CN106973617A - 割草头智能电控***、控制方法、调节机构及割草机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种割草头智能电控***、控制方法、智能调节机构及割草机。所述智能电控***包括依次电连接的双分量传感器、测量放大器、电子控制器ECU和比例电磁阀，双分量传感器包括扭力传感器和负载传感器，其安装于割草头的安装中心轴上，扭力传感器用于检测割草头相对接触面受到的扭力，负载传感器用于检测割草头相对接触面承受的压力；测量放大器用于将检测到的信号转换为数字信号；电子控制器ECU用于将控制信号输送至所述比例电磁阀；比例电磁阀用于对割草头的旋转油缸和/或升降油缸进行控制。本发明的技术方案，通过智能调节割草头的倾斜和/或高低，使得割草机的割草头能够自动适应路面的高低不平，适应各种工况。

Description

割草头智能电控***、控制方法、调节机构及割草机
技术领域
本发明总的涉及割草机领域，具体涉及一种割草头智能电控***、控制方法、调节机构及割草机。
背景技术
众所周知，在公路两旁或公园的草坪或树枝，基本是人工使用一种小形的手持割草机或手推的小型割草机或手动、电动工具，其工作效率低、耗费人力多、割草高度不易调节以及存在人身安全等问题。
而且一般割草机在割草工作时，遇到路面高低不平时，需要用手动方式来调节割草头的高度及旋转割草头，使得割草头与接触底面保持平行，且高低合适。但在手动调节过程中操作准确度较差，割草头与地面的高度与最佳距离有一定的差距，造成割草效果差，而且往往在路面低的部分达不到割草的效果，同时存在效率低下的问题。
因此，为了适应不同工况的需求，既能使割草机的割草头适应工作水平方向上的高低变化，使割草头进行自动升降以实现割草头始终与路面相平行接触；又可以在正反方向的斜坡上工作，以使割草头进行自动旋转以实现始终与路面相平行接触，以便无论地面的高低不平还是倾斜角度不同，都能实现割草高度的一致，有必要提出一种新的割草机技术，在实现上述功能的同时，能够简化结构、降低成本，使得割草机便于智能化操作及使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种割草头智能电控***、控制方法、调节机构及割草机，以解决现有割草机的割草头临近接触面时不能适应各种复杂工况进行自动升降或旋转的智能调节功能的问题。
本发明旨在提供一种割草头智能电控***，所述智能电控***包括依次电连接的双分量传感器、测量放大器、电子控制器ECU和比例电磁阀，其中，所述双分量传感器包括扭力传感器和负载传感器，所述双分量传感器安装于所述割草头的安装中心轴上，所述扭力传感器用于检测所述割草头相对接触面倾斜时所受到的扭力，所述负载传感器用于检测所述割草头相对所述接触面承受的压力；所述测量放大器用于将所述双分量传感器检测到的信号转换为数字信号；所述电子控制器ECU用于将所述测量放大器传输的信号与设定值进行比较计算，并将控制信号输送至所述比例电磁阀；所述比例电磁阀用于对割草头的旋转油缸和/或升降油缸进行控制。
上述的智能电控***，所述比例电磁阀进一步包括第一电磁阀和第二电磁阀，所述第一电磁阀用于控制所述割草头的旋转油缸，所述第二电磁阀用于控制所述割草头的升降油缸。
上述的智能电控***，所述扭力传感器和负载传感器可为电阻片式传感器。
上述的智能电控***，所述智能电控***还可包括操纵手柄，所述操纵手柄与所述电子控制器ECU电连接，用于手动控制所述电子控制器ECU。
上述的智能电控***，所述智能电控***还可进一步包括扭力按钮和负载按钮，所述扭力按钮和负载按钮分别与所述电子控制器ECU电连接，用于分别或同时启动/关闭所述电子控制器ECU对所述旋转油缸与升降油缸的控制。
