Kosiarka zdalnie sterowana

Witam chciałbym pochwalić się moją kosiarką do trawy.

Projekt przerobienia kosiarki spalinowej na kosiarkę zdalnie sterowaną już od dawna chodził mi po głowie. Chcąc podnieść poziom i unikalność maszyny postawiłem sobie niezależne założenia. Pierwsze założenie to takie, że kosiarka po przeróbce powinna wyglądać podobnie do kosiarki przed przeróbką i drugie, kosiarka powinna mieć niezależny napęd elektryczny i skrętną oś przednią. Bardzo niewiele jest informacji o kosiarkach trawnikowych sterowanych zdalnie, a jeśli już są to nie odpowiadają moim założeniom. Więc zmuszony byłem opracować własny system sterowania. Kosiarkę, którą miałem zamiar przerobić kupiłem w internetowym portalu aukcyjnym www.allegro.pl. Kosiarka o nazwie Carte Garden posiadała włoski silnik marki Tecumseh Prisma 37. Maszyna była w stanie zniszczonym i zaniedbanym i koniecznie wymagała renowacji.

Do silnika spalinowego został zamontowany rozrusznik elektryczny na napięcie 12V. Silnik rozrusznika na wale z szerokim gwintem ma zamontowaną zębatkę, która napędza podczas rozruchu koło zamachowe, które również ma zębatkę na całej swej długości. Co ciekawe rozrusznik napędza silnik w kierunku przeciwnym do kierunku pracy, kiedy silnik spalinowy zostanie uruchomiony, kręcąc się w właściwą stronę zębatka rozrusznika cofa się wyżej po gwincie na wale. Tym sposobem, podczas pracy silnika spalinowego silnik rozrusznika nie kręci się niepotrzebnie poprzez napęd silnika spalinowego. Dodatkowym atutem takiego rozwiązanie jest również możliwość odpalenia kosiarki ręcznie (tak jak to było fabrycznie realizowane) poprzez pociągnięcie sznurka zawiniętego na specjalnej szpuli z tworzywa sztucznego, która przenosi ruch obrotowy na wał silnika.

W kosiarce został zamontowany akumulator żelowy 12V i 12Ah. Aby wydłużyć czas koszenia w kosiarce trzeba było zamontować układ, który będzie ładował akumulator podczas pracy silnika spalinowego. Wykorzystując magnes, który jest fabrycznie zamontowany na kole zamachowym postanowiłem założyć dwie cewki motocyklowe, które w wyniku zmian pola magnetycznego będą doładowywać akumulator. Oczywiście prąd płynący z cewki trzeba jeszcze odpowiednio wyprostować, do tego celu wykorzystałem diodę prostowniczą IN4007 i kondensator 2,2µF na każdą cewkę. Obie cewki są połączone równolegle, co daje większą wydajność pracy. Jeśli np. podczas zimy akumulator się rozładuje w kosiarce jest również złącze, przez które można podłączyć ładowarkę sieciową (znajduje się na wyposażeniu kosiarki), która naładuje nam akumulator do odpowiedniej wartości. W kosiarce jest również zamontowany wskaźnik poziomu naładowania akumulatora, który znajduje się w pulpicie sterującym, dzięki któremu można w każdej chwili sprawdzić napięcie na akumulatorze. Do tego punktu chciałbym też dołączyć układ zapłonowy kosiarki. W moim egzemplarzu występuje tzw. zapłon bezstykowy, czyli na próżno w nim szukać platynek. Kiedy magnesy w kole zamachowym obracają się po obciążeniu cewki energia jest produkowana w module. Ta energia jest transferowana do kondensatora, gdzie jest magazynowana aż do chwili, kiedy jest potrzebna do zapalenia świecy. Magnes kontynuuje obracanie, sygnał niskiego napięcia jest wytwarzany i zamykany elektronicznym przełącznikiem. Energia, która była magazynowana w kondensatorze jest teraz przenoszona przez przełącznik do transformatora, gdzie napięcie wzrasta z 200V do 25000V. To napięcie jest przenoszone za pomocą przewodu wysokiego napięcia do świecy, gdzie żarzy na szerokość elektrody świecy i zapala się mieszanka paliwowo-powietrzna. Odległość między elektrodami świecy powinna wynosić 0,6 ÷ 0,7 mm a odległość między cewką zapłonową a magnesem 0,38 mm.

