CN103864218B - 一种自动刈割装置的剪切口的设计方法 - Google Patents

Abstract

一种自动刈割装置的剪切口的设计方法，其特征在于：基于惯性力和杠杆原理，使一个或多个刀片的刃部围绕待切物发生公转,并以杠杆为传动机构使用惯性力调整刀片刃部对待切物的压力。以本发明为指导设计出的生态景观浮岛自动刈割装置，可以大规模运用于生态浮岛或景观浮岛，加强生态景观浮岛的自动化，提高生态景观浮岛对富营养水体治理效率。

Description

一种自动刈割装置的剪切口的设计方法

技术领域

本发明涉及一种剪切口的设计方法，尤其涉及一种自动刈割装置的剪切口的设计方法，专用于生态景观浮岛上植物的自动刈割装置的设计。

背景技术

采用生态技术对河道湖泊进行水质恢复是一种经济有效的方法，目前在发达国家和国内经济发达地区已经被广泛应用。生态技术主要指人工湿地、生态浮岛等，是促进包括微生物、水生植物、水生动物等组成的水体生态平衡恢复的技术。城镇河道、湖泊和水库受用地和水位变化的影响，人工湿地技术的应用受到限制。而人工生态浮岛技术，不受水位变化的限制，可以直接布置在水面上，维护管理方便。

本领域的技术人员一直致力于提高生态景观浮岛的水体恢复效率，很多研究表明，根据中国南京师范大学地理科学学院江苏省环境演变及生态建设重点实验室，研究人员周晓红等人发表于《环境科学》杂志2008年12期的“刈割对生态浮床植物黑麦草光合作用及其对氮磷等净化效果的影响”，可以得知，刈割能够显著提高黑麦草系统对富营养水体中氮、磷等的去除效果，由于生态浮床一般放在水中，在实际应用在如果使用手工刈割非常麻烦，人力消耗极其大，显然不适合于大规模应用，因此，发展自动刈割的生态景观浮岛非常必要。由于生态景观浮岛是浮在水中央的，所以为安全和使用寿命的角度出发，现有的带电源的生态景观浮岛一般不采用电线供电，而使用在浮岛上发电的方式为生态景观浮岛提供电能，所以生态景观浮岛自动刈割装置的电源很难提供较大的输出功率；再者从商业角度出发使用小功率电路和小功率电机成本更低，有利于商业应用。

由于生态景观浮岛的大多由多个单独的浮体拼接而成，每个浮体内放一些植物，所以这些由单独的浮体拼接而成的生态景观浮岛需要每一个浮岛都需要安装一个自动刈割装置，且现有技术的大规模收割机械一般过重无法应用。

综上述可知，生态景观浮岛自动刈割装置特殊性较为明显，需要做特别设计。

发明内容

本发明的目的在于：一种自动刈割装置的剪切口的设计方法，本发明可以指导机械设计人员设计出对动力源功率具有自动适应性的剪切口，不论动力源功率大小都能很好的完成切割任务。

本发明具有如下技术内容：

技术内容1：一种自动刈割装置的剪切口的设计方法，其特征在于：基于惯性力和杠杆原理，使一个或多个刀片的刃部围绕待切物发生公转,并以杠杆为传动机构使用惯性力调整刀片刃部对待切物的压力。

 技术内容2. 一种自动刈割装置的剪切口的设计方法，其特征在于： 

 设计如下元件：

              设计2个公转环（30），公转环（30）上具有3个第一孔（31）、3个第二孔（32）、3对即6个第三孔（33），第三孔（33）成对的分布在公转环（30）的外周上，每对第三孔（33）之间分布有1个第一孔（31），每个第一孔（31）在更靠近公转环（30）环心的内侧分布有1个第二孔（32）；

             设计3个刀片（10），其由转动连接孔（12）、刀柄（11）、刀背（13）、刃（14）、配重（15）组成，刀柄（11）和由刀背（13）与刃（14）组成的刀身分别位于转动连接孔（12）的两边，配重（15）位于刀柄（11）末端，刃（14）和刀背（13）位于刀身的对立侧，配重（15）确保刀片（10）重心位于刀柄（11）上； 

