[發(fā)明專利]一種草坪割草機用安全過載縮后空轉(zhuǎn)單片割草刀

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• 申請日: 2018-02-01
• 公開（公告）號: CN108443419A
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蘇克;葉曉波;P·G·安祺莉卡;肖賢剛
• 申請（專利權(quán)）人: 寧波大葉園林設(shè)備股份有限公司
• 主分類號: F16H1/20
• 分類號: F16H1/20;F16H1/28;F16H3/62;F16H57/023;F16H57/028;F16H55/17;F16H55/06;F16H63/32;A01D34/73;A01D34/82;A01D69/02;H02K7/116;H02P6/16
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1.一種草坪割草機用安全過載縮后空轉(zhuǎn)單片割草刀，割草機含減速器的齒輪軸是管狀的且減速器的從齒輪傳動含消聲內(nèi)軸(100a)，以便消聲冷卻；所述的減速器其含電動機旁新設(shè)有從齒輪軸是空的管狀的，內(nèi)部是通的以便外通空氣冷卻，其齒輪均是人字齒輪；無刷電機的轉(zhuǎn)速每分20000轉(zhuǎn)、功率250瓦、36伏、輸出軸直徑5毫米；電機主動齒輪(88)的齒數(shù)18、模數(shù)0.6、分度圓是18x0.6＝10.8；去掉行星輪系，所述電機主動齒輪(88)與新設(shè)的馬達從動軸上的馬達從齒輪(106)嚙合，所述馬達從齒輪(106)為齒數(shù)38、模數(shù)0.6、分度圓是38x0.6＝22.8，馬達傳動比是38/18；所述馬達從齒輪內(nèi)與14x5軸承相配；所述新設(shè)的馬達從動軸上裝有從齒套筒(100)和接套齒輪(102)，所述接套齒輪(102)的齒數(shù)是12且模數(shù)是1.5，所述接套齒輪與作為輸出齒輪與第一中間軸上的2812雙齒輪(104)的齒數(shù)是28、模數(shù)是1.5、分度圓是28x01.5＝42的28齒輪相嚙合，所述新設(shè)的馬達從動軸的輸出齒輪與第一中間軸傳動比是28/12；以上傳動比為38/18x28/12＝4.9，超過行星變比4.33，實際合用；其余變比大致相同；所述2812雙齒輪(104)含同軸的28齒數(shù)的28齒輪(104a)和12齒數(shù)的12齒輪(104c)，所述2812雙齒輪(104)的兩端各設(shè)有小軸承(103)，所述小軸承(103)的外徑是14mm，以便與所述2812雙齒輪(104)的兩端的內(nèi)孔配合，所述小軸承(103)的內(nèi)徑是5以便與所述第一中間軸活動裝配；另一件結(jié)構(gòu)相同的所述2812雙齒輪(104)也含同軸的28齒數(shù)的28齒輪(104a)和12齒數(shù)的12齒輪(104c)，裝在第二中間軸上，所述2812雙齒輪(104)的兩端各設(shè)有小軸承(103)，所述小軸承(103)的外徑是14mm，以便與所述2812雙齒輪(104)的兩端的內(nèi)孔配合，所述小軸承(103)的內(nèi)徑是5以便與所述第二中間軸活動裝配；所述第一中間軸上的2812雙齒輪(104)的同軸于28齒數(shù)的28齒輪(104a)的12齒數(shù)的12齒輪(104c)與所述第二中間軸上的所述另一件結(jié)構(gòu)相同的所述2812雙齒輪(104)也含同軸的28齒數(shù)的28齒輪(104a)相嚙合，所述第二中間軸上的28齒輪(104a)與所述第一中間軸上的2812雙齒輪(104)的12齒數(shù)的12齒輪(104c)之間的第二軸傳動比是28/12為2.33；所述2812雙齒輪(104)含同軸的28齒數(shù)的28齒輪(104a)和12齒數(shù)的12齒輪(104c)是用聚甲醛在注塑模具里加工成型的；所述的減速器的后軸輸出部分含同軸的長半后軸及短半后軸，所述長半后軸上依次裝有后軸驅(qū)動減速器殼油封、安合彈性夾(92)、鐵墊圈、安全離合錐(90)、掛檔盤(101)、含安合掛檔塊(91a)后軸驅(qū)動齒輪(91)、長軸中夾軸，所述長半后軸上設(shè)有徑向橫孔以便通過橫銷釘與所述安全離合錐(90)固連，所述安合彈性夾(92)包夾著所述安全離合錐(90)和所述掛檔盤(101)，所述安全離合錐(90)和所述掛檔盤(101)與所述含安合掛檔塊(91a)后軸驅(qū)動齒輪(91)相聯(lián)，所述長半后軸的一端設(shè)有軸向深孔，以便插入所述長軸中夾軸，再插入短半后軸的一端所設(shè)有的軸向深孔內(nèi)而使所述長半后軸和所述短半后軸活動相聯(lián)；所述短半后軸上依次裝有后軸驅(qū)動減速器上蓋和油封、也依次裝著另一套的安合彈性夾(92)、鐵墊圈、安全離合錐(90)、掛檔盤(101)，所述短半后軸上也設(shè)有徑向橫孔以便通過橫銷釘與另一套的所述安全離合錐(90)固連，另一套的所述安合彈性夾(92)包夾著所述安全離合錐(90)和所述掛檔盤(101)，所述短半后軸上的所述安全離合錐(90)和所述掛檔盤(101)也與前述的唯一的所述含安合掛檔塊(91a)后軸驅(qū)動齒輪(91)相聯(lián)；所述含安合掛檔塊(91a)后軸驅(qū)動齒輪(91)的齒數(shù)是33齒且模數(shù)是2.5；所述第二中間軸上的28齒輪(104a)的12齒數(shù)的12齒輪(104c)與所述后軸上的所述含安合掛檔塊(91a)后軸驅(qū)動齒輪(91)之間的中轉(zhuǎn)后軸傳動比是33/12為2.75；減速器總傳動比是4.3x33/12x28/12x28/26＝4.3x6.9＝30倍，合用；其特征在于，所述電機主動齒輪(88)的齒數(shù)18、模數(shù)0.6、分度圓是18x0.6＝10.8的金屬齒輪，以便通用；去掉行星輪系，所述電機主動齒輪(88)與新設(shè)的馬達從動軸上的馬達從齒輪(106)嚙合，所述馬達從齒輪(106)為齒數(shù)38、模數(shù)0.6、分度圓是38x0.6＝22.8的金屬齒輪，馬達傳動比是38/18；所述馬達從齒輪內(nèi)與14x5軸承相配；所述馬達從齒輪內(nèi)設(shè)有均布四等分的寬槽孔(106a)以便讓從齒套筒(100)的四個寬爪插入，所述馬達從齒輪內(nèi)設(shè)有均布四等分的窄槽孔(106c)以便讓從齒套筒(100)的四個風(fēng)扇爪插入，所述四個風(fēng)扇爪有利于散熱；

