CN115151127A - 修剪器头部 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于植被修剪和切割机器的修剪器头部，该修剪器头部包括壳体(27)、切割刀片(46)和具有多个贯通开口(21)的切割刀片防护件(2)，其特征在于，该修剪器头部还包括被布置在壳体(27)中的抽吸空气组件，以使得在操作时产生抽吸气流并且该抽吸气流从所述切割刀片防护件的贯通开口(21)被引导至壳体(27)的内部。本发明属于用于对草、小灌木、树篱、杂草和芦苇进行修剪和切割的设备的领域。

Description

修剪器头部

技术领域

本发明涉及用于植被修剪和切割机器的修剪器头部。本发明属于用于对草、小灌木、树篱、杂草和芦苇进行修剪和切割的设备的领域。

背景技术

在全球上，修剪器、灌木切割器、树篱修剪器和清理锯有着巨大的市场。全球有着大量使用修剪器线的草和杂草修剪器的群体。这个群体是在几十年中建立起来的。

具有配备了柔性修剪器线的修剪器头部的产品对于消费者和商业用途两者而言都是常见的。

修剪器产品被制成为不同的尺寸，由有线电动马达、无线电动马达和内燃发动机驱动。功率的范围从几百瓦到约3千瓦。

修剪器线的厚度的范围通常在1.5mm至4mm之间。

修剪器线可能迅速磨损并经常断裂。因此，有必要持续更换线。

为了实现高性能，修剪器线必须反复调整到正确的长度。根据修剪器头部的类型，该调整可以手动地、半自动地或全自动地进行。

修剪器线的一个优点是它们可以靠近物体和材料、诸如混凝土、石头、树木等来使用。另一优点是修剪器线具有稳定的性能。如果该修剪器线磨损或断裂，可以再给送出一些更多的线。

另一方面，由于操作期间偶尔的撞击，修剪器线可能会在物体上留下一些难看的痕迹。

此外，柔性修剪器线通常是由各种塑料材料制成的。一个缺点是磨损或断裂的塑料片在使用修剪器线的地方被废弃和堆积。完全分解这种塑料材料可能需要数十年或者甚至更长的时间。由可生物降解的塑料材料制成的修剪器线在这方面要好一些，但仍可能需要十年以上的时间才能完全分解可生物降解的塑料材料。这意味着，即使使用可生物降解的修剪器线，地面上也会有塑料材料废弃物堆积。回收是不可能的，或者至少是非常困难的。结论是修剪器线会造成垃圾以及全球环境状况的恶化。在这方面，由金属制成的切割刀片是更好的，并且由金属制成的切割刀片可以很容易被回收。

草切割器和灌木切割器还经常使用旋转的切割刃部和切割刀片来切割和修剪草和其他植被。这种刃部和刀片通常没有完全防护。虽然刃部和刀片在操作上是有效的，但刃部和刀片会破坏物体，或者至少会留下难看的痕迹，再加上如果刃部和刀片碰到坚硬的物体，则刃部和刀片很容易变钝或被破坏。

柔性修剪器线和未防护的切割刀片两者都具有有时会将草坪或其他植被剥落的另外的缺点。

使用柔性修剪器线和切割刀片的产品通常具有各种设计的防护保护装置。通常，这些防护保护装置不能完全覆盖修剪器线和切割刀片。

US4987681A公开了一种手动草修剪器，其中应用了不同类型的保护装置。其中一种设计是具有多个齿状部的前保护装置，在齿状部之间具有开口以允许草穿过来进行切割。此外，作为替代性方案，US4987681A包括用于修剪器线的全圆顶防护装置和可选的部分打开的底盖板。不过，旋转部件中的一些旋转部件还是没有被防护。

EP1364571A2公开了一种具有可逆电动马达的植被切割工具。该切割工具可以是修剪器线或切割刀片。该修剪工具还可以配备有作为修剪工具的修剪保护装置的一部分的鼓风机特征件，或者，结合到工具部件中的鼓风机组件。吹气方向是向前、远离操作者的，使得该修剪工具像径向鼓风机一样工作，以使碎屑(树叶、小石头)散开远离切割刀片/线。所示的修剪保护装置不能保护整个圆周，并且该修剪保护装置没有底盖保护防护件。

GB1143812A公开了一种剪切机器，其切割刀片安装在两个板之间。刃部的切割边缘没有被防护，并在板之间伸出。底板也用作接地防护件。没有真空风机来将植被抽吸向切割刃部或将切割的植被抽吸到板(10、12)之间的腔室中，或者将切割物的系统流从腔室中抽吸出。此外，由于刃部边缘没有被防护，这可能是安全问题。

US2017290261A1公开了一种用于柔性旋转切割元件的保护装置。该保护装置可以覆盖部分周缘或整个360度的周缘。该保护装置还可以配备有槽。没有接地保护防护件。在修剪器运行时，还可以触及修剪器线和其他旋转部件。

此外，修剪器线和切割刀片两者都具有一定的离心风机效应。因此，待切割的草在某种程度上可以被吹离切割装置。对于具有仅几个切割刃部的平而薄的切割刀片来说，这种风机效应较小，但也不能忽略。

