СВЕТОДИОДНЫЙ ИНДИКАТОР ДЛЯ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ НА ПУЛЬТАХ-ТАБЛО И ПУЛЬТАХ-МАНИПУЛЯТОРАХ

Область техники.
Полезная модель относится к области организации и управления движением на железных дорогах, конкретно, к светосигнальным устройствам, используемых на железнодорожных станциях и в диспетчерской централизации в конструкциях пультов-табло и пультов-манипуляторов.
Уровень техники.
Известно широкое использование световых устройств при управлении движением на железной дороге.
Например, еще в 50-е годы XX столетия в книге Марушко Ф.И., Старостин А.В. «Диспетчерская централизация», Москва, Трансжелдориздат, 1953, стр.119 {1} описана применявшаяся аппаратура управления, которая включала в себя отдельные секции шкафового типа, на передней вертикальной панели которых сверху наносился схематический план участка в виде табло с контрольными лампочками:
- лампочки контроля свободной колеи;
- лампочки контроля изолированных стрелочных секций;
- лампочки контроля участков сближения и удаления;
- лампочки контроля состояния перегонов;
- лампочки контроля взреза стрелок.
В книге: А.А.Казаков, В.М.Давыдовский, Е.А.Казаков «Устройства автоматики, телемеханики и связи на железнодорожном транспорте»,
Москва, Транспорт, 1978 года (рис.81, рис.84 стр.158; рис.85, 95, 96, 98) {2} приведено описание конструкции светоиндикатора пульта-табло. На рис.81 {2} приведена схема станции, пути на которой указаны в виде отдельных освещенных центров с размещением в каждом центре двух лампочек накаливания, причем перед одной лампочкой установлен красный светофильтр, а перед другой светофильтр отсутствует.
При установлении маршрута и проверки его правильности загораются лампочки без светофильтров, формируя белую (желтую) штриховую линию по всему маршруту. С момента занятия составом стрелочной или путевой секции, загораются лампочки с красным светофильтром, формируя красную полосу на табло. Направление световой полоски зависит от положения стрелок и точно отображает конфигурацию маршрута.
На железной дороге наиболее широко применяются точечные пульты-манипуляторы и желобковые пульты-табло.
При диспетчерской централизации используются, как правило, большие пульты-табло, которые построены на аналогичных световых центрах, позволяющие из одного пункта и одному дежурному диспетчеру управлять движением поездов на участке длиной от 100 до 250 км и более.
Количество светоиндикаторов составляет порядка 7000-8000 штук.
Известный световой центр выполнен в виде прямоугольного корпуса, с внешней стороны которого размещен матовый продолговатый желобчатый экран размером 5×20 мм, а с противоположной стороны установлен ламподержатель, связанный проводами с источником питания постоянного или переменного тока, напряжением 24 вольта. В цоколе ламподержателя светового центра размещались две коммутаторные лампочки накаливания типа КМ-24 (вольт)/090 (ампер) с
размером прозрачного стеклянного баллона 6,5×45 мм, разделенные красным светофильтром. За счет рассеивания света от горящей лампочки желобчатый экран освещается равномерно. Ток питания указанной лампочки накаливания составляет 0,090 ампер, напряжение питания-24 вольта, срок службы - 2500 часов. На пульте-табло имеются дверцы для доступа к ламподержателю для замены лампочек.
В точечном табло-манипуляторе используются коммутаторные лампочки КМ-24 вольта с током питания 0,035 ампер, которые закреплены в ламподержателе, снабжены защитными колпачками на резьбе и в случае необходимости имеют защитные светофильтры нужного цвета (красный, белый (желтый), зеленый).
Серьезной проблемой при эксплуатации больших пультов-табло является необходимость частой замены указанных коммутаторных лампочек накаливания КМ-24, потому что приведенный выше предельный срок их службы сравнительно невелик.