             设计1个动力环（20），其上具有三个拨杆（21），拨杆（21）的直径小于公转环（30）上第二孔（32）的孔径； 

             设计3个固定轴（60）； 

             设计6个套筒（40），套筒（40）上具有内孔（41）； 

             设计 6个支柱（50），支柱（50）的中部的直径大于两端直径；

  将以上设计的元件进行如下连接设计：

              3个固定轴（60）上各串两个套筒（40）和一个刀片（10），套筒（40）和刀片（10）可以绕固定轴（60）转动，一个刀片（10）位于其所在固定轴上的两个套筒（40）的底部，一个刀片（10）位于其所在固定轴上的两个套筒（40）的中间，一个刀片（10）位于其所在固定轴（60）上的两个套筒（40）的顶部，所有固定轴（60）上的套筒和刀片都位于两个公转环（30）之间，所有刀片（10）的配重（15）位于公转环（30）的环外，两块刀片（10）的刃（14）朝向公转环环外，一块刀片（10）的刃（14）朝向公转环环内，将3个固定轴的两端分别插入公转环（30）的第一孔（31）并固定连接；  

             6个支柱（50）的两端分别插入2个公转环（30）的3对即6个第三孔（33）并固定连接；

             动力环（20）的拨杆（21）插入公转环（30）的第二孔（32），动力环（20）位于2个公转环（30）的上方； 

进行如下传动设计：

             基于惯性力和杠杆原理，使植物（80）位于公转环（30）的环内，使三个刀片（10）围绕植物（80）发生公转,以刀片（10）为传动机构使用惯性力调整一块刀片（10）刃（14）对植物（80）的压力，并使用公转方向控制刀片（10）的收发；其具体方案是以刀片（10）为传动机构使用惯性力调整两块刀片（10）的刀背（13）对公转环（30）内植物（80）的压力，以收拢和挤压公转环（30）内植物（80）；以动力环（20）配合公转环（30）来控制三块刀片（10）的公转方向，并以第二孔（32）配合拨杆（21）控制刀片（10）的活动。

 技术内容说明及其有益效果：

技术内容说明1：如技术内容1所述，惯性力是指因为惯性而表现出的力，比如离心力、因惯性表现出的推力（后面简称惯性推力）；使用惯性力调整刃对待切物压力的好处在于惯性力的强度一般和运动参数相关，如离心力和公转的转速密切相关，也就是说对于同一刈割装置而言，刃对待切物的压力随动力源的功率成正比例关系，惯性推力则与公转的加速度有关，也就是说公转速度变化越快，惯性推力越大，当刃与待切物之间摩擦力变大时，刃的公转速度被拉低时，惯性推力就会表现出来，惯性推力可以通过传动机构转换为将刃提起的力，以减小刃对待切物压力，进而减小摩擦力，避免刃被卡住；使用杠杆作为惯性力传动机构的好处在于传动无延迟；“刃部围绕待切物发生公转”其中围绕一词说明待切物位于公转轨道内侧。

技术内容说明2：本发明的核心在于其物理原理，依照本发明设计的自动切割装置，其效果与材料关系不大，具有一定刚性的材料均可采用，比如：塑料、石材、陶瓷、骨头、金属、合金、陶瓷、碳纤维、玻璃、木材、竹材、硬橡胶等一切能稳定维持自身形状的材料。

技术内容说明3：本发明的初衷虽然是为生态景观浮岛自动刈割装置的剪切口的设计，但其用途范围并不限于生态景观浮岛。

本发明的新颖性在于：这种设计方法属于世界首创。

本发明的创造性在于：有效综合机械设计的现有技术，为生态景观浮岛的应用环境特别创造了一种自动刈割装置的剪切口的设计方法；其中使用惯性力调整刃对待切物压力的独特方法相对现有的切割技术，具有突出创造性，因为这一设计使得自动刈割装置具有了自动适应动力源功率和自动防卡刃这两个‘非显而易见’的技术效果。

本发明的实用性在于：以本发明为指导设计出的生态景观浮岛自动刈割装置，可以大规模运用于生态浮岛或景观浮岛，加强生态景观浮岛的自动化，提高生态景观浮岛对富营养水体治理效率。

