Повышение эксплуатационной надёжности светосигнального оборудования навигационного ограждения на внутренних водных путях России тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.19, кандидат технических наук Спирин, Евгений Викторович

• Спирин, Евгений Викторович
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Спирин, Евгений Викторович

Введение

Глава 1. Вопросы повышения безопасности плавания и анализ современного состояния светосигнальных систем в различных отраслях транспорта.

1.1. Анализ аварийных ситуаций на водном транспорте.

1.2. Анализ современного состояния светосигнальных приборов в различных отраслях транспорта.

Глава 2. Обоснование использования в светосигнальных системах водных путей высокоэффективных источников света и выбор схемы электропитания светосигнального устройства. 45 •2.1. Выбор наиболее эффективного источника света и анализ источников питания, используемых в светосигнальных системах водного транспорта.

2.2. Импульсные стабилизаторы напряжения для систем электроснабжения навигационного ограждения.

2.3. Автономные инверторы для питания металлогалогенных ламп светосигнальных систем.

2.4. Источники бесперебойного электроснабжения светосигнальных устройств внутренних водных путей.

Глава 3. Разработка и обоснование математической модели светосигнального устройства.

Глава 4. Разработка физической модели светосигнального устройства 82 4.1. Анализ оптических систем световых приборов.

4.1.1. Отражающие системы.

4.1.2. Преломляющие системы.

4.1.3. Комбинированные системы.

4.2.Корпуса световых приборов.

4.3. Конструктивные узлы, обеспечивающие защиту световых приборов от воздействия окружающей среды.

4.4. Световая часть навигационных светосигнальных приборов.

4.5. Выбор оптической системы и основных элементов корпуса светосигнального устройства.

4.6. Расчёт силы света и дальности видимости огня светосигнального устройства.

Глава 5. Экспериментальное исследование опытного образца светосигнального устройства.

5.1. Планирование эксперимента.

5.2. Расчёт необходимого числа опытов.

5.3. Результаты опытных исследований.

5.4. Обработка результатов исследований. 114 Основные выводы и результаты работы 129 Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эксплуатационной надёжности светосигнального оборудования навигационного ограждения на внутренних водных путях России»

Актуальность темы.

Указом Президента Российской Федерации №881 от 14 августа 1997 года о мерах по обеспечению устойчивого функционирования внутренних водных путей России федеральной целевой программе «Внутренние водные пути России» на 1996 - 2000 годы, утверждённой постановлением правительства Российской Федерации от 15 апреля 1996 года предан статус президентской.

В соответствии с указом предусматривать расширение научных исследований по созданию новых средств навигационного обеспечения водных путей и принципиально новых технологий. Логическим продолжением федеральной целевой программы «Внутренние водные пути России» является подпрограмма «Внутренние водные пути» которая входит в состав федеральной целевой программы «Модернизация транспортной системы России (2002 - 2010 годы)».

Указом президента Российской Федерации подчёркнута важность водных путей в транспортной инфраструктуре, государственный приоритет их развития.

Надёжному функционированию внутренних водных путей в значительной степени способствует надёжная работа всей системы навигационного ограждения.

Важную роль в обеспечении безопасности плавания имеет состояние и технический уровень светосигнальных систем навигационных знаков судоходной обстановки.

В целях обеспечения устойчивого функционирования внутренних водных путей федеральной целевой программой в частности предусматривается: необходимость регулярной оценки безопасности плавания на внутренних водных путях; развитие систем контроля за техническим состоянием средств судовождения и судоходной обстановки; систематический анализ безопасности плавания, разработка и реализация мер по её обеспечению; предотвращение аварий с транспортным флотом.

Многие серьёзные аварии и аварийные происшествия на внутренних водных путях происходят по причине неисправной работы средств навигационной обстановки. Становится весьма актуально постоянное совершенствование устройств, обеспечивающих безопасность судоходной обстановки, увеличение срока службы навигационного оборудования, повышение надёжности его работы.

Применение новых мощных более экономичных источников света, обладающих высокой надёжностью работы, в средствах визуальной сигнализации на водном транспорте является одним из путей обеспечения безопасности плавания и устойчивого функционирования водных путей.

