CN1860844B - 植物修剪器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种植物修剪器，它包括位于其一端的切割头(20)、位于其另一端的后部手柄(60)、马达(10)、和用于向切割头传递马达的输出的柔性驱动轴(30)，其中马达位于植物修剪器的大体中心位置上。本发明的植物修剪器具有改进的平衡和惯性，从而使之更易于使用者操作，并且在其特定实施例中可以比具有柔性驱动轴的现有植物修剪器更加紧凑以更易于装运和存储。此外，本发明的修剪器由左手使用者和右手使用者在修剪和修边方式中以相等的舒适性操作，可以进行调节以供具有不同高度的使用者舒适的操作并且还具有降低的噪音。

Description

植物修剪器
技术领域
本发明涉及植物修剪器，植物修剪器是适于剪切例如草的植物的众所周知的电动工具。通常，这种植物修剪器包括切割头，切割头具有一个或多个切割线或者一个或多个刚硬的切削刀片，或是具有这两者。植物修剪器还包括马达，这样在使用者对修剪器的操作过程中，切割线和/或刀片会通过马达的作用而高速旋转。因此当快速旋转的切割线和/或刀片与直立的植物接触时，它们就用来按照需要切断植物。植物修剪器的马达可以电或汽油驱动的，并且如果是电驱动的，它可以由市政电源或电池组提供动力。在以本发明的申请人的名义申请的欧洲专利EP 0 841 000 B中描述了这种植物修剪器的实例。
背景技术
通过参见附图1和2可以更好的理解现有植物修剪器的总体布局，其中显示的修剪器的部件标记如下：
10马达
20切割头
30驱动轴
40齿轮机构
50前部手柄
60后部手柄
70支轴
植物修剪器中两个最重的部件通常是切割头和马达。在操作中，修剪器通常通过使用者的身体和手臂围绕支轴70的扭转运动而由使用者左右摆动，其方式如图1和图2中带箭头的圆弧所示。
大多数现有植物修剪器具有如图1中所示的布局。在该配置中，马达和切割头都位于修剪器的底端并且刚性驱动轴用于将马达的输出连接到切割头上。在马达和切割头之间也可以设置有齿轮系来改变旋转速率。在这种情形下，修剪器的两个最重的部件均位于修剪器的底端。
然而，一些现有的植物修剪器具有如图2中所示的不同的布局。在该配置中，仅仅切割头位于修剪器的底端并且马达位于顶端。因为修剪器的两个最重的部件现在位于其相对端，所以图2的修剪器比图1中的修剪器可以更好的平衡。然而，因为在图2的配置中，来自马达的输出不再与切割头的旋转轴平行，所以必须使用柔性驱动轴代替刚性驱动轴来将马达的输出传递给切割头。再次，在马达和切割头之间也可以设置有齿轮系来改变转速。该柔性驱动轴通常由图3中所示的缠绕线的层构成并因此而有些像牵引弹簧。
然而，图1和图2中所示的植物修剪器的两个现有布局具有与它们的平衡和惯性相关的特定弊端，下文将详细解释这些弊端。
发明内容
因此，为了解决如上所述的现有植物修剪器的平衡和惯性问题，本发明提供了一种植物修剪器，它包括位于其一端的切割头、位于其另一端的后部手柄、马达、和用于向切割头传递马达的输出的柔性驱动轴，其中，马达位于植物修剪器的大体中心位置上。优选地，当植物修剪器定向成其后部手柄最高时，马达位于柔性驱动轴的下方。
因此本发明的植物修剪器具有如图4中所示的布局，该布局与图1和图2中所示的现有修剪器的布局不同。与图2中的现有修剪器相似，它使用柔性驱动轴来将马达的输出传递到位于修剪器底端的切割头。然而，在本发明的植物修剪器的情形下，马达并非位于修剪器的顶端，而是位于切割头和后部手柄60之间的中间安装位置。如果它如图4中所示还位于柔性驱动轴的下方，那么来自马达的输出因此就必须通过同样在图4中所示的齿轮机构传递给柔性驱动轴。
通过参见下列参量可以更好地理解本发明的植物修剪器的布局优于图1和图2中的现有植物修剪器的布局之处：
c切割头的质量
m马达的质量
l1切割头离支轴70的距离
l2马达离支轴70的距离
平衡
