CN107896540B - 一种微耕机安全控制系统以及微耕机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微耕机安全控制系统，包括相连接的控制器、机体运行检测装置、发动机熄火电路，所述机体运行检测装置用于检测微耕机机体运行数据，所述控制器用于读取所述机体运行数据并控制所述发动机熄火电路。本发明还提供了一种配置有上述安全控制系统的微耕机。本发明能够提高微耕机作业的安全性。

Description

一种微耕机安全控制系统以及微耕机

技术领域

本发明属于机械安全技术领域，特别涉及一种微耕机安全控制系统以及微耕机。

背景技术

微耕机可以在丘陵、山地、温室、果园、茶园等传统拖拉机难以进入的地方从事旋耕、除草、起垄等作业，相比于传统拖拉机，其价格低廉，灵活性强，在我国普及面较广，市场前景依然广阔。但是，微耕机旋耕刀伤人事故也屡屡发生，其安全问题亟待解决。目前，市场上使用的微耕机安全控制系统主要为反离合，该系统通过在微耕机扶手上安装离合器把手，在微耕机工作过程中，当离合把手松开后微耕机即停止行走。这种安全控制系统虽然实现了微耕机松手即停，但正常作业时操作者需要一直紧握离合器把手，较容易产生手部疲劳，加之很多人在事故发生的第一时间内，其本能操作不是松开把手，而是紧握把手试图掌控机器姿态，反而导致反离合失效。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种微耕机安全控制系统以及微耕机，提高微耕机作业的安全性。

为解决上述技术问题，本发明微耕机安全控制系统所采用的技术方案是：

一种微耕机安全控制系统，包括相连接的控制器、机体运行检测装置、发动机熄火电路，所述机体运行检测装置用于检测微耕机机体运行数据，所述控制器用于读取所述机体运行数据并控制所述发动机熄火电路。

在上述技术方案中，机体运行检测装置检测微耕机作业时的机体运行数据，当微耕机机体运行异常而有可能发生意外状况或者危及人身安全时，控制器即控制发动机熄火电路工作使发送机熄火，从而能够彻底切断微耕机动力，有效保障操作者的人身安全，提高微耕机作业安全性以及安全控制的自动化和智能化。另外，还可以根据需要(例如地形因素、挡位因素)通过控制器进行机体运行异常判定标准的调整，从而体现了本安全控制系统的灵活性。本技术方案结构简洁，应用成本低，适用于各类微耕机。

作为改进，所述机体运行检测装置为陀螺加速度传感器和/或倾角传感器，能够进行包括姿态角、角速度和加速度在内的多种姿态检测，结构简洁，安装使用方便，灵敏度高，可靠性强，能够实现更加全面多样的安全保障。

作为改进，该微耕机安全控制系统还包括挡位状态检测装置以及发动机状态检测装置，所述挡位状态检测装置、发动机状态检测装置与所述控制器连接，所述挡位状态检测装置用于挡位检测，所述发动机状态检测装置用于发动机状态检测，包括转速检测，所述控制器还用于读取挡位检测信息和转速检测信息。

一开始发动机熄火电路处于不工作状态，一旦发动机状态检测装置实时检测到发动机开始转动，挡位状态检测装置即开始实时检测微耕机的挡位数据(即挡位状态)，发动机状态检测装置继续实时检测发动机转速数据，控制器实时读取挡位状态检测装置和发动机状态检测装置的检测数据。在发动机转速达到最低设定转速的情况前，一旦检测到挡位不处于空挡状态，则控制器控制发动机熄火电路工作使发动机熄火。在发动机首次达到最低设定转速后、再次重新启动前，无论挡位是否处于空挡，控制器都不会控制发动机熄火电路使发动机熄火，发动机可正常工作，不因作业过程中的正常换挡(个别挡位在切换过程中需经过空挡位置)而不合理熄火。采用本技术方案，能够将微耕机发动机限制为空挡启动，若微耕机发动机未在空挡启动，则停止发动机转动，从而能够彻底切断微耕机动力，有效保障操作者的人身安全，并且具有自动化和智能化特点。

作为改进，所述挡位状态检测装置包括传感器与感应体，所述感应体用于当换挡至空挡位置时触发所述传感器。利用传感器与感应体进行挡位检测，结构简洁，安装使用方便，且利用感应体与传感器之间的触发作用具有灵敏度高、可靠性强的特点，适用于各种换挡形式下的挡位检测。

