CN107921651B - 用于切割螺旋状条块的系统 - Google Patents

Abstract

被构造成在水刀切割系统中使用的旋转刀具包括：限定内部孔口的圈；以及至少两个间隔开、角偏移并且平行的切割刀片组，所述切割刀片组由平行螺旋扭曲的切割刀片构成，所述刀片横跨所述孔口延伸。所述圈被构造成与所述水刀切割系统的液压喂入管道流体连通并且围绕延伸穿过所述孔口的旋转轴线进行旋转运动。平行刀片组大体垂直于所述旋转轴线取向。每个切割刀片都具有位于其一侧的尖锐切割边缘并且每个切割刀片都大体围绕其中心点进行扭曲以限定在相反面对的周向方向上取向的一对切割边缘。在所述旋转刀具以一转速旋转的情况下，以一产品速度喂入通过所述孔口的蔬菜产品被基本同时地切割成多个螺旋形扭曲条块。

Description

用于切割螺旋状条块的系统

相关申请的交叉参考

本申请要求2015年8月6日提交的名称为“System for Cutting Spiral ShapedPieces”的美国临时专利申请序列号No.62/201,875的权益，该美国临时专利申请序列号No.62/201,875是2015年5月14日提交的名称为“Rotary Knife Fixture for CuttingSpiral,Textured Potato Pieces”的美国专利申请序列号No.14/712,857的部分继续申请，该美国专利申请序列号No.14/712,857是2012年10月8日提交的名称为“Rotary KnifeFixture for Cutting Spiral,Textured Potato Pieces”的美国专利申请序列号No.13/647,319的继续申请，该美国专利申请序列号No.13/647,319现在为美国专利No.9,089,987，该美国专利要求2012年6月18日提交的名称为“Rotary Knife Fixture for CuttingSpiral,Textured Potato Pieces”的美国临时专利申请序列号No.61/661,278的权益，并且要求2011年10月11日提交的名称为“Rotary Knife Fixture for Cutting SpiralPotato Pieces”的美国临时专利申请序列号No.61/546,035的权益。

技术领域

本公开涉及用于切割产品诸如蔬菜产品的装置和方法。更具体地说，本公开涉及一种用于将整个产品诸如土豆同时切割成具有选定横截面形状的螺旋形扭曲条块的装置和方法。

背景技术

产品切割系统及相关刀具用来将蔬菜产品诸如生土豆切割成螺旋状或螺旋形条块，从而为进一步生产处理步骤诸如焯和半油炸做好准备。在这方面，一种典型的生产系统包括液压切割系统，其中所谓的水刀具沿着细长管状管道安装。设置泵送装置以在推进水槽内输送蔬菜产品诸如生土豆以与水刀具的刀片进行切割接合。以单个队列序列每次将一个蔬菜产品泵送到水管道内，并且以足以携带蔬菜产品通过相对复杂的刀具的速度和动能通过该水管道，所述刀具包括用于将产品切断成大体螺旋状或螺旋形的多个更小条块的至少一个旋转切割刀片。然后运送该切割条块通过排放管道以进行适当的后续处理，包括烹饪或焯、半油炸、冷冻和包装步骤，以进行后续最终处理并作为圈环、螺旋圈、炸薯圈等提供给消费者。

这种液压切割系统及相关旋转刀具的示例可以在美国专利5,168,784、5,179,881、5,277,546、5,343,791、5,394,780、5,394,793、5,473,967、5,992,287和Re.38,149中找到。本领域技术人员将认识并意识到，如在美国专利5,097,735、5,167,177、5,167,178和5,293,803中描述的那样，可以采用机械生产喂入系统来代替液压喂入系统。

本发明涉及一种用于将生蔬菜产品诸如土豆切割成螺旋状条块的改进的旋转式刀具及相关切割刀片，该螺旋状条块可以具有或可以不具有纹理切割表面诸如褶皱状设计、波纹状设计或其它设计。

发明内容

根据本发明，提供了一种用于将蔬菜产品诸如生土豆切割成螺旋状形状的旋转刀具。所述刀具包括适合于以选定转速在液压产品流动路径内可旋转地驱动的圆形或环状刀片座。该刀片座承载与其一起旋转的至少一个切割刀片，其中所述刀片在相反径向方向上从大体纵向对齐的中心轴线向外扭曲，并且以期望节距角设置尖锐前边缘。通过控制所述刀片的节距相对于刀片转速以及土豆沿着所述液压流动路径的行进速度，可以选择所得到的螺旋状切割形状。通过在已知轴向间隔开位置处使用多个切割刀片并且连续地选择每个切割刀片的角位置，也可选择从每个土豆切割出的螺旋状形状的数量。

在一个优选形式中，所述旋转刀具的环状刀片座在蔬菜产品流动路径内被可旋转地驱动，例如沿着液压流动管道被可旋转地驱动，该液压流动管道以单个队列通过的方式运送诸如土豆之类的生蔬菜。所述刀片座支撑至少一个切割刀片，该切割刀片在相反径向方向上从大体纵向对齐的纵向轴线向外扭曲并且限定在相反周向方向上呈现的一对尖锐切割边缘。所述切割刀片的每个半部都以选定节距角设置，该节距角根据如下公式随着具体径向位置变化：

(1)节距角＝ArcTan(2×Pi×半径/节距长度)

对于直径等于4英寸(半径＝2英寸)并且节距长度等于3英寸的刀片，每个切割刀片以大约76.6°的角度在其外边缘处锚固在相关的环状刀片座上。然而，注意，具体节距角将沿着刀片和节距长度随着径向位置而变化。

在使用中，单个切割刀片被可旋转地驱动，在一个优选形式中，以大约6,000转每分钟(rpm)的转速驱动，以将以大约25英尺每秒(fps)的速度沿着液压流动管道行进的每个土豆切割成一对大体螺旋状形状的条块。对于切割刀片每圈土豆行进的大约3英寸的节距长度，这将使每个土豆得到基本最佳的切割。在一个实施方式中，切割刀片以从大约4,000rpm到8,000rpm的任何转速被可旋转地驱动。在一个实施方式中，切割刀片以大约4,000rpm、大约5,000rpm、大约5,000rpm、大约6,000rpm、大约7,000rpm或大约8,000rpm或以大于8,000rpm的转速被可旋转地驱动。

当使用多于一个的切割刀片时，可以将每个切割刀片物理地支撑在一叠环状刀片座中，每个刀片座具有例如大约0.5英寸的已知轴向尺寸，并且多个刀片座被固定以一起旋转。通过该构造，将每个被支撑的切割刀片连续地分开的角度θ(西塔)由如下公式给出：

(2)＝T/P(每个刀片座的轴向尺寸/节距长度)×360°+360°/N(切割条块的数量)

根据该公式，当使用两个切割刀片(每个切割刀片由0.5英寸厚的环状刀片座(厚度＝T)承载，且节距长度(节距＝P)为3英寸)时，从每个产品切割出总共四个螺旋状条块，并且第二切割刀片被旋转地设置以使第一切割刀片滞后150°。类似地，当使用三个切割刀片时，每个产品被切割成总共六个螺旋状条块，并且第二刀片取向成使第一刀片滞后120°，第三刀片取向成使第二刀片滞后额外120°，或者与第一刀片滞后总共240°。而且在使用四个刀片的情况下，每个产品被切割成总共八个螺旋状条块，并且这四个刀片分别取向成使之前紧接的刀片滞后105°。

因而，本发明包含用于使每个产品产生2、4、6、8或更多个螺旋状条块的多刀片构造。除了每个产品切割出的偶数个螺旋状条块之外，本发明还包含每个产品产生3、5、7、9或更多个螺旋状条块的刀片构造。这种螺旋状条块的示例在D640,036中示出。

本发明的另一个方面是一种切割刀片，该切割刀片被设计成具有纹理化或“褶皱状”表面边缘，从而当其对产品进行切割时，将暴露的切割表面类似地纹理化或褶皱化。因而，在一个实施方式中，可以使用本发明的刀片和切割系统生产褶皱状切割螺旋状条块产品。

