.к. не происходит механического упрочнения вокруг отверстий и по кромке датчика 1, но позволяет повысить прочность датчика 1 в местах загиба.

Следует отметить, что антикоррозионное покрытие датчиков 1, также может иметь значение для надёжности системы. Т.к. датчики 1 выполняются из закалённой стали, достаточно быстро такая сталь коррозирует. Коррозия приводит к неконтролируемому изменению минимального усилия разрушения датчика 1. Для защиты датчика 1 от коррозии следует применять покрытия, состоящие из слоёв металлического цинкового слоя (оцинковки), антикоррозийной химической конверсионной плёнки и термообработанного керамического слоя. Такое покрытие долговечно и обладает достаточной хрупкостью, следовательно, в минимальной степени будет изменять заданные условия разрушения датчика 1. Иные покрытия обладают недостатками, которые могут сказаться на характеристиках датчика 1. Например, такие покрытия как краска, создают не только демпфирующий эффект, но и не дают датчику 1 разрушиться при возникновении в металле трещины, из-за своей эластичности, стягивая расходящиеся части датчика. Такие типы покрытия как электролитическое цинкование создают риск возникновения водородной хрупкости и в силу этого могут неконтролируемо изменять заданную хрупкость датчика 1.

Для подключения электрической цепи к кабельной концевой муфте на крайних кронштейнах 10 для крепления наружных датчиков 1 выполняют самостоятельное посадочное место 11 для крепления клеммы перемычки 12 и/или 12.1, подключаемой к кабельной муфте (на фиг. не показана). Это исключает необходимость демонтажа заводской сборки узла крепления датчика 1 к крайнему кронштейну 10 или крайнего кронштейна 10 к платформе 3 и исключает воздействия от кабельной концевой муфты, раскручивающие болтовое соединение, предназначенное для крепления либо кронштейна 10 к платформе 3, либо датчика 1 кронштейну 10.

Желательно такое посадочное место 11 выполнять непосредственно в материале кронштейна 10, например, в виде прорези, что повысит надежность за счет небольшой свободы движения болта и снизит вероятность среза стержня болта, или отверстия в выступающей части, что повысит надёжность за счет снижения вероятности раскручивания из-за люфта, как в случае с прорезью, располагающихся с противоположной стороны от места крепления датчика 1 к крайнему кронштейну 10. Например, крайние кронштейны 10 можно выполнять в виде швеллера, что повысит прочность конструкции за счет заводского изготовления изделия, или загибать уголок, образуя полку длиной с ширину клеммы, что позволит отгибать заданную длину под длину клеммы, что повысит надежность в соединении элементов, тем самым, при креплении клеммы, исключая возможность движения клемы на своём посадочном месте 11, что повысит надежность узла. Таким образом, устройством контроля схода подвижного состава (УКСПС), включающее электрическую цепь, состоящую из цепи датчиков 1 закрепленных на кронштейнах 5, 10, прикреплённых к платформе 3, в которой крайний кронштейн 10 для крепления крепление датчиков 1 выполнен с самостоятельным посадочным местом для клеммы перемычки 12, 12.1 для подключения к кабельной муфте. Такая конструкция обеспечивает надёжность и упростит монтаж клеммы перемычки 12, 12.1. Для обеспечения надёжности полку, образующую самостоятельное посадочное место 11 для клемм 12, 12.1 желательно усилить приваренным ребром жёсткости. Кроме того, выполнение выступающей части, располагающейся с противоположной стороны от места крепления датчика 1, обеспечивает максимально возможное удаление клеммы дублирующей перемычки 12.1 от клеммы основной перемычки 12. Это снижает риски образования наведённых токов, тем самым снижает вероятность ложного сигнала системы, которые могут возникнуть по данным причинам, но при этом сохраняется простота конструкция электрической цепи.

Целесообразно, по меньшей мере, крепление датчиков 1 между собой выполнить резьбовыми соединениями с гайками с уплотнительным полимерным элементом. Т.к. материал датчика 1 хрупок, уплотняющий элемент в гайке потребует повышенное усилие закручивания и замедлит скорость хода гайки по резьбе болта или шпильки. Таким образом можно снизить вероятность растрескивания датчика 1 в зоне соединения датчиков 1 при затяжке резьбового соединения. Таким образом, в электрической цепи УКСПС, включающей цепь датчиков 1, в которой крепление датчиков 1 между собой выполнено резьбовыми соединениями с гайками с уплотнительным полимерным элементом, а на контактные поверхности нанесена токопроводящая смазка, повышается надежность и снижается риски ложных срабатываний или не срабатываний УКСПС из-за снижения рисков появления трещин в материале датчиков 1 в зоне узла крепления датчиков 1 с кронштейнами 5, 11 и/или между собой и к перемычкам 4, 12.

