CN108307800B

CN108307800B - 剪切刀具

Info

Publication number: CN108307800B
Application number: CN201810417348.9A
Authority: CN
Inventors: 李密; 陈中祥; 唐丽荷; 吕庆; 姚源恒; 陈雅孺; 包胜忠
Original assignee: Hunan Normal University
Current assignee: Hunan Normal University
Priority date: 2018-05-04
Filing date: 2018-05-04
Publication date: 2023-10-10
Anticipated expiration: 2038-05-04
Also published as: CN108307800A

Abstract

本发明涉及一种剪切刀具，其特征在于，将左剪切刀片的刃线的方程设为y=f(x_C)，定点C的曲率变化即切线的斜率设为K_C=f⁽¹⁾(x_C)，右剪切刀片的刃线的方程设为y=g(x_D)，定点D的曲率变化即切线的斜率设为K_D=g⁽¹⁾(x_D)，则左剪切刀片刃线上定点C的斜率K_C=f⁽¹⁾(x_C)与右剪切刀片的刃线上点D的斜率K_D=g⁽¹⁾(x_D)应满足方程组：x_C ²+f(x_C)²=x_D ²+g(x_D)²arctan(K_D)－arctan(K_C)－θ=β。

Description

剪切刀具

技术领域

本发明涉及一种剪切刀具，具体地，涉及一种采摘苹果或类似水果的手动操作的剪切刀具。

背景技术

在如苹果、梨、桃、柑橘等水果的采摘中，通常需要将水果带着小茎进行采摘，其原因在于如果没有小茎，水果将会很快的被细菌感染而腐烂。这极不利于水果的后期存储与销售。因此，对于此类水果的采摘，需采用刀具将水果的小茎剪断，而不能采用拉扯的方式。同时，为了防止在储存、运输等过程中，为防止预留在水果上的小茎过长而戳伤或压伤其它水果，通常需要控制预留在水果上的小茎长度。

而在现有的水果采摘中，果农们通常采用剪刀或枝剪来采摘水果，但在用剪刀或枝剪来采摘水果时，通常需要用一只手握住水果，另一只手使用剪刀或枝剪来剪断小茎完成采摘。其主要原因在于，剪刀或枝剪的使用需要同时占用大拇指、食指、中指和无名指，无法实现单手握持水果的同时将水果小茎切断。

另一方面，因常用的剪刀或枝剪的手柄位于以铰链为中心的刀刃的相对侧，结构尺寸较大，相对显得笨重，不能较好的适应水果采摘中，小巧灵活的要求。

此外，剪刀或枝剪的手柄未根据人体手部的结构特点，设置能使手指自然钩挂的握持部，在使用过程中，剪刀或枝剪不仅很容易掉落，而且长时间使用时会造成手指与手柄接触部位的酸痛。

发明内容

发明要解决的问题是提供一种剪切刀具，具体地，提供一种能适应人体手部结构特点，方便连接到手指和手，实现单手握持水果的同时将水果小茎切断的灵活、小巧、省力的剪切刀具，另一方面，对剪切刃的曲线形状进行改良，使其在剪切过程中由剪切刃的根部至前端为止的部分, 两刃线所成的交叉角度随着切断位置伴随切断操作大致不变，从而改善在剪切过程中剪切刃的受力情况。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种剪切刀具，包括：左剪切刀片、右剪切刀片和使所述左剪切刀片与右剪切刀片在端部可转动自如地结合的销轴，在所述左剪切刀片和右剪切刀片的刀头部设置有供使用者的手指钩挂于预定的手指区域内的手指钩挂部，所述左剪切刀片和右剪切刀片的刃线为曲线状，

其特征在于，在开启该剪切刀具的状态下，

将左剪切刀片的刃线与右剪切刀片的刃线所交错的交错点设为A，将左剪切刀片的刃线在交错点A的切线与右剪切刀片的刃线在交错点A的切线交叉的角度设为β(rad)，

将左剪切刀片的所述定点C与所述旋转中心O的连结线和所述右剪切刀片的所述定点D与所述旋转中心O的连结线交叉的角度设为θ(rad)，

将左剪切刀片的刃线的方程设为y=f(x_C)，定点C的曲率变化即切线的斜率设为K_C=f⁽¹⁾( x_C)，右剪切刀片的刃线的方程设为y=g(x_D)，定点D的曲率变化即切线的斜率设为K_D=g⁽¹⁾(x_D)，