В рамках реализации федеральной целевой программы по обеспечению устойчивого функционирования внутренних водных путей России по техническому заданию МГАВТ автором проведены исследования и ОКР по разработке светосигнальной системы для знаков судоходной обстановки с использованием современных высокоэффективных источников света.

Цель работы.

Целью настоящей диссертационной работы является исследование путей создания и разработка светосигнальной системы, основанной на применении новых источников света, обладающих высокой светоотдачей, широким спектром излучения, высокой надёжностью работы.

Для достижения поставленной цели требовалось решить следующие задачи:

- проанализировать современное состояние светосигнальных систем в различных отраслях транспорта;

- обосновать использование в светосигнальных системах высокоэффективных источников света;

- разработать математическую модель светосигнального устройства;

- разработать физическую модель светосигнального устройства;

- экспериментально исследовать опытный образец светосигнального устройства;

- оценить перспективы применения современных высокоэффективных источников света в светосигнальных устройствах на ВВП.

Методы исследования.

В работе использовались теоретические и экспериментальные методы исследования. Теоретические методы базировались на основе применения законов Кирхгофа, теории электрических цепей, теории рассеяния света, статистической физики. Экспериментальные методы основывались на обработке данных, полученных в ходе фотометрических измерений.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов, рекомендаций, изложенных в диссертации, обеспечены комплексным характером работы (аналитические, теоретические и экспериментальные исследования), а также сопоставлением и подтверждением теоретических расчётов и результатов, полученных в ходе экспериментов.

Научная новизна работы.

1 .Исследована возможность применения металлогалогенных (ксеноновых) ламп в навигационных светосигнальных приборах.

2.Теоритически обоснован выбор схемы питания лампы, оптической системы прибора, корпуса устройства.

3.Разработана математическая модель светосигнального устройства.

4.Разработан макет светосигнального прибора.

5. Экспериментально исследованы светотехнические параметры устройства с применением теории планирования эксперимента.

На защиту выносятся:

- результаты анализа современного состояния светосигнальных систем в различных отраслях транспорта;

- результаты обоснования использования в светосигнальных системах высокоэффективных источников света;

- результаты разработки математической модели светосигнального устройства;

- результаты разработки физической модели светосигнального устройства;

- результаты экспериментального исследования опытного образца светосигнального устройства;

Практическая ценность и реализация результатов работы.

Практическая ценность работы состоит в следующем:

- разработано светосигнальное устройство новой конструкции с высокими показателями надёжности и световой отдачи, что обеспечивает повышение безопасности плавания;

- оценены перспективы применения нового светосигнального устройства.

Диссертация выполнялась в соответствии с планами основных научных работ МГАВТ, являлась составной частью НИР, включённой в президентскую федеральную целевую программу "Внутренние водные пути России". Её результаты вошли в отчёт по научно-исследовательской теме, в которых автор являлся соисполнителем.

Разработанный вариант схемы светосигнального устройства может быть использован для создания серийных навигационных систем, как для водного, так и для других видов транспорта.

Результаты работы могут использоваться Службой речного флота, Государственными бассейновыми управлениями водных путей и судоходства, морскими службами для повышения эффективности и безопасности судоходства.

Апробация работы.

Основные результаты докладывались на ежегодных научно-технических конференциях МГАВТ (2000-2003г.г.).

Публикации.

Материалы диссертации опубликованы в шести печатных работах.

Структура и содержание диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников.

Заключение диссертации по теме «Эксплуатация водного транспорта, судовождение», Спирин, Евгений Викторович

Основные выводы и результаты работы.

1. На основе анализа современного состояния светосигнальных систем у нас в стране и за рубежом обосновано использование для навигационных знаков судоходной обстановки высокоэффективных источников света.

2. Разработана математическая и физическая модели светосигнального устройства.

3. Проведено математическое планирование эксперимента и исследование опытного образца прибора.

4. По результатам проведённых исследований на физической модели подтверждена адекватность математической модели реальному объекту.

5. Подтверждена работоспособность светосигнального устройства с неизменными параметрами по дальности видимости огня во всём диапазоне изменения напряжения на источнике питания.

6. Обосновано использование солнечных батарей для создания источника бесперебойного питания светосигнальных устройств.

