СВЕТИЛЬНИК ГОРНО-ШАХТНЫЙ ИНДИВИДУАЛЬНОГО ПОЛЬЗОВАНИЯ
MINING LANTERN FOR INDIVIDUAL USE

Изобретение относится к области горно-шахтного оборудования, в частности, может быть использовано в светильниках для индивидуального освещения рабочего места в рудниках и горных выработках шахт, опасных по газу, и при строительстве различных тоннелей.
Известен шахтный светильник индивидуального пользования, состоящий из фары, в которой установлена матрица светодиодов, излучающих белый свет через прозрачное окно с линзами, приспособления для крепления фары на каске, соединительного электрического кабеля, блока аккумуляторных батарей и средств герметизации (патент РФ 2187039, МПК 6 F21L 4/00, 2002 г.).
Известен светильник шахтный головной с измерительными информационными функциями безопасности, работающими в нижней части тонального диапазона электромагнитных волн, состоящий из закрепляемого на каске осветительного блока, в герметичном корпусе которого размещены светодиоды основного и вспомогательного освещения с драйверами и контроллером драйверов, и блока питания, соединенного с осветительным блоком посредством гибкого многожильного кабеля. Блок питания состоит из аккумуляторной батареи с закрытой крышкой, индивидуального драйвера заряда с контроллером и устройством защиты от разряда ниже допустимой нормы. В блоке питания размещен информационный жидкокристаллический дисплей. Блок питания имеет три степени искрозащиты и в целом залит герметизирующим компаундом. Светильник имеет два рабочих режима, выбор которых осуществляется с помощью кнопки сенсорного управления (патент на полезную модель RU 87495, МПК F21L 04/02, 2009 г.).
К недостаткам указанных светильников следует отнести следующее. Применение матрицы светодиодов в светильниках с индивидуальным источником электроэнергии требует использования энергоемких источников питания, что влечет увеличение массы аккумуляторных батарей, а излучаемый свет от матричных светодиодов носит рассевающую форму ближнего освещения. Оснащение шахтно-рудничного светильника дополнительными приборами управления в виде жидкокристаллических дисплеев, сенсорных кнопок управления, контроллеров различного назначения усложняет конструкцию светильника и увеличивает расход электроэнергии, что влечет за собой снижение надежности работы светильника и увеличение габаритно-массовых параметров блока питания.
Техническим результатом изобретения является устранение указанных недостатков при обеспечении надежности работы горно-шахтного светильника, создающего световой поток направленного действия с высокими показателями освещенности при экономичном расходовании энергии.
На Фиг.1 представлена фара светильника;
на Фиг.2 - блок электропитания;
на Фиг.3 - принципиальная электрическая схема светильника.
Указанный технический результат достигается за счет того, что светильник горно-шахтный индивидуального освещения содержит фару 1, закрепляемую на каске с помощью скобы 2 и зажима 3, отдельный залитый герметичным компаундом электрический блок питания 4, соединенный с фарой 1 посредством гибкого четырехжильного электрического кабеля 5 в резиновой оболочке. В герметичном корпусе фары 1 за закрытым светопроводящим кварцевым стеклом 6 установлен светодиодный модуль, включающий в себя выполненную из диэлектрического материала печатную плату 7, на лицевой стороне которой закреплен светодиод белого света 8 с драйвером и тубус 9 с линзой 10. Светодиод 8, тубус 9, линза 10 и кварцевое стекло 6 расположены на одной осевой линии по направлению тубуса 9 с линзой 10. Светодиод 8, тубус 9, линза 10 и кварцевое стекло 6 расположены на одной осевой линии по направлению луча света. В печатной плате 7 имеются две электропроводящие цепи, одна из которых соединяет контакты светодиода 8 с одной парой проводов электрического кабеля 5, а другая является частью электрической цепи управления светодиодного модуля и включает в себя встроенное в плату 7 слаботочное герконовое реле 11. На тыльной стороне платы 7 выполнена металлизированная теплоотводящая площадка 12, с которой контактирует теплорассеивающий диск 13, изготовленный из алюминиевого сплава толщиной 3 мм и закрепленный между передней и тыльной частями корпуса фары 1 таким образом, что его образующая является частью наружного контура корпуса фары 1. Снаружи корпуса фары 1 установлен включатель в виде поворотного кольца 14, оснащенного встроенным магнитом 15 с возможностью расположения его в зоне герконового реле 11 при положении кольца 14 «включено» и вне зоны досягаемости его магнитного действия на герконовое реле 11 при повороте кольца в положение «выключено». Электрический блок питания 4 состоит из батареи литий-ионных элементов 16, расположенных в корпусе пластиковой коробки 17 прямоугольной формы, закрытой пластиковой крышкой 18. С наружной стороны крышка 18 имеет металлический бандаж 19, по форме повторяющий крышку 18. Крышка 18 при окончательной сборке крепится на корпусе 17 с помощью винтов 20 с посадкой на герметик 21, а бандаж 19 завальцован по периметру кромки крышки 18. В крышке 18 корпуса закреплены гнездо 22 вывода электрического кабеля 5 и гнездо штекерного разъема 23 для подключения зарядного адаптера (не показан). Штекерный разъем 23 закрыт резьбовой заглушкой 24 с возможностью открывания ее только технологическим ключом (не показан), гнездо 22 имеет резиновое уплотнение 25, которое поджато накидной гайкой 26. Внутри корпуса 17 параллельно батарее литий-ионных элементов 16 расположена печатная плата управления 27, соединенная электрическими линиями с кабелем 5 и батареей литий-ионных элементов 16. Свободные полости корпуса блока питания после установки литий-ионных элементов 16 и печатной платы управления 27 заполнены герметиком (не показано). Печатная плата управления 27 включает в себя соединенные между собой шиной электрического питания процессор 28, стабилизатор тока и напряжения 29, узел защиты перенапряжения заряда 30, узел трехкратной защиты при коротком замыкании кабеля 31. Две линии электрического кабеля 5 соединяют контакты герконового реле 11 с процессором 28, а две другие линии электрического кабеля 5 - процессор 27 через стабилизатор тока и узел трехкратной защиты 31 со светодиодом 8. Электрический блок питания 4 в рабочем положении размещается в тканом чехле (не показан) в виде подсумка с возможностью ношения его на поясном или плечевом ремне или в нагрудном кармане рабочей одежды, причем ткань чехла изготовлена из антистатического материала. В качестве электрического источника питания использована батарея из трех литий-ионных элементов, подзаряжаемых от индивидуального зарядного устройства (не показано), снабженного светодиодным индикатором заряда батареи, при этом узел защиты перенапряжения заряда снабжен устройством автоматического отключения входа блока питания (не показано) от зарядного устройства при подключении к блоку питания нестандартного зарядного устройства с выходным напряжением больше 6 В.