图1、2和4中所示的每个修剪器的平衡情况可以通过算出它们的静力矩而进行计算。静力矩显示每个修剪器如果支撑在其支轴上时在其自身重量下转动的趋势，并且通过将修剪器的部件的质量同其与支轴的距离相乘得出。图1的修剪器因此具有由马达和切割头的组合质量(m+c)乘以它们与支轴的距离l1给出的静力矩。这是一个相当大的力并且必须由使用者在后部手柄60上施加一个相等并反向的力来平衡，这是相当不舒服的并且是研发图2所示布局的修剪器的主要原因。
图2的修剪器的总静力矩是由切割头施加的力矩减去马达施加的力矩所给出(因为它们位于支轴的对边上)，或是cl1-ml2。在具有图2的布局的修剪器的设计过程中，通过切割头和马达的重量和它们与支轴的距离的仔细选择和调节，这允许切割头的力矩由马达力矩的精确平衡。例如，如果马达的重量是切割头重量的两倍，它就需要位于切割头与支轴之间距离的一半距离处以使修剪器完全平衡。在这种情形下，还必须考虑修剪器的另一个部件的重量以确保完全的平衡。
在如图4所示的本发明的植物修剪器中，因为马达不需要沿着修剪器的主轴放置而事实上可以位于支轴下方，所以修剪器的总静力矩就如下面那样给出：
(cl1cosθ1)-(ml2cosθ2)，
其中θ1是通过支轴和切割头的重心绘出的线偏离水平线的角度，并且θ2是通过支轴和马达的中心绘出的线偏离水平线的角度(参见图5，其中水平线标记为Z-Z′)。因此可以使用上述公式在修剪器的设计过程中与修剪器平衡，尤其是在还考虑到由后部手柄60施加的力矩时。例如，在本发明的一个可能的实施例中，马达可以直接(垂直地)位于支轴下方，在该情形中，力矩将为零。然后修剪器(包括切割头)的下端施加的力矩就可以通过修剪器(包括后部手柄60)的上端施加的力矩精确地平衡。因此本发明的植物修剪器与具有图2布局的修剪器一样具有优于拥有图1的布局的修剪器的优点。
惯性
也可以通过计算修剪器的(动态)惯性矩来算出左右摆动图1、2和4中所示的每个修剪器所需的作用力。惯性矩指示每个修剪器对转动力的阻力，并且在这种情形下是通过使修剪器的部件的质量与它们与支轴的距离的平方相乘给出的。因为这些距离始终进行平方，所以它们始终是相加的并且不能彼此抵消。由于被平衡得最少，所以图1中的修剪器还具有最大的惯性矩，因为马达和切割头都设置得远离支轴。图2的修剪器比图1中的修剪器具有更小的惯性矩，因为其马达设置得更靠近支轴。然而，本发明的植物修剪器具有所有这三种布局中最小的惯性矩，因为其马达(它是修剪器中最重的部件)设置得最靠近支轴。因此它需要所有修剪器中最小的作用力来左右摆动。
在下文中的表1中总结了图1、2和4中的修剪器的静力矩和动态惯性矩，其中很显然图4中的修剪器的惯性矩是通过与图2中的修剪器相同的公式给出的，但是必须记住，图4中修剪器的数值l2小于图2中修剪器的数值l2并且值l2中的这一差别通过平方进行了放大。因此本发明的植物修剪器就具有图1、2和4中三种不同修剪器布局的平衡和操作简易性的最佳组合。
  布局   静力矩(＝质量×距离)  惯性矩(＝质量×距离2)
  图1   (m+c)l1[因为l2＝l1]  (m+c)l1 2
  图2   cl1-ml2  cl1 2+ml2 2
  图4   (cl1cosθ1)-(ml2cosθ2)  cl1 2+ml2 2
表1
附图说明
通过参见作为实例给出并且与附图结合的本发明的下列详细说明，可以更好地理解本发明的其它特征和优点，其中：
图1是现有植物修剪器的第一种可能的布局的示意图；
图2是现有植物修剪器的第二种可能的布局的示意图；
图3显示了适于具有图2中布局的植物修剪器中类型的柔性驱动轴；
图4是依照本发明的植物修剪器的一种可能的布局的示意图；
图5是表示依照本发明的植物修剪器的静力矩的计算的图；
图6是通过植物修剪器的杆的纵剖面，显示了在其中安装图3中所示类型的柔性驱动轴的方式；
图7是通过植物修剪器的杆的横截面，显示了在其中安装图3中所示类型的柔性驱动轴的方式；
图8是显示将图3中的柔性驱动轴连接到齿轮上的实施例的纵剖面；
图9是适于用在依照本发明的植物修剪器中齿轮机构的实施例的示意侧视图；
