Что такое изолированный стык на ЖД-путях: конструкция, виды, устройство

На определенных участках полотна необходимо исключить прохождение электрического тока. И мы предлагаем взглянуть на тот элемент, который выполняет столь важную задачу, – изолированный стык на железной дороге (ЖД). Рассмотрим его конструктивные и практические особенности, нюансы установки и эксплуатации, назначение и применение.

Обратите внимание, как раз в точках соединения металлоконструкций и возникают максимальные напряжения, так как нагрузки в них критические. Соответственно, велик риск появления дефекта или незначительного повреждения, постепенно перерастающего в поломку. Поэтому особенную важность приобретает надежность контакта – просто необходимо, чтобы он был максимально прочным, и каждая отдельно взятая накладка или крепежный элемент не становились «слабым звеном» – причиной аварий, – а наоборот, обеспечивали длительную эксплуатацию колеи.

Содержание статьи:

1. Что такое изолированный стык
2. Назначение и функции изолирующих соединений
3. Область применения изолированных стыков
4. Конструкция изолирующих стыков рельсов
5. Виды изолированных стыков по способу исполнения
6. Болтовые изолирующие стыки
7. Клееболтовые и моноблочные конструкции
8. Материалы и элементы изоляции
9. Основные преимущества изолирующих стыков
10. Принцип работы и роль в системе сигнализации
11. Требования и нормы по ГОСТ и ТУ
12. Монтаж и эксплуатация изолированных стыков
13. Контроль состояния и обслуживание
14. Применение разных вариантов на железных дорогах
15. Заключение
16. Вопрос и ответы

Что такое изолированный стык

По своей сути это крепление двух последовательно уложенных рельсов, соединяющее соседние металлоконструкции в прочную и непрерывную нить и полностью блокирующее прохождение электричества между ними.

Выполняет следующие функции (как все, так и несколько или одну, зависит от участка использования):

• Блокировка обратного тока и, соответственно, защита тех элементов ВСП, что должны не подвергаться его воздействию.

• Логическое и функциональное отделение разных по назначению участков полотна (например, проводящих линий от непроводящих или цепей между собой).

• Полная блокировка электросвязи разнополярных (разнофазовых) нитей.

Устанавливается как на стрелочных переводах, так и в точках расположения светофоров, причем любых, как входных или выходных, так и проходных или маневровых. Предполагает возможность сдвижки: до 2 м, если смотреть против хода транспорта, и до 10,5 – если направления совпадают. Если же осуществлять расчеты по отношению к оптическому устройству сигнализации, предусмотрен допуск до 2 м, причем в каждую из сторон.

Назначение и функции изостыка

Выполняет следующие задачи (как все, так и несколько или одну, зависит от участка использования):

• Блокировка обратного тока и, соответственно, защита тех элементов ВСП, что должны не подвергаться его воздействию.

• Логическое и функциональное отделение разных по функционалу участков полотна (например, проводящих линий от непроводящих или цепей между собой).

• Полная блокировка электросвязи разнополярных (разнофазовых) нитей.

Устанавливается как на стрелочных переводах, так и в точках расположения светофоров, причем любых, как входных или выходных, так и проходных или маневровых. Предполагает возможность сдвижки: до 2 м, когда смотреть против хода транспорта, и до 10,5 – направления совпадают. Если же осуществлять расчеты по отношению к оптическому устройству сигнализации, предусмотрен допуск до 2 м, причем в каждую из сторон.

Область применения

Рассмотренное ранее назначение изолирующих стыков дает возможность использовать их на следующих объектах:

• стрелочные переводы на основных магистралях, а также работающие на линиях со стабильно серьезными скоростями передвижения;

• пункты приема-отправки, получающие и передающие объекты в больших количествах и объемах;

• светофоры всех типов, в том числе и проходные с маневровыми;

• станции с малой грузонапряженностью и/или незначительной интенсивностью перемещения транспорта (когда используются накладки из лигнофоли).

То, сколько прослужит отдельно взятое рельсовое соединение, определяют многие факторы, и главный из них – нагрузка, сообщаемая колесами поездов, тележек, вагонов. Ее конечная величина самым серьезным образом зависит от наличия и степени деформаций подвижных частей состава. Климатические условия эксплуатации тоже играют свою роль, и уровень обслуживания колеи нельзя сбрасывать со счетов, он также способен повлиять на конечный ресурс стыкового узла.

И, наконец, важна надежность отдельных элементов крепежа. Те же металлические объемлющие накладки выдерживают только 30-50 млн т груза, потому что под постоянным напряжением их фибровые (полиэтиленовые) прослойки сравнительно быстро приходят в негодность. Тогда как расчетный выход из строя полнопрофильных соединений клееболтового типа ожидается только через 300 млн т. Если же их снять и провести сортировку, окажется, что около 90% их пластин можно еще использовать повторно.

