СТЕТИЛЬНИК ШАХТНЫЙ ГОЛОВНОЙ

Область техники, к которой относится полезная модель
Изобретение относится к области индивидуального осветительного оборудования, используемого для освещения подземных выработок, шахт, рудников, тоннелей и проч.
Уровень техники
Известен светильник головной СГГ-7 для индивидуального освещения рабочего места шахтера, содержащий закрепляемую на каске фару с двухнитиевой лампой накаливания, связанную посредством соединительного кабеля с размещенными в отдельном кожухе аккумуляторами (см. кн. «Приборы для добывающих отраслей. ПО «Электроточприбор, г.Омск, 2002 г.). Светильник включает схему контроля уровня заряда батареи и имеет возможность автоматического переключения с основного режима работы на резервный, характеризующийся уменьшенным световым потоком, что позволяет рабочему выйти на поверхность до отключения светильника и предохраняет батарею от полного разряда и повреждения. Недостатки светильника обусловлены использованием в качестве источника света лампы накаливания с высоким энергопотреблением -до 1 А, для непрерывной работы которой в течение рабочего дня требуется аккумуляторная батарея большой мощности (не менее 10 А/часов), имеющая значительные вес и габариты, вследствие чего возникает необходимость ее размещения в отдельном корпусе, носимом на поясе шахтера. При этом длинный, идущий от пояса к каске, соединительный кабель является источником помех и опасности при перемещении и работе в стесненных условиях. Кроме того лампы накаливания имеют малый ресурс работы (≈200 часов), низкую вибро- и ударопрочность, являются источником взрыво- и пожароопасности.
Известен шахтный светильник индивидуального пользования, содержащий фару с матрицей светодиодов и светопреобразующей системой, приспособление для крепления фары на каске, кожух с аккумуляторными батареями и соединительный шнур (патент на изобретение №2187039, МПК: F21L 4/00, опубл. 2002.08.10). Использование в качестве источника света светодиодов позволяет значительно увеличить срок службы светильника, (ресурс работы светодиода составляет 100000 часов, что превышает срок службы лампы накаливания в 500 раз). Светодиоды потребляют значительно меньше электроэнергии, устойчивы к механическим воздействиям, не нагреваются и имеют значительно более яркий и чистый свет. Недостатком упомянутого шахтного светильника также является наличие соединительного кабеля между фарой и аккумуляторной батареей. Кроме того, в
нем отсутствует источник резервного освещения, что противоречит требованиям ГОСТа: «Светильники головные рудничные взрывозащищенные» ГОСТ Р 52066-2003.
Попытки решить проблему «соединительного шнура» предприняты в известном шахтном светильнике (см. патент на изобретение РФ №2231711, МПК: F21L 4/00, опубл. 2004.06.27), содержащем фару с матрицей светодиодов и связанную с ней аккумуляторную батарею, выполненную в виде двух идентичных блоков, закрепленных по бокам каски, что позволило значительно сократить длину соединительных шнуров. Однако последние пропущены по наружной стороне каски, следовательно подвержены различным механическим воздействиям, кроме того требуется точный расчет баланса центров тяжести каски, фары и блоков с аккумуляторами.
Известен переносной фонарь со светодиодным источником света (см. патент US 2006/0262524, опубл. 23.11.2006 г), в удлиненном корпусе которого вместе с источником света размещены три аккумуляторные батареи. Однако этот фонарь предназначен только для ручного использования, т.к. имеет габариты и вес, не позволяющие использовать его в качестве головного светильника.
Известен светильник, закрепляемый на каске пожарника, содержащий U-образно изогнутый корпус, закрепленный над козырьком каски, где размещены и источники света в виде излучающих светодиодов с рефлекторами и аккумуляторы (см. патент US №5408393, МПК: F21L 15/14, опубл. 18.04.1995 г). Однако U-образное исполнение корпуса, в отличие от корпуса фары, позволяет получить значительно больший внутренний объем для размещения элементов светильника. Вместе с тем светильник имеет малый ресурс работы (до 3-х часов), что не позволяет использовать его для продолжительных работ, имеющих место в шахте.
В качестве ближайшего по наличию сходных существенных признаков аналога для заявляемого шахтного головного светильника принят головной светильник, содержащий аккумуляторный источник питания и закрепляемый на каске оптический световой блок (фару), в корпусе которого размещены источник света в виде излучающего светодиода с рефлектором и электронная схема управления (патент US 2005/0174753, MПK: F21V 29/00, опубл. 2005.08.11). Источник питания выполнен в виде пары закрепленных поверх каски блоков с пальчиковыми аккумуляторами, соединенных с фарой электрическими проводами. Последние подвержены ударным и механическим воздействиям, что снижает надежность работы светильника в условиях шахты. Наличие проводов приводит к потерям электрической энергии на сопротивление. При этом размещение на каске нескольких блоков ухудшает и усложняет эксплуатацию устройства.
