СОЕДИНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОНТАЖА И ПОДКЛЮЧЕНИЯ СВЕТИЛЬНИКА НАРУЖНОГО ОСВЕЩЕНИЯ
CONNECTING DEVICE FOR INSTALLATION AND CONNECTION OF EXTERNAL LIGHTING FIXTURE

Изобретение относится к области светотехники, а именно к соединительным устройствам для светильников наружного освещения, и может быть использовано для быстрого монтажа-демонтажа светильников к кронштейнам и одновременного их подключения-отключения к электрической части осветительной сети.
Для поддержания нормативного уровня освещения улично-дорожной сети необходимо периодически проводить ремонт и обслуживание установок наружного освещения (такие работы, как: замена балласта, замена драйвера, замена патрона, замена светильника, замена ИЗУ, замена части корпуса светильника и др.). Проведение большинства операций по ремонту и обслуживанию требует отключения светильника от электрической сети наружного освещения и демонтажа светильника с кронштейна на опоре для его последующего обслуживания или ремонта в условиях производственного помещения и, далее в обратном порядке, монтажа светильника к кронштейну на опоре и подключения к электрической сети наружного освещения. Для решения указанных задач с минимальными временными и материальными затратами следует располагать соответствующими техническими средствами.
С использованием известных технических средств и конструкций для снятия светильника с кронштейна необходимо выполнить следующие технологические операции: 1 - открутить от двух до восьми винтов крепящих крышку коммутационного отсека светильника; 2 - отсоединить две токоведущие жилы провода от клеммного соединения с помощью отвертки; 3 - ослабить от двух до четырех крепежных болтов или гаек с помощью гаечного ключа; 4 - снять светильник с кронштейна. Для установки светильника на кронштейн указанные операции необходимо выполнить в обратной последовательности. В некоторых конструкциях светильников указанные операции могут выполняться в несколько иной последовательности и отличаться количеством резьбовых соединений. В общем случае, указанные технологические операции имеют высокую трудоемкость. Дополнительно их выполнение осложняется:
- местом проведения работ - в люльке автовышки на высоте от 8 до 15 метров;
- погодными условиями (температура от минус 25 до плюс 30°С, осадки, ветер);
- неудовлетворительным состоянием резьбовых креплений (ржавчина, коррозия, сбитые кромки гаек, сорванная резьба).
Суммарное время снятия (демонтажа) неисправного светильника, также как и время установки (монтажа) исправного светильника на кронштейн составляет от 5 до 20 минут (без учета времени его диагностики, времени подъема-спуска люльки автовышки, времени подъезда и установки автовышки под опорой освещения).
Известно устройство крепления ламп с цоколем Е40 (ГОСТ 28108-89 (МЭК 61-1-69), которое представляет собой резьбовую систему быстрого соединения электрических источников света. Устройство состоит из приемной (патрон) и ответной (цоколь) части, которые имеют по два электрических контактных соединения. Патрон представляет собой цилиндрический стакан, на внутренней стенке которого выполнена круглая резьба из листового металла, которая является одновременно первым контактным соединением; в центре дна стакана расположено второе контактное соединение, выполненное в виде пружинящей пластины; в дне патрона выполнено отверстие для подключения проводов к контактным соединениям патрона. Цоколь выполнен в форме полнотелого цилиндра, переходящего в форму усеченного конуса. На участке цоколя цилиндрической формы выполнена круглая резьба из листового металла, которая одновременно является первым контактным соединением; на плоском конце участка конусообразной формы расположено второе контактное соединение. Соединение цоколя с патроном производится путем совмещения их продольных осей и дальнейшего вворачивания цоколя в патрон до упора.
Недостатками данного устройства, применительно к крепежу и электрическому присоединению с его помощью светильника наружного освещения, являются:
- отсутствие защиты от поражения электрическим током в случае пробоя изоляции фазы на корпус светильника (отсутствует третий заземляющий контакт);
- сложность монтажа светильника, обусловленная большим весом светильника и необходимость соединения двух частей устройства с допусками, необходимыми для работы в условиях ветра, низких температур и работы на высоте (требуется совмещение осей цоколя и патрона с большой точностью);
- большая вероятность засорения патрона осадками и пылью в разъединенном состоянии (отсутствует крышка и нет сквозного отверстия для самоудаления мусора и осадков);
- низкая механической прочность при поперечной нагрузке;
- отсутствие защиты от поворота частей устройства относительно друг друга, которая необходима для точного горизонтального позиционирования светильника в продольном направлении освещаемой дороги (цоколь свободно вращается в резьбе патрона, ограничителя по углу поворота нет).
