动态驱动和制动系统 【技术领域】
本发明涉及驱动与制动车辆的方法和设备领域，尤其是涉及动态地驱动与制动诸如割草机的草地护理装置的方法和设备。
背景技术
给诸如草地护理装置的车辆提供驱动与制动系统是公知的。通常，给驾驶员提供容易控制的割草机是使用一复杂的传动装置和/或一个或多个液压单元，将动力从一发动机转换给驱动轮。制动系统是同样复杂的并且可能需要昂贵的液力系统。因此，现有技术中已知的驱动与制动系统尽管有效，但难以构造，给车辆增加了相当可观的重量并且昂贵。
乘骑式割草机的已知驱动系统的另一困难是其采用各种手动操作杆和脚踏板，这对于驾驶员来说并不是直观的。换言之，为了使驾驶员能非常熟练割草机的各种操作杆和脚踏板，驾驶员通常需要“跑合”时间。由于几乎每一个成年人都能驾驶一汽车，设计成以非常类似于汽车的方式操作的乘骑式割草机将提供直观的控制。
本发明提供用于乘骑式割草机地动态驱动与制动系统的方法和设备，其操作容易和直观，不需通常已知的复杂的和昂贵的液压和液力系统。因此，用一简单和有效的方式克服了现有技术中固有的困难，同时提供更好的和更有益的结果。
发明的公开
本发明的一优点是容易制造和可经济地制造。
本发明的另一优点是提供用于乘骑式割草机的一控制系统，该系统类似于汽车的控制系统。这使得乘骑式割草机的操作简单和更直观。当一驾驶员将其脚抬离加速踏板时，即使变速杆处于驱动位置，割草机将保持中间(空档)状态并且不会加速，另外，系统是动态的，因此割草机的速度随着加速踏板的逐步踏下而增大。
本发明的又一优点是其降低了振动，该振动在皮带驱动应用中通常被称为“皮带摆动”。
本发明的再一优点是系统的构造及其中的皮带轮给车辆提供非常平滑的加速。
本发明的还一优点是增加了安全特性。系统将不会让割草机启动，除非加速踏板被完全释放。
通过阅读和理解下面的详细描述，本发明的其它益处和优点对于本领域的技术人员来说将显而易见。
附图的简要描述
本发明在某些部件和部件的布置方面可以采用自然形态，在本说明书中将详细描述其在附图中所示的一优选实施例，其中附图构成说明书的一部分，图中：
图1是装有本发明的动态驱动与制动系统的一乘骑式割草机的侧视图；
图2是图1的乘骑式割草机的简化剖视图，表示定位于低速操作的动态驱动与制动系统的第一和第二皮带；
图3是类似于图2的简化的剖视图，表示定位于高速操作的动态驱动与制动系统的第一和第二皮带；
图4是表示第一和第二皮带轮部分的双皮带轮的剖视图。
优选实施例的描述
现参照附图，其中图中显示的情况仅仅是用于说明本发明的一优选实施例而不是用于限制本发明，图1表示一割草机10，其装有本发明的一动态驱动与制动系统11。该优选实施例针对一乘骑式割草机，但本发明可应用于其它割草机、其它车辆和其它应用领域。割草机10包括一车架13、一驾驶员座椅14和用于操作前轮22的一驾驶工具16。一发动机40用于驱动后轮24和转动一割草机甲板26内的一个或多个切割刀片(未示出)。切割刀片的操作在本领域中是公知的，因此在该说明书中不再进一步描述。应当注意到本发明也可同等地应用于使用前轮作为驱动轮的割草机中。
现参照图1～3，本发明的动态驱动与制动系统11包括一发动机驱动皮带轮42，该皮带轮42以本领域中任何公知的方式可旋转地连接到发动机40上。一第一皮带34将发动机驱动皮带轮可操作地连接到一双皮带轮12上，以便有选择地转动双皮带轮12。设有一啮合装置65，用于有选择地松弛与张紧第一皮带34。虽然啮合装置65可以根据合理的工程评价而选择任何类型，但在该优选实施例中，啮合装置65包括一双惰轮皮带轮系统50，具有第一和第二双惰轮皮带轮52、54。这将在下面进一步描述。一第二皮带36可操作地将双皮带轮12连接到一传动装置输入皮带轮20上，以便有选择地转动传动装置输入皮带轮20。传动装置输入皮带轮20被固定地连接到一从动皮带轮轴21上，该轴可操作地连接到一传动装置18上。传动装置18可操作地连接到一后驱动轴28上，以便有选择地转动后轮24，其中后轮可操作地连接到后驱动轴28上。传动装置18可以是根据合理的工程评价而选择的任何类型的，其接收来自于诸如从动皮带轮轴21的一旋转轴的输入。应当注意到本发明的动态驱动与制动系统11可应用于任何类型的从动皮带轮，例如在该优选实施例中所示的传动装置输入皮带轮20。在该优选实施例中，从动皮带轮轴21的轴线相对于车架13被固定。换言之，传动装置输入皮带轮20与从动皮带轮轴21相对于车架13可旋转，但皮带轮20与轴21相对于车架13不会以任何其它方式移动。一惰轮皮带轮30用来有选择地松弛和张紧第二皮带36，下面将进一步描述。