在本发明的切割系统的切割刀片和切割刀片数量的任何实施方式或排列中，每个产品能够获得任何数量的螺旋状条块。也就是说，从每个产品切割出2、3、4、5、6、7、8、9或10或多于10的螺旋状条块。在另一个实施方式中，任何数量的切割刀片或所有切割刀片都可以被纹理化或褶皱化以在螺旋条块上产生纹理化或褶皱状切割表面。因而，在一个实施方式中，如果切割系统中的每个切割表面都具有褶皱状表面边缘的话，从一个产品切割出的每个螺旋状条块都可以包含至少一个褶皱状-纹理化的切割表面。然而，在另一个实施方式中，并不是切割系统中的每个切割刀片都具有波状、纹理化或褶皱状边缘。因而，在这种情况下，可以将单个产品切割成产生光滑表面螺旋状条块以及褶皱状切割螺旋状条块。

“产品”是指任何的蔬菜或水果或木材。可以被切割成2、3、4、5、6、7、8、9、10或多于10个的可以具有光滑或纹理化/褶皱状表面的螺旋状条块的蔬菜包括但不限于任何块茎类蔬菜、甜菜、甘蓝、萝卜、青蒜或任何根茎类蔬菜。在一个实施方式中，块茎是土豆、甜土豆、胡萝卜、木梳、瑞典甘蓝或甘薯。可以被切割成2、3、4、5、6、7、8、9、10或多于10个的可以具有光滑或纹理化/褶皱状表面的螺旋状条块的水果包括但不限于苹果、南瓜、甜椒、窝瓜、青瓜、黄瓜、芒果和芭蕉。蔬菜或水果在根据这里描述的方法进行处理和切割时不必必须是整个的。也就是说，可以将大块或切块的蔬菜泵送到切割系统内，这些大块或切块随后利用切割刀片切割而产生螺旋状条块或螺旋状片段。

特别地，本发明包含一种新的薯条，该薯条是螺旋形切割出的，并且可以具有光滑或褶皱状表面。例如，参见图9中所示的螺旋状土豆条块。所述类型的螺旋状切割土豆楔块是一种新系列可食用产品，并且可以根据本发明以不同尺寸或纹理或光滑表面制作。因而，本发明的一个实施方式是容纳多个螺旋状切割的土豆条块或楔块的包装，其中基本所有螺旋状切割条块或楔块彼此都为大约相同或类似尺寸。本发明的另一个实施方式是容纳多个螺旋状切割土豆条块或楔块的包装，其中许多螺旋状切割的土豆条块或楔块彼此为大约相同或类似尺寸。“包装”可以是用来保持土豆条的某种袋子，或者诸如用来保持快餐薯条的开口保持件，或者任何这种容纳结构或容器。在这些实施方式中的任一个实施方式中，包装中的螺旋状切割土豆条块或楔块中的一个或多个或全部可以具有褶皱状切割表面。在另一个实施方式中，螺旋状切割土豆条块或楔块可以是生的或者可以是烹饪的，诸如油炸、炙烤或烘烤的。因而，本发明的一个实施方式是收集生的螺旋状土豆条块、收集油炸的螺旋状切割土豆条块或者收集烘烤的螺旋状土豆条块或收集炙烤的螺旋状土豆条块，其中所述土豆条块具有光滑表面或具有褶皱状切割表面。“光滑”表面是指利用具有扁平、没有纹理的表面和边缘的切割刀片切割的螺旋状产品。“褶皱状切割”是指使用具有切割刀片切割的螺旋状产品，这些切割刀片具有褶皱状或波状表面和边缘，诸如在图10中所示的那些刀片。在进一步实施方式中，螺旋状切割土豆楔块可以进行进一步处理或调味，以便诸如产生涂黄油或涂熊油的螺旋状油炸或烘烤的土豆楔块。

木材条块也可以切割成2、3、4、5、6、7、8、9、10或多于10个的螺旋状条块，所述螺旋状条块可以具有光滑或纹理化/褶皱状表面。例如，可以根据本发明对软木材进行切割。软木材的示例包括但不限于松木、红木、杉木、西洋杉木和落叶松木。其它材料也可以根据本发明进行切割，诸如聚苯乙烯、泡沫、固态纸浆材料和塑料。

根据本公开的一个方面，本公开提供了一种被构造成用于在水刀系统中使用的旋转刀具。该旋转刀具包括：限定内部孔口的圈；以及至少两个间隔开、角偏移并且平行的刀片组，所述刀片组由平行的刀片构成，所述刀片横跨所述孔口延伸。所述圈被构造成与所述水刀切割系统的液压喂入管道流体连通并且围绕延伸穿过所述孔口的旋转轴线进行旋转运动。平行刀片组大体垂直于所述旋转轴线取向。每个切割刀片都具有位于其一侧的尖锐切割边缘并且每个切割刀片都大体围绕其中心点进行扭曲以限定在相反面对的周向方向上取向的一对切割边缘。在所述旋转刀具以一定转速旋转的情况下，以一产品速度喂入通过所述孔口的蔬菜产品被基本同时地切割成多个螺旋形扭曲条块。

根据本公开的另一个方面，本公开提供了一种用于对被以选定速度推进成与该系统进行切割接合的产品进行切割的系统，所述系统包括：被构造成围绕旋转轴线旋转的刀片座；驱动马达，该驱动马达被构造成以选定转速可旋转地驱动所述刀片座；以及液压喂入系统，该液压喂入系统被构造成在所述刀片座旋转的同时以选定线性速度将产品喂入通过所述孔口。该刀片座包括：围绕所述旋转轴线的大体环状的孔口；以及至少两个平行、间隔开并且角偏移的切割刀片组，所述切割刀片组由大体平行的切割刀片构成，所述切割刀片由所述刀片座承载并且横跨所述孔口延伸。每个切割刀片都具有位于其一侧的尖锐切割边缘并且每个切割刀片都大体围绕其中心点进行扭曲以限定在相反面对的周向方向上取向的一对切割边缘。所述系统基本同时地将所述产品切割成螺旋形扭曲条块。

根据本公开的另一个方面，本公开提供了一种用于将土豆切割成多个螺旋形扭曲条块的水刀切割系统。该水刀切割系统包括：液压喂入系统，该液压喂入系统被构造成以选定线性速度将土豆推进通过喂入管道；驱动马达；以及切割头，该切割头具有由所述驱动马达驱动并且被构造成围绕旋转轴线旋转的可旋转刀片座。该可旋转刀片座包括：大体环状的孔口，该环状的孔口与所述喂入管道流体连通并且围绕所述旋转轴线；至少两个平行、间隔开并且角偏移的切割刀片组，所述切割刀片组由大体平行的切割刀片构成，所述切割刀片由所述刀片座承载并且横跨所述孔口延伸。每个切割刀片都具有位于其一侧的尖锐切割边缘并且每个切割刀片都大体围绕其中心点进行扭曲以限定在相反面对的周向方向上取向的一对切割边缘。所述刀片组被构造成接触土豆并基本同时将土豆切割成多个螺旋形扭曲条块。

