[发明专利]一种草坪割草机用传感智能自动避转超薄割草刀

摘要

一种草坪割草机用传感智能自动避转超薄割草刀，在刀座与刀片之间设有传感器，当超载时传感器发出信号并使电磁铁的过载触片吸引就使刀座与刀片之间打滑而自动避转；超薄割草刀是用绞接螺钉活动连接的手术薄刀片便以甩开；超薄割草刀或是在靠近刀座处用碳纤维活动连接的手术薄刀片以便甩开而自动避转。刀片及齿轮及轴多为金属零件，利用集肤效应，刀片放入纳米级打印碳粉、尿素、硼砂的混合埋土中进行碳氮硼并用变频电磁场共渗热处理。刀片滑切角取23度。

主权项

1.一种草坪割草机用传感智能自动避转超薄割草刀，割草机含减速器的齿轮轴是管状的且减速器的从齿轮传动含消声内轴(100a)，以便消声冷却；所述的减速器其含电动机旁新设有从齿轮轴是空的管状的，内部是通的以便外通空气冷却，其齿轮均是人字齿轮；无刷电机的转速每分20000转、功率250瓦、36伏、输出轴直径5毫米；电机主动齿轮(88)的齿数18、模数0.6、分度圆是18x0.6＝10.8；去掉行星轮系，所述电机主动齿轮(88)与新设的马达从动轴上的马达从齿轮(106)啮合，所述马达从齿轮(106)为齿数38、模数0.6、分度圆是38x0.6＝22.8，马达传动比是38/18；所述马达从齿轮内与14x5轴承相配；所述新设的马达从动轴上装有从齿套筒(100)和接套齿轮(102)，所述接套齿轮(102)的齿数是12且模数是1.5，所述接套齿轮与作为输出齿轮与第一中间轴上的2812双齿轮(104)的齿数是28、模数是1.5、分度圆是28x01.5＝42的28齿轮相啮合，所述新设的马达从动轴的输出齿轮与第一中间轴传动比是28/12；以上传动比为38/18x28/12＝4.9，超过行星变比4.33，实际合用；其余变比大致相同；所述2812双齿轮(104)含同轴的28齿数的28齿轮(104a)和12齿数的12齿轮(104c)，所述2812双齿轮(104)的两端各设有小轴承(103)，所述小轴承(103)的外径是14mm，以便与所述2812双齿轮(104)的两端的内孔配合，所述小轴承(103)的内径是5以便与所述第一中间轴活动装配；另一件结构相同的所述2812双齿轮(104)也含同轴的28齿数的28齿轮(104a)和12齿数的12齿轮(104c)，装在第二中间轴上，所述2812双齿轮(104)的两端各设有小轴承(103)，所述小轴承(103)的外径是14mm，以便与所述2812双齿轮(104)的两端的内孔配合，所述小轴承(103)的内径是5以便与所述第二中间轴活动装配；所述第一中间轴上的2812双齿轮(104)的同轴于28齿数的28齿轮(104a)的12齿数的12齿轮(104c)与所述第二中间轴上的所述另一件结构相同的所述2812双齿轮(104)也含同轴的28齿数的28齿轮(104a)相啮合，所述第二中间轴上的28齿轮(104a)与所述第一中间轴上的2812双齿轮(104)的12齿数的12齿轮(104c)之间的第二轴传动比是28/12为2.33；所述2812双齿轮(104)含同轴的28齿数的28齿轮(104a)和12齿数的12齿轮(104c)是用聚甲醛在注塑模具里加工成型的；所述的减速器的后轴输出部分含同轴的长半后轴及短半后轴，所述长半后轴上依次装有后轴驱动减速器壳油封、安合弹性夹(92)、铁垫圈、安全离合锥(90)、挂档盘(101)、含安合挂档块(91a)后轴驱动齿轮(91)、长轴中夹轴，所述长半后轴上设有径向横孔以便通过横销钉与所述安全离合锥(90)固连，所述安合弹性夹(92)包夹着所述安全离合锥(90)和所述挂档盘(101)，所述安全离合锥(90)和所述挂档盘(101)与所述含安合挂档块(91a)后轴驱动齿轮(91)相