Причём, в зоне материала датчика 1 поверхность стержня болта или шпильки желательно выполнить гладкой. Таким образом, электрическая цепь УКСПС, включает цепь датчиков 1, в которой крепление датчиков 1 между собой выполнено резьбовыми соединениями, а на стержне резьбового элемента в зоне расположения материала датчика 1 поверхность стержня выполнена гладкой. Таким выполнением можно исключить повреждение датчика 1 резьбой болта при смещении датчика и не разрушить слой антикоррозионного покрытия. В противном случае, в месте повреждения антикоррозионного покрытия, будет происходить окисление металла датчика 1, а так как в этом узле постоянно происходят мелкие демпфирующие подвижки датчиков 1, ушко, за счёт которого крепиться датчик 1, лопнет. В этом случае этом диаметр резьбовой части стержня желательно выполнять меньше диаметра гладкой части стержня, чтобы исключить повреждение антикоррозийного покрытия при монтаже узла.

Дополнительно, таким выполнением резьбового соединения, можно повысить надёжность электрического контакта в паре «датчик-стержень». Например, для этого гладкая часть стержня должна иметь такой диаметр, монтаж которого в отверстие в датчике 1 будет осуществляться в натяг.

Однако такое крепление в натяг создаёт постоянную нагрузку на материал датчика 1, что может привести к образованию трещин в материале датчиков 1 при их движении для гашения колебаний.

Для исключения такого негативного фактора, целесообразнее выполнить гладкую часть стержня меньшего диаметра, чем отверстие, а между поверхностью стержня и поверхностью отверстия заполнить свободное пространство электропроводящей смазкой, которая будет надежно удерживаться в этом пространстве за счет гаек с пластиковым уплотнительным элементом. Таким образом, электрическая цепь УКСПС, включает цепь датчиков 1, в которой крепление датчиков 1 между собой выполнено резьбовыми соединениями с гайкой с уплотнительным элементом, на стержне резьбового элемента в зоне расположения материала датчика 1 поверхность стержня выполнена гладкой, а пространство между поверхностью стержня и поверхностью отверстия заполнено электропроводящей смазкой. Дополнительно такой вариант выполнения даст лучший контакт в паре «датчик-стержень» за счет более полного контакта, а кроме того создаст мягкий демпфирующий эффект в соединении за счет гидравлических свойств смазки, что, с учетом всей остальной конструкции УКСПС, практически исключит вероятность разрушения датчика 1 в этом месте.

Для усиления жёсткости конструкции под платформой 3 кронштейны 5 соединяют пластинами, обеспечивающими жёсткость места соединения двух смежных кронштейнов между собой, а также пластины устанавливают под шляпки или гайки болтовых соединений кронштейнов в местах крепления других кронштейнов 5, 10. Причём соединение пластинами выполняют таким образом, чтобы не образовалось электрического соединения всех датчиков 1 в единую электрическую цепь, образованную только за счёт крепления этими пластинами. В противном случае электрическая цепь будет задублирована и разрушение датчиков 1 не приведёт к подаче сигнала оператору. Кроме того, за счёт такого усиления можно повысить и устойчивость платформы 3 к скручиванию. Для этого узел крепления пластин нужно выполнить таким образом, чтобы обеспечить упор пластин в ребро жёсткости 6 платформы 3, при условии, что такое ребро жесткости 6 выполнено с противоположной стороны платформы 3 от стороны установки датчиков 1 (под платформой 3).

Для повышения жёсткости конструкции за счёт упора в дополнительные жёсткие элементы крепления, можно в платформе 3 выполнить отверстия под крепление стержневых элементов узла крепления консоли 8 таким образом, чтобы, по меньшей мере, одно такое отверстие обеспечивало расположение стержневого элемента ближе к ребру жёсткости 6 платформы 3.

УКСПС монтируют следующим образом.

В рельсовом пути одно из межшпальных пространств освобождают от щебня. К платформе 3 предварительно монтируют консоль 8 в отведённые для этого посадочные места. Затем осуществляют крепление платформы 3 к консоли 8 двумя стержневыми элементами, причём, по меньшей мере, один стержневой элемент располагают ближе к ребру жёсткости 6 платформы 3.

УКСПС устанавливают таким образом, чтобы центр тяжести, по меньшей мере, внутренних датчиков 1 располагался ближе к шпале 7, к которой осуществляют крепление консолями 8 или с каждой стороны платформы 3 каждую консоль 8 монтируют к своей шпале 7 на отведенное для этого посадочное место на консоли 8, образующей межшпальное пространство, кронштейнами 5, 10 навстречу движению подвижного состава, как показано на фиг.2. Как уже указывалось выше, это позволит в смонтированном в рабочее положение УКСПС дополнительно снизить влияние скручивающих и изгибных нагрузок за счёт установки центра тяжести электрической цепи, образованной, по меньшей мере, внутренними датчиками 1, ближе к шпале 7, к которой осуществляют крепление консолями 8. Такая установка уменьшает плечо консоли 8, даёт большую жёсткость за счёт внешнего армирования платформы 3 консолью 8 и перераспределяет нагрузки через консоль 8 на шпалу 7.