则左剪切刀片刃线上定点C的斜率K_C =f⁽¹⁾( x_C)与右剪切刀片的刃线上点D的斜率K_D=g⁽¹⁾(x_D)应满足方程组：

x_C ²+f(x_c)²= x_D ²+g(x_D)²，

arctan(K_D) －arctan(K_C) －θ=β，

其中β(rad)为固定角度。

优选地，所述左剪切刀片的刃线的方程满足水滴曲线：y=x^0.5(1－x)。

本发明所提供的剪切刀具，通过将手指钩挂部设置于刀头侧，并结合人体手部结构特点，对剪切刃的曲线形状进行改良，使在剪切过程中由剪切刃的根部至前端为止的部分, 两刃线所成的交叉角度随着切断位置伴随切断操作大致不变，从而改善在剪切过程中剪切刃的受力情况，使刀具的握持更加方便，操作更加灵活省力。

附图说明

图1，为本发明所述的剪切刀具的立体图。

图2，为本发明所述的剪切刀具的俯视图。

图3，为本发明所述的剪切刀具的左剪切刀片的立体图。

图4，为本发明所述的剪切刀具的左剪切刀片的俯视图。

图5，为本发明所述的剪切刀具的右剪切刀片的立体图。

图6，为本发明所述的剪切刀具的右剪切刀片的俯视图。

图7，为本发明所述的剪切刀具开启状态下的俯视图。

图8，为本发明所述的剪切刀具刃线解析图。

图9，为本发明所述的剪切刀具刃线求解算法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1至图6所示，本实施方式的剪切刀具包括左剪切刀片11、右剪切刀片12和使所述左剪切刀片11与右剪切刀片12在端部可转动自如地结合的销轴13。所述销轴13位于左剪切刀片11和右剪切刀片12的端部，不同于常见的铰链中心位于刀片中部的普通剪刀结构。

如图1和图2所示，所述左剪切刀片11的刀头部设置有呈戒指状的手指钩挂部21，供使用者的大拇指钩挂于手指中部。并且在左剪切刀片11的手指钩挂部21的根部设置有一用于挡护使用者大拇指根部的内凸状弧状凸耳24，防止长时间使用时造成大拇指根部酸痛。所述右剪切刀片12的手指钩挂部22呈包耳旁状，供使用者的食指和中指钩挂于手指中部或前部，或供使用者的中指和无名指钩挂于手指中部或前部。

现以使用者用右手握持所述剪切刀具来切断物体为例，使用者右手大拇指穿过左剪切刀片11刀头部设置的呈戒指状的手指钩挂部21，右手食指和中指分别穿过右剪切刀片12呈包耳旁状的手指钩挂部的耳洞25、26，所述剪切刀具置于使用者右手的虎口之间。通过使用者右手大拇指相对于食指和中指做张合动作来带动所述左剪切刀片11和右剪切刀片12作相对转动，从而实现剪切物体的功能。因左剪切刀片11刀头部设置的呈戒指状的手指钩挂部21套装于使用者大拇指上，同时右剪切刀片12呈包耳旁状的手指钩挂部22套装于使用者的食指和中指钩挂于手指中部或前部，所以在使用的过程中，剪切刀具能以较自然的状态固定在手指之间，防止在使用过程中的掉落与滑脱。同样的，使用者也可以根据自身的使用习惯将右剪切刀片12呈包耳旁状的手指钩挂部22套装于中指和无名指的手指中部或前部。

为使左剪切刀片11的手指钩挂部21及右剪切刀片12的手指钩挂部22能更好的与使用者的手指结合，左剪切刀片11的手指钩挂部21及右剪切刀片12的手指钩挂部22设置为半封闭结构。使用者可根据自身情况来调整左剪切刀片11的手指钩挂部21的弯曲度，从而来调整左剪切刀片11的耳洞27及右剪切刀片12的耳洞25、26的大小。在本实施例中，左剪切刀片11的手指钩挂部21的耳洞27的截面形状设置为一类椭圆形状，其长轴为30mm，短轴为25mm。右剪切刀片12的耳洞25、26的截面形状设置为一类圆形状，其直径为20mm。耳洞25与耳洞26的中心距为25mm。

该左剪切刀片11和右剪切刀片12是以由不锈钢构成的金属板为素材，整体通过一体地冲压及折弯工艺成形。该金属板的厚度尺寸是任意的，在本实施方式中，设定为1.8mm。另外，在本实施方式中，该左剪切刀片11能够以销轴13为中心相对于所述右剪切刀片12转动，为了使所述剪切刀具在剪切物体时，不至使被剪物体滑脱，所述左剪切刀片11的刃线31和右剪切刀片12的刃线32为非对称结构，所述左剪切刀片11的刃线31为一外凸曲线，所述右剪切刀片12的刃线32为一内凹曲线。在转动的过程中两刃线31、32所成的交叉角度随着切断位置伴随切断操作大致不变，或者，所述交叉角度随着切断位置远离所述销轴13而变大。