从如下结合附图给出的详细描述，本发明的其它特征和优点将变得更清楚，这些附图以示例的方式例示了本发明的原理。

附图说明

附图例示了本发明。在这些附图中：

图1是描绘了利用根据本发明构造的可旋转地驱动的刀具的类型的液压切割系统的示意图；

图2是图示了用于可旋转地驱动图1的刀具的驱动马达和齿形带的放大立体图；

图3是示出了刀具在旋转轴承单元内的可旋转安装的分解立体图；

图4是根据本发明的一个优选形式的由环形刀片座承载的一个切割刀片的前部立体侧视图；

图5是根据本发明的一个另选优选形式的分别由对应一对刀片座承载的一对切割刀片的前部立体侧视图；

图6是根据本发明的又一个另选优选形式的包括分别由三个刀片座支撑的三个切割刀片的刀具的前部立体侧视图；

图7是根据本发明的另一个另选优选形式的分别由四个刀片座承载的四个切割刀片的前部立体侧视图；

图8是类似于图7的图，但是示出了四个波纹状或褶皱状切割刀片；

图9是示出了利用图8所示的切割刀片切割的螺旋状条块或楔块的图；

图10是示例性切割刀片的图，该示例性切割刀片被设计成具有纹理化或波纹状或褶皱状表面和边缘，从而产生具有类似纹理化、波纹状或褶皱状切割表面的螺旋状条块或楔块；

图11是根据本公开的刀具的实施方式的立体图，该刀具包括分别由三个刀片座支撑的三个刀组，这三个刀组用于切割出扭曲三角形条块；

图12是图11的刀具的端视图；

图13是图11的刀具的端视图，示出了不同刀组的相对几何布置；

图14是图11的刀具的示意性端视图，图示了能够由此切割出的扭矩三角形的不同种类的位置原点；

图15至图23分别是能够由图11的刀具切割出的扭曲三角形条块的九个不同种类的模型的立体图；

图24是根据本公开的刀具的另一个实施方式的端视图，该刀具包括分别由两个刀片座支撑并被构造成用于切割出扭曲正方形条块的两个刀组；

图25是图24的刀具的端视图，示出了不同刀组的相对几何布置；

图26是能够由图24的刀具切割出的扭曲正方形条块的立体图；

图27是根据本公开的刀具的另一个实施方式的端视图，该刀具包括分别由两个刀片座支撑并且被构造成用于切割出扭曲长菱形条块的两个刀组；

图28是图27的刀具的端视图，示出了不同刀组的相对几何布置；

图29是根据本公开的用于切割扭曲三角形条块的刀具的另一个实施方式的端视图，其中刀具的旋转中心位于三角形切割空间的中心而不是位于刀结合点处；以及

图30是根据本公开的用于切割扭曲正方形条块的刀具的另一个实施方式的端视图，其中刀具的旋转中心位于正方形切割空间的中心处，而不是位于刀结合点处。

尽管本公开容易具有各种修改和另选形式，但是在附图中通过示例的方式示出了特定实施方式，并且这里将对这些特定实施方式进行描述。然而，应该理解，并不是为了将本公开限于所公开的具体形式。相反，意图是覆盖落入由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有修改、等价物和另选方式。

具体实施方式

本发明总体而言涉及用于将食物产品诸如蔬菜产品特别是例如生土豆等切割成螺旋状或螺旋形条块的装置和方法，所述螺旋状或螺旋形条块的切割表面可以通过刀片的设计而形成图案，诸如产生“褶皱状切割”的螺旋状或螺旋形条块。

更具体地说，本发明涉及一种可旋转地驱动的刀具，该刀具具有适合于将生土豆等切割成大体螺旋状条块的选定数量的刀片。

如在示例性附图中所示，液压切割系统包括在图1中总体上由附图标记10表示的传统的所谓水刀具，该水刀具用于将蔬菜产品诸如整个土豆12切割成螺旋状条块14以供后续处理使用。本发明包括用于安装在切割系统中并且通过驱动马达11等可旋转地驱动的旋转驱动刀具10(图2至图7)。刀具10包括用于将产品切割成相同或类似尺寸和形状的一对大体螺旋状条块14的至少一个可旋转地驱动的切割刀片16(图2至图4)。在另选实施方式中，多个切割刀片16可以与第二切割刀片17(图5)组合以将产品切割成四个螺旋状条块，与第三切割刀片18(图6)组合以将产品切割成六个螺旋状条块，或者与第四切割刀片19(图7)组合以将产品切割成八个螺旋状条块。实际上，可以使用任何数量的切割刀片将产品细分成两倍数量的基本类似尺寸和形状的螺旋状条块。

图1示出了采取液压切割系统形式的切割系统，该切割系统包括用于接收处于剥皮或未剥皮状态的蔬菜产品诸如所例示的整个土豆12的箱78等。另选地，这些土豆12可以包括剥皮或未剥皮的整个土豆的一半或多块。在一个优选形式中，这些土豆12包括纵向长度在大约3英寸左右的相对较小的土豆或土豆块。然而，应该注意，实际的土豆尺寸并不重要，只要土豆具有适合于穿过刀具的直径尺寸即可。

如图1中所示，土豆12经由入口管道30输送到泵32，该泵32将土豆以单个队列关系在推进水流或水槽内推进通过管状输送管道34而与水刀具10的刀片(未在图1中示出)切割接合。在典型的液压切割系统中，以大约25英尺每秒(fps)或大约1,500英尺每分钟(fpm)的相对较高的速度将土豆推进通过输送管道34，以提供足够的动能，借此将土豆推进通过刀具10而产生期望的细长螺旋状切割条块14(如这里将详细描述的那样，每个刀片的节距角)。在这方面，输送管道34可以包括用于以本领域技术人员公知的方式将每个土豆12基本定心在延伸穿过相关刀具10的流动通路的纵向中心线上的定心对准装置(未示出)。切割条14通过短排放管道36行进至传送器38等，传送器38输送切割条14以进行进一步处理，诸如焯、干燥、涂油、半油炸、冷冻等等。

本领域技术人员应该认识并意识到，可以使用另选形式的切割系统，例如，包括机械切割系统，其中诸如土豆之类的蔬菜产品经由斜槽或料斗等机械地输送至刀具10。在任一情况下，刀具10都沿着生产路径安装，并且被可旋转地驱动以接合进入产品并将其切割成期望的螺旋状条块。

图2至图3示出了例示性刀具10在与蔬菜产品诸如土豆12(图1)的生产路径一致的位置安装到旋转轴承单元20内。在这方面，该例示性刀具10包括大体环形的刀片座22，该刀片座22为大体环状或圆形形状，并且具有足以提供能够在长期时间段内承受生产环境的严酷性的相对刚硬或结实结构的横截面面积。该刀片座22例如通过夹紧螺钉23等固定到下游或下环状圈21等上，该环状圈21又适合于例如通过螺钉25’等固定至可旋转轴承组件25的下端或下游端。

如图3所示，轴承组件25可旋转地承载在衬套26内，该衬套26例如通过螺钉26’等安装到放大板27的上游侧或上侧，该放大板27具有形成在其中的用于沿着生产流动路径进行一致安装的开口13。凸缘板28覆盖轴承组件25以将组件25夹持成抵靠衬套26内的内部台肩29。从动环BO又例如通过螺钉30’安装在轴承组件25上以与其一起旋转。

旋转轴承单元20的从动环30包括用于与齿形驱动带43(图2)的齿42对齐的凹口41的周向阵列。该驱动带43又围绕在驱动马达11的输出轴45上的驱动齿轮44(图2)上。因而，驱动马达11以已知速度(在图示的液压切割系统的情况下，优选以大约6,000rpm左右的速度)主动地驱动从动环30以及固定至该从动环30的相关轴承组件25，以便以相同转速对应地可旋转地驱动刀具10。重要的是，不管水推进的土豆与刀具10的周期性冲击接合如何，齿形驱动带43都有利地确保刀具10的恒速可旋转驱动。

在如图2至图4中看到的一个优选构造中，使用单切割刀片16将每个进入蔬菜产品诸如土豆12切割成两个分开的类似尺寸和形状的大体螺旋状条块14(图1)。切割刀片16被示出为沿着其一侧具有尖锐切割边缘16’。由于切割刀片16大体在径向中心或液压流体路径的纵向中心线或轴线处扭曲，因此限定了两个切割边缘16’，这两个切割边缘16’沿径向在相反方向上向外延伸并且在相反面对的周向方向上延伸。一对夹紧螺钉31等穿过切割刀片16的相应的相反两端进行固定以将切割刀片安置在以适当节距角形成的浅凹部中。

更具体地说，切割刀片16在沿着其径向长度的每个具体点处的具体节距角由如下公式给出：

(1)节距角＝ArcTan(2×Pi×半径/节距长度)

对于2英寸的整个刀片半径以及大约3英寸的节距长度，夹紧螺钉31相对于刀片轴向中心线而言以大约76.6°的节距角固定每个切割刀片16或17的最外径向端部。然而，将理解，如以上公式(1)限定的，具体节距角为半径的函数。节距角从径向中心增加，并且是该节距角决定切割产品的螺旋状形状。

如果期望从每个土豆12获得更多螺旋状条块14，则使用更多切割刀片，认识到每个切割刀片将进入产品切割成两个，由此与所使用的切割刀片数量相比产生两倍数量的螺旋状条块。重要的是，将切割刀片以受控角度连续布置以获得类似或几乎相同的切割螺旋状条块。

更具体地说，如在图5中看到的一个优选形式中，两个切割刀片16和17由例如通过细长螺钉23以堆叠方式位于相关环状圈21上的分开的刀片座22和22’支撑。也就是说，在第二刀片座22’中在适当位置处形成对准的螺钉端口以收纳用于将驱动环22、22’和下面的环状圈21紧固在一起以共同旋转的细长螺钉23。

