以鉛酸電池為動(dòng)力的騎乘式割草機(jī)刀片制動(dòng)時(shí)間檢測方法探析

謝小軍

（ 江蘇蘇美達(dá)五金工具有限公司，江蘇 南京 201032 ）

0 引言

騎乘式割草機(jī)作為一種可以單人駕駛的小型機(jī)械設(shè)備，適用于草坪修理、植被修整等作業(yè)場所。受環(huán)境特殊性和作業(yè)地形的復(fù)雜性影響，用戶在實(shí)際使用過程中可能需要立即停止刀片旋轉(zhuǎn)，若高速運(yùn)轉(zhuǎn)的刀片無法在時(shí)間限值內(nèi)停止，或可對用戶及機(jī)器周圍的人員造成人身傷害。該類產(chǎn)品的刀片制動(dòng)時(shí)間和刀片停止機(jī)構(gòu)疲勞壽命的可靠性是制造商、用戶、檢測機(jī)構(gòu)重點(diǎn)關(guān)注的檢測項(xiàng)目。本文針對出口美國市場的以鉛酸電池為動(dòng)力的騎乘式割草機(jī)刀片制動(dòng)時(shí)間檢測方法、檢測限值、檢測設(shè)備等方面進(jìn)行介紹。

1 概述

刀片制動(dòng)時(shí)間是割草機(jī)安全標(biāo)準(zhǔn)中非常重要的一項(xiàng)試驗(yàn)，其目的是防止在實(shí)際使用過程中，因刀片制動(dòng)時(shí)間過長或刀片停止功能失效而引發(fā)的人身傷害風(fēng)險(xiǎn)。一般而言，制造商在設(shè)計(jì)該類產(chǎn)品之初，就已經(jīng)充分考慮銷往美國市場的產(chǎn)品需滿足ANSI/OPEI B71.1-2017標(biāo)準(zhǔn)中條款23.2的要求，在進(jìn)入銷售地實(shí)現(xiàn)銷售之前，制造商應(yīng)取得第三方檢測機(jī)構(gòu)出具的認(rèn)可證書。

2 標(biāo)準(zhǔn)要求

騎乘式割草機(jī)應(yīng)提供刀片控制裝置實(shí)現(xiàn)刀片制動(dòng)，刀片從制造商規(guī)定的轉(zhuǎn)速到停止運(yùn)轉(zhuǎn)所需的時(shí)間不超過5 s。刀片制動(dòng)時(shí)間測試應(yīng)在刀片切割高度調(diào)節(jié)到最高和最低兩個(gè)極限位置下分別進(jìn)行測試。

測試開始前，騎乘式割草機(jī)應(yīng)根據(jù)制造商提供的說明書進(jìn)行調(diào)節(jié)。騎乘式割草機(jī)應(yīng)先運(yùn)行15 min，在此期間，應(yīng)完成10次刀片起動(dòng)/停止控制裝置的操作。

騎乘式割草機(jī)通過刀片控制開關(guān)控制的，還應(yīng)進(jìn)行5 000次起動(dòng)/停止循環(huán)試驗(yàn)，刀片的制動(dòng)時(shí)間應(yīng)小于或等于5 s。用于刀片起動(dòng)/停止循環(huán)的控制裝置由制造商自行指定。刀片每個(gè)起動(dòng)/停止循環(huán)應(yīng)包括：

a) 刀片加速到制造商規(guī)定的最大轉(zhuǎn)速；

b) 啟動(dòng)刀片停止裝置（刀片控制控制或操作者在場控制器）；

c) 足夠的時(shí)間使刀片減速至靜止?fàn)顟B(tài)；

d) 起動(dòng)/停止循環(huán)之間允許有足夠的時(shí)間，以防止損壞電機(jī)和刀片停止裝置。

操作者通過停止電機(jī)使刀片停止不需要進(jìn)行5 000次起動(dòng)/停止循環(huán)試驗(yàn)。其他操作刀片驅(qū)動(dòng)的控制裝置需要該項(xiàng)試驗(yàn)要求[1-3]。

