RU13641U1 - Светофор для метрополитена с минимальным обслуживанием - Google Patents

Abstract

1. Светофор для метрополитена с минимальным обслуживанием, содержащий источник света и выходную светопреобразующую оптическую систему, отличающийся тем, что источник света выполнен в виде оптически связанных сборки светодиодов и дополнительной преобразующей излучение светодиодной сборки оптической системы, рабочая грань профильного сечения преломляющего блока которой имеет вид чередующихся частей окружностей, причем углы излучения светодиодов, оптический интервал между выходной светопреобразующей оптической системой и преломляющим блоком дополнительной светопреобразующей оптической системы, радиус кривизны и ширина шага чередующихся частей рабочей грани профильного сечения преломляющего блока подобраны так, что неравномерность яркости в пределах светового отверстия светофора меньше порога пространственной различимости для типичных расстояний наблюдения на метрополитене.2. Светофор по п. 1, отличающийся тем, что рабочая грань профильного сечения преломляющего блока дополнительной светопреобразующей системы имеет вид чередующихся частей окружностей с центрами кривизны, расположенными попеременно с каждой из сторон несущей поверхности преломляющего блока.3. Светофор по п. 1, отличающийся тем, что рабочая грань профильного сечения преломляющего блока дополнительной светопреобразующей системы имеет вид чередующихся частей окружностей с центрами кривизны, расположенными с одной из сторон несущей поверхности преломляющего блока.4. Светофор по п. 1, отличающийся тем, что рабочая грань профильного сечения преломляющего блока дополнительной светопреобразующей системы имеет вид сопряженных ча�

Description

Светофор для метрополитена с минимальным обслуживанием

Полезная модель относится«железнодорожной технике, в частаости к устройствам световой сигнализации для обеспечения безопасности движения на метрополитене.

Применяемая на метрополитене световая сигнализация используется для организации четкого движения поездов и маневренной работы. Для этого железнодорожное полотно разделено на отдельные блок участки, величина кототорых определяется величиной тормозного пути состава с максимальной инерцией. В начале каждого блок-участка находится прибор световой сигнализации (светофор), видимый в начале предыдущего участка. Показания светофора меняются автоматически в зависимости от пребывания на участке поезда. Т.о. машинист идущего поезда, езодя свой состав на какой либо участок, должен видеть показания светофора следующего блок-участке и. если этот светофор дает запрещающий сигнал, он имеет возможность сгоевременно остановить состав. Таким образом определяется основное требование для приборов световой сигнализации на метрополитене - высокая эксплуатационная надежность светофора при длительной эксплуатации.

На метрополитене применяются туннельные сшетофоры типа «Метро и наземные мачтовые и карликовые 1. Этихзетофоры содержат световой блок, включающий источник света и светопреобразующую оптическую систему (линзовый комплект) в виде френелевской прессованной дисковой линзы типичной цветности с криволинейным несущим слоем. 8 качестве источника света используется специальная лампа накаливания - железнодорожная светофорная лампа типа ЖС12-16 или ЖС12-15+15, которая установлена в фокусе френелевской линзы (линзового комплекта) посредством ламподержателя. Опыт эксплуатации туннельных светофоров показывает, что основная доля отказов у светофоров приходится на источник света (перегорание нити накала), долговечность которого не превосходит 750 часов. Эксплуатационная надежность этих светофорных систем обеспечивается за счет дополнительных устройств контроля перегорания нити накала светофорной лампы 2. Использование подобных устройств существенно усложняет систему светофорной сигнализации и увеличивает эксплуатационные расходы на их обслуживание. Основной недостаток указанных устройств контроля состоит в том. что они не обеспечивают контроль перегорания нити накала тех ламп которые в данный момент не подключены к источнику питания коммутационными элементами управления светофором. Кроме того, при значительном удалении саетофора при выходе лампы из сТроя возможен эффект т.н. «ложного контроля, обусловленного большими емкостными составляющими токов в линии электропитания ламп и значительной величиной тока холостого хода сигнального трансформатора цепи питания светофорной лампы Исключение эффеета «ложного

МПК.ВбИ 5/18

контроля, при котором светофорная лампа оказышается неработоспособой, в то время как устройство контроля сигнализирует о ее исправности, приводит к дальнейшему усложнению системы контроля 3J