因此，需要一种能够克服现有技术的缺点和限制的修剪器头部。特别地，需要一种较环保的修剪器头部，该修剪器头部还可以提高切割效率。

附图说明

在下文中，参照附图提供了对本发明的详细描述，在附图中：

图1示出了本发明的修剪器头部的实施方式的截面图。

图2示出了图1的修剪器头部的俯视图。

图3是示意性俯视图，示出了切割刀片(46)、切割刀片防护件(2)和真空进气区(26)的优选实施方式，并且还示出了它们的局部放大图。

图4示出了说明真空进气区(26)中空气速度变化的示意图。

图5示出了现有技术的切割刀片(8)的设计的俯视图，该切割刀片具有三个对称的径向切割刃部(17)，在切割刀片刃部(17)的两侧上都具有锋利的边缘(29)，以使切割刀片的两侧都可以使用。

图6示出了示意图，说明了如图5那样的现有技术切割刀片在真空进气区(26)中的空气速度变化。

图7示出了本发明的另一实施方式，其中切割刀片防护件(2)的内部高度降低，并且与真空进气口(34)的高度相似。

图8示出了切割刀片防护件(2)包括一个实体部分的实施方式，该实体部分布置在具有贯通开口(21)的两个部分之间。

发明内容

本发明涉及一种用于植被修剪和切割机器的修剪器头部。

参照图1至图8，本发明的修剪器头部包括：壳体(27)；切割刀片(46)；以及具有多个贯通开口(21)的切割刀片防护件(2)；其特征在于，该修剪器头部还包括布置在壳体(27)中的抽吸空气组件，使得在操作时产生抽吸气流，并且该抽吸气流从所述切割刀片防护件的开口(21)被引导到壳体(27)的内部。

优选地，多个贯通开口(21)中的每个贯通开口具有范围在4mm至12mm之间的宽度。

在一种实施方式中，抽吸空气组件包括指向所述贯通开口(21)的至少一个真空进气口(34)，从而在操作时，抽吸气流被引导至真空进气口(34)。

在另一实施方式中，抽吸空气组件包括抽吸离心风机(7)，该抽吸离心风机被布置为与切割刀片防护件的贯通开口(21)中的至少一个贯通开口空气连通，以使得在操作时，离心风机(7)通过所述切割刀片防护件的至少一个贯通开口(21)来抽吸空气。

在另一实施方式中，修剪器头部还包括真空进气区(26)，该真空进气区被布置在真空进气口(34)和真空离心风机(7)的进气口(22)之间。优选地，抽吸离心风机(7)包括8个至20个风机翼(39)，更优选地，抽吸离心风机(7)包括14个风机翼(39)。

在优选实施方式中，切割刀片(46)是包括至少一个刃部(4)的旋转刀片。该至少一个刃部(4)相对于参照径向线(5)成角度。优选地，所述切割刀片(46)包括2个至6个成角度的所述刃部(4)，更优选地，所述切割刀片(46)包括5个成角度的刃部(4)。

在其他实施方式中，切割刀片刃部(4)和抽吸风机翼(39)的总数为奇数。

优选地，所述风机翼(39)中的每个风机翼在径向上是直线形的。在另一优选实施方式中，修剪器头部还包括附接至壳体(27)的接地防护件(10)，其中，所述接地防护件(10)固定至壳体(27)或者可以从壳体(27)拆卸。

在另一实施方式中，壳体(27)是由多个部件制成的，并且接地防护件(10)固定至所述多个部件中的至少一个部件或者可以从所述多个部件中的至少一个部件拆卸。

优选地，切割刀片防护件(2)可以附接至壳体(27)，并且可以从壳体拆卸。

优选地，修剪器头部的各部件之间的间隙小于5mm、更优选地介于2mm至5mm的范围内、最优选地为2mm。

在另一实施方式中，切割刀片防护件(2)包括至少一个实体部分和至少一个贯通开口部分。优选地，包括被布置在两个贯通开口部分之间的一个实体部分。

在又一实施方式中，切割刀片防护件(2)和真空进气口(34)两者都设置有大致相同的高度。

具体实施方式

本发明涉及一种新型修剪器头部，该修剪器头部具有经封闭和防护的切割刀片，以改善安全方面、性能方面和环境方面。

本修剪器头部被设计为在许多工作场合用柔性修剪器线取代常规的草修剪器头部。在一些情况下，该修剪器头部还可以取代常规的切割刀片。

本发明的修剪器头部也适合应用于机器人割草机。

在本发明的操作背景内，应提到的是，用真空空气移动物体是很难从远处进行的。对物体进行抽吸需要真空喷嘴非常接近待抽吸的物体。一般来说，真空清洁器就是很好的示例。无论是空气速度还是真空度都不足以在很远的距离处产生足够的拉力，并且当与喷嘴的距离增加时，静态真空压力迅速失去动力。即使物体与真空喷嘴之间的距离略有增加，也会使得真空拉力显著下降。尽管常规真空清洁器具有相对较高的功率，但将物体拉入真空清洁器管中的距离不超过几厘米，对于重物甚至不到1厘米。

与吹气式喷嘴相反的是，真空喷嘴并不产生能够在远距离处移动物体的集中气流。相反，气流变得更加分散，并且当距离增加时，气流速度明显变慢。然而，只要待抽吸的物体离真空进气口足够近，而且真空功率足够大，真空气流就会产生很大的拉力。