图10是图9中齿轮机构的示意性端视图；并且
图11是根据本发明的一个实施例的开关机构的示意图。
具体实施方式
首先参见图4，可以看到，因为本发明的修剪器中的后部手柄60并不包括任何移动部分，所以它可以很容易地从修剪器的其余部分上取下以留下具有较短总长度的修剪器主体，从而允许其拆卸部分挤进更小的箱子中以易于装运和存储。前部手柄50还可以调节和/或拆卸以允许修剪器更加紧凑以易于装运和存储。虽然已知包括柔性驱动轴的现有植物修剪器在图4中所示的手柄50的位置上具有可以调节和/或可拆卸的前部手柄，但是后部手柄60的可移动性在这种现有技术的修剪器中是未知的并且比具有图2的布局的修剪器更加有利，具有图2的布局的修剪器不能拆卸为更短的长度，因为在图2的布局中，马达位于修剪器的顶端。此外，具有均可以进行位置调节的两个手柄50和60的组合比已知的植物修剪器给出了更大的灵活性，因此就改进了修剪器的总体人机工程学，而在已知的植物修剪器中，仅仅一个手柄可以进行位置调节。
在本发明的一个优选实施例中，后部手柄60不是轴向对称的，即它是以图4中所示的方式弯曲的。具有这种弯曲的后部手柄，修剪器就具有非常舒适的形状，从而允许使用者在操作过程中以现有的手动镰刀的方式握住它并且左右摆动。
此外，弯曲的后部手柄可以配设有调节机构，调节机构允许它安装在修剪器的其余部分中三个不同的可能位置之一，这三个位置如下：
(a)一个最适于左手使用者最舒适地使用的位置，其中弯曲的后部手柄60位于修剪器主轴的一侧；
(b)一个最适于右手使用者最舒适地使用的位置，其中弯曲的后部手柄60位于修剪器主轴的另一侧；以及
(c)可以由左手或右手使用者很舒服地使用的第三侧面对称位置，其中弯曲的后部手柄60垂直地位于修剪器的主轴上。
在一个简单的实施例中，用于将后部手柄设置在这三个位置之一的调节机构可以只包括用于将手柄60拧紧在修剪器的其余部分上的旋钮。手柄60中接触修剪器的其余部分的面可以配设有从旋钮的中心向外发散的脊，这些脊与后部手柄接触的修剪器的其余部分中的面内相应的凹槽接合。当然，这种凹槽和脊的配置也可以在修剪器的这两个部件之间颠倒。
根据另一个优选实施例，图3中的柔性驱动轴能够以图6中所示的方式安装在修剪器的主杆中。驱动轴30在填充有油脂34的柔性尼龙管32中旋转。柔性尼龙管32由橡胶环38牢固地保持在修剪器的杆36中。杆通常是由铝制成的。图7中显示了橡胶环38之一的横截面。如图7中所示，橡胶环38在其圆周上具有一组沿径向延伸的叶片28，当这些环被推入杆36中时，它们会以图7中所示的方式弯曲，从而与杆形成牢固的配合。在每个环38中部的中心管腔26用于容纳包含驱动轴的尼龙管32。
在一个优选实施例中，如图8所示，柔性驱动轴30的顶端紧密地连接到钢质花键(steel spline)42上。花键在齿轮机构的齿轮(cogwheel)44中自由滑动以将马达的输出传递给柔性驱动轴30。花键的轴具有嵌入齿轮44中部内形成的孔中的横截面。例如，如果花键的轴具有正方形横截面，那么齿轮44中部内的孔也具有正方形轮廓。因此花键会在齿轮转动时转动，从而将齿轮的运动经由花键施加给柔性驱动轴，即使花键可以在齿轮中形成的孔中按照图8中以双头箭头指示的方式沿纵向自由地滑动。齿轮安装在保持在植物修剪器的主体中轴承46上。
因此依照该实施例的修剪器的操作高度就可以如下调节。修剪器的杆36(围绕着柔性驱动轴30并且利用图7中所示的橡胶环紧密地连接到其上)可以在修剪器的主体中滑动，因此使杆36的暴露的部分更短或更长。这会使花键42在齿轮44中滑动。杆36可以在修剪器的主体中配设有多个卡扣止挡和将其移动范围限制在上下每个方向中的一个特定点处的止端。卡扣止挡可以由使用者利用位于修剪器前部的按钮操作以调节杆的高度。按下该按钮会使杆从其一个卡扣止挡中释放出来并且允许它上下滑动。按钮可以是弹簧加压的，这样当它释放时，它就会与杆上的卡扣止挡之一重新接合。因此可以通过使用按钮选择这些卡扣止挡之一来调节修剪器的高度并且花键42将因此在齿轮44中滑动，保证在杆的所有可用高度设置中运动会继续从马达传递给驱动轴。