Следует отметить, что поскольку указанный выше подход к обеспечению эксплуатационной надежности светофоров не затрагивает главной проблемы, которая состоит в недостаточном сроке службы лампп накаливания, то на практике эксплуатационная надежность светофора, помимо использования вышеуказанных устройств обеспечивается путем замены ламп, что, естественно, существенно увеливиает затраты на их обслуживание. Так. по существующему на метрополитане порядку, на трехзначных светофорных головках лампа красного огня подлежит замене каждые 40 дней, старая лампа красного огня ставится вместо лампы желтого огня, а старая лампа желтого огня устанавливается вместо лампы зеленого огня. Лампа зеленого огня снимается как использованная, причем любая замена ламп подлежит строгой регистрации. При обращении с лампами ремонтные рабочие вынуждены проявлять особую осторожность, поскольку уже работавшие лампы очень чувствительны к сотрясению. Все $то вместе взятое приводит к дополнительным затратам с учетом специфических условий .эксплуатации светофоров на метрополитене.

Задача, на решение которой напраелена заявляемая полезная модель, состоит в создании светофора для метрополитена, обладающего высокой степенью эксплуатационной надежности при минимальном обслуживании в течение длительного времени за счет устранения принципиального недостатка свойственного традицонным источникам света железнодорожных светофоров - малый ресурс.

Указанная задача реалиаэуется за счет специальной конструкции источника света. В отличие от традиционного светофора для метрополитена (например, типа «Метро), выбранного в качестве прототипа |1j в предлагаемой конструкции светофора источник света выполнен в виде сборки светодиодов с дополнительной оптической светопреобразующй системой.

К достоинствам светодиодов в рамках решаемой задачи следует отнести длительный ресурс их работы (сотни тысяч часов), т.е. более чем в 100 раз 4 больше, чем у светофорных ламп накаливания, что обеспечивает значительную экономию средств на обслуживание светофора при высокой эксплуатационной надежности таких источников света, поскольку отпадает необходимость в ежемесячной замене ламп (особенно на отдельных перегонах). Кроме того, шажное преимущество светодиодов - однонаправленность пространственного распределения излучения. Как изрестно, лампа накаливания - изотропный источник света, равномерно (мля практически равномерно) излучающий в полном телесном угле. Но, для большинства светосйгнапьньк уетройстсв индикатрисы излучения строго регламентированы и, как пра8и.по. достаточно узки.

Так, для туннельного светофора характерно пространственно-ограниченное, осесимметричнов распределение излучения с полушириной диаграммы направленности - {5° -40°) за счет использования линзовой светоформирующей системы, а в этом случае КПД источника света с телом свечения, светящимся с одной стороны, значительно выше, чем у ламп накаливания.

К достоинствам светодиодов s качестве источника света туннельного светофора следует также отнести - их механическую прочность, высокое быстродействие, малые резервы и конструктивную гибкость при формировании тела свечения.

Для реализации необходимой для нормального функционирования светофора для метрополитена осевой силы света мсточник света выполнен в виде сборки сеетодиодов распределенных по площади, пере фьшающей часть саетовой апертуры вблизи оптической оси френелевской линзы. В самом общем случае, в зависимости от типа применяемых светодиодов и, следовательно, от ш светотехнических харашеристик, сборка включает до нескольких десятков отдельных севтодиодов. Однако, такие многоэлементные сборки являются, вообще говоря, источником света с неравномерной яркостью в пределах габарита светящего тела и равномерность сеечения во внешнем по отношению к источнику пространстве может быть достигнута только путем дополнительного увеличения угла рассеяния каждого отдельного светодиода за счет использования дополнительной оптической системы, преобразующей излучение светодиодов в световой пучок с требуемым пространенны распределением. При этом важную роль играет светооптическое «согласование конструктивных особенностей светодиодов и оптически согласованной с ними светопреобразующей системы, содержащей по крайней мере преломляющие элементы, а. вообще говоря, и отражающие элементы текже.

Особенность решения указанной выше задачи состоит в том, что предлагаемая конструкция светофора базируется нэ реально используемых на метрополитене светофо pax и не предполагает замены в них линзового комплекта с соответствующей арматурой ламподержателЯ; а, следовательно, не предполагает значительных первоначальных затрат при массовой замене предпол9гаемь ми светофорами традиционно используемых.

В соответствии с заявляемой (онструкцией светофор для метрополитена, как и прототип, содержит источник света, установленный в фокусе френелевской прессованной дисковой линзы (линзового комплекта) типичной цветности с криволинейным несущим слоем. Но, в отличие от прототипа, источник света выполнен в виде сборки светодиодоа и оптически связанной со сборкой сдетопреобразующей оптической системы, рабочая грань профильного сечения преломляющего блока которой имеет вид чередующихся частей окружностей, причем углы излучения светодмодов, оптический интервал между френелевской линзой и преломляющим блоком сеетопреобрезующей оптической системы источника света, радиус кривизны и ширина шага чередующихся частей рабочей грани

профильного сечения преломляющего блока подобраны так, что неравомерность яркости в пределах светового отверстия туннельного светофора меньше порога пространственной различимости для типичных расстояний наблюдения на метрополитене.