两个切割刀片16和17大体彼此相同，以包括大体位于其纵向中心线并在相反方向上径向向外延伸的扭曲形状，以例如通过夹紧螺钉31等以所选节距角安置地接合。使用上述公式(1)，对于每个刀片16或17沿着其径向长度的具体节距角(其中总刀片半径为2英寸，并且节距长度为3英寸)，夹紧螺钉31以大约76.6°的节距角固定每个切割刀片16或17的最外径向端部。

另外，当两个切割刀片16和17以大约6,000转每分钟(rpm)旋转时，为了使每个产品前进以便以大约25英尺每秒(fps)的速度沿着液压流动路径进行切割，两个切割刀片16和17均将进入产品切割成两个条块，从而得到总共四个类似或相同形状的螺旋状条块14。在对于切割刀片的每圈旋转土豆行进大约3英寸节距长度的情况下以及在每个刀片座22、22’具有大约0.5英寸的轴向尺寸的情况下，将每个被支撑的切割刀片分开的角度θ(西塔)由以下公式给出：

(2)θ＝T/P(每个刀片座的轴向尺寸/节距长度)×360°+360°/N(切割条块的数量)

在适合于将每个进入产品切割成四个大体相同螺旋状条块的两个切割刀片16、17的情况下，角度1＝150°。

图6和图7示出了本发明的两个示例性另选的优选形式，其中三个切割刀片16、17和18由一叠三个环状刀片座22、22’和22”分开地支撑，以便将每个进入产品切割成总共六个螺旋状条块(图6)，此外其中四个切割刀片16、17、18和19由一叠四个环状刀片座22、22’、22”和22’”(图7)分开地支撑，以将每个进入产品切割成总共八个螺旋状条块。在图6和图7的示例中，遵循公式(2)来确定每个连续的切割刀片的角度设置，以便形成相同或类似形状的多个螺旋状条块。在图6中，切割刀片以大约120°的连续角度设置，以根据美国专利D640,036切割产品，而在图7中，切割刀片以大约105°的连续角设置。在每种情况下，都使用夹紧螺钉31将每个切割刀片以选定节距角安置在形成于相关刀片座中的凹部内。类似地，螺钉23等通过形成在堆叠刀片座中的对准端口装配并固定以将它们固定在一起以便与轴承组件25一起旋转。

当然，本领域技术人员将理解并意识到，实际上可以使用任何数量的切割刀片，并且利用公式(2)确定连续的多个切割刀片的角间距。例如，当使用五个切割刀片时，形成总共十个螺旋状条块；根据公式(2)，连续切割刀片角间距将为大约96°。类似地，当使用六个切割刀片时，形成总共十二个螺旋状条块；根据公式(2)，连续切割刀片角间距将为大约90°。本领域技术人员将还将意识到，当使用三个或更多个切割刀片时，公式(2)确定成组的刀片的角间距，但是仅需要将每个刀片设置在其中一个角位置。也就是说，刀片无需以规则滞后间隔设置，而是只要将该组中的其中一个刀片设置在角位置中的每个角位置处即可。

另选地，将理解，可以采用其它形式的刀片座和相关的互连装置，诸如在相应的刀片座中形成包括相互接合的突出部和狭槽的台阶，以确保切割刀片的期望角位置并且确保它们共同旋转。

在另选的优选形式中，本发明包括一种新的薯条，该薯条是螺旋状切割的，并且可以具有波纹状或褶皱状表面。例如，参见图9中所示的螺旋状土豆条块14’。螺旋状切割的土豆楔块的类型是一种新系列可食用产品，并且可以根据本发明以不同尺寸或纹理表面制作。因而，本发明的一个实施方式是容纳多个螺旋状切割的土豆条块或楔块14’的包装，其中基本所有螺旋状切割条块或楔块彼此都为大约相同或类似尺寸。本发明的另一个实施方式为容纳多个螺旋状切割土豆条块或楔块14’的包装，其中许多螺旋状切割的土豆条块或楔块彼此为大约相同或类似尺寸。“包装”可以是用来保持土豆条的某种袋子，或者诸如用来保持快餐薯条的开口保持件，或者任何这种容纳结构或容器。在这些实施方式中的任一个实施方式中，包装中的螺旋状切割土豆条块或楔块中的一个或多个或全部可以具有褶皱状切割表面。在另一个实施方式中，螺旋状切割土豆条块或楔块可以是生的或者可以是烹饪的，诸如油炸、炙烤或烘烤的。

因而，本发明的一个实施方式是收集生的螺旋状土豆条块、收集油炸的螺旋状切割土豆条块或者收集烘烤的螺旋状土豆条块或收集炙烤的螺旋状土豆条块，其中所述土豆条块具有光滑表面或具有褶皱状切割表面。光滑表面是指利用具有扁平、没有纹理的表面和边缘的切割刀片16、17、18或19切割的螺旋状产品，如在图4至图7中看到的。“褶皱状切割”是指使用具有切割刀片16”、17”、18”或19”的修改刀具11”切割的螺旋状产品，如图8中所示，这些切割刀片16”、17”、18”或19”具有褶皱状或波状表面和边缘16”’、17”’、18”’或19”’。在进一步实施方式中，螺旋状切割土豆楔块可以进行进一步处理或调味，诸如产生涂黄油或涂熊油的螺旋状油炸或烘烤的土豆楔块。

当然，将理解，图8中所示的修改刀具11’可以根据图4至图7中所示的刀片实施方式中的任一个而配备有一个或更多个波纹状和褶皱状切割构造的切割刀。实际上，如果期望多于八个的螺旋状切割楔块，则可以使用多于四个的这种刀片。还将认识并理解，可为各种刀片使用不同尺寸的波纹状或褶皱状切割构造，诸如图10中针对波纹化刀片16”及相关切割边缘16”’所示。

对本发明的旋转刀具10的各种修改和改进对本领域技术人员来说将是显而易见的。举例来说，本领域技术人员将理解，如这里所示并描述的每个扭曲切割刀片都可以替换为彼此径向对齐并具有由公式(1)限定的节距角但是在流动路径的轴向中心线处以其它方式不相连的一对单独刀片。作为另一个另选方案，这些刀片无需径向对齐，但是在期望切割出奇数产品的情况下可以使用奇数个不相连刀片。

这里公开的旋转刀具可以进行修改以便以不同方式切割扭曲土豆条块。图11中所示的是包括多组平行刀的刀具110的另一个实施方式的立体图。其端视图在图12中提供。该刀具110类似于以上描述的刀具。该刀具总体上包括下环状圈121，该下环状圈121上安装有总体上表示为122的一系列刀片座圈。各个刀片座圈122具有环状形状，并且每个都限定容纳水刀系统的液压流动路径的中央孔口，蔬菜产品(例如土豆)能够流过该中央孔口。

每个环状圈122还支撑一组多个平行的扭曲刀或刀片(总体上表示为116)。如以上关于图2至图8和图10中所示的切割刀片16的描述，切割刀片116具有沿着其一侧的尖锐切割边缘116’，并且大体在刀片跨度的中点处扭曲。出于例示性目的，在图11和图12中仅在一个示例性刀片116上表示出了尖锐切割边缘116’。对于该扭曲构造，两个切割边缘116’被限定成沿径向在相反方向上延伸并且在相反面对的周向方向上延伸。刀片116的螺旋形扭曲形状能够以上面描述的方式数学地限定。

如图11和图12所示，切割刀片116可以诸如通过焊接一体地附装至它们相应的圈122的内圆柱形表面125。另选地，可以以上面关于图2至图8所示的实施方式描述的方式利用夹紧螺钉将切割刀片116附着至圈122。可以以上面描述的方式数学地确定刀片端部的附装角度(即，任意刀片116在沿着其长度的任意点处相对于圈122的中心的扭曲角度)。附装至每个圈122的刀片116可以平行于彼此，并且分开间距S，如图12中所示。该间距S的大小可以被选择成产生期望大小的扭曲条块，如下面讨论的那样。

应该理解，因为刀片116彼此平行并且横跨圆形开口，所以刀片116的长度将根据他们相对于圈122的曲率而变化。如图11和图12中所示，在每个刀片组中设置五个刀片116的情况下，一个中心刀片116占据中心并且大体横跨圆形圈122的直径，而位于中心刀片116的任一侧的其它刀片相对于圈122的曲率限定弦，并且具有比中心刀片116短一些的长度。

