RU2735743C1 - Garden cutting tool - Google Patents
Garden cutting tool Download PDFInfo
- Publication number
- RU2735743C1 RU2735743C1 RU2020110102A RU2020110102A RU2735743C1 RU 2735743 C1 RU2735743 C1 RU 2735743C1 RU 2020110102 A RU2020110102 A RU 2020110102A RU 2020110102 A RU2020110102 A RU 2020110102A RU 2735743 C1 RU2735743 C1 RU 2735743C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cutting
- blade
- working
- edge
- garden
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
- A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
- A01G3/00—Cutting implements specially adapted for horticultural purposes; Delimbing standing trees
- A01G3/02—Secateurs; Flower or fruit shears
Abstract
Description
Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к режущим садово-огородным инструментам, применяемым в садоводстве для подрезки цветов и плодов, а также обрезки кустарников, веток или сучьев с растущих деревьев.The invention relates to agricultural machinery, in particular to cutting gardening tools used in horticulture for pruning flowers and fruits, as well as pruning shrubs, branches or twigs from growing trees.
Известна конструкция режущего инструмента для садовой растительности, содержащая приводимый в движение от электропривода режущий блок, включающий первый и второй режущие элементы, причем первый режущий элемент имеет заостренную переднюю кромку и может поворачиваться относительно второго режущего элемента около оси, смещенной в область расположения первого режущего элемента, а его зев в открытом положении образован первым и вторым режущими элементами совместно с направляющей (Патент US №20100077621, МПК В26В 13/22, A01G 3/033, 01.04.2010). Недостатком рассмотренной конструкции является то, что она в основном ориентирована на механическую эффективность устройства, а вопросам качества резания уделено недостаточно внимания.Known design of a cutting tool for garden vegetation, containing an electrically driven cutting unit, including the first and second cutting elements, and the first cutting element has a sharpened leading edge and can be rotated relative to the second cutting element about an axis offset to the location of the first cutting element, and its mouth in the open position is formed by the first and second cutting elements together with the guide (US Patent No. 20100077621, IPC В26В 13/22, A01G 3/033, 01.04.2010). The disadvantage of the considered design is that it is mainly focused on the mechanical efficiency of the device, and insufficient attention has been paid to the quality of cutting.
Известна также конструкция секатора, включающая приводимые в движение мускульной силой оператора шарнирно соединенные между собой режущий и противорежущий ножи с рабочей и нерабочей плоскостями, причем противорежущий нож имеет угол заточки режущей кромки со стороны нерабочей плоскости, а со стороны рабочей плоскости режущая кромка противорежущего ножа выполнена с углом заточки, не превышающим угол заточки режущей кромки со стороны нерабочей плоскости, при этом сумма этих углов не превышает угол заточки режущей кромки противорежущего ножа и угол заточки режущей кромки противорежущего ножа со стороны рабочей плоскости не меньше угла прогиба режущей кромки режущего ножа в точке его контакта с режущей кромкой противорежущего ножа (Патент SU №1752171, МПК A01G 3/02, 30.07.1992). Данная конструкция обеспечивает улучшение качества среза благодаря специальной заточке ножей. Однако дополнительно повысить качество среза за счет улучшения характера процесса резания она не позволяет.Also known is the design of a pruner, which includes, driven by the muscular force of the operator, cutting and counter-cutting knives with a working and non-working planes pivotally connected to each other, and the counter knife has a sharpening angle of the cutting edge from the side of the non-working plane, and from the side of the working plane the cutting edge of the counter knife is made with a sharpening angle not exceeding the sharpening angle of the cutting edge from the side of the non-working plane, while the sum of these angles does not exceed the sharpening angle of the cutting edge of the counter knife and the sharpening angle of the cutting edge of the counter knife from the side of the working plane is not less than the deflection angle of the cutting edge of the cutting knife at the point of its contact with a cutting edge of a counter knife (Patent SU No. 1752171, IPC A01G 3/02, 30.07.1992). This design provides improved cut quality due to the special sharpening of the knives. However, it does not allow to further improve the cut quality by improving the nature of the cutting process.
Существует секатор, состоящий из шарнирно соединенных режущего и противорежущего лезвий с ручным приводом, отличающийся тем, что шарнирная ось выполнена эксцентриковой с ограничителем ее угла поворота (Патент RU №2088072, МПК A01G 3/02, 27.08.1997). В рассматриваемом устройстве достигается снижение усилия резания и повышение качества резания благодаря сочетанию вращательного и поступательного движений при перемещении режущих лезвий относительно друг друга. Однако данный эффект незначителен, поскольку шарнирная ось имеет небольшую величину эксцентриситета.There is a secateurs, consisting of pivotally connected cutting and counter blades with a manual drive, characterized in that the hinge axis is eccentric with a limiter for its angle of rotation (Patent RU No. 2088072, IPC
Известна конструкция садового секатора, содержащая режущий нож с лезвием выпуклой формы, противорежущий нож с рабочей поверхностью вогнутой формы, соединенные между собой шарниром и приводимые в движение мускульной силой посредством рукояток, при этом лезвие режущего ножа выполнено в виде сегмента эксцентрической окружности, геометрические размеры которой определены по формулам: R=2,35d, rmax=2,75d, e=Rcos(τ), τ=51-57°, где R - радиус сегмента режущего ножа, r - радиус-вектор эксцентричного круга, е - величина эксцентриситета режущего ножа, τ - угол между радиус-вектором и касательной к сегменту, а рабочая часть противорежущего ножа выполнена с вырезом длины l и глубины h, которые находятся в зависимости от максимального диаметра d перерезаемой ветки l=0,3d, h=0,2d, расположенным на рабочей части за ограничительным барьерным возвышением на кратчайшем расстоянии (L) от оси шарнира, причем она смещена в полупространство режущего ножа относительно плоскости, проходящей через крайние точки рабочей кромки режущего ножа нормально к плоскости его вращения (Патент RU на полезную модель №178799, МПК A01G 3/02, 19.04.2018).Known design of a garden pruner, containing a cutting knife with a convex blade, a counter knife with a concave working surface, connected to each other by a hinge and driven by muscular force by means of handles, while the cutting knife blade is made in the form of a segment of an eccentric circle, the geometric dimensions of which are determined according to the formulas: R = 2.35d, r max = 2.75d, e = Rcos (τ), τ = 51-57 °, where R is the radius of the cutting knife segment, r is the radius vector of the eccentric circle, e is the eccentricity cutting knife, τ is the angle between the radius vector and the tangent to the segment, and the working part of the counter knife is made with a cut of length l and depth h, which depend on the maximum diameter d of the cut branch l = 0.3d, h = 0.2d located on the working part behind the limiting barrier elevation at the shortest distance (L) from the hinge axis, and it is displaced into the half-space of the cutting knife relative to the plane passing through the extreme points the working edge of the cutting knife is normal to the plane of its rotation (Patent RU for utility model No. 178799, IPC A01G 3/02, 04.19.2018).