现参照图2和4，双皮带轮12(其也被称为一变速皮带轮)包括第一和第二端部皮带轮部件44、45，所述的皮带轮部件可旋转地连接到一双皮带轮轴47的端部上。双皮带轮轴可在一对轴承48内旋转。一中间皮带轮部件46可旋转和滑动地连接到双皮带轮轴47上。所谓可滑动地连接，是意味着中间皮带轮部件46可沿双皮带轮轴47滑动。如图4所示，第一和第二端部皮带轮部件44、45分别具有倾斜的表面80、81，以分别与第一和第二皮带34、36可操作地接触。同样，中间皮带轮部件46具有第一和第二斜面82、83，用以分别与第一和第二皮带34、36可操作地接触。用此方式，第一端部皮带轮部件44的倾斜的表面80与中间皮带轮部件46的第一倾斜表面82，形成用于容纳第一皮带34的一第一皮带轮部分56。类似地，第二端部皮带轮部件45的倾斜的表面81与中间皮带轮部件46的第二倾斜表面83形成用于容纳第二皮带36的一第二皮带轮部分58。
参照图4，倾斜的表面80、81、82、83允许第一与第二皮带轮部分56、58给第一与第二皮带34、36提供绕双皮带轮轴47变化的直径。这在下面将进一步描述，但是，应当注意到，根据中间皮带轮部件46的位置，倾斜的表面80、81、82、83允许第一与第二皮带34、36以等于双皮带轮轴47外径的最小可能的内径定位。这是图4中所示的第二皮带36的状况。这给一给定尺寸的双皮带轮12提供最大的速度变化(直径比最大)。
现参照图2～4，在优选实施例中，双皮带轮轴47的轴线相对于车架13固定。换言之，第一与第二端部皮带轮部件44、45和双皮带轮轴47可相对于车架13旋转，但皮带轮部件44、45与轴47不会以其他任何方式相对于车架13移动。这可对比图2、图3看出。在这两个图中，双皮带轮12等同地相对于车架13定位，尽管图2表示一低速状况而图3表示一高速状况。使用相对于车架13可移动安装的一双皮带轮在本领域中是已知的。由于本发明的双皮带轮12的轴线相对于车架13固定，因此当第一与第二皮带34、36的直径在双皮带轮12上变化时，需要一种方法来“消除(吸收)”任何松弛的皮带。松弛的皮带是由惰轮皮带轮30来消除，下面将要描述。
继续参照图2～4，当中间皮带轮部件46沿双皮带轮轴47向上滑动时，如图4所示，第一皮带轮部分56就迫使第一皮带34成为绕双皮带轮轴47的一相对大的直径，而第二皮带轮部分58迫使第二皮带36成为绕双皮带轮轴47的一相对小的直径。这是图4和图2所示的状况。在该状况中，皮带轮直径比使得发动机皮带轮42向双皮带轮12提供最低的速度，而同时双皮带轮12向传动装置输入皮带轮20提供最低的速度。所有这样的皮带轮直径比对于本领域的技术人员来说是公知的，因此不需进一步描述。但是，应当注意到，当中间皮带轮部件46沿双皮带轮轴47向下滑动时，第一皮带轮部分56就迫使第一皮带34成为绕双皮带轮轴47的一相对小的直径，而第二皮带轮部分58迫使第二皮带36成为绕双皮带轮轴47的一相对大的直径。在该状况中，如图3所示，皮带轮直径比使得发动机皮带轮42向双皮带轮12提供最高的速度，而同时双皮带轮12向传动装置输入皮带轮20提供最高的速度。还应当注意到，当第一皮带34位于绕双皮带轮轴47最小的直径时，第一皮带34的内侧表面可接触双皮带轮轴47的外表面。类似地，如图4所示，当第二皮带36位于绕双皮带轮轴47最小的直径时，第二皮带36的内侧表面可接触双皮带轮轴47的外表面。因此，本发明的双皮带轮12不具有普通地设置在双皮带轮上的轴环(未示出)，该轴环限制一皮带向双皮带轮轴的运动。这就对给定尺寸的双皮带轮12提供了一最大范围的皮带轮直径比(和所获得的速度)。