图11和图12中所示的刀具110包括三组或三层刀片116。如能够在图11中看到的，刀具110包括下或第一刀片座圈122a，该下或第一刀片座圈122a直接附装至底圈121并且支撑第一组刀片116a。第一组刀片116a可以被称为第一层刀片。第二刀片座圈122b附装至第一刀片座圈122a的上面，并且支撑第二组或第二层刀片116b。类似地，第三刀片座圈122c附装至第二刀片座圈122b的上面，并且支撑第三组或第三层刀片116c。每个刀片座圈122可以如图11中所示使用螺钉123或其它合适的附装装置或方法附装至位于其下方的刀片座圈122或环状基部121。另外，每个刀片座圈122和环状基部121都可以包括位于一侧的一体环状凸缘126以及位于相反侧的对应环状狭槽(未示出)，以便于将一组中的圆形刀片座圈122堆叠对齐。

环状圈122具有均匀厚度，结果使得当堆叠圈122时，每组刀片116与下一组相邻刀片间隔开均匀距离。在一个实施方式中，刀片座圈122具有0.5”的厚度，因而在刀片组之间提供0.5”的间距。然而，应该理解，该尺寸可以改变。0.5”的厚度是有用的，因为该厚度是足够大的尺寸，从而能够给充分坚固的刀片切割土豆提供空间。已经证明，该尺寸对于横跨3”到4”圆形切割土豆的不锈钢刀片来说效果很好。更坚固的刀片材料、更软的产品或跨越更小的圆将减小期望或有用或最小的层高度。然而，相反特性的改变将使其增加。

相应的环状圈122a-122c及其刀片组116a-116c还相对于彼此角偏移，以便提供扭曲的三角形形状。图13中所示的是图11的刀具的示意性端视图，示出了不同刀组的相对几何布置。由于刀片座圈122的厚度，每个层具有0.5”的层高度。该图示意性地示出了最低层(图13中标记为“层1”)的刀片116a、中间层(图13中标记为“层2”)的刀片116b和上层(图13中标记为“层3”)的刀片116c的相对角取向。每层的刀片数量可以改变。尽管这里所示的大部分刀具构造每层都包括5个刀片，但是图13中所示的刀具每层包括7个刀片116。每层的刀片数量可以根据切割尺寸以及刀片座圈的内径来改变。具有2、3、4、5、6、7或更多刀片的刀片座圈适合于制作这里公开的土豆条块，不过应该认识到，更多数量的刀片将需要更大力进行切割。

这种布置的刀片产生了似乎像是三角形开口的栅格的作用，总体上如图13中的附图标记132所示，土豆或其它蔬菜通过水刀系统被强制通过所述开口。要理解，这些开口132并不是一个结构中的实际开口，而是由相对于彼此角偏移的相应组的平行刀片116产生的表观或虚拟开口。多组刀片116的相对形状和位置有效地提供了可相当于存在一组三角形开口的方面。当从端部观看时，出现三角形虚拟开口132，所述端部是将蔬菜单元引入到刀具110内的方向。在刀具在由箭头136表示的方向上围绕其旋转中心134旋转的情况下，当土豆或其它蔬菜被强制通过该旋转的刀具110时，土豆(或其它蔬菜)将由每组刀片116顺序地快速切割，每组刀片切割三角形横截面形状的三个面中不同的一个面。这样，土豆或其它蔬菜将基本被同时切割成多个扭曲条块，每个条块具有三角形横截面形状和螺旋形扭曲。

多组刀片116a-116c的角偏移可以以各种方式进行选择以修改所得到的扭曲条块的形状。例如，如图13的几何形状所建议的，图11至图13中所示的刀具110被设计成产生具有等边三角形横截面形状的螺旋形条块。如果这些条块通过具有三角形开口的刀片的单个栅格进行切割，则这些开口可以具有精确的理想等边三角形形状。在关于图11至图13所示并描述的具体实施方式中，多组刀片之间的实际角偏移为120°，以便补偿刀片组之间的间距以及蔬菜单元的向前速度及道具的转速。然而，要意识到，这仅仅是一个示例性构造。

一般来说，相邻刀片之间的角偏移基于刀片的螺距P、层高度T或换言之刀片组之间的间距(与各个相邻刀片之间的间距不同)来确定。考虑图11至图13的实施方式，当产品从一层前进到下一层时，其轴向地移动距离T或者在该示例中为0.5”。该具体螺旋形切割的节距P为3.0”，因此当产品前进一个0.5”的层时，刀片组件旋转360度一整圈的0.5/3.0倍，即60度。期望切割形状(在该示例中为等边三角形)的内角也为60度。因此，从一层到下一层的正确角偏移为60度加上60度或总共120度。当产品从一层移动到下一层时刀片座旋转的角偏移将总是层高度T/螺距P×360度。可以将该数字添加至期望切割形状的内角以计算层之间所需的角偏移。例如，在T＝0.5”且P＝3.0”时，当产品从一层前进到下一层时刀片座旋转将再次为(0.5/3)×360＝60度。然而，如果期望正方形切割形状，则将添加90度的内角，从而总共有60+90＝150度的角偏移。

每个条块的螺旋形扭曲的几何形状，即其螺旋半径以及条块的切割侧相对于螺旋扭曲的取向，将取决于虚拟三角形横截面相对于切割头的旋转中心的位置和取向。螺旋形扭曲的节距将取决于刀具110的转速相对于产品单元通过刀具的通过速度。如下面指出的，刀片形状强烈地影响该关系。与关于图1至图10所示并描述的实施方式一样，刀具110以大约6000rpm的速度围绕其旋转轴线134旋转，而蔬菜单元以大约25ft./s的线性速度沿着该中心轴线通过该刀具110。通过该组操作参数，所产生的螺旋形扭曲的条块将具有大约3英寸的螺距。螺距成为刀片形状的一部分。刀片迎角和半径(距离旋转中心的距离)之间的关系定义了刀片螺距。RPM受到马达速度和驱动系统的限制，并且在正常载荷下将不会波动。切割过程中产品的线性速度主要由刀片节距和RPM控制。在操作过程中，期望的是以匹配的线性速度将产品提供给切割系统。这可以通过调节液压喂入系统的流量来进行。然而，产品速度中的任何失配都可以通过3”节距刀片和切割头的RPM的作用来克服。液压喂入系统的线性速度可以近似为切割过程中理想的产品速度。刀片的螺旋形形状和切割器RPM控制产品的前进并因此控制切割节距。

考虑到蔬菜单元的不同部分将通过刀具110的不同部分，通过单个刀具将形成不同种类的螺旋形形状，这是因为各种虚拟开口132的旋转半径不同，就如同三角形横截面相对于旋转中心的取向一样。图14中所示的是图11的刀具110的有效切割的示意性端视图，示出了各种虚拟开口132以及由此可以切割出的不同种类的扭曲三角形的位置原点。

可以关于图14所建议的不同种类的扭曲三角形进行若干观察。首先，明显的是，该刀具110具有大体六边形对称性，并且提供了用于切割出扭曲三角形条块的五十四个分开的虚拟开口132。其次，明显的是，该刀具切割出的不同螺旋形扭曲三角形形状将基于它们的螺旋形半径(这取决于相应开口132距离旋转中心134的距离)以及它们三角形横截面相对于刀具110的旋转中心134的取向来彼此区分。

对该刀具中刀片布置的分析揭示，该刀具将切割出九种不同种类的扭曲三角形。也就是说，五十四个虚拟切割开口132将产生呈现九种不同种类形状的条块，其中每种精确地具有六个可能的单独条块。另外，这些形状将分成六个一般种类组，这些种类组中的三个种类组具有基本相同的螺旋半径，但是它们的三角形形状相对于刀具的旋转中心具有不同取向。下面详细描述不同种类和种类组的相似性和差异性。

图15至图23中所示分别为可以由图11的刀具切割出的九种不同种类的扭曲三角形条块的模型的立体图。仅仅用于图示说明之目的，这些模型中的每个模型都呈现相应形状的两个完整螺旋形旋转。然而，将认识到，在使用图11的刀具110切割天然产品诸如土豆的情况下，该产品切割之前的总体直径和变化横截面形状及其具体长度以及其被切割时与刀具110的相对对准都将影响从任何单个土豆或其它产品切割出的扭曲三角形条块的数量、长度和分布。另外，在给定三角形开口132与土豆的弯曲、成角度或不规则的外表面相交时，任何给定条块的三角形横截面对于其一些长度或全部长度来说都可能是不完整的。

