以铅酸电池为动力的骑乘式割草机刀片制动时间检测方法探析

谢小军

（ 江苏苏美达五金工具有限公司，江苏 南京 201032 ）

0 引言

骑乘式割草机作为一种可以单人驾驶的小型机械设备，适用于草坪修理、植被修整等作业场所。受环境特殊性和作业地形的复杂性影响，用户在实际使用过程中可能需要立即停止刀片旋转，若高速运转的刀片无法在时间限值内停止，或可对用户及机器周围的人员造成人身伤害。该类产品的刀片制动时间和刀片停止机构疲劳寿命的可靠性是制造商、用户、检测机构重点关注的检测项目。本文针对出口美国市场的以铅酸电池为动力的骑乘式割草机刀片制动时间检测方法、检测限值、检测设备等方面进行介绍。

1 概述

刀片制动时间是割草机安全标准中非常重要的一项试验，其目的是防止在实际使用过程中，因刀片制动时间过长或刀片停止功能失效而引发的人身伤害风险。一般而言，制造商在设计该类产品之初，就已经充分考虑销往美国市场的产品需满足ANSI/OPEI B71.1-2017标准中条款23.2的要求，在进入销售地实现销售之前，制造商应取得第三方检测机构出具的认可证书。

2 标准要求

骑乘式割草机应提供刀片控制装置实现刀片制动，刀片从制造商规定的转速到停止运转所需的时间不超过5 s。刀片制动时间测试应在刀片切割高度调节到最高和最低两个极限位置下分别进行测试。

测试开始前，骑乘式割草机应根据制造商提供的说明书进行调节。骑乘式割草机应先运行15 min，在此期间，应完成10次刀片起动/停止控制装置的操作。

骑乘式割草机通过刀片控制开关控制的，还应进行5 000次起动/停止循环试验，刀片的制动时间应小于或等于5 s。用于刀片起动/停止循环的控制装置由制造商自行指定。刀片每个起动/停止循环应包括：

a) 刀片加速到制造商规定的最大转速；

b) 启动刀片停止装置（刀片控制控制或操作者在场控制器）；

c) 足够的时间使刀片减速至静止状态；

d) 起动/停止循环之间允许有足够的时间，以防止损坏电机和刀片停止装置。

操作者通过停止电机使刀片停止不需要进行5 000次起动/停止循环试验。其他操作刀片驱动的控制装置需要该项试验要求[1-3]。

3 检测设备

检测设备依据标准要求定制开发，包括多重功能模块：刀片控制装置控制的制动时间和耐久性检测模块；OPC控制装置控制（座椅开关控制）的制动时间和耐久性检测模块；踏板控制后轮刹车距离和耐久性检测模块、后轮两轮独立加载耐久性检测模块。测试数据记录可下载保存为电子文档查看。

1）刀片控制装置控制的制动时间&耐久性检测模块

此模块是模拟用户在骑乘式割草机实际运行过程中，通过操动按下/提起刀片控制装置来实现刀片的运行/停止，检测刀片初始制动时间以及5 000次疲劳寿命后的刀片制动时间是否满足标准要求。设备通过使用机械手操动骑乘式割草机制造商指定的刀片控制装置以实现刀片的起动/停止。

模块可依据制造商和标准要求设置刀片运转时间、制动时间、测试总循环数、刀片制动时间限值、刀片数量、光电时间传感器数量等参数。检测过程中实时采集刀片运转速度、刀片制动时间（其中，前5次刀片时间保留在屏幕上，后5次刀片时间实时更新）、刀片制动时间超限次数和报警警示等。所有操作均可通过触摸屏实现，检测数据可自动存储至存储区，便于导出后分析和判断检测结果正确性。

刀片控制装置控制的制动时间和耐久性检测模块设置界面如图1所示。

图1 刀片控制装置控制的制动时间和耐久性检测模块设置界面

2）OPC控制装置控制（座椅开关控制）的制动时间和耐久性检测模块

实际运行过程中，操作者离开座椅后电机即刻停止工作，刀片随即停止运转以避免未知伤害。

此模块通过提起与放下重块（91 kg）模拟操作者站起或坐下，通过座椅开关的断开和闭合控制电机和刀片动作。同时。通过刀片制动时间检测装置检测刀片初始制动时间以及5000次疲劳寿命后是否满足标准要求。

检测前依据制造商和标准要求设定91kg重块提起与放下的时间，系统界面如图2所示。

图2 OPC控制装置控制（座椅开关控制）的制动时间和耐久性检测模块设置界面

3）数据记录

刀片启停次数和制动时间限值可自由设置，测试数据记录可下载查看。触摸屏操作界面简单方便。

4）检测设备硬件要求

a) 用于测量刀片转速的转速表准确度为读数值的±2.5%；

b) 用于计时的自动计时器准确度为最大允许制动时间的±2.5%；

c) 试验应在15 ℃～35 ℃的环境温度中进行。

4 试验验证

4.1 额定参数

额定工作电压：48Vdc（铅酸电池）

额定刀片转速：3 200min-1

额定切割直径：96cm

割草机刀片起动/停止控制方式以通过刀片控制开关控制。

割草机提供OPC控制电机实现刀片停止运转的安全功能（割草机座椅下安装断路器，操作人员离开座椅后，电机停止运转）

4.2 检测方法

a) 通过机械手操作刀片控制开关，实现操控割草机刀片起动/停止，检测刀片制动时间以及刀片停止机构5 000次耐久性；

b) 通过起吊装置提起/放下91kg重块操控割草机座椅上的开关，实现割草机刀片起动/停止，检测刀片制动时间。

样机为双刀片割草机，需要在上述不同的状态下对每个刀片的起动/制动时间和5000次耐久性进行符合性检测。试验以100s运行，20s休息作为1个工作循环，运行5 000个循环，运行时间需166.7 h，完成2个状态的检测共需333.4 h。

骑乘式割草机刀片制动时间（刀片控制开关）见表1，骑乘式割草机刀片制动时间（OPC控制）见表2，停止时间曲线如图3所示。

表1 骑乘式割草机刀片制动时间（刀片控制开关）

表2 骑乘式割草机刀片制动时间（OPC控制）

图3 停止时间曲线

座椅开关控制刀片制动时间测试过程中，当91kg重块落下闭合座椅开关后，割草机的刀片是无法恢复运转的，必须通过机械手操动刀片控制开关按钮，方可运转刀片。设定此功能也是为了满足刀片完全停止后，应通过操作者座椅控制以外的其他操控再次启动刀片的标准要求。

通过试验数据可见操动OPC得到刀片的制动时间大于操动刀片控制开关得到的刀片制动时间，这是为防止操作人员非主动离开座椅造成刀片停止的误判，故该样机设定了当座椅开关断开后，断路器延迟2 s后启动刀片停止装置。此功能是为了满足操作人员离开座椅，刀片未完全停止前回到座位，刀片可自动恢复运行的标准要求。

由试验可知，被测样机满足标准要求，制动时间小于5 s。

5 结语

随着骑乘式割草机相关应用日趋增加，对于刀片制动时间的可靠性就显得至关重要，直接关系操作者人身安全。为此，更需要制造商严格遵循产品标准要求，结合产品实际特点实施更加合理安全的检测方案，为社会提供安全可靠的工具产品。