Розробка та розрахунок прожектору

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Вступ

Історичний розвиток світлових приладів (СП) складається з постійних змін як джерел світла, так і зв'язаних з ними оптичних установок (ОУ) та різноманітних конструктивних деталей.

Світлові прилади завжди органічно входили в побудову діяльність людини. Вони пройшли довгий шлях розвитку від факелів, сигнальних веж з багаттям до сучасних потужних освітлювальних та опромінюючих, сигнальних та проектуючи пристроїв.

Сучасні СП повинні відповідати таким вимогам:

1) світлотехнічним;

2) вибухо- , пожежо безпечності;

3) надійності;

4) зручності монтажу та експлуатації;

5) відсутності радіо- та акустичних завад;

6) гармону дизайну.

Світлові прилади являть собою установки що призначені для освітлення чи світлової сигналізації, і відповідно поділяються на освітлювальні та світлосигнальні пристрої. Ця виключно важлива і широка група світлотехнічних пристроїв має широке народно господарське значення. Без сучасних СП неможливе раціонально і високоякісно виготовити жодної світлотехнічної установки в побуті і на промислових підприємствах, в школах, лікарнях, шахтах, на різних видах транспорту, в сільському господарстві.

Світлові прилади являють основним технічним засобом в руках світлотехніків, що забезпечують можливість створення умов освітлення в усіх сферах народного господарства та побуту людей.

Необхідно підкреслити, що без спеціальних СП взагалі неможливе освітлення деяких приміщень (вибухонебезпечних та вогненебезпечних), освітлення сильно віддалених об'єктів, створення великих концентрацій світлового потоку на малих поверхнях чи об'ємах, а також раціональне використання багатьох потужних джерел світла підвищеної яскравості - газорозрядних ламп високого тиску, галогенних ламп розжарення та ін.

Світлові прилади - електротехнічні установки, які повинні відповідати складному комплексу вимог. В їхньому числі не тільки спеціальні світлотехнічні вимоги, але і вимоги безпечності (електробезпечність, вибухо- та пожежобезпечність, механічна безпека), відсутність різного виду перешкод (радіоперешкоди).

В групу світлових приладів входять світильники, прожектори та проектори.

Світильники - це світлові прилади, призначені для перерозподілу світлового потоку в середині значних тілесних кутів (до 4р).

Прожектори - це світлові прилади, що дають максимальну концентрацію світлового потоку по заданому напрямку, пристрої, які призначені для перерозподілу світлового потоку в середині малих тілесних кутів. Вони використовуються для освітлення віддалених об'єктів (що знаходяться на віддалі в сто і тисячі раз перевищуючі розміри світлового пристрою), або для освітлення очей спостерігачів чи фотоприймачів з метою передачі світлового сигналу. Коефіцієнт підсилення кругло симетричних прожекторів значно перевищує 30. Серед прожекторів слід визначити прожектори загального призначення, пошукові та сигнальні прожектори, маяки, світлофори, фари.

Прожектори загального призначення виконують функції довготривалого освітлення робочих поверхонь і використовуються для освітлення відкритих поверхонь, архітектурних пам'ятників; розповсюдженим для цієї групи є назва - прожектори заливаючого світла.

Пошукові прожектори являються прожекторами дальньої дії і призначені для короткочасного освітлення дуже віддалених об'єктів з метою їх визначення, можуть використовуватися в якості зенітних прожекторів, морських прожекторів.

Світлові маяки (аеродромні, морські, річкові, навігаційні) здійснюють світлову сигналізацію про розміщення маяка.

Прилади прожекторного класу знайшли широке застосування для освітлення території і частин виробництва на багатьох об'єктах громадського, промислового, транспортного та іншого призначення, а також для архітектурного освітлення. Особливо розповсюджене прожекторне освітлення на будівельних площадках.

Проектори - світловий пристрій, що здійснює концентрацію світлового потоку лампи в малому об'ємі, або на малій площі.

Проектування приладів прожекторного освітлення і їх експлуатацією займаються тисячі працівників проектних організацій, фабрик, заводів та транспорту.