Например, потребность службы сигнализации и централизованной блокировки только одной Донецкой железной дороги в Украине составляет 80000 штук указанных лампочек в год, а в эксплуатации находится около 4000000 штук лампочек типа КМ-24. Соответственно, потребность всей сети железных дорог в Украине в лампочках типа КМ-24 составляет около 20000000 штук.
Учитывая тот факт, что до настоящего момента все железные дороги всех стран бывшего СССР продолжают работать как единая система и на одинаковом оборудовании, рассматриваемая проблема с использованием коммутаторных лампочек КМ-24 в диспетчерской централизации, в пультах-табло и пультах-манипуляторах, является актуальной для всех стран.
В патенте Украины на полезную модель №1892, B 61 L 27/00, 25/00 с приоритетом от 23.08.2002 года с участием автора была поставлена и решалась задача усовершенствования светоиндикаторов в пультах-табло и пультах-манипуляторах за счет замены лампочек накаливания на более надежные, со сроком службы 100000 часов, светоиндикаторы, причем с сохранением габаритных размеров лампочек накаливания, их цоколя, а также действующих схем электропитания и корпусного оборудования.
Для проведения опытно-экспериментальной проверки предложенной модификации светоиндикаторов по согласованию с Главным управлением автоматики, телемеханики и связи железных дорог Украины, была осуществлена разработка и изготовление светодиодных модулей для замены коммутаторных ламп накаливания типа КМ-24.
Учитывая специфику излучения света светодиодом, были разработаны два вида светодиодных модулей:
- типа СМ-1 для замены ламп накаливания в пультах-табло;
- типа СМ-2 для замены ламп накаливания в пультах-манипуляторах.
Единственное конструктивное отличие СМ-1 от СМ-2 состояло только в том, что для повышения качества подсветки желобчатого экрана в пультах-табло светодиод располагают под углом 15-20 градусов к продольной оси печатной платы, тогда как в СМ-2 светодиод располагают вдоль оси. Основанием светодиодных модулей служит печатная плата, выполненная на двухстороннем фольгированном стеклотекстолите толщиной 1,5 мм, длиной 36 мм и шириной 6,2 мм. На печатную плату, с обеих сторон, устанавливаются резисторы для подгонки номинала питания светодиода и припаиваются припоем ПОС-61.
С одного короткого торца печатной платы, под необходимым указанным выше углом к ее продольной оси, устанавливают, посредством пайки, светодиод и наносят цветную маркировку полярности модуля, а на противоположном коротком торце размещают указатель цвета светодиода, выполненный в виде термоусаживающейся цветной трубки соответствующего цвета (красный, желтый, зеленый). Причем в светомодуле для пульта-табло срез торца термоусаживающейся трубки выполнен перпендикулярно продольной оси, а для пульта-манипулятора - с заостренным концом. Вдоль обоих длинных торцов печатной платы по форме цоколя лампы накаливания закреплены посредством пайки контактные пластины с длиной контактной площадки 15 мм +/-0,2 мм и шириной 3 мм +/-0,2 мм. Габаритные размеры светодиодного модуля: 45×6,5×6,5 мм.
Электрическая схема питания светодиодного модуля позволяла осуществлять замену лампочек накаливания типа КМ-24 в сетях питания переменным и постоянным током без замены электрической схемы, используемой в пультах-табло и пультах-манипуляторах. Для применения светодиодного модуля в сетях питания постоянным током необходимо было указывать полярность питания, которая обозначалась указанной выше цветной маркировкой, размещенной на короткой торцевой части модуля около светодиода, что соответствовало плюсу постоянного тока.
Светодиоды нормально функционируют при отклонении питающего напряжения от минус 15% до плюс 10% от номинального значения 24 вольта, как в непрерывном, так и в повторно-кратковременном режимах работы. Место эксплуатации - помещение. Основные технические требования и параметры светодиодного модуля были отражены в технических условиях ЧП «УкрАгроСвiт» ТУ У 32.1-315 78060-001-2003,
впервые введенных с 26.05.2003 года и впоследствии дополненных изменениями с учетом опытно-промышленных испытаний.
