(495) 679-86-04
19.11.2015
Размагничивающий шунт для изолирующих стыков

В последние годы на сети железных дорог ОАО «РЖД» широко применяются изолирующие стыки с композитными накладками производства «АпАТэК». Применение этих накладок решило ряд путейских проблем, в частности по прочности, усталости и износу, но взамен создало новую проблему – повышенную намагниченность изолированного стыка до уровня, при котором между торцами рельсов образуются электропроводящие «мостики» из металлической стружки, что приводит к сбою в работе СЦБ и АЛС и возникновению ложной занятости.

Как правило, наиболее частое возникновение ложной занятости наблюдается на отдельных участках пути с большой грузонапряженностью и малым радиусом кривой, где интенсивность износа рельсов и колес высока. Помимо периодических сбоев в работе СЦБ, нарушения графика движения поездов, это обусловливает и дополнительные расходы на текущее содержание, связанные с постоянными переборками и удалением металлической стружки из стыков с композитными накладками.

На сегодняшний день до сих пор не выявлены причины высокой намагниченности в изолирующих стыках. Также как и не разработаны методы и устройства, которые бы стабильно устраняли намагниченность изостыков с композитными накладками. При этом, многолетние наблюдения и исследования намагниченности изостыков позволили выявить безопасный уровень, при котором отсутствует налипание стружки или её количество не вызывает закорачивания изостыков [1] (безопасным уровнем намагниченности изолирующего стыка считается 10 мТл и менее [2]).

В данный момент методы борьбы с намагниченностью изостыков можно разделить на три основных группы:

- снижение магнитного поля шунтированием (пассивный метод);

- размагничивание или управление величиной магнитного поля (активный метод);

- создание искусственного барьера от замыкания стружкой.

Суть пассивного метода заключается в том, чтобы заполнить воздушный зазор в стыке магнитопроводящим материалом, так сказать, снизить магнитное сопротивление. Примеры использования пассивного метода – это установка в изостык прокладки стыковой композиционной ПСК-65, магнитошунтирующей изоляции КМШИ-65, металлополимерных или металлокомпозитных боковых накладок. У пассивного метода есть один основной недостаток – величина снижения магнитного поля зависит от магнитных свойств материала и объемного содержания магнитопроводящего материала в зоне стыка рельсов. И фактически величина снижения не зависит от начальной намагниченности изостыка.

В активном методе, как правило, используют очень сложные и дорогие магнитные системы. При использовании магнитных систем магнитное поле в изостыке перераспределяется путем наложения внешнего магнитного поля на поле изостыка. С помощью магнитной системы можно управлять величиной наложенного магнитного поля, достигая нормируемой величины намагниченности или полного размагничивания изостыка, вне зависимости от того, какая изначально была намагниченность изостыка и как она будет изменяться в дальнейшем. Или, другой способ – изостык подвергается воздействию затухающего знакопеременного магнитного поля, которое полностью размагничивает изостык. В качестве демагнитизатора на ЖД, например, используют электробалластеры, установленные на спецвагонах. Один из недостатков – как правило, для магнитных систем необходимо внешнее электропитание, процесс достаточно энергоёмкий и такие магнитные системы используются единоразово, т.е. они не постоянно стоят в пути и не могут самостоятельно отслеживать изменение магнитного поля.

Самый простой способ – создание искусственного барьера от замыкания стружки, не требующий высоких затрат на реализацию. Известно одно серийное решение – стыковая прокладка с фартуком, которая «обволакивает» торец рельса. На стадии опытного образца – ряд постоянных магнитов, установленных перед изостыком и улавливающие стружку. И, наконец, на сети ЖД используют такие способы, как покраска торцов рельсов в стыке.

После проведения ряда исследований для решения проблемы намагниченности изостыков специалистами ООО «НТЦ Информационные Технологии» с использованием принципа активного метода были разработаны шунт размагничивающий изолирующих стыков ШРИС-65 и индикатор контроля намагниченности изостыков, не имеющие аналогов как в России, так и за рубежом (рис. 1).