此外，在一个优选实施例中，按下高度调节按钮也可以允许杆围绕其纵轴相对于马达外壳和手柄或多个手柄旋转。如果它旋转通过90度，这会使修剪器进入适当的配置来修剪草所在区域的边界(修边操作)。杆因此可能还配设有两组与用于现有的横向修剪器的卡扣止挡成90度的卡扣止挡，一组用于惯用左手的人并且另一组用于惯用右手的人。以该方式围绕杆的长轴旋转杆只会使花键42沿相反的方向驱动齿轮44。杆36因此可以绕着其长轴沿任一方向旋转任意量而没有任何问题。在具有图1中布局的现有植物修剪器中，这无法很容易地实现，因为从修剪器顶部的线进入点沿修剪器的杆向下延伸至位于其底部的马达的电线会在杆旋转时存在变得扭绞的风险。
在本发明的另一个优选实施例中，植物修剪器可以包括齿轮机构，齿轮机构经由橡胶带48将马达连接到柔性驱动轴上，如图9(侧视图)和图10(端视图)中所示。在图9和图10中，44是连接到花键42上的齿轮，并且49是安装在马达10的输出轴上的齿轮。齿轮44大于齿轮49从而降低驱动轴30相对于马达10的转速。同修剪器包括其中齿轮44与齿轮49直接接触的齿轮机构相比，使用橡胶带来连接齿轮44和49的有利之处在于可以降低在修剪器的操作过程中产生的噪音。
在本发明的另一个优选实施例中，植物修剪器的前部手柄50包括用于启动马达的开关机构。图11中显示了这种开关机构的实施例。在该配置中，从前部手柄50的任一侧伸出一个按钮，这两个按钮之一用于由左手使用者操作并且另一个用于由右手使用者操作。如果使用者沿箭头Y1方向按压按钮，压缩弹簧52就会挤压在端部止挡54上，如果使用者沿箭头Y2方向挤压按钮，压缩弹簧52就会挤压在端部止挡56上。因此在任一情形中，使用者一旦从按钮上释放压力，两个按钮之间的棒就会返回其中心位置且两个按钮部分地暴露。
在两种情形下，在两个按钮之间的棒的下侧上形成的凸轮面都会使推杆(在图11中标记为58)沿箭头X指示的方向移动而不管哪个按钮被按下。推杆58又会作用在电连接以操作马达的压力开关62上。当推杆58沿箭头X方向移动时，第二压缩弹簧64也会挤压在端部止挡66上。因此当使用者在操作下释放按钮时，推杆58会返回其初始位置，解除压力开关62上的压力并且马达停止操作。
因此，本发明的植物修剪器具有改进的平衡和惯性，从而使之更易于使用者操作，并且在其特定实施例中可以比具有柔性驱动轴的现有植物修剪器更加紧凑以更易于装运和存储。此外，本发明的修剪器由左手使用者和右手使用者在修剪和修边方式中以相等的舒适性操作，可以进行调节以供具有不同高度的使用者舒适的操作并且还具有降低的噪音。
最后，虽然本发明是通过特定参考具有带有可旋转的切割线和/或刀片的切割头的植物修剪器进行描述的，但是本领域的普通技术人员可以很容易地看出，本发明也同样适用于具有包括往复式刀片或多个刀片的切割头的植物修剪器，例如树篱修剪器。在该情形下，切割头还会包括互连机构以将柔性驱动轴的旋转运动转换为切削刀片或多个刀片的往复运动。这种互连机构例如可以包括挡车轭。

Claims (21)

1.一种植物修剪器，包括：
位于其一端的切割头(20)；
位于其另一端的后部手柄(60)；
马达(10)；以及
用于将马达的输出传递给切割头的柔性驱动轴(30)；
其中马达位于植物修剪器的切割头(20)和后部手柄(60)之间的大体中心位置上，
其中当植物修剪器的定向为其后部手柄(60)最高时，马达(10)位于柔性驱动轴下方。
2.如权利要求1所述的植物修剪器，其中来自马达的输出通过齿轮机构传递给柔性驱动轴(30)。
3.如权利要求1所述的植物修剪器，其中后部手柄(60)是可拆卸的。
4.如权利要求1所述的植物修剪器，还包括前部手柄(50)，其中前部手柄的位置是可以调节的和/或是可移动的。
5.如权利要求3所述的植物修剪器，还包括前部手柄(50)，其中前部手柄的位置是可以调节的和/或是可移动的。
