ПРОЖЕКТОР

Область техники
Заявляемая полезная модель относится к осветительным устройствам для прожекторных установок подвижного состава железнодорожного транспорта, водного транспорта, воздушного, а также к прожекторам с зеркальным отражателем сферической или параболической формы.
Уровень техники
На сегодняшний день для освещения пути перед подвижным составом применяются преимущественно прожекторные установки со сферическим отражателем с источниками света в виде ламп накаливания или галогенных ламп. При использовании подобных ламп наблюдается низкая энергоэффективность и требуется частая замена ламп.
Некоторыми предприятиями разработаны локомотивные светодиодные прожекторные установки, которые могут устанавливаться как в прожекторный отсек подвижного состава, так и независимо от него, например, лобовой прожектор светодиодный ЛПБ-01 (http://www.rosat.org/svetodiodnyiy-lokomotivnyiy-prozhektor/), который предназначен для замены традиционных ламповых прожекторов. Однако в ходе эксплуатации оказалось, что возникают трудности с их фокусировкой, охлаждением, обслуживанием, заменой при выходе из строя, обусловленные весом и габаритами конструкции. Также вызывают обеспокоенность светопропускаемые свойства оптических систем, выполненных, как правило, из поликарбоната, в условиях интенсивных световых и тепловых излучений, а также, в условиях постоянной вибрации. Кроме того, необходимы существенные затраты на обновление парка прожекторных устройств локомотивного хозяйства, масштабы которого значительны. Например, только парк локомотивов составляет около 20 тыс. единиц.
Известен прожектор со сферическим отражателем, в который вместо прожекторной лампы накаливания устанавливается светодиодная прожекторная лампа по патенту на полезную модель RU 166928 (МПК F21S 8/10, опубликовано 20.12.2016 г.). Лампа состоит из фокусирующего цоколя, в котором закреплен теплопроводящий стержень с оребрением, имеющий полость, в которой закреплен интеллектуальный драйвер питания светодиодной матрицы и вентилятора, позволяющий лампе работать от сети постоянного и переменного тока с напряжением 40-90 вольт и иметь режимы работы «тусклый», «средний», «яркий», «повышенная яркость». На конце теплопроводящего стержня с оребрением размещен теплоотвод с оребрением, который с помощью теплоотводящих трубок крепится к кузову транспортного средства и дополнительному теплоотводу с оребрением. Светодиодная матрица, с вторичной оптикой, соединена с интеллектуальным драйвером питания светодиодной матрицы и вентилятора и размещена на теплоотводе с оребрением таким образом, что ее оптическая ось составляет перпендикуляр к оси сечения лампы.
Недостатками прожектора с данной прожекторной светодиодной лампой являются:
необходимость наличия активного охлаждения т.е. вентилятора;
снижение надежности конструкции, обусловленное повышенными инерционными нагрузками вследствие установки в существующий патрон прожектора лампы, имеющей значительную массу;
снижение надежности осветительной установки в силу наличия электропривода.
снижение светотехнических характеристик по причине экранирования светового потока от отражателя стержнем отвода тепла лампы;
излишний вес конструкции, обусловленный использованием стандартного цоколя и массивного радиатора.
Наиболее близким аналогом является локомотивный прожектор с ксеноновой лампой, патент на полезную модель RU 121343 (МПК F21S 8/00, опубликовано 20.10.2012 г.). Известное устройство содержит защитный корпус с прозрачным колпаком, схему электрического питания, размещенную внутри корпуса, зеркальный отражатель, ксеноновую газоразрядную лампу, затеняющую шторку, электромагнит и элемент крепления лампы и электромагнита.
Данный прожектор обладает следующими недостатками:
низкий КПД оптической системы;
невозможность формирования ассиметричной кривой силы света для освещения ближней зоны пути перед локомотивом;
снижение надежности по причине использования механического перемещения шторки, особенно в условиях повышенной вибрации.
Технической задачей полезной модели является повышение эффективности существующих головных прожекторов подвижного состава железнодорожного транспорта, водного транспорта, автомобильного транспорта, на которых используются прожекторы с параболическими или сферическими отражателями с минимальными затратами на модернизацию.
Сущность полезной модели
Техническим результатом полезной модели является улучшение и расширение функциональных характеристик прожекторов с зеркальным сферическим или параболическим отражателем, устанавливаемых в прожекторные отсеки головных вагонов подвижного состава железнодорожного транспорта.
Технический результат в части улучшения и расширения функциональных характеристик достигается за счет создания прожектора, содержащего закрытый прозрачным экраном корпус, внутри которого закреплен сферический отражатель, формирующий луч света, а в качестве источника света установлено светодиодное осветительное устройство прожектора, размещаемое таким образом, что продольная ось центрального тела устройства коллинеарна оптической оси отражателя, а его торец и светодиоды, расположенные на нем, обращены в сторону отражателя и находятся вблизи фокусного расстояния отражателя. Управление включением светодиодов в разных режимах, используемых в качестве излучателей света, позволяет с помощью отражателя формировать диаграмму направленности КСС, соответствующую дорожной обстановке.
Светодиодное осветительного устройство прожектора состоит из корпуса-радиатора и источника света, в качестве которого используются отдельные светодиоды; или группа светодиодов; или матрица светодиодов, с возможностью сегментного включения; или группа светодиодных матриц.
Корпус-радиатор светодиодного осветительного устройства прожектора выполнен из теплопроводного материала в виде горизонтально вытянутого центрального тела, имеющего форму многогранника или тела вращения, и служащим концентратором тепла, и примыкающих к нему теплорассеивающих ребер, выполненных в виде пластин. На торце центрального тела располагается источник света. Корпус-радиатор может быть выполнен с основанием в виде пластины.
