ПРОЖЕКТОРНЫЙ СВЕТОФОР Российский патент 2013 года по МПК B61L5/18 

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики и телемеханики и может быть использовано для управления движением поездов.

Известен прожекторный светофор, содержащий поворотную рамку со светофильтрами, которая связана с рычагами при помощи эластичных соединений в виде плоских пружин [Пат. 73681, МПК F61L 5/18, 1949].

Недостатками такого светофора являются:

- относительно большие затраты электроэнергии, связанные с тем, что при работе светофора воспроизведение некоторых сигналов требует постоянной работы одного или двух реле;

- ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что светофор может воспроизводить сигнал только какого-нибудь одного цвета.

Прототипом является прожекторный светофор, содержащий поворотную рамку со светофильтрами, реле, рычаги которых посредством пальца и штифта имеют возможность взаимодействия с рамкой [Пат.68056, МПК F61L 5/18, 1947].

Недостатками прототипа являются:

- недостаточная надежность конструкции, связанная с тем, что рамка, установленная на поворотной опоре, при низких температурах воздуха и высокой влажности может примерзнуть, в результате чего светофор окажется неработоспособным;

- ограниченные функциональные возможности, поскольку светофор может воспроизводить сигнал только какого-нибудь одного цвета;

- относительно низкое быстродействие смены сигнала, обусловленное последовательным перемещением светофильтров друг за другом, а также связанное с такой длительной установкой нужного цвета светофильтра большое потребление электрической энергии.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно повышение надежности, быстродействия и эксплуатационных характеристик, а также расширение функциональных возможностей и снижение энергопотребления.

Задача решается тем, что прожекторный светофор, содержащий упор, оптическую систему с лампой, по крайней мере, один электромагнит и одну со светофильтрами рамку на опоре, снабжен второй оптической системой с лампой, оптическая ось которой расположена в одной плоскости с оптической осью первой системы и лучом, исходящим из опорной точки, размещенной на линии неустойчивого равновесия, и проходящим через центр светофильтра, при этом электромагнит имеет возможность взаимодействия с рамкой, которая выполнена из магнитного материала, намагниченного в зоне взаимодействия с электромагнитом.

Опора рамки выполнена в виде призмы. Светофильтры на рамке размещены попарно, при этом центры светофильтров каждой пары имеют возможность соответственно одновременно совмещаться с оптическими осями первой и второй систем после прохождения рамкой положения неустойчивого равновесия. Одна пара светофильтров размещена на первой рамке, а другая - на второй. Площадь круга, размещенного на одинаковом со светофильтром расстоянии от опорной точки рамки на оси ее симметрии, не меньше площади светофильтра, при этом круг выполнен из светонепроницаемого материала. По крайней мере, одна пара светофильтров выполняется одного цвета. Материал опоры рамки намагничен. При совмещении центра светофильтра с оптической осью системы рамка взаимодействует с упором. Упор выполнен в виде магнитоуправляемого элемента.

Указанные отличительные признаки позволяют достичь следующих преимуществ по сравнению с прототипом.

Снабжение светофора второй оптической системой с лампой позволяет расширить функциональные возможности светофора путем одновременного формирования двух огней, например двух желтых, двух зеленых, зеленого и желтого.

Размещение оптической оси системы в одной плоскости с оптической осью первой системы и лучом, исходящим из опорной точки, размещенной на линии неустойчивого равновесия, и проходящим через центр светофильтра, дает возможность выполнить рамку симметричной с центром тяжести на оси симметрии, что упрощает конструкцию и повышает надежность. Обеспечение возможности взаимодействия электромагнита с рамкой, которая выполнена из магнитного материала, намагниченного в зоне взаимодействия с электромагнитом, позволяет управлять работой рамки одним электромагнитом путем изменения направления тока в его обмотке, при этом повышается КПД привода. После прохождения положения неустойчивого равновесия рамка может находиться в крайнем положении сколь угодно долго без затрат энергии. Все это упрощает конструкцию, повышает ее надежность и снижает энергопотребление.