Раскрытие полезной модели
Задачей заявляемой полезной модели является повышение надежности работы светильника и удобства его эксплуатации и обслуживания.
Поставленная задача решена за счет того, что в светильнике шахтном головном с питанием от аккумуляторной батареи, содержащем закрепляемый на каске осветительный блок(фару), в корпусе которого размещены светодиодный источник света с отражателем и блок управляющей электроники, согласно заявляемой полезной модели, аккумуляторная батарея установлена в одном корпусе с источником света и отделена от него блоком управляющей электроники.
Главным положительным результатом заявляемой полезной модели является создание компактного малогабаритного осветительного прибора, в котором все основные блоки: источник света, электронная управляющая схема и источник питания, размещены в едином корпусе - корпусе фары, закрепляемой на каске шахтера или другого рабочего. В светильнике исключены источники помех, имеющие место во всех ранее известных головных светильниках: соединительные кабели и провода, которые не раз приводили к опасности для жизни человека. Отсутствие наружных проводов также позволяет исключить возможность механического повреждения линий связи, а следовательно, значительно повышает надежность работы светильника, и при этом облегчает его эксплуатацию и обслуживание.
Предлагаемая компоновка светильника позволяет наиболее компактно разместить основные блоки светильника внутри корпуса, при этом связь источника света с аккумуляторной батареей осуществляется через блок электроники, размещенный между ними, что позволяет минимизировать проводную связь. Снижаются потери энергии на сопротивление, повышается надежность работы блоков светильника.
В конкретном случае реализации заявляемого устройства блок электроники представляет собой смонтированную на монтажной плате электронную схему. Источник света содержит, по меньшей мере, два излучающих светодиода различной мощности для основного и аварийного освещения, закрепленных на одной стороне упомянутой монтажной платы, на другой стороне которой смонтирована электронная схема блока управляющей электроники, закрытая промежуточной крышкой. На обратной по отношению к электронной схеме стороне промежуточной крышки выполнен ложемент для установки аккумуляторной батареи.
В качестве светодиода основного освещения предпочтительно использование мощного светодиода с круговой боковой диаграммой направленности (Side-emitting). В
этом случае, применяя только параболический отражатель, обеспечивают необходимые показатели освещенности и угол прямого выхода светового луча. Для аварийного освещения используют маломощные светодиоды.
Применение в качестве светоизлучающих устройств LEDов различной мощности позволило в 4 раза снизить необходимую емкость аккумуляторной батареи. Предпочтительно использование в светильнике литиевых аккумуляторных батарей, например, литий-полимерных. Такие батареи характеризуются малыми габаритами и относительно большим ресурсом работы.
Предлагаемая компоновка светильника обеспечивает расположение наиболее габаритного и тяжелого элемента- аккумуляторной батареи у основания, т.е. ближе к каске, что повышает устойчивость закрепления светильника на каске.
Целесообразным является выполнение монтажной платы по форме поперечного сечения корпуса в месте установки платы. При установке в корпус такая плата разделяет объем корпуса на два изолированных друг от друга отделения: одно - для аккумуляторной батареи, а другое - для источника света. Такое решение также способствует повышению надежности и безопасности светильника.
В конкретном случае исполнения блок управляющей электроники включает микропроцессорный блок, управляющий работой входящих в состав светильника устройств, и связанные с ним схему контроля уровня заряда аккумуляторной батареи и узел коммутации, обеспечивающий раздельное подключение источников света.
Микропроцессор через схему контроля уровня заряда отслеживает состояние аккумуляторной батареи и при снижении уровня заряда до установленного критического значения переводит светильник в режим экономичного расходования энергии (т.е. на светодиод аварийного освещения меньшей мощности), что исключает полный разряд батареи и позволяет рабочему выйти на поверхность до полного отключения светильника. Переключение режимов работы светильника может производиться и в ручную, для чего предусмотрен соответствующий переключатель.
В конкретном случае реализации светильника микропроцессорный блок может выполнять некоторые дополнительные функции, например, контроль текущего времени и идентификацию номера светильника. Для визуального представления дополнительной информации -текущего времени, номера светильника и состояния (т.е. уровня заряда) батареи на монтажной плате установлена матрица индикаторов, а в корпусе выполнено дополнительное окно, в котором смонтирована упомянутая матрица.