在图15至图23中，每个种类由字母a至i表示，这些字母还对应于图14中的开口132的标记。图15中所示的是能够由图11的刀具切割出的扭曲三角形条块140的第一种类即种类a的示例性模型。像沿着其长度延伸的三个纵向切割表面142、143和144一样，可看见一个三角形端表面141。该种类包括由刀具110的在图14中标记为a的六个中央开口切割出的产品条块140。这些条块140在所有条块当中具有最小螺旋半径，这是因为切割这些条块的六个开口132都邻接刀具110的旋转中心134。在使用刀具110纵向切割细长土豆时，这些中央条块140很有可能也倾向于具有最大长度。

这种螺旋形条块140作为其中一个种类组是独一无二的。也就是说，图16至图23中所示的其它种类都不具有与种类a的条块相同的螺旋半径或相同的精确形状。

图16中所示的是能够由图11的刀具切割出的第二种类即种类b的扭曲三角形条块145的示例性模型。与沿着其长度延伸的三个纵向切割表面147、148、149一样，可看见一个三角形端表面146。该种类包括由刀具110的在图14中标记为b的开口132切割出的产品条块145。这些条块145在所有条块当中具有第二最小螺旋半径，这是因为切割出这些条块145的三角形开口132均具有邻接用于种类a的一个开口132的长边。该种类作为其中一个种类组也是独一无二的，不过其条块145将具有与构成下面描述的种类c和d的条块类似的螺旋半径。

图17中所示的是能够由图11的刀具切割出的第三种类即种类c的扭曲三角形条块150的示例性模型。与沿着其长度延伸的三个纵向切割表面152、153、154一样，可看见一个三角形端表面151。该种类包括由刀具110的在图14中标记为c的开口132切割出的产品条块150。这些条块150在所有条块当中具有第三最小螺旋半径，这是因为切割出这些条块150的三角形开口132均具有邻接种类a的一个开口132的角部的点。该种类可以与下面描述的种类d的条块一起编成组，这是因为其条块150将具有与来自于种类d的条块相同的螺旋半径，不过其三角形横截面相对于刀具的旋转中心134的取向与种类d不同。

图18中所示的是能够由图11的刀具切割出的第四种类即种类d的扭曲三角形条块155的示例性模型。与沿着其长度延伸的三个纵向切割表面157、158、159一样，可看见一个三角形端表面156。该种类包括由刀具110的在图14中标记为d的开口132切割出的产品条块155。与种类c一样，这些条块具有第三最小螺旋半径，并且能够与以上描述的种类c的条块一起编组，这是因为其条块155将具有与来自于种类c的条块相同的螺旋半径，但是因为其三角形横截面相对于刀具110的旋转中心134的取向而具有不同角取向。通过比较图17和图18能够看到种类c和d之间的取向差异。

图19中所示的是能够由图11的刀具切割出的第五种类即种类e的扭曲三角形条块160的示例性模型。与沿着其长度延伸的三个纵向切割表面162、163和164一样，可看见一个三角形端表面161。该种类包括由刀具110的在图14中标记为e的开口132切割出的产品条块160。这些条块具有条块当中的第二大螺旋半径，这是因为切割出这些条块160的三角形开口132均具有邻接用于种类d的其中一个开口的长边。该种类可以与下面描述的种类g的条块一起编组，这是因为其条块160将具有与来自于种类g的条块相同的螺旋半径，不过其三角形横截面相对于刀具110的旋转中心134的取向与种类g不同。

图20中所示的是能够由图11的刀具切割出的第六种类即种类f的扭曲三角形条块165的示例性模型。与沿着其长度延伸的三个纵向切割表面167、168和169一样，可看见一个三角形端表面166。该种类包括由刀具110的在图14中标记为f的开口132切割出的产品条块165。这些条块165具有所有条块当中的第三大螺旋半径。切割出这些条块的三角形开口132均具有邻接种类b、c和d的其中一个开口的角部的点以及邻接种类e和g的开口132的长边。

种类f作为其中一个种类组是独一无二的。也就是说，没有其它种类具有精确相同的螺旋半径或形状。然而，其螺旋半径类似于种类e和g到i，不过这些其它种类中没有一个具有精确相同的半径或形状。

图21中所示的是能够由图11的刀具切割出的第七种类即种类g的扭曲三角形条块170的示例性模型。与沿着其长度延伸的三个纵向切割表面172、173和174一样，可看见一个三角形端表面171。该种类包括由刀具110的在图14中标记为g的开口132切割出的产品条块170。这些条块170具有与种类e的条块相同的螺旋半径，并且从具有邻接用于种类c的其中一个开口的长边的三角形开口132切割出。因此，该种类可以与上面描述的种类e的条块一起编组，当然，其三角形横截面相对于刀具110的旋转中心134的取向与种类e不同。通过比较图19和图21可以看出种类e和g之间的区别差异。

图22中所示的是能够由图11的刀具切割出的第八种类即种类h的扭曲三角形条块175的示例性模型。与沿着其长度延伸的三个纵向切割表面177、178和179一样，可看见一个三角形端表面176。该种类包括由刀具110的在图14中标记为h的开口132切割出的产品条块175。这些条块170具有所有条块当中最大的螺旋半径。切割这些条块的三角形开口132均具有邻接与种类g相关联的开口的其中一个边的长边以及邻接种类c和d的其中一个开口的角部的点。该种类可以与下面描述的种类i的条块一起编组，这是因为其条块将具有与来自于种类i的条块相同的螺旋半径，不过其三角形横截面相对于刀具110的旋转中心134的取向与种类i不同。

图23中所示的是能够由图11的刀具切割出的第九种类即种类i的扭曲三角形条块180的示例性模型。与沿着其长度延伸的三个纵向切割表面182、183和184一样，可看见一个三角形端表面181。该种类包括由刀具110的在图14中标记为i的开口132切割出的产品条块180。这些条块180具有所有条块当中最大的螺旋半径。切割这些条块180的三角形开口132均具有邻接与种类e相关联的开口的其中一个边的长边/邻接种类h的相邻开口132的另一个长边以及邻接种类c和d的其中一个开口的角部的点。如上所述，该种类与种类h的条块一起编组，这是因为其条块180将具有相同的螺旋半径，不过其三角形横截面的取向与种类h不同。通过比较图22和图23能够看到种类h和i之间的取向差异。

因而，能够由刀具110切割出的条块140、145、150、155、160、165、170、175和180代表的五十四个单独扭曲三角形条块可以分成均具有六个条块的九个种类(种类a至i)。这些种类可以被进一步分组成具有相同螺旋半径的六组，该六组为：(1)种类a；(2)种类b；(c)种类c和d；(4)种类e和g；(5)种类f；和(6)种类h和i。这些种类中的每个种类都提供具有螺旋半径和三角形取向的唯一组合的螺旋形扭曲的三角形条块，但是所有种类都可以同时从单个蔬菜单元(例如，土豆)切割而成。

应该意识到，由图11的刀具110产生的扭曲三角形条块140、145、150、155、160、165、170、175和180的尺寸、形状和螺距将主要根据刀片的形状以及刀具110的总体尺寸、刀116之间的间距、刀具110相对于经过刀具110的土豆或其它产品的转速而变化。在已经测试的一个实施方式中，刀具具有3.125英寸的内径，三组或三层刀中的每组或每层中的平行刀116与彼此间隔开0.52”。通过该构造，扭曲三角形条块将具有这样的横截面，该横截面具有每边为大约0.6英寸的尺寸。在土豆具有25ft/s的向前速度，并且刀具110具有大约6000rpm的转速并且刀组纵向间距为0.5”的情况下，将产生螺距为大约3英寸的扭曲螺旋形条块。

要意识到，以上提到的变量仅仅是能够在根据该公开的系统中使用的许多可能组合的一个组合。本领域技术人员将认识到，还可以使用尺寸、速度、刀片节距角等的其它组合来产生不同的结果。例如，可以使用不同刀片间距来产生具有不同横截面尺寸的条块，并且可以使用不同刀片节距来产生不同的螺旋形条块。类似地，还可以使用不同刀片形状诸如弯曲刀片或波纹状刀片(如上所述)来产生具有不同形状的条块、褶皱状切割条块等。