正排量(POSITIVE DISPLACEMENT)是与泵有关的常用术语，其中移动流体被困于腔体中，并随后被迫进入排放容积中。正排量泵可以产生真空和压力两者。流动方向通常与泵的移动部件垂直，以产生排量。然而，腔体不需要被关闭来完成排量效应。例如，当活塞在两端开放的气缸中移动时，一端将会发生真空排量，而另一端将会发生压力排量。对于一些应用来说，还可以有连续的流体排量，例如，当旋转部件在具有侧壁的部分开放空间中移动时。

在本描述的过程中，正排量被称为排量。

为了安全和耐用的操作，用切割刀片设计取代柔性修剪器线，需要对切割刀片进行防护。然后，需要将草或其他植被给送通过切割刀片防护件，以被刀片切割。为了完成这样的任务，刀片防护件必须包括允许植被到达刀片的贯通开口。通过适当地确定所述开口的尺寸，可以将对刀片和周围物体及墙壁的防护效果与操作人员和/或其他周围人员的安全相结合，同时确保对植被的期望切割。

然而，仅仅将这种经防护的切割刀片向草移动或穿过草移动将不会给出期望的性能，因为没有足够的草穿过切割刀片防护件。在这种操作期间，切割刀片防护件也可能被堵塞。

因此，参照图1至图8，本发明的修剪器头部包括：壳体(27)；切割刀片(46)；以及具有多个贯通开口(21)的切割刀片防护件(2)；修剪器头部的特征在于，该修剪器头部还包括布置在壳体(27)中的抽吸空气组件，以使得在操作时产生抽吸气流，并且该抽吸气流从所述切割刀片防护件的开口(21)被引导到壳体(27)的内部。

在实施方式中，本发明涉及一个修剪器头部，该修剪器头部在操作时提供增强真空流，以将植被带向切割刀片防护件(2)并通过该切割刀片防护件，在该切割刀片防护件处，植被将被切割刀片(46)切割。被切割的植被的一些部分将留在切割刀片防护件之外，而被切割的植被的其他碎片将被抽吸通过真空进气口(34)和真空进气区(26)。当穿过真空进气口(34)和真空进气区(26)时，植被碎片可以在通过真空风机(7)进一步抽吸之前被切割刀片(46)切割成更小的碎片，并通过真空风机蜗形部出口(19)吹出。除此之外，当机器的操作者将修剪器头部移动穿过植被时，一些植被将会被机械地推过切割刀片防护件的开口(21)。

在实现将植被带向刀片防护件并穿过该刀片防护件的效果的第一次尝试中，使用了在切割刀片防护件后面通过真空进气口(34)产生真空流的离心风机(7)，并结合现有技术的切割刀片(8)，该现有技术的切割刀片如图5所示具有三个对称的直的径向切割刃部(17)。然而，尽管在真空进气口(34)被布置成靠近切割刀片防护件(2)以及待切割的植被靠近切割刀片防护件(2)的情况下，所产生的效果显示是令人满意的，但仍显示了这是易于改进的。

在进一步改进的第二次尝试中，真空风机的尺寸被增加到被认为是最大实际可行尺寸的水平，或者至少是接近最大可行尺寸。结果示出了，由于真空气流和空气速度明显增加，但更重要的是，真空压力的增加超过了气流的增加。现在，抽吸效应被示出为更加有效。不过，仍期待更高的抽吸效应。

令人惊讶地，进一步尝试不同的切割刀片形状，显示了具有成角度的切割刀片刃部的切割刀片给抽吸能力带来了意想不到的高度改善。

与具有径向切割刃部的切割刀片相比，即刃部直指向径向方向(见图5)，具有成角度的刃部的切割刀片具有相对于旋转方向向前或向后成角度的切割刃部，或者换言之，该切割刀片是刃部相对于参照径向线(5)成角度的刀片。

图3中举例说明了具有成角度的刃部(4)的切割刀片(46)，其中切割刀片刃部(4)的前部在参照点(50)处与水平(径向)参照线(5)成一角度(24)。对应地，切割刀片的后侧相对于该径向参照线(5)成一角度(25)。

经过深入分析，似乎当切割刀片穿过真空进气区(26)和真空进气开口(34)行进时，成角度的切割刃部的前后两侧都产生了空气的排量，这加强了来自真空离心风机(7)的气流。切割刀片在每一侧上与接地防护件(10)和真空进气导板(11)都具有很小的间隙，该间隙通常是2mm至5mm，并且由于这个原因，切割刀片在很大程度上作为真空进气区(26)中的连续排量泵工作。这通过将间隙减少到2mm以下得到了进一步证实，这更进一步放大了积极的效果。然而，由于公差和振动的原因，这种小于2mm的小间隙在实践中是不可行的。

由于发现切割刀片(46)与接地防护件(10)和真空进气导板(11)之间的间隙较窄，还试图降低切割刀片防护件(2)的内部高度，以使该高度接近或等于真空进气口(34)的高度，如图7所示。这为通过切割刀片防护件(2)的抽吸性能提供了进一步意想不到的性能提升。

由于切割刀片防护件(2)的内部高度降低，切割刀片(46)和切割刀片防护件(2)之间的间隙也变得更小。这提供了另一积极的效果，因为切割刀片(46)对切割刀片防护件(2)内侧的机械清洁显著地改善。