上述的智能电控***，所述智能电控***还可包括LED工作灯与显示器，所述LED工作灯用于对所述扭力传感器、负载传感器的工作状态进行显示，所述显示器用于对所述扭力传感器、负载传感器的检测结果以及所述电子控制器ECU的运算结果进行显示。
本发明还提供一种上述的智能电控***的智能控制方法，所述方法包括：
通过扭力传感器检测所述割草头相对接触面倾斜时所受到的扭力；
通过负载传感器检测所述割草头相对所述接触面承受的压力；
通过测量放大器将所述扭力传感器和/或负载传感器检测到的信号转换为数字信号；
通过电子控制器ECU将所述测量放大器传输的信号与设定值进行比较计算，并将控制信号输送至所述比例电磁阀；
通过所述比例电磁阀对割草头的旋转油缸和/或升降油缸进行控制。
本发明还包括一种包含上述的智能电控***的智能调节机构，所述智能调节机构还包括旋转油缸和升降油缸，所述旋转油缸与所述第一电磁阀电连接；所述升降油缸与所述第二电磁阀电连接。
本发明还包括一种包含上述的智能调节机构的割草机，所述割草机还包括工作臂，所述工作臂通过连接轴连接所述割草头，所述工作臂连接所述升降油缸，所述连接轴连接所述旋转油缸。
上述的割草机，所述割草机还包括传感器轴座和安装盒，所述传感器轴座安装于所述割草头的安装中心轴上，所述双分量传感器安装于所述传感器轴座上，所述安装盒罩于所述双分量传感器与所述传感器轴座外面。
本发明的割草头智能控制充分利用割草头的自身重力及路面的支撑力反馈，由压力/扭力信号经过信号转化器—测量放大器，转化为电压信号(A/D过程)，再经过电子控制器ECU后，输出电流信号(D/A过程)，最后由控制信号类型为正比例电流关系的比例电磁阀，控制液压油缸动作来调节割草头的倾斜和高低，使得割草机达到自动适应路面高低不平的效果。
本发明的智能电控***能够控制割草头在临近接触地面时，自动智能升降或旋转调节，而包含该智能电控***的智能调节机构及割草机结构简单紧凑、自动化程度高，操作方便，同时实现该控制的方法简单易行，便于大力推广。
附图说明
图1为本发明实施例的智能电控***原理图；
图2为本发明实施例的智能电控***结构示意图；
图3为本发明实施例割草机应用的立体结构示意图；
图4为本发明实施例的割草头及连接件的结构示意图；
图5为本发明实施例割草头在标准路面上的受力情况示意图；
图6为本发明实施例割草头在右侧工作位置斜坡上产生的顺时针方向的扭力示意图；
图7为本发明实施例割草头在右侧工作位置斜坡上产生的逆时针方向的扭力示意图；
图8为本发明实施例割草头在左侧工作位置斜坡上产生的顺时针方向的扭力示意图；
图9为本发明实施例割草头在左侧工作位置斜坡上产生的逆时针方向的扭力示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。
一般割草机在割草工作时，遇到路面高低不平时，需要用手动方式来调节割草头的高度及旋转割草头，但在手动调节过程中操作准确度较差，造成割草效果差，且效率低下。为此本发明旨在提供一种智能控制割草头的割草机，通过智能调节机构的电液自动控制原理，充分利用割草头的自身重力及路面的支撑力反馈，进而对割草头的高低位置与倾斜角度进行控制。
如图1所示，本发明割草头的智能电控***主要包括双分量传感器、测量放大器12、电子控制器ECU13、比例电磁阀14。
其中双分量传感器又包括扭力传感器10和负载传感器11。双分量传感器安装于割草头4的安装中心轴上。扭力传感器用于检测所述割草头4相对接触面倾斜时所受到的扭力，负载传感器11用于检测所述割草头4相对所述接触面承受的压力。
测量放大器12用于将所述双分量传感器检测到的信号转换为数字信号。
电子控制器ECU13用于将测量放大器传输的信号与设定值进行比较计算，并将控制信号输送至所述比例电磁阀14。
比例电磁阀14用于对割草头的旋转油缸8和/或升降油缸9进行控制。比例电磁阀14包括第一电磁阀和第二电磁阀，所述第一电磁阀用于控制所述割草头4的旋转油缸8，所述第二电磁阀用于控制所述割草头4的升降油缸9。
