CN102753008B - 具有提供提高的稳定性的地面工作部件的机器 - Google Patents

Abstract

带有安装于底盘两侧的两个切割单元的割草机，其具有可监测底盘的左/右倾角的倾角仪器。如果倾角值超过定义的阈值，抬升两个切割单元的更高的那个以提高稳定性。

Description

具有提供提高的稳定性的地面工作部件的机器

技术领域

本发明涉及切割机，例如体育或市政使用的割草机。

背景技术

这种用途的常规的乘坐型割草机具有多个割草单元，例如，绞辘或旋转刀具的形式的割草单元。切割单元通常集中（centrally）排列，且左右手切割单元（或一对切割单元）横向固定，以便机器在地上向前开时切割连续的或略微重叠的收割宽度。通常情况下，相对于底盘，左右切割单元是可抬升（liftable）的，可从割草状态转换到运输状态，在运输状态下，机器的整个宽度较小的。

在许多情况下，每个切割单元将结合滚筒或其它地面工作部件，这些部件在切割状态下运作以定位切割刀片或刀片们相对于地面的位置，从而提供切割的所需高度。

在很多城市地区或一些运动中，需要割除大幅度起伏的地面上的杂草。公认的是，出于对驾驶员和附近的人的安全考虑，机器的设计和操作必须非常谨慎以确保在起伏的地面上的稳定性。

已建议在某些割草机和其它越野车上安装倾角仪，且在测量的倾角接近预设阈值或临界值时发出警告。然而，我们都知道，由于漫不经心或由于比赛的需要，操作者可能忽略提供给他的警告。

发明内容

本发明的优点在于，提供一种改进的机器和操作方法，该操作方法在一定条件下实施其步骤，从而可在不依赖驾驶者的操作的情况下改善机器的稳定性。

根据本发明的一个方面，提供一种机器，所述机器包括：具有驱动行走轮（groundengagingwheels）的底盘；至少两个安装于所述底盘上的处于第一方向上的间隔开的位置的地面工作单元，每个工作单元具有驱动行走部件（groundengagingelement），且相对于所述底盘可从工作位置抬升，在所述工作位置上，各个所述驱动行走部件与地面接触；用于检测所述底盘在所述第一方向上相对于水平的倾角的倾角仪；以及用于从所述倾角仪接收倾角值和用于当所述倾角值超过定义的临界值时借助比其它所述工作单元更高水平的倾角来抬升所述工作单元中的一个的控制器。

所述控制器用于将工作单元从工作位置抬升到升高位置(liftedposition)，在所述工作位置上，所述工作单元的大部分重量由地面承担，而在所述升高位置上，所述工作单元的大部分重量由所述底盘承担。

因此，可以看出，本发明的实施例可对测量的倾角做出反应（不需依赖操作者的参与）以通过预先确定的方式抬升一些而不是所有的工作单元，从而改进所述机器的稳定性。

割草单元通常在抬升臂（liftarm）上实施，所述抬升臂从割草位置旋转到运输位置，在所述割草位置上，所述切割单元是水平的，而在所述运输位置上，所述切割单元是垂直的。所述运输位置通常将降低所述机器的整个宽度以沿着道路运输或通过入口。本发明人认识到，可通过将所述两个切割单元中的更高者抬升到稳定升高位置，提高所述机器在从左到右倾斜（即在该方向上所述左手和右手切割单元是分离的）上的稳定性。在可提高稳定性的旋转方向上的由所述抬升单元施加的力矩在所述稳定升高位置大于在所述工作或运输位置。这是由于在所述工作位置上，所述切割单元的重量或重量的大部分由地面承担。考虑到几何方面的因素，抬升到所述稳定升高位置会涉及通过最低角度旋转所述抬升臂，从而可假定（或确定）将所述单元的几乎所有重量从地面转移到所述底盘。超出最小角度的旋转可能毫无疑问地对降低施加的力矩毫无帮助。

所述底盘适用于向前进方向(forwarddirection)驱动，并使所述第一方向横向所述前进方向。尽管典型的情况将存在有差别的左和右手单元的抬升（连同抬升或没有中央单元），前进和后退单元的有差别的抬升可提高前进和后退方向的稳定性的这种情况也会发生。实际的情况可能需要根据测量的从左到右倾斜和测量的前后倾斜来选择最佳的策略。