Gaźnik to urządzenie tworzące mieszankę paliwowo-powietrzną o odpowiednim składzie w silnikach spalinowych benzynowych. W gaźniku następuje dozowanie paliwa, jego odparowanie i wymieszanie par paliwa z powietrzem oraz dostarczenie odpowiedniej ilości wytworzonej mieszanki poprzez kolektor dolotowy do cylindra. Jest częścią układu zasilania silnika spalinowego. Układ ssania jest stosowany w celu ułatwienia pracy zimnego silnika, zwiększa dawkę paliwa (wzbogacenie mieszanki). W prezentowanej kosiarce ssanie jest połączone z prędkością obrotową silnika spalinowego. Pierwotnie regulacja ssania odbywała za pośrednictwem stalowej linki i dźwigni na rączce sterującej, która regulowała otwarciem bądź zamknięciem przepustnicy. Ja postanowiłem zmienić standardowe ssanie sterownie linką na sterowanie małym serwem w obudowie z tworzywa sztucznego, które wsuwa bądź wysuwa dźwignię ssania. Serwo to zapożyczyłem z samochodu osobowego forda fiesty, które tam pełniło role podnoszenia bądź opuszczania przedniego reflektora. Skoro jestem już przy temacie regulacji obrotów silnika warto też wspomnieć o tym, że silniki takie posiadają także odśrodkowe regulatory obrotów. Składają się one z plastikowego koła zębatego zazębionego z kołem zębatym wałka rozrządu z dwóch przeciwciężarów umieszczonych naprzeciwko siebie oraz ze szpulki, która bezpośrednio oddziały wuje na zespół dźwigni regulatora. Koło zębate przytrzymuje dźwignię, która podczas pracy pod wpływem siły odśrodkowej odpycha szpulkę od koła zębatego. Ramię dźwigni regulatora obrotów jest w stałym kontakcie ze szpulką. Drugi koniec regulatora obrotów znajduje się na zewnątrz skrzyni korbowej SHORT BLOCKU i jest połączony z dźwignią i sprężyną, która automatycznie reguluje przepustnice.

Wiadomo, aby jakikolwiek silnik spalinowy mógł pracować potrzebuje benzynę. Wielokrotnie kosząc trawę zabrakło mi benzyny i trawnik został do połowy niestety zestrzyżony. Postanowiłem zamontować w kosiarce czujnik rezerwy paliwa. Obecnie nie spotkałem się, aby kosiarki trawnikowe posiadały kontrolkę rezerwy paliwa, więc chcąc być pionierem w tej kwestii zamontowałem w zbiorniku paliwa o pojemności ok. 1l. termistor, który jest montowany w autach daewoo nexia, lanos. Jak wiadomo termistor to nic innego jak rezystor, którego rezystancja jest zależna od temperatury. Z różnych źródeł dowiedziałem się, że temperatura inaczej rozchodzi się w powietrzu a inaczej w benzynie. Kiedy paliwo jest w zbiorniku i termistor jest zanurzony w płynie, jest „chłodzony” przez benzynę (rezystancja jest duża), natomiast, kiedy w baku zostanie znikoma ilość paliwa rezystancja na termistorze stopniowo zmniejsza się i zaczyna płynąć prąd. Co za tym idzie zaczyna świecić żarówka zainstalowana na pulpicie sterującym, która jest połączona szeregowo z termistorem. Wysokość zawieszenia termistora została tak dobrana, że poziom paliwa, który pozostał w zbiorniku powinien starczyć na ok. 20 min pracy silnika spalinowego przy wysokości koszonego trawnika ok. 11 cm.