Конструкция изолирующих стыков рельсов

Различается в зависимости от типа накладок, которые могут быть:

• металлическими объемлющими,

• клееболтовыми двухголовыми,

• шарнирными (из металлополимера),

• композитными.

Наиболее распространены первые 2 варианта, тогда как третий с четвертым только находят популярность, так как являются специфическими, хоть и считаются инновационными. Предлагаем рассмотреть все востребованные сегодня типы.

Металлическая объемлющая накладка отличается жесткостью и прочностью, позволяющими устраивать крепление на весу. За блокировку тока отвечают как промежуточные мембраны, так и болтовые втулки, полиэтиленовые, текстолитовые или фибровые. Также обязательны прокладки – той же формы, что и рельсовые профили, – их нужно вставить в зазоры для обеспечения дополнительного качества соединения.

Ключевое достоинство конструкции – простота, обуславливающая надежность. Она состоит из малого количества элементов, каждый из которых имеет хоть какую-то защиту от истирания, а значит, предполагается, что замена будет сравнительно редкой.

Виды изолированных стыков по способу исполнения

Они различаются не только по материалам и цели использования, но и по принципу формирования соединения. Способ исполнения напрямую влияет на прочность узла, устойчивость к нагрузкам и стабильность электрической изоляции. При выборе учитываются условия эксплуатации линии, интенсивность движения, допустимые осевые нагрузки и требования к обслуживанию.

Болтовые

Представляют собой конструкцию, в которой фиксация рельсов осуществляется за счет механического сжатия элементов крепежом. Основную роль в обеспечении прочности играют накладки и стыковые болты, а электрическое разобщение достигается использованием изоляционных компонентов, размещенных между металлическими деталями.

В таких соединениях не применяются клеевые составы, поэтому надежность узла зависит от точности монтажа и состояния крепежных элементов. Диэлектрические прокладки, втулки и торцевые вставки предотвращают прохождение тока, сохраняя при этом требуемую жесткость конструкции. За счет простой схемы сборки данный тип удобен в обслуживании и ремонте, так как изношенные элементы можно заменить без сложных технологических операций.

Клееболтовые и моноблочные

Комбинированные изостыки на рельсах используются в точках уравнительных пролетов, что предполагает использование одного из двух видов таких накладок на железной дороге. Их типы:

• Либо обычные клееболтовые двухголовые накладки. У них есть 6 отверстий под посадочные места, по обеим граням они простроганные.

• Либо полнопрофильные специальной конфигурации – чтобы плотно облегала пазухи накладки.

Универсальной прослойкой в каждом из случаев является стеклоткань, за счет эпоксидной пропитки обладающая диэлектрическими свойствами. Хотя, если нужно подобрать альтернативу смоле, в качестве связующего вещества допустимо взять состав с пластификаторами, уменьшающими уровень хрупкости и защищающими от усадок. Наполнители, в разумном процентном соотношении, только приветствуются: та же кварцевая (сланцевая) мука или волокна асбеста будут полезны, так как улучшат показатели стойкости к электротоку или механическим воздействиям.

Внимание, важно, чтобы выбранный клеевой состав эффективно сопротивлялся морозу, влаге и теплу, не разрушаясь под их губительным воздействием, это приоритетный показатель, но также нужно, чтобы он оставался доступным по стоимости. Это позволит сократить затраты на укладку больших объемов изоляции на длинной ЖД-линии. И просто необходимо учитывать момент ухудшения сопротивления нагрузкам под влиянием значительных перпендикулярных сил. Чтобы обеспечить достаточную надежность соединения, нужны стыковые болты. Данные элементы крепежа также дополнительно защитят от деформаций и растяжений при моральном старении или повреждении клея.

• Накладки для пазух усиливают общую конструкцию, поэтому они применимы на грузонапряженных участках с высокой грузонапряженности и пропускной способностью до 500 млн т в течение срока эксплуатации.

• Крайне важно обеспечить плотность их прилегания сразу к обоим рельсам. Для этого нужно по-разному обжать стеклоткань (у нее 9-10 слоев, она 3-3,5 мм толщиной, потому ее вполне реально придавать сильнее или несколько слабее).

• Болты предварительно покрываются клеевым составом по «нерабочей» длине, то есть от подголовника и до точки начала резьбы. Подкладки тоже, после чего размешаются в зазорах на торцах.

Развитие комбинированных вариантов привело к появлению моноблочных изостыков, для которых характерно объединение функций в одном конструктивном решении. В таких системах применяются металлокомпозитные элементы, обеспечивающие высокую точность геометрии соединения и устойчивость к продольным и поперечным нагрузкам.

