IT201800002514A1

IT201800002514A1 - Dispositivo di misura del tempo di vita della lama di un tosaerba e relativo tosaerba.

Info

Publication number: IT201800002514A1
Application number: IT201800002514A
Authority: IT
Inventors: Varna Vallone; Vittorio Brovedani
Original assignee: Stiga S P A In Breve Anche St S P A
Priority date: 2018-02-08
Filing date: 2018-02-08
Publication date: 2019-08-08
Also published as: EP3524046B1; EP3524046A1

Description

DESCRIZIONE

dell'invenzione industriale avente per titolo:

“Dispositivo di misura del tempo di vita della lama di un tosaerba e relativo tosaerba.”

La presente invenzione concerne un dispositivo di misura del tempo di vita della lama di un tosaerba ed un relativo tosaerba.

I tosaerba sono equipaggiati con attrezzi per tagliare l’erba, ad esempio lame. E’ noto nello stato della tecnica che la lama è soggetta ad usura, sia nel normale utilizzo, sia specialmente quando viene in contatto con sassi anche voluminosi, rocce o altro, giacché essa viene danneggiata e, poiché non può più tagliare bene l’erba, deve essere sostituita.

Esistono nello stato della tecnica dispositivi che rilevano gli impatti della lama con sassi, rocce o altro e rilevano che la lama è danneggiata.

La domanda di brevetto WO 2016/102145 descrive un trattorino tosaerba robotizzato provvisto di un sensore 162 atto a rilevare il danneggiamento di un attrezzo, ad esempio una lama. Il trattorino tosaerba comprende un dispositivo di controllo 110 che è atto a rilevare se la lama è danneggiata o persa mediante rilevamento di un’irregolarità nell’utilizzo mediante il sensore 162. In particolare il sensore 162 è atto a rilevare se la lama è danneggiata o persa quando le vibrazioni della lama 100 superano una soglia prestabilita.

In vista dello stato della tecnica, scopo della presente invenzione è quello di fornire un dispositivo di misura del tempo di vita della lama di un tosaerba.

In accordo alla presente invenzione, detto scopo viene raggiunto mediante un dispositivo di misura del tempo di vita di una lama di un tosaerba, detto dispositivo comprendendo almeno un primo sensore atto a rilevare gli impatti della lama con sassi o altro, almeno un secondo sensore atto a rilevare i giri di rotazione del motore del tosaerba ed un’unità di controllo, caratterizzato dal fatto che detta unità di controllo comprende primi mezzi configurati per misurare l’intensità dei singoli impatti della lama del tosaerba in risposta ai dati rilevati da detto primo sensore e configurati per misurare la velocità di rotazione della lama in base ai dati rilevati da detto secondo sensore, detta unità di controllo comprendendo secondi mezzi atti a contare le ore di lavoro della lama, detta unità di controllo essendo atta ad elaborare il tempo di vita della lama in funzione delle misure effettuate e di dette ore di lavoro contate della lama.

Grazie alla presente invenzione è possibile fornire un dispositivo di misura del tempo di vita di una lama di un tosaerba che consenta di conoscere sempre lo stato della lama di taglio del tosaerba anche se la lama non ha subito danni da sassi etc.

Preferibilmente l’unità di controllo è atta a determinare l’entità del danno della lama in funzione dell’ampiezza dei picchi del segnale elettrico proveniente dal primo sensore.

Preferibilmente l’almeno un primo sensore è disposto sul telaio del tosaerba e non sulla lama; in tal modo è possibile utilizzare un sensore semplice e poco costoso.

Preferibilmente il dispositivo di misura del tempo di vita della lama comprende un filtro passa alto con una frequenza di taglio fra i 700 Hz ed i 1500 Hz, in particolare fra i 1000 Hz ed i 1500 Hz, per filtrare il segnale elettrico in uscita dall’almeno un primo sensore; in tal modo vengono filtrati il rumore vibrazionale prodotto dai motori a scoppio e del sistema di trasferimento del moto.

