CN105357952A - 水平旋转式割草机 - Google Patents

Abstract

一种割草机，使用具有硬化切削刃的薄的可更换的刀片。此刀片通过水平旋转式刀片组件中的刀片固定组件进行固定。所述刀片组件由刀片组件防护装置覆盖，所述刀片组件防护装置只向下开口，在该处所述刀片组件中的刀片将在正常操作中切割草。所述刀片组件防护装置的上部的刀片组件检修门允许刀片很容易地被更换。

Description

水平旋转式割草机

技术领域

本发明总体涉及割草机，具体来说，涉及割草机刀片及刀片外壳。

背景技术

传统观的割草机分为两种形式：旋刀式割草机，其刀片在平面水平旋转；滚刀式割草机，其螺旋形刀片绕旋转轴旋转以便与底刀配合将草茎剪断。

旋转式割草机的刀片切割面较小，刀片的刀尖速度需要达到极高才能较好地进行切割。为了获得适合的切割效果，一般的刀尖转速高于15000英尺/分钟，即使切削刃锋利。高速切割下，外来物撞击刀片导致危险时常发生。尽管按照不同的安全标准对割草机安装甲板和剪切物袋来减小飞甩物伤害的危险性，但是，即使采取了防护措施飞甩物造成伤害的事故常有发生。

此外，许多伤害来自刀片本身。旋转式割草机非常巨大和笨重，及时低速时，刀片本身都可能引发伤害。此外，这些刀片的甲板下方完全打开以适应循环切割区域并需要刀片在其尖端切割。如果不小心将手脚或其它身体伸入刀片空隙内，或造成严重的肢体伤害，同时开放的刀片旋转空间也增加了外来物的飞甩危险性。

滚刀式割草机有多个（通常是5个）绕水平轴旋转的螺旋刀片；固定底刀提供所述螺旋刀片的剪切表面。滚刀式割草机的旋转螺旋刀片典型地在低于旋转式割草机的刀片的速度运行，但是滚刀式割草机是精密仪器，需要经常调整和确定操作条件，如旋转速度及前进速度。滚刀式割草机也危险。滚刀式割草机必须将旋转螺旋刀片的整个前部暴露，以配合底刀实现割草。即使在不运行过程中可能造成伤害。运行时，与旋转螺旋刀片的意外接触将把手或脚拉进底刀内。

因此，需要一种具有隔离和减少暴露刀片组件以降低伤害危险的防护装置。

典型旋转式割草机刀片通常采用重、扁平细长钢片，其绕可旋转垂直轴对称旋转。旋转式割草机刀片具有锋利的前缘，且后缘的外部被弯曲以产生空气流并将剪下的碎片吹进袋中或排出通道外。所述前缘很快变钝，并且当前缘变钝时，即使刀片看上去在切割，刀片实际上在粉碎和撕扯草。粉碎和撕扯导致具有不齐、撕断边缘的擦伤的草。损坏的曹产生褐色、不愉快的外观并更易导致疾病。滚刀式割草机通常通过修剪动作提供清洁的切割。滚刀式割草机刀片仍然必须锋利以表现良好。

旋转式和滚刀式割草机都遇到涉及维护的事项。割草机刀片的磨损源自正常使用或外来物体损坏，需要刀片被磨锋利或有规律更换。更换刀片代替磨尖可能很昂贵。

为了将旋转式割草机刀片磨锋利，通常必须从传动系上将它们拆下。因为旋转式割草机刀片通常位于割草机甲板下方，将它们拆下通常是困难和费时间的事情。在大型骑坐式割草机中尤其困难，因为割草机非常重，拆下刀片可能需要斜坡、提升机或千斤顶以能进入。滚刀式刀片典型地没有专用打磨设备或借助专业滚刀和底刀磨削指引表不能进行打磨。因此，需要低成本可选择性调换，减轻对打磨的需要。

发明内容

因此，本发明涉及一种带有防护刀片装置的新型割草机，其被构形以使用非常锋利、成本低、可调换式刀片。

在本发明的一个实施例中，割草机刀片组件被构形用以固定多个可更换的刀片。所述刀片组件绕平行于地面的轴旋转。所述刀片组件固定的刀片中每个刀片具有定位在旋转方向的切削刃。随着所述组件旋转，所述刀片直接切割所述刀片组件下方的草。

在本发明的另一个实施例中，刀片组件防护装置隐藏固定在旋转刀片组件中的若干刀片。刀片仅仅在它们靠近地面期间暴露并可有效割草。

在本发明的另一个实施例中，可更换的割草机刀片被构形用以被固定在刀片组件中。所述可更换的刀片按照每个刀片的切削刃被定向于组件旋转的方向的方式被固定。

应当理解上述的概括说明和以下的详细说明都是该发明的典型例子和起解释作用的例子，并不限制本发明。包含在说明书内并组成说明书的一部分的图示，阐述了该发明的具体实施方案，并和概括说明共同解释该发明的原理。

附图简要说明

通过参考下列附图，本领域技术人员可更好地理解本发明多个优点，其中：

图1表示本发明至少一个实施例所述的具有刀片组件的手推式割草机的透视图；

图2表示图1中所示本发明至少一个实施例所述的具有刀片组件的手推式割草机的透视爆炸图；

图3为根据本发明至少一个实施例所述刀片组件的透视图；

图4为图3中所述刀片组件的部分放大示意图；

图5为本发明至少一个实施例所述的刀片及刀片夹的示意图；

图6为图5中刀片在刀片夹中的插入位置的示意图；

图7为被构形用于三个刀片的刀片组件的侧视图；

图8为被构形用于五个刀片的刀片组件的侧视图；

图9为本发明至少一个实施例所述的手推式割草机的局部侧视图；

图10为本发明至少一个实施例所述的具有限制刀片开口的手推式割草机的仰视图；

图11为本发明至少一个实施例所述的割草机示意切割和切断流的局部侧视图；

图12为示意当所述刀片组件旋转时怎样割草的放大侧视图；

图13为本发明至少一个实施例所述的骑坐式割草机的示意图；

图14为本发明至少一个实施例所述的拖拉式的商业割草机的示意图；

图15为本发明至少一个实施例所述的转子的剖视图；

图16为本发明至少一个实施例所述的转子及外壳的剖视图；

图17为本发明至少一个实施例所述的转子及外壳的简图；

图18为本发明至少一个实施例所述的转子及外壳的剖视图；和

图19为本发明至少一个实施例所述的转子及外壳的剖视图。

具体实施方式

现在将详细说明公开的主题，其示于附图中。本发明的范围仅仅通过权利要求限定；包括许多变化、改进和等同替换。为了清楚的目的，实施例中所涉及的本领域已知的技术材料不进行详细描述，以避免说明书不必要地模糊。