Известно устройство для соединения первой и второй частей подводного соединителя (патент GB №2103772, МПК H01R 13/523), содержащее первый держатель, приспособленный для размещения первой части соединителя и имеющий осевую направляющую штепсельную розетку и второй держатель, приспособленный для размещения второй части соединителя и имеющий штепсельную вилку, приспособленную для вхождения в осевом направлении в направляющую розетку для соединения первой и второй частей соединителя. Вилка имеет носовую часть, которая скошена вперед к переднему концу, имеющему поперечный размер, меньший поперечного размера направляющей розетки, и суженную часть, расположенную сзади носовой части, поперечный размер которой меньше поперечного размера направляющей розетки.
Недостатками данного устройства, применительно к крепежу и электрическому присоединению с его помощью светильника наружного освещения, являются:
- ненадежность защиты от поражения электрическим током в случае пробоя изоляции фазы на корпус светильника из-за одновременного соединения всех контактов устройству при соединении двух его частей.
- невозможность монтажа устройства в металлический кронштейн типа «труба» с наружным диаметром от 50 до 70 мм, являющийся стандартным кронштейном для светильников наружного освещения;
- отсутствие защиты от засорения устройства осадками, пылью.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является разъем из семейства силовых разъемов, выполненных по стандарту IEC 60309 (производства фирмы ABB: вилка 216Р6 и розетка 216С6). Данный разъем состоит из двух частей - вилки и розетки. Розетка имеет форму цилиндрического стакана, внутри которого расположен полнотелый цилиндр меньшей высоты и меньшего диаметра. Во внутреннем цилиндре выполнены несквозные отверстия для вхождения штыревых контактов (количество контактов может быть различным от 2 до 5 штук, расположение отверстий для контактов на поверхности цилиндра также может быть различным). На внутренней стороне наружного цилиндра выполнена продольная выемка, предназначенная для защиты от неправильного соединения частей разъема. Вилка имеет форму цилиндрического стакана, внутри которого расположены электрические контакты в виде металлических штырей, закрепленных на дне стакана. Расположение и количество контактов вилки соответствует расположению и количеству контактов розетки. Контакты вилки (штыри) могут быть выполнены различной высоты для обеспечения необходимого порядка коммутации. На внешней стороне вилки расположен выступ, который при соединении двух частей разъема совмещается с выемкой на розетке. Розетка выполнена с крышкой, которая служит для ее защиты от загрязнения в разъединенном положении с вилкой и для фиксации между собой вилки и розетки. Для фиксации двух частей разъема между собой с внутренней стороны крышки розетки на ее конце и снаружи цилиндрического стакана вилки выполнены выступы. При соединении двух частей разъема цилиндрический стакан вилки размещается в пространстве между цилиндрическим стаканом и внутренним цилиндром розетки, таким образом, что, когда вилка и розетка частично или полностью находятся в сочлененном состоянии, электрические контакты не были доступны для касания (http://internet-law.ru/gosts/gost/64539/ стр. 17, 19, 20).
Недостатками данного устройства, применительно к крепежу и электрическому присоединению с его помощью светильника наружного освещения, являются:
- сложность и длительность монтажа светильника, обусловленные необходимостью точного позиционирования ответной части устройства по двум осям и устранения углового смещения осей и наличием дополнительной операции, связанной с наличием подпружиненной крышки;
- недостаточная механическая прочность при поперечной механической нагрузке на разъем.
Признаки прототипа, являющиеся общими с заявленным изобретением:
- устройство состоит из двух частей: приемной и ответной;
- электрические контактные соединения, обеспечивающие возможность реализации их коммутации в нужной последовательности;
- элемент защиты от неправильного соединения приемной и ответной частей устройства.
Задачами изобретения являются: создание соединительного устройства с повышенной механической прочностью при поперечной нагрузке, конструкция которого позволила бы сократить время и трудозатраты на монтаж-демонтаж светильников наружного освещения и обеспечила бы одновременное с монтажом-демонтажем подключение-отключение светильников к электрической части осветительной сети без обесточивания светильника.
Технический результат - автоматическое совмещение продольных осей частей устройства по горизонтали и вертикали, защита от поворота частей устройства относительно друг друга; исключение самопроизвольного разъединения частей устройства; обеспечение необходимой механической прочности при поперечной механической нагрузке.
