Лампа железнодорожная светофорная светодиодная

Полезная модель относится к конструктивным элементам оптических (визуальных) сигнальных устройств световой сигнализации железных дорог, а именно к источникам света специального назначения, и может быть использована для прямой замены 2-нитевых железнодорожных светофорных ламп типа ЖС в железнодорожных светофорах со светосигнальными головками со стандартным линзовым комплектом.
Известны источники света, предназначенные для использования в железнодорожных светофорах:
- железнодорожная светофорная лампа типа ЖС 12-15+15. Лампа имеет цоколь типа P42d/11 и две нити накала, одна из которых является основной, а другая резервной. Основная нить накала лампы имеет среднюю продолжительность горения 2000 ч, световой поток 130 лм, потребляемую мощность 15 Вт и номинальное напряжение питания 12 В. Резервная нить накала лампы имеет среднюю продолжительность горения 300 ч, световой поток 130 лм, потребляемую мощность 15 Вт и номинальное напряжение питания 12 В;
- железнодорожная светофорная лампа типа ЖС 12-25+25. Лампа имеет цоколь типа P42d/11 и две нити накала, одна из которых является основной, а другая резервной. Основная нить накала лампы имеет среднюю продолжительность горения 2000 ч, световой поток 230 лм, потребляемую мощность 25 Вт и номинальное напряжение питания 12 В. Резервная нить накала лампы имеет среднюю продолжительность горения 300 ч, световой поток 230 лм, потребляемую мощность 25 Вт и номинальное напряжение питания 12 В.
Недостатками перечисленных железнодорожных светофорных ламп являются низкая средняя продолжительность горения, низкая световая отдача, подгорание контактов, повышенная хрупкость.
Из выше сказанного следует, что описанные железнодорожные светофорные лампы стали не эффективны в использовании, в связи с чем, взамен железнодорожным светофорам с железнодорожными светофорными лампами типа ЖС стали применять железнодорожные светофоры со светодиодными светосигнальными головками.
Известен светофор мачтовый со светодиодной светооптической системой [патент на полезную модель №RU91044 от 10.09.2009 г.].
Известен светофор мачтовый со светодиодной светооптической системой [патент на полезную модель №RU117875 от 08.02.2012 г.].
Известен светофор светодиодный карликовый [патент на полезную модель №RU108389 от 10.06.2011 г.].
Известен светофор светодиодный железнодорожный [патент на полезную модель №RU68742 от 04.09.2007 г.].
Известен светофор светодиодный железнодорожный [патент на полезную модель №RU93354 от 08.12.2009 г.].
Известен светофор светодиодный мачтовый [патент на полезную модель №RU108390 от 10.06.2011 г.].
Известен светофор мачтовый со светодиодной светооптической системой [патент на полезную модель №RU91044 от 10.09.2009 г.].
Известен высоконадежный светодиодный железнодорожный светофор [патент на полезную модель №RU75085 от 13.02.2008 г.].
Известен высоконадежный светодиодный железнодорожный светофор [патент на полезную модель №RU75085 от 13.02.2008 г.].
Известен светофор светодиодный железнодорожный [патент на полезную модель №RU60764 от 10.08.2006 г.].
Известен светодиодный светофор [патент на полезную модель №RU79207 от 17.09.2008 г.].
Известен светофор светодиодный [патент на полезную модель №RU101565 от 30.08.2010 г.].
Известен светофор светодиодный [патент на полезную модель №RU88770 от 11.08.2009 г.].
Известен железнодорожный светофор «ИНФОЛЕД» [патент на полезную модель №RU118934 от 30.03.2012 г.].
Известен светодиодный светофор [патент на изобретение №RU2440264 от 23.07.2010 г.].
Известен железнодорожный светофор [патент на изобретение №RU2516926 от 15.03.2012 г.].
Известен модуль светофора [патент на изобретение №RU2583330 от 20.05.2014 г.].
Известен светодиодный светофор [патент на изобретение №RU2207745 от 30.08.2001 г.].
Известные технические решения, применяемые взамен железнодорожных светофоров со светосигнальными головками со стандартным линзовым комплектом и лампами типа ЖС, представляют собой полностью новую конструкцию железнодорожного светофора со светодиодными светосигнальными головками.
С внедрением железнодорожных светофоров со светодиодными светосигнальными головками удалось достичь ряда преимуществ перед железнодорожными светофорами со светосигнальными головками со стандартным линзовым комплектом и лампами типа ЖС [Сырый А.А. Проблемы внедрения светодиодных светофоров на Российских Железных дорогах / А.А. Сырый // Теория и практика современной науки. - №2(8). - 2016.]. Основные преимущества:
- значительное снижение энергопотребления по сравнению с ламповыми комплектами;
- снижение эксплуатационных расходов на светофоры;
- повышение видимости сигнала.