Вперше виробництво випустило прожектори для зовнішнього освітлення в 1927 році. Прожекторний завод, створений на базі Московського електрозаводу, випустили першу партію прожектора типу ХIV-1та, ХIV-4 для ламп потужності 100 Вт. В 1935 р. в Москві був побудований новий прожекторний завод. В тому ж році почав освоювати виробництво прожекторів і завод «Электросвет» (Москва). В подальшому, починаючи з 50-х років, виробництво прожекторів зосереджується на Гусівському заводі світлотехнічної арматури.

Для зовнішнього освітлення території різноманітного призначення і фасадів будівель випускається:

1) прожектори типу ПЗС, ПСМ, та ПФС - для ламп розжарення;

2) прожектори типу ПКН, ИТЖ, та ИСУ - для галогенних ламп розжарення з йодним циклом;

3) світлові прилади типу ККУ01, СКеН, ОУКсН та ОУКсНФ - для ксенонових ламп;

4) прожектори типу ПЗР-45 та ПФС-50 - для ламп ДРЛ та ДРІ

5) прожектори типу ПФР - для дугових ртутно-кварцевих ламп надвисокого тиску;

6) прожектори ПЗР - для ламп ДРЛ.

Основні параметри прожекторів:

1. кут охоплення відбивача - це тілесний кут, границя якого видно площу з точки F. Цей кут вимірюється плоским кутом 2;

2. світловий центр - це центр полярних координат, для відбивачів які мають параболічну форму. А для відбивачів, які мають еліптичну, циліндричну форму світловим центром являються фокус або фокальна відстань;

3. фокусна відстань - відстань від вершини відбивача до його фокуса;

4. кут випромінювання - це тілесний кут в границях якого світловий прилад посилає променевий потік в простір.

1. Огляд сучасних конструкцій приладів прожекторного класу

1.1 Типи, області застосування і характеристики дзеркальних прожекторних приладів

Прожектор - це СП, який перерозподіляє світло лампи всередині малих тілесних кутів і забезпечує кутову концентрацію світлового потоку з коефіцієнтом підсилення більше 30 для осесиметричних та більше 15 для симетричних приладів. Прожектори використовують для освітлення об'єктів, які знаходяться на відстанях, що значно перевищують розміри прожекторів.

Основні параметри прожекторів:

· кут охоплення відбивача - це тілесний кут, в границях якого видно його площу з точки F. Цей кут вимірюється плоским кутом ;

· світловий центр - це центр полярних координат, для відбивачів які мають параболічну форму. А для відбивачів, які мають еліптичну, циліндричну форму світловим центром являється фокус або фокальна віддаль;

· фокусна віддаль - це віддаль від вершини відбивача до його фокуса;

· кут випромінювання - це тілесний кут в границях якого світловий прилад посилає променевий потік в простір.

Особливістю конструкції прожекторів є наявність у них точного фокусую чого пристрою, який поміщає центр світного тіла в дійсний фокус відбивача, висока точність обробки і кріплення дзеркального відбивача, наявність поворотного пристрою з лімбами, які фіксують поворот прожектора у горизонтальній і вертикальній площинах.

Всі прилади прожекторного класу можуть бути розділені за призначенням на ряд типів: прожектори дальньої дії, прожектори заливаючого світла, транспортні прожектори, сигнальні прожектори.

Прожектори дальньої дії (рис. 1.1). Прилади порівняно короткочасного освітлення (опромінення) віддалених об'єктів з метою їх виявлення. Вони відрізняються конічним світловим пучком з високим значенням максимальної (осьової) сили світла і малим кутом випромінювання, володіють відбивачами, діаметр яких в сотні разів більше розмірів СТ. Області застосування: спеціальне освітлення ігрових майданчиків кіно, телестудій і театральних сцен, освітлення об'єктів гірничорудних розробок і будівельних об'єктів попри їх велику віддаленість від СП, для вивлення об'єктів у військовій справі (ППО, оптичної локація, берегової і прикордонної охорони).

Рис. 1.1. Прожектор типу ППГ з параболоїдним відбивачем

Прожектори заливаючого світла (рис. 1.2). Ці прожектори призначені для освітлення території та об'єктів великих розмірів (кар'єрів, відкритих рудних виробок, стадіонів, аеродромів, сортувальних залізничних станцій, фасадів багатоповерхових будинків).



