RU12453U1

RU12453U1 - MINERAL INDIVIDUAL LIGHT

Info

Publication number: RU12453U1
Application number: RU99113696/20U
Authority: RU
Inventors: Н.Н. Белоусов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Зенит"
Priority date: 1999-06-21
Filing date: 1999-06-21
Publication date: 2000-01-10

Abstract

1. Рудничный индивидуальный светильник, содержащий источник света, светопреобразующую систему и автономный источник питания, отличающийся тем, что источник света выполнен в виде сборки светодиодов, а светопреобразующая система выполнена из бесцветного оптически прозрачного материала в виде равноудаленных по отношению к светодиодам дисковых линз, количество которых соответствует количеству светодиодов в сборке, причем оптические оси элементарных пар "светодиод-линза" совпадают, световой центр светодиода и фокус линзы элементарных пар совмещены, а диаметр линзы и расстояние между линзами подобраны так, что поперечный размер световых пучков, сформированных элементарными парами "светодиод-линза", меньше порога пространственной разрешимости для типичных расстояний наблюдения объектов управления в условиях горных выработок.2. Рудничный индивидуальный светильник по п.1, отличающийся тем, что сборка выполнена из светодиодов желтого цвета.3. Рудничный индивидуальный светильник по п.1, отличающийся тем, что светодиоды подключены к источнику питания параллельно.4. Рудничный индивидуальный светильник по п.1. отличающийся тем, что оптические оси светодиодов взаимно параллельны.5. Рудничный индивидуальный светильник по п.1, отличающийся тем, что сборка светодиодов установлена на поверхности монтажного элемента, снабженного выступом, свободный конец которого снабжен токоподводом и выполнен профилированным с возможностью установки сборки светодиодов в штатный патрон рудничного светильника.1. An individual mine lamp containing a light source, a light converting system and an autonomous power source, characterized in that the light source is made in the form of an LED assembly, and the light converting system is made of a colorless optically transparent material in the form of disk lenses equally spaced with respect to the LEDs, the number of which corresponds to the number of LEDs in the assembly, the optical axis of the elementary pairs of “LED-lens” being the same, the light center of the LED and the focus of the elementary lens combined, and the lens diameter and the distance between the lenses is selected so that the transverse dimension of the light beams formed by pairs of elementary "LED-lens", less than the threshold spatial solubility of typical observation distance of control objects in a mountain vyrabotok.2. An individual mine lamp according to claim 1, characterized in that the assembly is made of yellow LEDs. An individual mine lamp according to claim 1, characterized in that the LEDs are connected to a power source in parallel. Mine individual lamp according to claim 1. characterized in that the optical axis of the LEDs are mutually parallel. 5. The mine individual luminaire according to claim 1, characterized in that the LED assembly is mounted on the surface of the mounting element provided with a protrusion, the free end of which is provided with a current supply and is profiled with the possibility of installing the LED assembly in the standard cartridge of the mine lamp.

Description

РУДНИЧНЫЙ ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ СВЕТИЛЬНИКMINERAL INDIVIDUAL LIGHT

Полезная модель относится к светотехнике, в частности к переносным аккумуляторным светильникам, лредназначенным для индивидуального освещения подземных выработок угольных шахт и рудников.The utility model relates to lighting engineering, in particular to portable rechargeable lamps intended for individual lighting of underground workings of coal mines and mines.

В настоящее время освещение рабочих зон в забоях обеспечивается в первую очередь индивидуальными головными светильниками, безотказная работа которых является определяющим фактором эффективности и безопасности работы в шахтах. Указанные светильники содержат световой блок, включающий источник света и светопреобразующую оптическую систему, автономный источник электропитания и соединительный кабель.Currently, illumination of working areas in the faces is provided primarily by individual head lamps, the failure-free operation of which is a determining factor in the efficiency and safety of work in mines. These luminaires comprise a light unit including a light source and a light-converting optical system, an autonomous power supply, and a connecting cable.