Несмотря на наличие преимуществ у железнодорожных светофоров со светодиодными светосигнальными головками перед железнодорожными светофорами со светосигнальными головками со стандартным линзовым комплектом и лампами типа ЖС, они обладают рядом значительных недостатков, влияющих на безопасность движения подвижного состава, основные из которых:
- при отрицательных температурах светодиоды, излучающие свет в красной области спектра видимого диапазона излучения, меняют цветность, смещаясь в оранжевую область спектра видимого диапазона излучения;
- наличие слепящего эффекта в темное время суток;
- высокая стоимость светодиодных светосигнальных головок и всего светофорного оборудования;
- «фантомный» эффект из-за наличия емкостных связей между жилами кабеля в схемах с центральным питанием светофоров;
- отсутствие возможности быстрой замены светодиодных светосигнальных головок.
Из вышесказанного следует, что из-за наличия существенных недостатков техническое решение такого типа является еще несовершенным и не позволяет осуществить полный переход на железнодорожные светофоры со светодиодными светосигнальными головками.
Отказаться от повсеместного перехода на железнодорожные светофоры со светодиодными светосигнальными головками, но при этом учесть их преимущества в железнодорожных светофорах, конструктивно рассчитанных для эксплуатации с лампами типа ЖС, позволит использование в железнодорожных светофорах, конструктивно рассчитанных для эксплуатации с лампами типа ЖС, лампы железнодорожной светофорной светодиодной предназначенной для прямой замены железнодорожных светофорных ламп типа ЖС.
Известен светодиодный источник излучения для систем управления транспортом [патент на изобретение №RU2402108 от 09.11.2009 г.].
Известна светодиодная лампа для железнодорожного светофора с реактивным балластом [патент на изобретение №RU2572048 от 02.07.2014 г.].
Известна светодиодная лампа для железнодорожного светофора с реактивно-импульсным балластом [патент на изобретение №RU2660842 от 15.08.2014 г.].
Известна лампа светофорная полупроводниковая (варианты) [патент на полезную модель №95304 от 12.02.2010 г.].
Ближайшим аналогом заявленной полезной модели является патент на полезную модель №95304 от 12.02.2010 г., в котором описаны варианты лампы светофорной полупроводниковой, предназначенной для применения в существующих железнодорожных линзовых светофорах взамен лампам типа ЖС без переделки конструкции светофоров, а также без изменения схем питания источников света и схем контроля за целостностью источников света с сохранением существующих функций этих схем.
Недостатками известного технического решения являются:
- для замены однотипных ламп типа ЖС с различной потребляемой мощностью предлагается использовать разные модификации лампы, однако современные технологии позволяют сделать унифицированную лампу, предназначенную для замены однотипных ламп типа ЖС с различной потребляемой мощностью, например, путем добавления переключателя, позволяющего выставлять номинальный световой поток лампы эквивалентный световому потоку ламп типа ЖС с различной потребляемой мощностью;
- в связи с отсутствием указаний требований к габаритным размерам излучающей поверхности светодиода, применяемого в качестве источника света, светораспределение светосигнальной головки железнодорожного светофора может не соответствовать требованиям нормативной документации;
- в качестве источника света используется светодиод со световым потоком, равным световому потоку заменяемой лампы типа ЖС, что приводит к значительному увеличению осевой силы света светосигнальной головки железнодорожного светофора, и, следовательно, несоответствию предъявляемым требованиям нормативной документации, так как излучение светодиода направлено только в сторону линзового комплекта, в отличие от ламп типа ЖС;
- отсутствие компенсации спада светового потока светодиода, применяемого в качестве источника света, в процессе эксплуатации лампы, приведет к снижению осевой силы света светосигнальной головки железнодорожного светофора спустя некоторое время за счет деградации светодиода, следовательно, несмотря на то, что она останется работоспособной ее светотехнические характеристики могут не соответствовать предъявляемым требованиям нормативной документации.
Технический результат заключается в повышении надежности лампы железнодорожной светофорной.