Laweta to jeden z ważniejszych elementów całej kosiarki, dlatego musi ona być w stanie pełnej sprawności, bo pełni rolę bezpieczeństwa (osłania nóż tnący trawę obracający się o prędkością nawet do 3500 obr/min, oraz inne przedmioty, które nóż może napotkać i z olbrzymia prędkością wyrzucić z pod maszyny). Laweta kosiarki jest w taki sposób wyprofilowana, że ścięta trawa jest „wdmuchiwana” do kosza i raczej nie powinno się angażować w zmianę w jej aktualny kształt. Rama kosiarki ma również wpływ na estetykę całej maszyny, bowiem jest to element najbardziej widoczny i rzucający się w oczy. Kiedy rozpocząłem prace nad kosiarką ponad 50% lawety była pokryta dość grubą warstwą rdzy. Nie było łatwo uporać się z tak rozległymi ośrodkami rdzy. Na zewnętrznej strony kosiarki rdzę udało mi się usunąć aż do czystej blachy, natomiast po wewnętrznej stronie zgrubnie wyrównałem materiał i dwukrotnie pokryłem zardzewiałe miejsca preparatem CORTANIN F, który ma taką właściwość, że wnika głęboko w rdzę i zatrzymuje korozję na takim etapie, na którym został nałożony. Wszystkie prace szlifierskie wykonywałem ręcznie przy pomocy szczotki stalowej i papierów ściernych rozpoczynając na ziarnie o numerze 80, a kończąc na 600. Nierówności powstałe w wyniku odbić kamieni od lawety zostały wyprostowane i zniwelowane. Podczas prac zauważyłem niewielkie pęknięcia lawety, które naprawiłem poprzez spawanie. Na tym etapie dokonałem wszelkich ustawień elementów, które będą znajdować się w kosiarce, nawierciłem też różne otwory, które były niezbędne do dalszego przerabiania kosiarki. Górną osłonę silnika spalinowego należało tak wyprofilować, aby zakrywała zębatkę rozrusznika, ochraniając przed wirującymi elementami. W tym celu wykorzystałem płat blachy, odpowiednio przycinając i wyginając przynitowałem do osłony, po czym ostre i nierówne krawędzie pokryłem specjalną gładzią szpachlową i odpowiednio wyszlifowałem. Całość pokryłem dwoma warstwami stosowanego w lakiernictwie samochodowym podkładu akrylowego koloru szarego, który trzeba było wymieszać z specjalnym utwardzaczem z stosunku 1:5. Następnie ponownie zmatowałem malowaną powierzchnie i pomalowałem czteroma warstwami lakieru samochodowego koloru niebieskiego z domieszką perły, który również wymieszałem z utwardzaczem, ale w proporcji 2:1. Farbę podkładową jak i lakier nakładałem metodą natryskową uważając, aby nakładać równomiernie i nie dopuścić do powstania zacieków, które wyglądałyby nieestetycznie. Do tak przygotowanej lawety przystąpiłem do montażu pozostałych elementów niezbędnych do prawidłowego funkcjonowania kosiarki.

Niektóre kosiarki spalinowe do trawy posiadają napęd. Jest to zrealizowane za pomocą paska klinowego, który jest założony na wał napędowy noża tnącego i napędza specjalną przekładnie ze sprzęgłem, która zaś napędza tylnie koła poprzez stalowy drążek. Użytkownik chcąc aby kosiarka jechała wciska i przytrzymuje specjalną dźwignię dzięki temu kosiarka przesuwa się do przodu. Najnowsze kosiarki posiadają nawet małe skrzynki przekładniowe, dzięki którym można ustawiać prędkość, z jaką porusza się kosiarka. Niestety takie rozwiązanie ma jedną dość ważną z mojego punktu widzenia wadę a mianowicie kosiarka nie porusza się do tyłu (nie licząc małych traktorów, przystosowanych do koszenia większych połaci trawy), bo chcąc coś takiego wykonać silnik kosiarki musiałby poruszać się w odwrotną stronę. Ja w swoim projekcie rozważyłem takie rozwiązanie i dlatego postanowiłem zainstalować silnik elektryczny z przekładnią. Silnik, który wykorzystałem jest, a raczej był stosowany w polskich fiatach 126p do napędu piór wycieraczek szyby przedniej. Na silnik ten zdecydowałem się, ponieważ ma on w sobie przekładnie i dość duży moment obrotowy jak na taki silnik. Napęd ten zamontowałem na tylniej ścianie kosiarki a jego wał połączyłem za pomocą dwóch zębatek kątowych do tylniej osi kosiarki. Całość jest tak skonstruowana, aby możliwa była regulacja wysokości koszenia trawy.