当使用具有直的径向刃部(17)的切割刀片(8)时，从径向地指向真空离心风机进口(22)的风机翼没有排量流。可能会有非常小的脉动排量流通过，但没有显著影响。总的来说，新的切割刀片设计(46)与成角度的切割刃部(4)以及在2mm至5mm范围内的狭窄间隙造成了增强的结果。

还试图减少进入真空离心风机的进气口(22)中的流动限制。当通过逐渐增加与切割刀片的距离来将进气导板(23)的形状从平坦设计改为渐缩设计时，进气流动限制变小，并且真空流速增加。为此，必须对应地改变真空风机翼的形状。

对于图1、图2和图3所示的实施方式，在切割刀片和风机的正常运行转速下，穿过真空离心风机(7)所产生的真空区(26)的空气速度平均为20m/s至45m/s。同时，在没有植被或其他限制流动的情况下，真空压力在25mmH₂O至130mmH₂O的范围内，这取决于风机的转速。当植被被吸向限制流动的切割刀片防护件时，真空压力会增加。正常情况下，切割刀片的转速在4000RPM至9000RPM之间，但这可能会有所不同。

替代性地，可以通过另外增加真空风机的尺寸来提高真空空气速度和真空气压。然而，这可能会使得尺寸大得不切实际。

所有这些发现都是从原型操作中观察和总结出来的。

切割刀片刃部(4)不会限制真空进气区(26)中的真空气流，因为这些刃部仅覆盖了周缘的一小部分。

在优选实施方式中，对于切割刀片材料，可以选择经热处理的钢。

切割刀片的较小风机吹气效应在很大程度上被抽吸风机所压制。举例来说，在真空进气区中，刀片的风机吹气效应可以是约10m³/h，而抽吸离心风机(7)在相同的转速下产生的真空气流超过200m³/h。结果是真空流的减少并不明显。另一方面，通过使用具有成角度的切割刃部的切割刀片，所述吹气效应甚至被成角度的切割刃部的前后两侧所产生的上述空气排量效应所抵消。

真空风机和切割刀片被结合到切割装置壳体中。

抽吸出的空气包含空气、被切割的植被碎片和灰尘的混合物。因此，真空风机蜗形部开口(19)既要引导远离操作者，也要引导远离切割刀片防护件，以避免已经切割的植被重新进入系统或干扰操作者。输出流导向器也应设计成引导流向下，以最小化四处吹出的灰尘颗粒。

优选实施方式是为了尽可能地自我清洁，以延长维护间隔。正因为如此，真空风机、风机壳体和其他内部部件之间的间隙在功能上保持得尽可能小，以获得持续的机械清洁。同样的原则也适用于切割刀片，使切割刀片防护件的内侧保持没有被切割的植被碎片和灰尘。在实践中，这意味着在实际可行的情况下，间隙应小于5mm或更小。风机翼被设计为尽可能少地收集灰尘，并且因此在径向上直地指向，以及主要具有直的形状，以最小化可能收集灰尘的点。

对真空风机的额外清洁可以通过卸除接地防护件来进行。如果需要进行较广泛的清洁，可以将使切割刀片和风机轮保持在原位的螺栓卸除。然而，在大多数情况下，使用压缩空气进行清洁、用水清洗或以其他方式进行清洁就足够了。

此外，参照图2的实施方式，切割刀片防护件(2)和切割刀片防护件的开口(21)可以根据应用情况具有不同的深度。开口还可以具有不同的宽度，以及具有贯通开口(21)的切割刀片防护件(2)还可以覆盖不同的周缘角度和/或包括贯通开口(21)的不同布置，例如，实体部分和具有贯通开口的部分交替布置。

事实上，在一种实施方式中，考虑到具有贯通开口(21)的切割刀片防护件(2)、修剪器头部的壳体(27)和接地防护件(10)，切割刀片已经被360度防护。使用单独的具有贯通开口(21)的切割刀片防护件(2)的一个主要原因是，由于切割刀片防护件(2)经常与各种物体接触，这样的切割刀片防护件可以用较坚固且耐用的材料制成。另外，切割刀片防护件的开口(21)使切割刀片防护件(2)更脆弱，这是选择较坚固的材料、例如经热处理的钢的另一原因。其他原因是，切割刀片防护件(2)在磨损的情况下是可以更换的，而且还可以根据不同的应用和工作情况更换变型。

优选地，具有贯通开口(21)的切割刀片防护件(2)覆盖至少120度角的周缘。原则上，切割刀片防护件(2)可以覆盖整个周缘。然而，在实践中，具有贯通开口的切割刀片防护件覆盖到大约200度角应该是可行的。必须澄清的是，周缘覆盖范围越大，通过真空进气口(34)和真空进气区(26)的空气速度和真空压力就越低，因为真空进气区(26)和真空进气口(34)的高度(宽度)必须足够大，以用于切割刀片(46)加上足够的间隙公差。切割刀片防护件(2)的周缘覆盖范围较大也会干扰用于风机蜗形部(6、38)的空间，从而降低抽吸能力。风机蜗形部可以通过风机蜗形部的另一设计来解决，例如将该风机蜗形部放置在壳体(27)的顶部上，但是这可能会造成较庞大和较不利的设计。因此，周缘覆盖范围优选地在120度至200度角之间，即使一些特殊的应用可能需要较小或较大的覆盖范围的情况下也是如此。