在本发明的至少一个实施例中，割草机利用水平旋转刀片组件，所述刀片组件中的每个刀片具有朝向旋转方向的切削刃。所述刀片组件中的刀片均为薄的带有小角度边缘形状；从而，刀片持续有效工作时间较传统的割草机的更长，并且切割效果更好。因为刀片组件的方向、刀片边缘的锋利以及刀片组件中刀片的构形，相比于旋转式割草机，所述刀片组件可以在更低、安全速度下运行，并且所述刀片组件也不需要类似滚刀式割草机的固定直刀（底刀）或开口前部。所述刀片组件也可以大部分被包含在刀片组件防护装置内以防止意外接触刀片。

参考图1，是本发明至少一个实施例所述具有刀片组件的手推式割草机的透视图。该割草机包括驱动机构100，如汽油或电动马达，驱动机构100为刀片组件（图中被刀片组件防护装置106遮挡）提供动力。驱动机构100可以通过诸如传送带或动力输出（图中被驱动端盖104遮挡）的一些类型的传动系接合刀片组件。该割草机还包括剪切物袋108，以收集和处置刀片组件产生的剪切物。

更换或维修刀片组件中的刀片可以方便地通过位于刀片组件防护装置106的易于进入部分的检修门102进行。相比之下，旋转式割草机维修，对于小型机必须从侧面翻倒割草机甲板或对于大型机必须从底下进行。

参考图2，为图1中根据本发明至少一个实施例具有刀片组件的手推式割草机的爆炸图。驱动机构100通过传送带200与刀片组件202相连接，所述传送带200通过驱动端盖104覆盖，以防止操作过程中由于与传送带200接触造成伤害并保护传送带200的完整性。

刀片组件202可以被刀片组件防护装置106覆盖，以防止所述刀片组件202中的刀片204暴露于外，除了必须为此处充分说明的割草。刀片组件防护装置106也用作整个割草机的上部结构（类似于传统割草机甲板），为平顺割草产生足够轴距。所述刀片组件防护装置106可包括管道部分206，所述管道部分206紧密地围绕刀片组件202，并产生吸力和/或维持运行过程中刀片组件202产生的空气流以导引草屑。

刀片组件防护装置106可包括刀片组件检修门102以进入刀片组件202，用于刀片204的维修和更换。在至少一个实施例中，刀片组件202中的水平刀片204布置允许从上方进入。刀片组件检修门102可允许刀片被快速更换。

参考图3，为本发明至少一个实施例所述刀片组件202的示意图。所述刀片组件202中包括轴300及通过所述轴300固定安装的一个或多个转子302。所述转子302提供用于若干刀片夹306的接触表面。每个刀片夹306被构形用以固定一刀片以使所述刀片的切削刃朝向刀片组件202运行时的旋转方向。虽然图3示出了多个刀片夹306，其它刀片固定件可用于本发明的实施例中。所述刀片组件202还可以包括驱动接合机构304，以促进所述轴300与一驱动机构的之间的连接；例如，所述驱动接合机构304可以是直接、扭矩变换器、齿轮、变速器或带轮以接纳与马达相连的驱动带。

参考图4，为图3中刀片组件的局部放大图。在一个实施例中，连接至两个转子302的轴300使转子302绕所述轴300限定的一轴线旋转。从而与所述转子302连接的刀片夹306也绕所述轴300限定的一轴线旋转。在其它实施例中，所述刀片组件202也可以是无轴的。每个刀片夹306被构形用以固定一刀片204以使每个刀片204的切削刃都朝向正常运行过程中的旋转方向。

正如此处更充分描述，本发明所述的刀片组件允许成本低、可更换的刀片204。然而现有技术旋转式割草机的刀片要求基于其操作模式和端速具备一定质量和韧性特性以满足一定安全标准和测试标准，本发明至少一个实施例所述的刀片204实质仅包括一切削刃。所以相比于现有技术刀片，本发明至少一个实施例所述的刀片204边缘更硬和更锋利。

割草机刀片必须符合ANSI/ASAES483规定的刀片韧性测试，且割草机通常必须符合ANSI/OPEIB71.1-2012规定的安全规范。满足这些测试通常要求刀片的特定韧性，例如洛氏硬度要低于40。

参考图5，为本发明至少一个实施例所述的刀片204及刀片夹306的示意图。刀片组件中刀片夹306可限定刀槽502用以固定和定向刀片组件中的刀片204。所述刀片夹306可以包括一个或多个定位销504及一个或多个定位螺钉506。虽然此处具体描述和示出了定位销504和定位螺钉506，但可以使用其它适用于保持刀片204在刀片槽502中的紧固或夹紧机构。定位销504与刀片204中的定位槽512相接合并帮助确保成刀片204被正确定位和安置在刀片夹306中。所述定位螺钉506可以接合刀片204的螺纹部分或穿过刀片204上的定位螺孔514并接合刀片夹306的螺纹部分（未显示）。定位螺钉506确保刀片204在刀片夹306中安全并保持正确方向。

本发明至少一个实施例所述的刀片204较现有技术刀片更硬和更锋利，它们可以在较低速度，1000至6500英尺/分钟范围运行。在一个实施例中，驱动刀片组件的轴可以1000至5000转/分钟之间角速度旋转。在刀片组件直径为5英尺处，此角速度可以转换为线性刀片尖端速度1000至6500英尺/分钟。ANSI限制割草机刀尖速度为19000英尺/分钟。