智能电控***由压力/扭力信号经过信号转化器—测量放大器，转化为电压信号(A/D过程)(一般可设置为0-10V)，经过电子控制器ECU13后，输出的电流信号(D/A过程)(一般可设置为300-600mA)，最后由控制信号类型为正比例电流关系的比例电磁阀14，控制液压油缸——旋转油缸和/或升降油缸8/9动作，来调节割草头4的倾斜和高低，达到自动适应路面的高低不平的效果。
智能电控***的结构示意图如图2所示。负载传感器11负责收集割草头4在运动过程中的负载压力变化信号—额定载荷,传递给测量放大器12，测量放大器12经过放大转换成低电压(0-10V)的数字信号，然后传递给电子控制器ECU13，电子控制器ECU13通过与编程软件20中的程序指令比对，输出电流信号(300-600ma)来控制比例电磁阀14的开启，控制液压油推动工作臂升降油缸9的伸缩来实现割草头4的升/降。
扭力传感器10负责收集割草头4在运动过程中的扭力变化信号,信号传递给信号转化器—测量放大器12，测量放大器12经过放大转换成低电压(0-10V)的数字信号，然后传递给电子控制器ECU13，电子控制器ECU13通过与编程软件中的程序指令比对，输出电流信号(300-600ma)来控制比例电磁阀14的开启，控制液压油推动割草头旋转油缸8的伸缩来实现割草头4的正/逆旋转。
扭力传感器10、负载传感器11可选用多种形式的传感器，在本实施方式中优选一种很薄的电阻应变片，它利用电阻材料的应变效应，感知轴向应变与径向应变。扭力传感器10、负载传感器11可以直接安装在传感器轴座内部，其安装方式可以强力胶粘或其它特定的固定方式，用于测量来自割草头4上的扭力和负载大小变化。
如图1所示，测量放大器12可有多组传感器接口Y1A、Y1B、Y2A、Y2B、Y3A、Y3B、Y4A、Y4B，也可根据不同的工况增加或减少，可有一组输出接口Com1、Com2。
如图2所示，为了灵活控制，所述智能电控***还可包括操纵手柄19，所述与所述电子控制器ECU13电连接，用于手动设置所述电子控制器ECU13中的数值。
设置操纵手柄19，可以随时切换为手动操作，通过摆动操纵手柄19的方向，如左右方向为割草头4的正/逆向旋转，前后方向为割草头4的上升和下降，当然这不是固定的，可以根据操作习惯进行调整。
所述智能电控***还可包括扭力按钮15和负载按钮16，所述扭力按钮15和负载按钮16分别与所述电子控制器ECU电连接，用于分别或同时启动/关闭所述电子控制器ECU13对所述旋转油缸8与升降油缸9的控制。
进一步地，为了便于显示与观察，所述智能电控***还可包括LED工作灯17、18与显示器21，所述LED工作灯17、18用于对所述扭力传感器10、负载传感器11的工作状态进行显示，所述显示器21用于对所述扭力传感器10、负载传感器11的检测结果以及所述电子控制器ECU13的运算结果进行显示。此时，操纵手柄19、扭力按钮15和负载按钮16、LED工作灯17和18可同时与显示器、编程控制器(本实施方式图中仅示出编程软件)及电子控制器ECU13电连接。
如图2所示，扭力按钮15、负载按钮16、LED工作灯17、LED工作灯18、操纵手柄19、编程控制器(编程软件20)、显示器21，通过线束及CAN总线网络连接，以达到智能、自动控制的目的。
此智能电控***可能根据不同工况的需求进行自由控制，并在控制面板上通过LED工作灯17、18来显示其工作状态，当只需要割草头4旋转时，可打开扭力按钮15，则LED工作灯17亮，关闭负载按钮16；当只需要割草头4升降时，打开负载按钮16，LED工作灯18亮，关闭扭力按钮15；当既需要割草头4旋转又需要割草升降时，同时打开扭力按钮15和负载按钮16，LED工作灯17和LED工作灯18同时亮。