Preferibilmente l’unità di controllo del dispositivo di misura del tempo di vita della lama è configurata per emettere un segnale indicativo della necessità di sostituzione della lama quando il tempo di vita della lama è al di sopra di un prestabilito valore di soglia.

Le caratteristiche ed i vantaggi della presente invenzione risulteranno evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di una sua forma di realizzazione pratica, illustrata a titolo di esempio non limitativo negli uniti disegni, in cui:

la figura 1 è uno schema del dispositivo di misura del tempo di vita di una lama di un tosaerba in accordo ad una forma di realizzazione della presente invenzione;

la figura 2 è uno schema di un filtro passa alto del dispositivo di figura 1 ;

la figura 3 a è un grafico del segnale in uscita dal filtro di figura 2;

la figura 3b è una parte ingrandita del grafico di figura 3a;

la figura 4 è un’immagine di un tosaerba comprendente il dispositivo di figura 1; la figura 5 è un’immagine della deformata ottenuta tramite un’analisi ad elementi finiti del telaio portalama del tosaerba di figura 4 alla frequenza di risonanza del telaio;

le figure 6-9 sono grafici riguardanti un esempio di calcolo del tempo di vita di una lama in accordo al dispositivo di misura di figura 1.

La figura 1 è uno schema del dispositivo 1 di misura del tempo di vita di una lama di un tosaerba in accordo ad una forma di realizzazione della presente invenzione.

Il dispositivo 1 comprende almeno un sensore 2, preferibilmente disposto sul telaio del tosaerba, in particolare sul telaio portalama di una lama 10 ed un’unità di controllo 3 con relativa memoria 31 e relativo microprocessore 32. Il sensore 2 è atto a rilevare gli impatti o urti della lama con sassi o altro. Il tosaerba può essere un trattorino tosaerba o un tosaerba spinto a mano.

Preferibilmente il sensore 2 è un sensore piezoelettrico in grado di emettere un segnale elettrico, preferibilmente un segnale di tensione V2, proporzionale alle vibrazioni rilevate dal sensore 2.

L’unità di controllo 3 riceve il segnale elettrico V2 proveniente dal sensore 2 e misura l’intensità dei singoli impatti della lama del tosaerba con ostacoli; le misure evidenziano l’entità del danno arrecato da ogni singolo impatto della lama con un ostacolo. In particolare, l’intensità del singolo impatto o l’entità del danno è proporzionale all’ampiezza del picco del segnale elettrico V2 in uscita dal sensore 2 e l’unità di controllo mediante il microprocessore 32 ed un software apposito misura l’ampiezza del picco del segnale elettrico V2 in uscita dal sensore 2.

Per condurre una misura degli impatti, si considerano le sollecitazioni in frequenza sopra i 1000 Hz, giacché un impatto sollecita tutte le frequenze dello spettro. E’ neccesario rimuovere il rumore vibrazionale del motore a scoppio e del sistema di trasferimento del moto, per poter valutare solo gli impulsi provenienti dagli impatti della lama 10. Per tale motivo è prefewribile costruire un filtro passa alto con frequenza di taglio calibrata per l’applicazione specifica.

Il dispositivo 1 comprende preferibilmente un filtro passa-alto 4 disposto fra l’uscita del sensore 2 e l’ingresso dell’unità di controllo 3. Il filtro passa-alto ha una frequenza di taglio compresa fra i 700 Hz ed i 1500 Hz, in particolare fra i 1000 Hz ed i 1500 Hz, per filtrare il segnale elettrico V2 in uscita dal sensore 2; in tal modo vengono filtrati i rumori prodotti dai motori a scoppio e del sistema di trasferimento del moto propri del tosaerba. Preferibilmente il dispositivo 1 comprende un singolo filtro-passa alto 4 per ogni singolo sensore 2.