7. Создано светосигнальное устройство принципиально новой конструкции с высокими технико-экономическими характеристиками, позволяющее существенно повысить безопасность плавания на внутренних водных путях России.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Спирин, Евгений Викторович, 2004 год

1. Агаханян Т. М. Линейные импульсные усилители. М.: «Связь», 1970,472 с.

2. Айзенберг Ю. Б. Основы конструирования световых приборов. М.: Энергоатомиздат, 1996, 704 с.

3. Айзенберг Ю. Б. Справочная книга по светотехнике. М.: Энергоатомиздат, 1995, 528 с.

4. Айзенберг Ю. Б. Световые приборы. М.: Энергия, 1980,464 с.

5. Александрова Н. В. Диссертационная работа по теме «Лазерные створы для безопасности судоходства на сложных участках водных путей». М.: 2000, 140 с.

6. Апексенко А. Г. Основы микросхемотехники. М.: ЮНИМЕДИАСТАЙЛ, 2002, 448 с.

7. Ашамарин И. П., Васильев Н. Н., Амбросов В. А. Быстрые методы статистической обработки и планирование экспериментов. Л.: Из-во Ленингр. Ун-та, 1974, 76 с.

8. Басов Ю. Г. Светосигнальные устройства. М.: Транспорт, 1993, 309 с.

9. Басов Ю. Г., Наноов Е. В., Перепечаенко Ю. Ф. Светосигнальное оборудование вертолётных посадочных площадок городских клинических больниц Москвы. Журнал «Светотехника». 1999, №1.

10. Ю.Батусов С. В. Светосигнальные установки. М.: Энергия, 1979, 120 с.11 .Бегунов Б. Н. Геометрическая оптика. Изд-во МГУ, 1966.

11. Белова Л. Т. световые сигналы повышенной заметности для внутренних водных путей. Журнал «Светотехника». 1981, №10.

12. Бенфорд Ф. Теория прожектора. Перевод с англ. ОНТИ, 1935.

13. Блажкина А. Т. Общая электротехника. Л.: Энергтатомиздат, 1986, 592 с.

14. Бронштейн И. Н., Семендяев К. А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. М.: «Наука», 1986, 544 с.

15. Булычёв А. Л., Лямин П. М., Тулинов Е. С. Электронные приборы. -М.: Лайт Лтд.,2000,416 с.

16. Валенко В. С. Полупроводниковые приборы и основы схемотехники электронных устройств. М.: «Додека», 2001, 368 с.

17. Варфолоеев Л. П. Новые источники света на Ганноверской ярмарке 1999 г. Журнал «Светотехника». 2000, №1.

18. Власов В. М., Ирихин Н. А., Зеньковский Г. В. Морские каналы и средства навигационного оборудования морских путей. М.: Транспорт, 2001,368 с.

19. Водоватов Б. М. Состояние и тенденции развития аэронавигационных светосигнальных приборов. Журнал «Светотехника». 1983, №3.

20. Выгодский М. Я. Справочник по высшей математике. М.: «Наука», 1965, 872 с.

21. Гершун А. А. Избранные труды по фотометрии и светотехнике. М.: Физматгиз, 1958, 548 с.

22. ГОСТ 26600 85 «Знаки и огни навигационные внутренних водных путей».

23. Готтлиб И. М. Источники питания. Инверторы, конверторы, линейные и импульсные стабилизаторы. М.: Постмаркет, 2002, 544 с.

24. Гуревич М. М. Введение в фотометрию. М.: Энергия, 1968, 92 с.

25. Гуторов М. М. Основы светотехники и источники света. М.: Энергия, 1968. 392 с.

26. Дадионов М. С. Прожекторное освещение. М. Л.: Госэнергоиздат, 1978. 169 с,

27. Джонс М. X. Электроника практический курс. - М.: Постмаркет, 1999,528 с.

28. Дойников А. С. Прикладная фотометрия. М.: ВИНИТИ, 1983.

29. Долгополое В. И. Светотехнические материалы. М.: Энергия, 1972, 168 с.

30. Жикленков Д. В., Макаров В. В., DC/DC преобразователи открытого типа, Журнал «Практическая силовая электроника», 2002 №6.

31. Импульсные источники света /Под ред. И. С. Маршака. М.: Энергия, 1978,472 с.