在一个实施例中，刀片204以大约6200英尺/分钟行进。在刀片组件直径为5.25英寸处，水平旋转式割草机马达运行转速大约为1700转/分。利用5.25英寸发动机驱动带，以1700转/分旋转驱动具有2.00英寸驱动接合机构的刀片组件的马达将以约6200英尺/分驱动刀片204（刀片组件的转速为4500转/分）。大多数内燃四冲程割草机的最快空转速度为1700转/分，通过电动马达轻松且高效获得。

本发明的此实施例具有刀尖速度为普通旋转式割草机的1/3左右（ANSI中限制为19000英尺/分）。直接驱动21英寸刀片的具有立式发动机的普通旋转式割草机转速必须达到3300转/分（接近一些发动机最大运行4000转/分的限速），以使刀尖速度达到约18000英尺/分钟。在此发动机与刀尖转速，普通的旋转式割草机产生巨大噪音及空气污染（90分贝且排放的碳氢化合物及氮氧化合物与驱动四辆小轿车相同时长一样多）。

此外，因为刀片204是插入所述刀片夹306中，它们可容易地更换。例如，在至少一个实施例中，所述刀片204是改进的实用刀刀片或带锯条。根据相应的刀片夹306，所述刀片204可以包括一个或多个定位槽512和一个或多个定位螺孔514。所述刀片204也可以在刀片204的每端设有钝边尖端516以增加安全性，由于锋利切削点是不必要的。在本发明的至少一个实施例中，其中定位螺钉506可以由手工操作，更换刀片204时可以不用任何工具。

割草机刀片典型是由低碳钢加工而成。优质刀片有时由1080钢制成。旋转式割草机刀片一般长为6-32英寸，大多数现代旋转式割草机具有21英寸刀片；它们典型地宽度为1.5至4.25英寸以及厚度至少为0.1英寸，更多1/3英寸后或更多。

为了足够的切割效果，旋转式刀片要求高刀尖速度，在15000至19000英尺/分钟范围。由于高刀尖速度，旋转式刀片必须由大型量规、柔性、韧性钢材以满足ANSI测试标准或其它安全要求。硬度是影响锋利持久性的重要因素，旋转式割草机的刀片很快变钝，所以必须要采用韧性钢（典型地采用小于洛氏C40钢材）。典型地旋转式刀片使用一季度后更久并且在其使用寿命期间进行多次磨刀。磨刀虽然没有技术性困难，但却浪费时间；而且如果刀片不定期进行打磨，其切割质量下降。

本发明的至少一个实施例可以使用类似锯齿刀片、剃须刀刀片和美工刀刀片的刀片204。诸如锯齿刀片、剃须刀刀片和美工刀刀片的薄的或冲压刀片涉及一系列加工，每一加工使刀片204获得一定特性。在锯齿刀片、剃须刀刀片和美工刀刀片的制造中，通常利用单一钢带、线圈型，对于剃须刀刀片及美工刀刀片硬度在洛氏B80范围，而对于带锯条硬度在洛氏C30至C50范围。

在剃须刀与美工刀刀片制造过程中，单一钢带首先被送入冲床以形成刀片、划线以确定刀片的边缘，去除多余料，冲压开口以限定用于固定刀片的连接点。所划典型地对应剃须刀或美工刀刀片的侧边缘，并限定断开线用于后续折断或切断划线带成单个剃须刀或美工刀刀片。冲床也可进一步在刀片204上冲印品牌名称或商标。

所述单一钢带接着被送入穿过热处理炉以硬化和回火材料。热处理带惯常要打磨、磨光和/或用磨刀皮带磨以形成限定沿一侧的直线切削刃的小平面。随后所述带在每个划线处折断以生产大量的剃须刀片或美工刀刀片。

在带锯条加工过程中，单一钢带通常经过打磨、磨光和/或用磨刀皮带磨以形成限定沿一侧的直线切削刃的小平面，随后被送入热处理炉以硬化切削刃。当需要更锋利刃时，可以将所述带进行热处理并打磨获得切削刃。所述带然后按长度裁断，批量生产带锯条，最终将各刀片焊接成环状。

传统的冶金学观点建议对于1095碳钢，只有硬度超过洛氏C50在室温下才会发生柔性到脆性的转变，对于超过洛氏硬度C50的硬度来说，耐磨性和切削刃钝化程度增加，这与1095碳钢所能获得的最大理论硬度是相对应，而最大理论硬度约为洛氏C66。经过上述加工过程的刀片204，刀片硬度达到洛氏C50以上，而刀片的摩擦阻力和破碎性减小。

根据上述加工过程的刀片204的切削刃可以在表面镀上一层冶金结合材料或者机械结合材料的涂层，以提高切削刃的锋利度和耐用度，减小外来物如草屑等对刀片的粘附力，同时提高刀片的表面光洁度。采用涂层处理，对刀片材料的核心硬度及显微结构没有产生任何不利影响，同时又保证刀片足够的韧性和抗冲击性，完全符合ANSI标准中割草刀片和美工刀片的相关要求，限制涂层中刀口断裂或崩刀现象的发生。

根据本发明实施例所述的刀片204在低速（本发明实施例中为2000～6500英寸/分，而现有技术的割草机为19000英寸/分）下操作，驱动耗能较低，操作更有效率且马达转速较低。因此与现有技术的割草机相比，其应用前景更广阔，且具有节能环保性。