Данная конструкция выбрана в качестве прототипа как наиболее близкая к заявленному устройству по технической сущности и достигаемому результату.This design is chosen as a prototype as the closest to the claimed device in terms of technical essence and the achieved result.
Рассмотренная конструкция обеспечивает резание древесины при углах скольжения, позволяющих повысить чистоту поверхности среза.The considered design provides cutting of wood at sliding angles, allowing to increase the cleanliness of the cut surface.
Вместе с тем данная конструкция имеет и ряд недостатков. Во-первых, в ней не достигнуты максимальные показатели, характеризующие качество резания (в пределах основных габаритных размеров секатора). Во-вторых, максимальный угол т в данной конструкции имеет место в концевой части режущего ножа и его величина уменьшается по мере перемещения вдоль режущей кромки к началу режущего сегмента, то есть качество среза в области выреза на противорежущем ноже имеет наихудшие показатели. Однако именно в этой области предполагается размещение веток большого диаметра для разрезания. Кроме того, большой угловой размер зева (в открытом положении он составляет около 40°) предопределяет высокую вероятность выталкивания веток из клинового пространства зева в процессе разрезания. Именно по этой причине выполнен вырез в противорежущем ноже для предотвращения смещения разрезаемой ветки в направлении от оси шарнирного соединения ножей. В целях размещения разрезаемых веток в области указанного выреза (ближе к основаниям ножей) в секаторе предполагается увеличенное раскрытие ножей относительно друг друга и, соответственно, раздвижение ручек на угол порядка 37°, что также не всегда удобно для операторов, особенно для тех, кто имеет небольшие размеры кистей рук. Ресурс работы лезвия режущего ножа до очередной заточки в рассмотренной конструкции недостаточно высок за счет того, что при разрезании ветки в области выреза работает в основном одна и та же незначительная по длине часть режущей кромки лезвия режущего ножа. Снижение усилия резания в прототипе в значительной мере достигается благодаря размещению разрезаемой ветки в области выреза вблизи оси вращения, а не за счет повышения энергетической эффективности процесса резания как такового.However, this design has a number of disadvantages. Firstly, the maximum indicators characterizing the quality of cutting (within the main dimensions of the secateurs) have not been achieved in it. Secondly, the maximum angle m in this design takes place in the end part of the cutting knife and its value decreases as it moves along the cutting edge to the beginning of the cutting segment, that is, the cut quality in the region of the cut on the counter knife has the worst performance. However, it is in this area that large diameter branches are supposed to be placed for cutting. In addition, the large angular size of the shed (in the open position it is about 40 °) predetermines a high probability of pushing the branches out of the wedge space of the shed during cutting. It is for this reason that a cutout is made in the counter blade to prevent displacement of the cut branch in the direction from the axis of the knives articulation. In order to accommodate the cut branches in the area of the specified cutout (closer to the bases of the knives), the pruner assumes an increased opening of the knives relative to each other and, accordingly, the extension of the handles by an angle of about 37 °, which is also not always convenient for operators, especially for those who have small size of the hands. The service life of the cutting knife blade before the next sharpening in the considered design is not high enough due to the fact that when cutting a branch in the notch area, basically the same insignificant length of the cutting edge of the cutting knife blade works. The reduction of the cutting force in the prototype is largely achieved due to the placement of the cut branch in the region of the cutout near the axis of rotation, and not due to the increase in the energy efficiency of the cutting process as such.
Задачей изобретения является повышение качества резания, уменьшение максимальной величины угла поворота режущих элементов относительно друг друга, снижение углового размера зева в открытом положении, уменьшение угла выталкивания объекта резания из зева, повышение ресурса работы лезвия режущего ножа и снижение усилий резания благодаря повышению энергетической эффективности данного процесса.The objective of the invention is to improve the quality of cutting, to reduce the maximum value of the angle of rotation of the cutting elements relative to each other, to reduce the angular size of the shed in the open position, to reduce the angle of pushing out of the cutting object from the shed, to increase the service life of the cutting knife blade and to reduce cutting forces due to the increase in energy efficiency of this process ...
Поставленная задача достигается тем, что садовый режущий инструмент, также как в прототипе, содержит элементы силового привода для передачи механической энергии на режущий блок, включающий первый и второй элементы, посредством взаимодействия которых осуществляется процесс резания, при этом по меньшей мере рабочая кромка первого элемента выполнена режущей и он имеет возможность поворота относительно второго элемента вокруг оси вращения, которая смещена на величину S в полупространство первого элемента относительно плоскости, проходящей через крайние точки рабочей режущей кромки первого элемента нормально к плоскости его вращения.The task is achieved by the fact that the garden cutting tool, as in the prototype, contains power drive elements for transferring mechanical energy to the cutting unit, including the first and second elements, through the interaction of which the cutting process is carried out, while at least the working edge of the first element is made cutting and it has the ability to rotate relative to the second element around the axis of rotation, which is displaced by the value S in the half-space of the first element relative to the plane passing through the extreme points of the working cutting edge of the first element normal to the plane of its rotation.