32. Калугин Н. Г., Работа однофазного инвертора напряжения на нелинейную нагрузку, Журнал «Практическая силовая электроника», 2003 №11.34Харякин Н. А. Световые приборы прожекторного и проекторного типов. М., «Высшая школа», 1966.

33. Карякин Н. А. Прожекторы. ГЭИ, М. Л., 1944.

34. Карякин Н. А. Световые приборы прожекторного и проекторного типов. М.: Высшая школа, 1966, 408 с.

35. Карякин Н. А. Световые приборы. М.: Высшая школа, 1975, 335 с.

36. Кассандрова О. Н., Лебедев В. В. Обработка результатов наблюдений. М.: «Наука», 1970, 104 с.

37. Кастров М. Ю., Лукин А. В., Малышков Г. М., Повышающий регулятор, Журнал «Практическая силовая электроника», 2001 №3.

38. Коган Л. М. Новые светодиоды и устройства на их основе. Журнал «Светотехника». 1997, №3.

39. Коган Л. М. Светодиоды с повышенной мощностью. Журнал «Светотехника». 2000, №2.

40. Коган Л. М. Светоизлучающие диоды: дальнейшее развитие. Журнал «Светотехника». 1999, №4.

41. Коган Л. М., Шмерлинг И. Е Журнал «Полупроводниковые светодиодные излучатели для светосигнальных приборов навигационных знаков водных путей». Журнал «Светотехника» 1998, №2

42. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике. М.: «Наука», 1977, 832

43. Кравков С. В. Глаз и его работа. М. Л.: Изд-во АН СССР, 1950, 531 с.

44. Крючков В. В., Соловьёв И. Н., Даиф Ахмад, Транзисторные инверторы в режиме синусоидальной ШИМ. Журнал «Практическая силовая электроника», 2002 №6.

45. Крючков В. В.,Малышков Г. М., Соловьёв И. Н., Кодовое широтно-импульсное регулирование для инверторов, Журнал «Практическая силовая электроника», 2001 №1.

46. Кучумов А. И. Электроника и схемотехника. М.: Гелиос АРВ, 2002, 304 с.

47. Литвинов В. С., Рохлин Г. Н. Тепловые источники оптического излучения. М.: Энергия, 1975,248 с.

48. Лурье М. Г., Райцельский Л. А., Циперман Л. А. Устройство, монтаж и эксплуатация осветительных установок. М.: Энергия, 1976, 264 с.

49. Материалы к заседанию коллегии Минтранса России по вопросу: «Об основных направлениях совершенствования системы управления внутренними водными путями Российской Федерации». Москва 2003г.

50. Материалы к заседанию Коллегии Минтранса России по вопросу «О ходе реализации президентской федеральной целевой программы «Внутренние водные пути России» на 1996-2000гг.». Москва 1998г.

51. Мельников Ю. Ф. Светотехнические материалы. М.: Высшая школа, 1976, 151 с.

52. Мешков В. В. Осветительные установки. М. Л.: Госэнергоиздат, 1947, 640 с.

53. Мешков В. В. Основы светотехники. Ч. 1. М.: Энергия, 1979, 378 с.

54. Мешков В. В. Основы светотехники. Ч. 2. М.: Госэнергоиздат, 1961, 416 с.

55. Панфилов Д. И., Поляков В. Д., Чепурин И. Н., Обжерин Е. А., Управляемые пускорегулирующие аппараты для натриевых ламп высокого давления, Журнал «Практическая силовая электроника», 2003 №10.

56. Пейдж Ч. Алгебра электроники. М.: Госэнергоиздат, 1962,352 с.

57. Постановление Правительства Российской Федерации №466 от 20.05.98. и №490 от 23.05.98.

58. Приказ министерства транспорта Российской Федерации № 76 от 25.06.98. «О мерах по реализации Федерального закона о безопасности гидротехнических сооружений».

59. Рогинский В.Ю. Расчёт устройств электропитания. М.:«Связь», 1972, 360 с.

60. Розенталь Э. С. Электроустановочные изделия. М.: Энергия, 1975, 168 с.

61. Рохлин Г. Н. О характристиках новых безэлектродных микроволновых серийных ламп. Журнал «Светотехника». 1997, №4.

62. Рохлин Г. Н. Газоразрядные источники света. М. Л.: Энергия, 1966, 550 с.