Рис. 1.2. Прожектор типу ПГЦ з параболоциліндричним пластинчастим відбивачем

Транспортні прожектори (рис. 1.3). Їх використовують у транспорті в якості освітлювальних приладів - фар. Фари встановлюються на залізнодорожних локомотивах , літаках, морських суднах і автомобілях для освітлення шляху. Більшість фар можна віднести до прожекторів заливаючого світла, але деколи світлові пучки мають складну форму (автомобільні фари), обумовлену рядом специфічних вимог (наприклад, усунення засліплюючої дії на водія зустрічного автомобіля).

Рис. 1.3. Фара локомотива

Сигнальні прожектори. Велику групу утворюють прожекторні світлові прилади, що використовуються для передачі інформації за допомогою світлових сигналів. До числа таких приладів належать:

· світлові маяки - прожектори, які передають світлові сигнали, що вказують місце розташування маяка для позначення небезпечних місць (морські маяки), або для позначення траси (навігаційні вогні на морському та річковому транспорті, глісадні вогні при наближенні, посадкові вогні злітно-посадкових смуг аеродромів);

· світлосигнальні прилади - прожектори, призначені для передачі світлових сигналів, кодованих в часі (по абетці Морзе чи іншим способом);

· світлофори - прожектори,які передають світлові сигнали різних кольорів і керують рухом пішоходів і транспорту.

Всі прожекторні прилади, що служать для передачі світлових сигналів, мають малі кути випромінювання і в більшості випадків концентрують світловий потік в конусі так само, як і прожектори дальньої дії.

1.2 Конструктивні характеристики прожекторів з параболоїдним відбивачем

Лампи типу ДРИ широкого застосування набули у прожекторах типу ГО.

ГО-07

Прожектор типу ГО-07 (рис. 1.4). Призначений для освітлення відкритих територій, спортивних комплексів, аграрних об'єктів, а також для підсвічування архітектурних фасадів і пам'ятників. Експлуатується при температурах навколишнього середовища від -40 С до +40 С. Прожектор складається з освітлювального приладу, корпусних деталей зроблених з алюмінієвого сплаву. Відбивач з листового алюмінію високої чистоти, термостійкого захисного скла, сталевої захисної сітки. Прожектор монтується на горизонтальну площину, лірою вниз або вгору. Характеристики прожектора наведені в табл. 1.1.

Перевагами такого прожектора є:

· створює комфортне і енерго-економне освітлення;

· атмосферостійкі матеріали і покриття запобігають корозії і забезпечують довгий термін служби;

· стабільні світлотехнічні параметри за рахунок спеціального захисного покриття відбивача і високого ступеня захисту оптичної системи;

· стабільні електричні параметри за рахунок високого ступеня захисту апаратури управління;

· пожежобезпечний;

· екологічно безпечний;

· мінімальні витрати на обслуговування, зручна заміна ламп.

Таблиця 1.1. Технічні характеристики прожектора типу ГО-07

Тип прожектора	Напруга, В	Лампа	Цоколь	Сила світла, ккд	Кут розсіюв, 2б, град.	Габарити L?B?H, мм	Маса, кг
ГО-07-400-01	220	ДРИ	Е40	620	12/12	680?720?940	22
ГО-07-400-11	220	ДРИ	Е40	360	20/20	680?720?940	22
ГО-07-1000-01	380	ДРИ	Е40	1120	18/18	680?720?940	22
ГО-07-1000-11	380	ДРИ	Е40	380	40/40	680?720?940	22
ГО-07-2000-01	380	ДРИ	Е40	2280	20/20	700?960?1090	33
ГО-07-3500-01	380	ДРИ	Е40	3220	20/20	700?960?1090	33



Рис. 1.4. Загальний вигляд прожектора ГО-07

ГО-08В.

Прожектор типу ГО-08В (рис. 1.5). Призначений для зовнішнього освітлення відкритих просторів промислового і сільськогосподарського призначення, відкритих спортивних комплексів і архітектурних об'єктів. Експлуатується при температурах навколишнього середовища від -40 С до +40С. Характеристики прожектора наведені в табл. 1.2.

Корпусні деталі виготовлені з алюмінієвого сплаву. Відбивач з алюмінієвого листа високої чистоти. Захисне скло - термостійке. Сітка - сталева. Встановлюється на горизонтальній площині лірою вниз або вгору.