Конструкция изолирующего стыка с накладками востребована на приоритетных линиях – на магистралях, основных ветках и тому подобных направлениях. Почему? Потому что он вваривается в плети напрямую, а значит, не требует организации уравнительных пролетов. Достаточная прочность и геометрическая точность соединения обеспечивается за счет крепления. Последние получили жаргонное название «близнецов», так как представляют собой две идентичные части 25- или 12,5-метрового профиля, разрезанного ровно посередине.

Собирается такой функциональный узел в 3 этапа:

• Подготовка поверхностей накладок – их необходимо очистить, обезжирить, отшлифовать – с последующей проверкой электрического сопротивления. Это же нужно сделать и с каждым укладываемым рельсом. Проводить данную работу можно и на действующей линии, не перекрывая ветку, но только в перерывах между движением составов.

• Размещение прокладок в зазорах с дальнейшим их обжатием (для этого используется сдвижка) и обезжириванием, а затем и просушкой на протяжении 10, а лучше 15 минут. Одновременно с этим следует подготовить связующий состав, отмерив необходимую его дозировку для каждой обрабатываемой поверхности.

• Нанесение клея, разравнивание при помощи шпателя, укрепление грунтовкой (понадобится лишь тонкий ее слой).

После всего этого выполняется сама сборка, с достаточно сильным прижатием элементов друг к другу, затягиванием болтов и другими мерами. Транспорт по линии можно пускать практически сразу после выполнения вышеперечисленных работ. Сопротивляться продольному сдвигу полотно будет в достаточной степени – от 1000 или даже от 3000 кН (конкретная величина уже зависит от профиля планок-держателей.

Композитные накладки делают изостык на ЖД-пути стабильно надежным блокиратором электрической связи, причем между какими угодно видами рельс. Такую конструкцию создали именно для повышения механической прочности крепления (а также для удешевления его конечной стоимости). Поэтому и растет интенсивность их использоваться, благо они отвечают всем требованиям безопасности и технологичности, предъявляемым на магистралях. Ну и затраты на обслуживание полотен при их эксплуатации значительно сокращаются).

Материалы и элементы изоляции

Стандартный комплект соединения состоит из деталей:

• пластины из стеклопластика- 2 шт;

• стопорные планки – 4 шт;

• торцевой диэлектрик (толщиной 8 мм) – 1 шт;

• крепежные изделия.

Композит обладает следующими практическими свойствами:

• сравнительно мало насыщается влагой;

• не боится грибков, бактерий, микроорганизмов;

• эффективно противостоит не только коррозии, но и действию кислот или щелочей, не собирает пятна от нефтепродуктов;

• внушительный запас прочности, повышенные усталостные свойства.

Благодаря таким показателям устройство изолирующего стыка обладает следующими характеристиками:

• ресурс безотказной эксплуатации – 3 года и более;

• скорость передвижения транспорта (максимально возможная) – до 200 км/ч;

• средняя пропускная способность (в течение всего срока использования) – до 500 млн т брутто груза;

• воспринимаемая осевая нагрузка – до 270 кН;

• уровень токозащиты – 100 кНм и выше;

• рабочая температура – в диапазоне -60…+80 0С.

В целом обладает впечатляющей живучестью при достаточной технологичности, поэтому и находят все более широкое распространение.

Шарнирные металлополимерные накладки

Являются еще одной относительной новинкой сферы, набирающей популярность. Оснащенный ими изолирующий стык рельсов – это практически обязательный элемент на европейской железной дороге, эффективно предотвращающий изломы и деформации в точках болтовых отверстий. Его наличие позволяет перераспределить усилия таким образом, чтобы на разрыв приходилось лишь 30%, а на сжатие – оставшихся 70%. Благодаря этому крепеж не разъезжается под воздействием нагрузок.

Использование данных элементов позволяет в разы снизить случаи возникновения и развития дефектов шейки металлоконструкций. Это оборачивается значительным уменьшением числа отказов соединений, а значит, и повышением срока службы полотна в целом. Необходимость в ремонте появляется реже, обслуживание упрощается – экономия налицо.

Шарнирные накладки обладают следующими полезными особенностями:

• Повышенная жесткость в месте крепления – сердечник по-настоящему мощен, дает втрое меньше остаточных и упругих просадок (по сравнению с композитной пластиной). Поэтому он в 3-4 раза снижает нагрузку на концы рельс, настолько же уменьшая риск появления усталостных дефектов и/или изломов.

• Оптимальное позиционирование в пазухах – позволяет эффективнее распределять монтажные напряжения. Именно за счет этого 70% нагрузок идет в горизонтальном (продольном) направлении, тогда как в вертикальном (поперечном и опасном) – лишь 30%. У клиновидных же соединителей 100% усилия направлено на разрыв.

