CN111713265B - 一种坐骑式割草机翻滚保护系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种坐骑式割草机翻滚保护系统，包括：保护装置、保护触发装置；保护装置包括：竖直设置于割草机底盘两侧的固定杆，固定杆的外侧同向设有套筒杆，套筒杆一侧设有电控状态保持组件，套筒杆内套设有推杆，推杆在伸入套筒杆内的一端设有弹簧，两根推杆顶部之间通过顶部支架连接；保护触发装置设置于割草机上，保护触发装置与电控状态保持组件连接，保护触发装置获取割草机平稳状态，根据平稳状态产生保护信号，电控状态保持组件基于保护信号解除对推杆的固定。本发明具备伸缩特性，所以结构紧凑，安装可靠没有噪音，且较低的高度可以非常轻松地避开树枝等障碍物，使得可以在林地里更方便地进行作业。

Description

一种坐骑式割草机翻滚保护系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及同割草机翻滚保护系统，具体涉及一种坐骑式割草机翻滚保护系统及其工作方法，属于轻型农用设备保护装置技术领域。

背景技术

随着坐骑式割草的机日益普及，割草机的适用范围也变得越来越广，所面临的工作路况也变得越来越复杂，虽然割草机的整体质心相对于其他农用车辆偏低，但是仍有很大的侧翻风险，所以必须安装翻车保护结构，简称(ROPS)。

目前国内已有许多翻车保护结构的相关设计方案，但各自仍存在较大缺陷：

1.申请号为CN201480006444.4的发明专利公布了具有一体式翻车保护结构的驾驶室机架，该结构虽然对驾驶员有较好的包罗性，但是结构过于小巧，无法抑制坡道上出现的连续翻滚，当遇到狭长的坡道时，其连续翻滚状态无法得到有效制止，从而对驾驶员造成进一步损伤。

2.申请号为CN201610521037.8的发明专利公开了一种用于坐骑式割草机自动折叠时翻滚保护装置，其特点是顶部保护杠可以实现旋转折叠，但是该装置设计目的仅仅是为了避开顶部树枝的影响，在安全性方面没有提升，并且该装置所需额外部件控制繁多，使得翻滚过程中危险系数加大，极易对人造成二次损伤。

3.申请号为CN201910953611.0的发明专利公开了一种吸能型的坐骑式割草机翻车保护结构，该设计仅仅将顶部立柱包裹了一层缓冲吸能挡板，具有一定的吸能效果。但是缺点在于该套吸能装置没有折叠功能，且进一步加剧了顶部翻滚保护结构的重量，使得重心整体偏高，从而割草机在斜坡上行驶时的安全性和稳定性进一步降低，加剧了侧翻事故的发生。

而近年来国外也有的相关设计方案，但是也有不足之处：

1.专利号US2009/0095554 A1发明公开了一种涉及敞篷车的侧翻保护装置，该装置虽然具有一定的伸缩功能，但是棘轮棘爪的限位结构使得翻滚过程中无法承受过大冲击力，且缺乏二次保护装置，若棘爪结构一旦脱钩或断裂失效，将对乘客造成不可逆的损伤，所以其安全性有待考证。

2.专利号US2017/0274858 A1发明公开了一种应用于坐骑式割草机的翻滚保护折叠结构，该发明的设计初衷和本发明类似，虽然其翻转折叠结构具备一定的弹性回转，但是实际展开速度以及效率较低，且为固定高度，理论上并不能起很好的抑制连续翻滚作用。

3.专利号US10328883 B2的发明专利发明了一种类似的拖拉机旋转折叠保护结构，设计结构的主要目的是为了避免行驶过程中受树枝的影响，并且该作者也提出之前结构使用中存在较大噪声，所以其仅在人机舒适度方面做出了改进，而并未为进一步考虑所面临的其他安全因素。

从上述发明案例不难看出，虽然大量的农用车辆安装了翻滚保护装置，但是其综合性能仍然参差不齐。传统翻滚保护结构的存在的一个问题，即翻滚保护结构的高度越高，其抑制连续翻滚的性能越好，但正因为其高耸的固定尺寸，使得割草机的整体质心也会相应增高，从而行车稳定性就变差。

所以，必须发明一种既能在正常行驶时保持较低的行车重心，且能有效避开顶部树枝等障碍物，又能在侧翻时有效阻止连续翻滚满足其最重要的侧翻安全性，并且结构简单，造价低廉，通用性好，易制造易装配，且不受使用环境限制的翻滚保护装置。