作为改进，所述发动机熄火电路包括用于短路熄火开关的熄火旁路，所述熄火旁路上设置有受所述控制器控制的旁路开关。一方面控制器能够根据设定条件来控制旁路开关接通熄火旁路，从而实现对熄火开关的短路，使发动机熄火停机，实现本安全控制系统的安全控制作用，另一方面也可以随时通过闭合现有的微耕机熄火开关来灵活关停发动机，因而本安全控制系统的熄火旁路与现有的微耕机熄火开关不冲突，两者可独立发挥作用，既能够体现本安全控制系统的自动化和智能化，又不影响现有熄火开关的自由操作以及可靠性。

本发明还提供了一种配置有上述安全控制系统的微耕机，其能够实现自身作业过程中的机体运行监测以及空挡启动，并能够在机体运行异常以及非空挡启动时切断微耕机动力，从而有效保障操作者的人身安全，提高微耕机作业安全性以及安全控制的自动化和智能化。

综上，本发明的安全控制系统能够多方面提高微耕机工作安全性，具有自动化、智能化和灵活性特点。本发明结构简洁，安装使用方便，应用成本低，安全控制灵敏可靠，对于市场上现有的各类微耕机，包括直连微耕机(发动机动力直接传递给变速箱)与皮带传动微耕机(发动机动力通过皮带传递给变速箱)等均适用。

附图说明

图1是本发明第一种实施方式的工作示意图。

图2是本发明第二种实施方式的工作示意图。

图3是本发明第二种实施方式中挡位状态检测装置在全齿轮传动变速箱上的应用示意图。

图4是本发明第二种实施方式中挡位状态检测装置在链条传动变速箱上的应用示意图。

图5是本发明第四种实施方式中的发动机熄火电路示意图。

图中：1，机体运行检测装置；2，控制器；3，发动机熄火电路；4，挡位状态检测装置；5，发动机状态检测装置；6/12，连杆；7，连杆头；8/13，换挡轴；9，凸台；10/14，小孔；11/15，霍尔传感器，16，熄火开关；17，旁路开关；18，继电器线圈。

具体实施方式

图1示出了本发明的第一种实施方式。在本实施方式中，该微耕机安全控制系统包括控制器2、机体运行检测装置1、发动机熄火电路3，机体运行检测装置1、发动机熄火电路3分别与控制器2连接。机体运行检测装置1用于检测微耕机机体运行数据，机体运行检测装置1包括机体运行传感器，可以选用陀螺加速度传感器或倾角传感器或者结合使用。控制器2用于读取机体运行检测装置1的机体运行数据并控制发动机熄火电路3，发动机熄火电路3是否工作受控制器2控制。机体运行传感器安装于微耕机的合适位置，例如微耕机的非旋转部件上或者插接或焊接在控制器2上。机体运行传感器、控制器2以及发动机熄火电路3之间通过合适方式进行连接，例如可以采用线路连接，也可以采用无线通讯连接。

在本实施方式中，通过机体运行传感器实时检测微耕机的包括各轴姿态角、角速度、加速度在内的多种机体运行状态数据，并由控制器2实时读取这些机体运行状态数据。一旦控制器2根据这些机体运行状态信息判定微耕机机体运行异常，则由控制器2控制发动机熄火电路3工作使发动机熄火。例如：当微耕机工作于坡度较大的斜坡时，一旦其侧倾角或俯仰角达到或者超出控制器2预设标准，则控制器2控制发动机熄火电路3工作使发动机熄火，从而防止微耕机发生侧翻以及其他可能对人员构成伤害的情况；当微耕机倒退时，如果微耕机的俯仰角或俯仰角速度达到或者超出控制器2预设标准，则控制器2控制发动机熄火电路3工作使发动机熄火，防止发生将操作者向后推倒以及其他可能对人员构成伤害的情况。

通过本实施方式中的安全控制系统能够自动识别微耕机作业中的危险因素或者危险事件并紧急关停发动机，彻底切断微耕机动力，从而保障操作者人身安全，提高微耕机作业安全性以及安全控制的自动化和智能化。另外，还可以根据需要(例如地形因素、挡位因素)通过控制器2进行机体运行异常判定预设标准的调整，将从而体现了本安全控制系统的灵活性。

