可调焦距防爆矿灯

叶 霄 庞继禄 宋 丽 李春宇

1.安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室；2.新汶矿业集团有限责任公司技术研发部叶霄（1993-）男，本科生，采矿工程。

介绍了一种可微调焦距的防爆矿灯。设计采用齿轮传动原理，使微调精准、可靠，能够在实地工作需要时实现远近光转换，同时具备现代化矿灯应有的其他强大功能。该矿灯设计能够很好地满足煤矿安全高效照明用灯的需求。

目前，随着煤炭工业生产技术的不断进步和生产环境的改善，矿灯产品的改进自然也成了一个重要的问题。由于煤矿井下作业的实际需要，一种可调焦距防爆矿灯就表现出它卓越的性能。这种矿灯既避免了旧式矿灯在产品技术、结构以及产品生产中的缺陷，又能够实现远近调光，聚光清晰，提高矿灯的光能利用率，在体积、反应速度、使用寿命、抗震性、成本投资方面都占据优势，必然成为当前矿灯市场上的普遍推介产品。

1 我国矿灯的发展

我国矿灯的发展始于上世纪60 年代初，自主研发了铅酸蓄电池和镉镍蓄电池矿灯。以这些矿灯作为基型，经过几十年的不断改进，但依旧存在许多缺陷。新兴的LED 矿灯虽然已投入使用，但产品生产以组装为主，产品各部分匹配也较复杂，缺乏深入的研究。与现代化矿井生产系统相适应，一种高性价比的矿灯正亟待登上科技舞台。

2 产品结构设计及工作原理

本产品设计以在绝缘反光灯罩下面布置一个可以被动移动的齿轮条，齿轮条固定在带有纵齿的可受齿轮控制的装置中，将此装置用一个传动杆充分咬合。矿灯的侧面设有微调旋钮，当打开快关，旋转旋钮，通过调整主动齿轮的转动，从而带动齿轮条的移动以达到微调焦距，直到发出平行光。

设计的工作原理：微调旋钮10与传动杆13固定连接，主动轮6 与纵齿齿轮条7 紧密咬合，并且从动轮1 也与齿轮条7 啮合，主动轮6 在传动杆13 的左端，调节旋钮，通过传动杆13 带动主动轮6 转动，从而配合浮动杆2 平稳的移动，浮动杆2 带着灯泡5 前后移动，调节灯头在与焦点的位置关系，即所谓的调节焦距，此时光强发生细微的变化。转动轴3 与矿灯外壳底部铰接，可小角度旋转。防爆固定塞12 紧紧套在传动杆13 上，螺丝8 连接外罩4。

3 可调焦技术的优越性

可调焦技术与普通矿灯的比较

普通矿灯的特点

传统矿灯灯头内白炽灯泡使用寿命很短，灯泡一旦烧坏，工作人员将无法继续作业，而且这种灯泡是热光源，如果灯壳破碎其温度很容易引起瓦斯爆炸。另外蓄电池式矿灯密封性不好，维护工作量大，管理要求也高。镍氢电池制造技术矿灯内阻很小，一旦短路，短路电流会很大，不仅造成矿灯损坏，而且产生的电火花易引起瓦斯爆炸，因此必须设计控制电路严格控制短路电流，这样使得电路复杂，产品结构也更加复杂。较新的锂电池矿灯也存在充电时间较长，长达8h 以上；电池到灯头由电线连接，在井下容易挂住，存在安全隐患。

可调焦距矿灯的特点

与传统矿灯相比可调焦距矿灯具有一下特点：

（1）远光更加清晰，照射距离更大，井下工作人员可提前发现如片帮、冒顶、透水等安全威胁，尽早消除隐患。对于探照巷道及工作面检查时，探照更加清楚，提高工作安全质量。

图1 可调焦距防爆矿灯剖面图

图2 矿灯的聚光原理图

（2）近光可视范围增加，两侧探照区域拓宽，工作人员视野更广，这样有利于工作人员避免被突然蹿出的煤块、矸石砸伤等。

（3）本矿灯的人性化设计理念。矿灯底部与安全帽连接处安装有转动轴，工人可根据自己的习惯及舒适度合理调整角度，使佩戴舒服。

（4）球面防爆反光罩与整个微调装置配合，矿灯灯泡的灯丝同时位于反射镜球心和透镜焦点上，从而使灯泡发射的光中不仅会聚利用了后方的反射镜所张得立体角中的这一部分光，使矿灯的照度增加，光能利用率高，也有利于矿工井下操作的安全和提高工作效率。其原理见图。防爆固定塞能够隔绝井下可燃气体防止流入矿灯内部造成潜在的火灾威胁。电池到灯头的接线采用封闭式，避免井下挂线发生危险。

（5）在LED 矿灯的基础上，结构简单，基本变化不大，功能上实现优化，性价比更高。

可调焦技术的特色

新颖独特的齿轮调焦原理

本矿灯依附齿轮的控制来调节焦距，利用齿轮使调焦更加细微平稳，精度更高，光强的改变是一个连续变化的过程。在远近光切换过程中，这种缓慢连续型变化避免了光强骤变对人眼的伤害。

人性化的远近光切换

在矿灯外壳的外侧安装旋转开关，主从动轮均与灯头底座的纵齿紧密咬合，通过开关控制主动轮的顺逆时针旋转，带动灯头底座前后缓慢移动，这样调节灯头相对焦点的距离使得远近光转换。当通过旋钮控制微调灯泡，使灯头恰好落于光线焦点，经反光罩发出平行光，光束聚集，照射更远。反之，当微调灯泡使得灯泡落在焦点前方，此时矿灯的可视范围很大，局部照明优化。

简单独特的结构设计

本矿灯整个微调系统结构简单，操作方便，调光效果明显；不含铅、汞等元素，绿色环保；耐冲击，防静电，抗震、抗腐蚀性能好；灯泡发热量低，阻燃性能好，并且安装有防爆固定塞，兼具甲烷报警系统和人员信息跟踪功能，安全系数高。效果显著。

4 结语

通过简单易行的齿轮控制来调节焦距的原理，实现了对矿灯温和地远近光切换，光能利用率很高。本矿灯轻巧简单，功能上实现优化，极其有效地满足安全生产、高效生产、节能环保的要求，同时，伴随着各种技术的不断刷新与涌现，我们可以依托可调节焦距技术，完成更多的设计，也便于推进下一步开发，为后续的设计提供更有效的保障。