可調(diào)焦距防爆礦燈

葉 霄 龐繼祿 宋 麗 李春宇

1.安徽理工大學(xué)煤礦安全高效開采省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；2.新汶礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)研發(fā)部葉霄（1993-）男，本科生，采礦工程。

介紹了一種可微調(diào)焦距的防爆礦燈。設(shè)計(jì)采用齒輪傳動(dòng)原理，使微調(diào)精準(zhǔn)、可靠，能夠在實(shí)地工作需要時(shí)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)近光轉(zhuǎn)換，同時(shí)具備現(xiàn)代化礦燈應(yīng)有的其他強(qiáng)大功能。該礦燈設(shè)計(jì)能夠很好地滿足煤礦安全高效照明用燈的需求。

目前，隨著煤炭工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的不斷進(jìn)步和生產(chǎn)環(huán)境的改善，礦燈產(chǎn)品的改進(jìn)自然也成了一個(gè)重要的問題。由于煤礦井下作業(yè)的實(shí)際需要，一種可調(diào)焦距防爆礦燈就表現(xiàn)出它卓越的性能。這種礦燈既避免了舊式礦燈在產(chǎn)品技術(shù)、結(jié)構(gòu)以及產(chǎn)品生產(chǎn)中的缺陷，又能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)近調(diào)光，聚光清晰，提高礦燈的光能利用率，在體積、反應(yīng)速度、使用壽命、抗震性、成本投資方面都占據(jù)優(yōu)勢，必然成為當(dāng)前礦燈市場上的普遍推介產(chǎn)品。

1 我國礦燈的發(fā)展

我國礦燈的發(fā)展始于上世紀(jì)60 年代初，自主研發(fā)了鉛酸蓄電池和鎘鎳蓄電池礦燈。以這些礦燈作為基型，經(jīng)過幾十年的不斷改進(jìn)，但依舊存在許多缺陷。新興的LED 礦燈雖然已投入使用，但產(chǎn)品生產(chǎn)以組裝為主，產(chǎn)品各部分匹配也較復(fù)雜，缺乏深入的研究。與現(xiàn)代化礦井生產(chǎn)系統(tǒng)相適應(yīng)，一種高性價(jià)比的礦燈正亟待登上科技舞臺(tái)。

2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作原理

本產(chǎn)品設(shè)計(jì)以在絕緣反光燈罩下面布置一個(gè)可以被動(dòng)移動(dòng)的齒輪條，齒輪條固定在帶有縱齒的可受齒輪控制的裝置中，將此裝置用一個(gè)傳動(dòng)桿充分咬合。礦燈的側(cè)面設(shè)有微調(diào)旋鈕，當(dāng)打開快關(guān)，旋轉(zhuǎn)旋鈕，通過調(diào)整主動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)齒輪條的移動(dòng)以達(dá)到微調(diào)焦距，直到發(fā)出平行光。

設(shè)計(jì)的工作原理：微調(diào)旋鈕10與傳動(dòng)桿13固定連接，主動(dòng)輪6 與縱齒齒輪條7 緊密咬合，并且從動(dòng)輪1 也與齒輪條7 嚙合，主動(dòng)輪6 在傳動(dòng)桿13 的左端，調(diào)節(jié)旋鈕，通過傳動(dòng)桿13 帶動(dòng)主動(dòng)輪6 轉(zhuǎn)動(dòng)，從而配合浮動(dòng)桿2 平穩(wěn)的移動(dòng)，浮動(dòng)桿2 帶著燈泡5 前后移動(dòng)，調(diào)節(jié)燈頭在與焦點(diǎn)的位置關(guān)系，即所謂的調(diào)節(jié)焦距，此時(shí)光強(qiáng)發(fā)生細(xì)微的變化。轉(zhuǎn)動(dòng)軸3 與礦燈外殼底部鉸接，可小角度旋轉(zhuǎn)。防爆固定塞12 緊緊套在傳動(dòng)桿13 上，螺絲8 連接外罩4。

3 可調(diào)焦技術(shù)的優(yōu)越性

可調(diào)焦技術(shù)與普通礦燈的比較

普通礦燈的特點(diǎn)

傳統(tǒng)礦燈燈頭內(nèi)白熾燈泡使用壽命很短，燈泡一旦燒壞，工作人員將無法繼續(xù)作業(yè)，而且這種燈泡是熱光源，如果燈殼破碎其溫度很容易引起瓦斯爆炸。另外蓄電池式礦燈密封性不好，維護(hù)工作量大，管理要求也高。鎳氫電池制造技術(shù)礦燈內(nèi)阻很小，一旦短路，短路電流會(huì)很大，不僅造成礦燈損壞，而且產(chǎn)生的電火花易引起瓦斯爆炸，因此必須設(shè)計(jì)控制電路嚴(yán)格控制短路電流，這樣使得電路復(fù)雜，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也更加復(fù)雜。較新的鋰電池礦燈也存在充電時(shí)間較長，長達(dá)8h 以上；電池到燈頭由電線連接，在井下容易掛住，存在安全隱患。