附图说明

图1-11是依照本发明设计方法实施实例1的设计的一种可以于生态景观浮岛自动刈割装置的剪切口的主要结构示意图；图12、图13为实施实例1的力学原理图。 

具体实施方式

下面将结合实施实例对本发明的具体实施方式进行说明。

实施实例1、

       本实施实例为生态景观浮岛自动刈割装置设计一种剪切口，其的原理为： 基于惯性力和杠杆原理，使三个刀片10围绕待切物发生公转,以刀体为传动机构使用惯性力调整一块刀片10刃14对待切物的压力，并使用公转方向控制刀片10的收发；其具体方案是以刀体为传动机构使用惯性力调整两块刀片10的刀背13对公转环30内植物80的压力，以收拢和挤压公转环30内植物80；以动力环20配合公转环30来控制三块刀片10的公转方向，并以第二孔32配合拨杆21控制刀片10的活动，当动力环20转动方向为70时拨杆21放开对刀片10的阻挡，并带动公转环30转动，进一步带动刀片10进行公转，以对位于公转环30内的植物进行刈割，当动力环20转动方向为71时，拨杆21阻挡刀片10的运动，起到收刀的作用，以避免刀片10阻碍公转环30内被刈割植物80的再生长；使用两块刀片10刀背13挤压植物80的好处在于，这两块刀片可以作为备用刀片，如果现用于切割的刃14破损，转换其他刀片10的安装方向即可修好，而且如果使用三面刃对植物80切割的话可能造成很多碎段。

如图1和图7所示，实施实例1的刀片10由转动连接孔12、刀柄11、刀背13、刃14、配重15组成；刀片10安装以后可以围绕转动连接孔12的轴线转动，形成惯性力杠杆，其中惯性力主要来自于配重15的运动；配重15还起到调节刀片10重心的作用，确保刀片10重心位于刀柄11上，以保证公转时刀片10的稳定；刃14为平刃。

如图2和图7所示，实施实例1的动力环20上具有三个拨杆21，用于传动带动公转环30的转动，并配合第二孔32以控制刀片10的收发，以方向70运转时，拨杆不干涉刀片10的运动，以方向71运转时，拨杆21会卡住刀片10起到收刀的作用。

如图3所示和图7，实施实例1的公转环30上具有第一孔31、第二孔32、第三孔33。

如图4所示和图7，实施实例1的套筒40具有内孔41，套筒40具有调节三块刀片10之间的公转面的距离，使两个套筒40和刀片10通过固定轴60以不同的顺序串在一起调节刀片10的高度，可以使三块刀片10的公转平面不重合，防止刀片之间的碰撞。

如图5所示和图7，实施实例1的支柱50的作用是作为上下两片公转环30的支撑。

如图6所示和图7，实施实例1的固定轴60的作用是串起刀片10和套筒40，刀片10与固定轴60之间的连接为转动连接，转动连接孔12可以绕固定轴60转动，套筒40与固定轴60之间的连接为转动连接，套筒40可以绕固定轴60转动。

如图7和图8所示，为实施实例1的组装图。

如图9所示，为实施实例1与植物80的位置关系示意图，可看出植物80位于公转环30内。

如图10所示，为实施实例1对植物80进行切割的示意图，由于离心力的作用，刀片10通过杠杆效果将刃14、刀背13压向植物，然后通过刀片10的公转使刃14与植物80表面发生相对运动，起到七个作用，一层层的慢慢切直到切割全部完成；当刃14受到的摩擦力拉低公转速度时，配重15产生的惯性力会在杠杆作用下转化为提起刃14的力，以减小摩擦力，防止卡刃，这对小功率的动力源而言，有巨大的意义。

如图11所示，为实施实例1收刀的示意图，拨杆21和支撑柱50阻碍了刀片10的转动，并将其限制在图中所示位置。

如图12所示，为实施实例1转动环30以方向70匀速转动时刀片10的受力分析图，离心力F10分解成F11和F12，在刀片10的杠杆作用下产生一个方向与F12相反的力F13，以提供刃14对植物80的压力，图中为了方便没有画出植物80；为了视图清晰，该图没有做过于复杂的分析，但已经解释了实施实例1如何通过惯性力为刃14对植物80提供压力。 

