Весь подвижной состав обязан комплектоваться световыми и светосигнальными приборами, согласно соответствующим ГОСТам на каждый вид техники.
У тепловозов к светосигнальным приборам относятся буферные фонари. Также отнесу фонари местоположения машиниста на маневровых тепловозах. Функции световых приборов выполняют светильники освещения кабины, кузовов/отсеков/модулей, переходных площадок, ходовой части, а также прожекторы.
Основное назначение
Прожекторы служат для освещения пути и обстановки перед локомотивом в ночное время суток. Причем согласно ГОСТ, изделие должно работать в двух режимах - тускло и ярко. Каким образом происходит управление и за счет каких элементов будет описано ниже.
Также в ГОСТах на тепловозы есть требование к резервному источнику электропитания - аккумуляторной батареи. А именно при не рабочем основном источнике электроэнергии бортовой сети (вспомогательный генератор или преобразователь), основные системы, светосигнальные приборы и освещение должны работать не менее 1 часа. Так что в таком режиме работы, прожектор можно отнести к светосигнальным приборам (локомотив заранее обозначает свое место положение).
Расположение
В случае маневрового тепловоза, прожекторы устанавливаются с обоих торцов локомотива. Для совершения маневровой работы прожекторы переключаются в зависимости от направления движения. Из-за особенностей компоновки данного вида тепловозов, прожекторы устанавливаются в торцевые капоты/модули.
На магистральных тепловозах, в зависимости от количества секций, прожекторы устанавливаются по одной штуке на кабину. Например, на тепловозах серии 3ТЭ116У, на средней секции прожектора нет. Но она укомплектована собственной полноценной силовой установкой и купированным пультом машиниста для возможности выполнять маневры самостоятельно.
А магистральный пассажирский тепловоз ТЭП70БС выполнен по двухкабинной схеме. Соответственно, прожекторы расположены на каждой кабине в пределах одной секции.
Типы прожекторов
Можно выделить 2 основных типа прожекторов - на лампах накаливания и со светодиодными излучателями. Их основные различия заключаются в качестве освещения и изначальной стоимости. Все остальные сравнения это лишь маркетинговый ход.
Ламповый прожектор
Технически простое и надежное изделие с «почти нулевой» себестоимостью, по сравнению со светодиодными прожекторами. Как правило, состоит из следующих комплектующих:
- Патрон, например Профокс-40;
- Отражатель параболический;
- Защитное стекло;
- Лампа накаливания «классическая» или лампа накаливания галогеновая. Возможно применяются лампы выполненные по другим технологиям.
Сильные стороны данного вида прожектора заключаются в его изначальной стоимости и обслуживании в эксплуатации. Замена сгоревшей лампы из кабины машиниста ранее был обязательный пункт при сертификационных испытаниях.
Самый существенный отрицательный момент при комплектации локомотива таким видом прожектора - уровень освещенности. Лампы накаливания, какого бы типа они не были при прочих равных условиях уступают светодиодным прожекторам.
Другой отрицательный момент - потребляемая электрическая мощность. Например, лампой КГМ 75-600 комплектуются старые модели тепловозов. Потребляемая электрическая мощность данной лампы 600 Вт. На локомотивах с гидропередачей это может быть порядка 3% от всей мощности вспомогательного генератора. А суммарно со всем освещением, выполненным на лампах накаливания, и включенным одновременно с прожектором это может быть более 10-15% от общей вспомогательной мощности. Вроде как бы мало, но может отразиться на тяговой характеристике.
Светодиодный прожектор
Технически сложное изделие. В зависимости из каких электронных компонентов собран, по какой схеме разработан и как выполнено охлаждение греющихся элементов будет зависеть долговечность и надежность.
Конструктивно светодиодные прожекторы различных производителей в целом выполнены одинаково и состоят из следующих элементов:
- Светооптическая система:
- светодиодные элементы расположенные на печатных платах с обвязкой из электронных компонентов, отвечающих за термоконтроль, управление и защиту.