Такий прожектор має ряд переваг над іншими а саме:

· мінімальні витрати на обслуговування - для доступу до електроблоку і заміни лампи достатньо послабити один гвинт;

· вдале поєднання першокласних світлотехнічних характеристик і дизайнерських рішень конструкцій;

· створює комфортне і енергоекономне освітлення;

· атмосферостійкі матеріали і покриття запобігають корозії і забезпечують довгий термін служби;

· стабільні світлотехнічні параметри за рахунок спеціального захисного покриття відбивача і високого ступеня захисту оптичної системи;

· стабільні електричні параметри за рахунок високого ступеня захисту апаратури управління.

Таблиця 1.2. Технічні характеристики прожектора типу ГО-08В

Тип прожектора	Напруга, В	Лампа	Цоколь	Сила світла, ккд	Кут розсіюв, 2б, град.	Габарити L?B?H, мм	Маса, кг
ГО-08В-250-01	220	ДРИ	Е40	500	12/12	375?536?670	13,2
ГО-08В-250-11	220	ДРИ	Е40	70	35/35	375?536?670	13,2
ГО-08В-400-01	220	ДРИ	Е40	580	18/18	375?536?670	14,2
ГО-08В-400-11	220	ДРИ	Е40	130	34/34	375?536?670	14,2

Рис. 1.4. Загальний вигляд та схема прожектора ГО-08В

2. Оптичний розрахунок відбивача

2.1 Розрахунок площі світлового отвору

де - габаритна яскравість джерела світла кд/мІ; - осьова сила світла, кд; - коефіцієнт виходу, що враховує втрати світла в прожекторі:

=.

де - коефіцієнт відбивання відбивача; - коефіцієнт пропускання захисного скла; - коефіцієнт екранування світлового отвору сіткою (жалюзі, козирком).

2.2 Розрахунок орієнтовного діаметра прожектора

2.3 Розрахунок наближеного значення фокусної відстані

де - площа світлового отвору; - кутовий розмір зони.

2.4 Розрахунок площі світлового отвору для кожної зони

де - наближене значення фокусної відстані, - кутовий розмір зони, як правило приймають =10є.

2.5 Розрахунок сили світла для кожної зони

де - коефіцієнт відбивання відбивача; - габаритна яскравість джерела світла кд/мІ; - площа світлового отвору зон.

2.6 Розрахунок зональних фокусних відстаней

де - кутовий розмір зони; - площа світлового отвору зон.

3. Розрахунок кривих сили світла

3.1 Розрахунок КСС для безабераційного відбивача

Розрахунок КСС проводиться при умові, що джерело світла розміщене у фокальній площині, а центра світного тіла - у фокусі відбивача.

Для розрахунку КСС використовують зональний метод. Згідно цього методу поверхня відбивача ділиться на ряд зон (як правило, десятиградусних) таким чином, щоб в межах кожної зони розміри елементарного відображення можна було б вважати постійними. Із зонального відображення виходить, що у напряму оптичної ОZ вся зона буде світлою, оскільки цей напрям знаходиться у межах елементарного відображення будь-якої зони.

Розрахунок кутових розмірів елементарного відображення зон.

де - довжина світного тіла; - зональна фокусна відстань; - кутовий розмір зони.

де - діаметр світного тіла; - зональна фокусна відстань; - кутовий розмір зони.

3.2 Розрахунок КСС для абераційного відбивача

Розрахунок величини кутової аберації для кожної зони.

де - зональна фокусна відстань; - кутовий розмір зони.

Визначення коефіцієнта заповнення і сили світла проводиться по даних формулах:

; .

Дані розрахунку наведено в таблиці 3.1.

Таблиця 3.1. Дані графічних побудов і розрахунків

Зона	Осьова сила світла зони, кд	Безабераційний відбивач	Абераційний відбивач
		Кут	Коефіцієнт заповнення	Сила світла , кд	Кут	Коефіцієнт заповнення	Сила світла , кд
1	1622	62	0,69	1119	73	0,41	665
		35	0,39	632	45	0,25	405
2	4966	58	0,69	3178	48	0,27	1340
		34	0,38	1887	29	0,16	794
		25	0,28	1390	21	0,12	595
		18	0,20	993	16	0,09	446
3	8625	36	0,4	3450	30	0,17	1466
		23	0,26	2242	19	0,11	948
		17	0,19	1638	14	0,08	690
		13	0,15	1293	11	0,06	517
4	12860	70	0,78	10030	102	0,57	7330
		28	0,31	3986	22	0,12	1543
		18	0,20	2572	15	0,08	1028
		13	0,14	1800	11	0,06	771
		10	0,11	1414	8	0,04	514

4. Розрахунок дійсних значень прожектора

4.1 Розрахунок коефіцієнта підсилення

Коефіцієнт підсилення світлового приладу з лінійними джерелами світла - відношення максимальної сили світла приладу до максимальної сили світла лампи.