-0,17
+0,25
2
Технический результат достигается за счет того, что лампа железнодорожная светофорная светодиодная состоит из корпуса-радиатора охлаждения, который состоит из основной и цокольной частей. Для обеспечения беспрепятственной установки лампы железнодорожной светофорной светодиодной в штатный ламподержатель железнодорожного светофора, предназначенный для установки 2-нитевых ламп типа ЖС, поперечные размеры основной части корпуса-радиатора охлаждения не превышают 35 мм. Для обеспечения боковой центровки лампы железнодорожной светофорной светодиодной, установленной в ламподержателе железнодорожного светофора, диаметр цокольной части корпуса-радиатора охлаждения равен 42 мм. Для обеспечения ориентации лампы железнодорожной светофорной светодиодной, установленной в ламподержателе железнодорожного светофора на боковой части цокольной части корпуса-радиатора охлаждения имеется продольная выемка с радиусом скругления 2,5 мм равноудаленная от контактных пластинок. На противоположной торцевой части корпуса-радиатора охлаждения относительно его цокольной части, соосно корпусу-радиатору охлаждения расположен источник света, в качестве которого используется светодиодный модуль, представляющий собой плату со светодиодами. Для обеспечения возможности резервирования источника света светодиодный модуль состоит из светодиодов, разбитых как минимум на две группы, основную и резервную, питание которых осуществляется независимо друг от друга. Также в качестве источника света может использоваться светодиодная матрица или светодиод с несколькими кристаллами, питание которых осуществляется независимо друг от друга по отдельным выводам. Для того чтобы источник света находился в фокусе линзового комплекта железнодорожного светофора источник света находится на расстоянии 28±0,5 мм от цокольной части лампы железнодорожной светофорной светодиодной. Для обеспечения кривой силы света (КСС) железнодорожного светофора со светосигнальными головками со стандартным линзовым комплектом поперечный размер области светодиодного модуля (светодиодной матрицы или светодиода с несколькими кристаллами), в которой расположены излучающие свет поверхности светодиодов не превышает 7 мм, а ее площадь не превышает 38 мм. Для дополнительной герметизации и защиты источника света от повреждения, а также для формирования требуемой кривой силы света источника света он может быть залит светопрозрачным компаундом и/или закрыт вторичной оптикой. Для обеспечения источника света стабильным током используется источник питания, позволяющий лампе железнодорожной светофорной светодиодной работать от сети постоянного и переменного тока, который размещен внутри корпуса-радиатора охлаждения. Для дополнительной герметизации источника питания и повышения эффективности отвода тепла от элементов источника питания на корпус-радиатор охлаждения полость, в которой размещен источник питания может быть залита теплопроводящим компаундом. Для повышения надежности лампы железнодорожной светофорной светодиодной источник питания может состоять из двух независимых частей, основной и резервной, предназначенных для питания основной и резервной групп светодиодов в светодиодном модуле (основной и резервной групп кристаллов светодиодной матрицы или светодиода с несколькими кристаллами). Для сбора и хранения статистической информации (такой как время наработки, температура корпуса, напряжение в цепи питании, количество включений и выключений и др.) источник питания может иметь энергонезависимую память. Для поддержания осевой силы света железнодорожного светофора в соответствии с требованиями нормативной документации на протяжении всего срока службы лампы железнодорожной светофорной светодиодной источник питания может компенсировать спад светового потока источника света путем увеличения тока питания источника света в зависимости от времени наработки лампы железнодорожной светофорной светодиодной. Для подключения источника питания к электрической цепи железнодорожного светофора на торце цокольной части корпуса-радиатора охлаждения размещены две контактные пластинки, через которые обеспечивается основное и резервное питание лампы железнодорожной светофорной светодиодной. Общим контактом является цокольная часть корпуса-радиатора. Во избежание пропадания контакта между контактными пластинками лампы железнодорожной светофорной светодиодной и контактами штатного ламподержателя, лампа железнодорожная светофорная светодиодная может иметь контактные выводы, предназначенные для шунтирования контактов между контактными пластинками лампы железнодорожной светофорной светодиодной и контактами штатного ламподержателя железнодорожного светофора со светосигнальными головками со стандартным линзовым комплектом. Для возможности выбора номинального светового потока лампы железнодорожной светофорной светодиодной эквивалентного световому потоку 2-нитевых ламп типа ЖС с различной потребляемой мощностью, лампа железнодорожная светофорная светодиодная может иметь переключатель.
На фиг.1 представлено устройство лампы железнодорожной светофорной светодиодной; на фиг.2 - блок-схема взаимодействия элементов лампы железнодорожной светофорной светодиодной.