Поставленная задача с достижением технического результата была решена за счет того, что в соединительном устройстве для монтажа и подключения светильника наружного освещения, состоящем из приемной и ответной частей с расположением контактов, обеспечивающим возможность их коммутации в нужной последовательности, и элементами, обеспечивающими защиту от неправильного соединения приемной и ответной частей, а также фиксацию частей устройства между собой, приемная часть выполнена в виде полой цилиндрической детали со ступенчатым увеличением наружного диаметра в торцевой зоне и с выступающими ребрами на наружной поверхности меньшего по диаметру участка детали, внутренняя полость со стороны торца детали с большим диаметром имеет форму окружности плавно переходящую на участке детали с меньшим диаметром в форму сегмента с образованием выемки в форме вертикально рассеченного конуса; ответная часть также выполнена цилиндрической формы, плавно переходящей в форму, соответствующую форме внутренней полости приемной части, и имеет носовую часть, скошенную вперед к переднему концу, имеющему поперечный размер, меньший поперечного размера внутренней полости приемной части; в теле приемной и ответной частей выполнены каналы для прокладки проводников от электрических контактов, а на их плоских поверхностях выполнены выемки под контакты. Элемент фиксации приемной и ответной частей между собой выполнен в виде как минимум одной подпружиненной защелки, установленной на ответной части устройства, на приемной же части выполнено соответствующее защелке отверстие. Наружный диаметр участка приемной части с выступающими ребрами-распорками соответствует внутреннему диаметру трубы кронштейна светильника, а участок торцевой зоны приемной части имеет наружный диаметр больший, чем внутренний диаметр трубы кронштейна светильника.
Признаки изобретения, являющиеся отличительными от прототипа: приемная часть выполнена в виде полой цилиндрической детали со ступенчатым увеличением наружного диаметра в торцевой зоне и с выступающими ребрами на наружной поверхности меньшего по диаметру участка детали, внутренняя полость со стороны торца детали с большим диаметром имеет форму окружности плавно переходящую на участке детали с меньшим диаметром в форму сегмента с образованием выемки в форме вертикально рассеченного конуса; ответная часть также выполнена цилиндрической формы, плавно переходящей в форму, соответствующую форме внутренней полости приемной части, и имеет носовую часть, скошенную вперед к переднему концу, имеющему поперечный размер, меньший поперечного размера внутренней полости приемной части; в теле приемной и ответной частей выполнены каналы для прокладки проводников от электрических контактов, а на их плоских поверхностях выполнены выемки под контакты.
На фиг. 1 представлен продольный разрез соединительного устройства (вид сбоку).
На фиг. 2 представлен поперечный разрез соединительного устройства.
На фиг. 3 представлено допускаемое осевое смещение ответной части относительно приемной части соединительного устройства.
На фиг. 4 представлено допускаемое угловое отклонение осей приемной и ответной частей соединительного устройства.
На фиг. 5 представлена модель приемной части соединительного устройства.
На фиг. 6 представлена модель ответной части соединительного устройства.
Стыковочная система состоит из приемной 1 и ответной 2 частей (фиг. 1, 2). Приемная часть 1 выполнена в виде полой цилиндрической детали (фиг. 5) со ступенчатым увеличением наружного диаметра в ее торцевой зоне и с выступающими ребрами-распорками 3 на наружной поверхности меньшего по диаметру участка детали. Ребра 3 предназначены для фиксации приемной части 1 устройства внутри трубы 4 кронштейна светильника. Диаметр этого участка приемной части 1 с учетом выступающих ребер-распорок 3 соответствует внутреннему диаметру трубы 4 кронштейна.
Другой участок приемной части 1 (в торцевой зоне) имеет наружный диаметр больший, чем внутренний диаметр трубы 4 кронштейна светильника, за счет чего происходит упор приемной части 1 в торец трубы 4 кронштейна, что препятствует проваливанию приемной части 1 устройства в трубу 4 кронштейна светильника.
Внутренняя полость приемной части 1 со стороны торца с большим диаметром в поперечном разрезе имеет форму окружности, плавно переходящую в форму сегмента (в форму внутренней полости участка с большей длиной) с образованием выемки в форме усеченного конусообразного элемента - части вертикально рассеченного конуса. Такая форма полости приемной части 1 обеспечивает защиту от неправильного соединения приемной 1 и ответной 2 частей устройства и не позволяет им вращаться относительно друг друга.
Ответная часть 2 выполнена цилиндрической формы (фиг. 6), плавно переходящей в форму, соответствующую внутреннему контуру приемной части 2 и имеет носовую часть 5, скошенную вперед к переднему концу, имеющему поперечный размер, меньший поперечного размера внутренней полости приемной части 1.
Внутри приемной 1 и ответной 2 частях, на их плоских поверхностях, выполнены выемки 6 и 7 под контакты. Количество и расположение выемок под контакты в ответной части 2 соответствуют количеству и расположению выемок у приемной части 1.
В теле приемной 1 и ответной 2 частей выполнены каналы 8 и 9 для прокладки проводников от электрических контактов, устанавливаемых в выемках 6 и 7 до клеммных колодок, устанавливаемых в отверстиях 10 и 11 приемной 1 и ответной 2 частей соответственно.
Для фиксации приемной 1 и ответной 2 частей между собой в соединенном положении и защиты их от самопроизвольного разъединения устройство имеет как минимум одну подпружиненную защелку 12, установленную на ответной части 2 устройства. На приемной же части 1 выполнено соответствующее защелке 12 отверстие 13. Защелка 12 может быть реализована в различных вариантах и количестве, обеспечивающих необходимую надежность соединения частей устройства.