联，所述长半后轴的一端设有轴向深孔，以便插入所述长轴中夹轴，再插入短半后轴的一端所设有的轴向深孔内而使所述长半后轴和所述短半后轴活动相联；所述短半后轴上依次装有后轴驱动减速器上盖和油封、也依次装着另一套的安合弹性夹(92)、铁垫圈、安全离合锥(90)、挂档盘(101)，所述短半后轴上也设有径向横孔以便通过横销钉与另一套的所述安全离合锥(90)固连，另一套的所述安合弹性夹(92)包夹着所述安全离合锥(90)和所述挂档盘(101)，所述短半后轴上的所述安全离合锥(90)和所述挂档盘(101)也与前述的唯一的所述含安合挂档块(91a)后轴驱动齿轮(91)相联；所述含安合挂档块(91a)后轴驱动齿轮(91)的齿数是33齿且模数是2.5；所述第二中间轴上的28齿轮(104a)的12齿数的12齿轮(104c)与所述后轴上的所述含安合挂档块(91a)后轴驱动齿轮(91)之间的中转后轴传动比是33/12为2.75；减速器总传动比是4.3x33/12x28/12x28/26＝4.3x6.9＝30倍，合用；其特征在于，所述电机主动齿轮(88)的齿数18、模数0.6、分度圆是18x0.6＝10.8的金属齿轮，以便通用；去掉行星轮系，所述电机主动齿轮(88)与新设的马达从动轴上的马达从齿轮(106)啮合，所述马达从齿轮(106)为齿数38、模数0.6、分度圆是38x0.6＝22.8的金属齿轮，马达传动比是38/18；所述马达从齿轮内与14x5轴承相配；所述马达从齿轮内设有均布四等分的宽槽孔(106a)以便让从齿套筒(100)的四个宽爪插入，所述马达从齿轮内设有均布四等分的窄槽孔(106c)以便让从齿套筒(100)的四个风扇爪插入，所述四个风扇爪有利于散热；所述从齿套筒(100)的另一端设有四个拨爪以便与所述新设的马达从动轴上装有的所述接套齿轮(102)相配方，所述接套齿轮(102)的齿数是12且模数是1.5，所述接套齿轮(102)内设有所述小轴承(103)，内插入新设的马达从动轴；所述从齿套筒(100)的外部设有大轴承，所述大轴承设在减速器壳上；所述新设的马达从动轴上装有从齿套筒(100)和接套齿轮(102)，所述接套齿轮(102)的齿数是12且模数是1.5，所述长半后轴的另一端和所述短半后轴的另一端均各设有横向双切槽和横向双切槽以便装后轮驱动齿轮，所述后轮驱动齿轮为14齿模数2.5，并用所述后轮驱动齿轮驱动装在草坪割草机后轮内的后轮齿圈(107)，所述后轮齿圈(107)的齿数为82齿模数2.5配大割草机后轮；所述从齿套筒(100)的每个风扇爪的风扇的叶轮叶道出口处叶片角度大于90度，其为前向叶片的叶轮的风扇；其有冷风作用；减速器的电机设有电机控制电路；电机控制部分原理：本系统直流无刷电机控制部分采购集成芯片控制方案，芯片内置转子位置译码器，监控三个电机位置传感器，以提供上部、下部功率MOS驱动的正确时序，具有全波六步驱动功能，外围三相驱动器件为集成MOS管，上部功率开关为PMOS管，下部功率开关为NMOS管，集成芯片具有过流保护功能，R118电阻为电机电流采样电阻，电流采样信号被R117、R119分压后送到芯片电流采样端，当电流采样信号值大于0.1V，过流保护功能激活，电机停止转动，过流保护设置点为：Icurrent＝0.1*(R117+R119)/(R118*R119)当发生过流事件时，驱动芯片Fault Output引脚的输出为低电平，将电机驱动信号OutputEnable信号拉低，电机停止运转，避免机器负载电流过大而发生电子器件损坏，当Fault