Согласно изобретению величина смещения S, равная расстоянию от оси вращения первого элемента до прямой, проходящей через крайние точки рабочей режущей кромки первого элемента, удовлетворяет условиюAccording to the invention, the value of the displacement S, equal to the distance from the axis of rotation of the first element to the straight line passing through the extreme points of the working cutting edge of the first element, satisfies the condition
S≥0,38⋅R, ммS≥0.38⋅R, mm
где R - радиус дальней крайней точки рабочей режущей кромки первого элемента, относительно оси его вращения, мм.where R is the radius of the far extreme point of the working cutting edge of the first element, relative to the axis of its rotation, mm.
Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, чтобы в садовом режущем инструменте создать условия для перевода характера резания от так называемого нормального (рубки) к наклонному резанию, а в наилучшем случае- к резанию со скольжением, которое при определенных условиях может возникать в процессе резки упругих материалов (Электронный ресурс. URL: https://helpiks.org/8-24126.html. Дата обращения: 07.02.2020). Причем при переходе к наклонному резанию снижается усилие резания и улучшается качество резания благодаря кинематической трансформации угла заточки лезвия в меньшую сторону, тогда как физически он не меняется и его прочность остается неизменной. При переходе в режим скользящего резания к указанному эффекту трансформации угла заточки лезвия добавляется эффект продольного подрезания, что дополнительно уменьшает усилие резания и повышает качество среза.The essence of the invention is to create conditions in a garden cutting tool for transferring the nature of cutting from the so-called normal (felling) to inclined cutting, and in the best case, to sliding cutting, which, under certain conditions, can occur in the process of cutting elastic materials (Electronic resource. URL: https://helpiks.org/8-24126.html. Date of access: 07.02.2020). Moreover, with the transition to oblique cutting, the cutting force decreases and the cutting quality improves due to the kinematic transformation of the blade sharpening angle to the smaller side, while physically it does not change and its strength remains unchanged. When switching to the sliding cutting mode, a longitudinal undercut effect is added to the specified transformation effect of the blade sharpening angle, which further reduces the cutting force and improves the cut quality.
Следовательно, целесообразно в процессе резания осуществлять не только перемещение лезвия в нормальном направлении по отношению к разрезаемому объекту, но и его боковое перемещение. Подобный эффект имеет место при осуществлении вращательного движения режущего лезвия по отношению к разрезаемому объекту, что требует более детального анализа данного процесса резания с целью его возможной оптимизации. Для этого можно воспользоваться расчетной схемой, представленной на фиг. 1, где в упрощенном виде представлены крайние положения прямолинейного лезвия для режущего инструмента, выполненного, например, по типу кусачек. Здесь режущее лезвие (режущая кромка) в закрытом положении режущего инструмента изображается отрезком ВС. При этом точка В соответствует началу лезвия, которое удалено от оси вращения О на величину отрезка ОВ. Лезвие ВС расположено под углом β к нормали по отношению к радиусу ОВ. Отрезок OA является нормалью по отношению к лезвию ВС, проходящей через ось вращения О. При повороте лезвия ВС на угол ϕ по часовой стрелке оно займет положение, соответствующее отрезку В'С'. Следовательно, точка В лезвия при этом переместилась на величину BD вдоль лезвия относительно исходного положения и на величину DB' в нормальном к лезвию направлении. Соответственно концевая точка С лезвия переместилась на величины СЕ и ЕС' в указанных выше направлениях. Поскольку разрезаемый объект располагается в зеве между отрезками ВС и В'С' и, как правило, неподвижен в процессе резания относительно линии ВС, то соотношение между отрезками BD и DB' для начала лезвия и отрезками СЕ и ЕС' для конца лезвия дают представление о нормальной и боковой (продольной) составляющих перемещения указанных точек лезвия относительно объекта резания в процессе его разрезания. Аналогичные составляющие могут быть определены для любой другой точки лезвия ВС. Данные соотношения могут быть оценены коэффициентом скольжения К, равным отношению продольной составляющей перемещения точки лезвия к ее нормальной составляющей. Для начала лезвия Кн=BD/DB', а для конца лезвия Кк=СЕ/ЕС'. Следует отметить, что при движении лезвия из открытого положения режущего инструмента (угол ϕ не равен нулю) к его закрытому положению (угол ϕ равен нулю) его точки осуществляют продольные перемещения относительно прямой АЕ в направлении точки А, что обеспечивает возникновение затягивающих сил трения на разрезаемом объекте, направленных в глубину зева и препятствующих выталкиванию объекта из зева.Therefore, it is advisable in the process of cutting to carry out not only movement of the blade in the normal direction with respect to the cut object, but also its lateral movement. A similar effect occurs when the cutting blade rotates with respect to the object being cut, which requires a more detailed analysis of this cutting process in order to optimize it. To do this, you can use the design scheme shown in Fig. 1, where in a simplified form the extreme positions of a straight blade for a cutting tool made, for example, of the type of nippers, are presented. Here the cutting blade (cutting edge) in the closed position of the cutting tool is represented by the segment BC. In this case, point B corresponds to the beginning of the blade, which is removed from the axis of rotation O by the value of the segment OB. The BC blade is located at an angle β to the normal with respect to the OB radius. The segment OA is the normal with respect to the blade ВС passing through the axis of rotation O. When the blade ВС is rotated by the angle ϕ clockwise, it will take the position corresponding to the segment В'С '. Consequently, the point B of the blade at the same time moved by the amount BD along the blade relative to the original position and by the amount DB 'in the direction normal to the blade. Accordingly, the end point C of the blade has moved by the values CE and EC 'in the above directions. Since the object to be cut is located in the throat between the segments BC and B'C 'and, as a rule, is stationary during the cutting process relative to the line BC, the relationship between the segments BD and DB' for the beginning of the blade and the segments CE and EC 'for the end of the blade give an idea of normal and lateral (longitudinal) components of the movement of these points of the blade relative to the cutting object in the process of cutting it. Similar components can be determined for any other point of the BC blade. These ratios can be estimated by the slip coefficient K equal to the ratio of the longitudinal component of the blade point displacement to its normal component. For the beginning of the blade Kn = BD / DB ', and for the end of the blade Kk = CE / EC'. It should be noted that when the blade moves from the open position of the cutting tool (angle ϕ is not equal to zero) to its closed position (angle ϕ is equal to zero), its points carry out longitudinal displacements relative to straight line AE in the direction of point A, which ensures the occurrence of tightening friction forces on the cut object directed into the depth of the throat and preventing the object from being pushed out of the throat.