滚刀式割草机采用硬面螺旋刀片，但是因为其切割方式（剪切型），这种螺旋式刀片开刃的加工技术难度高、耗时长，且需要进行刀片校准。这样的加工过程要求专业人员进行操作。

根据本发明至少一个实施例所述的刀片204的加工技术与美工刀或带锯条的加工成本效益相同。根据本发明至少一个实施例所述的刀片204可以采用1095等级碳钢。

根据本发明实施例所述的刀片204可以设有硬切削刃510，并且其它部位具有韧性以使刀片可以在受到外来物的撞击时会弯曲而不会折断（ANSIS483）。为了使切削刃510变硬，经过加工处理后使其硬度达到洛氏C60或更高，深度为从切削刃510处0.003至0.004英尺之间。硬度介于洛氏C55到洛氏C60之间的切削刃较传统方式获得的切削刃具有一定程度的边缘保持能力并可以被磨利。从洛氏硬度C55到洛氏硬度C60，边缘锋利保持能力增加，随之而来的磨利困难性也增加。硬度超过洛氏C60的切削刃边缘保持能力最好，但是磨利困难性也最高。从切削刃510约0.015英尺硬度将过渡返回到性软材料。在至少一个实施例中，刀片204也可以进行耐腐蚀处理。

本发明至少一个实施例包括产生软的刀片204主体上的微硬化的切削刃510的方法，其中切削刃510小于刀片204的0.020英寸。所述方法包括感应热处理；渗硼处理；渗氮处理；火焰喷涂合金处理、化学镀镍/聚四氟乙烯注入；激光涂覆；铁素体硝基渗碳；包覆基于石墨烯的材料、硬化合金浸渍材料、金刚石浸渍材料或复合材料；涂覆其它材料能使刀片204产生硬化表面，尤其是集中在切削刃510处。

根据本发明至少一个实施例所述的刀片204保持软的刀身且硬度低于洛氏C50，在一些实施例中，硬度低于洛氏C35。限定切削刃510的每个刀片204的仅仅一小部分（少于0.015英寸）将被硬化。在一个典型的实施例中，刀片204从切削刃向0.015英寸区域硬度转变（从硬性/脆性到软性/韧性）。此刀片204提供有高锋利保持性能的切削刃510，在正常的割草压力下会折弯而不是折断或崩断。在切削刃510切割硬物时仅会产生极小碎片。此碎片对所有刀片是正常的且在ANSI标准内。

旋转式割草机刀片硬度不超过洛氏C50且大多数处于中间左右到洛氏硬度C30，若超过洛氏C50，钢材脆性大，极易折断或断裂而不是弯曲或变形。但对于硬度达不到洛氏C50的材料，则不容易维持边缘。对于锋利保持性较好的选择硬度超过洛氏C60的材料，但是硬度太高的刀片通过正常方式进行开刃很困难，并且可能需要借助金刚石磨料。本发明所述的一次性刀片204就解决了这个问题。

根据本发明至少一个实施例所述的刀片204设置有质地软、硬度低于洛氏C50的刀身，在一些实施例中硬度低于洛氏C35。所述刀片204只有一小部分（少于0.015英寸）的切削刃510，其硬度较高。在一个典型的实施例中，刀片204从切削刃向0.015英尺区域存在硬度转变（从硬性/脆性到软性/韧性）。所述刀片204设置有较高锋利保持性能的切削刃510，在正常的割草压力下会折弯而不是折断或崩断，且在切削刃切割及其坚硬的外来物时仅会产生极小碎片。此碎片对所有刀片是正常的且在ANSI标准内。

在刀片204质地较软的刀身上设置硬度较高的切削刃510（不超过0.020英尺硬化区域）的处理方法包括感应热处理；渗硼处理；渗氮处理；火焰喷涂合金处理、化学镀镍/聚四氟乙烯注入；激光涂覆；铁素体硝基渗碳；包覆基于石墨烯的材料、硬化合金浸渍材料、金刚石浸渍材料或者其它符合材料；涂覆其它材料能使刀片204产生硬化表面，尤其是在切削刃510处。

根据本发明至少一个实施例所述的刀片204可以在旋转式割草机上使用。微硬化切削刃提供的益处是可以转变和符合旋转式割草机安全标准测试要求。

参考图6，为图5中刀片204在刀片夹306中的插入位置的示意图，其中刀片204在刀片夹306中。所述刀片204插入到所述刀片夹306限定的刀槽502中。所述定位销504固定到所述刀片204上的定位槽（被遮挡）以定位所述刀片204，并确保所述刀片204正确地安置和定位以使切削刃510朝外。定位螺钉506固定所述刀片204就位。为了安全性，所述刀片204的每端设有倒角516。

参考图7，为三个刀片刀片组件的侧视图。在本发明的至少一个实施例中，一个或多个转子702连接至轴700。三个刀片夹706及相应的刀片连接至所述一个或多个转子702，以使所述刀片的切削刃都被定位于朝向旋转的方向。例如，在图7中，当轴700逆时针方向旋转时，所述转子702逆时针旋转，并且所述刀片夹706及刀片沿着所述一个或多个转子702的周长限定的轨道行进。当草的一部分经过刀片切削刃时，这部分草就会被切割。

参考图8，为五个刀片刀片组件的侧视图。在本发明的至少一个实施例中，一个或多个转子802连接至轴800上，五个刀片夹806及其配套的刀片连接至所述一个或多个所述转子802，以使所述刀片的切削刃都被定位于朝向旋转的方向。例如，在图8中，当轴800逆时针方向旋转时，所述转子802逆时针旋转，并且所述刀片夹806及刀片沿着所述一个或多个转子802的周长限定的轨道行进。当草的一部分经过刀片切削刃时，这部分草就会被切割。

对于在刀片组件中任意数量的刀片夹706、806，刀片夹706、806应该被布置以使刀片夹706、806及刀片的质量围绕刀片组件202限定的旋转轴均匀分布。

参考图9，为本发明至少一个实施例所述的手推式割草机的局部侧视图。在本发明的至少一个实施例中，割草机包括驱动机构100，所述驱动机构100通过传送带200连接刀片组件202。所述刀片组件202包含在刀片组件防护装置106内，所述刀片组件防护装置106可以包括有管道部分206，所述管道部分206将刀片组件202紧密包覆，所述管道部分206被构形用以维持并引导刀片组件202旋转产生的气流，以导引草屑进入剪切物袋108中。所述管道部分206可以包括刀片组件检修门102，以允许方便地进行刀片的更换。

