"ЛСПП" Локомотивный светодиодный поворотный прожектор

Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта, а именно к системам головного освещения, неподвижно устанавливаемым на подвижном составе (локомотивах, электричках, рельсовых поездах, трамваях, специальном самоходном подвижном составе), которые необходимы для освещения участка пути перед кабиной тяговой единицы подвижного состава, и может быть использована для замены штатного лобового локомотивного прожектора.
В целях обеспечения безопасности перевозки грузов и пассажиров в ночное и темное время суток, а также при плохой видимости, машинист поезда использует лобовой прожектор для освещения железнодорожного пути и своевременного принятия мер в случае возникновения препятствий на путях. Рельсовые нити укладываются не только на прямых участках пути, но и в кривых, где видимость может снижаться из-за отклонения луча прожектора в сторону относительно самой кривой участка пути. В штатных лобовых локомотивных прожекторах эксплуатирующегося подвижного состава отсутствует поворотный механизм, позволяющий направлять пучок света в кривую участка пути.
Полезная модель позволяет улучшить светотехнические характеристики локомотивного прожектора.
В настоящее время в эксплуатации на сети железных дорог, а также трамвайных линиях и линиях метрополитена, находится большое количество тягового подвижного состава с лобовыми прожекторами на лампах накаливания, имеющих значительное потребление электрической энергии - около 500 Вт на одну подвижную единицу. При этом используемые лампы накаливания по своей конструкционной особенности неустойчивы к сильным вибрациям и могут выходить из строя до окончания срока службы по причине значительных механических воздействий на них. Кроме того, область освещения применяемых в настоящее время лобовых прожекторов с лампами накаливания составляет около 300 метров из-за использования параболического отражателя в конструкции рассеивателя, покрывающего менее 50% лампы, а их КПД не превышает 20%.
Недостатками перечисленных прожекторов являются низкая средняя продолжительность горения ламп накаливания, активный спад светового потока за пределами средней продолжительности горения, недостаточная световая отдача, неустойчивость к перепадам питающего напряжения, повышенная нагрузка на зрение обслуживающего персонала из-за низкой цветовой температуры светового потока.
Известны и применяются на более современных образцах тягового подвижного состава светодиодные лобовые прожекторы с неподвижной оптической осью, они потребляют до 300 Вт электрической энергии, имеют КПД до 70%, но дороги в производстве и имеют сложную конструкцию, а также повышенные требования к электромагнитной совместимости. Схема построения оптической системы подобного прожектора обеспечивает высокую яркость, но отсутствие адаптивного управления углом поворота оптической оси приводит к ослеплению машинистов тяговых подвижных единиц встречных поездов и ослепляет работников, обслуживающих рельсовый подвижной состав и железнодорожную инфраструктуру, в том числе производящих осмотр подвижного состава на ходу поезда. При этом реальная эффективность таких прожекторов недостаточна из-за малой плотности, однородности и резких границ светового пучка. Видимость в кривых железнодорожных линий может практически отсутствовать на расстоянии менее чем 100 метров. Износ светодиодной матрицы таких прожекторов по их конструкционным особенностям происходит единовременно по всей поверхности, а выгорание светодиодов влияет на все режимы работы (как правило, два: «ярко/тускло» или «дальний/ближний»). В случае отказа такой прожектор не подлежит ремонту в пути следования и требует немедленной остановки подвижного состава.
Из уровня техники известен лобовой локомотивный прожектор, содержащий корпус, в котором закреплен первый источник света, включающий вогнутый отражатель, расположенную вдоль его оптической оси газоразрядную лампу и блок управления, который снабжен вторым аналогичным источником света и третьим менее ярким источником света, закрепленным в том же корпусе (патент RU 178996 U1, МПК B61D 29/00, F21S 41/00, опубл. 24.04.2018). Недостатками известного устройства является применение газоразарядных ламп, а также отсутствие возможности изменения угла поворота оптической оси прожектора.