如前所述，左剪切刀片11的刃线31弯曲形状为一外凸曲线，但并非将由刃线的前端至基部为止设定为一定的曲率，而是使刃线31的曲率变化成相较于前端侧，逐渐缩小基部侧的曲率半径，也就是说，逐渐增加基部侧之曲率。左剪切刀片11的背部所形成的形状为以接近直线的圆滑曲线或直线，连接由左剪切刀片11的前端侧至基部的形状。此外，左剪切刀片11弯曲成使基部至前端侧逐渐变小。

同样，右剪切刀片12的刃线32弯曲形状为一内凹曲线，利用内凹曲线的钩挂作用，防止在剪切时被剪切物体的滑脱，但并非将由刃线的前端至基部为止设定为一定的曲率，其曲率变化是根据左剪切刀片11的刃线31弯曲形状而变化，使左剪切刀片11的刃线31和右剪切刀片12的刃线32在转动的过程中两刃线所成的交叉角度随着切断位置伴随切断操作大致不变，或者，所述所述交叉角度随着切断位置远离所述销轴13而变大。

如图7所示，在本实施例中，以旋转中心O为原点，以左剪切刀片11上一定点B与旋转中心O的连线建立x轴，以 x轴的垂直方向建立y轴，并定义顺时针旋转为正方向。设左剪切刀片11的刃线31满足方程y=f(x_C), 右剪切刀片12的刃线32满足方程y=g(x_D)。将旋转中心O至左剪切刀片11的定点C的距离设为R（mm），旋转中心O至右剪切刀片12的定点D的距离设为S（mm），连线OC与OD之间的夹角为θ(rad)，即连线OC顺时针旋转θ弧度时，C点与D点重合，设左剪切刀片11的定点C的切线与右剪切刀片12的定点D的切线之间的夹角为β(rad)，则C点与D 点坐标方程应满足：

x_C ²+f(x_C)²= x_D ²+g(x_D)²。

从而在未旋转时可以设x_D关于x_C的函数为x_D=Φ（x_C）且x_D>Φ（x_C），左剪切刀片11的刃线31上定点C的曲率变化即切线的斜率是K_c=f⁽¹⁾( x_C)，其中f⁽¹⁾( x_C)表示f(x)在x_C的一阶导数。右剪切刀片12的刃线32上点D的曲率变化即切线的斜率为K_D=g⁽¹⁾(x_D)，其中g⁽¹⁾(x_D)是g(x)在x_D的一阶导数，则左剪切刀片11的刃线31上定点C的斜率K_c=f⁽¹⁾(x_c)与右剪切刀片12的刃线32上点D的斜率K_D=g⁽¹⁾(x_D)应满足方程：

arctan(K_D) －arctan(K_C) －θ=β

其中β(rad)为固定角度或一变化角度。

如此一来，将C点旋转至D 点时，便可将第左剪切刀片11的刃线31与右剪切刀片12的刃线32所交错的位置的交错角度β(rad)维持在一固定角度或一变化角度。

也就是说，不管左剪切刀片11与右剪切刀片12之间的开启角度如何变化，左剪切刀片11的刃线31与右剪切刀片12的刃线32所成的交叉角β随着切断位置伴随切断操作可维持在一固定角度或一变化角度。

在本实施例中，左剪切刀片11的刃线31的方程满足水滴曲线：

y=x^0.5(1－x)

则右剪切刀片12的刃线32满足方程：

arctan（g⁽¹⁾（x_l））－arctan（f⁽¹⁾ (x)）－θ= β

其中x_l=Φ(x), 是方程x²+f(x)²= x_l ²+g(x_l)²的解，且满足x_l<Φ(x)，

旋转角度θ= arctan(g(x_l)/x_l) －arctan(f(x)/x)。

由于上述方程为一个非线性微分方程，很难给出一般的解析解。在此，给出一个关于右剪切刀片12的刃线32的数值算法。如图8 所示，简化刃线31与32，刃线31为给定的曲线，刃线32为满足上述方程待求曲线。在图8中，OC_i=OD_i,即O为圆弧C_iD_i的圆心,且弧C_iD_i的圆心角为θ_i。OC_i+1=OD_i+1，即O为圆弧C_i+1D_i+1的圆心,且弧C_i+1D_i+1的圆心角为θ_i+1。 C_i的坐标为（x_Ci,y_Ci）,C_i+1的坐标为（x_Ci+1,y_Ci+1），D_i 的坐标为(x_Di,y_Di), D_i+1的坐标为（x_Di+1,y_Di+1）,线段D_iD⁺ _i+1是D_i的切线段，且D_iD⁺ _i+1的长度等于D_iD_i+1。

