可調焦距防爆礦燈

葉 霄 龐繼祿 宋 麗 李春宇

1.安徽理工大學煤礦安全高效開采省部共建教育部重點實驗室；2.新汶礦業集團有限責任公司技術研發部葉霄（1993-）男，本科生，采礦工程。

介紹了一種可微調焦距的防爆礦燈。設計采用齒輪傳動原理，使微調精準、可靠，能夠在實地工作需要時實現遠近光轉換，同時具備現代化礦燈應有的其他強大功能。該礦燈設計能夠很好地滿足煤礦安全高效照明用燈的需求。

目前，隨著煤炭工業生產技術的不斷進步和生產環境的改善，礦燈產品的改進自然也成了一個重要的問題。由于煤礦井下作業的實際需要，一種可調焦距防爆礦燈就表現出它卓越的性能。這種礦燈既避免了舊式礦燈在產品技術、結構以及產品生產中的缺陷，又能夠實現遠近調光，聚光清晰，提高礦燈的光能利用率，在體積、反應速度、使用壽命、抗震性、成本投資方面都占據優勢，必然成為當前礦燈市場上的普遍推介產品。

1 我國礦燈的發展

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

2 產品結構設計及工作原理

本產品設計以在絕緣反光燈罩下面布置一個可以被動移動的齒輪條，齒輪條固定在帶有縱齒的可受齒輪控制的裝置中，將此裝置用一個傳動桿充分咬合。礦燈的側面設有微調旋鈕，當打開快關，旋轉旋鈕，通過調整主動齒輪的轉動，從而帶動齒輪條的移動以達到微調焦距，直到發出平行光。

設計的工作原理：微調旋鈕10與傳動桿13固定連接，主動輪6 與縱齒齒輪條7 緊密咬合，并且從動輪1 也與齒輪條7 嚙合，主動輪6 在傳動桿13 的左端，調節旋鈕，通過傳動桿13 帶動主動輪6 轉動，從而配合浮動桿2 平穩的移動，浮動桿2 帶著燈泡5 前后移動，調節燈頭在與焦點的位置關系，即所謂的調節焦距，此時光強發生細微的變化。轉動軸3 與礦燈外殼底部鉸接，可小角度旋轉。防爆固定塞12 緊緊套在傳動桿13 上，螺絲8 連接外罩4。

3 可調焦技術的優越性

可調焦技術與普通礦燈的比較

普通礦燈的特點

傳統礦燈燈頭內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作業，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，維護工作量大，管理要求也高。鎳氫電池制造技術礦燈內阻很小，一旦短路，短路電流會很大，不僅造成礦燈損壞，而且產生的電火花易引起瓦斯爆炸，因此必須設計控制電路嚴格控制短路電流，這樣使得電路復雜，產品結構也更加復雜。較新的鋰電池礦燈也存在充電時間較長，長達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。

可調焦距礦燈的特點

與傳統礦燈相比可調焦距礦燈具有一下特點：

（1）遠光更加清晰，照射距離更大，井下工作人員可提前發現如片幫、冒頂、透水等安全威脅，盡早消除隱患。對于探照巷道及工作面檢查時，探照更加清楚，提高工作安全質量。

圖1 可調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，兩側探照區域拓寬，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）本礦燈的人性化設計理念。礦燈底部與安全帽連接處安裝有轉動軸，工人可根據自己的習慣及舒適度合理調整角度，使佩戴舒服。

（4）球面防爆反光罩與整個微調裝置配合，礦燈燈泡的燈絲同時位于反射鏡球心和透鏡焦點上，從而使燈泡發射的光中不僅會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氣體防止流入礦燈內部造成潛在的火災威脅。電池到燈頭的接線采用封閉式，避免井下掛線發生危險。

（5）在LED 礦燈的基礎上，結構簡單，基本變化不大，功能上實現優化，性價比更高。

可調焦技術的特色

新穎獨特的齒輪調焦原理

本礦燈依附齒輪的控制來調節焦距，利用齒輪使調焦更加細微平穩，精度更高，光強的改變是一個連續變化的過程。在遠近光切換過程中，這種緩慢連續型變化避免了光強驟變對人眼的傷害。

人性化的遠近光切換

在礦燈外殼的外側安裝旋轉開關，主從動輪均與燈頭底座的縱齒緊密咬合，通過開關控制主動輪的順逆時針旋轉，帶動燈頭底座前后緩慢移動，這樣調節燈頭相對焦點的距離使得遠近光轉換。當通過旋鈕控制微調燈泡，使燈頭恰好落于光線焦點，經反光罩發出平行光，光束聚集，照射更遠。反之，當微調燈泡使得燈泡落在焦點前方，此時礦燈的可視范圍很大，局部照明優化。

簡單獨特的結構設計

本礦燈整個微調系統結構簡單，操作方便，調光效果明顯；不含鉛、汞等元素，綠色環保；耐沖擊，防靜電，抗震、抗腐蝕性能好；燈泡發熱量低，阻燃性能好，并且安裝有防爆固定塞，兼具甲烷報警系統和人員信息跟蹤功能，安全系數高。效果顯著。

4 結語

通過簡單易行的齒輪控制來調節焦距的原理，實現了對礦燈溫和地遠近光切換，光能利用率很高。本礦燈輕巧簡單，功能上實現優化，極其有效地滿足安全生產、高效生產、節能環保的要求，同時，伴隨著各種技術的不斷刷新與涌現，我們可以依托可調節焦距技術，完成更多的設計，也便于推進下一步開發，為后續的設計提供更有效的保障。