可調(diào)焦距礦燈的特點(diǎn)

與傳統(tǒng)礦燈相比可調(diào)焦距礦燈具有一下特點(diǎn)：

（1）遠(yuǎn)光更加清晰，照射距離更大，井下工作人員可提前發(fā)現(xiàn)如片幫、冒頂、透水等安全威脅，盡早消除隱患。對(duì)于探照巷道及工作面檢查時(shí)，探照更加清楚，提高工作安全質(zhì)量。

圖1 可調(diào)焦距防爆礦燈剖面圖

圖2 礦燈的聚光原理圖

（2）近光可視范圍增加，兩側(cè)探照區(qū)域拓寬，工作人員視野更廣，這樣有利于工作人員避免被突然躥出的煤塊、矸石砸傷等。

（3）本礦燈的人性化設(shè)計(jì)理念。礦燈底部與安全帽連接處安裝有轉(zhuǎn)動(dòng)軸，工人可根據(jù)自己的習(xí)慣及舒適度合理調(diào)整角度，使佩戴舒服。

（4）球面防爆反光罩與整個(gè)微調(diào)裝置配合，礦燈燈泡的燈絲同時(shí)位于反射鏡球心和透鏡焦點(diǎn)上，從而使燈泡發(fā)射的光中不僅會(huì)聚利用了后方的反射鏡所張得立體角中的這一部分光，使礦燈的照度增加，光能利用率高，也有利于礦工井下操作的安全和提高工作效率。其原理見圖。防爆固定塞能夠隔絕井下可燃?xì)怏w防止流入礦燈內(nèi)部造成潛在的火災(zāi)威脅。電池到燈頭的接線采用封閉式，避免井下掛線發(fā)生危險(xiǎn)。

（5）在LED 礦燈的基礎(chǔ)上，結(jié)構(gòu)簡單，基本變化不大，功能上實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，性價(jià)比更高。

可調(diào)焦技術(shù)的特色

新穎獨(dú)特的齒輪調(diào)焦原理

本礦燈依附齒輪的控制來調(diào)節(jié)焦距，利用齒輪使調(diào)焦更加細(xì)微平穩(wěn)，精度更高，光強(qiáng)的改變是一個(gè)連續(xù)變化的過程。在遠(yuǎn)近光切換過程中，這種緩慢連續(xù)型變化避免了光強(qiáng)驟變對(duì)人眼的傷害。

人性化的遠(yuǎn)近光切換

在礦燈外殼的外側(cè)安裝旋轉(zhuǎn)開關(guān)，主從動(dòng)輪均與燈頭底座的縱齒緊密咬合，通過開關(guān)控制主動(dòng)輪的順逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)燈頭底座前后緩慢移動(dòng)，這樣調(diào)節(jié)燈頭相對(duì)焦點(diǎn)的距離使得遠(yuǎn)近光轉(zhuǎn)換。當(dāng)通過旋鈕控制微調(diào)燈泡，使燈頭恰好落于光線焦點(diǎn)，經(jīng)反光罩發(fā)出平行光，光束聚集，照射更遠(yuǎn)。反之，當(dāng)微調(diào)燈泡使得燈泡落在焦點(diǎn)前方，此時(shí)礦燈的可視范圍很大，局部照明優(yōu)化。

簡單獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本礦燈整個(gè)微調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，調(diào)光效果明顯；不含鉛、汞等元素，綠色環(huán)保；耐沖擊，防靜電，抗震、抗腐蝕性能好；燈泡發(fā)熱量低，阻燃性能好，并且安裝有防爆固定塞，兼具甲烷報(bào)警系統(tǒng)和人員信息跟蹤功能，安全系數(shù)高。效果顯著。

4 結(jié)語

通過簡單易行的齒輪控制來調(diào)節(jié)焦距的原理，實(shí)現(xiàn)了對(duì)礦燈溫和地遠(yuǎn)近光切換，光能利用率很高。本礦燈輕巧簡單，功能上實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，極其有效地滿足安全生產(chǎn)、高效生產(chǎn)、節(jié)能環(huán)保的要求，同時(shí)，伴隨著各種技術(shù)的不斷刷新與涌現(xiàn)，我們可以依托可調(diào)節(jié)焦距技術(shù)，完成更多的設(shè)計(jì)，也便于推進(jìn)下一步開發(fā)，為后續(xù)的設(shè)計(jì)提供更有效的保障。