所述從齒套筒(100)的另一端設(shè)有四個撥爪以便與所述新設(shè)的馬達從動軸上裝有的所述接套齒輪(102)相配方，所述接套齒輪(102)的齒數(shù)是12且模數(shù)是1.5，所述接套齒輪(102)內(nèi)設(shè)有所述小軸承(103)，內(nèi)插入新設(shè)的馬達從動軸；所述從齒套筒(100)的外部設(shè)有大軸承，所述大軸承設(shè)在減速器殼上；所述新設(shè)的馬達從動軸上裝有從齒套筒(100)和接套齒輪(102)，所述接套齒輪(102)的齒數(shù)是12且模數(shù)是1.5，所述長半后軸的另一端和所述短半后軸的另一端均各設(shè)有橫向雙切槽和橫向雙切槽以便裝后輪驅(qū)動齒輪，所述后輪驅(qū)動齒輪為14齒模數(shù)2.5，并用所述后輪驅(qū)動齒輪驅(qū)動裝在草坪割草機后輪內(nèi)的后輪齒圈(107)，所述后輪齒圈(107)的齒數(shù)為82齒模數(shù)2.5配大割草機后輪；所述從齒套筒(100)的每個風(fēng)扇爪的風(fēng)扇的葉輪葉道出口處葉片角度大于90度，其為前向葉片的葉輪的風(fēng)扇；其有冷風(fēng)作用；減速器的電機設(shè)有電機控制電路；電機控制部分原理：