На фиг.1 представлена 6лок-с)(ема варианта конкретного исполнения туннельного светофора. Туннельный светофор содержит френелевскую прессованную дисковую линзу типичной цветности 1 с криволинейным несущим слоем и источник света 2. Источник 2 выполнен в виде сборки сетодиодое 3 и перекрывающего их световое поле преломляющего блока 4 с общей с линзой 1 оптической осью. Светодио) 3 установлены на лицевой поверхности плоского монтажного элемента 5 и, в данном конкретном случае, имеют цветность аналогичную цветности линзы 1. На тыльном стороне монтажного элемента 5 установлен токопродвод электропитания светодоодов 3 (на фиг. не показан). Преломляющий блок 4 выполнен в ввде пластины из бесцветного оптически прозрачного материала, на внешней поверхности которой сформированы дисковые линзовые элементы 6 так, что рабочая грань профильного сечения преломляющего блока 4 имеет вид чередующихся частей окружностей одинаковой кривизны, центры кривизны которых расположены с внутренней стороны несущей поверхности преломляющего блока 4. В данном случае количество дисковых линз 6 преломляющего блока 4 соответствует количеству светодиодов 3, их оптические оси совпадают, а фокусы линз 6 совмещены со световыми центрами соответствующих светодиодов 3.

Туннельный светофор работает следующим образом. При подаче электропитания на светодиоды 3 (электрическая схема на фиг. не показана) каждый светодиод формирует в пространстве световой пучок, а сборка светодиодов s целом - световой поток с неравномерной яркостью в пределах габарита светящего тела Распределение светового потока по внутренней поверхности преломляющего блока 4 имеет вид световых пятен, центры которых соответствуют проекции оптической оси соответствующего светодиода 3 на внутреннюю поверхность преломляющего блока 4, а его размер углу излучения соответствующего светодиода и расстоянию между светодиодом и внутренней поверхностью блока 4. Линзовые элементы 6. предназначенные для дополнительного рассеяния светового потока от светодиодов 3. обеспечивают пространственное перераспределение светового потока, причем угол рассеяния каждого элементарного светового пучка увеличивается на величину пропорциональную радиусу кривизны рабочей грани профильного сечения элементарной линзы 6. Сформированный преломляющим блоком 4 световой пучок поступает вдоль оптической оси френелевской линзы 1 на ее внутреннюю поверхность освещение которой в этом случае имеет степень нераномерности освещенности не только сопоставимую с освещенностью от штатной светофорной лампы накаливания, но и существенно ее превосходит.

в данном конфетном случае для обеспечения светового потока, сравнимого со световым потоком штатной светофорной лампы, используется сборка из 20 и более светодиодов типа HPWL-BD, HPWL-BL, ilLMP, создающих световой поток 12 люм (от каждого светодиода) в угле излучения 80. Сборка светодиодов смонтирована на штатном ламподержателе линзового номплекта светофора типа «Метро. Экспериментально устаоБлено, что использование предлагаемой йветооптичаской схемы обеспечивает восприятие машинистом светового пятна, создаваемого светофором на типичных расстояниях наблюдения в условиях метрополитена, как однородное. Однородность светового пятна при относительно малой плотности установки светодиодов в сборке обеспечена за счет оптимизации геометрии оптической системы светофора по отношению к пространственным параметрам излучения светодиодов В данном конкретном случае радиус кривизны линовых элементов еостввдяет 8 мм. ширина шага -16 мм, а оптический интервал - 80 мм.

Предлагаемая конструкция светофора способив обеспечить без обслуживания его работу в течение порядка 10 лет и существенно упростить систему контроля его функционирования.

Литература:

1.Московский метрополитен. Службе сигнализации и связи. «Аппаратура, оборудование, кабели, провода, материалы, М. «Транспорт. 1997

2.а.с. СССР, Ш 713742, B61L 5/18, публ. 08,02.80. «Устройство для контроля перегорания ламп светофора.

3.а.с. СССР, № 948729, B61L 5/18, публ. 09.08 82, «Устройство для контроля целостности нити светофорной лампы.

4.B.C. Лукаш, В.И. Юрченко, С.В. Трофимов, «Цветные источники света на основе полупроводниковых излучающих элементов, ж «Элактронная промышленность,

1-2, 1998.