所述刀片组件防护装置106也可在所述刀片组件防护装置106靠近于地面的部分限定刀片开口900。所述刀片开口900允许连接至所述刀片组件202的刀片夹306中的刀片接近位于刀片组件防护装置106下方的草。在至少一个实施例中，所述刀片开口900不超过刀片组件202的直径。在一些实施例中，刀片开口900的直径被限定以便允许刀片及刀片夹306有足够的间隙，在其它一些实施例中，刀片开口900可以被限定以便控制气流。

参考图10，为本发明的至少一个实施例中所述的手推式割草机的仰视图，具有限制的刀片开口900。本发明所述的带有刀片组件202的割草机可以设有刀片组件防护装置106，刀片组件防护装置106包覆所述刀片组件202并防止伤害。因为刀片组件202在任何给定运动永远只能割一小块地域的草，所述刀片组件防护装置106可以限制进入刀片组件202，除了在该要割草的小块地域附近。所述刀片组件防护装置106也可以包括草屑通道1000。草屑通道1000允许进入所述刀片组件防护装置106内部以清除未被收集到剪切物袋中的草屑，或者草屑通道1000可以允许覆盖未配备剪切物袋的割草机中排出的草屑。

本发明所述的割草机不需要刀片组件202的前部暴露给草。与旋转式割草机相比，刀片组件防护装置106下的刀片开口900的暴露面积显著减小，并能便利地远离前后边缘定位。通过将刀片开口900置于远离刀片组件防护装置106的前后部并保持刀片组件202的前部屏蔽，减少了刀片接触肢体部的危险性。本发明实施例所述的刀片的操作速度的降低也减小了来自外来物伤害的危险性。

参考图11，为本发明至少一个实施例所述的割草机在割草过程中切割和碎屑流的局部侧视图。在本发明所述的至少一个实施例中，割草机包括一个驱动机构100，所述驱动机构100连接刀片组件202。所述刀片组件202安装在刀片组件防护装置106内。所述刀片组件防护装置106包含有紧密地为围绕所述刀片组件202的管道部分206，所述管道部分206被构形用以维持和导引刀片组件202旋转产生的气流1100，以朝向剪切物袋或一开口导引草屑，在所述开口覆盖的草屑可被排出。在旋转式割草机中引导草屑本身具有难度，需要复杂的甲板及刀片设计，所述刀片组件202的旋转产生自然的提升。所述管道部分可以包括刀片组件检修门102以方便刀片的更换。

所述刀片组件防护装置106也可在所述刀片组件防护装置106靠近于地面的部分限定刀片开口900。所述刀片开口900允许连接至所述刀片组件202的刀片夹306中的刀片接近位于刀片组件防护装置106下方的草。在至少一个实施例中，所述刀片开口900不超过刀片组件202的直径。在一些实施例中，刀片开口900的直径被限定以便允许刀片及刀片夹306有足够的间隙，在其它一些实施例中，刀片开口900可以被限定以便控制气流1100。

参考图12，为当刀片组件旋转进行割草时刀片组件的放大侧视图。在本发明所述的至少一个实施例中，割草机配置有水平旋转式刀片组件。所述刀片组件包括轴300、连接至所述轴300的转子302以及固定连接至转子302的刀片308的刀片夹306。随着所述轴300旋转，每个刀片308的切削刃沿途进行割草。因为刀片组件旋转速度实质上大于割草机的前进速度，所以在刀片组件临近的区域刀片组件的切割操作在草长度方向产生坡度。例如，轴300下方的草的长度最短，在这个位置每个刀片308经过时都是处于最接近地面的位置，而随着刀片308旋转，长度逐渐变长，直到达到刀片308不再切割到任何草的位置点。这样的切割方式可以渐进地切割每根草的不同位置，直到将草切割到最短位置。在本发明至少一个实施例所述的割草机可以有效地进行割草，并通过气流有效地将细小草屑吹出。这样最终完成切割后的草地大体上与滚刀式割草机获得的草地相似。

采用滚刀式割草机切割后草地的审美质量和健康状况较旋转式割草机优越。旋转式割草机切割后草叶为锯齿形，而滚刀式割草机完成切割后草叶为平整形。锯齿形草叶的草地更容易得病。在本发明至少一个实施例中，水平旋转式割草机的切割质量大体上优于旋转式割草机的质量，且与滚刀式割草机的切割质量相当。

大多数草坪，处于不休眠状态并得到充足的照料，每个周大约会长1.5至2.0英寸，最健康的草坪维持在高度为2.5至3.0英寸，同时也优选被切割，在任何割草过程中，切除不超过刀片高度的1/3。

对任何给定草的叶，切割发生的间隔时间大约为：

式中为刀片个数，为角速度。交接面的弧长S的公式为：

式中r为半径，为切割角度，h _c为草地最终切割高度，h _g为草地在预测切割位置的高度。在草地被切割的切割方向上，刀片308走弧线，在路径上穿过的距离为S，S对应的平面展开距离为d，刀片组件穿过距离为d需要的时间为：

因此，单片草叶的切割次数可以被表示为：

假定每平方英寸中有320片草叶，且每英寸长度上有17.88片草叶，在正常的行走速度范围2至5英里/小时内假定行走速度为3.5英里/小时（5.13英尺/秒或者307.8英尺/分钟）。在本发明至少一个实施例所述的割草机（设置有3个刀片308，并且刀片组件操作的角速度为4500转/分钟）在每分钟内进行13500次切割。13500次/分钟大约等于完全切割44次/英尺或3.65次/英寸。