每个工作单元可安装于在所述第一方向上延伸的抬升臂上，所述抬升臂相对于所述底盘围绕在所述前进方向上延伸的轴线旋转。优选地，所述抬升臂相对与所述底盘从工作位置（所述工作单元基本上是水平的）旋转到运输位置（所述工作单元基本上是垂直的），所述控制器用于当所述倾角值超过定义的阈值时旋转所述工作单元中的一个的抬升臂到所述工作和传输位置之间的稳定升高位置。优选地，由所述工作单元施加在所述底盘上的力矩在所述稳定升高位置大于在所述传输位置。

所述工作单元将通常包括割草单元，每个割草单元适当包括与固定刀片协同工作的驱动刀盘。

有用地，所述定义的阈值可设置为所述测量的稳定角度的60%到90%的范围或优选地70%到80%的范围，所述阈值是所述底盘在所述第一方向相对于水平的最大倾角，在该最大倾角时，所述机器仍保持稳定。

另一方面，本发明包括操作机器的方法，所述机器包括具有驱动行走轮的底盘；至少两个安装于所述底盘上的处于第一方向上的间隔开的位置的地面工作单元，且相对于所述底盘可从工作状态抬升；所述方法包括以下步骤：测量所述底盘在所述第一方向上相对于水平的倾角；并根据所述测量的倾角，启动对所述工作单元的有差别地抬升以增加由所述工作单元在旋转方向上施加在所述底盘上的力矩以提高所述底盘相对于所述倾角的稳定性。

有差别地抬升所述工作单元的步骤包括，将工作单元从工作位置抬升到稳定升高位置，在所述工作位置上，所述工作单元的大部分重量（substantialproportionoftheweight）由地面承担，而在所述稳定升高位置上，所述工作单元的大部分重量由所述底盘承担。

其中所述工作单元可进一步从所述稳定升高位置抬升到运输位置，可选择所述稳定升高位置以使得由所述工作单元在所述稳定升高位置上施加在所述底盘上的力矩大于在所述运输位置上。

所述测量的倾角可与一个或多个预定的倾角阈值做比较，并在每个阈值可选地提供明显的视觉或听觉的警告。

附图说明

现在通过示例结合附图对本发明进行描述，在所述附图中：

图1是割草机的侧视图；

图2是示于图1中的所述机器的前视图；

图3是在倾斜的地面上的所述机器的示图；

图4是与图3相似但示出了本发明的示例的操作的示图；

图5是示出了根据本发明示例的机器的控制机器的流程图；

示于图中的割草机是一般的常规结构，且机器的工作部件的物理布局不再详细描述。

在（10）示出的割草机包括在前轮（14）和后轮（16）上支撑的底盘（12）。驾驶员座椅单元（18）设置在所述底盘上。

该机器带有三轴切割单元：在底盘下悬挂的中央切割单元（20）和排列在前轮（14）前的两个前切割单元（驾驶员视角下的左22和右24）。每个前切割单元（22，24）安装于抬升臂（26）。在内端（inwardend），每个抬升臂安装于底盘，可绕水平轴（28）面向本机的车头到车尾方向旋转。在外端（outwardend），抬升臂通过套筒（30）支持切割单元，这种设置可提供抬升臂的外端的相对转动，且围绕轴线（32）的切割卷轴平行于轴线（28）。

液压油缸（未显示）通过突耳（lug）（34）连接每个抬升臂（26）。因此，将液压油引进到油缸可使上将比围绕轴线（28）旋转，以抬升相关切割单元。可以看到，每个切割单元包括地面滚子（36）。这个延伸平行于切割卷轴的轴线且是定位的（positioned），以使得在切割方向滚筒与地面的接合可用于控制切割的高度。在切割方向，切刀单元相对于底盘浮动（floats），可围绕平行轴（28）（32）做相对转动，进而可适应地面轮廓。

图1和图2示出了在运输位置的切割单元。通过相应的油缸的扩展，将每个抬升臂（26）抬升到最大程度。在运输位置，左和右切割单元锁定在垂直方向，且该机的整个宽度大大减小。

倾角仪（38）安装于底盘，方便地处于驾驶员座椅单元（18）的下方。这可提供输入到该机器的控制系统，该输入提供向前和向后的倾斜值（即图1中的左右水平方向）和一侧到另一侧的倾角（即图2中的左右水平方向）。倾角仪（38）可采用数字输出的市售加速度计的形式。现在介绍控制系统利用这些倾斜值的方式。