В соответствии с 1 в рудничных светильниках индивидуального пользования в качестве светопреобразующей системы используется зеркальный отражатель, в фокусе которого установлена лампа накаливания, выполненная в соответствии с требованиямиIn accordance with 1, in individual mine luminaires, a mirror reflector is used as a light-converting system, in the focus of which an incandescent lamp is installed, made in accordance with the requirements

Опыт эксплуатации традиционного головного аккумуляторного светильника типа СТГ-5, выбранного в качестве прототипа 3, показывает, что его основной недостаток состоит в большом энергопотреблении источником света (т.е. рудничной лампой накаливания) и, что особенно важно, в его низкой надежности, поскольку долговечность такого источника (продолжительность горения лампы накаливания) не превосходит 200 часов. Кроме того, конструкция лампы накаливания при ее использовании в специфических условиях горных выработок не обеспечивает должной эксплуатационной надежности и, в первую очередь, устойчивость к значительным механическим воздействиям. Так, по данным наблюдений, проведенньос на шахтах Кузбасса в конце восьмидесятых годов, установлено, что в забое около 60% отказов у индивидуальных светильников приходится на источник света, причем в.условиях повышенной загазованности особую опасностьThe operating experience of a traditional STG-5 type head-mounted luminaire selected as prototype 3 shows that its main disadvantage is the high energy consumption of the light source (i.e., a mine incandescent lamp) and, most importantly, its low reliability, since the durability of such a source (the duration of the incandescent lamp) does not exceed 200 hours. In addition, the design of an incandescent lamp when used in specific conditions of mine workings does not provide proper operational reliability and, first of all, resistance to significant mechanical stresses. Thus, according to observations carried out at the Kuzbass mines at the end of the eighties, it was established that in the face about 60% of failures of individual luminaires are due to a light source, and in conditions of increased gas pollution there is a special danger

MnK:F21L 11/00 MnK: F21L 11/00

представляет разрушение колбы лампы, поскольку время снижения температуры электродов лампы до безопасного значения ( С) составляет порядка 1 секунды. Для устранения возможности взрыва рудничного газа от светящих элементов лампы накаливания применяют специальные блокирующие устройства, автоматически отключающие лампу при разрушении колбы лампы или колпака светильника, но зто существенно усложняет конструкцию светильника 4.represents the destruction of the lamp bulb, since the time to lower the temperature of the lamp electrodes to a safe value (C) is of the order of 1 second. To eliminate the possibility of mine gas explosion from the luminous elements of an incandescent lamp, special blocking devices are used that automatically turn off the lamp when the lamp bulb or lamp cover is destroyed, but this significantly complicates the design of the lamp 4.