Указанная полезная модель по патенту Украины №1892 выбрана в качестве прототипа для заявляемой полезной модели по совпадению, как назначения, так и ряда существенных признаков.
К недостаткам первоначальной разработки светоиндикатора по патенту №1892 следует отнести следующее:
- необходимость использования в пультах-манипуляторах светодиодов совместно с цветными фильтрами, поскольку применялись светодиоды с прозрачной колбой рассеивающего излучения;
- в пультах-манипуляторах цветные фильтры изготавливались в виде отдельной детали и крепились с помощью резьбы, что затрудняло операцию замены ламп накаливания;
- световые и спектральные характеристики выбранных светодиодов не полностью соответствовали аналогичным характеристикам коммутаторных ламп накаливания КМ-24;
- электрическая схема питания не обеспечивала биполярность светодиода, необходимую для обеспечения индикации в случае возможного попадания переменного напряжения, например при запитке от станционной электрической батареи постоянного тока, что потребовало введения специальной, маркировки полярности модуля.
Общими признаками прототипа и заявляемой усовершенствованной полезной модели являются следующие:
- назначение: светодиодный индикатор для отображения информации железнодорожной автоматики на пультах-табло и пультах-манипуляторах;
- источник света в виде светодиодного модуля, размещенный в ламподержателе в середине элементарного светового центра,
габаритные размеры которого соответствуют габаритным размерам коммутаторной лампы накаливания типа КМ-24 и ее цоколя;
- светодиодный модуль, выполненный в виде печатной платы на основе базовой пластины двухстороннего фольгированного гетинакса или стеклотекстолита, к которой посредством пайки закреплены светодиод, резисторы для подгонки номинала питания светодиода и контактные латунные ламели для подвода напряжения питания;
- светодиод закреплен на одном коротком торце печатной платы под необходимым углом к ее продольной оси, на обеих поверхностях печатной платы закреплены резисторы, а контактные латунные ламели закреплены вдоль длинных торцов печатной платы;
- на противоположном коротком торце печатной платы размещен указатель цвета светодиода.
Суть полезной модели.
В основу заявляемой полезной модели поставлена задача усовершенствования известной конструкции светодиодного модуля по патенту Украины на полезную модель №1892, предназначенного для замены в пультах-табло и пультах-манипуляторах коммутаторных ламп накаливания типа КМ-24, применяемых для отображения информации железнодорожной автоматики, путем подбора соответствующих цветных светодиодов, обеспечения универсальности схемы их электропитания для применения в цепях питания постоянного и переменного тока и изменения конструкции светодиодного модуля для применения в пультах-манипуляторах.
Это позволяет улучшить технические характеристики светодиодных индикаторов и повысить надежность их эксплуатации в пределах максимального ресурса светодиода.
Причинно-следственная связь между новыми отличительными признаками и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.
Во-первых, вместо применения светодиода с прозрачной колбой подобраны такие цветные светодиоды красного, желтого и зеленого цветов, не требующие применения цветных светофильтров, светотехнические и спектральные характеристики, излучения которых максимально соответствуют аналогичным характеристикам коммутаторных ламп накаливания КМ-24.
Во-вторых, для повышения надежности и обеспечения бесперебойной работы в цепях питания, как на переменном, так и на постоянном токе, в схему электрического питания светодиодного индикатора введен диодный мост из четырех кремниевых диодов, размещенных попарно по обеим сторонам печатной платы между светодиодом и резистором. При этом резисторы подобраны по номиналам сопротивления в зависимости от типа применяемого светодиода. В-третьих, изготовлен светодиодный индикатор специально для пультов-манипуляторов, который при замене ламп накаливания вставляется вместе с арматурой (съемным колпачком на торце светодиода) в отверстие на место светофильтра соответствующего цвета, который изымается.