已经发现，可以使用不同数量的组的刀片和这些组刀片的不同角取向来产生不同横截面形状的扭曲条块。例如，除了图15至图23中所示的扭曲三角形形状之外，可以使用两组刀片以类似方式产生具有正方形和长菱形形状的螺旋形扭曲条块。图24中所示的是被构造成用于切割出扭曲正方形条块的刀具210的实施方式的端视图，而图25提供了该刀具210的刀布置的示意性端视图，示出了不同刀组的相对几何布置。该刀具210包括分别由两个刀片座圈222支撑的总体上以216表示的两个刀组，在图24只有最上面圈222b是可见的。

与图11和图12中所示的刀具一样，该刀具210总体上包括下环状圈221，在该下环状圈221上安装有总体上表示为222的一系列刀片座圈。各个刀片座圈222具有环状形状，并且均限定容纳水刀系统的液压流动路径的中央开口，蔬菜产品(例如，土豆)可以流过该中央开口。

环状圈222均支撑一组多个平行扭曲刀片(总体上表示为216)，相邻刀片之间具有间距S。这些刀片的扭曲形状的几何形状细节可以如以上所述。切割刀片216具有沿着其一侧的尖锐切割边缘216’，大体在其中点处扭曲，并且具有将它们附装至支撑圈222的角取向。与图11和图12的实施方式中一样，切割刀片216可以一体地附装至它们相应的圈222的内圆柱形表面225，或者它们可以利用螺钉、螺栓或其它紧固件进行固定。

要认识到，尽管以上关于图1至图10所示和描述的扭曲刀片大体在它们的径向中心(该径向中心与液压流动路径的纵向中心线或轴线重合)处扭曲，但是在图11至图14(以及类似地在图24至图25和图27至图30)的实施方式中，刀片216的扭曲点将位于刀片216的中点或跨度中点处，但是只有对于沿着给定圈222的直径定位的刀片来说，该跨度中点才与液压流动路径的纵向中心线或轴线(和圈222的中心)重合。关于它们的圈22偏心的刀片216将具有从圈的中心和液压流动路径的纵向中心线或轴线横向偏移的扭曲点。旋转刀具210的该方面允许产生这里描述的各种各样的扭曲螺旋形形状。

图24中所示的刀具210包括两组或两层刀片216。刀具210包括下或第一刀片座圈222a，该下或第一刀片座圈222a直接附装至底圈221并且支撑第一组或层刀片216a。第二刀片座圈222b附装至第一刀片座圈222a的上面，并且支撑第二组或层刀片216b。如上所述，刀片座圈222可以以上面描述的方式附装至彼此，并且可以具有均匀厚度，因而提供刀片216的组或层的均匀间距。

图25中所示的是图24的刀具210的示意性端视图，示出了不同刀具的相对几何布置。该图示意性地示出了下层(图25中标记为“层1”)的刀片216a，该刀片216a与上层(图25中标记为“层2”)的刀片216b角偏移150°的角。该刀片布置产生了产生了似乎像是虚拟开口的长菱形栅格的作用，如图25中的附图标记232总体所示，土豆或其它蔬菜通过水刀系统被强制通过所述开口。如上所述，这些开口232并不是一个结构中的实际开口，而是因为相应组的平行刀片216相对于彼此角偏移而出现的表观或虚拟开口。

在刀具围绕其旋转中心234在由箭头236表示的方向上旋转的情况下，当土豆或其它蔬菜被强制通过该旋转的刀具210时，土豆(或其它蔬菜)将由两组刀片216快速地顺序切割，每组刀片切割出正方形横截面形状的相对的一对边。这样，土豆或其它蔬菜将基本同时被切割成多个扭曲条块，每个条块具有正方形横截面形状和螺旋形扭曲。

可以以各种方式选择多组刀片216a-216b的角偏移以修改所得到的扭曲条块的形状。例如，如由图25的几何形状所建议的，图24至图25所示的刀具210被设计成产生具有正方形横截面形状的螺旋形条块。多组刀片之间的角偏移为150°，以便补偿刀片组之间的间距、蔬菜单元的向前速度和刀具210的转速。

每个条块的螺旋形扭曲的几何形状，即其螺旋半径以及条块的切割边相对于螺旋形扭曲的取向，将取决于用于其相应条块的每个虚拟开口232相对于切割头210的旋转中心234的位置和取向。螺旋形扭曲的节距将取决于刀具210的转速相对于产品单元通过刀具的通过速度。如上所述，正方形螺旋形形状的不同种类将由刀具210形成，这是因为各种虚拟开口232的旋转半径不同所致。本领域技术人员将能够认识并且对以上关于图11和图12的刀具实施方式演示的这些各种形状进行分类。该刀具210切割出的不同的螺旋形扭曲的正方形形状基于它们的螺旋半径(螺旋半径取决于相应开口232距离旋转中心234的距离)以及它们的开口232相对于旋转方向的取向而与彼此区分开。

图26中所示的是能够由图24的刀具210切割出的扭曲正方形条块240的立体图。与沿着其长度延伸的四个纵向切割表面244、246、248和250一样，可看见一个正方形端表面242。要理解的是，该扭曲正方形条块240仅仅是能够由图24的刀具210产生的许多不同种类的扭曲正方形条块中的一个。如以上关于图11的刀具所讨论的，图24的刀具210能够产生在它们的螺旋半径方面彼此不同的多个种类的扭曲正方形条块。然而，据认为，因为该刀具被构造成产生具有对称横截面的切割条块，所以每个条块的正方形形状因为受制于与半径和取向相关的一些考虑而将基本是相同的，如下所述。

图26所示的具体扭曲正方形条块240是将由图24的刀具210的四个中央开口232中的一个开口(在图25中标记为252)切割出的条块。该条块240将具有相对较小的螺旋半径。要意识到，基于与以上关于图11至图14的刀具所讨论的原理类似的原理并且以与图15至图23中所示的不同扭曲三角形种类的方式类似的方式，还将由该刀具切割出各种其它的种类。

图27中所示的是根据本公开的包括分别由两个刀片座圈322a、322b支撑并且被构造成切割出扭曲长菱形条块的两个刀组316a、316b的刀具310的另一个实施方式的端视图。这些刀片316能够以上面关于图11至图14的实施方式描述的方式一样的方式进行扭曲。图28中提供的是图27的刀具310的端视图，示出了分别标记为“层1”和“层2”的不同刀组316a、316b的相对几何布置。

与图11和图24的刀具一样，该刀具310包括彼此纵向偏移的多组平行扭曲刀片316，每组刀片316被附装至圈322并且被构造成随着土豆或其它蔬菜被推动通过而同时旋转。如图28所示，两个刀组316a、316b角偏移120°的角。该角偏移产生具有长菱形横截面形状而不是正方形形状的扭曲螺旋形条块。在刀具在由箭头336表示的方向上围绕其旋转中心334旋转的情况下，当土豆或其它蔬菜被强制通过该旋转的刀具310时，土豆(或其它蔬菜)将由两组刀片316快速地顺序切割，每组刀片切割长菱形横截面形状的相对边。这样，土豆或其它蔬菜将基本同时被切割成多个扭曲条块，每个条块具有长菱形横截面形状和螺旋形扭曲。

如以上关于图11和图24的刀具所讨论的，图27的刀具将产生多个种类的扭曲长菱形条块，这些条块根据产生这些条块的虚拟开口332相对于刀具310的旋转中心的具体位置和取向而在它们的螺旋半径方面彼此不同。

图11、图24和图27中所示的每个刀具均构造有与切割刀片的虚拟交点对准的旋转中心(例如，中心134、234、334)。然而，如果刀具的旋转中心与刀片的虚拟交点不重合，则能够产生不同的螺旋形扭曲形状。图29中所示的是用于切割出扭曲三角形条块的刀具410的实施方式的端视图，其中该刀具410的旋转中心434位于虚拟切割空间432的中心而不是位于刀结合点处。这将产生通过中央孔口432a切割出的单个轴向扭曲的三角形条块(未示出)以及同时还有通过刀具410的其它虚拟开口432产生的具有三角形横截面的各种其它不同螺旋形种类的条块。该刀具410包括分别由三个刀片座圈(未示出)支撑并且以上面关于图11和图12讨论的方式成形的三组扭曲刀416a-416c。在图29中，不同刀组416a-416c也标记为层1、层2和层3，以表示它们沿着旋转轴线434的偏移。