-0,17
+0,25
2
Лампа железнодорожная светофорная светодиодная (фиг.1) состоит из основной части 1 корпуса-радиатора охлаждения, поперечный размер которой не превышает 35 мм и цокольной части 2 корпуса-радиатора охлаждения, диаметр которой равен 42 мм, а на ее боковой части имеется продольная выемка 3 с радиусом скругления 2,5 мм. На торце цокольной части 2 корпуса-радиатора охлаждения размещены две контактные пластинки 4. Внутри корпуса-радиатора охлаждения, состоящего из основной 1 и цокольной 2 частей, размещен источник питания 5. На противоположной торцевой части корпуса-радиатора охлаждения относительно его цокольной части, соосно корпусу-радиатору охлаждения, на расстоянии от цокольной части 2 корпуса-радиатора охлаждения 28±0,5 мм, размещен светодиодный модуль 6, состоящий как минимум из двух групп светодиодов, основной и резервной, питание которых осуществляется независимо друг от друга (в качестве светодиодного модуля может использоваться светодиодная матрица или светодиод с несколькими кристаллами, питание которых осуществляется по отдельным выводам независимо друг от друга), поперечный размер области светодиодного модуля (светодиодной матрицы или светодиода с несколькими кристаллами), в которой расположены излучающие свет поверхности светодиодов не превышает 7 мм, а ее площадь не превышает 38 мм.
Лампа железнодорожная светофорная светодиодная работает следующим образом (фиг.2).
Напряжение из цепи питания железнодорожного светофора через контакты штатного ламподержателя железнодорожного светофора поступает на цокольную часть корпуса-радиатора охлаждения лампы железнодорожной светофорной светодиодной и одну из двух контактных пластинок 4 цокольной части корпуса-радиатора охлаждения в зависимости от основного или резервного режима работы лампы железнодорожной светофорной светодиодной, и подается на источник питания 5. Источник питания 5 в зависимости от положения переключателя 7, при его наличии, задает требуемый ток питания светодиодного модуля 6 (светодиодной матрицы или светодиода с несколькими кристаллами). В нормальном режиме питающее напряжение подается на источник питания 5 (в случае если источник питания состоит из основной и резервной частей, то на его основную часть) через цокольную часть корпуса радиатора-охлаждения и контактную пластинку 4 цокольной части корпуса-радиатора охлаждения, предназначенную для основного питания светофорной лампы, который в свою очередь питает стабильным током основную группу светодиодов светодиодного модуля 6 (основную группу кристаллов светодиодной матрицы или светодиода с несколькими кристаллами), причем с увеличением ее времени наработки ток ее питания увеличивается таким образом, что излучаемый ею световой поток соответствует требованиям нормативной документации. В случае отказа основной группы светодиодов светодиодного модуля 6 (основной группы кристаллов светодиодной матрицы или светодиода с несколькими кристаллами) или основной части источника питания 5 ток через них прекращается, и использующаяся в устройствах автоматики и телемеханики железных дорог система оповещения предотказа ламп железнодорожных светофоров подает сигнал о необходимости замены светофорной лампы, а питающее напряжение подается на источник питания 5 (в случае если источник питания состоит из основной и резервной частей, то на его резервную часть) через цокольную часть корпуса радиатора-охлаждения и контактную пластинку 4 цокольной части корпуса-радиатора охлаждения, предназначенную для резервного питания светофорной лампы, который в свою очередь питает стабильным током резервную группу светодиодов светодиодного модуля 6 (резервную группу кристаллов светодиодной матрицы или светодиода с несколькими кристаллами), причем с увеличением ее времени наработки ток ее питания увеличивается таким образом, что излучаемый ею световой поток соответствует требованиям нормативной документации.
По сравнению с известными техническими решениями, предлагаемое позволяет использовать лампу железнодорожную светофорную светодиодную для прямой замены 2-нитевых железнодорожных светофорных ламп типа ЖС различной мощности, без внесения каких-либо изменений в конструкцию и цепи питания железнодорожного светофора, при этом сохранить работоспособность используемой в устройствах автоматики и телемеханики железных дорог системы оповещения предотказа ламп железнодорожных светофоров с возможностью автоматического ввода резервного источника света взамен вышедшего из строя. Применение в конструкции лампы железнодорожной светофорной светодиодной в качестве источника света светодиодов позволяет в десятки раз увеличить среднюю наработку на отказ источника света. Использование в конструкции лампы железнодорожной светофорной светодиодной источника питания, состоящего из двух независимых частей (основной и резервной), позволяет повысить надежность лампы железнодорожной светофорной светодиодной. Тем самым предлагаемое техническое решение приводит к повышению надежности лампы железнодорожной светофорной.