一些应用可能受益于切割刀片防护件的开口(21)以各种模式分布和/或切割刀片防护件的开口的数量减少，例如，在切割模式主要是侧向的应用中。通过这种方式，可以保持较低的周缘覆盖范围以提高抽吸性能。这可以通过几种方式来实现。例如，像图8的实施方式那样的切割刀片防护件(2)来实现，其中切割刀片防护件(2)的一部分没有贯通开口(21)，或者通过将切割刀片防护件(2)分割成不止一个部分来实现。

即使有可能将切割刀片防护件(2)分成几个部分，该切割刀片防护件也有下述潜在的缺点：切割刀片防护件部分之间的部分可能替代地是壳体(27)和接地防护件(10)的一部分。由于切割刀片防护件优选地应是由较耐用的材料制成的，这样的解决方案可能会减少使用寿命，并使修剪器头部在需要时较难维修且昂贵。在切割刀片防护件部件之间的部分很可能会经受苛刻的机械损伤，因为在切割刀片防护件部件之间的部分仍然处于工作区中或接近于工作区。

切割刀片防护件的开口中的每个开口的宽度应在4mm至12mm的范围内，优选地在4mm至8mm的范围内。在某些工作情况下，可能需要较大的尺寸。这是有可能的，因为切割刀片防护件是可互换的。切割刀片防护件的开口的最大尺寸取决于工作类型、用户经验和包括个人防护设备在内的安全要求。

直径约为250mm的切割刀片的运行速度通常在4000RPM至9000RPM的范围内。

此外，惊奇地发现，使用具有奇数切割刃部(4)的切割刀片(46)和具有偶数风机翼(39)的抽吸风机(7)，或者反过来，使用具有偶数切割刃部(4)的切割刀片(46)和具有奇数风机翼(39)的抽吸风机(7)，修剪器头部在运行中的噪音模式与使用就刃部(4)的数量与风机翼(39)的数量而言的奇-奇关系或偶-偶关系时相比受到更少干扰。换句话说，当切割刀片刃部的数量加上风机翼的数量为奇数时，可以达到最佳的降噪效应。

下文将对图1至图8进行较详细的描述。

图1和图2示出了附接到齿轮箱(1)(或柔性轴附件)的切割刀片修剪器头部的实施方式，该切割刀片修剪器头部具有：壳体(27)、切割刀片(46)、具有用于真空进气流和待切割植被的开口(21)的切割刀片防护件(2)、具有真空进气口(34)的真空离心风机(7)、和用于真空气流的风机涡形部(6)。此外，还有进气导板(11)，该进气导板(11)用于真空风机(7)的进气口(22)。在靠近风机轮中央的地方，导气板(11)具有渐缩形状(23)，该渐缩形状使进入真空风机轮进气口(22)的进气面积逐渐增加，以使流动限制最小化。现有技术通常采用平坦设计，形成较高的气流限制。箭头(15)示意性地示出了气流朝向切割刀片防护件并穿过该切割刀片防护件。在本实施方式中，真空风机(7)是通过使用单个模制、压铸或3D打印的风机轮(28)来制造的。风机轮还具有插入式毂(14)。在这个设计中，风机的直径是200mm。风机蜗形部(6)具有外部形状(38)。此外，为了节省空间，风机蜗形部(6)并没有覆盖风机轮的整个外周缘。这在一定程度上减少了风机的容量，但是容量仍然是足够的。接地防护件(10)增强了安全性，并且还保护了植被和切割刀片。切割刀片(46)和风机轮(28)被衬垫(31)和螺栓(32)保持在原位，该螺栓穿过风机轮(28)的毂(14)，并闩锁至齿轮箱/柔性轴(1)的毂(33)。要安装或卸除切割刀片，首先必须拆卸接地防护件(10)。齿轮箱(1)可以配备有用于锁定销的孔，以简化切割刀片的安装和卸除。作为替代性方案，风机轮(28)闩锁至切割刀片(46)。这样的解决方案需要在切割刀片(46)和齿轮箱/柔性轴(1)的毂(33)之间的金属片，以提供坚固的功能。

图2示出了壳体(27)、切割刀片防护件(2)、切割刀片(46)、切割刀片刃部(4)、切割刀片刃部的锋利边缘(29)、风机轮(28)和风机轮翼(39)的形状、风机蜗形部(6、38)的形状、用于风机蜗形部的指状防护装置(18)、流向切割刀片防护件(2)并穿过该切割刀片防护件的气流(15)、切割刀片防护件的开口(21)、以及紧跟切割刀片防护件的真空进气口(34)，在本实施方式中共有5个切割刀片刃部，以及在本实施方式中共有14个翼。真空空气风机蜗形部出口(19)被引导成不干扰真空进气气流，并且也不分散操作者的注意力。箭头(37)示出了来自真空空气风机蜗形部出口(19)的气流的方向。

作为选项，在移除接地防护件时，可以接合防止刀片旋转的机构，以防止切割刀片旋转。这种机构也可以用来简化切割刀片的安装和卸除。

图3示出了以下的包括局部放大图的示意性俯视图：优选的切割刀片(46)设计、切割刀片防护件(2)、真空进气口(34)、真空进气区(26)、角度参照线(5)、当切割刀片刃部的前部到达参照点(50)时切割刀片刃部(4)的前侧相对于参照线(5)的角度(24)、当切割刀片刃部(4)的后侧到达参照点(50)时切割刀片刃部(4)的后侧相对于参照线(5)的角度(25)、切割刀片刃部(4)相对于切割刀片防护件的开口(21)的切割位置(43)、来自切割刀片刃部(4)前部的排量流的流动方向(44)、以及来自切割刀片刃部(4)后部的真空流排量流方向(45)。