Светильник работает следующим образом.
Фара 1 светильника крепится с помощью скобы 2 и зажима 3 на каске, а блок питания 4, включающий батарею литий-ионных элементов 16, соединенную с фарой 1 посредством гибкого четырехжильного электрического кабеля 5, расположен либо в нагрудном кармане рабочей одежды без чехла, либо в чехле подвешен на плечевом или поясном ремне. Светильник включается поворотом кольца 14 в положение «включено», при котором установленный в кольце магнит 15 находится в зоне расположения герконового реле 11. В этом положении магнита слаботочное герконовое реле замыкает электрическую цепь процессора 28, после чего включается процессор, который по заложенной в него программе выдает команду на включение исполнительных блоков платы управления 27. В результате этих действий на светодиод 8 подается контролируемый по напряжению и величине ток в режиме «включено». Если при контроле напряжение питания меньше 5 В, то оно отключается, а если больше - включается. При этом процессор 28 выполняет действия по заложенной программе, в соответствии с которой измеряет подаваемое на светодиод 8 напряжение от батареи 16 и стабилизирует его через стабилизатор напряжения 29. В случае короткого замыкания срабатывает узел защиты и процессор 26 отключает все цепи. При отключении светильника путем поворота кольца 14 в положение «выключено» герконовое реле разрывает электрическую цепь, и при токе покоя меньше 1 мкА выключается процессор и отключается питание светодиода 8. При горении светодиода 8 образуется световой поток, который проходит через установленную на тубусе 9 линзу 10. Размер светового пятна определяется фокусным расстоянием линзы 10. Световой поток в линзе трансформируется в поток прямого света направленного действия, обеспечивающий высокую освещенность на достаточно большом расстоянии. Получение такого технического результата обусловлено рядом факторов, в том числе применением светодиода 8 большой яркости (большей яркости относительно других аналогичных ламп, устанавливаемых на переносных светильниках такого типа), использованием в фаре линзы и кварцевого стекла 6, которые в совокупности обеспечивают высокие показатели по светопропускной способности. При этом использование защитного кварцевого стекла обеспечивает абразивную устойчивость к воздействию крошек угля и угольной пыли. Для охлаждения внутреннего пространства фары предложено техническое решение по отводу тепла от светодиода 8, включающее в себя установку на тыльной стороне платы 7 металлизированной теплоотводящей площадки 12, с которой контактирует теплорассеивающий диск 13, изготовленный из алюминиевого сплава толщиной 3 мм и закрепленный между передней и тыльной частями корпуса фары 1 таким образом, что его образующая является частью наружного контура корпуса фары 1. Это позволяет эффективно осуществлять отвод тепла из зоны нагревания светодиода за пределы корпуса фары в окружающее пространство. С учетом назначения данного светильника в нем применены технические решения, направленные на исключение случайного искрообразования при эксплуатации светильника, а именно обеспечение герметичности корпуса фары 1 путем установки уплотнительных прокладок в местах стыковки корпусных частей, установки кварцевого стекла 6 и вводов электрического кабеля 5, а в гнезде 22 резиновое уплотнение 25 поджато накидной гайкой 26, а штекерный разъем 23 утоплен в металлическом стакане, закрывающийся резьбовой заглушкой 24 с возможностью открывания ее только технологическим ключом. В целях взрывонепроницаемости крышка 18 корпуса блока питания герметизирована по месту посадки на корпусе 17 и усилена металлическим бандажом 19, который завальцован по периметру крышки 18. Кроме того, чехол для блока питания пошит из ткани с антистатическими свойствами, что исключает искрообразование при трении. Возможность искрообразования также исключается при коротком замыкании проводов кабеля 5 за счет установки в плате управления 27 узла трехкратной защиты 31. Подзарядка батареи осуществляется индивидуальным зарядным устройством, снабженным светодиодным индикатором заряда батареи. В плате управления 27 установлен узел защиты от перенапряжения заряда 30, контролирующий верхний порог заряда. При подключении к блоку питания нестандартного зарядного устройства (с выходным напряжением больше 6 В) узел контроля заряда автоматически отключает вход блока питания от зарядного устройства. Зарядка блока питания производится только в специальных условиях.
Светильник, реализуемый изобретением, имеет следующие технические характеристики:
номинальное напряжение аккумуляторной батареи: 3,7 В;
потребляемая мощность: не более 1,2 Вт;
цветовая температура светодиода: 3700-4200 K;
общий индекс цветопередачи: ≥80 Ra;
освещенность: не менее 2800 лк;
угол излучения: ±8 град;
время непрерывной работы без подзарядки: не менее 17 ч;
масса светильника (фара с блоком питания): не более 570 г.