还可以通过编程控制器上的编程软件20在割草头标准工作面上进行初始值的设置和调零，并在显示器21上显示，以便传感器能准确的测量、反馈及调整。
上述的智能电控***的智能控制方法，主要包括以下步骤：
通过扭力传感器检测所述割草头相对接触面倾斜时所受到的扭力；
通过负载传感器检测所述割草头相对所述接触面承受的压力；
通过测量放大器将所述扭力传感器和/或负载传感器检测到的信号转换为数字信号；
通过电子控制器ECU将所述测量放大器传输的信号与设定值进行比较计算，并将控制信号输送至所述比例电磁阀；
通过所述比例电磁阀对割草头的旋转油缸和/或升降油缸进行控制。
本发明提供的包含上述智能电控***的智能调节机构，还包括旋转油缸和升降油缸，所述旋转油缸与所述第一电磁阀电连接；所述升降油缸与所述第二电磁阀电连接。
如图3所示，为本发明的智能、电控、全液压割草机安装于作业车上的应用示意图。割草机包括底盘1、安装架2、工作臂3、割草头4、连接轴5、传感器轴座6、安装盒7、割草头旋转油缸8、工作臂升降油缸9、智能电控***等。
其中工作臂3通过连接轴5连接所述割草头4，所述工作臂3连接所述升降油缸9，所述连接轴5连接所述旋转油缸8。割草头4在旋转油缸8的驱动下可以随自身的安装中心轴旋转；工作臂3在升降油缸9的驱动下可实现升降，而割草头4在工作臂3的带动下也可实现上下升降。
如图4所示，传感器轴座6安装于所述割草头4的安装中心轴上，如本实施例中的连接轴5。所述双分量传感器可安装于所述传感器轴座6上，所述安装盒7罩于所述双分量传感器与所述传感器轴座6外面，使得传感器轴座6在安装盒7与割草头连接轴5之间。
传感器轴座6和测量放大器12都可在割草头4上部的安装盒7内，可以有效的起到防水、防污染、防碰撞等作用。
传感器轴座6与割草头4的连接轴5和安装盒7可通过高强度螺栓及自锁螺母连接，在保证连接牢固、可靠的同时又有拆卸、更换、维修方便功能。
本发明的割草机能适应各种工况，割草头可以在路的右侧工作也可以在路的左侧工作，可以在正反方向的斜坡上工作。
工作时，割草头4运动过程中的受力变化是由工作前方的路面轮廓来提供的反馈，若工作前方在水平方向上有高低变化，则会产生一个扭力信号，通过此机构使割草头4进行旋转以实现割草头4下方的支承辊22始终与路面相平行接触，如图4、图5所示；若工作前方在垂直方向上有高低变化，则会产生一个负载信号，通过此机构使割草头4进行升降以实现割草头4下方的支承辊22始终与路面相平行接触。这样一来，无论地面的高低不平还是倾斜角度不同，都能通过智能电控***的自动调节功能，实现割草高度的一致，同时提高了工作效率。
如图5所示，当割草头与接触面平行时，其属于在标准路面上的工作状态，所受扭力为0，割草头通过下方的支承辊22在左右两个支点受到支承力F，在其重心处受自身重力G。
如图6所示，本发明实施例割草头4在右侧工作位置斜坡上产生的顺时针方向的扭力与载荷示意图。需要说明的是，本文中所指的顺时针与逆时针方向、左右方向均是以人坐在驾驶室内为观察基准。
在此种工作状态下，当割草头上某一点与斜坡接触时，在重力G的作用下，在该点产生了一个向上的支承作用力，则会产生一个扭力T,此时扭力传感器会把此扭力T，传递给测量放大器12，测量放大器12经过放大转换成低电压(0-10V)的数字信号，然后传递给电子控制器ECU13，电子控制器ECU13通过与编程软件中的程序指令比对，输出电流信号(300-600ma)来控制比例电磁阀14的开启，控制液压油推动割草头旋转油缸8的伸缩来实现割草头4的逆旋转。
当旋转后割草头会离开斜坡，在重力G的作用下，则会产生一个向下的力，此时负载传感器11负责收集割草头4在运动过程中的负载压力变化信号—额定载荷,传递给测量放大器12，测量放大器12经过放大转换成低电压(0-10V)的数字信号，然后传递给电子控制器ECU13，电子控制器ECU13通过与编程软件20中的程序指令比对，输出电流信号(300-600ma)来控制比例电磁阀14的开启，控制液压油推动工作臂升降油缸9的伸缩来实现割草头4的下降。