Рис. 1. Общий вид установленного под стык шунта размагничивающего

 и индикатора ИКН на головке рельсов

Шунт размагничивающий представляет собой магнитную систему, состоящую из ферромагнитного сердечника, содержащего мощные постоянные магниты, установленные определенным образом (рис. 2). Полюсные наконечники сердечника, контактирующие с подошвами рельсов, изолированы от последних магнитодиэлектрическими прокладками, снижающими магнитное сопротивление между подошвой рельсов и полюсным наконечником сердечника. Для защиты элементов магнитной системы шунта от воздействия внешней среды и обеспечения электрических параметров (сопротивления) корпус шунта выполнен герметичным из диэлектрического полимерного материала.

Рис. 2. Устройство шунта размагничивающего

При разработке конструктивные параметры устройства определялись, в основном, габаритами шпального ящика в месте расположения изолирующего рельсового стыка с учетом возможной несимметрии расположения стыкового зазора относительно ближайших шпал, а ширина устройства ограничена габаритами подошвы рельса. Крепление шунта к подошве рельсов производится посредством пружинных элементов (скоб), контактирующих с шунтом через опорную пластину, что позволяет монтировать и демонтировать шунт без разборки изостыка (рис. 3).

1, 2 – направление перемещений скобы

Рис. 3. Установка шунта размагничивающего под стык

Благодаря постоянным магнитам, расположенным определенным образом в магнитной системе, шунт образует в стыке магнитное поле обратной полярности, которое при взаимодействии с магнитным полем изостыка в сумме обеспечивают намагниченность в стыке в пределах нормы (рис. 4). Мощность магнитов подобрана так, чтобы в зоне подошвы рельсов индукция магнитного поля также не превышала безопасного уровня по абсолютной величине, хотя направление поля в головке и подошве рельса при этом могут быть противоположными (рис. 4, б).

а) 

б) 

Рис. 4. Направления магнитных полей шунта размагничивающего и изостыка

до взаимодействия (а) и после (б)

Для определения уровня намагниченности и направленности магнитного поля при установке шунта размагничивающего для изолирующих стыков используется Индикатор контроля намагниченности ИКН, который также представляет собой магнитную систему (рис. 5). Над магнитной стрелкой и картушкой индикатора располагается магнитопровод, который сориентирован вдоль зазора стыка. Картушка имеет шкалу для определения степени намагниченности рельсового изолирующего стыка. Шкала картушки разделена на 3 пары сегментов, имеющих определенный цвет (красный, желтый, зеленый). Каждому цвету соответствует определенная степень намагниченности. Низкая степень намагниченности обозначена зеленым цветом, средняя степень намагниченности - желтым, а высокая степень намагниченности красным.

   

Рис. 5. Индикатор контроля намагниченности ИКН

При установке индикатора ИКН на стык (рис. 1, 6), магнитное поле изостыка и магнитное поле магнитопровода индикатора ИКН воздействуют на магнитную стрелку, стремясь сориентировать её в направлении суммарного вектора индукции магнитного поля. В зависимости от величины индукции магнитного поля изолирующего стыка магнитная стрелка отклоняется на определенный угол и указывает на определенную зону картушки. Чем больше уровень намагниченности изостыка, тем на больший угол отклоняется стрелка индикатора ИКН. Таким образом, можно выявить уровень степени намагниченности рельсового изолирующего стыка при одной установке индикатора на головки рельсов.

Рис. 6. Индикатор ИКН на изостыке

В данный момент изделия эксплуатируется на 3-х железных дорогах ОАО «РЖД» - Горьковской, Октябрьской и Свердловской ж.д. и принято в постоянную эксплуатацию.

В таблице 1 приведены результаты измерений индукции магнитного поля изолирующих стыков, снабженных различными магнитошунтирующими устройствами (приведены средние величины по данным с разных дорог).