考虑到另外一种方式：随着水平旋转式割草机在切割方向上前进，在每次刀片组件旋转过程中，草叶遇到刀片308切削刃进行切割时每次都要提前一会，直到该片草叶位于轴驱动刀片组件的正下方位置，在该点时，草叶切割后剩余高度为h _c。在草叶与刀片308每片相遇过程中都会切除草叶边缘位置，产生一次切割，切割次数是通过在草叶达到切割高度h _c之前，草叶与刀片308的相遇次数决定的，每次的切割大小取决于所述刀片308的数量、所述刀片组件的旋转速度及所述割草机在切割方向上的速度v。根据之前的例子，水平旋转式割草机设置有3个刀片308，旋转速度为4500转/分，且前进速度为307.8英尺/分钟下，在每一次与选定草叶相遇之间，移动大约0.27英寸距离。在每一次与草叶的相遇过程中，每个刀片308相关位置的变化大约为：

在这个例子中，每个刀片308遇到草叶的位置大约比前一个刀片308的位置提前6.288°，对于选定草叶，每次切割长度的临界位置可以大约为：

根据这个例子，水平旋转式割草机对每片草叶会产生逐渐变小的切割，直到完成最后一次切割，完整的切割长度正好达到0.015英寸。

草地的切割次数可以定义为：

式中，N为刀片个数，为角速度，v为所述割草机在切割方向上的速度，为草地的密度（每平方英尺上草叶的数量），l为刀片宽度。在这些相关量基础上，假定草地密度为常数（46000片/平方英尺），所述割草机在切割方向上的速度=307.8英尺/分，在本发明至少一个实施例所述的设置有6个刀片308且旋转速度为4500转/分的水平旋转式割草机，在每直线英尺内进行1976758次草叶切割。

作为对比，考虑到标准旋转式割草机的切割特性，设置有20英寸的刀片的旋转式割草机，随着割草机向前移动，自顶向下的图解视图的切割面积可以被分为如下区域：

每个区域面积的计算方法如下：

式中，r=10英寸，d=2英寸，切割之间前进的位置。在计算切割面积时，我们可以首先计算整个圆面积，通过。包括半个A ₁的整个扇形区域通过以下公式计算：

A ₁区域的面积可以通过如下计算：

扇形区域的三角形部分面积，不包括阴影部分A ₁区域面积，为：

在扇形区域的内外的整个A ₁区域面积为：

现在考虑A ₂区域面积：

式中，r=10，d=4；。包括半个A ₂的整个扇形区域通过以下公式计算：

A ₂区域的面积可以通过如下计算：

扇形区域的三角形部分面积，不包括阴影部分A ₂区域面积，为：

在扇形区域的内外的整个A ₂区域面积为：

式中，为上述计算的扇形区域内A ₁区域的面积。

继续计算A ₃区域的面积：

包括半个A ₃的整个扇形区域通过以下公式计算：

扇形区域的三角形部分面积，不包括阴影部分面积，为：

扇形区域内的整个阴影面积，不考虑内圆面积，为。

扇形区域内与A ₃区域相对应的内圆区域部分必须被移除：

整个内圆的面积为：

整个内圆扇形区域面积为：

内圆扇形区域的三角形部分面积，不包括阴影部分面积，为：

内圆中整个虚影区域面积为

在扇形区域的内外的整个A ₃区域面积为：

式中，为上述计算的扇形区域内A ₁区域的面积，式中，为上述计算的扇形区域内A ₂区域的面积，式中，为上述计算的内圆面积。继续计算A ₄区域的面积：

包括半个A ₄的整个扇形区域通过以下公式计算：

扇形区域的三角形部分面积，不包括阴影部分A ₄区域面积，为：

在扇形区域内的全部阴影部分面积，不包括内圆区域，为。

扇形区域内与A ₄区域相对应的内圆区域部分必须被移除：

整个内圆扇形区域面积为：

内圆扇形区域的三角形部分面积，不包括阴影部分面积，为：

内圆扇形区域的阴影面积为。在扇形区域的内外的整个A ₂区域面积为：

式中，为上述计算的扇形区域内A ₁区域的面积，式中，为上述计算的扇形区域内A ₂区域的面积，式中为上述计算的扇形区域内A ₃区域的面积，式中，为上述计算的内圆面积。继续计算A ₅区域的面积：

对于一个单象限，A ₅的范围通过整个区域的面积减去象限内圆的区域，再减去A ₁到A ₄的区域所剩下的部分计算：

因此整个A ₅的面积约为。本领域技术人员可以分析出，旋转割草机的刀片在所限定的区域中是严格对称的，在对称区域所对应的面积相等。

旋转式割草机处于每分钟3000转的工作状态时，每小时移动3.5英里（307.8英尺/分钟），产生切割的次数被描述为：

每多前进一步，切割的区域的面积也会随之增加。在20英寸范围内，每步前进的切割次数可以通过在总共20步中经过每一区域内总共的切割次数乘以每步前进中通过的平均刀片数量计算。一个刀片切割次数为1.6次/英寸。因为对于旋转式刀片在前进过程中，对于每步前进来说，切割距离为2英寸，所以在此距离内的平均切割次数为1.6。旋转式割草机刀片切割次数通过将切割次数乘以特定区域。例如：

草叶切割片数可以结合通过每一相同面积的区域的切割次数进行估计，可以应用如下等式：

草叶切割片数=(刀片切割次数)×(面积)×()

假定大约每平方英尺内有46000片数的草叶，结合面积相同的A ₁、A ₁₀、A ₅与A ₆，计算得出总共为35.2的刀片切割次数，同样的，结合面积相同的A ₂与A ₉，计算得出总过为17.6的刀片切割次数，同样的，结合面积相同的A ₃与A ₈，计算得出总过为17.6的刀片切割次数，同样的，结合面积相同的A ₄与A ₇，计算得出总过为17.6的刀片切割次数。因此：

对于A ₁、A ₁₀、A ₅与A ₆

对于A ₂与A ₉

对于A ₃与A ₈

对于A ₄与A ₇

在20英寸的距离范围内总共有566720片被切割的草叶片数。对于现有技术中刀片旋转速度为3000转/分的旋转式割草机，可以在每直线英尺范围内产生340032次草叶切割次数。作为对比，根据本发明至少一个实施例所述的水平旋转式割草机可以在每直线英尺范围内产生1976758次草叶切割次数，大约为前者次数的5.8倍。这意味着根据本发明至少一个实施例所述的割草机切割的草坪质量更高。如果将切割后的草屑置于草地上，高质量的切割结果可以获得更高的营养。