图3示出了处在与水平成22°的斜坡的机器。如图所示的该机处在斜披上，它的切割单元比较低，该切割单元可上升到运输位置。中央切割单元和位于斜坡上的切割单元都处于切割位置，也就是说，这两个单元中的每个的滚筒与地面接触，且该单元相对于底盘浮动。之所以选择这个方向来进行描述，是因为较之于所有三个切割单元处于切割位置的情况来说，它对稳定性构成更大的风险。取这个方向，可能发生一个切割卷轴位于传输位置的情况，例如，在一个与道路好其它障碍相邻的斜坡上割草时。尽管选择了这个方向来解释，应了解，稳定性上的风险也会发生在其它方向上。

在图3所示的位置，从切割单元的图示方向看，该机的重心（图中的40）偏离该机的中心线。也就是说，处在运输位置的切割卷轴的重量由底盘承担，且产生一个转动力矩。相比之下，处于割草位置的两个切割单元具有的重量基本上由各自的地面滚筒承，从而不会产生任何转动力矩。图3中示出的垂线代表前轮（14）的地面接触的外缘，这是任何翻车都可能发生的边缘。应了解，如图3所示，如果（40）所示的重心移动到垂线（42）的左边（在图中），则该机将失去稳定并翻车。

根据本发明，在左右方向上的超过预定临界值（在该示例中为22）的倾角的监测，可导致相对与斜坡更高水平的切割单元的抬升移动。这个抬升移动不是指将切割单元转到运输位置，而是指足够地抬升该单元的地面滚筒的两端使其脱离地面。然后，抬升的切割单元的重量施加在底盘上且形成转动力矩。该机的重心转移到图4中的位置（44）。随着切割单元相对于底盘正常地浮动，有利于通过驱动液压油缸来控制抬升，也就是说，通过引入限定量的液压油的值到该油缸。限定量的液压油应该是足够的，以将驱动行走滚轴（groundengagingroller）（36）的右手端抬离所有地面接触（图4中的几何尺寸）。

图5示出了优选的控制过程的流程图。

可以看出，在开启任何抬升/降低功能前，受限确定驾驶员是否就位，其次确定是否倾斜角度小于第一阈值（在该示例中为16°）。为了方便起见，相同的阈值应用于测量的前和后坡度以及测量的左和右坡度。在一些情况中，分开的临界值可能是有用的。预确定该第一临界值的方法之一是测量该机的实际稳定性，也就是说，测试在丧失稳定前遇到的最大倾斜角度。第一临界值可选择为最大稳定角度的比例，例如大约50%。

如果驾驶员就位且测量的斜坡角度小于该示例的16°的临界值，则启动控制电磁阀以使选择的单元抬升或降低，且运行刀具控制系统正常地驱动切割滚轴。

如果检测斜坡角度超过了第一临界值，则确定是否需要在第一、第二或第三级采取行动。在一优选的示例中，与第一、第二和第三级相关的角度为：

测量的倾角	最大稳定角度的%	级
			达到15°	达到50%
大于或等于16°		第一
			大于或等于18°		第二
大于或等于22°	超过70%	第三

在第一级，警告子系统开启，但是操作像以前一样进行。第一级警告子系统包括实时坡度阅读，利用的是显示屏的选择的颜色或暂时的变化，或适当的图标。

在第二级，第二级警告子系统开启；这包括视觉显示的不同的颜色或不同的暂时的变化，并还包括适当的声光报警。再者，锁定所有的三个切割单元的抬升、降低和浮动功能。需要指出的是，该锁定与驾驶员没有就位时的锁定是相同的。

在第三级，第三级警告子系统开启，该警告子系统的视觉和/或声音报警是不同的以传达更大的紧迫性给驾驶员。再者，任何运行的刀具停止。抬升、降低和浮动功能继续锁定。然后确定左右方向上的任何斜坡的方向，如图5所示的+X或-X。如图4所示，倾斜的方向的确定进一步确定左和右切割单元的更高的那个，从而驱动与更高的切割单元有关的液压油缸以将更高的切割单元抬离地面。优选地，抬升中央单元，以使得该单元的重量由底盘承担，再一次提供可提高稳定性的力矩。

在适当的情况下，当相关切割单元浮动时，可监测每个抬升臂的位置。然后，可控制与更高的切割单元相关的液压油缸，以通过精确的最低程度地旋转抬升臂而将切割单元全部抬离地面。在另一个设置中，通过监控由底盘承担的每个切割单元的重量的比列，可获得类似的精确度，例如应变计。