Заявитель:

Claims (18)

1. Светофор для метрополитена с минимальным обслуживанием, содержащий источник света и выходную светопреобразующую оптическую систему, отличающийся тем, что источник света выполнен в виде оптически связанных сборки светодиодов и дополнительной преобразующей излучение светодиодной сборки оптической системы, рабочая грань профильного сечения преломляющего блока которой имеет вид чередующихся частей окружностей, причем углы излучения светодиодов, оптический интервал между выходной светопреобразующей оптической системой и преломляющим блоком дополнительной светопреобразующей оптической системы, радиус кривизны и ширина шага чередующихся частей рабочей грани профильного сечения преломляющего блока подобраны так, что неравномерность яркости в пределах светового отверстия светофора меньше порога пространственной различимости для типичных расстояний наблюдения на метрополитене.

2. Светофор по п. 1, отличающийся тем, что рабочая грань профильного сечения преломляющего блока дополнительной светопреобразующей системы имеет вид чередующихся частей окружностей с центрами кривизны, расположенными попеременно с каждой из сторон несущей поверхности преломляющего блока.

3. Светофор по п. 1, отличающийся тем, что рабочая грань профильного сечения преломляющего блока дополнительной светопреобразующей системы имеет вид чередующихся частей окружностей с центрами кривизны, расположенными с одной из сторон несущей поверхности преломляющего блока.

4. Светофор по п. 1, отличающийся тем, что рабочая грань профильного сечения преломляющего блока дополнительной светопреобразующей системы имеет вид сопряженных частей окружностей одинакового радиуса.

5. Светофор по п.1, отличающийся тем, что несущая поверхность преломляющего блока дополнительной светопреобразующей системы выполнена в виде поверхности, эквидистантной с внутренней поверхностью выходной светопреобразующей оптической системы светофора.

6. Светофор по пп.1 и 5, отличающийся тем, что рабочая грань профильного сечения преломляющих элементов преломляющего блока дополнительной светопреобразующей системы выполнена в виде сопряженных частей различных окружностей, представляющих собой пересечение сферической поверхности, эквидистантной с внутренней поверхностью выходной светопреобразующей оптической системы светофора.

7. Светофор по п.1, отличающийся тем, что сборка выполнена из светодиодов белого цвета.

8. Светофор по п.1, отличающийся тем, что сборка выполнена из светодиодов, цветность которых аналогична цветности выходной светопреобразующей оптической системы светофора.

9. Светофор по п. 1, отличающийся тем, что преломляющий блок дополнительной светопреобразующей системы выполнен из бесцветного оптически прозрачного материала.

10. Светофор по п.1, отличающийся тем, что сборка выполнена в виде плоской матрицы светодиодов, оптические оси которых взаимно параллельны.

11. Светофор по п.1, отличающийся тем, что преломляющий блок дополнительной светопреобразующей оптической системы выполнен в виде равноудаленных по отношению к светодиодам дисковых линз, количество которых соответствует количеству светодиодов в сборке, а оптические оси элементарных пар "светодиод-линза" совпадают.

12. Светофор по п.1, отличающийся тем, что источник света выполнен в виде по крайней мере одного светодиода повышенной яркости, световой центр которого совмещен с фокусом выходной светопреобразующей оптической системы светофора.

13. Светофор по п.1, отличающийся тем, что сборка выполнена из идентичных по светооптическим характеристикам светодиодов.

14. Светофор по п.1, отличающийся тем, что сборка светодиодов установлена на монтажном элементе, снабженного выступом, свободный конец которого снабжен токоподводом и выполнен профилированным с возможностью установки сборки светодиодов в штатный патрон светофора.

15. Светофор по п.1, отличающийся тем, что дополнительная светопреобразующая оптическая система снабжена отражающим блоком, который охватывает по крайней мере часть светодиодов сборки.

16. Светофор по п.1, отличающийся тем, что сборка выполнена в виде модульных элементов, содержащих светодиод, светопреобразующую систему и контактный соединитель для установки и подключения модульных элементов к системе электропитания светофора.

17. Светофор по п.16, отличающийся тем, что контактный соединитель модульных элементов выполнен в виде врубового сочленения.

18. Светофор по п.12, отличающийся тем, что преломляющий блок дополнительной светопреобразующей оптической системы выполнен в виде равноудаленных по отношению к светодиодам дисковой линзы, оптическая ось которой совпадает с оптической осью центрального светодиода повышенной яркости, и окружающего линзу плоского светопроводящего элемента кольцеобразной формы, внешняя поверхность которого матирована.