仍然参照图3，对于切割刀片刃部(4)在真空进气区(26)内的部分，切割刀片部分地作为连续排量泵工作。在切割刀片刃部的前部和后部，排量流动方向遵循箭头(44、45)。在切割刀片刃部的前侧[以顺时针旋转作为切割刀片(46)的旋转方向(51)的参照]，排量流是由压力产生的，而在切割刃部的后侧，排量流是由真空产生的。流向切割刀片中央的排量流的空气速度取决于真空进气区(26)中切割刀片刃部的旋转速度以及切割刀片刃部的前后角度(24、25)。

因此，朝向切割刀片中央的速度，V_中央＝V_旋转×SIN(角度)。在本实施方式中，对于刀片的前部，角度(24)为约7度，而后部角度为约21度。作为示例，在真空进气区(26)中旋转切割刀片刃部的速度为70m/s，V_中央在切割刃部的前部处变成8.3m/s，并且在切割刀片刃部的后部处变成25.1m/s。由于切割刀片刃部没有覆盖真空区的全部高度，与切割刀片具有与真空进气口(34)的高度(宽度)相同的高度(宽度)的情况下相比，整体的排量贡献变得低了约50％。但这仍然是重要的贡献。

因此，在本发明的背景下，所述前部角度(24)在1度至15度的范围内；以及后部角度(25)在10度至35度的范围内。对这些角度没有绝对的限制。然而，过大的角度可能会限制进入真空风机进气口(22)的气流，因为切割刀片刃部的内直径会主要由于切割刀片的后侧的几何形状而增加。结果是切割刀片的基部直径变大，因为出于强度和疲劳的原因，切割刀片刃部的宽度不能减少。

图4示出了示意图，该示意图说明了在使用图3所示的具有成角度的刃部(4)的优选切割刀片时，通过真空进气区(26)进入离心真空风机(7)的进气口(22)中的气流速度。具有事项(42)、(48)和(49)的曲线以简化的方式说明了当切割刀片(46)的刃部(4)中的一个刃部经过某个点时，例如经过图3所示的参照点(50)时的空气速度。箭头(51)示出了切割刀片的旋转方向。线(47)示出了由真空离心风机(7)产生的真空进气区(26)中的气流速度，该气流流向真空离心风机(7)的进气口(22)。当切割刀片刃部中的一个切割刀片刃部的前部边缘到达参照点(50)时，在切割刀片刃部经过时空气速度降低(49)。为了澄清，曲线(42、48、49)示出了总的气流速度而不是空气质量流，即使除了在切割刀片刃部限制了点(49)和(48)之间的流时，空气质量流与气流速度都呈线性关系。当这种情况发生时，排量速度在最小排量水平(49)处确实下降到了零，而在切割刀片刃部和真空区(26)的侧壁之间仍有少量气流。这种气流具有与由抽吸风机产生的空气速度(47)大致相同的空气速度。来自真空风机(7)的总空气速度水平(47)大致是恒定的，因为真空吸入区(26)的大部分仍然是开放的，并且在切割刀片刃部之间具有相对恒定的开口面积。当切割刀片刃部的后侧到达参照点(50)时，由于切割刀片刃部(4)的后侧的角度较大，排量空气速度达到其最高水平(48)。然后排量空气速度逐渐下降到切割刀片刃部的前侧的水平(42)，直到新的循环开始。

在实践中，这是连续的过程，其中，排量流与切割刀片刃部一起移动。由于在本实施方式中，切割刀片具有五个刃部，所以不止一个刃部可以同时在真空进气区中，对总的真空气流和气流速度有贡献。由抽吸风机产生的连续真空气流确保了始终存在朝向抽吸风机(7)的进气口(22)的气流和空气速度(47)。

令人惊讶地，总的真空气流相对于切割刀片防护件的固定点例如参照点(50)变得脉动这一事实已被证明是优势，因为这减少了切割刀片防护件(2)被植被和灰尘堵塞的风险。

还应澄清的是，切割刀片刃部(4)也在进气导板(11)和接地防护件(10)之间的空间中真空进气区(26)外侧进行排量流动。这并不影响整个真空流，因为该真空流是旋转流，并且出口通过抽吸风机(7)的进气口(22)。然而，这种旋转排量流可以帮助将经切割的植被碎片和灰尘推动到抽吸风机进气口(22)中，并成为自我清洁过程的一部分。一些已经切割好的植被碎片也可以进入旋转排量流中，以在进入抽吸风机(7)的进气口(22)之前被切割成更小的碎片。

图5示出了现有技术的具有三个对称的直的径向切割刃部(17)的切割刀片(8)的俯视图，其中所述刃部(17)中的每个刃部相对于参照径向线(5)没有成角度，或者换句话说，每个刃部(17)与所述参照径向线(5)呈现0度角，与图3的上述成角度的刃部(4)相反。

图5的这个现有技术切割刀片是为了说明图3所示的本发明的优选切割刀片与所述现有技术实施方式之间的区别。当然，现有技术设计可以与本发明一起使用，但与使用图3的优选切割刀片实施方式相比，改进程度较低。