Output为低电平时，三极管Q24的B‑E端电压也降为零，由导通状态切换为截止状态，BLADE_FAULT信号为高电平，当MCU收到BLADE_FAULT高电平后，立即停止所有电机运行；除此这外，MCU还设置有二级软件过流保护功能，以便在不同负载条件下，灵活处理机器运行动作，避免机器频繁停机，软件过流保护功能能描述如下：电机电流采样信号BLADE_P8，经过运算放大器运算放大7.8倍后，将放大后的采样电流模拟信号BLADE_CRT信号送给MCU具有模数转换功能的引脚上，经过内置的模数转换单元处理后，模拟电流信号转换为12位的数字电流信号，此信号与MCU设置的过流阈值信号相比较，当电流信号值大于过流阈值时，执行相应的过流时的运行动作。左、右行走电机具有相同的过流保护功能，电流运算放大电路：电流放大倍数计数公式：A＝1+(R7/R14)*Icurrent当电机运行过程中出现异常状况如机器碰撞、机器提升，机器翻转时，发生这些事件的感觉器将相关信号反馈给MCU，MCU立即执行刹车功能，具体动作过程如下：当检测以上事件的霍尔传感器发生位置偏置时，霍尔信号由高电平切换为低电平，MCU管脚检测至电平变化后，发出的BLADE_BRK信号由高电平切换为低电平，经过以下的反相电路处理后，产生BLADE_P4高电平信号给电机驱动芯片U13，执行电机刹车功能，左、右行走电机具有相同的功能；驱动芯片还有使电机正转/反转功能，当机器运行中发生碰撞事件时，机器执行后退功能，具体动作描述如下：当霍尔传感器将碰撞信号发送给MCU时，MCU将控制电机运行方向的BLADE_DIR的信号由低电平切换为高电平，经过如下反相电路处理后，产生低电平的BLADE_P7信号给电机驱动芯片U13，电机由正转切换反转状态，机器执行后退运行动作，电机速度控制原理：机器在不同的工作状态下，电机运行速度也不相同，因此需要反馈电机的运行速度信号给电机驱动芯U13，本系统设计采用专用的电机速度检测芯片，以产生电机速度控制所需的反馈电压，而无需昂贵的转速计，U12，即可实现此功能；具体工作原理如下所述：被电机驱动芯片U13用作电子转子位置译码的霍尔传感器输出信号发生正或负的跳变，可以使U12产生一个幅度和持续时间的脉冲，其参数由外部电阻R101、C48确定，在U12的引脚5处的输出脉冲被U13的误差放大器积分，以产生一个直流电平，该电平与电机速度成正比，此速度反馈电压在U13的引脚13处建立PWM参考电平，并闭合成反馈环路，输出驱动MOS的控制信号，同时，将U13引脚13处的PWM参考电压反馈给MCU具有模数转换功能的引脚，以便MCU得知电机实际运行速度，并根据实际运行速度值与设定值的差来调整控制电压；相关电路描述如下：RMOT_DAC为MCU输出的目标速度控制电压值，经运算放大器放大后(放大倍数＝1+R5/R12)，送至右行走电机驱动芯片的引脚11处，引目标速度电压与实际速度电压的差值经芯片内部误差放大器放大后，在引脚13处输出上述的PWM调节的参考电压信号RMOT_P6；所述一种草坪割草机用传感智能自动避转超薄割草刀，其特征在于，其含刀片及减速器的齿轮及消声内轴因磨损大、温升高、转速高、噪音大、难保长期运行而必须处理保护后处理，减速器的齿轮轴是管状的，减速器的从齿轮传动含消声内轴(100a)，以便消声冷却；减速器是用电动齿轮内轴空冷无行星后轴驱动减速器，其含电动机旁新设有从齿轮轴是空的管状的，所述的从齿轮轴能高速旋转内部是通的，其一端通电机的一端，其一端的内通孔的气通上万转高速电机的一端，其一端的外部能转动地设有轴承和从齿套筒，所述的从齿轮轴内含所述消声内轴，所述的从齿轮轴内含所述消声内轴其另一端的内通孔通减速器的外部，在所述的从齿轮轴所含的所述消声内轴上设有多个六棱锥形的消声尖劈，所述消声内轴的靠近电机的一端的内轴的空芯管上所设有的多个六棱锥形的消声尖劈是密集的，所述消声内轴的远离电机的一端的内轴的空芯管上所