- оптические элементы (линзы), формирующие световой поток с заранее определенными параметрами. У каждого светодиода своя линза.
- радиатор охлаждения, на котором расположены светодиодные элементы. Радиатор выполнен из алюминия или сплава на основе его. Также для эффективного охлаждения может быть реализовано принудительное воздушное охлаждение. Радиаторов может быть несколько и из них собирается итоговая матрица.
- Система электропитания. Для ламповых прожекторов, установленных на кабине, существует требование, нормирующее замену лампы за определенный интервал времени. Светодиодный прожектор без демонтажа, специализированного оборудования и навыков отремонтировать невозможно. В связи с чем в конструкции всех изделий выполнено резервирование источников электропитания, проще говоря их установлено минимум две штуки. Так же как и вся светооптическая система разбита на независимые друг от друга составные матрицы.
- В качестве дополнительной опции может быть установлен обогрев защитного стекла. Есть неприятная особенность, когда прожектор установлен в кабине. Зимой при таянии снега, влага испаряется с пола, проходит через интерьер кабины, и может конденсироваться на защитном стекле (запотевает), отчего светооптические свойства прожектора ухудшаются. Кстати в прожекторах с лампами накаливания такой проблемы нет, эти же 600 Вт прекрасно обогревают окружающий воздух и элементы прожектора.
Положительные и отрицательные свойства светодиодных прожекторов частично описаны выше. Но есть еще на что обратить внимание.
Самая главная характеристика, по которой ламповый прожектор проигрывает светодиодному - качество освещения. При поступлении в эксплуатацию модернизированных или новых серий локомотивов с установленными современными прожекторами, у локомотивных бригад одно из положительных впечатлений это качество освещенности пути.
Не требуется замена ламп. Характеристика двоякая, с одной стороны не надо возить сменные лампы и менять их в случае выхода их строя. С другой стороны даже при двух или более кратной резервированной конструкции светодиодного прожектора, нет ничего вечного и идеального. Заменить, починить или хотя бы диагностировать неполадку электронного изделия оперативно не получится.
Энергоэффективность и цена. Необходимо комплексно рассматривать оба параметра. При грубой приценке ламповый прожектор вместе с крепежом, уплотнениями, резисторами реализации режима «тускло-ярко», контактором реверса, оплатой работ по сборке и монтажу в узел локомотива, выйдет 35000± рублей, с учетом наличия дополнительных ламп в ЗИПе. Для примера, лампа КГМ 75-600 на просторах интернета оценивается от 1600 рублей. Контактор - 10 т.р., резистор - 7 т.р.
Светодиодный прожектор разных производителей, габаритов и прочих факторов может исчисляться от 200 т.р. и выше. И какой бы специалист не уверял, что устоявшаяся потребляемая мощность светодиодного прожектора, например, в 2-4 раза меньше, чем у лампового и это даст экономию в будущем. Никогда количество сэкономленного топлива на выработку электроэнергии не даст рублевую разницу в изначальной стоимости и эксплуатационных затратах на обслуживание изделия. А если раз в 10 лет необходимо будет заменить, защитное стекло с электрообогревом, одну из светодиодных матриц или источник питания, то как цифры не рисуй - экономии не будет никакой.
Но какой бы ни была экономика, светодиодный прожектор навсегда вытеснил лампы накаливания всех известных на данный момент технологий. Безопасность движения, окружающих и просто комфорт почти всегда превыше любых денег.
Электрическое подключение и управление
У прожекторов любых типов на всех локомотивах есть два режима работы - тускло и ярко. Характеризуются они силой света и это является сертификационным параметром.
Также есть необходимость менять рабочий прожектор в зависимости от направления движения локомотива. Причем на некоторых ранних тепловозах это делалось вручную. Сейчас эту функцию выполняет система управления или релейная логика в случае старых локомотивов.
Как реализуется режим «тускло-ярко» на прожекторах с лампами накаливания
На прожекторах с лампами накаливания режим ярко соответствует полной подачи напряжения и тока с источника электроэнергии (аккумуляторной батареи, вспомогательного генератора или бортового преобразователя).