这两个动作同步持续进行，直至割草头支承辊与斜坡平行接触，动作结束。
以下几个图与此图原理相同。
图7为本发明实施例割草头在右侧工作位置斜坡上产生的逆时针方向的扭力示意图。图8为本发明实施例割草头在左侧工作位置斜坡上产生的顺时针方向的扭力示意图。图9为本发明实施例割草头在左侧工作位置斜坡上产生的逆时针方向的扭力示意图。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种割草头智能电控***，其特征在于，所述智能电控***包括依次电连接的双分量传感器、测量放大器、电子控制器ECU和比例电磁阀，其中，
所述双分量传感器包括扭力传感器和负载传感器，所述双分量传感器安装于所述割草头的安装中心轴上，所述扭力传感器用于检测所述割草头相对接触面倾斜时所受到的扭力，所述负载传感器用于检测所述割草头相对所述接触面承受的压力；
所述测量放大器用于将所述双分量传感器检测到的信号转换为数字信号；
所述电子控制器ECU用于将所述测量放大器传输的信号与设定值进行比较计算，并将控制信号输送至所述比例电磁阀；
所述比例电磁阀用于对割草头的旋转油缸和/或升降油缸进行控制。
2.如权利要求1所述的智能电控***，其特征在于，所述比例电磁阀包括第一电磁阀和第二电磁阀，所述第一电磁阀用于控制所述割草头的旋转油缸，所述第二电磁阀用于控制所述割草头的升降油缸。
3.如权利要求1所述的智能电控***，其特征在于，所述扭力传感器和负载传感器为电阻片式传感器。
4.如权利要求1所述的智能电控***，其特征在于，所述智能电控***还包括操纵手柄，所述操纵手柄与所述电子控制器ECU电连接，用于手动控制所述电子控制器ECU。
5.如权利要求1所述的智能电控***，其特征在于，所述智能电控***还包括扭力按钮和负载按钮，所述扭力按钮和负载按钮分别与所述电子控制器ECU电连接，用于分别或同时启动/关闭所述电子控制器ECU对所述旋转油缸与升降油缸的控制。
6.如权利要求1所述的智能电控***，其特征在于，所述智能电控***还包括LED工作灯与显示器，所述LED工作灯用于对所述扭力传感器、负载传感器的工作状态进行显示，所述显示器用于对所述扭力传感器、负载传感器的检测结果以及所述电子控制器ECU的运算结果进行显示。
7.一种如权利要求1至6任一项所述的智能电控***的智能控制方法，其特征在于，所述方法包括：
通过扭力传感器检测所述割草头相对接触面倾斜时所受到的扭力；
通过负载传感器检测所述割草头相对所述接触面承受的压力；
通过测量放大器将所述扭力传感器和/或负载传感器检测到的信号转换为数字信号；
通过电子控制器ECU将所述测量放大器传输的信号与设定值进行比较计算，并将控制信号输送至所述比例电磁阀；
通过所述比例电磁阀对割草头的旋转油缸和/或升降油缸进行控制。
8.一种包含权利要求1至6任一项所述的智能电控***的智能调节机构，其特征在于，所述智能调节机构还包括旋转油缸和升降油缸，所述旋转油缸与所述第一电磁阀电连接；所述升降油缸与所述第二电磁阀电连接。
9.一种包含权利要求8所述的智能调节机构的割草机，其特征在于，所述割草机还包括工作臂，所述工作臂通过连接轴连接所述割草头，所述工作臂连接所述升降油缸，所述连接轴连接所述旋转油缸。
10.如权利要求9所述的割草机，其特征在于，所述割草机还包括传感器轴座和安装盒，所述传感器轴座安装于所述割草头的安装中心轴上，所述双分量传感器安装于所述传感器轴座上，所述安装盒罩于所述双分量传感器与所述传感器轴座外面。
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