• Малая намагниченность сердечника – благодаря этому изолирующие стыки на ЖД практически не собирают металлическую стружку, отколовшиеся кусочки и других изношенные частицы. Их зазоры остаются чистыми, не увеличиваясь со временем.

• Предусмотрено ресурсосбережение – накладки вполне реально повторно использовать даже после демонтажа вследствие износа диэлектрического слоя. Достаточно провести замену полимера на внутренней стороне, и элемент уже снова готов к эксплуатации.

• Установка максимально проста – за счет продуманной геометрии и минимального количества деталей; сборку можно выполнить действительно быстро и без каких-либо ошибок, даже при отсутствии предварительного опыта.

Основные преимущества

Конечно, разные виды изолированных стыков хороши по-своему – у каждого есть свои достоинства, – но какие-то общие плюсы можно выделить:

• небольшая масса – даже самые габаритные из них легче 8 кг, в среднем же они 3-4 кг;

• стойкость к хрупким изломам, образованию трещин, перепадам температур (в том числе и к резкому потеплению/похолоданию);

• простота конструкции – повышающая надежность и сокращающая номенклатуру необходимых элементов;

• отличная адаптированность к использованию в условиях российского климата.

Принцип работы и роль в системе сигнализации

Участок полотна, на котором нужно исключить прохождение тока, отделяется от предыдущего и последующего при помощи изоляционных стыков. Они обладают прокладкой из диэлектрика, плотно прилегающей к концу каждого из пары соседних рельсов. Подразумевается, что она в точности повторяет форму двутавровых балок, но при этом остается тонкой и эффективно сопротивляется истиранию и износу.

Наиболее подходящий материал для ее изготовления – хлопковая фибра (только волокно должно быть химически обработанным, чтобы оно не впитывало влагу и хорошо противостояло силовому воздействию колес подвижных составов). Размер может быть практически любым, основное требование предъявляется к толщине – подходит или 3,2 или 4,8 мм. Такие параметры позволяют обеспечить прочность и податливость одновременно.

За счет электрического разобщения формируются отдельные участки рельсовой цепи, что позволяет устройствам сигнализации точно фиксировать занятость пути и корректно управлять движением поездов.

Требования и нормы по ГОСТ и ТУ

Главным документом, регламентирующим производство изолирующих стыков железнодорожных рельсов, является межгосударственный стандарт 32695-2014. В свою очередь, он опирается на положения следующих ГОСТов.

Монтаж и эксплуатация

Установка выполняется с соблюдением проектных размеров и требований к электрическому разобщению. Особое внимание уделяется чистоте контактных поверхностей, точности монтажа элементов и равномерной затяжке крепежа. В процессе эксплуатации важно исключить смещения, нарушение геометрии соединения и повреждение диэлектрических прокладок, так как эти факторы напрямую влияют на надежность работы стыка и безопасность движения.

Контроль состояния и обслуживание

Он проводится регулярно и включает проверку механической целостности, степени износа элементов и сохранности свойств. При выявлении дефектов выполняется замена поврежденных деталей или корректировка крепления. Своевременное обслуживание позволяет поддерживать стабильную работу рельсовых цепей и продлевать срок службы соединений без внеплановых ремонтов.

Применение разных вариантов на железных дорогах

Рассмотрим их подробнее:

• с металлическими накладками – на участках сравнительно небольшой грузонапряженности;

• с клееболтовыми – в уравнительных пролетах и на светофорах;

• с композитными и металлополимерными – на приемоотправочных пунктах и основных магистралях.

Заключение

Мы всесторонне рассмотрели изолирующий стык: определение дали, по устройству каждого вида прошлись с максимальной подробностью. Теперь у вас есть полная информация, чтобы решить, какой из них выбрать, но элементы для монтажа любого из них вы найдете в каталоге компании «ПромПутьСнабжение».

Вопросы и ответы

Что происходит при нарушении электрической изоляции?

При потере изоляционных свойств возможны сбои в работе систем сигнализации, некорректное определение занятости пути и повышение риска отказов устройств автоматики.

Допускается ли повторное использование элементов после демонтажа?

В ряде случаев возможно применение металлических или композитных накладок, если они не имеют критических повреждений и соответствуют требованиям по геометрии и изоляции.

Как негабаритный изолирующий стык устанавливают на ЖД?

Монтаж выполняется на подготовленном участке пути с точной выверкой геометрии, после чего соединение фиксируется штатным крепежом и изоляционными элементами. Завершающим этапом является контроль электрического сопротивления и проверка надежности перед вводом в эксплуатацию.