现参照图2～3，惰轮皮带轮30可旋转地连接到一惰轮皮带轮托架31上，其中托架31在第一端33可转动地连接到车架13上。一惰轮皮带轮弹簧32向第二皮带36的一啮合位置(如图2～3中所示的逆时针转动位置)偏压惰轮皮带轮30。由于双皮带轮12的轴线与传动装置输入皮带轮20的轴线两者都相对于车架13固定地安装，因此应当理解惰轮皮带轮30将消除第二皮带36中所有的松弛。事实上，惰轮皮带轮30也协助消除第一皮带34中的任何松弛。由于第一皮带34中的张紧变化经双皮带轮12传递给第二皮带36，因而确如上面所述。本发明的一重要方面是惰轮皮带轮30设置于双皮带轮12的相对侧。换言之，传动装置输入皮带轮20位于双皮带轮12与惰轮皮带轮30之间。这一设置给动态驱动与制动系统11提供了优点。
继续参照图2～3，定位惰轮皮带轮30的一优点是传动装置输入皮带轮20在两个截然不同的位置接触第二皮带36。如本领域所周知的，一从动皮带具有一张紧侧与一松弛侧。张紧侧是皮带处在驱动皮带轮“上游侧”的部分，因而处于张紧状态。松弛侧是皮带处在驱动皮带轮“下游侧”的部分，因而未处于张紧状态。最好是，第二皮带36如图2～3所示被双皮带轮12沿一顺时针方向驱动。这样，第二皮带36的张紧侧就由参考标记37表示，而松弛侧则由参考标记38表示。如图2～3所示，第二皮带36的张紧侧37与传动装置输入皮带轮20的一侧可操作地接触，而第二皮带36的松弛侧38则与传动装置输入皮带轮20的另一侧可操作地接触。第二皮带36与传动装置输入皮带轮20的这种双重接触提供了用于振动(有时称为“皮带摆动”)的一种阻尼器装置，这种振动通常与从动皮带在被驱动和调节时有关。应当注意到第二皮带36与传动装置输入皮带轮20的双重接触出现在所有的皮带位置，包括在低速(图2)与高速(图3)位置。
仍然参照图2～3，将惰轮皮带轮30设置在双皮带轮12相对侧的另一优点是，惰轮皮带轮30可有效地消除系统中的皮带松弛。当调节双惰轮皮带轮系统50时，第一皮带34也相应地调节。这就改变第一皮带34在双皮带轮12上的直径并且因而改变第二皮带36在双皮带轮12上的直径。第二皮带36直径的变化就改变第二皮带36中的张紧。惰轮皮带轮30随同惰轮弹簧32一起吸收张紧时的这一变化。使用一惰轮皮带轮来吸收皮带中的变化的张紧是周知的。但是，由于惰轮皮带轮通常设置在一驱动皮带轮(例如相对于第二皮带36的双皮带轮12)与一从动皮带轮(例如传动装置输入皮带轮20)之间，因此所有的张紧必需在皮带的一侧(张紧或松弛)被吸收。另一方面，对于本发明，惰轮皮带轮30被设置成与第二皮带36的张紧侧37以及松弛侧38两者都接触。因此，与一惰轮皮带轮仅设置在皮带的一侧来吸收同样量的张紧变化相比，本发明的惰轮皮带轮30仅需移动大约一半的距离。与一惰轮弹簧通常所需的情况相比，这允许惰轮弹簧32可以用一非常低的弹性常数来设计。还应当理解到惰轮皮带轮30的这种布置提供了非常平滑的加速。
现参照图2～4，双惰轮皮带轮系统50的第一与第二双惰轮皮带轮52、54，分别可旋转地连接到第一与第二惰轮皮带轮轴74、76上，而轴本身可操作地连接到一双惰轮皮带轮托架78上。惰轮皮带轮托架78可转动地连接到车架13上，用以如图2～3所示顺时针和逆时针运动。这允许双惰轮皮带轮系统50以相对小量的运动来消除大量的松弛皮带(第一皮带34)。双惰轮皮带轮系统50可以如图2所示地设置，其中第一与第二双惰轮皮带轮52、54沿割草机10的纵轴线大致并置。在此状况下，第一皮带34向在双皮带轮12上的一相对大的直径运动，如图4所示。可替换的是，双惰轮皮带轮系统50可如图3所示地设置，其中第一与第二双惰轮皮带轮52、54已转动到有点更垂直于割草机10纵轴线的并置位置。在该状况下，第一皮带34向在双皮带轮12上的一相对小的直径运动。应当理解双惰轮皮带轮系统50可以有选择地调节到在图2与3所示的位置之间的任一位置。应当注意到双惰轮皮带轮系统50接触第一皮带34的松弛侧，因而提供容易和有效的控制。