图5的这种现有技术设计主要是为了使切割刃部(17)的两侧都能使用，因为切割刃部在两侧都具有锋利边缘(29)。由于切割刀片刃部的直的略微渐缩的形状，平均来说，没有朝向真空风机进气口(22)的排量气流效应。但具有不太明显的脉动排量流穿过。由于渐缩设计，其中切割刀片刃部的前部具有约为1.5度的负角以及切割刀片刃部的后部具有约为1.5度的正角，所以切割刀片刃部的前侧会产生较小的负排量流，而切割刀片刃部的后侧会产生较小的正排量流。平均而言，总的排量流为零。

图6说明了根据图5的现有技术切割刀片设计的真空进气区(26)中的排量气流。与图3所示和图4说明的优选切割刀片设计中的排量气流相比，不存在总的正排量流。相反，存在非常小的脉动排量流，该脉动排量流在正峰值(40)和负峰值(41)之间变化。由此产生的平均排量流为零。与用于优选切割刀片设计的最大排量流(48)相比，正峰排量流小约14倍。总体而言，现有技术的切割刀片设计没有产生有用的排量流，并且流脉动太小而无法减少切割刀片防护件(2)的潜在堵塞。

图7示意性地示出了本发明的修剪器头部的另一实施方式的截面图。与图1的实施方式不同的是，切割刀片防护件(2)的内部高度降低，并且该内部高度与真空进气口(34)的高度大致相同，以提高通过切割刀片防护件的真空空气速度和真空气压，从而提高抽吸效率。这种特殊的实施方式还提高了通过切割刀片刃部(4)产生的切割刀片防护件(2)内侧的自清洁能力。

图8示出了切割刀片防护件(2)的切割刀片防护件的开口(21)的数量比图2中描述的方案减少的实施方式。切割刀片防护件(2)的实体部分被布置在刀片防护件(2)的两个贯通开口部分之间，使得切割刀片防护件(2)部分地缺少切割刀片防护件的开口(21)。这对于一些应用来说可能较为有效，例如修剪器头部主要是侧向移动的应用。通过减少切割刀片防护件的开口的总数量，保持总的进气面积，使真空空气速度较高，并因此提高抽吸效率。

本发明的几个优点如下：

-使用经完全防护的切割刀片是较安全的，因为只有小于切割刀片防护件的开口的物体才能通过。

-经防护的切割刀片将在较长时间段内保持锋利。

-经防护的切割刀片不会破坏物体或剥落植被。

-大部分被切割的植被会留在修剪器和切割装置壳体的外侧，并且余留的部分在进入真空离心风机进气口(22)之前将被切割刀片刃部切割成较小的碎片。

-新设计的切割刀片刃部(4)还提供了锁定效应(43)，将待切割的植被锁定为朝向切割刀片防护件的开口(21)。这确保了植被被正确切割，而不是不必要地被推出切割刀片防护件的开口(21)。

-动力源的最大工作速度将是较为稳定的。不会因为修剪器线磨损或断裂增加了转速而造成噪音峰值，因为总是需要稳定的功率来驱动离心风机。

-抽吸气流在很大程度上压制了切割刀片的风机效应。这意味着，余留的气流将使植被较接近切割头部而不是在相反方向上。

-通过切割刀片(46)使用排量效应产生的脉动抽吸气流提高了抽吸性能，并减少了切割刀片防护件由植被、包括已切割的植被而堵塞的风险。

-切割刀片和真空风机都在修剪器头部的壳体内侧，这降低了噪音水平。在7500RPM的速度下，切割刀片的一阶频率为625Hz，以及具有14个风机翼的风机的一阶频率为1750Hz。这些频率是相对较高的，这使得壳体也能作为消音器工作。

-由于切割刀片具有奇数数量的刃部，而风机具有偶数数量的风机翼，因此包括泛音在内的噪音模式将更多地是较少干扰的一般噪音，而不是一些可能更令人讨厌的单一频率峰值。类似的较有利的低噪音模式也出现在切割刀片具有偶数数量的切割刀片刃部而风机具有奇数数量的风机翼的情况下。

-噪音水平也比使用修剪器线低，因为与拉动修剪器线相比，离心风机将被定尺寸成用于较低的拉动扭矩和功率。用修剪器线拉动修剪器头部的功率实际上是相当高的，通常在400W至800W的范围内，对于粗且长的线甚至更高。噪音水平可以与拉动功率有关。因此，相对的噪音分贝水平应遵循以下等式。

相对噪音水平(dB)＝10×log(风机功率[W]/修剪器线功率[W])。

例如，如果拉动修剪器线需要700W并且拉动风机需要250W，那么风机的噪音水平应该低约4.5dB。

与风机功率相比，空载时拉动切割刀片的功率是较低且不显著的。

-与使用修剪器线相比，用锋利的平坦且薄的切割刀片来割草所需的功率明显降低。

-机器人割草机也是本发明的合适应用，因为该机器人割草机提高了安全性并允许在草坪的周缘附近割草。在这个产品应用和其他潜在的产品应用中，可能需要直的轴附件而不是齿轮箱/柔性轴(1)。