Поставленная задача решается тем, что в светодиодном индикаторе для отображения информации железнодорожной автоматики на пультах-табло и пультах-манипуляторах, включающем источник света в виде светодиодного модуля, размещенного на печатной плате, например, изготовленной в виде базовой пластины из двустороннего фольгированного гетинакса или стеклотекстолита, на которую с помощью пайки смонтированы светодиод, резистор и контактные
ламели для подвода питающего напряжения, с одного короткого торца печатной платы размещен светодиод под необходимым углом к ее продольной оси, за ним по обеим сторонам печатной платы установлены резисторы для подгонки номинала электропитания светодиод а, вдоль длинных торцов по обеим сторонам печатной платы закреплены, для подвода электропитания, латунные контактные ламели, выполненные по размерам цоколя заменяемых коммутаторных ламп накаливания типа КМ-24, на противоположном светодиоду другом коротком торце печатной платы размещен указатель цвета светодиода, согласно полезной модели, в качестве светодиодов использованы цветные светодиоды красного, желтого и зеленого цветов со световыми и спектральными характеристиками излучения, соответствующим аналогичным характеристикам заменяемых коммутаторных ламп накаливания, на печатной плате у короткого торца между светодиодом и резисторами дополнительно введен диодный мост из четырех кремниевых диодов типа КД 521 (КД 522), смонтированных попарно по обеим сторонам печатной платы, причем светодиодный индикатор для замены коммутаторных ламп накаливания в пультах-манипуляторах, выполнен удлиненным на длину устанавливаемого на торец светодиода съемной арматуры, в виде полого цилиндрического колпачка с окантовкой по торцу соответственно площади заменяемого светофильтра и снабженного центральным отверстием для формирования излучения светодиода в виде цветного «глазка», при этом светодиодный индикатор, совместно с установленным на нем колпачком, размещен в отверстии пульта-манипулятора на месте изымаемого светофильтра. Конкретным отличием указанного светодиодного индикатора является то, что в качестве светодиодов красного цвета в пультах-табло
использованы светодиоды типа L53HT, а в пультах-манипуляторах светодиоды типа L53HD, в качестве светодиодов желтого цвета использованы соответственно светодиоды типа L53YT и L53YD соответственно, в качестве светодиодов зеленого цвета использованы светодиоды типа L53GT и L53GD соответственно. Другим конкретным отличием указанного светодиодного индикатора является то, что в схеме электропитания использованы резисторы типа МЛТ-0,125 с номиналами 1,2 Ком, 2,2 Ком, 2,7 Ком, 18 Ком, 36 Ком в зависимости от применяемого светодиода.
Конкретным отличием также является то, что для пультов-табло светодиоды припаиваются к короткому торцу печатной платы под углом 15-20 градусов наклона его оси к продольной оси печатной платы.
Перечень фигур чертежей.
На фиг.1 представлена конструктивная схема удлиненного светодиодного индикатора для замены в пультах-манипуляторах коммутаторных ламп накаливания типа КМ-24/0,035 (напряжение питания - 24 вольта, сила тока - 0,035 ампер) и типа КМ-24/0,090 (напряжение питания - 24 вольта, сила тока - 0,090 ампер) вместе с арматурой.
Фронтальный вид (сбоку) на печатную плату.
На фиг.2 представлен вид сверху на указанный светодиодный индикатор.
На фиг.3 представлена конструктивная схема светодиодного индикатора для замены ламп накаливания КМ-24 в пультах-табло с расположенным светодиодом под углом 15-20 градусов к продольной оси печатной платы.
На фиг.4 представлен вид сверху на, указанный на фиг.3, светодиодный индикатор.