Для установки времени, номера светильника и просмотра информации дополнительного окна (матрицы индикаторов) в светильнике установлен второй переключатель. Оба упомянутых переключателя, выведены на наружную поверхность корпуса. Для чего штоки переключателей пропущены сквозь стенку корпуса и снабжены уплотнением из силиконовой резины. Концы штоков, образующие кнопки ручного переключения, защищены эластичной мембраной.
На корпусе выполнены гнезда для заряда аккумуляторной батареи. В целях защиты от попадания пыли, гнезда закрыты защитными колпачками.
С целью повышения взрывозащищенности корпус светильника может быть выполнен цельнолитым, в котором прозрачные окна образованы в процессе окраски корпуса.
Краткое описание чертежей
Устройство и работа светильника поясняются чертежами, где на фиг.1 - изображен общий вид светильника; на фиг.2 - тоже, вид А с фиг.1; на фиг.3 -сечение А-А с фиг.2, показано внутреннее устройство светильника; на фиг.4 - сечение Б-Б с фиг.3; на фиг.5 - показан вид закрепленного на каске светильника.
Осуществление полезной модели
Светильник 1 шахтный головной содержит (см. фиг.1 и 2) цельнолитой поликарбонатный корпус 2 с прозрачным окном 3 и крышкой 4. Окно 3 защищено от абразивных повреждений тонким силикатным стеклом, приклеенным к корпусу 2 специальным светопропускающим клеем. В корпусе 2 установлена монтажная плата 5, которая разделяет объем корпуса 2 на отделения 6 и 7 для источника света и источника питания, соответственно (см. фиг.3, 4). На стороне платы 5, обращенной к окну 3, закреплены источник основного освещения - светодиод 8, размещенный в фокусе параболического отражателя 9, и два светодиода 10 аварийного освещения с отражателями 11, смонтирована матрица индикаторов 12 и переключатели 13 и 14. Для просмотра информации матрицы индикаторов служит дополнительное прозрачное окно 15. На другой стороне платы 5 смонтирована электронная схема 16 блока управляющей электроники, закрытая промежуточной крышкой 17, на оборотной стороне которой выполнен ложемент 18, в котором размещена литий-полимерная аккумуляторная батарея 19. Сверху батарея 19 зафиксирована крышкой 4, которая прижимает батарею 19 к промежуточной крышке 17.
Штоки переключателей 13 и 14 пропущены сквозь стенку корпуса 2, защищены уплотнениями из силиконовой резины и мембраной 20.
В качестве светодиода 8 основного освещения использован мощный светодиод фирмы «Сrее» (эффективность светового потока последних разработок этой компании составила 131 Лм/Вт) на основе карбида кремния и нитрида галлия, имеющий круговую боковую диаграмму направленности излучения. Оптическая система из такого светодиода 8 и параболического отражателя 9 позволяет одновременно получить широкий угол распределения светового потока (до 120°) и прямой угол направленности основного луча, что обеспечивает высокие показатели светильника и качество освещенности объектов.
Устройство работает следующим образом.
Посредством клипсы 21 светильник 1 закрепляют на каске 22 (см. фиг.5). Нажатием штока кнопки 13 производят включение светильника 1, при этом включается светодиод 8. Повторным нажатии кнопки 13 осуществляют переключение светильника на аварийный источник света - светодиоды 10. При последующем нажатии свет выключается. Стабилизация тока LEDа позволяет обеспечить стабильный световой поток, что обеспечивает необходимую освещенность на все время непрерывной работы светильника, которое составляет не менее 10 часов.
Одновременно с возможностью ручного переключения режимов работы светильника производится контроль уровня заряда аккумуляторной батареи 19 микропроцессором блока электроники (схема 16). В конце рабочего цикла, т.е. при достижении на аккумуляторной батарее установленного минимального критического уровня напряжения, микропроцессор автоматически осуществляет переключение питания с основного источника света на аварийный, благодаря чему пользователь получает информацию о необходимости прекращения работы и выхода на поверхность за время работы аварийного источника света. Это исключает глубокий разряд батареи и ее порчу.
Управление выдачей дополнительной служебной информацией производится второй кнопкой 14. При последовательном нажатии на шток кнопки 14 через прозрачное дополнительное окно 15 можно считывать информацию о текущем времени, остатке энергии аккумуляторной батареи 19 (или об уровне заряда при заряде батареи), номере светильника. Манипулируя двумя кнопками 13 и 14 можно установить точное время и идентификационный номер светильника.
Для зарядки аккумуляторной батареи 19 осуществляют подключение светильника 1 к зарядному устройству через гнезда 23, выполненные на крышке 4. При заряде батареи происходит постоянная индикация процесса заряда. При достижении необходимой энергии светильник автоматически отключается от зарядной цепи.