相比于传统的一些翻滚保护结构，本发明所涉及的自动伸缩的弹射型坐骑式割草机翻车保护系统设计新颖，结构紧凑，自动化程度高，通过判别实时行车状况来控制机构做出弹射动作，在一定程度上解决了翻滚保护结构伸长过高引起的不便利性和伸长量过低导致的侧翻危险性之间的矛盾。而当机构完全展开时，其伸缩长度甚至超越目前翻滚保护结构的设计高度，能够显著抑制车辆发生侧翻后的连续翻滚。并且该结构能够适用类似于割草机的其他轻小型农用车辆，普适性较强。

发明内容

本发明提供了一种坐骑式割草机翻滚保护系统及其工作方法，以解决现有技术中翻滚保护装置伸长高度过高，便利性低；高度过低，保护性降低的技术问题。

本发明提供了一种坐骑式割草机翻滚保护系统，包括：保护装置、保护触发装置；

所述保护装置包括：竖直设置于割草机底盘两侧的固定杆，所述固定杆的外侧同向设有套筒杆，所述套筒杆一侧设有电控状态保持组件，所述套筒杆内套设有推杆，所述推杆在伸入套筒杆内的一端设有弹簧，两根所述推杆顶部之间通过顶部支架连接，当保护装置处于压缩状态时，所述推杆压入所述套筒杆内，所述弹簧处于压缩状态，所述电控状态保持组件将所述推杆固定在所述套筒杆内；当保护装置处于伸展状态时，所述电控状态保持组件解除对所述推杆的固定，所述推杆推出所述套筒杆，所述弹簧处于伸展状态；

所述保护触发装置设置于割草机上，所述保护触发装置与所述电控状态保持组件连接，所述保护触发装置获取割草机平稳状态，根据平稳状态产生保护信号，所述电控状态保持组件基于所述保护信号解除对所述推杆的固定。

进一步地，所述保护触发装置包括：状态采集模块、数据计算模块、自动控制模块；

所述状态采集模块包括：安装在割草机底盘下方两侧的一对角度感应摄像头，安装在割草机两侧车轮轮轴处的正压力传感器；

所述数据计算模块包括：控制面板、集成在控制面板上的数据处理器、数据处理器外围电路；所述角度感应摄像头、正压力传感器采集的数据接入所述数据处理器，所述数据处理器对所获数据进行预处理；

所述自动控制模块包括：集成在所述控制面板上的脉冲信号输出接口、控制器以及安装于所述套筒杆底部外侧的小型电磁铁。

进一步地，所述顶部支架一端与一侧所述推杆的顶端通过两侧夹板定位，所述顶部支架的一端与两侧所述夹板可定位的铰接，所述推杆的顶端与所述夹板固定连接。

进一步地，所述电控状态保持组件包括：竖直铰接在所述套筒杆底部两侧的卡爪，铰接处设有让所述卡爪回弹的小弹簧，当保护装置处于压缩状态时，所述卡爪的卡钩穿入所述套筒杆所述推杆固定在所述套筒杆内，所述卡爪另一端高度与所述小型电磁铁高度相同。

进一步地，所述推杆伸入所述套筒杆内的一端向下延伸有上顶杆，与所述上顶杆相对的从所述套筒杆底部内侧向上延伸的下顶杆，所述弹簧套接在所述上顶杆上。

本发明还提供了上述坐骑式割草机翻滚保护系统的工作方法：

使用前：

先根据实际高度需求调整顶部支架与推杆之间的角度，再将推杆压入套筒杆，最后用卡爪卡住推杆，使推杆固定在所述套筒杆内；

使用时：

角度感应摄像头探测到当前坡面的角度，当当前坡面的角度大于预设角度时，获取车轮轮轴处正压力传感器的压力值，根据压力值结合如下公式计算侧翻临界值，

其中，M-LTR为侧翻临界值，F1为低坡一侧前轮受力，F2为低坡一侧后轮受力，F3为高坡一侧前轮受力，F4为高坡一侧后轮受力，

当侧翻临界值大于预设临界值时，脉冲信号输出接口输出脉冲控制信号，小型电磁铁基于脉冲控制信号得电，小型电磁铁吸附卡爪的尾端，推杆脱钩伸展出套筒杆，实现防侧翻。

进一步地，所述预设角度为35°。

进一步地，所述侧翻临界值的范围为0.95至1。

本发明的有益效果：

本发明能比较良好地适应目前割草机的使用需求。由于该装置具备伸缩特性，所以结构紧凑，安装可靠没有噪音，且较低的高度可以非常轻松地避开树枝等障碍物，使得可以在林地里更方便地进行作业。