3 檢測設(shè)備

檢測設(shè)備依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求定制開發(fā)，包括多重功能模塊：刀片控制裝置控制的制動(dòng)時(shí)間和耐久性檢測模塊；OPC控制裝置控制（座椅開關(guān)控制）的制動(dòng)時(shí)間和耐久性檢測模塊；踏板控制后輪剎車距離和耐久性檢測模塊、后輪兩輪獨(dú)立加載耐久性檢測模塊。測試數(shù)據(jù)記錄可下載保存為電子文檔查看。

1）刀片控制裝置控制的制動(dòng)時(shí)間&耐久性檢測模塊

此模塊是模擬用戶在騎乘式割草機(jī)實(shí)際運(yùn)行過程中，通過操動(dòng)按下/提起刀片控制裝置來實(shí)現(xiàn)刀片的運(yùn)行/停止，檢測刀片初始制動(dòng)時(shí)間以及5 000次疲勞壽命后的刀片制動(dòng)時(shí)間是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。設(shè)備通過使用機(jī)械手操動(dòng)騎乘式割草機(jī)制造商指定的刀片控制裝置以實(shí)現(xiàn)刀片的起動(dòng)/停止。

模塊可依據(jù)制造商和標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)置刀片運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間、制動(dòng)時(shí)間、測試總循環(huán)數(shù)、刀片制動(dòng)時(shí)間限值、刀片數(shù)量、光電時(shí)間傳感器數(shù)量等參數(shù)。檢測過程中實(shí)時(shí)采集刀片運(yùn)轉(zhuǎn)速度、刀片制動(dòng)時(shí)間（其中，前5次刀片時(shí)間保留在屏幕上，后5次刀片時(shí)間實(shí)時(shí)更新）、刀片制動(dòng)時(shí)間超限次數(shù)和報(bào)警警示等。所有操作均可通過觸摸屏實(shí)現(xiàn)，檢測數(shù)據(jù)可自動(dòng)存儲(chǔ)至存儲(chǔ)區(qū)，便于導(dǎo)出后分析和判斷檢測結(jié)果正確性。

刀片控制裝置控制的制動(dòng)時(shí)間和耐久性檢測模塊設(shè)置界面如圖1所示。

圖1 刀片控制裝置控制的制動(dòng)時(shí)間和耐久性檢測模塊設(shè)置界面

2）OPC控制裝置控制（座椅開關(guān)控制）的制動(dòng)時(shí)間和耐久性檢測模塊

實(shí)際運(yùn)行過程中，操作者離開座椅后電機(jī)即刻停止工作，刀片隨即停止運(yùn)轉(zhuǎn)以避免未知傷害。

此模塊通過提起與放下重塊（91 kg）模擬操作者站起或坐下，通過座椅開關(guān)的斷開和閉合控制電機(jī)和刀片動(dòng)作。同時(shí)。通過刀片制動(dòng)時(shí)間檢測裝置檢測刀片初始制動(dòng)時(shí)間以及5000次疲勞壽命后是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

檢測前依據(jù)制造商和標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)定91kg重塊提起與放下的時(shí)間，系統(tǒng)界面如圖2所示。

圖2 OPC控制裝置控制（座椅開關(guān)控制）的制動(dòng)時(shí)間和耐久性檢測模塊設(shè)置界面

3）數(shù)據(jù)記錄

刀片啟停次數(shù)和制動(dòng)時(shí)間限值可自由設(shè)置，測試數(shù)據(jù)記錄可下載查看。觸摸屏操作界面簡單方便。

4）檢測設(shè)備硬件要求

a) 用于測量刀片轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速表準(zhǔn)確度為讀數(shù)值的±2.5%；

b) 用于計(jì)時(shí)的自動(dòng)計(jì)時(shí)器準(zhǔn)確度為最大允許制動(dòng)時(shí)間的±2.5%；

c) 試驗(yàn)應(yīng)在15 ℃～35 ℃的環(huán)境溫度中進(jìn)行。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