设有的多个六棱锥形的消声尖劈是稀疏的，所述消声内轴的中部设有隔离连接部以使其一端连接所述的从齿轮轴的靠近电机的一端且其另一端连接所述的从齿轮轴的远离电机的一端，以便参考莱特希尔参数及理查兹噪声的紊流噪声的电机来的气流，在靠近电机的一端的端口经压缩，再膨胀进入从齿轮轴，再膨胀的气流经所述消声内轴的靠近电机的一端的内轴的空芯管上所设有的多个六棱锥形的密集的消声尖劈再压缩而通过消声内轴稍微运行后再通过消声内轴的远离电机的一端的内轴的空芯管上所设有的多个六棱锥形的稀疏的消声尖劈再次压缩而后再次溢出到所述的从齿轮轴内含所述消声内轴其另一端的内通孔通减速器的外部，以压缩膨胀再压缩再膨胀而进行消声降噪的过程；亦便于外通空气冷却；刀片及减速器齿轮及消声内轴保护后处理其含刀片及减速器的齿轮及消声内轴多为金属零件，利用集肤效应，用高频电流进行后处理；采用单刀片组件，能够实现三种功能：1，割草机实际割草时，刀片不会打滑；最大输出力矩是11.87NM；割草机实际割草时，刀片不会打滑的条件是：刀片在刀座上的打滑力矩要大于引擎的最大输出力矩11.87NM；刀片在刀座上的打滑力矩通过这种的方法可以测得：将刀片紧固螺栓以45NM的力矩锁紧，然后将引擎飞轮卡住，再用推力计推动刀片，并记录刀片的打滑力；刀片打滑力矩＝打滑力x测试力臂；通过上述方法测得：刀片打滑力矩＝185*0.205＝37.9NM；刀片打滑力矩大约是引擎输出力矩的3倍；这保证了割草机在正常割草或高负荷割草时，刀片不会失去与刀座的连接，刀片不会打滑；2，当割草机的刀片撞上障碍物时，刀片会打滑；当刀片撞上石头等障碍物时，这对刀片的瞬间冲击力矩很大，会远远大于刀片打滑力矩37.9NM；此时，正是因为单刀片组件的这种结构设计，刀片会自动在刀座上打滑，从而减小撞击对引擎所产生的冲击力，避免了引擎损坏；3，割草机长时间割草后，刀片组件的功能不会失效；从底盘底面往上看，刀片工作时的旋转方向是逆时针方向，拧紧刀片紧固螺栓的方向是顺时针方向；这样的设计，保证了割草机在工作的过程中，刀片紧固螺栓的锁紧力矩有变大的趋势；而不会出现刀片紧固螺栓的锁紧力矩越来越小以致刀片松脱的情况；割草机在实际割草使用20小时后，测得拧松刀片紧固螺栓的力矩为48NM；这个数值，略大于装配刀片紧固螺栓的力矩45NM；48NM这个测试数据，实证了割草机在工作的过程中，刀片紧固螺栓的锁紧力矩有变大的趋势；这种效果，确保了割草机长时间割草后，刀片组件的功能不会失效；常用的普通刀座其安装平面上有两个凸缘结构。这种结构，不具有过载保护功能；当刀片撞上石头等障碍物时，易导致引擎损坏；所述的单刀片组件既能满足实际割草的需求，又具有过载保护的功能；后续，这种刀片组件机构，可考虑在其它型号的割草机上推广使用；利用集肤效应，把金属工件埋在稀土里，用高频电流进行后处理；其含刀片及减速器的齿轮及消声内轴多为金属零件，利用集肤效应，把工件埋在稀土里，用高频电流进行后处理，其特效是不言而喻的；工件采用钛化铝加铼，放在含氧化钇、稀土、铟、粘土的成型陶瓷内，配以同位幅射及激光扫描而制造；刀片采用碳纤维三维打印，再用金刚石刀开刃，再放入纳米级打印碳粉、尿素、硼砂的混合埋土中热处理并用变频电磁场及激光扫描并用铂铑催化，使其空间晶格点阵弥散；刀片或在刀尖部位装手术刀片并先放入纳米级打印碳粉、尿素、硼砂的混合埋土中进行碳氮硼并用变频电磁场共渗热处理；所述的一种草坪割草机用传感智能自动避转超薄割草刀，在刀座与刀片之间设有传感器，当超载时传感器发出信号并使电磁铁的过载触片吸引就使刀座与刀片之间打滑而自动避转；超薄割草刀是用绞接螺钉活动连接的手术薄刀片便以甩开；超薄割草刀或是在靠近刀座处用碳纤维活动连接的手术薄刀片以便甩开而自动避转，滑切角取23度。