Выполнение опоры рамки в виде призмы способствует уменьшению площади контакта опоры с основанием (в данном случае контакт происходит по линии), что уменьшает силу трения при перемещении рамки из одного положения в другое и снижает вероятность опасного (с потерей работоспособности) примерзания ее к основанию. Все это уменьшает потребление энергии и повышает надежность конструкции. Примерзание рамки может произойти только по линии контакта призмы с основанием, что будет оказывать незначительное сопротивление при смене положения рамки. При этом будет происходить работа, затрачиваемая на излом, а не на сдвиг льда, что значительно облегчит отрыв рамки от основания. Оставшиеся частички льда также не будут препятствовать перемещению рамки, так как такая опора имеет относительную подвижность.

Размещение светофильтров на рамке попарно так, что центры светофильтров каждой пары имеют возможность соответственно одновременно совмещаться с оптическими осями первой и второй систем после прохождения рамкой положения неустойчивого равновесия, позволяет при двух крайних положениях рамки за малый промежуток времени выбирать любую возможную комбинацию цветов. Это упрощает конструкцию, повышает ее надежность и увеличивает быстродействие.

Размещение одной пары светофильтров на первой рамке, а другой - на второй дает возможность увеличить число комбинаций цветов, что расширяет функциональные возможности и повышает эксплуатационные характеристики светофора.

Размещение круга на одинаковом со светофильтром расстоянии от опорной точки рамки на оси ее симметрии, площадь которого не меньше площади светофильтра, и выполнение круга из светонепроницаемого материала позволяет производить плавную (мягкую) смену цвета (сигналов светофора). При перемещении рамки из одного крайнего положения в другое непрозрачный круг будет постепенно перекрывать световой луч, уменьшая световой поток. При достижении рамкой положения неустойчивого равновесия световой поток будет полностью перекрыт. При дальнейшем движении рамки световой поток (теперь уже другого цвета) начнет постепенно увеличиваться, достигая своего максимума в крайнем положении рамки. Такая плавная смена сигнала более приятна для глаза и значительно меньше утомляет зрение по сравнению с резкой сменой цветов, что повышает эксплуатационные характеристики светофора.

Выполнение, по крайней мере, одной пары светофильтров одного цвета дает возможность формировать мигающий огонь светофора путем поочередного перевода рамки из одного крайнего положения в другое, т.е. обеспечивать более приятное для глаза плавное мигание огня. При этом лампа светофора непрерывно горит, что улучшает условия ее работы (отсутствуют броски тока, характерные для режима включения) и продлевает ресурс. Все это повышает эксплуатационные характеристики и надежность.

Выполнение материала опоры рамки намагниченным способствует снижению ее давления на основание (возможно даже образование магнитной подушки), что еще больше понижает вероятность примерзания рамки и увеличивает надежность. Кроме того, уменьшается усилие, необходимое для перевода рамки из одного крайнего положения в другое, что снижает энергопотребление.

Взаимодействие рамки с упором при совмещении центра светофильтра с оптической осью системы позволяет удерживать рамку в крайнем положении путем соприкосновения с ней в двух точках (упор и опора). Это уменьшает вероятность опасного ее примерзания и повышает надежность.

Выполнение упора в виде магнитоуправляемого элемента (например, геркона) дает возможность осуществлять контроль положения рамки и формировать сигналы для локомотивного светофора, что повышает надежность, эксплуатационные характеристики и расширяет функциональные возможности светофора.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 изображена схема сигнального механизма прожекторного светофора.

На фиг.2 изображен вариант сигнального механизма с двумя рамками.

На фиг.3 изображен вариант выполнения опоры рамки.