Следует отметить, что эксплуатационная надежность а1а умуляторного рудного светильника определяется не только надежностью источника света, но и реальным сроком службы аккумуляторной батареи при ее совместной эксплуатации с источником света (лампой накаливания). Как указано в 5 реальный срок службы аккумуляторной батареи значительно ниже гарантированного заводом-изготовителем в связи с его эксплуатацией в паре с лампой накаливания. В ряде случаев светильник не обеспечивает от одной зарядки батареи продолжительности горения, установленного «Правилами безопасности в угольных и сланцевых шахтах, вследствие чего рабочий в шахте может оказаться без индивидуального освещения. Причина этого состоит в конструктивных особенностях аккумулятора, с одной стороны, и большой величины номинального тока основного тела накала рудничной лампы, с другой стороны. Герметичные аккумуляторы (например ) при комплектации батарей дпя рудничных светильников подбираются по емкости с пофешностью не более 5%. Однако неидентичность аккумуляторов по другим параметрам (внутреннее сопротивление, ЭДС), а также их изменение с течением времени, приводит к тому, что в процессе эксплуатации различие разрядаых параметров аккумуляторов, входящих в состав батареи достигает значительно большего значения. В результате один из аккумуляторов (имеющий наибольшее внуфеннее сопротивление) полностью разряжается раньше остальных. Напряжение на этом аккумуляторе уменьшается до 1В, и при дальнейшей работе светильника скорость уменьшения напряжения на нем резко увеличивается, он полностью разряжается, а затем переплюсовывается, т.е. становится не источником, а потребителем энергии остальных аккумуляторов. Номинальный ток основного тела накала рудничной лампыIt should be noted that the operational reliability a1a of the umulator ore lamp is determined not only by the reliability of the light source, but also by the actual battery life when it is used together with the light source (incandescent lamp). As indicated in 5, the actual battery life is significantly lower than that guaranteed by the manufacturer in connection with its operation in conjunction with an incandescent lamp. In some cases, the luminaire does not provide, from a single charge of the battery, the burning duration established by the Safety Rules in Coal and Shale Mines, as a result of which the worker in the mine may be without individual lighting. The reason for this is the design features of the battery, on the one hand, and the large value of the nominal current of the main glow body of the mine lamp, on the other hand. Sealed batteries (for example) when picking batteries for mine lighting fixtures are selected by capacity with a maximum of 5% reliability. However, the non-identity of the batteries in other parameters (internal resistance, EMF), as well as their change over time, leads to the fact that during operation, the difference in the discharge parameters of the batteries included in the battery reaches a much larger value. As a result, one of the batteries (having the highest internal resistance) is completely discharged before the others. The voltage on this battery decreases to 1V, and with the further operation of the lamp, the rate of decrease in voltage on it increases sharply, it is completely discharged, and then it is added, i.e. It becomes not a source, but a consumer of the energy of other batteries. Rated current of the main body of the incandescent mine lamp

довольно велик (он составляет порядке 1А) и, поэтому, такой режим работы батареи с номинальной емкостью 11 АгЧ может наступить при отдаче 6-8 А, т.е. в пределах одной рабочей смены. В результате переплюсовюя одного из аккумуляторов напряжение на батарее падает до 2,1-2,2 В, из-за чего резко уменьшается световая отдача лампы светильника (ее номинальное напряжение порядка 3,75 В) и даже возникает риск полного отказа светильника.quite large (it is about 1A) and, therefore, this mode of operation of the battery with a nominal capacity of 11 Ah can occur with a return of 6-8 A, i.e. within one work shift. As a result of the plusing of one of the batteries, the voltage on the battery drops to 2.1-2.2 V, due to which the light output of the lamp of the lamp decreases sharply (its nominal voltage is about 3.75 V) and there is even a risk of a complete failure of the lamp.

Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, состоит в создании рудничного индивидуального светильника, обладающего высокой степенью зксплуатационной надежности, за счет устранения принципальных недостатков свойственных источникам света типа ламп накаливания - большое энергопотребление, высокая рабочая температура поверхности колбы лампы, недостаточная вибро-и-ударопрочность, малый ресурс.The problem to which the claimed utility model is directed is to create an individual mine luminaire with a high degree of operational reliability by eliminating the fundamental drawbacks of incandescent lamps inherent in light sources — high energy consumption, high operating temperature of the surface of the lamp bulb, insufficient vibration and impact resistance, small resource.

Указанная задача реализуется за счет специальной конструкции источника света и светопреобразующей системы. В отличие от прототипа источник света заявляемого рудничного индивидуального светильника выполнен в виде сборки светодиодов (СД). Основными преимуществами СД являются: чрезвычайно большой срок службы (более 100 тысяч часов), низкое энергопотребление (не более 50 мВт), вибро-и ударопрочность (отсутствуют хрупкие элементы) и небольшие размеры, а сила света СД может быть очень высокой, особенно если его световой поток сконцентрировать линзой в достаточно малом телесном угле.This task is realized due to the special design of the light source and the light-converting system. Unlike the prototype, the light source of the claimed mine individual lamp is made in the form of an assembly of LEDs (LED). The main advantages of LEDs are: extremely long service life (more than 100 thousand hours), low power consumption (no more than 50 mW), vibration and impact resistance (no fragile elements) and small size, and LED light intensity can be very high, especially if it concentrate the light flux with the lens in a sufficiently small solid angle.