Известны лампы светодиодные прожекторные, состоящие из цоколя, с которым соединен теплоотвод с оребрением, на котором размещены источник света и вентилятор, отличающиеся тем, что теплоотвод с оребрением соединен с теплопроводным стержнем с оребрением, закрепленным в цоколе, при этом в качестве источника света использованы светодиодные матрицы, размещенные на теплоотводе с оребрением, драйвер питания является интеллектуальным драйвером питания светодиодной матрицы и вентилятора и соединен с ними, и имеет датчик тока питания матрицы, датчик напряжения питания лампы и датчик температуры матрицы, имеющий тепловой контакт с теплоотводящей поверхностью светодиодной матрицы (патент RU 160784 U1, МПК F21S 8/00, F21V 29/00, H05B 33/02, H01L 33/00, опубл. 27.03.2016). Недостатками такого технического решения являются невозможность его использования в лобовых локомотивных прожекторах в связи с тем, что оптическая ось не всегда будет совпадать с направлением оптического излучения прожектора, а площадь излучающей поверхности может быть больше допустимой, что не позволит получить кривую силы света, удовлетворяющую требованиям.
Известен прожектор локомотива железнодорожного транспорта, содержащий блок управления, первый выход которого соединен с входом первого излучателя светового потока, отличающийся тем, что в него введены модем GPS/ГЛОНАСС, блок базы данных и несколько излучателей светового потока, подключенных нескольким выходами блока управления, а выход модема GPS соединен с входом блока базы данных, выходом, подключенным к первому входу блока управления, причем направления излучения нескольких излучателей светового потока различны и образуют область излучений светового потока по условиям движения локомотива в кривых участках пути (патент RU 157732 U1, МПК B60Q 1/06, опубл. 10.12.2015). Очевидным недостатком такого технического решения является необходимость использования данных в сети передачи GSM, которая не зарекомендовала себя надежной в части передачи больших объемов данных, а также имеет крайне низкие показатели покрытия базовыми передающими станциями. Кроме того, одним из условий работоспособности данного решения является необходимость загрузки баз данных о состоянии и кривых участках пути, что бывает затруднительно в эксплуатируемых локомотивах ранних годов выпуска и требует постоянного обновления баз и маршрутов следования.
Известен прожектор локомотива железнодорожного транспорта, содержащий блок управления, блок ручного управления, передающий модуль, инфракрасные фотоприемники, отличающийся тем, что имеет возможность подключаться к системе безопасности локомотива через разъемное соединение, получать информацию, передаваемую в системе безопасности, и самостоятельно отправлять в нее сигналы согласно принятому протоколу передачи данных, при этом инфракрасные фотоприемники установлены на защитном стекле прожектора локомотива железнодорожного транспорта, передающий модуль состоит из светодиодов видимого или инфракрасного спектра, для формирования передаваемого сигнала используются модулятор и маломощные ключи, которые управляют малым током по сравнению с током в рабочих режимах, что приводит к изменению тока, следовательно, изменению светового потока, а для обработки принимаемого сигнала используются демодулятор, полосовой фильтр и интегрирующий усилитель с ограничителем (патент RU 2577335 C2, МПК H04B 10/00, опубл. 20.03.2016). Данное техническое решение позволяет регулировать световой поток лобового локомотивного прожектора и не ослеплять машинистов встречных поездов. Недостатком данного решения является сложность конструктивного исполнения и отсутствие возможности изменения угла поворота оптической оси, что делает невозможным требуемое освещение участков пути в кривых.