Preferibilmente il filtro passa alto 4 è di tipo passivo (composto da soli componenti passivi come resistenze e condensatori) a tre stadi con resistenze e condensatori dimensionati per la specifica frequenza di taglio. I tre stadi del filtro permettono di avere una transizione tra banda passante e banda attenuata il più vicino possibile alla verticale (3 stadi implica una pendenza di - 60 dB/dec nel diagramma di Bode del filtro). Il filtro così progettato risponde alle specifiche imposte dal sistema di riconoscimento dell’impatto con una grande semplicità di realizzazione e bassi costi dei componenti. Nella figura 2 è mostrato un esempio di filtro passa alto 4 a tre stadi con resistenze R (ad esempio di 10 Kohm) e condensatori C (di ad esempio 12nF) atto a filtrare il segnale V2 in uscita da un sensore piezoelettrico per ottenere un segnale filtrato V4. Nelle figure 3a, 3b vengono mostrati i segnali V2 e V4 in ingresso ed in uscita dal filtro passa-alto 4.

Preferibilmente, per determinare la migliore posizione dove installare i sensori 2 sul tosaerba, viene condotta un’analisi ad elementi finiti sul telaio portalama di ciascun tosaerba per determinare le frequenze di risonanza proprie di detti telai ed ottenere le deformate alla determinata frequenza di risonanza. La deformata indica i ventri, cioè le zone del telaio che si deformano di più, in cui disporre il sensore 2.

Nelle figure 4 e 5 vengono mostrati un tosaerba 100 e la deformata del telaio portalama 50 del tosaerba. La deformata di figura 5 è relativa ad una frequenza di risonanza (o propria) della struttura. E’ preferibile considerare un modo proprio di vibrare della struttura ad una frequenza superiore alla frequenza di taglio del filtro in maniera da massimizzare il riconoscimento degli impatti. In particolare quindi si posizioneranno i sensori 2 nei punti di ventre, cioè nei punti che subiscono la maggior deformazione, di un modo proprio del telaio superiore ai 1000 Hz, che in figura sono indicati con 51.

L’unità di controllo 3 comprende anche un contatore 33 atto a contare le ore h di lavoro della lama 10 del tosaerba; il contatore viene azzerato ogni volta che la lama 10 viene sostituita e conta le ore solo quando la lama è in funzione.

Il tosaerba comprende anche un ulteriore sensore 40 atto a rilevare i giri di rotazione del motore del rasaerba; detto sensore, preferibilmengte di tipo induttivo o ad effetto Hall, è normalmente disposto sul motore. Dai giri del motore si ottiene la velocità di rotazione della lama 10.

Nella memoria 31 dell’unità di controllo 3 è immagazzinato ed è in esecuzione un software basato su un algoritmo che permette mediante il microprocessore 32 di misurare la velocita di rotazione della lama stessa (che è inversamente proporzionale al carico che la lama sta elaborando) in funzione dei dati rilevati dal sensore 40, di misurare i singoli impatti subiti dalla lama 10 e la loro ampiezza in funzione dei dati rilevati dall’almeno un sensore 2 (cioè in funzione dell’ampieza del picco del segnel V2, V4 in uscita dal sensore 2, e di elaborare il tempo di vita della lama in funzione di tutte le suddette misure e delle ore di lavoro della lama 10 contate dal contatore 33.

In particolare l’unità di controllo 3 stabilisce per ogni impatto della lama un fattore di vita specifica persa U che è proporzionale alla misura dell’impatto o urto della lama e che preferibilmente si misura in ore.

Vengonono considerati nell’algoritmo l’entità di ogni impatto, se avvengono impatti multipli e nel caso di apparati con più lame viene calcolato il tempo di vita per ogni lama. Il microprocessore 32 calcola il tempo di vita della lama j-esima mediante la seguente formula:

dove

n = numero totale di urti registrati;

p = numero totale di intervalli di tempo Δt ;

Uji = fattore di vita persa in conseguenza dell’urto i-esimo della lama j-esima; Leqj = tempo di vita della lama j-esima;

In particolare si ha che:

- Uji è dato da Ajipeak*c dove Aji_peak è l’intensità dell’urto i-esimo della lama jesima, cioè l’ampiezza del picco del segnale V2 rilevato dal sensore 2 o del segnale Y4 in relazione all’impatto i-esimo della lama j-esimae c è una costante che va da 1 a 15 h/V e che dipende dal tempo massimo di vita della lama, cioè il tempo di vita della lama senza urti, e dal numero di urti di intensità massima che la lama può sopportare; inoltre la costante c serve a convertire i volt registrati in ore di vita equivalente. Ad esempio c=5 se l’intensità dell’urto massima è 4 V, il tempo massimo di vita della lama è di 200 h e la lama può sopportare al massimo 10 urti. In particolare c= Lmax /(Aurto_max*nmax_urti)-200 h/(4 V*10)=5h/V dove Lmax è il tempo massimo di vita della lama, nmaxurti è il numero di urti di intensità massima che la lama può sopportare, Aurto max è l’intensità massima dell’urtoche la lama 10 può sopportare.

- αk fattore adimensionale di danno al momento k-esimo, dipendente dalle condizioni di taglio. Esso è dato da d*[rpm0-rpmcut] dove

- d = l/rpm= va da 1/10 ad 1/200 è una costante che dipende dal modello di lama e di tosaerba;

rpm0 = giri motore con lame innestate che girano a vuoto, senza tagliare l’erba. rpmcut= giri motore durante il taglio dell’erba

L’unità di controllo 3 confronta il tempo di vita lama calcolato con il tempo massimo di vita della lama Lmax di, ad esempio, 100 ore. Quando il tempo di vita lama calcolato raggiunge detto determinato valore Lmax, l’unità di controllo 3 emette un segnale di allarme AL, come ad esempio l’accensione di una spia sul cruscotto del tosaerba, per avvisare l’operatore che la lama va sostituita.

A titolo di esempio di calcolo, viene riportata una tabella riassuntiva degli eventi significativi di un log dati misurati con periodo di campionamento di 1 secondo. Vengono riportati in tabella solo gli istanti in cui avviene un cambiamento rispetto all’istante precedente. Il log dati comincia alle 10:10:00 e finisce alle 10:23:00. Il log dati viene diviso in due parti nella prima si taglia il prato senza che avvengano impatti della lama con ostacoli e nella seconda invece si registrano due impatti.

Si considera che i giri motore a vuoto rpm0 cioè i giri del motore quando la lama 10 è innestata ma gira a vuoto senza tagliare erba siano rpm0=2850.

d=0,02 1/rpm è un dato proprio del modello di macchina e di lama.

Considerando Lmax=100 h, l’ampiezza massima dell’urto che la lama 10 può sopportare Aurto_max<=>5 V ed il numero massimo di urti che la lama 10 può sopportare nmax_urti=20 si ha:

C= Lmax /(Aurto_max*nmax_urti)=100 h/(5 V*20)=1 h/V => c=1 h/V (oppure c=3600 s/V)

In questo caso Δt= 1 s quindi convertito in ore Δt = 0,000277778 h ciò perché c e Δt devono essere concordi cioè espressi entrambi in ore oppure in secondi. Per semplicità di comprensione vengono preferite le ore.

Il tempo di vita della lama Leq = A*c (rpm0 - rpm)*d * Δt viene calcolato ogni secondo e questa misura viene sommata ad Leq dell’istante precedente. Iterando il metodo, il valore di Leq all’istante n-esimo diventa la cumulata/sommatoria di tutti gli Leq calcolati al singolo istante di campionamento.

Tempo rpm A [V] Leq [h] Evento

10:10:00 2850 0 0 Innesto lame, le lame girano senza carico. La lama è nuova

10:10:52 2800 0 0,0003 Inizio taglio con erba poco fitta

10:18:10 2700 0 0,1225 Inizio taglio con erba più fitta

10:20:36 2700 3 3,2442 Impatto di media entità alla lama

10:21:33 2800 0 3,2911 Inizio taglio con erba poco fitta

10:22:13 2800 5 8,3022 Impatto di grave entità alla lama

10:23:00 0 0 8,3308 Fine taglio

Considerando la formula generale, il tempo di vita della lama j-esima all’istante nesimo, quindi dopo n campioni acquisiti con periodo

Leq è una misura della vita consumata della lama è quindi indice della qualità dello stato di affilatura della stessa. I danni ed il consumo si vanno a sommare ad ogni misura risulta quindi un modello iterativo del tipo: Leq(kΔt)= Leqk= Leq+ Leqk-1.