参考图13，为本发明至少一个实施例所述的骑坐式割草机的示意图。在本发明的至少一个实施例中，割草机包括操作员座椅1308和驱动机构1300，所述驱动机构1300通过动力传动机构1304连接刀片组件，所述动力传动装置1304例如是一个或多个带。刀片组件可以被容纳在车架下悬挂的刀片组件防护装置1306内，所述刀片组件防护装置1306上设置有检修门1302，所述检修门1302方便刀片组件中的刀片更换或维修。在本发明的该实施例中使用的所述刀片组件可以如本文描述。

参考图14，为本发明至少一个实施例所述的拖拉式的商业割草机甲板的示意图。在本发明所述的一个实施例中，拖拉机1400通过牵引连接器1406连接割草机甲板1406，所述牵引连接器1406可以包括动力传输机构，例如动力输出装置。可选择地，牵引连接器1406可以连接驱动机构1400与割草机甲板1406，以便当一个或多个刀片组件通过其它方式，例如动力传输机构1404提供动力进行牵引，所述动力传输装置1404连接一个或多个刀片组件与一个或多个割草机甲板1406轮子。

所述割草机甲板1406可以包括一个或多个刀片组件防护装置1408，每个刀片组件防护装置1408装有本发明实施例所述的刀片组件。每个刀片组件防护装置可以包括刀片组件检修门1402，以便更换相应刀片组件中的刀片。

参考图15和图16，为本发明至少一个实施例所述的外壳和转子的剖视图。在至少一个实施例中，多个刀片204连接至两个或更多个转子1506。所述多个刀片204及两个或更多个转子1506限定一可旋转的刀片组件。所述两个或更多个转子1506的至少一个转子被构形用以接合一驱动机构并允许所述刀片组件旋转。

本发明至少一个实施例所述的外壳可以包括一个或多个挡板1510，用于所述外壳内的气流。在至少一个实施例中，所述刀片组件不从所述外壳伸出。草通过气流卷入开口1508中。

所述外壳可以限定位于所述外壳的前表面与所述刀片204限定的路径之间的大体恒定的气流空间1612。此气流空间1612可用来进一步控制气流，并且引导草屑朝向出口。

图17为本发明至少一个实施例所述的外壳和转子的侧面示意图。本发明至少一个实施例所述的挡板1510可以在操作过程中产生后部涡流1710，用以产生气流将草拽入所述刀片204中。所述后部涡流1710是挡板1510占有角空间和所述挡板1510与刀片204限定的路径之间的可变距离间隙的产物。

参考图18和图19，为本发明至少一个实施例所述的外壳和转子的剖视图。在至少一个实施例中，刀片204及转子1506限定一刀片组件。所述刀片组件中的至少一个转子可以被连接至一驱动接合部分1902，所述驱动接合部分1902可以接合一驱动机构以输入旋转力给所述转子1506和刀片204，并也允许整个刀片组件很容易地脱离所述驱动机构和被拆下，以便整个刀片组件可以通过外壳侧方的开口进行更换。

应当相信通过前面描述的本发明的实施例将理解本发明和其附带的优点，但是很明显的是在不脱离本发明范围和精神或不牺牲所有实质优点情况下，可以在其组成的形式、结构、布置做出各种改变。此处之前描述的形式仅仅其示例性实施例，应当注意所附的权利要求将覆盖和包含此类改变。

Claims (31)

1.一种用于切割生长在表面的草的割草装置，包括：

一驱动机构；

一与所述驱动机构连接的可旋转的刀片组件，包括：

两个或更多个转子，其被构形用以绕相同轴旋转；以及

一刀片组件防护装置，其被构形用以部分地包围所述可旋转的刀片组件，

其中：

所述可旋转的刀片组件被构形用以通过所述驱动机构绕大体平行要切割表面的轴可旋转地驱动，以及所述可旋转的刀片组件被构形用以固定多个可更换的刀片，以使所述多个可更换的刀片的每个刀片被构形用以大体切线地固定至所述的两个或更多个转子的每个转子，以使所述多个可更换的刀片的每个刀片的切削刃被定向在所述两个或更多个转子的旋转方向，且每个可更换的刀片的厚度不超过0.075英寸；以及

所述刀片组件防护装置限定一刀片室。

2.根据权利要求1所述的割草装置，其中，所述可旋转的刀片组件被构形用以当所述割草装置在要切割表面线性前行时，所述可旋转的刀片组件以一角速度旋转足以在系列切割中最低限度修剪草叶。

3.根据权利要求1所述的割草装置，其中，所述可旋转的刀片组件被构形用以在操作过程中产生空气流以引导草屑。

4.根据权利要求1所述的割草装置，其中，进一步包括一个或多个可更换的刀片，所述的一个或多个可更换的刀片中的每个包括：

一韧性部分；和

一硬化切削刃，包括所述可更换的刀片的一深度，

其中：

所述硬化切削刃具有至少洛氏C50的硬度；

所述韧性部分具有小于洛氏C50的硬度；以及

所述一个或多个可更换的刀片被构形用以连接至所述两个或更多个转子。

5.根据权利要求4所述的割草装置，其中，所述一个或多个可更换的刀片的厚度不超过0.075英寸。

6.根据权利要求4所述的割草装置，其中，所述可旋转的刀片组件被构形用以可更换。

7.根据权利要求4所述的割草装置，其中，每个所述可更换的刀片切削刃深度不超过0.02英寸。

8.根据权利要求1所述的割草装置，其中，所述刀片组件防护装置包括：

一外壳部分，其被构形用以部分地围住所述可旋转的刀片组件；

一管道部分，其被构形用以紧密围绕所述可旋转的刀片组件；

一在所述管道部分中的可旋转的刀片组件的检修门，其被构形用以允许通向所述可旋转的刀片组件；以及

一刀片开口，其被构形用以允许所述可旋转的刀片组件中的可更换的刀片接近草。

9.根据权利要求8所述的割草装置，其中，所述可旋转的刀片组件的检修门被构形用以允许通向所述的一个或多个可更换的刀片，以便从所述的可旋转的刀片组件中拆卸所述的一个或多个可更换的刀片。