本安全控制系统中的控制器2等部件需要供电为公知常识，对于电启动的发动机，控制器2等部件的供电电源可使用发动机电启动电瓶。对于非电启动的发动机，控制器2等部件可以单独配备电源，这些可以利用现有技术实现。

图2示出了本发明的第二种实施方式，其是在第一种实施方式的基础上，该微耕机安全控制系统还包括挡位状态检测装置4以及发动机状态检测装置5，挡位状态检测装置4、发动机状态检测装置5与控制器2连接，挡位状态检测装置4用于挡位检测，发动机状态检测装置5用于发动机状态检测，包括转速检测，控制器2还用于读取挡位检测信息和转速检测信息。挡位状态检测装置4、发动机状态检测装置5与控制器2之间采用合适方式连接，例如可以采用线路连接，也可以采用无线通讯连接。

在本实施方式中，除了可以实现第一种实施方式的内容外，还可以按照如下方式工作：

一开始发动机未启动前，发动机熄火电路3处于不工作状态。一旦发动机状态检测装置5实时检测到发动机开始转动(发动机的启动方式不限定)，挡位状态检测装置4即开始实时检测微耕机的挡位数据(即挡位状态)，发动机状态检测装置5继续实时检测发动机转速数据，控制器2实时读取挡位状态检测装置4和发动机状态检测装置5的检测数据。在发动机转速达到最低设定转速(即怠速，依据具体的发动机类型确定)前，一旦检测到挡位不处于空挡状态，则控制器2控制发动机熄火电路3工作使发动机熄火。在发动机转速首次达到最低设定转速后、再次重新启动前，无论挡位是否处于空挡，控制器2都不会控制发动机熄火电路3工作使发动机熄火，不因作业过程中的正常换挡(个别挡位在切换过程中需经过空挡位置)而不合理熄火。控制器2控制发动机熄火电路3工作使发动机熄火后，便再控制发动机熄火电路3返回不工作状态。无论因何原因导致发动机停转，一旦发动机再次重新启动，该安全控制系统仍然按照上述方式工作。

发动机熄火电路3与现有的机器熄火开关可以独立运行，发动机熄火电路3是否工作不影响现有的机器熄火开关的使用。

该微耕机安全控制系统除了机体状态检测，还能够将微耕机发动机限制为空挡启动，若微耕机发动机未在空挡启动，则直接熄火发动机使其停止转动，从而能够彻底切断微耕机动力，有效保障操作者的人身安全，并且具有自动化和智能化特点。

图3和图4示出了本发明的第三种实施方式。其是在第二种实施方式的基础上，本实施方式中的挡位状态检测装置4包括感应体以及固定于微耕机变速箱上的霍尔传感器11。当变速箱换挡轴8通过旋转方式换挡时，例如图3所示的全齿轮传动变速箱，则在与换挡轴8连接的连杆6的连杆头7上设置一个凸台9或小孔10作为感应体，使得换挡轴8旋转至空挡位置时，该连杆头7上的凸台9或小孔10能够正对固定于变速箱上的霍尔传感器11的感应端，从而使霍尔传感器11的输出电平发生反转，进而输出其空挡特有的电平信号，如图3(a)(b)(c)所示。当变速箱换挡轴通过滑移方式换挡时，例如图4所示的链条传动变速箱，在与连杆12连接的换挡轴13上设置一个小孔14作为感应体，使得换挡轴13滑移至空挡位置时，该换挡轴13的小孔14能够正对固定于变速箱上的霍尔传感器15的感应端，从而使霍尔传感器15的输出电平发生反转，进而输出其空挡特有的电平信号，如图4(a)(b)所示。

采用上述挡位检测结构，在实现挡位检测的基础上，不会对现有的挡位结构产生影响，同时上述挡位检测结构实现方便、应用成本低，能够实现高灵敏度和可靠性的挡位检测，对现有的挡位结构普遍适用。

本实施方式中的发动机状态检测装置5则为固定于发动机上的霍尔传感器，其探头正对于与发动机曲轴同步运动的测速齿轮端面，从而进行发动机转速测量，该方案为发动机转速测量的常用技术。