Применительно к данной конструкции рудничного индивидуального светильника целесообразно использовать СД белого или желтого цвета, поскольку исследования ряда авторов показали, что цветность излучения не влияет на уровень видимости в запыленной атмосфере горных выработок, но при освещении глаз желтым светом слепимость (по сравнению с белым светом) уменьшается, а кроме того сокращается время темновой адаптации наступающей после ослепления, т.е. использование желтых СД даже предпочтительней, что вполне соответствует требованиям 1 в отношении офаничения блескостиIn relation to this design of a mine individual luminaire, it is advisable to use LEDs of white or yellow color, since studies by several authors have shown that the color of the radiation does not affect the level of visibility in the dusty atmosphere of mine workings, but when the eyes are illuminated with yellow light, glare (compared to white light) is reduced , and in addition, the time of dark adaptation that occurs after blinding is reduced, i.e. the use of yellow diabetes is even preferable, which fully complies with the requirements of 1 in relation to the glossiness

рудничных индивидуальных светильников.mine individual lighting fixtures.

В соответствии с заявляемой конструкцией рудничный индивидуальный светильник содержигг источник света, выполненный в виде сборки СД, а светопреобраэующая система выполнена из GecipeTHoro оптически прозрачного материала в виде равноудаленных по отношению к СД элементарных дисковых линз, количество которых соответствует количеству СД в сборке. СД и элементарные линзы образуют элементарные пары «светодиодлинза, особенность которых состоит в том, что отические оси светодиода и линзы совпадают, а световой центр светодиода совпадает с фокусом линзы, причем геометрические параметры линзы в зависимости от типа применяемых светодиодов подбираются так, что поперечный размер световых пучков, сформированных элементарными парами «светодиод-линза, меньше порога пространственной разрешимости дпя типичных расстояний наблюдения объектов управления в условиях горных выработок.In accordance with the claimed design, the mine individual luminaire contains a light source made in the form of an LED assembly, and the light-converting system is made of GecipeTHoro optically transparent material in the form of elementary disk lenses equidistant with respect to the LED, the number of which corresponds to the number of LEDs in the assembly. LEDs and elementary lenses form elementary pairs of “LED lenses, the peculiarity of which is that the otic axis of the LED and the lens coincide, and the light center of the LED coincides with the focus of the lens, and the geometric parameters of the lens, depending on the type of LEDs used, are selected so that the transverse size of the light of beams formed by elementary pairs of “LED-lens, less than the threshold of spatial solvability for the typical observation distances of control objects in the mine workings.

На фиг. 1 представлена блок-схема варианта конкретного исполнения рудничного индивидуального светильника.In FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of a specific mine individual luminaire.

Светильник содержит автономный источник питания 1, соединенный гибким кабелем 2 с источником света 3, который выполнен в виде сборки СД 4, установленных на печатной плате 5. Светопреобразующий блок 6 выполнен в виде перекрывающей световое отверстие светильника пластины, на внешней поверхности которой из бесцветного оптически прозрачного материала сформированы дисковые линзы 7 по количеству СД 4 в сборке. Линзы 7 установлены относительно СД 4 так, что их оптические оси совпадают, а фокус линзы 7 совмещен со световым центром 8 СД 4. От воздействия внешней афессивной среды светооптический блок (источник света 3 и светопреобразующая система 6) защищены стеклом 9, герметично установленном в корпусе фары светильника (на фиг. не показан).The luminaire contains an autonomous power source 1 connected by a flexible cable 2 to a light source 3, which is made in the form of an LED assembly 4 mounted on a printed circuit board 5. The light-converting unit 6 is made in the form of a plate that covers the light opening of the lamp, on the outer surface of which is made of colorless optically transparent material formed disk lens 7 by the number of CD 4 in the assembly. The lenses 7 are mounted relative to the LED 4 so that their optical axes coincide, and the focus of the lens 7 is aligned with the light center 8 of the LED 4. The light-optic unit (light source 3 and light-converting system 6) is protected from external affective medium by a glass 9 sealed in the housing lamp headlights (not shown in FIG.).