本系統(tǒng)直流無刷電機控制部分采購集成芯片控制方案，芯片內(nèi)置轉(zhuǎn)子位置譯碼器，監(jiān)控三個電機位置傳感器，以提供上部、下部功率MOS驅(qū)動的正確時序，具有全波六步驅(qū)動功能，外圍三相驅(qū)動器件為集成MOS管，上部功率開關(guān)為PMOS管，下部功率開關(guān)為NMOS管，集成芯片具有過流保護功能，R118電阻為電機電流采樣電阻，電流采樣信號被R117、R119分壓后送到芯片電流采樣端，當(dāng)電流采樣信號值大于0.1V，過流保護功能激活，電機停止轉(zhuǎn)動，過流保護設(shè)置點為：

Icurrent＝0.1*(R117+R119)/(R118*R119)

當(dāng)發(fā)生過流事件時，驅(qū)動芯片F(xiàn)ault Output引腳的輸出為低電平，將電機驅(qū)動信號OutputEnable信號拉低，電機停止運轉(zhuǎn)，避免機器負(fù)載電流過大而發(fā)生電子器件損壞，當(dāng)Fault Output為低電平時，三極管Q24的B-E端電壓也降為零，由導(dǎo)通狀態(tài)切換為截止?fàn)顟B(tài)，BLADE_FAULT信號為高電平，當(dāng)MCU收到BLADE_FAULT高電平后，立即停止所有電機運行；除此這外，MCU還設(shè)置有二級軟件過流保護功能，以便在不同負(fù)載條件下，靈活處理機器運行動作，避免機器頻繁停機，

軟件過流保護功能能描述如下：

電機電流采樣信號BLADE_P8，經(jīng)過運算放大器運算放大7.8倍后，將放大后的采樣電流模擬信號BLADE_CRT信號送給MCU具有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的引腳上，經(jīng)過內(nèi)置的模數(shù)轉(zhuǎn)換單元處理后，模擬電流信號轉(zhuǎn)換為12位的數(shù)字電流信號，此信號與MCU設(shè)置的過流閾值信號相比較，當(dāng)電流信號值大于過流閾值時，執(zhí)行相應(yīng)的過流時的運行動作。

左、右行走電機具有相同的過流保護功能，電流運算放大電路：

電流放大倍數(shù)計數(shù)公式：

A＝1+(R7/R14)*Icurrent

當(dāng)電機運行過程中出現(xiàn)異常狀況如機器碰撞、機器提升，機器翻轉(zhuǎn)時，發(fā)生這些事件的感覺器將相關(guān)信號反饋給MCU，MCU立即執(zhí)行剎車功能，

具體動作過程如下：

當(dāng)檢測以上事件的霍爾傳感器發(fā)生位置偏置時，霍爾信號由高電平切換為低電平，MCU管腳檢測至電平變化后，發(fā)出的BLADE_BRK信號由高電平切換為低電平，經(jīng)過以下的反相電路處理后，產(chǎn)生BLADE_P4高電平信號給電機驅(qū)動芯片U13，執(zhí)行電機剎車功能，左、右行走電機具有相同的功能；

驅(qū)動芯片還有使電機正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)功能，當(dāng)機器運行中發(fā)生碰撞事件時，機器執(zhí)行后退功能，具體動作描述如下：

當(dāng)霍爾傳感器將碰撞信號發(fā)送給MCU時，MCU將控制電機運行方向的BLADE_DIR的信號由低電平切換為高電平，經(jīng)過如下反相電路處理后，產(chǎn)生低電平的BLADE_P7信號給電機驅(qū)動芯片U13，電機由正轉(zhuǎn)切換反轉(zhuǎn)狀態(tài)，機器執(zhí)行后退運行動作，