Nei grafici delle figure 6-7, relativi alla prima parte della tabella, si evince come al calare dei giri del motore durante il taglio dell’erba, cioè al crescere del carico dell’erba, la pendenza del tempo di vita Leq sale. Erba più fitta consuma più tempo di vita della lama. Nei grafici elle figure 8-9 relativi alla seconda parte della tabella, si evince come all’impatto con pietre di diverse dimensioni, e quindi diversa ampiezza misurata in volt del picco del segnale V4, si consumano ore di tempo di vita della lama.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di misura del tempo di vita di una lama (10) di un tosaerba, detto dispositivo comprendendo almeno un primo sensore (2) atto a rilevare gli impatti della lama con sassi o altro, almeno un secondo sensore (40) atto a rilevare i giri di rotazione del motore del tosaerba ed un’unità di controllo (3), caratterizzato dal fatto che detta unità di controllo comprende primi mezzi (31, 32) configurati per misurare l’intensità dei singoli impatti della lama del tosaerba in risposta ai dati rilevati da detto primo sensore e configurati per misurare la velocità di rotazione della lama in base ai dati rilevati da detto secondo sensore, detta unità di controllo comprendendo secondi mezzi (33) atti a contare le ore di lavoro della lama, detta unità di controllo essendo atta ad elaborare il tempo di vita della lama in funzione delle misure effettuate e di dette ore di lavoro contate della lama.
2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il tempo di vita della lama j -esima del tosaerba è calcolato in accordo a detta formula Leq j= dove: n = numero totale di urti misurati; p = numero totale di intervalli di tempo Δt ; Leqj = tempo di vita della lama j -esima; - αk fattore adimensionale di danno al momento k-esimo, dipendente dalle condizioni di taglio ; Uji = fattore di vita persa in conseguenza dell’urto i-esimo della lama j-esima che è dato da Aji_peak*c dove Aji_peak è l’intensitàdell’urto i-esimo della lama j-esima e c’è una costante che dipende dal tempo massimo di vita della lama e dal numero di urti di intensità massima che la lama può sopportare.
3. Dispositivo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che la costante c è data da c= Lmax /(Aurto_max*n max_urti) dove Lmax è il tempo massimo di vita della lama, nmax_urti è il numero di urti di intensità massima che la lama può sopportare, Aurto_max è l’intensità massima dell’urtoche la lama 10 può sopportare.
4. Dispositivo secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che il fattore adimensionale di danno al momento k-esimo, αk è dato da d*[rpm0-rpmcut] dove: d = l/rpm= va da 1/10 ad 1/200 è una costante che dipende dal modello di lama e di tosaerba; rpm0= giri motore con lame innestate che girano a vuoto; rpmcut= giri motore durante il taglio dell’erba al momento k-esimo.
5. Dispositivo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un filtro passa-alto (4) atto a filtrare i dati (V2) rilevati da detto almeno un primo sensore (2) ed ad emettere un segnale di dati filtrato (V4) in ingresso a detti primi mezzi (32).
6. Dispositivo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che ogni singola misura dell’intensità dell’impatto della lama con sassi o altro dipende dall’ampiezza del picco del segnale (V2) dei dati proveniente dall’ almeno un primo sensore o del segnale di dati filtrato.
7. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto almeno un primo sensore è un sensore piezoelettrico.
8. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta unità di controllo (3) è configurata per emettere un segnale di allarme (AL) se il tempo di vita della lama (Leq) raggiunge il tempo massimo di vita della lama (Lmax).
9. Tosaerba caratterizzato dal fatto di comprendere un dispositivo di misura del tempo di vita dell’almeno una lama (10) del tosaerba come definito in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti.
10. Tosaerba secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che detto almeno un primo sensore è disposto sull’ almeno un ventre (51) della deformata del telaio portalama (50) del tosaerba.