Рудничный светильник работает следующим образом. При подаче элеюропитания на СД 4 от источника 1 каждый СД 4 формирует световой пучок, который через соответствующую элементарную линзу 7 выходит во внешнее пространство.Mine lamp works as follows. When applying power to the LED 4 from source 1, each LED 4 forms a light beam, which through the corresponding elementary lens 7 goes into the outer space.

Для обеспечения светового потока, сравнимого со световым потоком штатной рудничной лампы (до 40 лм), в данном конкретном случае используются от 5 до 7 СД типа HPWT-DLOO (США) создающих световой поток 9 лм (от KSOKpjoro СД). Источник света в виде сборки СД смонтирован в фаре типового шахтерского головного светильника типа СТГ-5, из которого удален отражатель. СД размещены по лицевой поверхности печатной платы, на противоположной поверхности которой закреплен цоколь дпя установки сборки СД в штатный патрон фары светильника.To provide a luminous flux comparable to the luminous flux of a standard mine lamp (up to 40 lm), in this particular case, from 5 to 7 LEDs of the HPWT-DLOO type (USA) creating a luminous flux of 9 lm (from KSOKpjoro SD) are used. The light source in the form of an assembly of LEDs is mounted in the headlamp of a standard mining head lamp of the STG-5 type, from which the reflector is removed. LEDs are placed on the front surface of the printed circuit board, on the opposite surface of which is fixed the base for mounting the LED assembly in the standard lamp headlight cartridge.

Эксперименты показали, что использование предпагаемой светооптической схемы обеспечивает восприятие пользователем светового пятна, создаваемого светильником на типичном расстоянии наблюдения объектов управления в условиях горных выработок (свыше 0,4-0,5 м) при различной степени запыленности и водно-пылевого тумана, как однородное. Однородность светового пятна при относительно малой плотности установке СД в сборке обеспечена за счет выполнения светопреобразующей системы в виде элементарных дисковых линз, параметры и колиество которых связаны с геометрией оптической системы и пространственными параметрами излучения СД. В данном конкретном случае да1аметр каждой элементарной линзы составляет 16 мм, а радиус кривизны составляет 32 мм.The experiments showed that the use of the proposed light-optical scheme ensures that the user perceives the light spot created by the lamp at a typical observation distance of control objects in mine workings (over 0.4-0.5 m) at varying degrees of dust and water-dust fog, as uniform. The uniformity of the light spot at a relatively low density of the installation of the LED in the assembly is ensured by the implementation of the light-converting system in the form of elementary disk lenses, the parameters and number of which are related to the geometry of the optical system and the spatial parameters of the radiation of the LED. In this particular case, the diameter of each elementary lens is 16 mm, and the radius of curvature is 32 mm.

Долговечность источника света в виде сборки СД превосходит долговечность штатной рудничной лампы накаливания в 500 раз. Все СД в сборке включены параллельно, поскольку такая схема включения существенно повышает надежность источник света и исключает возможность полного отказа даже в случае частичного повреждения корпуса и светооптического блока фары светильника. Источник света в виде сборки СД допускает использование открытых СД в случае повреждения корпуса фары даже в условиях повышенной загазованности поскольку температура на поверхности СД не превосходит 50 С,The durability of the light source in the form of an assembly of LEDs exceeds the durability of a standard mine incandescent lamp by 500 times. All LEDs in the assembly are connected in parallel, since such a switching circuit significantly increases the reliability of the light source and eliminates the possibility of a complete failure even in case of partial damage to the housing and light-optic unit of the lamp headlamp. The light source in the form of an assembly of LEDs allows the use of open LEDs in case of damage to the headlamp housing even in conditions of increased gas contamination since the temperature on the surface of the LED does not exceed 50 ° C,

ЧТО значительно ниже установленного допустимого уровня (500 С).WHAT is significantly lower than the established acceptable level (500 C).