Известен прожектор рельсового подвижного состава, установленный в передней лобовой части кузова в обтекаемом корпусе, выполненном заодно с крышей кузова, и содержащий переднее защитное стекло, а внутри источник света с рефлектором, причем кузов жестко сочленен с несущей рамой, которая установлена на опоры тележек и шарнирно зафиксирована с помощью центрального шкворня, отличающийся тем, что источник света с рефлектором выполнен с возможностью автоматического поворота в горизонтальной плоскости относительно продольной оси подвижного состава, синхронно с поворотом передней тележки и кинематически дистанционно связан с внутренним торцом центрального шкворня передней тележки подвижного состава ( патент RU 2038530 C1, МПК F21M 3/08, опубл. 27.06.1995). При выходе состава на криволинейный участок пути передняя тележка под воздействием кривизны рельсов пути поворачивается на угол β. При этом центральный шкворень также поворачивается на угол β и через кинематическую связь осуществляется поворот скобы с источником света и рефлектором вокруг вертикальной оси в горизонтальной плоскости. Дистанционная кинематическая связь может быть выполнена в виде приводной цепной, ременной зубчатой передачи или гибкого троса. Недостатками данного технического решения являются отсутствие освещения кривой участка пути перед и в сам момент входа подвижного состава в кривой участок пути, так как передняя тележка еще не повернута, а луч прожектора направлен по касательной к траектории движения. Также не происходит освещения прямолинейного участка пути в момент выхода подвижного состава из кривой, так как передняя тележка под воздействием кривизны пути еще повернута на определенный угол, а впереди путь уже прямолинейный. Данный недостаток наиболее сильно проявляется на кривых участках пути с малыми радиусами. Кроме того, техническое решение имеет излишнюю техническую сложность и требует проведения дополнительных работ по модернизации существующего подвижного состава.
Ближайшим аналогом заявленной полезной модели, принятым за прототип, является полезная модель системы адаптивного управления головного освещения подвижного состава, содержащей прожектор с изменяемым направлением светового потока, отличающейся тем, что содержит видеокамеру, установленную рядом с прожектором, направленную на участок пути движения и предназначенную для сбора видеоданных о впереди идущих путях, модуль распознавания, предназначенный для обработки видеоданных на основе средств технического зрения и определения кривизны впереди идущих путей, и модуль управления, предназначенный для расчета оптимального направления светового потока прожектора, основываясь на данных о кривизне путей, и отсылки управляющего сигнала прожектору с изменяемым направлением светового потока (патент RU 123897 U1, МПК F21S 8/10, опубл. 10.01.2013). Недостатком данной полезной модели является зависимость эффективности работы устройства от погодных и иных условий, влияющих на качество распознавания профиля пути. Кроме того, подобная система крайне дорога для массового применения на подвижном составе.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является устранение недостатков известных технических решений и создание надежного многофункционального лобового адаптивного локомотивного светодиодного прожектора, который может быть использован для замены устаревших локомотивных прожекторов на эксплуатирующемся подвижном составе различного назначения (локомотивах, электропоездах, специальном самоходном подвижном составе, трамваях и др.).
Технический результат заключается в улучшении видимости железнодорожного пути в кривых участках перед тяговым подвижным составом в любое время при любой видимости в естественных погодных и климатических условиях.
Сущность полезной модели поясняется на фиг. 1, где представлена структурная схема локомотивного светодиодного поворотного прожектора. 5 Поставленная проблема решается, а технический результат достигается за счет того, что локомотивный светодиодный поворотный прожектор имеет собранные в единую конструкцию светоизлучающую часть 1, состоящую из корпуса-радиатора с закрепленными светодиодными источниками света и индивидуальными рассеивателями, расположенными перпендикулярно оптической оси прожектора, подставку с расположенными на ней едином корпусе преобразователем напряжения/тока 2 и блоком стабилизации напряжения и тока сети питания 3, электрический поворотный механизм прожектора с собственным блоком управления 4, блок управления поворотом оптической оси прожектора 5, сетевой адаптер 6. Управление углом поворота оптической оси прожектора производится по сигналам, поступающим на вход блока управления поворотом оптической оси прожектора 5 через сетевой адаптер 6 от внешнего дистанционного пульта управления 7 либо по сигналам с информацией о профиле железнодорожного пути из бортовой системы управления.