当刃线31绕O点逆时针旋转使得C_i的与D_i点重合。所需要旋转的角度为θ_i，C_i的切线与D_i的切线夹角为β。当步长Δx=x_Ci+1- x_Ci足够小，可以把线段D_iD⁺ _i+1与D_iD_i+1视为重合的线段，且与弧D_iD_i+1重合。因而可以将D_i+1视为过点D_i的切线与圆弧C_i+1D_i+1的交点，则D_i+1的坐标（x_Di+1,y_Di+1）可以通过方程（x² _Ci+1+ y² _Ci+1）^0.5=（x² _Di+1+ y² _Di+1）^0.5与方程y_Di+1=K_Di*( x_Di+1-x_Di)+ y_Di联立求出。其中K_Di为D_iD⁺ _i+1在D_i点的斜率，x_Ci+1 = x_Ci+Δx且满足x_Di+1> x_Di。为保证C_i+1与D_i+1重合时，两点对应的切线夹角为β，则过点D_i+1的切线斜率K_Di+1满足方程arctan(K_Di+1)= arctan(K_Ci+1)+β+θ_i+1，其中K_Ci+1为C_i+1点的斜率。将所有的D_i连接所得曲线可以近似为待求刃线32。如图9所示，其求解算法如下：

第一步：设置起始点C₀（x_C0,y_C0），终点（x_e,y_e）,步长Δx, D₀（x_D0,y_D0）与C₀为重合点;

第二步：计算D₀点的斜率K_D0满足方程arctan(K_D0)= arctan(K_C0)+ β;

第三步：x_Ci+1 = x_Ci+Δx, y_Ci+1=f(x_Ci+1);

第四步：判断x_Ci+1< x_e,如果成立继续第五步，否则结束；

第五步：求D_i+1（x_Di+1,y_Di+1）满足（x² _Ci+1+ y² _Ci+1）^0.5=（x² _Di+1+ y² _Di+1）^0.5与y_Di+1=K_Di*(x_Di+1- x_Di)+ y_Di；

第六步：计算K_Ci+1及θ_i+1；

第七步：计算K_Di+1满足方程arctan(K_Di+1)= arctan(K_Ci+1)+β+θ_i+1；

第八步：回到第三步。

为了限制左剪切刀片11、右剪切刀片12以销轴13为中心转动时的开闭合角度的大小，在左剪切刀片11、右剪切刀片12的尾部分别设置有相互配合，用于对两剪切刀片张开与闭合角度进行限位的限位凸耳41和限位缺口42。

另外，在左剪切刀片11、右剪切刀片12之间设置有使两剪切刀片自动张开的弹簧43，可以举出如下结构：通过在左右剪切刀片之间添加压缩弹簧，通过在左右剪切刀片之间以销轴为中心添加扭簧。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细的说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以对其作出种种变化。因此，本发明的保护范围并不仅局限于上述实例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种剪切刀具，包括：左剪切刀片（11）、右剪切刀片（12）和使所述左剪切刀片（11）与右剪切刀片（12）在端部可转动自如地结合的销轴（13），在所述左剪切刀片（11）和右剪切刀片（12）的刀头部设置有供使用者的手指钩挂于预定的手指区域内的手指钩挂部（21、22），所述左剪切刀片（11）的手指钩挂部（21）的根部设置有内凸状弧状凸耳（24），所述左剪切刀片（11）和右剪切刀片（12）的刃线（31、32）为曲线状，

其特征在于，在开启该剪切刀具的状态下，

将左剪切刀片（11）的刃线（31）与右剪切刀片(12)的刃线(32) 所交错的交错点设为A，将左剪切刀片（11）的刃线（31）在交错点A的切线与右剪切刀片(12)的刃线(32) 在交错点A的切线交叉的角度设为β(rad)，

将左剪切刀片（11）的定点C与旋转中心O的连结线和所述右剪切刀片（12）的定点D与所述旋转中心O的连结线交叉的角度设为θ(rad)，

将左剪切刀片（11）的刃线（31）的方程设为y=f(x_C)，定点C的曲率变化即切线的斜率设为K_C=f⁽¹⁾(x_C)，右剪切刀片（12）的刃线（32）的方程设为y=g(x_D)，定点D的曲率变化即切线的斜率设为K_D=g⁽¹⁾(x_D)，

则左剪切刀片（11）刃线（31）上定点C的斜率K_c=f⁽¹⁾(x_C)与右剪切刀片(12)的刃线(32)上点D的斜率K_D=g⁽¹⁾(x_D)应满足方程组：

x_C ²+f(x_C)²= x_D ²+g(x_D)²，

arctan(K_D) －arctan(K_C) －θ=β，

其中β(rad)为固定角度。

2.根据权利要求1所述的剪切刀具，其特征在于，所述左剪切刀片（11）的刃线（31）的方程满足水滴曲线：y=x^0.5(1－x)。