А режим тускло реализуют при помощи наборов сопротивлений, чаще всего используя советские панели резисторов в зависимости от производителя - ПР-50 или ПС-50, например ПС-50230. Тем самым ограничивая электрический ток через лампу накаливания. Резисторы подбирают, исходя из бортового напряжения и мощности лампы накаливания. Затем вручную ползунками на резисторах выставляют сопротивление, соответствующее определенной силе света.
Также для сохранения ресурса лампы накаливания можно и в режиме «ярко» в электрическую цепь внедрить небольшое сопротивление, чтоб ограничить электрический ток через спираль. Особенно при первичном включении, когда сопротивлении спирали минимально, а бросок тока при таком режиме значителен. Падение силы света будет не различимо для человеческого глаза, но ресурс лампы будет увеличен.
Как реализуется режим «тускло-ярко» на светодиодных прожекторах
Реализация режима «тускло-ярко» на светодиодных прожекторах заключается лишь в подаче напряжения бортовой сети или «ноля» вольт на специальный сигнальный вывод изделия. Внутренняя электронная схема прожектора сама понизит электрический ток до заданного значения и свечение светодиодных матриц будет с меньшей силой света.
У каждой модели светодиодного прожектора своя внутренняя схемотехника и только производитель изделия выбирает каким образом управлять яркостью свечения. А инженеру остается лишь выбрать правильный провод и подвести его к корректному выводу в конструкторской документации, а монтажнику при сборке локомотива произвести подключение.
Включение/выключение прожектора при изменении направления движения локомотива
На старых маневровых тепловозах управление передним и задним прожекторами выполнялось вручную. То ли не хотели заморачиваться в схемотехнике, то ли себестоимость и надежность считали, а может и машинистам так удобнее было.
Затем начали внедрять автоматическое переключение прожектора при помощи контакторов, завязанное на реверсе тепловоза. Причем при составлении поезда из двух и более единиц тепловозов данное управление реализовывали и по межсекционному управлению. Опять же на самых простых маневровых тепловозах, машинист или помощник бегали по секциям и вручную включали прожектора.
Но с разработкой и внедрением светодиодных прожекторов ситуация изменилась. Локомотивы начали комплектоваться цифровыми системами управления. Таким образом функцию реверсирования прожекторов, а также управление изделиями при работе по многим единицам, система полностью взяла на себя.
Ниже приведены возможные схемы подключения прожекторов в электрических принципиальных схемах тепловозов.
В зависимости от напряжения бортовой сети, мощности лампы накаливания и способа прокладки провода, сечение проводника выбирается расчетным методом, как правило, не менее 2,5 мм2.
При наличии мощного тумблера, переключение режимов «тускло-ярко» может быть реализовано посредством последнего. А в случае унификации пульта управления маломощными органами управления одного типа, переключение режимов можно завязать на контакторы. На второй схеме это КМ2 м КМ3.
Переключение прожекторов в зависимости от направления движения реализуется контактором. Можно использовать один контактор с перекидной парой контактов, либо два контактора с нормально открытым контактом. Управляющий сигнал на катушку/-и управления подается при помощи системы управления или напряжением скоммутированным контроллером машиниста, промежуточным реле или тяговым переключателем (реверсором).
А ниже один из возможных вариантов подключения светодиодных прожекторов с цифровой системой управления разнесенного типа.
При комплектовании локомотива разнесенной системой управления, целесообразно исполнительные блоки устанавливать в непосредственной близости от мест установки активных элементов. При централизованном варианте системы управления электрические проводники от тумблера/переключателя SA1 возможно напрямую протянуть к прожекторам через контакты реле, отвечающим за реверс.
Казалось бы в схемах с ламповыми прожекторами меньше электрических компонентов. Но при детальном рассмотрении в схеме светодиодного прожектора, используемые реле К1-К4 стоят суммарно меньше, чем один силовой контактор управления ламповым прожектором. Но все это «сущие копейки» по сравнению со стоимостью двух светодиодных прожекторов.