На фиг. 2 представлен общий вид предлагаемого локомотивного светодиодного поворотного прожектора. Предлагаемый локомотивный светодиодный поворотный прожектор содержит светоизлучающую часть 1, состоящую из корпуса-радиатора 9 с закрепленными светодиодными источниками света 10 и индивидуальными рассеивателями 11. Все источники света 10 имеют общую оптическую ось, интегрированы в единый корпус-радиатор 9 и закреплены на нем с помощью удерживающих рамок. Каждый источник света содержит индивидуальный рассеиватель 11, расположенный перпендикулярно оптической оси прожектора. На подставке корпуса 12 расположены поворотный механизм прожектора 4 с собственным блоком управления, собранные в одном корпусе 13 блок стабилизации питания 3 и преобразователь напряжения/тока 2, корпус 14 блока управления поворотом оптической оси прожектора 5 и сетевого адаптера 6.
Локомотивный светодиодный поворотный прожектор может иметь различные исполнения как по количеству и светотехническим характеристикам светодиодных источников света, так и по возможностям настройки и режимам работы. В качестве источников света 10 могут использоваться светодиоды с разной цветовой температурой и спектром излучаемого света и индивидуальными рассеивателями 11 с разными настройками угла свечения, что обеспечивает возможность настройки параметров светового пучка (ширина, однородность, плотность, цветовая температура и т.п.) прожектора для обеспечения наилучшей видимости железнодорожного пути в кривых участках 6 в зависимости от времени года, времени суток, погодных и климатических условий, а также типа тягового подвижного состава (локомотива), на который устанавливается прожектор.
Источники света 10 могут включаться одновременно, или они могут делиться на группы, а включение/выключение каждой отдельной группы может осуществляться по сигналам внешнего дистанционного пульта управления 7.
Преобразователь напряжения/тока 2 предназначен для обеспечения требуемых значений напряжения и тока для электропитания светодиодных источников света 10.
Блок стабилизации напряжения и тока сети питания 3 предназначен для стабилизации напряжения бортовой сети электропитания локомотива или иной единицы подвижного состава. Блок стабилизации напряжения и тока сети питания 3 имеет разъем для подключения к бортовой сети подвижного состава.
Электрический поворотный механизм прожектора с собственным блоком управления 4 обеспечивает изменение угла поворота оптической оси прожектора по горизонтали по сигналам блока управления поворотом оптической оси прожектора 5.
Блок управления прожектором 5 предназначен для формирования сигналов управления режимами работы и углом поворота прожектора на основе управляющих сигналов, поступающих от выносного дистанционного пульта управления 7 либо сетевого адаптера 6, использующего внешнюю информацию о профиле пути (электронные карты железнодорожных путей, навигационная информация).
На фиг. 2 представлен общий вид предлагаемого локомотивного светодиодного поворотного прожектора. Предлагаемый локомотивный светодиодный поворотный прожектор содержит светоизлучающую часть 1, состоящую из корпуса-радиатора 9 с закрепленными светодиодными источниками света 10 и индивидуальными рассеивателями 11. Все источники света 10 имеют общую оптическую ось, интегрированы в единый корпус-радиатор 9 и закреплены на нем с помощью удерживающих рамок. Каждый источник света содержит индивидуальный рассеиватель 11, расположенный перпендикулярно оптической оси прожектора. На подставке корпуса 12 расположены поворотный механизм прожектора 4 с собственным блоком управления, собранные в одном корпусе 13 блок стабилизации питания 3 и преобразователь напряжения/тока 2, корпус 14 блока управления поворотом оптической оси прожектора 5 и сетевого адаптера 6.
Локомотивный светодиодный поворотный прожектор может иметь различные исполнения как по количеству и светотехническим характеристикам светодиодных источников света, так и по возможностям настройки и режимам работы. В качестве источников света 10 могут использоваться светодиоды с разной цветовой температурой и спектром излучаемого света и индивидуальными рассеивателями 11 с разными настройками угла свечения, что обеспечивает возможность настройки параметров светового пучка (ширина, однородность, плотность, цветовая температура и т.п.) прожектора для обеспечения наилучшей видимости железнодорожного пути в кривых участках 6 в зависимости от времени года, времени суток, погодных и климатических условий, а также типа тягового подвижного состава (локомотива), на который устанавливается прожектор.