電機速度控制原理：

機器在不同的工作狀態(tài)下，電機運行速度也不相同，因此需要反饋電機的運行速度信號給電機驅(qū)動芯U13，本系統(tǒng)設(shè)計采用專用的電機速度檢測芯片，以產(chǎn)生電機速度控制所需的反饋電壓，而無需昂貴的轉(zhuǎn)速計，U12，即可實現(xiàn)此功能；

具體工作原理如下所述：

被電機驅(qū)動芯片U13用作電子轉(zhuǎn)子位置譯碼的霍爾傳感器輸出信號發(fā)生正或負(fù)的跳變，可以使U12產(chǎn)生一個幅度和持續(xù)時間的脈沖，其參數(shù)由外部電阻R101、C48確定，在U12的引腳5處的輸出脈沖被U13的誤差放大器積分，以產(chǎn)生一個直流電平，該電平與電機速度成正比，此速度反饋電壓在U13的引腳13處建立PWM參考電平，并閉合成反饋環(huán)路，輸出驅(qū)動MOS的控制信號，同時，將U13引腳13處的PWM參考電壓反饋給MCU具有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的引腳，以便MCU得知電機實際運行速度，并根據(jù)實際運行速度值與設(shè)定值的差來調(diào)整控制電壓；

相關(guān)電路描述如下：

RMOT_DAC為MCU輸出的目標(biāo)速度控制電壓值，經(jīng)運算放大器放大后(放大倍數(shù)＝1+R5/R12)，送至右行走電機驅(qū)動芯片的引腳11處，引目標(biāo)速度電壓與實際速度電壓的差值經(jīng)芯片內(nèi)部誤差放大器放大后，在引腳13處輸出上述的PWM調(diào)節(jié)的參考電壓信號RMOT_P6；