Расчеты коэффициентов скольжения К на основе расчетной схемы на фиг. 1 показывают, что их величина определяется не только углом между радиус-вектором и касательной в рассматриваемой точке режущей кромки, который используется в качестве критерия качества резания в Прототипе, но и такими параметрами, как угол поворота режущего элемента (угол ϕ на фиг. 1) и величина смещения (S) оси вращения О относительно режущей кромки режущего элемента по нормали к последней (отрезок OA на фиг. 1). Так, например, при β=0°, S=145 мм, L=60 мм (L - длина лезвия, равная отрезку ВС на фиг. 1) значение коэффициента скольжения для начала лезвия при варьировании угла поворота режущего элемента изменяется в соответствии с графиком, представленном на фиг. 2. Как видно из представленной зависимости, величина Кн нелинейно меняется от нескольких единиц приϕ=30° до сотни и более единиц при ϕ=1° и менее при всех прочих постоянных параметрах. Значения коэффициентов скольжения Кк и Кс для конца и середины лезвия также изменяются нелинейно в указанном выше диапазоне изменения угла ϕ (фиг. 3), хотя и с меньшей интенсивностью в сравнении с коэффициентом Кн (фиг. 2), и имеют минимальные значения на верхней границе варьирования угла ϕ. Из приведенных графиков также следует, что величина коэффициента скольжения К уменьшается по мере перемещения от начала к концу прямолинейного лезвия (Кк<Кн). Следовательно, при конструировании режущего инструмента с поворотным режущим элементом необходимо ориентироваться на достижение требуемого качества резания в первую очередь на конце режущей кромки и при максимальном раскрытии зева.Calculations of slip coefficients K based on the design scheme in Fig. 1 show that their value is determined not only by the angle between the radius vector and the tangent at the considered point of the cutting edge, which is used as a criterion for cutting quality in the Prototype, but also by such parameters as the angle of rotation of the cutting element (angle ϕ in Fig. 1) and the amount of displacement (S) of the axis of rotation O relative to the cutting edge of the cutting element along the normal to the latter (segment OA in Fig. 1). So, for example, at β = 0 °, S = 145 mm, L = 60 mm (L is the length of the blade, equal to the segment BC in Fig. 1), the value of the slip coefficient for the beginning of the blade changes as the angle of rotation of the cutting element changes in accordance with the graph shown in FIG. 2. As can be seen from the presented dependence, the value of Kn varies nonlinearly from several units at ϕ = 30 ° to hundreds or more units at ϕ = 1 ° or less with all other constant parameters. The values of the slip coefficients Kk and Kc for the end and middle of the blade also change nonlinearly in the above range of variation of the angle ϕ (Fig. 3), although with a lower intensity in comparison with the coefficient Kn (Fig. 2), and have minimal values at the upper boundary varying the angle ϕ. It also follows from the graphs above that the value of the slip coefficient K decreases as you move from the beginning to the end of the straight blade (Kk <Kn). Consequently, when designing a cutting tool with a rotary cutting element, it is necessary to focus on achieving the required cutting quality primarily at the end of the cutting edge and at the maximum opening of the throat.
В целях ограничения углового размера зева (для предотвращения выталкивания разрезаемого объекта в процессе резания) и угла раздвижения ручек режущего инструмента (для обеспечения удобства пользования) целесообразно оперировать средним оптимальным углом ϕ, равным порядка 25°, значение которого использовалось в дальнейших расчетах.In order to limit the angular size of the throat (to prevent the object being cut out during cutting) and the opening angle of the cutting tool handles (to ensure ease of use), it is advisable to operate with the average optimal angle ϕ equal to about 25 °, the value of which was used in further calculations.
Характер изменения коэффициента скольжения К для начала, конца и середины прямолинейного лезвия при варьировании параметра S (отрезок OA на фиг. 1) и прочих постоянных параметрах (ϕ=25°, β=0°, L=60 мм) показан на фиг. 4. Как следует из представленных на фиг. 4 графиков, наибольший коэффициент скольжения достигается в начале лезвия, причем его значение не зависит от параметра S. Коэффициент скольжения для конца лезвия при малых значениях S может принимать нулевое значение или даже быть отрицательным (точка Е лежит слева от точки С на фиг. 1, что соответствует перемещению конца лезвия в направлении выталкивания разрезаемого объекта из зева), а с увеличением параметра S нелинейно возрастает и достигает полутора единиц. Величина коэффициента скольжения для середины лезвия несколько превышает соответствующий показатель для конца лезвия в диапазоне варьирования параметра S. Из представленных кривых также следует, что с уменьшением длины лезвия L возрастают значения коэффициентов скольжения в конце и середине лезвия. Однако минимальная длина лезвия определяется максимальным размером разрезаемого объекта и поэтому параметр L не может варьироваться в сторону его уменьшения.The nature of the change in the slip coefficient K for the beginning, end and middle of a straight blade with varying parameter S (segment OA in Fig. 1) and other constant parameters (ϕ = 25 °, β = 0 °, L = 60 mm) is shown in Fig. 4. As shown in FIG. 4 graphs, the greatest slip coefficient is achieved at the beginning of the blade, and its value does not depend on the parameter S. The slip coefficient for the edge of the blade at small values of S can take zero or even be negative (point E lies to the left of point C in Fig. 1, which corresponds to the movement of the end of the blade in the direction of pushing the cut object out of the throat), and with an increase in the parameter S it nonlinearly increases and reaches one and a half units. The value of the slip coefficient for the middle of the blade slightly exceeds the corresponding indicator for the end of the blade in the range of variation of the parameter S. It also follows from the presented curves that with decreasing length of the blade L, the values of the slip coefficients at the end and the middle of the blade increase. However, the minimum length of the blade is determined by the maximum size of the cut object, and therefore the parameter L cannot be varied in the direction of its reduction.