63. Рябов М. С., Ципермав Л. А. Электрическая часть осветительных установок. М.: Энергия, 1966,360 с.

64. Сапожников Р. А. Теоретическая фотометрия. М.: Энергия, 1977, 261 с.

65. Сенилов Г. Н. Светотехнические импульсные установки. М.: Энергия, 1979, 112 с.

66. Сенилов Г. Н., Родионов Л. В., Ширшов Л. Г. Расчёт и эксплуатация светотехнических импульсных установок и источников питания. -М.: Энергоатомиздат,1989, 192 с.

67. Спирин Е. В. Результаты анализа работы в/в инвертора в составе навигационного устройства на математической модели/Материалы XXV научно практической конференции МГАВТ. Москва: МГАВТ, 2003.-С 40-43.

68. Спирин Е. В. Математическое планирование эксперимента по исследованию опытного образца знака судоходной обстановки с использованием в/в инвертора/Материалы XXV научно практической конференции МГАВТ. Москва: МГАВТ, 2003. - С 43 - 45.

69. Спирин Е. В. Основные конструктивные элементы навигационного знака с повышенной светоотдачей./Материалы XXV научно практической конференции МГАВТ. Москва: МГАВТ, 2003. - С 45 - 47.

70. Спирин Е. В. Использование автомобильных высоковольтных инверторов для питания береговых знаков судоходной обстановки /Материалы XXIII научно практической конференции МГАВТ. Москва: МГАВТ, 2001. - С 30 - 32.

71. Справочник. Микросхемы для импульсных источников питания и ихприменение. М.: «Додека», 2001, 608 с.

72. Справочник. Энциклопедия ремонта. Микросхемы для импульсных источников питания. М.: «Додека», 2002 №3, 288 с.

73. Справочник. Энциклопедия ремонта. Микросхемы для современных импульсных источников питания. М.: «Додека», 1988, №11, 288 с.

74. Справочник по осветительной технике /Под ред. Л. Д. Белышнда. М.: ОНТИ. Главная редакция энергетической лит., 1935, 648 с.

75. Тиходеев П. М. Световые измерения в светотехнике. М. Л,: Гос-энергоиздат, 1962, 460 с.

76. Трембач В. В. Световые приборы. М.: Высшая школа, 1972, 496 с.

77. Тритчук Б. Ф. Светосигнальная аппаратура на светодиодах. Журнал «Светотехника», 1997, №5.

78. Тудоровскии А. И. Теория оптических приборов. М. Л., Изд-во АН СССР, т. 1,1948.

79. Турыгин И. А. Прикладная оптика, М., «Машиностроение», 1966.

80. Удачин В. С., Шереметьев Ю. Н. Навигационные знаки и огни, судовая сигнализация. М.: Транспорт, 1988, 255 с.

81. Указ президента РФ «О мерах по обеспечению устойчивого функционирования внутренних водных путей России».

82. Уэймаус Д. Газоразрядные лампы. М.: Энергия,1977, 344 с.

83. Федеральный закон «О безопасности гидротехнических сооружений». Принят Государственной Думой 23.06.97.

84. Фишер У. SATINOSA: плоские световые знаки на основе светодио-дов. Журнал «Светотехника», 1999, №2.

85. Фрид Ю. В. Развитие аэродромного светотехнического оборудования в 1920 1970 гг. (обзор). Журнал «Светотехника». 1996, №3-4.

86. Фугенфиров М. И. Электрические схемы с газоразрядными лампами. М.: Энергия, 1974, 368 с.

87. Фугенфиров М. И. Пускорегулирующая аппаратура для газоразрядных ламп. М. энергия, 1971.

88. Царенко В. А., Расчёт выходного фильтра импульсного источника питания, Журнал «Практическая силовая электроника», 2002 №8.

89. Чаплыгин Е. Е., Калугин Н. Г., Выходные магнитосвязанные фильтры инверторов напряжения. Журнал «Практическая силовая электроника», 2002 №6.

90. Шмерлинг И. Е. Навигационное оборудование внутренних водных путей. М.: Транспорт, 1988, 224 с.

91. Шмерлинг И. Е. Монтёр судоходной обстановки. М.: Транспорт, 1977, 173 с.