所述一種草坪割草機用安全過載縮后空轉(zhuǎn)單片割草刀，其特征在于，其含刀片及減速器的齒輪及消聲內(nèi)軸因磨損大、溫升高、轉(zhuǎn)速高、噪音大、難保長期運行而必須處理保護后處理，減速器的齒輪軸是管狀的，減速器的從齒輪傳動含消聲內(nèi)軸(100a)，以便消聲冷卻；減速器是用電動齒輪內(nèi)軸空冷無行星后軸驅(qū)動減速器，其含電動機旁新設(shè)有從齒輪軸是空的管狀的，所述的從齒輪軸能高速旋轉(zhuǎn)內(nèi)部是通的，其一端通電機的一端，其一端的內(nèi)通孔的氣通上萬轉(zhuǎn)高速電機的一端，其一端的外部能轉(zhuǎn)動地設(shè)有軸承和從齒套筒，所述的從齒輪軸內(nèi)含所述消聲內(nèi)軸，所述的從齒輪軸內(nèi)含所述消聲內(nèi)軸其另一端的內(nèi)通孔通減速器的外部，在所述的從齒輪軸所含的所述消聲內(nèi)軸上設(shè)有多個六棱錐形的消聲尖劈，所述消聲內(nèi)軸的靠近電機的一端的內(nèi)軸的空芯管上所設(shè)有的多個六棱錐形的消聲尖劈是密集的，所述消聲內(nèi)軸的遠(yuǎn)離電機的一端的內(nèi)軸的空芯管上所設(shè)有的多個六棱錐形的消聲尖劈是稀疏的，所述消聲內(nèi)軸的中部設(shè)有隔離連接部以使其一端連接所述的從齒輪軸的靠近電機的一端且其另一端連接所述的從齒輪軸的遠(yuǎn)離電機的一端，以便參考萊特希爾參數(shù)及理查茲噪聲的紊流噪聲的電機來的氣流，在靠近電機的一端的端口經(jīng)壓縮，再膨脹進入從齒輪軸，再膨脹的氣流經(jīng)所述消聲內(nèi)軸的靠近電機的一端的內(nèi)軸的空芯管上所設(shè)有的多個六棱錐形的密集的消聲尖劈再壓縮而通過消聲內(nèi)軸稍微運行后再通過消聲內(nèi)軸的遠(yuǎn)離電機的一端的內(nèi)軸的空芯管上所設(shè)有的多個六棱錐形的稀疏的消聲尖劈再次壓縮而后再次溢出到所述的從齒輪軸內(nèi)含所述消聲內(nèi)軸其另一端的內(nèi)通孔通減速器的外部，以壓縮膨脹再壓縮再膨脹而進行消聲降噪的過程；亦便于外通空氣冷卻；刀片及減速器齒輪及消聲內(nèi)軸保護后處理其含刀片及減速器的齒輪及消聲內(nèi)軸多為金屬零件，利用集膚效應(yīng)，用高頻電流進行后處理；采用單刀片組件，能夠?qū)崿F(xiàn)三種功能：1，割草機實際割草時，刀片不會打滑；最大輸出力矩是11.87NM；割草機實際割草時，刀片不會打滑的條件是：刀片在刀座上的打滑力矩要大于引擎的最大輸出力矩11.87NM；刀片在刀座上的打滑力矩通過這種的方法可以測得：將刀片緊固螺栓以45NM的力矩鎖緊，然后將引擎飛輪卡住，再用推力計推動刀片，并記錄刀片的打滑力；刀片打滑力矩＝打滑力x測試力臂；通過上述方法測得：刀片打滑力矩＝185*0.205＝37.9NM；刀片打滑力矩大約是引擎輸出力矩的3倍；這保證了割草機在正常割草或高負(fù)荷割草時，刀片不會失去與刀座的連接，刀片不會打滑；2，當(dāng)割草機的刀片撞上障礙物時，刀片會打滑；當(dāng)?shù)镀采鲜^等障礙物時，這對刀片的瞬間沖擊力矩很大，會遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于刀片打滑力矩37.9NM；此時，正是因為單刀片組件的這種結(jié)構(gòu)設(shè)計，刀片會自動在刀座上打滑，從而減小撞擊對引擎所產(chǎn)生的沖擊力，避免了引擎損壞；3，割草機長時間割草后，刀片組件的功能不會失效；從底盤底面往上看，刀片工作時的旋轉(zhuǎn)方向是逆時針方向，擰緊刀片緊固螺栓的方向是順時針方向；這樣的設(shè)計，保證了割草機在工作的過程中，刀片緊固螺栓的鎖緊力矩有變大的趨勢；而不會出現(xiàn)刀片緊固螺栓的鎖緊力矩越來越小以致刀片松脫的情況；割草機在實際割草使用20小時后，測得擰松刀片緊固螺栓的力矩為48NM；這個數(shù)值，略大于裝配刀片緊固螺栓的力矩45NM；48NM這個測試數(shù)據(jù)，實證了割草機在工作的過程中，刀片緊固螺栓的鎖緊力矩有變大的趨勢；這種效果，確保了割草機長時間割草后，刀片組件的功能不會失效；常用的普通刀座其安裝平面上有兩個凸緣結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)，不具有過載保護功能；當(dāng)?shù)镀采鲜^等障礙物時，易導(dǎo)致引擎損壞；所述的單刀片組件既能滿足實際割草的需求，又具有過載保護的功能；后續(xù)，這種刀片組件機構(gòu)，可考慮在其它型號的割草機上推廣使用；利用集膚效應(yīng)，把金屬工件埋在稀土里，用高頻電流進行后處理；其含刀片及減速器的齒輪及消聲內(nèi)軸多為金屬零件，利用集膚效應(yīng)，把工件埋在稀土里，用高頻電流進行后處理，其特效是不言而喻的；工件采用鈦化鋁加錸，放在含氧化釔、稀土、銦、粘土的成型陶瓷內(nèi)，配以同位幅射及激光掃描而制造；刀片采用碳纖維三維打印，再用金剛石刀開刃，再放入納米級打印碳粉、尿素、硼砂的混合埋土中熱處理并用變頻電磁場及激光掃描并用鉑銠催化，使其空間晶格點陣彌散；刀片或在刀尖部位裝手術(shù)刀片并先放入納米級打印碳粉、尿素、硼砂的混合埋土中進行碳氮硼并用變頻電磁場共滲熱處理。