如图13所示，为实施实例1转动环30被拉低速度时的受力分析，惯性推力F20，分解成F22和F21，在刀片10的杠杆作用下产生一个方向与F21相反的力F23，，以降低刃14对植物80的压力，图中为了方便没有画出植物80；为了视图清晰，该图没有做过于复杂的分析，但已经解释了实施实例1如何通过惯性力调整刃14对植物80的压力。

本实施实的使用方法是：应用于带自动刈割装置的生态景观浮岛，将其布置在植物生长的必经位置，刈割时配合电机带动动力环20按方向70转动，即可达到刈割植物的目的，刈割完成后反转电机使动力环20按方向71转动，即可实现收刀，以防刀刃阻碍或伤害生长中的植物；特别值得注意的是，本发明的实施实例应用时，一植物单元对应一个刈割装置，这是为应对生态景观浮岛的特殊状况而设计的。

为了清晰的呈现实施实例的原理，本说明书没有对支撑结构、动力装置、动力装置与动力环的连接、配合支柱50和固定轴60的卡箍等可以不付出创造性脑力劳动即可实现的现有技术进行赘述。

列举以上实施实例只是为了加深公众对本发明的理解，而不是对本发明保护范围的限定。 

Claims (1)

1.一种自动刈割装置的剪切口的设计方法，其特征在于： 

 设计如下元件：

              设计2个公转环（30），公转环（30）上具有3个第一孔（31）、3个第二孔（32）、3对即6个第三孔（33），第三孔（33）成对的分布在公转环（30）的外周上，每对第三孔（33）之间分布有1个第一孔（31），每个第一孔（31）在更靠近公转环（30）环心的内侧分布有1个第二孔（32）；

             设计3个刀片（10），其由转动连接孔（12）、刀柄（11）、刀背（13）、刃（14）、配重（15）组成，刀柄（11）和由刀背（13）与刃（14）组成的刀身分别位于转动连接孔（12）的两边，配重（15）位于刀柄（11）末端，刃（14）和刀背（13）位于刀身的对立侧，配重（15）确保刀片（10）重心位于刀柄（11）上； 

             设计1个动力环（20），其上具有三个拨杆（21），拨杆（21）的直径小于公转环（30）上第二孔（32）的孔径； 

             设计3个固定轴（60）； 

             设计6个套筒（40），套筒（40）上具有内孔（41）； 

             设计 6个支柱（50），支柱（50）的中部的直径大于两端直径；

  将以上设计的元件进行如下连接设计：

              3个固定轴（60）上各串两个套筒（40）和一个刀片（10），套筒（40）和刀片（10）可以绕固定轴（60）转动，一个刀片（10）位于其所在固定轴上的两个套筒（40）的底部，一个刀片（10）位于其所在固定轴上的两个套筒（40）的中间，一个刀片（10）位于其所在固定轴（60）上的两个套筒（40）的顶部，所有固定轴（60）上的套筒和刀片都位于两个公转环（30）之间，所有刀片（10）的配重（15）位于公转环（30）的环外，两块刀片（10）的刃（14）朝向公转环环外，一块刀片（10）的刃（14）朝向公转环环内，将3个固定轴的两端分别插入公转环（30）的第一孔（31）并固定连接；  

             6个支柱（50）的两端分别插入2个公转环（30）的3对即6个第三孔（33）并固定连接；

             动力环（20）的拨杆（21）插入公转环（30）的第二孔（32），动力环（20）位于2个公转环（30）的上方； 

进行如下传动设计：

             基于惯性力和杠杆原理，使植物（80）位于公转环（30）的环内，使三个刀片（10）围绕植物（80）发生公转,以刀片（10）为传动机构使用惯性力调整一块刀片（10）刃（14）对植物（80）的压力，并使用公转方向控制刀片（10）的收发；其具体方案是以刀片（10）为传动机构使用惯性力调整两块刀片（10）的刀背（13）对公转环（30）内植物（80）的压力，以收拢和挤压公转环（30）内植物（80）；以动力环（20）配合公转环（30）来控制三块刀片（10）的公转方向，并以第二孔（32）配合拨杆（21）控制刀片（10）的活动。