现参照图1～3，一变速杆66可操作地连接到传动装置18上，并且用来将传动装置18调节到3个可变状态：驱动、空档和倒档。这些状态在本领域中是周知的。最好是，啮合装置65包括一加速器踏板60。加速器踏板60有选择地转动一加速器杆61，其中加速器杆可操作地连接到双惰轮皮带轮托架78上，以使双惰轮皮带轮托架78转动。因此，加速器踏板60调节双惰轮皮带轮系统50，以改变割草机10的速度。一加速器弹簧64偏压加速踏板60与加速器杆61到一零加速或“分离离合器”的状况。因此，当未踏下加速器踏板60时，割草机10将不向前运动，即使变速杆66处于驱动位置。一制动踏板62通过按合理的工程评价(sound engineering judgement)而选择的任何装置有选择地停止割草机。
继续参照图1～3，本发明的动态驱动与制动系统11确实对割草机10提供了动态驱动与制动。所谓动态意味着割草机10的速度动态地响应于加速踏板60的位置。系统是动态的，因为在正常的操作过程中(即除加速器踏板60被完全释放和/或制动踏板62被踏下之外的任何时间)，惰轮皮带轮30保持第一与第二皮带34、36两者连续啮合。当沿一向前的方向(朝向发动机40与发动机皮带轮42)踏下加速踏板60时，割草机10加速。当释放加速踏板60(加速器弹簧64沿朝向驾驶员座椅14与后驱动轴28的向后的方向偏压加速踏板60)时，割草机10就减速。应当注意到即使在割草机10下坡运动时也出现该减速。因此，割草机10的加速踏板60和制动踏板62就类似于具有自动传动装置的汽车。因此，本发明的动态驱动与制动系统11给几乎所有的驾驶员提供了直观的控制。
再参照图1～3，本发明的动态驱动与制动系统11的另一优点是乘骑式割草机仅能在非常低的速度下启动。这是因为点火系统(未示出)将不允许启动发动机40，除非加速器踏板60被完全释放。然后加速割草机10，加速器踏板60可以被踏下，以在最低可能的速度下启动。
参照图1～4，将描述动态驱动与制动系统11的操作。为了沿一向前的方向加速割草机10，驾驶员启动发动机40并且将变速杆66移入驱动位置。接着，驾驶员踏下加速踏板60，克服加速弹簧64的偏压力。这促使双惰轮皮带轮系统50从一非操作的或离合器分离的状况向一操作状况转动(如图2～3所示逆时针方向)。换言之，第一和第二双惰轮皮带轮52、54将第一皮带34正确地啮合到发动机皮带轮42和双皮带轮12上。加速器踏板60被踏下越多，双惰轮皮带轮系统50转动就越多，因而第一皮带34上就作用更多的张紧。第一皮带34中增大的张紧造成中间皮带轮部件46沿一向下的方向(如图4所示)运动，并且因而降低了第一皮带34绕双皮带轮轴47的直径。中间皮带轮部件46的运动同时增大第二皮带36绕双皮带轮轴47的直径。这就增大第二皮带36中的张紧，所述的张紧被惰轮弹簧32吸收，该惰轮弹簧允许惰轮皮带轮30沿一顺时针方向转动，如图2～3所示。第一与第二皮带34、36绕双皮带轮12的特定直径给传动装置输入皮带轮20提供增大的转速。该增大的转速然后被传递给传动装置18并接着传递给后驱动轴28与后轮24，以相应地加速割草机10。
继续参照图1～4，为了减速割草机10，驾驶员部分地(或者完全地，这取决于所需的减速量)释放加速踏板60，从而使加速弹簧64的偏压力移动加速踏板60与加速杆61。这促使双惰轮皮带轮系统50沿一顺时针方向转动，如图2～3所示。这就降低了第一皮带34中的张紧。第一皮带34中降低的张紧促使中间皮带轮部件46沿一向上的方向(如图4所示)移动，并从而增大第一皮带34绕双皮带轮轴47的直径。中间皮带轮部件46的移动同时降低第二皮带36绕双皮带轮轴47的直径，降低第二皮带36中的张紧。第二皮带36中的张紧的降低有助于在该第二皮带36中产生“松弛”。该松弛被惰轮弹簧32消除，其中惰轮弹簧偏压惰轮皮带轮30，使其沿一逆时针方向转动，如图2～3所示。第一与第二皮带34、36绕双皮带轮12的特定直径给传动装置输入皮带轮20提供降低的转速。该降低的转速然后传递给传动装置18并接着传递给后驱动轴28和后轮24，以相应地减速割草机10。
已结合优选实施例描述了本发明。显然，通过阅读和理解该说明书，可以产生种种修改和变化。所有的这些修改和变化，都将落入所附权利要求书或者其等同的范围内。