Возможные варианты исполнения корпуса-радиатора с разным количеством ребер охлаждения показаны на фиг. 3, фиг. 4.
Для обеспечения необходимого технического результата в части расширения и улучшения функциональных характеристик прожектора предлагается следующая схема расположения источников света на торце центрального тела корпуса-радиатора: центральный источник света расположен на продольной оси центрального тела, периферийный источник света расположен со смещением относительно продольной оси. Источники света могут работать как совместно, так и по отдельности или сегментарно.
На фиг. 5 показана схема возможного размещения источников света на корпусе-радиаторе: источник света 8 расположен в фокусе; источник света 9 расположен с вертикальным смещением от оптической оси для освещения ближней зоны; источники света 10 расположены с горизонтальным смещением от оптической оси для засветки удаленных объектов на кривых участках пути. Все источники света могут работать как вместе, так и по отдельности.
Если есть необходимость в освещении пространства непосредственно вблизи перед прожектором, то возможна установка дополнительного источника света на корпус-радиатор с противоположной стороны относительно основного источника света, причем данный источник света располагается под углом к продольной оси и направлен вниз. Показано на фиг. 6
Светодиодное осветительное устройство прожектора крепится непосредственно к корпусу прожектора, например, при помощи резьбового соединения, как, например, показано на фиг. 1, прессового или заклепочного соединения, или выполнено совместно с корпусом, как показано на фиг. 2, что позволяет обеспечить теплорассеивающие характеристики светодиодного осветительного устройства прожектора за счет прямого отвода тепла на корпус прожектора. В случае использования мощных источников света эффект теплорассеяния может быть увеличен за счет увеличения количества и площади теплорассеивающих ребер светодиодного осветительного устройства прожектора - примеры реализации показаны на фиг. 4, а также за счет использования в конструкции светодиодного осветительного устройства прожектора теплопроводных трубок, как показано, например, на фиг. 9. Применение пассивного охлаждения не приводит к существенному усложнению конструкции прожектора и позволяет отказаться от применения активных систем охлаждения с использованием, например, вентиляторов.
Для управления режимами работы светодиодов в прожекторе предусмотрено устройство управления электропитанием, в качестве которого может использоваться интеллектуальный драйвер, имеющий проводную или беспроводную связь с органами управления электропитанием в кабине транспортного средства.
Заявляемое техническое решение позволяет управлять кривой силы света (далее КСС) светодиодного прожектора с зеркальным отражателем. В зависимости от необходимой КСС включаются соответствующие источники света. Если включается источник света, установленный на оптической оси ближе или дальше от фокуса, то происходит увеличение площади создаваемого прожектором светового пятна с одновременным снижением осевой силы света. Если включается источник света, установленный со смещением относительно оптической оси, то происходит смещение луча прожектора в противоположную сторону. Такое техническое решение позволяет отклонять часть светового потока в требуемом направлении, обеспечивая освещение нужной зоны перед подвижным составом, что дает возможность локомотивной бригаде видеть с одинаковым уровнем освещенности как удаленное пространство, так и пространство вблизи подвижного состава, что немаловажно, т.к. локомотивы работают, как в поездном режиме, так и маневровом.
На фиг. 7 приведена схема формирования лучей от источников света: размещенного на оптической оси - штриховка 12; размещенного со смещением вверх от оптической оси - штриховка 13.
На фиг. 8 приведена схема формирования лучей источников света: размещенного на оптической оси - штриховка 12; размещенных со смещением влево и вправо от оптической оси - штриховка 14.
Реализация работы прожектора в режиме «тускло» без ослепления встречного подвижного состава осуществляется путем включения части светодиодов, смещенных вверх от оптической оси, и, соответственно, отклонения части светового потока вниз.
Переключение режимов осуществляется из кабины управления транспортного средства.
Сущность полезной модели заключается в том, что в прожектор, содержащий закрытый прозрачным экраном корпус, внутри которого закреплен сферический отражатель, установлен источник света прожектора, в качестве которого используется светодиодное осветительное устройство прожектора, состоящее из корпуса-радиатора, выполненного из теплопроводного материала в виде горизонтально вытянутого центрального тела и примыкающих к нему теплорассеивающих ребер, и источников света осветительного устройства, размещенных на торце центрального тела, в качестве которых используются светодиоды; или группы светодиодов; или матрицы светодиодов, имеющие возможность сегментного включения, или группа светодиодных матриц, работающих совместно или независимо, расположенных по схеме: минимум один светодиод, или матрица светодиодов, или сегмент матрицы светодиодов, расположен на оптической оси центрального тела; и минимум один светодиод, или матрица светодиодов, или сегмент матрицы светодиодов, смещен от оптической оси; к тому же светодиодное осветительное устройство прожектора, размещается таким образом, что продольная ось центрального тела светодиодного осветительного устройства прожектора коллинеарна оптической оси отражателя, а его торец и светодиоды, расположенные на нем, обращены в сторону отражателя и находятся вблизи фокусного расстояния отражателя, а также тем, что содержит как минимум одно устройство управления электропитанием, имеющее проводную или беспроводную связь с органами управления в кабине машиниста.
Заявляемая полезная модель позволяет в значительной степени расширить функциональные возможности прожекторов, что дает возможность их применения в качестве осветительных устройств для прожекторных установок железнодорожного транспорта, включая подвижной состав, водного транспорта, воздушного транспорта, автомобильного транспорта, прожекторам с зеркальным отражателем сферической или параболической формы, поисковым прожекторам, зенитным прожекторам, театральным и концертным прожекторам, тепличным облучателям, а также к светосигнальным устройствам высокой интенсивности свечения, таких как посадочные, заградительные, глиссадные огни аэродромов, железнодорожные светофоры, речное и морское светосигнальное оборудование.