Таким образом, достигнуть желаемой величины коэффициента скольжения для конца лезвия при полностью открытом зеве режущего инструмента возможно подобрав соответствующее значение параметра S. Известно, что значительное облегчение строгания как вдоль так и поперек волокон древесины, а также повышение чистоты строгания обеспечивают рубанки с косым ножом, угол скоса которых, как правило, составляет от 10° до 15° (Электронный ресурс. URL: https://arsenalmastera.ru/goods/Veritas-7701#show_tab_1; https://rubankov.ru/id/zenzubel-petrograd-20mm-250mm-kosoy-nozh-17739.html; http://www.eletos.ru/articles/123/2576.html. Дата обращения: 08.02.2020). Поэтому показатель скольжения древесины вдоль и поперек лезвия при его минимальном скосе в 10° по отношению к направлению строгания, равный 0,176 (определяется как tg угла в 10°, выраженного в радианах), можно взять в качестве минимального значения коэффициента скольжения конца лезвия при полном открытии зева. Согласно расчетным данным Кк=0,176 может быть получен в садовом режущем инструменте для условий, соответствующих фиг. 4, при величине S, равной около 25 мм. При этом середина прямолинейного лезвия будет иметь коэффициент скольжения порядка Кс=0,512 (фиг. 4), что соответствует скосу лезвия ножа в рубанке чуть более 27°. Подобный угол отклонения лезвия рубанка от направления строгания специально достигается на практике для повышения качества строганой поверхности (Электронный ресурс. URL: https://master-forum.ru/master-klass-stroganie-pod-uglom-k-voloknam/. Дата обращения: 08.02.2020). Более того, ряд исследований показывает, что минимальная энергоемкость резания ряда растительных материалов имеет место при углах скоса лезвий от 30° до 40° (Электронный ресурс.URL: https://cyberleninka.ru/article/n/snizhenie-energoemkosti-izmelcheniya. Дата обращения: 08.02.2020).Thus, it is possible to achieve the desired value of the sliding coefficient for the end of the blade with a fully open jaw of the cutting tool by selecting the corresponding value of the parameter S. the bevel of which, as a rule, ranges from 10 ° to 15 ° (Electronic resource. URL: https://arsenalmastera.ru/goods/Veritas-7701#show_tab_1; https://rubankov.ru/id/zenzubel-petrograd-20mm-250mm-kosoy-nozh-17739.html; http://www.eletos.ru/articles/123/2576.html. Date of treatment: 08.02.2020). Therefore, the index of wood sliding along and across the blade with its minimum bevel of 10 ° with respect to the direction of planing, equal to 0.176 (defined as tg of an angle of 10 °, expressed in radians), can be taken as the minimum value of the sliding coefficient of the blade end when fully opened pharynx. According to the calculated data, Kk = 0.176 can be obtained in a garden cutting tool for conditions corresponding to FIG. 4, with an S value of about 25 mm. In this case, the middle of the straight blade will have a sliding coefficient of the order of Kc = 0.512 (Fig. 4), which corresponds to the bevel of the knife blade in a plane slightly more than 27 °. A similar angle of deflection of the planer blade from the planing direction is specially achieved in practice to improve the quality of the planed surface (Electronic resource. URL: https://master-forum.ru/master-klass-stroganie-pod-uglom-k-voloknam/. Date of treatment : 02/08/2020). Moreover, a number of studies show that the minimum energy consumption of cutting a number of plant materials occurs at bevel angles of blades from 30 ° to 40 ° (Electronic resource URL: https://cyberleninka.ru/article/n/snizhenie-energoemkosti-izmelcheniya. Date of treatment: 08.02.2020).
Следовательно, для исходных условий, соответствующих фиг. 4, при S≥25 мм будет обеспечиваться достаточно высокое качество резания на всех участках лезвия. Причем при больших значениях S качество резания будет улучшаться в большей степени.Therefore, for the initial conditions corresponding to FIG. 4, at S≥25 mm, a sufficiently high cutting quality will be ensured in all parts of the blade. Moreover, at large S values, the cutting quality will improve to a greater extent.