, ,

де - максимальна сила світла приладу; - максимальна сила світла лампи; - світловий потік лампи; - коефіцієнт, що залежить від типу лампи, (для ламп типу ДНаТ =).

4.2 Розрахунок коефіцієнта корисної дії

Розраховуємо світловий потік:

,

Зональний світловий потік визначаємо:

, лм

, лм

, лм

, лм

, лм

, лм

Сумарний світловий потік:

Коефіцієнт корисної дії прожектора:

;

4.2 Розрахунок коефіцієнтів світлової цінності зон

де - габаритна яскравість джерела світла кд/мІ;

- площа світлового отвору зон.

4.3 Розрахунок коефіцієнтів аберації зон

де - величина кутової аберації;

- розміри елементарного відображення.

4.4 Розрахунок дійсної фокусної відстані

де - зональні значення фокусних відстаней;

- коефіцієнт світлової цінності зон;

- коефіцієнт аберації зон.

4.5 Розрахунок дійсного значення діаметра

4.6 Розрахунок дійсного значення площі світлового отвору

5. Конструктивна розробка загального виду прожектора

Даний прожектор, складається із таких основних частин: корпус, відбивач, рама з плоским захисним склом, цапфи для повороту прожектора у вертикальній площинні, ліри з опорною плитою.

Корпус розробленого прожектору виготовлений із алюмінієвого сплаву. В передній частині корпусу встановлюється рама, яка зв'язана з корпусом відкидними замками.

Рама виконує роль оправи для захисного скла. Ущільнююча прокладка виконана із силікону і встановлюється між рамою та склом, а також між рамою і корпусом. На рамі закріплюється захисна сітка, яка виконана із сталі.

Ліра дає можливість повертати оптичну частину прожектора в площинні. Фіксація прожектора під необхідним кутом нахилу або повороту досягається з допомогою стопора ліри.

Дзеркальний відбивач розробленого прожектору виконаний із параболоїдним профілем. Коефіцієнт відбивання у видимому діапазоні спектру становить , виготовлений із алюмінію А95м. Відбиваюча поверхня виконана у вигляді срібного покриття, із зовнішнім захисним шаром лаку. Товщина скла відбивача дорівнює 3мм. Захисне скло - прозоре, плоске, термостійке, товщиною 5мм. По осі відбивача встановлюється патрон, в який вгвинчується джерело світла (лампа типу ДРИ0-3500-6 із цоколем Е40).

У зв'язку з тим, що напруга живлення прожектора є небезпечною для людини, опір ізоляції повинен бути не менше 20 МОм, а опір заземлення не більше 1 Ом.

Проведенні робіт по ремонту виконується при умові вимкнення напруги живлення.

Висновок

прожектор світловий фокусний безабераційний

У даному курсовому проекті представлено розрахунок та конструкцію прожектора. Для його виготовлення визначено наступні параметри:

- площу світлового отвору ,

- діаметр відбивача ,

- фокусну відстань .

Аналогами розрахованого в курсовому проекті прожектора, за своїми характеристика є прожектори типу ГО-07.

Література

1. Справочная книга по светотехнике / Под ред. Ю.Б. Айзенберга. 3 изд. перераб. и доп. -- М.: Знак, 2006. -- 972с.

2. Трембач В.В. Световые приборы: Учеб. для вузов по спец. «Светотехника и источники света». - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш.шк., 1990. - 463с.

3. Методичні вказівки до курсового проекту з курсу «Світлові прилади» / Укл. Несторович І.І., Тернопіль: ТДТУ, 2002. - 20с.

4. Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з курсу «Світлові прилади» (Частина І) / Укл. Костик Л.М., Тернопіль: ТДТУ, 2009. - 40с.

5. Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з курсу «Світлові прилади» (Частина ІІ) / Укл. Костик Л.М., Тернопіль: ТДТУ, 2009. - 40 с.

Размещено на Allbest.ru