-整个修剪器头部设计在很大程度上是自清洁的，因为旋转部件具有对于固定部件而言很小的间隙，抽吸气流吹出灰尘和植被碎片，并且脉动排量流帮助整个系统保持清洁。

附图标记

1 齿轮箱/柔性轴

2 切割刀片防护件

4 成角度的切割刀片刃部

5 径向参照线

6 真空风机蜗形部

7 真空离心风机

8 现有技术的具有3个径向刃部的切割刀片

10 接地防护件

11 进气导板

14 插入式毂

15朝向切割刀片防护件并穿过切割刀片防护件的气流

17 直的径向刃部

18 指状防护装置

19 真空空气风机蜗形部出口

21 切割刀片防护件的贯通开口

22 进气口

23 进气导板渐缩的较大开口面积

24 切割刀片刃部的前部角——锋利边缘侧

25 切割刀片刃部的后部角——粗钝边缘侧

26 真空进气区

27 壳体

28 风机轮

29 切割刃部(4)的锋利边缘

31 衬垫

32 螺栓

33 毂

34 真空进气口

37 来自真空风机涡形部出口(19)的气流

38 风机蜗形形状

39 真空风机翼

40 用于现有技术切割刀片设计的最大真空区真空排量效应

41 用于现有技术切割刀片设计的最大负真空区压力排量效应

42 来自切割刀片刃部前部的真空区压力排量效应

43 相对于切割刀片防护件的开口的切割刀片的位置、锁定角度

44 切割刀片排量泵效应

45 切割刀片排量真空泵效应

46 切割刀片

47 来自真空离心风机的真空区的空气速度

48 来自切割刀片刃部后部的最大真空区真空排量效应

49 最小真空区排量效应(零)

50 用于切割刀片刃部的参照点

51 旋转方向。

本文的描述应被理解为对其范围的非限制性，该范围仅由独立权利要求限定。从属权利要求书限定了本发明的特定实施方式。

Claims (15)

1.一种修剪器头部，所述修剪器头部包括：

·壳体(27)，

·切割刀片(46)，

·具有多个贯通开口(21)的切割刀片防护件(2)，

其特征在于，所述修剪器头部还包括被布置在所述壳体(27)中的抽吸空气组件，以使得在操作时产生抽吸气流，并且所述抽吸气流从所述切割刀片防护件的开口(21)被引导至所述壳体(27)的内部。

2.根据权利要求1所述的修剪器头部，其中，所述抽吸空气组件包括指向所述贯通开口(21)的至少一个真空进气口(34)，以使得在操作时，抽吸气流被引导至所述真空进气口(34)。

3.根据权利要求1或2所述的修剪器头部，其中，所述抽吸空气组件包括抽吸离心风机(7)，所述抽吸离心风机(7)布置成与所述切割刀片防护件的贯通开口(21)中的至少一个贯通开口空气连通，以使得在操作时，所述离心风机(7)通过所述切割刀片防护件的至少一个贯通开口(21)抽吸空气。

4.根据权利要求3所述的修剪器头部，还包括真空进气区(26)，所述真空进气区(26)被布置在所述真空进气口(34)与所述抽吸离心风机(7)的进气口(22)之间。

5.根据权利要求3或4所述的修剪器头部，其中，所述抽吸离心风机(7)包括8个至20个风机翼(39)，优选地，所述抽吸离心风机(7)包括14个风机翼(39)。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的修剪器头部，其中，所述切割刀片(46)是旋转刀片，所述旋转刀片包括相对于参照径向线(5)成角度的至少一个刃部(4)，优选地，所述旋转刀片包括2个至6个刃部(4)，更优选地，所述旋转刀片包括5个刃部(4)。

7.根据权利要求6所述的修剪器头部，其中，旋转的所述切割刀片(46)的至少一个切割刀片刃部(4)相对于参照径向线(5)在旋转方向(51)上向前成角度。

8.根据权利要求6所述的修剪器头部，其中，所述切割刀片刃部(4)和所述抽吸风机翼(39)的总数为奇数。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的修剪器头部，还包括接地防护件(10)，所述接地防护件(10)以固定的方式附接至所述壳体(27)或以可拆卸的方式附接至所述壳体(27)。

10.根据权利要求9所述的修剪器头部，其中，所述壳体(27)是由多个部件制成的，并且所述接地防护件(10)被固定至所述多个部件中的至少一个部件，或者能够从所述多个部件中的至少一个部件拆卸。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的修剪器头部，其中，所述切割刀片防护件(2)能够附接至所述壳体(27)并且能够从所述壳体(27)拆卸。

12.根据前述权利要求中的任一项所述的修剪器头部，其中，所述切割刀片防护件(2)包括至少一个实体部分和至少一个贯通开口部分，优选地，所述切割刀片防护件(2)包括被布置在两个贯通开口部分之间的一个实体部分。

13.根据前述权利要求中的任一项所述的修剪器头部，其中，所述切割刀片防护件(2)的多个贯通开口(21)中的每个贯通开口具有在介于4mm至12mm的范围内的宽度。

14.根据前述权利要求中的任一项所述的修剪器头部，其中，各部件之间的间隙小于5mm，优选地，各部件之间的间隙在介于2mm至5mm的范围内，更优选地，各部件之间的间隙为2mm。

15.根据权利要求2至14中的任一项所述的修剪器头部，其中，所述切割刀片防护件(2)的内部高度与所述真空进气口(34)的高度大致相同。

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