Поскольку на практике, как правило, угол β больше нуля (фиг. 1), то следует рассмотреть его влияние на величины коэффициентов скольжения характерных точек лезвия. Так, например, на фиг. 5 приведены зависимости коэффициентов скольжения при β=12,° и варьировании параметра S при прочих равных условиях с кривыми на фиг. 4. Увеличение угла β снижает абсолютные значения коэффициентов скольжения характерных точек лезвия, а вид кривых существенно не изменяется. При этом для достижения желательного минимального значения коэффициента скольжения на конце лезвия требуется несколько увеличивать значение параметра S в сравнении с рассмотренным выше вариантом при β=0°, принимая во внимание, что отношение OA/ОС (фиг. 1) остается постоянным. Так, например, применительно к основным условиям расчетной схемы, соответствующим кривым фиг. 4 (ϕ=25°, L=60 мм), величина параметра S для достижения желательного минимального значения коэффициента скольжения на конце прямолинейного лезвия может быть приближенно определена по выражениюSince in practice, as a rule, the angle β is greater than zero (Fig. 1), then its influence on the values of the slip coefficients of the characteristic points of the blade should be considered. For example, in FIG. 5 shows the dependences of the slip coefficients at β = 12, ° and variation of the parameter S, all other things being equal, with the curves in Fig. 4. Increasing the angle β decreases the absolute values of the sliding coefficients of the characteristic points of the blade, and the shape of the curves does not change significantly. At the same time, in order to achieve the desired minimum value of the slip coefficient at the end of the blade, it is necessary to slightly increase the value of the parameter S in comparison with the above-considered variant at β = 0 °, taking into account that the ratio OA / OC (Fig. 1) remains constant. So, for example, in relation to the basic conditions of the design scheme corresponding to the curves in Fig. 4 (ϕ = 25 °, L = 60 mm), the value of the parameter S to achieve the desired minimum value of the slip coefficient at the end of a straight blade can be approximated by the expression
где β - угол между прямолинейным лезвием и нормалью к радиусу крайней ближней точки рабочей кромки лезвия первого элемента относительно оси его вращения, выраженный в градусах.where β is the angle between the straight blade and the normal to the radius of the closest point of the working edge of the blade of the first element relative to the axis of its rotation, expressed in degrees.
Кроме того, при увеличении угла β наблюдается некоторое возрастание максимального диаметра, который может быть вписан в пространство зева (определяет максимальный диаметр разрезаемого объекта). Следовательно, в общем случае параметр β целесообразно выбирать исходя из компромисса между расчетной толщиной разрезаемых веток и качеством резания. Из практических соображений можно рекомендовать среднюю величину угла β, равную половине угла ϕmax (угол ϕ при полном раскрытии зева).In addition, as the angle β increases, there is a slight increase in the maximum diameter that can be inscribed in the throat space (determines the maximum diameter of the cut object). Therefore, in the general case, it is advisable to choose the parameter β on the basis of a compromise between the calculated thickness of the cut branches and the cutting quality. For practical reasons, it is possible to recommend an average value of the angle β equal to half the angle ϕ max (angle ϕ at full opening of the throat).
Влияние параметра β на коэффициенты скольжения точек лезвия можно использовать для некоторого выравнивания их величин по длине лезвия. С этой целью прямолинейное лезвие с углом наклона β может быть преобразовано в криволинейное. Для этого, например, угол β для конца лезвия может быть выбран равным нулю, что несколько повысит коэффициент скольжения конца лезвия (отрицательное значение угла β нецелесообразно, так как при этом уменьшается вписанный диаметр в пространство зева). Величину угла β в начале лезвия целесообразно повысить до значения угла ϕ, что позволит снизить коэффициент скольжения в начале лезвия (большее увеличение угла β уменьшает вписанный диаметр в пространство зева). Значение угла β в середине лезвия можно выбрать, например, на уровне 0,5⋅ϕmax.The influence of the β parameter on the sliding coefficients of the blade points can be used to somewhat equalize their values along the blade length. For this purpose, a straight blade with an inclination angle β can be converted into a curved one. For this, for example, the angle β for the end of the blade can be chosen equal to zero, which will slightly increase the sliding coefficient of the end of the blade (a negative value of the angle β is impractical, since this reduces the inscribed diameter in the throat space). It is advisable to increase the value of the angle β at the beginning of the blade to the value of the angle ϕ, which will reduce the slip coefficient at the beginning of the blade (a larger increase in the angle β reduces the inscribed diameter in the throat space). The value of the angle β in the middle of the blade can be chosen, for example, at the level of 0.5⋅ϕ max .
Указанным выше условиям для случая, когда ϕ=25°, L=60 мм соответствует режущая кромка лезвия, описываемая выражениемThe above conditions for the case when ϕ = 25 °, L = 60 mm corresponds to the cutting edge of the blade described by the expression
где y - координата точки режущей кромки лезвия относительно точки В в направлении отрезка ОВ (фиг. 1), мм; х - координата точки режущей кромки лезвия относительно точки В в направлении, нормальном к отрезку ОВ (фиг. 1), мм.where y is the coordinate of the point of the cutting edge of the blade relative to point B in the direction of the segment OB (Fig. 1), mm; x is the coordinate of the point of the cutting edge of the blade relative to point B in the direction normal to the segment OB (Fig. 1), mm.
На фиг. 6 представлена кривая режущей кромки лезвия, построенная в соответствии с приведенным выше выражением. Данная кривая заключена между прямыми, наклоненными под углом β=25° (соответствует наклону касательной к режущей кромке лезвия в начальной его точке) и углом β=12,5° (соответствует наклону касательной к режущей кромке лезвия в средней его части). При этом коэффициент скольжения середины лезвия на фиг. 6 может быть оценен с учетом угла наклона касательной в средней части лезвия (фиг. 7), а усредненные коэффициенты скольжения точек данного лезвия можно определять с использование средней линии лезвия (относительно нее точки режущей кромки лезвия имеют минимальное среднее квадратическое отклонение). Однако определение положений данных линий относительно лезвия на практике затруднено, поэтому целесообразно оценивать коэффициенты скольжения точек данного лезвия на основе прямой проходящей через крайние точки рабочего участка лезвия (линия под углом β=12,5° на фиг. 6 и 7), которая достаточно точно позволяет судить о качестве резания по крайней мере в средней части лезвия, в наибольшей степени задействованное в процессе резания. В прототипе указанный угол β составляет около 45°, что снижает его потенциал для качественного резания.FIG. 6 is a blade cutting edge curve plotted in accordance with the above expression. This curve is enclosed between straight lines inclined at an angle β = 25 ° (corresponds to the inclination of the tangent to the cutting edge of the blade at its initial point) and the angle β = 12.5 ° (corresponds to the inclination of the tangent to the cutting edge of the blade in its middle part). In this case, the slip coefficient of the middle of the blade in FIG. 6 can be estimated taking into account the angle of inclination of the tangent in the middle part of the blade (FIG. 7), and the average slip coefficients of the points of this blade can be determined using the center line of the blade (relative to it, the points of the cutting edge of the blade have a minimum standard deviation). However, it is difficult to determine the positions of these lines relative to the blade in practice, so it is advisable to estimate the sliding coefficients of points of a given blade on the basis of a straight line passing through the extreme points of the working section of the blade (line at an angle β = 12.5 ° in Figs. 6 and 7), which allows you to judge the quality of cutting, at least in the middle part of the blade, which is most involved in the cutting process. In the prototype, the specified angle β is about 45 °, which reduces its potential for high-quality cutting.