在某些实施例中，决定是否抬升特定的装载机将取决于左/右和前/后倾角两者的测量值。例如，在具有两个方向上的大斜坡的地面上，如果前述的将中央和更高的正向单元都抬升不能提高前/后稳定性，则只需仅抬升中央单元或仅抬升更高的正向单元（forward）。

在大型机器中，有五个或更多切割单元，且如果适当，本发明可抬升中央，和两个左边或两个右边单元。

当机器具有其它依赖于斜坡的控制参数（例如，在向下倾斜的地面速度的限制）时，可整合上述控制过程。

尽管已结合割草机描述本发明，应了解，本发明可应用于其它具有地面工作单元的需考虑类似的稳定性的机器。

Claims (13)

1.一种机器，其特征在于，所述机器包括：

具有驱动行走轮的底盘；

至少两个安装于所述底盘上的处于第一方向上的间隔开的位置的地面工作单元，每个工作单元具有驱动行走部件，且相对于所述底盘可从工作位置抬升，在所述工作位置上，各个所述驱动行走部件与地面接触；

用于检测所述底盘在所述第一方向上相对于水平的倾角的倾角仪；以及

用于从所述倾角仪接收倾角值和用于当所述倾角值超过定义的临界值时借助比其它所述工作单元更高水平的倾角来抬升所述工作单元中的一个的控制器；

所述控制器用于将工作单元从工作位置抬升到升高位置，在所述工作位置上，所述工作单元的大部分重量由地面承担，而在所述升高位置上，所述工作单元的大部分重量由所述底盘承担。

2.根据权利要求1所述的机器，其特征在于，所述底盘适用于向前进方向驱动，并使所述第一方向横向所述前进方向。

3.根据权利要求2所述的机器，其特征在于，每个工作单元安装于在所述第一方向上延伸的抬升臂上，所述抬升臂相对于所述底盘围绕在所述前进方向上延伸的轴线旋转。

4.根据权利要求3所述的机器，其特征在于，所述抬升臂相对与所述底盘从工作位置旋转到运输位置，其中所述工作单元在所述工作位置中是基本上水平的，所述工作单元在所述运输位置中是基本上垂直的，所述控制器用于当所述倾角值超过定义的阈值时旋转所述工作单元中的一个的抬升臂到所述工作位置和运输位置之间的稳定升高位置。

5.根据权利要求4所述的机器，其特征在于，由所述工作单元施加在所述底盘上的力矩在所述稳定升高位置大于在所述运输位置。

6.根据权利要求1所述的机器，其特征在于，所述工作单元包括割草单元。

7.根据权利要求6所述的机器，其特征在于，每个割草单元包括与固定刀片协同工作的驱动刀盘。

8.根据权利要求4或5所述的机器，其特征在于，所述机器具有测量的稳定角度，所述稳定角度是所述底盘在所述第一方向相对于水平的最大倾角，在所述最大倾角，所述机器仍保持稳定，所述定义的阈值设置为所述测量的稳定角度的60％到90％的范围。

9.根据权利要求8所述的机器，其特征在于，所述定义的阈值设置为所述测量的稳定角度的70％到80％的范围。

10.一种操作机器的方法，其特征在于，所述机器包括具有驱动行走轮的底盘；至少两个安装于所述底盘上的处于第一方向上的间隔开的位置的地面工作单元，且所述地面工作单元相对于所述底盘可从工作状态抬升；所述方法包括以下步骤：测量所述底盘在所述第一方向上相对于水平的倾角，并根据所述测量的倾角，启动对所述工作单元的有差别地抬升以增加由所述工作单元在旋转方向上施加在所述底盘上的力矩，以提高所述底盘相对于所述倾角的稳定性；有差别地抬升所述工作单元的步骤包括，将工作单元从工作位置抬升到稳定升高位置，在所述工作位置上，所述工作单元的大部分重量由地面承担，而在所述稳定升高位置上，所述工作单元的大部分重量由所述底盘承担。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述工作单元可进一步从所述稳定升高位置抬升到运输位置，可选择所述稳定升高位置以使得由所述工作单元在所述稳定升高位置上施加在所述底盘上的力矩大于在所述运输位置上施加在所述底盘上的力矩。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述方法包括，将所述测量的倾角与预定的倾角阈值进行比较的步骤。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述测量的倾角与多个倾角阈值进行比较和在每个阈值提供明显的视觉和听觉警告的步骤。