10.根据权利要求8所述的割草装置，其中：

所述可旋转的刀片组件的检修门被构形用以允许从所述外壳的侧面拆卸所述的可旋转的刀片组件；以及

所述可旋转的刀片组件包括一分离机构，所述分离机构被构形用以允许从所述驱动机构脱离所述可旋转的刀片组件。

12.一种用于切割生长在表面的草的割草装置，包括：

一可旋转的刀片组件，包括：

两个或更多个转子，所述两个或更多个转子的每一个被构形用以绕相同轴旋转，此轴大体平行于要切割的表面，所述两个或更多个转子被构形用以固定多个可更换的刀片中的每一个，此可更换的刀片的厚度不超过0.075英寸，

其中，所述两个或更多个转子被构形用以固定所述多个可更换的刀片中的每一个，以使每个可更换的刀片的切削刃定位在所述两个或更多个转子的旋转方向。

13.根据权利要求12所述的割草装置，其中，所述可旋转的刀片组件被构形用以在操作过程中产生气流以引导草屑。

14.根据权利要求12所述的割草装置，其中，进一步包括一个或多个可更换的刀片，所述的一个或多个可更换的刀片中的每个包括：

一韧性部分；和

一硬化切削刃，包括所述可更换的刀片的一深度，

其中：

所述硬化切削刃具有至少洛氏C50的硬度；

所述韧性部分具有小于洛氏C50的硬度；以及

所述一个或多个可更换的刀片被构形用以连接至所述两个或更多个转子。

15.根据权利要求14所述的割草装置，其中，所述一个或多个可更换的刀片的厚度不超过0.075英寸。

16.根据权利要求12所述的割草装置，其中，所述可旋转的刀片组件被构形用以当所述割草装置在要切割表面线性前行时，所述可旋转的刀片组件以一角速度旋转足以在系列切割中最低限度修剪草叶。

17.一种用于切割生长在表面的草的割草装置，包括：

一割草机刀片，包括：

一韧性部分；和

一硬化切削刃，包括所述可更换的刀片的一深度，

其中：

所述割草机刀片的厚度不超过0.075英寸；

所述硬化切削刃具有至少洛氏C50的硬度；

所述韧性部分具有小于洛氏C50的硬度；以及

所述割草机刀片被构形用以连接至水平旋转式割草机刀片组件中的两个或更多个转子。

18.根据权利要求17所述的割草装置，其中，所述割草机的刀片切削刃深度不超过所述割草机刀片的0.02英寸。

19.根据权利要求17所述的割草装置，其中，所述割草机刀片包括1074到1095等级碳钢中的一种。

20.根据权利要求17所述的割草装置，其中，所述割草机刀片被构形用以可从所述水平旋转式割草机刀片组件中拆除和更换。

21.一种用于切割生长在表面的草的割草装置，包括:

一驱动机构；

一与所述驱动机构连接的可旋转的刀片组件，包括：

一个或多个个转子，其被构形用以绕一轴旋转；以及

一刀片组件防护装置，其被构形用以部分地包围所述可旋转的刀片组件，

其中：

所述可旋转的刀片组件被构形用以通过所述驱动机构绕大体平行要切割表面的轴可旋转地驱动，以及所述可旋转的刀片组件被构形用以固定厚度不超过0.075英寸的多个刀片，以使所述多个刀片中的每个刀片的切削刃被定向在旋转方向；以及

所述刀片组件防护装置限定一刀片室。

22.根据权利要求21所述的割草装置，其中，所述可旋转的刀片组件被构形用以在操作过程中产生气流以引导草屑。

23.根据权利要求21所述的割草装置，其中，所述可旋转的刀片组件被构形用以可更换。

24.根据权利要求21所述的割草装置，其中，进一步包括一个或多个可更换的刀片，所述的一个或多个可更换的刀片中的每个包括：

一韧性部分；和

一硬化切削刃，包括所述可更换的刀片的一深度，

其中：

所述硬化切削刃具有至少洛氏C50的硬度；

所述韧性部分具有小于洛氏C50的硬度；以及

所述的刀片被构形用以连接至所述一个或多个转子的外部部分。

25.根据权利要求24所述的割草装置，其中，所述硬化切削刃通过应用镀层、浸渍材料以及通过所述切削刃的化学属性中至少一种产生。

26.根据权利要求24所述的割草装置，其中，所述一个或多个刀片的厚度不超过0.075英寸。

27.根据权利要求24所述的割草装置，其中，所述一个或多个刀片被构形用以可更换。

28.根据权利要求24所述的割草装置，其中，每个切削刃深度不超过所述刀片的0.02英寸。

29.根据权利要求21所述的割草装置，其中，所述刀片组件防护装置包括：

一外壳部分，其被构形用以部分地围住所述可旋转的刀片组件；

一管道部分，其被构形用以紧密围绕所述可旋转的刀片组件；

一在所述管道部分中的可旋转的刀片组件的检修门，其被构形用以允许通向所述可旋转的刀片组件；以及

一刀片开口，其被构形用以允许所述可旋转的刀片组件中的刀片接近草。

30.根据权利要求29所述的割草装置，其中，所述外壳部分限定一前部和一后部，所述前部和后部被构形用以提供人与所述可旋转的刀片组件之间的缓冲距离。

31.根据权利要求29所述的割草装置，其中：

所述可旋转的刀片组件的检修门被构形用以允许从所述外壳的侧面拆卸所述的可旋转的刀片组件；以及

所述可旋转的刀片组件包括一分离机构，所述分离机构被构形用以允许从所述驱动机构脱离所述可旋转的刀片组件。

32.根据权利要求31所述的割草装置，其中，所述可旋转的刀片组件的检修门被构形用以允许所述可旋转的刀片组件中的刀片进行更换。