本发明根据轮轴传感器所采集的实时数据以及安装在底盘上的一对角度感应摄像头对实时坡度角进行观测，以此作为割草机安全指标的信号输入，通过内置控制面板对所采集数据进行实时计算分析。当坐骑式割草机在平缓的斜坡上工作时，伸缩式翻车保护装置处于收缩状态；当坐骑式割草机在陡坡上工作时且即将发生危险时，自动控制模块对电磁铁发出弹射信号，弹射型翻车保护结构快速弹出到高于临界高度5％的安全高度上，并当翻车保护装置处于该安全高度时设计了自锁装置，以防止割草机发生连续翻滚时斜面的冲击力将伸缩式翻车保护装置缩回。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1为本发明具体实施例的立体视图；

图2为本发明具体实施例的保护装置主视图；

图3为本发明具体实施例的保护装置侧视图；

图4为图2中A处局部剖视图；

图5为本发明具体实施例的主杆套处局部放大图；

图6为图3中C处局部视图；

图7为图3中E处的局部剖视图；

图8为发明具体实施例的套筒杆的侧视图；

图9为发明具体实施例的小弹簧示意图；

图10为发明具体实施例的推杆示意图；

图11为发明具体实施例的的控制面板示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-11所示，本发明实施例提供一种坐骑式割草机翻滚保护系统，包括：保护装置、保护触发装置；

保护装置包括：竖直设置于割草机底盘6两侧的固定杆4，固定杆4的外侧同向设有套筒杆3，固定杆4的两端均套有主杆套41，套筒杆3的侧壁上上下各设有一个筋板33，固定杆4卡入两个筋板33之间，主杆套41通过螺栓与筋板33固定连接，固定杆4与套筒杆3之间通过紧固夹套31进行紧固，套筒杆3包括一侧未封闭的杆体、底板、侧板，套筒杆3装配时，先将侧板沿着杆体未封闭的一侧内的导槽滑入杆体将未封闭的一侧封闭，再装配底板。套筒杆3的杆体底部两侧各竖向铰接一个卡爪9，杆体在卡爪9的卡钩对应的地方开有楔槽36，卡爪9的铰接处设有小弹簧，小弹簧提供回弹力可以使得卡爪9回弹以及抓紧力。套筒杆3内套设有推杆2，推杆2在伸入套筒杆3内的一端向下延伸有上顶杆22，套筒杆3的底板上向上延伸有下顶杆35，上顶杆22和下顶杆35对顶，弹簧21套接在上顶杆22上。推杆2压入套筒杆3时，弹簧21也会套入下顶杆35，防止弹簧21在压缩时产生横向变形，起到轴向定位的目的。推杆2压入套筒杆3时，卡爪9的卡钩穿过楔槽36卡在推杆2上的台阶上，卡爪9在小弹簧、楔槽36、推杆2上的台阶之间的配合保持推杆2压入套筒杆3的状态。顶部支架1一端与一侧推杆2的顶端通过两侧夹板11定位，顶部支架1的一端与两侧夹板11可定位的铰接，推杆2的顶端与夹板11固定连接，顶部支架1可以以铰接点为轴，改变其与推杆2之间的工作角度。推杆2底部两侧设有限位孔23，套筒杆3的顶端相同两侧设有可伸缩限位块34，当推杆2压入套筒杆3的时候，由于推杆2的限制，可伸缩限位块34处于收缩状态，当推杆2处于伸展状态，限位孔23会随推杆2的上升而向上移动，直至移动至可伸缩限位块34处，此时可伸缩限位块34不受推杆2限制伸入限位孔23，从而实现对推杆2伸展高度的限制以及防止在割草机倒下时将推杆2回压。

保护触发装置包括：状态采集模块、数据计算模块、自动控制模块；

状态采集模块包括：安装在割草机底盘6下方两侧的一对角度感应摄像头7，感应范围为0～70°，实现坡度角及障碍物信息的识取，安装在割草机两侧车轮轮轴处的正压力传感器8；

数据计算模块包括：控制面板5、集成在控制面板5上的数据处理器14、数据处理器14外围电路；角度感应摄像头7、正压力传感器8采集的数据接入数据处理器14，数据处理器14对所获数据进行预处理；

自动控制模块包括：集成在控制面板5上的脉冲信号输出接口12、控制器13以及安装于套筒杆3底部外侧的小型电磁铁32。

坐骑式割草机翻滚保护系统的使用和工作方式如下：

根据工作环境的需要的高度，调整顶部支架与推杆之间的角度，来改变整体高度。将推杆压入套筒杆，使弹簧处于压缩状态，用卡爪卡住推杆使其不弹出，此时小型电磁铁处于失电状态。当前部的角度感应摄像头探测到当前坡面的角度≥35°时，开始车轮轮轴处获取正压力传感器的正压力数据，并根据如下公式计算侧翻临界值，