6.如权利要求3所述的植物修剪器，还包括前部手柄(50)，其中前部手柄(50)可以调节位置和/或拆卸。
7.如权利要求1所述的植物修剪器，其中后部手柄(60)是非轴向对称的。
8.如权利要求2所述的植物修剪器，其中后部手柄(60)是非轴向对称的。
9.如权利要求3所述的植物修剪器，其中后部手柄(60)是非轴向对称的。
10.如权利要求4所述的植物修剪器，其中后部手柄(60)是非轴向对称的。
11.如权利要求10所述的植物修剪器，其中后部手柄(60)是弯曲的，包括调节机构，以允许后部手柄安装到修剪器的其余部分上的三个不同的可能位置之一，这三个位置是其中后部手柄(60)位于修剪器的主轴的一侧的第一位置、其中后部手柄(60)位于修剪器的主轴的另一侧的第二位置、和其中后部手柄(60)放置在修剪器的主轴的垂直方向上方的第三侧向对称位置。
12.如权利要求9所述的植物修剪器，其中后部手柄(60)是弯曲的，包括调节机构，以允许后部手柄安装到修剪器的其余部分上的三个不同的可能位置之一，这三个位置是其中后部手柄(60)位于修剪器的主轴的一侧的第一位置、其中后部手柄(60)位于修剪器的主轴的另一侧的第二位置、和其中后部手柄(60)放置在修剪器的主轴的垂直方向上方的第三侧向对称位置。
13.如权利要求8所述的植物修剪器，其中后部手柄(60)是弯曲的，包括调节机构，以允许后部手柄安装到修剪器的其余部分上的三个不同的可能位置之一，这三个位置是其中后部手柄(60)位于修剪器的主轴的一侧的第一位置、其中后部手柄(60)位于修剪器的主轴的另一侧的第二位置、和其中后部手柄(60)放置在修剪器的主轴的垂直方向上方的第三侧向对称位置。
14.如权利要求7所述的植物修剪器，其中后部手柄(60)是弯曲的，包括调节机构，以允许后部手柄安装到修剪器的其余部分上的三个不同的可能位置之一，这三个位置是其中后部手柄(60)位于修剪器的主轴的一侧的第一位置、其中后部手柄(60)位于修剪器的主轴的另一侧的第二位置、和其中后部手柄(60)放置在修剪器的主轴的垂直方向上方的第三侧向对称位置。
15.如权利要求6所述的植物修剪器，其中后部手柄(60)是弯曲的，包括调节机构，以允许后部手柄安装到修剪器的其余部分上的三个不同的可能位置之一，这三个位置是其中后部手柄(60)位于修剪器的主轴的一侧的第一位置、其中后部手柄(60)位于修剪器的主轴的另一侧的第二位置、和其中后部手柄(60)放置在修剪器的主轴的垂直方向上方的第三侧向对称位置。
16.如权利要求1-15中的任一项所述的植物修剪器，其中柔性驱动轴(30)紧密地连接到钢质花键(42)上，并且花键(42)可以在用于将马达(10)的输出传递给柔性驱动轴(30)的齿轮机构(40)的齿轮(44)中自由滑动。
17.如权利要求1-15中的任一项所述的植物修剪器，还包括经由橡胶带(48)将马达(10)连接到柔性驱动轴(30)上的齿轮机构(40)。
18.如权利要求1-15中的任一项所述的植物修剪器，其中切割头包括旋转刀片和/或切割线。
19.如权利要求1-15中的任一项所述的植物修剪器，其中切割头包括往复式刀片。
20.如权利要求1-15中的任一项所述的植物修剪器，其中马达位于一支轴(70)的下方，在操作中，所述植物修剪器通过使用者的身体和手臂围绕所述支轴(70)的扭转运动而由使用者左右摆动。
21.如权利要求20中所述的植物修剪器，其中在操作中，所述植物修剪器通过使用者的身体和手臂围绕所述支轴的扭转运动而由使用者左右摆动，并且所述植物修剪器的总静力矩就如下面那样给出：
(cl1cosθ1)-(ml2cosθ2)，
其中c是所述切割头的质量，m是所述马达的质量，l1是所述切割头离所述支轴的距离，l2是所述马达离所述支轴(70)的距离，θ1是通过支轴和切割头的重心绘出的线偏离水平线的角度，并且θ2是通过支轴和马达的中心绘出的线偏离水平线的角度。
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