В зависимости от требований к протекаемому в электрической цепи току и к стоимости устройства оно может быть оснащено скользящими электрическими контактами (электрически соединяющими две части устройства) любого типа (точечный, линейный или поверхностный) и электрическими контактами (электрически соединяющими части устройства с внешними проводниками) любой конструкции (винтовые, пружинные или др.).
Устройство устанавливается между светильником наружного освещения 14 и металлическим кронштейном типа "труба" 4.
Приемная часть 1 устройства однократно устанавливается внутрь трубы 4 кронштейна светильника (фиг. 1) и удерживается внутри него с помощью частично сминаемых ребер-распорок 3, создающих силы трения.
Ответную часть 2 устройства крепят внутрь светильника 14 (фиг. 1) при его монтаже и подключении и фиксируют ее с помощью крепежа 15, входящего в состав светильника 14, после чего ответную часть 2 вместе со светильником вставляют в приемную часть 1. Выполнение конусообразных элементов 16 (фиг. 1) на ответной 2 и приемной 1 частей устройства обеспечивает их предварительное взаимное самопозиционирование, а также защиту от их неправильного соединения. Выполнение внутренней полости приемной части 1 в поперечном сечении в форме сегмента также обеспечивает защиту от неправильного соединения приемной 1 и ответной 2 частей, и, кроме того, не позволяет им вращаться относительно друг друга. При завершении соединения двух частей устройства осуществляется автоматическая их фиксация в соединенном состоянии посредством подпружиненной защелки 12. Также при этом происходит электрическое соединение двух частей системы за счет смыкания контактов 6 и 7, которые подключены к соответствующим частям электрической цепи проводами через каналы 8 и 9 и клеммы, установленные в отверстия 10 и 11. Дополнительное выполнение на соединительном устройстве буртиков 17 дает возможность осуществление монтажных работ с помощью роботизированного манипулятора.
Устройство имеет защиту от поражения электрическим током, обеспечиваемую правильной последовательностью коммутации проводников: сначала заземление, затем нейтраль, затем фазные проводники.
Сложная конусообразная форма элементов устройства способствует коррекции осевого и углового смещения между двумя соединяемыми частями и допускает их соединение с осевой и угловой погрешностями:
- продольное угловое отклонение не менее 10 град.,
- осевое смещение не менее 10 мм).
Выполнение ответной части устройства со скошенной к переднему концу носовой частью, а также выполнение сложной формы внутренней полости приемной части обеспечивают правильное соединение двух частей устройства:
- со смещением ответной части относительно приемной не менее 15 мм;
- с угловым отклонением ответной части относительно приемной в плоскости поперечной стыковочной системы не менее 15 град.;
- с угловым отклонением осей приемной и ответной частей не менее 20 град.
За счет большого поперечного сечения внутренней части (не менее 600 кв.мм.), а также большой площади соприкосновения двух частей устройства в соединенном состоянии, устройство обеспечивает достаточную механическую прочность в поперечном направлении (направлении приложения основных усилий при эксплуатации).
Для демонтажа светильника достаточно отжать защелку 12 и вынуть ответную часть 2 устройства из приемной 1, при этом произойдет размыкание контактов 6 и 7. Отключения от осветительной сети для этого не требуется.
Легкость выполнения монтажа и демонтажа светильника наружного освещения позволяет осуществлять его в любом положении монтажника (горизонтальном, вертикальном, под углом).
Таким образом, заявляемая стыковочная система:
- позволит быстро осуществлять монтаж и демонтаж светильников наружного освещения и быстро подключать и отключать их от электрической части осветительной сети без обесточивания;
- допускает монтаж и демонтаж светильника к кронштейну как вручную, так и с использованием роботизированного устройства (манипулятора).
- допускает многократное соединение и разъединение двух частей устройства без использования инструмента за счет наличия у них безрезьбовых электрических контактных соединений;
- допускает корректное соединение частей системы с осевой погрешностью не менее ±15 мм, угловой погрешностью не менее ±15 град;
- обеспечивает защиту от поражения электрическим током;
- обеспечивает защиту от самопроизвольного разъединения частей;
- обеспечивает возможность монтажа в любом положении монтажника (горизонтальном, вертикальном, под углом);
- обеспечивает возможность использования в конструкции: более трех электрических контактных полюсов, контактных полюсов любого типа: точечный, линейный или поверхностный, электрических клемм любой конструкции: винтовые, пружинные или др.
- обеспечивает повышение качества монтажных и ремонтных работ.
Использование предлагаемого устройства позволит снизить требования к квалификации электромонтера, выполняющего монтаж и демонтаж светильника за счет упрощения технологических операций, повысить качество монтажных работ.