тельно, выше продолжительность эксплуатации светильника от одной зарядки батареи аккумуляторов и ниже вероятность возникновения искрения в контактной фуппе, осуществляющей отключение источника света.More specifically, the luminaire lasts longer from a single charge of the battery and is less likely to cause sparking in the contact fupp that shuts off the light source.

Отсутствие в светопреобразующей системе зеркального отражения и использование желтых СД уменьшает блесткость светильника, что особенно существенно при совместной работе фуппы пользователей.The absence of mirror reflection in the light-converting system and the use of yellow LEDs reduce the luminosity of the luminaire, which is especially important when working together with users fuppa.

Предполагаемое решение позволяет существенно упростить конструкцию светильника за счет отказа от блокировочных устройств, автоматически отключающих источник света при разрушении колбы рудничной лампы.The proposed solution allows to significantly simplify the design of the lamp due to the rejection of interlocking devices that automatically turn off the light source when the bulb of the mine lamp is destroyed.

Литература:Literature:

1.ГОСТ 244471-80 «Приборы световые рудничные нормальные. Основные технические условия.1. GOST 244471-80 “Normal mine lighting devices. Basic technical conditions.

2.ТУ 16-87 ИКАФ 675250.001 ТУ «Лампы накаливания рудничные.2. TU 16-87 ICAF 675250.001 TU "Incandescent mining lamps.

3.ТУ 12-48.036-78 «Светильники шахгерские головные СТГ-5, СТГ-5-1, СГД-5, СГД-5-1.3.TU 12-48.036-78 “Lamps shagersky head STG-5, STG-5-1, SGD-5, SGD-5-1.

4.а.с. СССР № 1241009, МПК:Р21111/00, «Взрывобезопасный головной аккумуляторный светильник.4.a.s. USSR No. 1241009, IPC: P21111 / 00, “Explosion-proof head-mounted rechargeable lamp.

5.Б.А.Кузнецов и др., «О повышении надежности рудных аккумуляторных светильников, ж. «Светотехника, № 3.1987.5.B.A. Kuznetsov et al., “On Improving the Reliability of Ore Rechargeable Lamps, g. "Lighting engineering, No. 3.1987.

Директор ОАОDirector of OJSC

А.И.КобзарьA.I. Kobzar

Claims

1. An individual mine lamp containing a light source, a light converting system and an autonomous power source, characterized in that the light source is made in the form of an LED assembly, and the light converting system is made of a colorless optically transparent material in the form of disk lenses equally spaced with respect to the LEDs, the number of which corresponds to the number of LEDs in the assembly, the optical axis of the elementary pairs of “LED-lens” being the same, the light center of the LED and the focus of the elementary lens combined, and the lens diameter and the distance between the lenses is selected so that the transverse dimension of the light beams formed by pairs of elementary "LED-lens", less than the threshold spatial solubility of typical observation distance control objects in mining.

2. An individual mine lamp according to claim 1, characterized in that the assembly is made of yellow LEDs.

3. Mine individual lamp according to claim 1, characterized in that the LEDs are connected to a power source in parallel.

4. Mine individual lamp according to claim 1. characterized in that the optical axis of the LEDs are mutually parallel.

5. The mine individual luminaire according to claim 1, characterized in that the LED assembly is mounted on the surface of the mounting element provided with a protrusion, the free end of which is provided with a current lead and is profiled with the possibility of installing the LED assembly in the standard cartridge of the mine lamp.