图30中所示是用于切割出扭曲正方形条块的刀具510的另一个实施方式的端视图，其中刀具510的旋转中心534位于虚拟切割空间532的中心而不是位于虚拟刀结合点。该图示出了不同刀组516的相对几何布置，该刀具510包括分别由两个刀片座圈(未示出)支撑的两个刀组516a、516b。该刀具510将产生通过中央开口532a切割出的三个轴向扭曲的正方形条块(未示出)以及还有同时由刀具510的其它虚拟孔口532产生的具有正方形横截面的各种不同的螺旋形种类的条块。

可以以各种方式修改图11至图30中所述的任一个实施方式的刀片以提供不同的切割形状或表面。例如，这些切割刀片可以像图10中的刀片一样构造有波纹或脊部，以便产生如上所述的褶皱状切割条块。还可以对这些刀片进行其它改变。

总体来说，可以横跨图诸如图3的圆圈绘制任何一组直线和曲线。这些直线或曲线上的每个点的位置可以表示为极坐标对(r，θ)。这些点将全部位于其中z＝0的圆的平面上。由这些直线和曲线及其相交点描画的形状将是待切割的产品条块的横截面。由于零高度刀片将不会具有任何机械强度，真实刀片必须在z方向上延伸。为了使切割力和产品损坏最小化，刀片应该弯曲以遵循穿过产品的螺旋形切割。圆的平面中的每个点将具有位于切割路径的螺线上的对应一组点。其中z＞0的这些点将具有如下形式：(r,θ+z/节距×360度)。该关系可以用来使用该形式(r，θ，z)的圆柱坐标描述刀片在空间中的曲率。避免刀片之间物理相交简化了刀片制造和切割过程中对产品的压缩。这些因素的原因是期望考虑到如上所述的虚拟交点和孔口。相同的螺旋形关系(r,θ+z/节距×360度)可以用来确定位于z＞0的层的刀片切割边缘中的点的位置。该关系成为层与层偏移角度的基础，诸如对于三角形来说为120度，而对于正方形来说为150度。

尽管已经示出并描述了各种实施方式，但是本公开并不局限于此，并且将理解，对于本领域技术人员来说包括所有这种修改和改变都是显而易见的。因而，并不是为了通过上述描述和附图对本发明进行任何限制，除非如所附权利要求那样进行阐述。

Claims (21)

1.一种用于切割产品的系统，所述产品以选定速度被推进成与所述系统进行切割接合，所述系统包括：

被构造成围绕旋转轴线旋转的刀片座，该刀片座具有：

围绕所述旋转轴线的大体环状的孔口；

至少两个平行、间隔开并且角偏移的切割刀片组，所述切割刀片组由大体平行的螺旋形扭曲切割刀片构成，所述切割刀片由所述刀片座承载并且横跨所述孔口延伸，每个切割刀片都具有位于其一侧的尖锐切割边缘并且每个切割刀片都大体围绕其中心点进行扭曲以限定在相反面对的周向方向上取向的一对切割边缘；

驱动马达，该驱动马达被构造成以选定转速能旋转地驱动所述刀片座；以及

液压喂入系统，该液压喂入系统被构造成在所述刀片座旋转的同时以选定线性速度将产品喂入通过所述孔口，以基本上同时将所述产品切割成多个螺旋形扭曲条块。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述切割刀片组的间距的大小、所述刀片座的转速以及所述液压喂入系统的所述线性速度被选择成产生具有3英寸的螺距的螺旋形扭曲条块。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，大体平行的所述切割刀片组的间距为0.5”。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述刀片座包括多个能堆叠地附装的刀片座圈，每个切割刀片组由所述刀片座圈中的一个刀片座圈承载，每个切割刀片的相反两端以选定节距角一体地附装至相应刀片座圈的内表面。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，每个切割刀片组精确地包括五个刀片。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述切割刀片组精确地包括三个刀片组，由此所述螺旋形扭曲条块被赋予三角形横截面形状。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述切割刀片组以一角度进行角偏移，所述角度被选择成使得至少所述螺旋形扭曲条块的子组被赋予等边三角形横截面形状。

8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述切割刀片组限定多个虚拟孔口，由此以多种形状产生所述螺旋形扭曲条块，所述多种形状的螺旋半径以及横截面取向是不同的。

9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述切割刀片组精确地包括两个刀片组，所述两个刀片组以一角偏移取向，所述角偏移被选择成使得所述螺旋形扭曲条块中的至少一些螺旋形扭曲条块具有正方形横截面形状。

10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述切割刀片组精确地包括两个刀片组，所述两个刀片组以一角偏移取向，所述角偏移被选择成使得所述螺旋形扭曲条块中的至少一些螺旋形扭曲条块具有长菱形横截面形状。

11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述切割刀片中的至少一些切割刀片具有被构造成产生褶皱状切割条块的波纹状切割边缘。

12.根据权利要求1所述的系统，其中，所述刀片座的旋转轴线延伸穿过每个刀片组的刀片的虚拟交点。

13.根据权利要求1所述的系统，其中，所述刀片座的旋转轴线延伸穿过由每个刀片组的刀片限定的虚拟孔口。

14.一种被构造成在水刀切割系统中使用的旋转刀具，该旋转刀具包括：

限定内部孔口的圈，所述圈被构造成与所述水刀切割系统的液压喂入管道流体连通并且围绕延伸穿过所述孔口的旋转轴线进行旋转运动；以及

至少两个间隔开、角偏移并且平行的切割刀片组，所述切割刀片组由平行的刀片构成，所述刀片大体垂直于所述旋转轴线横跨所述孔口延伸，每个切割刀片都具有位于其一侧的尖锐切割边缘并且每个切割刀片都大体围绕其中心点进行扭曲以限定在相反面对的周向方向上取向的一对切割边缘，由此在所述旋转刀具以一转速旋转的情况下，以一产品速度喂入通过所述孔口的蔬菜产品基本同时地被切割成多个螺旋形扭曲条块。

15.根据权利要求14所述的旋转刀具，该旋转刀具精确地包括三个间隔开、角偏移并且平行的切割刀片组，所述切割刀片组由平行的刀片构成，所述刀片横跨所述孔口延伸，所述角偏移被选择成产生具有三角形横截面的螺旋形扭曲条块。

16.根据权利要求14所述的旋转刀具，该旋转刀具精确地包括两个间隔开、角偏移并且平行的切割刀片组，所述切割刀片组由平行的刀片构成，所述刀片横跨所述孔口延伸，所述角偏移被选择成产生具有正方形或长菱形横截面的螺旋形扭曲条块。

17.根据权利要求14所述的旋转刀具，其中，所述切割刀片组限定多个虚拟孔口，由此以多种形状产生所述螺旋形扭曲条块，取决于与具体螺旋形扭曲条块的切割相关的具体虚拟孔口，所述多种形状的螺旋半径和横截面取向是不同的。

18.根据权利要求17所述的旋转刀具，其中，所述圈的所述旋转轴线延伸穿过每个刀片组的刀片的虚拟交点以及由每个刀片组的刀片限定的虚拟孔口中的一者。

19.根据权利要求14所述的旋转刀具，其中，所述切割刀片中的至少一些切割刀片具有被构造成产生褶皱状切割条块的波纹状切割边缘。

20.根据权利要求14所述的旋转刀具，其中，所述蔬菜产品为土豆。

21.一种用于将土豆切割成多个螺旋形扭曲条块的水刀切割系统，该水刀切割系统包括：

液压喂入系统，该液压喂入系统被构造成以选定线性速度将土豆推进通过喂入管道；

驱动马达；以及

具有能旋转的刀片座的切割头，该切割头由所述驱动马达驱动并且被构造成围绕旋转轴线旋转，该切割头具有：

大体环状的孔口，该环状的孔口与所述喂入管道流体连通并且围绕所述旋转轴线；

至少两个平行、间隔开并且角偏移的切割刀片组，所述切割刀片组由大体平行的切割刀片构成，所述切割刀片由所述刀片座承载并且横跨所述孔口延伸，每个切割刀片都具有位于其一侧的尖锐切割边缘并且每个切割刀片都大体围绕其中心点进行扭曲以限定在相反面对的周向方向上取向的一对切割边缘，所述切割刀片组被构造成接触被所述喂入系统驱动而抵靠该刀片组的土豆并将所述土豆基本同时地切割成多个螺旋形扭曲条块。

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