4.1 額定參數(shù)

額定工作電壓：48Vdc（鉛酸電池）

額定刀片轉(zhuǎn)速：3 200min-1

額定切割直徑：96cm

割草機(jī)刀片起動(dòng)/停止控制方式以通過刀片控制開關(guān)控制。

割草機(jī)提供OPC控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)刀片停止運(yùn)轉(zhuǎn)的安全功能（割草機(jī)座椅下安裝斷路器，操作人員離開座椅后，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)）

4.2 檢測方法

a) 通過機(jī)械手操作刀片控制開關(guān)，實(shí)現(xiàn)操控割草機(jī)刀片起動(dòng)/停止，檢測刀片制動(dòng)時(shí)間以及刀片停止機(jī)構(gòu)5 000次耐久性；

b) 通過起吊裝置提起/放下91kg重塊操控割草機(jī)座椅上的開關(guān)，實(shí)現(xiàn)割草機(jī)刀片起動(dòng)/停止，檢測刀片制動(dòng)時(shí)間。

樣機(jī)為雙刀片割草機(jī)，需要在上述不同的狀態(tài)下對每個(gè)刀片的起動(dòng)/制動(dòng)時(shí)間和5000次耐久性進(jìn)行符合性檢測。試驗(yàn)以100s運(yùn)行，20s休息作為1個(gè)工作循環(huán)，運(yùn)行5 000個(gè)循環(huán)，運(yùn)行時(shí)間需166.7 h，完成2個(gè)狀態(tài)的檢測共需333.4 h。

騎乘式割草機(jī)刀片制動(dòng)時(shí)間（刀片控制開關(guān)）見表1，騎乘式割草機(jī)刀片制動(dòng)時(shí)間（OPC控制）見表2，停止時(shí)間曲線如圖3所示。

表1 騎乘式割草機(jī)刀片制動(dòng)時(shí)間（刀片控制開關(guān)）

表2 騎乘式割草機(jī)刀片制動(dòng)時(shí)間（OPC控制）

圖3 停止時(shí)間曲線

座椅開關(guān)控制刀片制動(dòng)時(shí)間測試過程中，當(dāng)91kg重塊落下閉合座椅開關(guān)后，割草機(jī)的刀片是無法恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)的，必須通過機(jī)械手操動(dòng)刀片控制開關(guān)按鈕，方可運(yùn)轉(zhuǎn)刀片。設(shè)定此功能也是為了滿足刀片完全停止后，應(yīng)通過操作者座椅控制以外的其他操控再次啟動(dòng)刀片的標(biāo)準(zhǔn)要求。

通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)可見操動(dòng)OPC得到刀片的制動(dòng)時(shí)間大于操動(dòng)刀片控制開關(guān)得到的刀片制動(dòng)時(shí)間，這是為防止操作人員非主動(dòng)離開座椅造成刀片停止的誤判，故該樣機(jī)設(shè)定了當(dāng)座椅開關(guān)斷開后，斷路器延遲2 s后啟動(dòng)刀片停止裝置。此功能是為了滿足操作人員離開座椅，刀片未完全停止前回到座位，刀片可自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)要求。

由試驗(yàn)可知，被測樣機(jī)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，制動(dòng)時(shí)間小于5 s。

5 結(jié)語

隨著騎乘式割草機(jī)相關(guān)應(yīng)用日趨增加，對于刀片制動(dòng)時(shí)間的可靠性就顯得至關(guān)重要，直接關(guān)系操作者人身安全。為此，更需要制造商嚴(yán)格遵循產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求，結(jié)合產(chǎn)品實(shí)際特點(diǎn)實(shí)施更加合理安全的檢測方案，為社會(huì)提供安全可靠的工具產(chǎn)品。