本实施方式中的控制器2固定于微耕机的合适位置，例如微耕机的非旋转部件上，更进一步的，可以固定于发动机前端机架上。

同第二种实施方式，本实施方式中的控制器2、挡位状态检测装置4、发动机状态检测装置5之间采用合适方式连接。

本实施方式的工作过程以及运行原理仍然同第二种实施方式。

本实施方式中的感应体还可以采用其他合适方式。

图5示出了本发明的第四种实施方式，其是在第一或第二或第三种实施方式的基础上，本实施方式中的发动机熄火电路3包括用于短路熄火开关16的熄火旁路，熄火旁路上设置有受控制器2控制的旁路开关17。在本实施方式中，使用继电器作为旁路开关17。继电器可以选用常开型或者常闭型。对于常开型继电器，大部分时间处于断开状态，因此常开型继电器比较省电，特别适用于非电启动、需要单独为控制器2、继电器等配备电源的微耕机。

继电器采用合适方式与控制器2连接，一方面控制器2能够根据设定条件使继电器线圈18通电接通熄火旁路(常开型继电器)或者使继电器线圈断电接通熄火旁路(常闭型继电器)，从而实现对熄火开关16的短路，使发动机熄火停机，实现本安全控制系统的安全控制作用，另一方面也可以随时通过闭合现有的微耕机熄火开关16来灵活关停发动机，因而本安全控制系统的熄火旁路与现有的微耕机熄火开关16不冲突，两者可独立发挥作用，既能够体现本安全控制系统的自动化和智能化，又不影响现有熄火开关16的自由操作以及可靠性。

旁路开关17还可以根据需要采用其他合适形式，例如采用受控制器2控制的机械开关结构。

在本发明的第五种实施方式中，提供了一种配置了安全控制系统的微耕机，安全控制系统采用第一至第四种实施方式或者第一至第四种实施方式的结合。本实施方式中的微耕机能够实现自身作业过程中的机体运行监测以及空挡启动，并能够在机体运行异常以及非空挡启动时切断微耕机动力，从而有效保障操作者的人身安全，提高微耕机作业安全性以及安全控制的自动化和智能化。

上述各种实施方式可以结合使用。

上述各实施方式中的安全控制系统与现有的微耕机反离合可以并行，即使在出现危险因素或者事故时，离合器把手没有被松开，但由于该微耕机安全控制系统的自动化和智能化特点，仍然可以自动实现微耕机发动机的停火。

上面结合附图和具体实施方式对本发明进行了进一步的说明，但本发明并不限于上述具体实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (4)

1.一种微耕机安全控制系统，其特征在于：包括相连接的控制器、机体运行检测装置、发动机熄火电路，所述机体运行检测装置用于检测微耕机机体运行数据，机体运行检测装置通过机体运行传感器实时检测微耕机的包括各轴姿态角、角速度、加速度在内的多种机体运行状态数据；

所述控制器用于读取所述机体运行数据并控制所述发动机熄火电路，当判定微耕机机体运行异常时，由控制器控制发动机熄火电路工作使发动机熄火；

还包括挡位状态检测装置以及发动机状态检测装置，所述挡位状态检测装置、发动机状态检测装置与所述控制器连接，所述挡位状态检测装置用于挡位检测，所述发动机状态检测装置用于发动机状态检测，包括转速检测，所述控制器还用于读取挡位检测信息和转速检测信息；

在发动机转速达到最低设定转速前，一旦检测到挡位不处于空挡状态，则控制器控制发动机熄火电路工作使发动机熄火；在发动机转速首次达到最低设定转速后、再次重新启动前，无论挡位是否处于空挡，控制器都不会控制发动机熄火电路工作使发动机熄火，不因作业过程中的正常换挡而不合理熄火；

所述挡位状态检测装置包括传感器与感应体，所述感应体用于当换挡至空挡位置时触发所述传感器；

当变速箱换挡轴通过旋转方式换挡时，在与换挡轴连接的连杆的连杆头上设置一个凸台或小孔作为感应体；

当变速箱换挡轴通过滑移方式换挡时，在与连杆连接的换挡轴上设置一个小孔作为感应体。

2.根据权利要求1所述的一种微耕机安全控制系统，其特征在于：所述机体运行检测装置为陀螺加速度传感器和/或倾角传感器。

3.根据权利要求1所述的一种微耕机安全控制系统，其特征在于：所述发动机熄火电路包括用于短路熄火开关的熄火旁路，所述熄火旁路上设置有受所述控制器控制的旁路开关。

4.一种配置有权利要求 1 至3 中任一项所述的安全控制系统的微耕机。