其中，M-LTR为侧翻临界值，F1为低坡一侧前轮受力，F2为低坡一侧后轮受力，F3为高坡一侧前轮受力，F4为高坡一侧后轮受力。通过低坡侧和高坡侧的压力差与总压力的比值来判断侧翻的可能性，正常状态时，所得M-LTR值始终为0到1中的某一值，当M-LTR数值为0.95到1之间的某一常数时，代表车辆处于侧翻临界状态，且即将发生侧翻，此时从输出接口发出脉冲指令，使得小型电磁铁得电，此时小型电磁铁会将卡爪尾端通过磁力强行吸附住，卡爪脱钩后，推杆会因为弹簧的回弹力伸出套筒杆，可伸缩限位块限制推杆伸出高度以及防止推杆回压，推杆弹出后实现侧翻保护。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (3)

1.一种坐骑式割草机翻滚保护系统的工作方法，其中，坐骑式割草机翻滚保护系统包括：保护装置、保护触发装置；

所述保护装置包括：竖直设置于割草机底盘两侧的固定杆，所述固定杆的外侧同向设有套筒杆，所述套筒杆一侧设有电控状态保持组件，所述套筒杆内套设有推杆，所述推杆在伸入套筒杆内的一端设有弹簧，两根所述推杆顶部之间通过顶部支架连接，当保护装置处于压缩状态时，所述推杆压入所述套筒杆内，所述弹簧处于压缩状态，所述电控状态保持组件将所述推杆固定在所述套筒杆内；当保护装置处于伸展状态时，所述电控状态保持组件解除对所述推杆的固定，所述推杆推出所述套筒杆，所述弹簧处于伸展状态；

所述保护触发装置设置于割草机上，所述保护触发装置与所述电控状态保持组件连接，所述保护触发装置获取割草机平稳状态，根据平稳状态产生保护信号，所述电控状态保持组件基于所述保护信号解除对所述推杆的固定；

其中，所述保护触发装置包括：状态采集模块、数据计算模块、自动控制模块；

所述状态采集模块包括：安装在割草机底盘下方两侧的一对角度感应摄像头，安装在割草机两侧车轮轮轴处的正压力传感器；

所述数据计算模块包括：控制面板、集成在控制面板上的数据处理器、数据处理器外围电路；所述角度感应摄像头、正压力传感器采集的数据接入所述数据处理器，所述数据处理器对所获数据进行预处理；

所述自动控制模块包括：集成在所述控制面板上的脉冲信号输出接口、控制器以及安装于所述套筒杆底部外侧的小型电磁铁；

所述电控状态保持组件包括：竖直铰接在所述套筒杆底部两侧的卡爪，铰接处设有让所述卡爪回弹的小弹簧，当保护装置处于压缩状态时，所述卡爪的卡钩穿入所述套筒杆所述推杆固定在所述套筒杆内，所述卡爪另一端高度与所述小型电磁铁高度相同；

所述顶部支架一端与一侧所述推杆的顶端通过两侧夹板定位，所述顶部支架的一端与两侧所述夹板可定位的铰接，所述推杆的顶端与所述夹板固定连接；

所述推杆伸入所述套筒杆内的一端向下延伸有上顶杆，与所述上顶杆相对的从所述套筒杆底部内侧向上延伸的下顶杆，所述弹簧套接在所述上顶杆上；

其特征在于，所述坐骑式割草机翻滚保护系统的工作方法，包括：

使用前：

先根据实际高度需求调整顶部支架与推杆之间的角度，再将推杆压入套筒杆，最后用卡爪卡住推杆，使推杆固定在所述套筒杆内；

使用时：

角度感应摄像头探测到当前坡面的角度，当当前坡面的角度大于预设角度时，获取车轮轮轴处正压力传感器的压力值，根据压力值结合如下公式计算侧翻临界值，

其中，M-LTR为侧翻临界值，F1为低坡一侧前轮受力，F2为低坡一侧后轮受力，F3为高坡一侧前轮受力，F4为高坡一侧后轮受力，

当侧翻临界值大于预设临界值时，脉冲信号输出接口输出脉冲控制信号，小型电磁铁基于脉冲控制信号得电，小型电磁铁吸附卡爪的尾端，推杆脱钩伸展出套筒杆，实现防侧翻。

2.如权利要求1所述的坐骑式割草机翻滚保护系统的工作方法，其特征在于，所述预设角度为35°。

3.如权利要求1所述的坐骑式割草机翻滚保护系统的工作方法，其特征在于，所述侧翻临界值的范围为0.95至1。

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