Расчетная зависимость коэффициентов скольжения начала, конца и середины криволинейного лезвия на фиг. 6, 7 от величины параметра S приведена на фиг. 8. Из представленных кривых видно, что различия между коэффициентами скольжения характерных точек лезвия в криволинейном лезвии меньше, чем в прямолинейном варианте лезвия (фиг. 5), имеющем тот же наклон β, что и криволинейное лезвие в средней его части. Причем, при определенных значениях параметра S коэффициенты скольжения конца и середины лезвия сравниваются с величиной коэффициента скольжения начала лезвия, а при дальнейшем увеличении параметра S коэффициенты скольжения конца и середины лезвия начинают превышать аналогичный показатель для начала лезвия. Следовательно, путем увеличения параметра S могут быть достигнуты условия, предполагающие лучшее качество резания на конце и в середине лезвия, чем в его начале. Возможно также решение обратной задачи- определение углов наклона режущей кромки в различных точках лезвия, при которых обеспечиваются, например, равные коэффициенты скольжения для заданной величины параметра S.The calculated dependence of the sliding coefficients of the beginning, end and middle of the curved blade in Fig. 6, 7 on the value of the parameter S is shown in Fig. 8. From the presented curves it can be seen that the differences between the sliding coefficients of the characteristic points of the blade in the curved blade are less than in the straight version of the blade (FIG. 5), which has the same slope β as the curved blade in its middle part. Moreover, at certain values of the parameter S, the sliding coefficients of the end and middle of the blade are compared with the value of the sliding coefficient of the beginning of the blade, and with a further increase in parameter S, the sliding coefficients of the end and middle of the blade begin to exceed the same indicator for the beginning of the blade. Therefore, by increasing the parameter S, conditions can be achieved that imply better cutting quality at the end and in the middle of the blade than at the beginning. It is also possible to solve the inverse problem - to determine the angles of inclination of the cutting edge at different points of the blade, at which, for example, equal sliding coefficients for a given value of the parameter S are provided.
Таким образом, из анализа представленных материалов следует, что для наиболее предпочтительных усредненных параметров ϕmax, L достижение показателя качества резания, близкого к оптимальному, в средней части лезвия можно достичь при условии S≥25 мм для прямолинейного лезвия с углом β=0°. Во всех других случаях, когда угол β в середине лезвия больше нуля (как для прямолинейного, так и для криволинейного лезвий) величина параметра S должна быть дополнительно увеличена в сравнении с вариантом, когда β=0° (например, в соответствии с выражением (1)). Для масштабирования полученного результата на варианты садового режущего инструмента с параметром L, отличным от 60 мм, следует, например, отношение OA/ОС (фиг. 1) оставлять постоянным для любых других значений L и равным 0,38 (соответствует Кс=0,512 при S=25 мм, ϕ=25°, β=0°, L=60 мм). Следовательно, условие достижения качественного резания в общем случае можно записать какThus, from the analysis of the presented materials, it follows that for the most preferred averaged parameters ϕ max , L, the achievement of a cutting quality index close to optimal in the middle part of the blade can be achieved under the condition S≥25 mm for a straight blade with an angle β = 0 °. In all other cases, when the angle β in the middle of the blade is greater than zero (for both straight and curved blades), the value of the parameter S must be additionally increased in comparison with the option when β = 0 ° (for example, in accordance with the expression (1 )). To scale the obtained result to options for garden cutting tools with a parameter L other than 60 mm, for example, the OA / OC ratio (Fig. 1) should be left constant for any other values of L and equal to 0.38 (corresponds to Kc = 0.512 at S = 25 mm, ϕ = 25 °, β = 0 °, L = 60 mm). Therefore, the condition for achieving high-quality cutting in the general case can be written as
Принимая во внимание, что отрезок OA это смещение S оси вращения лезвия относительно прямой, проходящей через крайние точки рабочей режущей кромки лезвия (как для прямолинейного, так и для криволинейного лезвий), а отрезок ОС не что иное, как радиус R дальней крайней точки рабочей режущей кромки лезвия, относительно оси его вращения, то выражение (3) можно записать в следующем видеTaking into account that the segment OA is the displacement S of the axis of rotation of the blade relative to the straight line passing through the extreme points of the working cutting edge of the blade (for both straight and curved blades), and the segment OS is nothing but the radius R of the far extreme point of the working the cutting edge of the blade, relative to the axis of its rotation, then expression (3) can be written in the following form
Отсюда следует, что должно выполняться неравенствоHence it follows that the inequality
Выполнение неравенства (5) в конструкциях садового режущего инструмента позволяет создать условия для качественного резания по меньшей мере в средней части режущего лезвия. Соответственно наилучшие условия для качественного резания будут достигаться при наибольших из возможных по конструктивным соображениям значениях параметра S.The fulfillment of inequality (5) in the designs of the garden cutting tool allows creating conditions for high-quality cutting at least in the middle part of the cutting blade. Accordingly, the best conditions for high-quality cutting will be achieved at the highest possible values of the parameter S for design reasons.