Светофор содержит рамку 1, установленную опорой 2 на основании 3, имеющую светофильтры 4, 5 и 6, 7, соответственно попарно размещенные на окружностях 8, 9 с центрами в точке касания опоры с основанием, проходящих через оси I, II (лучи) первой и второй оптической системы. Внутри рамки расположен неподвижно закрепленный, например на основании, электромагнит 10, имеющий возможность взаимодействия с намагниченными выступами 11 рамки, центр тяжести которой расположен на оси 12 симметрии выше точки касания опоры с основанием. Рамка может иметь светонепроницаемый круг 13 с площадью не менее площади светофильтра и взаимодействовать в крайних положениях с упорами 14, которые могут быть выполнены заодно с магнитоуправляемыми контактами (герконами) 15. Луч 16, исходящий из опорной точки рамки и проходящий через центр и плоскость светофильтра, лежит в одной плоскости с оптическими осями I, II первой и второй оптической системы и перпендикулярен им. Сигнальный механизм может иметь две рамки, а опора рамки - намагниченные выступ 17 и основание.

Устройство работает следующим образом.

В исходном положении рамка 1 находится, например, в крайнем правом положении, касаясь упора 14 и контактируя опорой 2 с основанием 3 по линии, электромагнит 10 обесточен (фиг.1). Указанные на фиг.1 цвета светофильтров 4-7 (соответственно зеленый (З), желтый (Ж), красный (К), желтый) позволяют выбрать любую комбинацию огней, соответствующих основным значениям сигналов, подаваемых светофорами независимо от места установки и назначения их.

Для создания одного зеленого огня (разрешается движение с установленной скоростью) при указанном положении рамки включают лампу второй оптической системы.

Для формирования одного красного огня (Стой! Запрещается проезжать сигнал) включают лампу первой оптической системы.

Для образования одного желтого огня (Разрешается движение с готовностью остановиться; следующий светофор закрыт) подают напряжение на электромагнит 10 такой полярности, чтобы протекающий по катушке ток создал магнитное поле, при котором северный полюс (N) сформировался бы на левой стороне электромагнита, а южный (S) - на правой. Взаимодействие одноименных полюсов электромагнита и магнита 11 левой стороны рамки приведет к отталкиванию этой стороны рамки от электромагнита и притягиванию к нему ее правой стороны. В результате рамка начнется перемещаться в левое крайнее положение. Световой поток красного огня начнет уменьшаться за счет перекрывания светового луча I первой оптической системы светонепроницаемым материалом (кругом 13, обозначенным на чертеже штрихпунктирной линией). После того как световой луч будет полностью перекрыт, начнется увеличение светового потока желтого огня, достигающее своего максимального значения после занятия рамкой крайнего левого положения. Выключают питание электромагнита 10, при этом рамка, пройдя положение неустойчивого равновесия, которое наступает при совмещении оси симметрии 12 с лучом 16, может находиться в крайнем положении сколь угодно долго, не потребляя при этом энергии. Произойдет плавная смена красного огня на желтый, не утомляющая зрение и приятная для восприятия глазом.

Для формирования одного желтого мигающего огня (Разрешается движение с установленной скоростью; следующий светофор открыт и требует проследования его с уменьшенной скоростью) подают на лампу первой оптической системы импульсное напряжение, вызывающее ее мигание.

Для создания двух желтых огней, из них верхний мигающий (Разрешается проследование светофора с уменьшенной скоростью; поезд следует с отклонением по стрелочному переводу; следующий светофор открыт), включают лампу второй оптической системы, а лампу первой - оставляют работать в мигающем режиме.

Для образования двух желтых огней (Разрешается проследование светофора с уменьшенной скоростью и готовностью остановиться у следующего светофора; поезд следует с отклонением по стрелочному переводу) снимают с лампы первой оптической системы импульсное напряжение и подают постоянное (непрерывное).

Для контроля положения рамки, а также для формирования огней локомотивного светофора можно использовать магнитоуправляемые контакты (герконы) 15.

Например, факт замыкания контактов геркона может свидетельствовать о нахождении рамки в крайнем положении около геркона, наличие разомкнутых контактов - об ее отсутствии в этом положении.