Таблица 1

 Индукция магнитного поля, мТл
Конструкция изолирующего стыка до установки после установки снижение индукции на ...
 Изостык АпАТэК-65ВП с композитными накладками и прокладкой стыковой ПСК-65 25 20 20%
 Изостык СКИ65 с композитными накладками с магнитопроводящими вставками  34 24 29%
 Изостык с металополимерными накладками (Ростов-Гефест, АпАТэК-МК и т.п.) 28 14 50%
 Изостык АпАТэК-65 с композитными накладками и шунтом размагничивающим ШРИС-65/2 38 8 79%

В таблице 2 приведены результаты сравнения показаний магнитометра «СТЫК-3Д» и индикатора контроля намагниченности ИКН.

Таблица 2

 Показания приборов
 № изостыка Место установки СТЫК-3Д, мТл ИКН, цвет шкалы
сигнал Г левый

Горка ст. Комсомольск 

Деревянные шпалы, Накл. композитные

11,04 желтый
сигнал Г правый

Горка ст. Комсомольск

Деревянные шпалы, Накл. композитные
9,96 зеленый
сигнал ЧМ2 левый

Волочаевский-2

Деревянные шпалы, Накл.металл.строг.
15,44 красный
сигнал ЧМ2 правый

Волочаевский-2

Деревянные шпалы, Накл.металл.строг.
3,94 зеленый
сигнал НМIIIГ левый

Перегон Комсомольск-Дземги

Бетонные шпалы, Накл. композитные
6,06 зеленый
сигнал НМIIIГ правый

Перегон Комсомольск-Дземги

Бетонные шпалы, Накл. композитные
24,56 красный

Результаты испытаний показали, что благодаря применению шунта размагничивающего ШРИС-65 индукция магнитного поля изолирующих стыков со значения 30-40 мТл снизилась до нормированного значения 5-10 мТл и безопасный уровень сохраняется в течение всего срока эксплуатации. А показания индикатора контроля намагниченности ИКН соответствуют показаниям дорогостоящего и сложного в эксплуатации магнитометра «Стык-3Д».

Выводы

В заключении можно сказать, что применение шунта размагничивающего и индикатора ИКН позволяет:

- снизить уровень намагниченности концов рельс до 50 % и более, в сравнении с изолирующим стыком, оснащенным композитными накладками и полимерными стыковыми прокладками, и, как следствие, уменьшить вероятность образования электропроводного «мостика» между изолированными рельсами из налипших к ним металлических частиц без применения сложных технологий и устройств;

- наличие шунта размагничивающего не дает скапливаться токопроводящим частицам и окалинам под подошвами рельсов за счет плотного прилегания к подошве рельса;

- для эксплуатации шунта размагничивающего и индикатора контроля не применять внешнего питания;

- использование индикатора контроля намагниченности ИКН позволяет оперативно без дополнительных средств определить состояние намагниченности изолирующих стыков в любых климатических условиях и в процессе установки шунта размагничивающего позволяет в режиме он-лайн контролировать изменение магнитного поля изостыка;

- снизить трудоёмкость проведения периодического технического обслуживания изолирующих стыков – экономия складывается из уменьшения трудовых и материальных затрат;

- сократить количество ложных срабатываний изолирующих стыков, влекущих за собой остановку движения состава до момента окончания осмотра пути и убеждения в ложном срабатывании. Экономия складывается за счёт снижения затрат на устранение неисправностей. Сокращение времени простоя пути способствует повышению эффективности поездной работы дистанции. Для целей данного расчёта экономическая эффективность складывается за счёт уменьшения убытка от простоя пути.

- пользоваться индикатором контроля намагниченности персоналом любой квалификации. Обучение обслуживающего персонала не требуется.

Авторы

Е.Н. Емельянов, канд. техн. наук,

В.С. Фадеев, докт. техн. наук

журнал "Путь и путевое хозяйство" №8 2015 г.

Список литературы

1. Кулиш М. Л. Измерение магнитной индукции в рельсовом стыке // Автоматика, связь, информатика. 2005. № 11. С. 15...17.

2. Инструкция по определению мест со сверхнормативной намагниченностью рельсов в пути и на рельсосварочных предприятиях и Технология обеспечения нормативного значения намагниченности рельсов, утвержденная распоряжением ОАО «РЖД» от 09.01.2013 г. № 5р.