Aby kosiarka mogła poruszać się zdalnie przednie koła powinny mieć możliwość skrętu, w innym razie praktycznie zdalne sterowanie nie miałoby jakiegokolwiek sensu, ponieważ każdy trawnik ma inną długość i kosiarka będzie musiała skręcić bądź zawrócić. Prawdopodobnie żadna produkowana seryjnie kosiarka trawnikowa (prócz traktorów) nie posiada skrętnych kół przednich. Nie lada wyzwaniem było dla mnie przemyśleć i wykonać system skrętnych kół przednich przy założeniach, które sobie postawiłem. Chcąc zbudować silny i bezawaryjny mechanizm kierowania kołami tak jak w przypadku tylniego napędu postanowiłem wykorzystać również silnik napędzający wycieraczki od fiata 126p. Budując ten układ trzeba też było zachować regulację wysokości koszenia. System został zbudowany z aluminium i stali. Przy maksymalnym skręcie z obydwu stron zostały zamontowane wyłączniki krańcowe, które zabezpieczają silnik przed spaleniem. W momencie maksymalnego skrętu w prawą bądź lewą stronę wyłącznik unieruchomi silnik. Prąd, który płynie do silnika jest ograniczony poprzez dwa rezystory o łącznej oporności 1Ω i mocy 50W. W kosiarce zostało również zainstalowane nazwane przez mnie centrowanie kół przednich tzn. po wciśnięciu przycisku na panelu sterującym a dokładniej na joysticku przednie koła pozostają w pozycji jazdy na wprost i nie ma możliwości skręcenia kół dopóki przycisk nie zostanie zwolniony. Takie rozwiązanie daje nam możliwość jazdy idealnie na wprost bez niepotrzebnego „szukania” pozycji kół na wprost.

Pulpit sterujący służy do kontrolowania pracy kosiarki. Kosiarki na rynku posiadają panele sterujące. Najczęściej są to funkcje: zapłonu, włączenie / wyłączenie napędu samobieżnego i ssania. Najczęściej sterowanie odbywa się poprzez linki i cięgna. Ja znacznie rozbudowałem funkcje standardowego pulpitu. W przerobionej kosiarce pulpit steruje wieloma elementami między innymi: jazda do przodu, tyłu, skręcanie w prawo, lewo, odpalanie silnika spalinowego z kluczyka w stacyjce, gaszenie silnika spalinowego, regulacja ssania. Na pulpicie znajduje się również kontrolka rezerwy, wskaźnik naładowania akumulatora, bezprzewodowa kamera wideo, która rejestruje wizje i dźwięk z przedniej części kosiarki oraz uchwyt na telefon komórkowy.

W dzisiejszym świecie sprzęt audiowizualny jest bardzo rozpowszechniony. Dlatego w kosiarce zamontowałem miniaturową kamerę bezprzewodową, która jest skierowana obiektywem tak, aby monitorowała to, co dzieje się bezpośrednio przed kosiarką. Odbiornik kamery ma zasięg ok. 100m w otwartym terenie i działa na częstotliwości 2,3 GHz. Kamera jest zasilana napięciem 9V DC, dlatego musiałem zastosować stabilizator napięcia z 12V (napięcie akumulatora) na napięcie 9V (napięcie potrzebne do kamery). W tym celu zainstalowałem stabilizator napięcia LM7809.

W kosiarce panują dość ciężkie warunki z punktu widzenia elektroniki (duża częstotliwość drgań, kurz, ścięta trawa, a nawet niekiedy woda). Z tego względu postanowiłem zainstalować sterownik zdalnego sterowania fabrycznie nowy o symbolu S12C-DC12. Jego szczególne właściwości, dla których postanowiłem go wykorzystać w tym projekcie to zasięg pilota od odbiornika, wynosi aż 1000m. Sterownik posiada 12 kanałów, możliwość programowania styków (chwilowy i stabilny), częstotliwość, przy której pracuje to 315 MHz lub 433 MHz, niewielkie wymiary odbiornika (100mm x 80mm x 30mm). Maksymalny prąd, jaki może przepłynąć przez jeden przekaźnik w tym sterowniku to odpowiednio: 7A/125VAC, 5A/250VAC, 20A/14VDC, pobór prądu ≤6mA.


Na koniec dodam, że kosiarka zdobyła I miejsce w szkolnym konkursie elektronik, I miejsce w olimpiadzie OIT (Wielkopolska) i II miejsce w OIT w Polsce


Myślę, że nie zanudziłem was tym wyczerpującym sprawozdaniem z pracy nad kosiarką pozdrawiam.