На фиг.1-4 приведены следующие обозначения:
1 - арматура в виде съемного цилиндрического пластмассового колпачка, длиной 6 мм, размещаемого на светодиоде сверху и закрепляемого внутренним диаметром на пластине печатной платы по совпадению с размером ее ширины;
2 - контактные удлиненные латунные ламели для подвода электропитания к светодиоду;
3 - пластины печатной платы длиной 41 мм для светодиодного индикатора на фиг.1, 2 и 36 мм для фиг.3, 4, шириной 6, 2 мм и толщиной 1,5 мм;
4 - светодиод, выступающий на фиг.1, 2 из центрального отверстия в колпачке в виде «глазка»;
5 - четыре кремниевых диода, расположенных попарно по обеим сторонам на печатной плате;
6 - два резистора, расположенные по обеим сторонам печатной платы;
7 - торец печатной платы, заостренной формы для светодиодных индикаторов в пультах-манипуляторах и плоские для светодиодных индикаторов в пультах-табло, противоположный торцу размещения светодиода, помещенный в термоусаживающую трубку, соответственно цвету излучения светодиода (красный, желтый и зеленый), на поверхности которого черной эмалью наносят величину тока питания - 0,035 ампер или 0,09 ампер.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления.
Представленные на фиг.1-4 светодиодные индикаторы изготавливают для замены коммутаторных ламп накаливания типа КМ-24 в пультах-табло и пультах-манипуляторах железнодорожной автоматики и средств
сигнализации в соответствии с техническими условиями предприятия-разработчика ЧП «УкрАгроСвiт», Украина и комплекту конструкторской документации на них и контрольным образцам. Они прошли полное испытание на железных дорогах Украины, получено разрешение Главного управления автоматики, телемеханики и связи на применение в эксплуатации. Светодиодные индикаторы сертифицированы по световым и спектральным параметрам излучения. Условное обозначение указанных светодиодных индикаторов должно состоять из букв и цифр, обозначающих:
= первые три буквы - обозначение светодиодного индикатора:
- СИТ - светодиодный индикатор для пультов-табло;
- СИМ - светодиодный индикатор для пультов-манипуляторов;
= далее цифры:
- первая - габарит по контактным ламелям в сечении светодиодного индикатора - тире;
- две вторые - длина светодиодного индикатора - тире;
- далее две цифры - номинальное напряжение светодиодного индикатора;
- далее одна буква, обозначающая цвет светодиода - К (красный), З (зеленый), Ж (желтый) соответственно.
= Далее обозначение климатического исполнения и технических условий.
Например: СИТ-7/45 К УХ3Л ТУ У 32.1-31578060-001-2003.
Базовой деталью в конструкции светодиодных индикаторов должна быть пластина из двустороннего фольгированного гетинакса или стеклотекстолита, на которой с помощью пайки должны монтироваться светодиод, резисторы и контактные ламели для подвода питающего напряжения.
Пайка светодиодов в конструкции светодиодных индикаторов должна производиться с особыми мерами предосторожности.
Светодиодные индикаторы изготавливаются из условия полной взаимозаменяемости стандартных коммутаторных ламп накаливания типа КМ-24.
Потребляемый светодиодным индикатором ток, при номинальном напряжении 24 вольт, должен быть не более 20 мА. Масса светодиодного индикатора - не более 0,0017 кг.
Конструкция светодиодных индикаторов не имеет защитной оболочки. Поэтому, после установки их в соответствующую сигнальную арматуру пульта-табло или пульта-манипулятора, светодиодные индикаторы должны иметь соответствующую степень защиты персонала от соприкосновения с находящимися под напряжением частями.
Светодиодные индикаторы типа СИМ красного, желтого и зеленого устанавливаются в ламподержатели для замены коммутаторных ламп КМ-24 для индикации положения стрелки, при этом также удаляется внешний светофильтр и устанавливается в образовавшееся отверстие соответствующий по цвету светодиодный индикатор. В повторителях светофоров и отдельных информационных ячейках на табло замену ламп накаливания типа КМ-24 на светодиодные индикаторы не производят.
На основании изучения существующего уровня техники по рассматриваемой проблеме и представленных в описании материалов, подтверждающих технический характер заявляемого решения, можно констатировать, что заявляемая полезная модель соответствует нормативным требованиям по новизне и промышленной применимости.