При трехзначной сигнализации вместо нижнего желтого светофильтра 5 можно поставить красный (К), зарезервировав тем самым красный огонь. В случае перегорания обеих нитей лампы какой-либо оптической системы, например первой, можно будет сформировать красный сигнал светофора с помощью второй системы.

Большее сочетание сигнальных огней можно осуществить с помощью сигнального механизма, имеющего две рамки со светофильтрами (фиг.2). Этот вариант позволяет получить: два желтых огня, один зеленый и один желтый огни, один желтый, один зеленый и один красный огни. Причем при необходимости любые огни могут работать в мигающем режиме.

Заменив нижний желтый (Ж) светофильтр на лунно-белый, можно получать сигналы, применяемые на выходных светофорах при отправлении на перегон, движение по которому будет осуществляться только по показаниям автоматической локомотивной сигнализации: один желтый и один лунно-белый огни, один зеленый и один лунно-белый огни, один желтый мигающий и один лунно-белый огни. Заметим, что если одну пару светофильтров выполнить одного цвета, то можно получить мигание этого цвета за счет перевода рамки из одного крайнего положения в другое.

Для снижения давления опоры 2 рамки на основание 3 их можно намагнитить, сделав на опоре выступ 17 (фиг.3). Тогда одноименные полюса основания и опоры (выступа) будут отталкиваться, снижая давление последней на основание, при этом даже можно получить эффект магнитной подушки. Для упрощения конструкции магнитоуправляемые контакты можно сделать заодно с упором.

Внедрение изобретения позволит создать простую конструкцию светофора, у которого посредством одной светофорной головкой с двумя линзами (оптическими системами) можно получать различные сочетания сигнальных огней, затрачивая при этом незначительное количество электрической энергии (как известно, в прожекторных светофорах используется лампа мощностью 5 Вт).

Прожекторный светофор содержит упор, оптическую систему с лампой, электромагнит и рамку на опоре со светофильтрами. Светофор снабжен второй оптической системой с лампой, оптическая ось которой расположена в одной плоскости с оптической осью первой системы и лучом, исходящим из опорной точки, размещенной на линии неустойчивого равновесия, и проходящим через центр светофильтра. Электромагнит имеет возможность взаимодействия с рамкой, выполненной из магнитного материала, намагниченного в зоне взаимодействия с электромагнитом, с попарно размещенными на ней светофильтрами. Центры каждой пары светофильтров имеют возможность соответственно одновременно совмещаться с оптическими осями первой и второй систем после прохождения рамкой положения неустойчивого равновесия. Обеспечивается повышение надежности, быстродействия и эксплуатационных характеристик устройства. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Прожекторный светофор, содержащий упор, оптическую систему с лампой, по крайней мере, один электромагнит и одну со светофильтрами рамку на опоре, отличающийся тем, что он снабжен второй оптической системой с лампой, оптическая ось которой расположена в одной плоскости с оптической осью первой системы и лучом, исходящим из опорной точки, размещенной на линии неустойчивого равновесия, и проходящим через центр светофильтра, при этом электромагнит имеет возможность взаимодействия с рамкой, выполненной из магнитного материала, намагниченного в зоне взаимодействия с электромагнитом, с попарно размещенными на ней светофильтрами, центры каждой пары которых имеют возможность соответственно одновременно совмещаться с оптическими осями первой и второй систем после прохождения рамкой положения неустойчивого равновесия.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что опора рамки выполнена в виде призмы.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что одна пара светофильтров размещена на первой рамке, а другая - на второй.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что рамка имеет круг, выполненный из светонепроницаемого материала площадью не менее площади светофильтра и размещенный на одинаковом со светофильтром расстоянии от опорной точки рамки на оси ее симметрии.

5. Устройство по п.1, отличающееся, тем, что, по крайней мере, одна пара светофильтров выполняется одного цвета.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что материал опоры рамки намагничен.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что при совмещении центра светофильтра с оптической осью системы рамка взаимодействует с упором.

8. Устройство по пп.1 и 7, отличающееся тем, что упор выполнен в виде магнитоуправляемого элемента.