Предлагаемый Локомотивный светодиодный поворотный прожектор состоит, по меньшей мере, из нескольких источников света 10, работающих в двух режимах («ярко/тускло» или «дальний/ближний»). Все источники света 10 имеют общую оптическую ось, интегрированы в единый корпус-радиатор 9 и закреплены на нем с помощью удерживающих рамок. Каждый источник света содержит индивидуальный рассеиватель, расположенный перпендикулярно оптической оси прожектора. На подставке корпуса 12 расположены блок стабилизации питания 3, блок управления прожектором, поворотный механизм прожектора с собственным блоком управления 4. Прожектор имеет выносной пульт адаптивного управления углом поворота оптической оси прожектора (на фиг.2 не показан).
Локомотивный светодиодный поворотный прожектор может иметь различные исполнения как по количеству и светотехническим характеристикам светодиодных источников света (цветовой температуре и спектру излучаемого света) в зависимости от области применения (типа и условий работы подвижного состава), так и по возможностям подключения:
1. Источники света могут включаться одновременно и быть подключены к одному (общему) преобразователю питания.
2. Источники света могут включаться одновременно и быть подключены группами к разным, независимым преобразователям питания.
3. Источники света могут делиться на две группы: основной и резерв, а переключение между ними может быть выполнено в виде тумблера на выносном пульте адаптивного управления.
4. Источники света могут работать от собственного DC-DC преобразователя (блок 2 на фиг. 1), делиться на группы или быть подключены к единому преобразователю, а их переключение реализуется с помощью дополнительного тумблера на выносном пульте адаптивного управления.
5. В источниках света могут использоваться оптические элементы с разными настройками угла свечения.
Преобразователь напряжения/тока 2 предназначен для обеспечения требуемых значений напряжения и тока для электропитания светодиодных источников света 10.
Блок стабилизации напряжения и тока сети питания 3 предназначен для стабилизации напряжения бортовой сети электропитания локомотива или иной единицы подвижного состава.
Блок стабилизации напряжения и тока сети питания 3 имеет разъем для подключения к бортовой сети подвижного состава.
Электрический поворотный механизм прожектора с собственным блоком управления 4 обеспечивает изменение угла поворота оптической оси прожектора по горизонтали по сигналам блока управления поворотом оптической оси прожектора 5.
Благодаря описанному техническому решению и конструкции, предлагаемый локомотивный светодиодный поворотный прожектор при 7 потреблении не более 150 Вт позволяет получить характеристики освещения железнодорожного пути, значительно превосходящие характеристики лобовых прожекторов, применяемых на рельсовом транспорте в настоящее время. При этом конструкция прожектора позволяет использовать его в качестве штатного лобового прожектора без предварительных изменений или модернизации конструкции эксплуатирующегося подвижного состава, замена может быть произведена с использованием штатного инструмента машиниста во время приемки подвижной единицы в рейс. Кроме того, предлагаемый прожектор дает возможность гибкого использования и переключения режимов работы, а также управления углом поворота оптической оси прожектора непосредственно из кабины локомотива. Например, машинист может использовать стандартный режим освещения («тускло» или «ближний») при движении с приемлемой естественной освещенностью участка пути, либо использовать повышенный режим освещения («ярко» или «дальний») при движении в случае плохой видимости (сильные осадки, туман и другие). Имеется возможность изменять угол поворота оптической оси прожектора в правую или левую сторону в горизонтальной плоскости при приближении и движении в кривой участка пути, и при этом иметь хорошую освещенность на расстоянии более 1 км на участках пути с ограниченной видимостью при обычных условиях эксплуатации.
За счет улучшения видимости железнодорожного пути в кривых участках перед тяговым подвижным составом предлагаемый локомотивный светодиодный поворотный прожектор обеспечивает снижение зрительной утомляемости машинистов подвижного состава, улучшает безопасность движения на железной дороге за счет уменьшения риска ослепления машинистов тяговых подвижных единиц встречных поездов и работников, обслуживающих рельсовый подвижной состав и железнодорожную инфраструктуру.