Таким образом, консоль 8 для крепления УКСПС к шпале, в которой выполнены посадочные места в виде углублений под шпалу 7 и под платформу 3 УКСПС, позволяет достичь не только точного позиционирования элементов системы шпала-УКСПС, но и обеспечить надежность крепления шпалы 7 и платформы 3 к консоли 8 и исключить их смещения, что исключает изменения угла расположения датчиков относительно заданного (перпендикулярно движению подвижного состава), а значит не создается рисков прохождения свисающих касательной к датчиком 1 и их неразрушение.

Затем УКСПС с установленными на платформу 3 в заводских условиях кронштейнами 5, 10, датчиками 1 и подрельсовыми перемычками 4 заводят под рельсы в освобождённое межшпальное пространство. Консоли 8 устанавливают посадочными местами на шпалу 7 и платформу 3, тем самым обеспечивая фиксацию консоли 8 на шпале 7 и платформе 3, создавая надёжный узел крепления без возможности поперечного смещения и деформации или среза стержневых элементов крепления консоли 8 к шпале 7 или платформе 3.

Для точного позиционирования УКСПС осуществляют регулировку по высоте и/или наклону положения за счёт узла крепления платформы 3 к консоли 8.

Затем электрическую цепь УКСПС подключают с каждой стороны к концевым кабельным муфтам одной или двумя гибкими перемычками 12, 12.1. Клеммы основной перемычки 12 крепят болтовым или шпилечным соединением в месте крепления датчика 1 к датчику 1, а клеммы дублирующей перемычки 12.1. крепят болтовым или шпилечным соединением на самостоятельное посадочное место 11 на крайнем кронштейне 10. Следует отметить, что места крепления основной 12 и дублирующей перемычки 12.1. могут поменяны местами, или, в случае подключения только одной перемычки, она может быть подключена к самостоятельному посадочном месту 11 на крайнем кронштейне 10 для повышения надёжности крепления и исключения риска разрушения хрупкого датчика 1 при креплении перемычки 12 или при каком-либо воздействии на провод перемычки 12 и исключения ложного срабатывания УКСПС.

Для защиты многожильного провода перемычек 12, 12.1 от погодных воздействий и исключения электрического контакта, расположенных рядом друг с другом и свободно висящих проводов таких перемычек 12, 12.1 многожильные провода убраны по большей своей длине в эластичную токонепроводящую полимерную оболочку.

Таким образом, в электрической цепи УКСПС, состоящей из токопроводящих элементов, включающей датчики 1 и подрельсовые перемычки 4, соединяющие наружные и внутренние датчики 1 цепи, многожильные провода перемычек 12 для подключения к кабельной муфте убраны по большей своей длине в эластичную токонепроводящую полимерную оболочку, исключаются ложные сигналы системы, повреждение жил провода, обеспечивается защита от попадания прямой влаги.

Причём желательно оболочку выполнять прозрачной для возможности визуального контроля состояния провода. Это позволит снизить риски ложного срабатывания или не срабатывая из-за повреждений провода.

Работа УКСПС состоит в следующем. В случае схода с рельсов колёсной пары подвижного состава, или свисания с подвижного состава массивных частей за пределы нижнего габарита, колесо или свисающая часть воздействует на один или нескольких датчиков 1. Это приводит к разрыву электрической цепи в устройстве. Разрыв электрической цепи является управляющим сигналом для включения входного светофора на запрещающий движение цвет и одновременно включает сигналы тревоги у дежурного по станции. Далее дежурный по станции предпринимает действия по остановке движущихся по пути составов и расследованию причин срабатывания устройства контроля схода подвижного состава. После выяснения причин срабатывания устройства оно вновь приводится в рабочее состояние заменой вышедших из строя одного или нескольких датчиков 1 и восстановления электропроводности электрической цепи.

Реферат

Группа изобретений относится к области верхнего строения железнодорожного пути, в частности к устройствам контроля схода подвижного состава и к способам его монтажа в рабочее положение. Устройство включает электрическую цепь, закрепленную на диэлектрической платформе разъемными соединениями. Цепь состоит из П-образных датчиков. Датчики выполнены из металлической пластины, установлены перпендикулярно направлению движения составов и соединены между собой гибкими перемычками. В стойках датчиков выполнены зоны предполагаемого разрушения при усилиях, превышающих нормируемые значения. Платформа выполнена цельной из токонепроводящего материала с по меньшей мер одним ребром. Ребро проходит вдоль оси платформы. Центр тяжести внутренних датчиков смещен ближе к одному и тому же ребру жесткости относительно продольной оси платформы. При монтаже устройство заводят в межшпальное пространство и крепят платформу к шпале. Повышается надежность работы устройства. 2 н. и 36 з.п. ф-лы, 5 ил.

Формула