В прототипе соотношение S/R находится на уровне 0,26, что при ϕmax=37°, β=45° и L=60 мм позволяет достигать коэффициента скольжения в средней части лезвия Кс лишь порядка 0,077, а это эквивалентно скосу лезвия всего около 4° при его прямолинейном движении.In the prototype, the S / R ratio is at the level of 0.26, which at ϕ max = 37 °, β = 45 ° and L = 60 mm allows achieving the slip coefficient in the middle part of the Kc blade of only about 0.077, and this is equivalent to a bevel of the blade of only about 4 ° with its straight motion.
Следует отметить, что все полученные зависимости справедливы не только для кусачек, но и для других типов взаимодействия элементов режущего блока, таких, например, как режущие инструменты обводного типа или с наковаленкой, а также двухстороннего резания по аналогии с ножницами. Расчетная схема на фиг. 1 применительно к указанным типам режущих блоков должна претерпеть изменения, связанные с перенесением линии АЕ параллельно линии лезвия ВС в направлении положения лезвия в открытом положении (прямой В'С). Однако это не влияет на соотношения продольной и нормальной составляющих движения точек лезвия относительно линии АЕ, поэтому все выявленные закономерности в полной мере могут быть применены и для указанных видов режущих инструментов.It should be noted that all the dependencies obtained are valid not only for the nippers, but also for other types of interaction of the elements of the cutting unit, such as, for example, cutting tools of the bypass type or with an anvil, as well as double-sided cutting by analogy with scissors. The design diagram in Fig. 1 in relation to the specified types of cutting units should undergo changes associated with the transfer of line AE parallel to the line of the blade BC in the direction of the position of the blade in the open position (straight line B'C). However, this does not affect the ratio of the longitudinal and normal components of the motion of the blade points relative to the AE line, therefore, all the revealed patterns can be fully applied to the specified types of cutting tools.
На фиг. 1 представлена расчетная схема кинематики лезвия садового режущего инструмента при его вращательном движении.FIG. 1 shows a design diagram of the kinematics of a garden cutting tool blade during its rotational motion.
На фиг. 2 показана диаграмма изменения коэффициента скольжения начала прямолинейного лезвия в зависимости от угла его поворота.FIG. 2 shows a diagram of the change in the sliding coefficient of the beginning of a straight blade, depending on the angle of its rotation.
На фиг. 3 приведены кривые изменения коэффициентов скольжения конца и середины прямолинейного лезвия в зависимости от угла его поворота.FIG. 3 shows the curves of changes in the sliding coefficients of the end and middle of a straight blade depending on the angle of its rotation.
На фиг. 4 представлены зависимости коэффициентов скольжения начала, конца и середины прямолинейного лезвия от параметра S при угле наклона лезвия β=0°.FIG. 4 shows the dependences of the sliding coefficients of the beginning, end and middle of a straight blade on the parameter S at an angle of inclination of the blade β = 0 °.
На фиг. 5 показаны зависимости коэффициентов скольжения начала, конца и середины прямолинейного лезвия от параметра S при угле наклона лезвия β=12,5°.FIG. 5 shows the dependences of the sliding coefficients of the beginning, end and middle of a straight blade on the parameter S at an angle of inclination of the blade β = 12.5 °.
На фиг. 6 изображен вариант криволинейного лезвия и его граничные прямые.FIG. 6 shows a variant of a curved blade and its boundary lines.
На фиг. 7 приведен вариант криволинейного лезвия с характерными прямыми для оценки коэффициентов скольжения режущей кромки.FIG. 7 shows a variant of a curved blade with characteristic straight lines for evaluating the sliding coefficients of the cutting edge.
На фиг. 8 представлены зависимости коэффициентов скольжения начала, конца и середины криволинейного лезвия на фиг. 6, 7 от параметра S.FIG. 8 shows the dependences of the slip coefficients of the beginning, end and middle of the curved blade in FIG. 6, 7 from parameter S.
На фиг. 9 показано схематическое изображение варианта режущего блока с прямолинейным лезвием и β=0°.FIG. 9 shows a schematic representation of an embodiment of a cutting unit with a straight blade and β = 0 °.
На фиг. 10 приведено упрощенное изображение варианта режущего блока с прямолинейным лезвием и β=12,5°.FIG. 10 shows a simplified illustration of a cutting unit with a straight blade and β = 12.5 °.
На фиг. 11 продемонстрирован вариант режущего блока с криволинейным лезвием при величине S, близкой к граничному значению 0,38⋅R, и β=12,5°.FIG. 11 shows a version of a cutting unit with a curved blade with a S value close to the boundary value 0.38⋅R, and β = 12.5 °.
На фиг. 12 представлен вариант режущего блока с криволинейным лезвием при величине S, близкой к значению 0,6⋅R, и β=12,5°.FIG. 12 shows a variant of a cutting unit with a curved blade with a S value close to 0.6⋅R and β = 12.5 °.
На фиг. 13 показано схематическое изображение варианта режущего блока с прямолинейным лезвием при величине S, близкой к значению 0,85⋅R, и β=12,5°.FIG. 13 shows a schematic representation of an embodiment of a cutting unit with a straight blade with an S value close to 0.85⋅R and β = 12.5 °.
На фиг. 14 приведено упрощенное изображение варианта режущего блока с криволинейным лезвием при величине S, близкой к значению 0,85⋅R, и β=12,5°.FIG. 14 shows a simplified illustration of a cutting unit with a curved blade with a S value close to 0.85⋅R and β = 12.5 °.
На фиг. 15 представлено объемное изображение варианта выполнения садового режущего инструмента с режущим блоком по типу на фиг. 10 с полностью открытым зевом.FIG. 15 is a perspective view of an embodiment of a garden cutting tool with a cutting unit of the type in FIG. 10 with a fully open mouth.
На фиг. 16 показано объемное изображение варианта выполнения садового режущего инструмента на фиг. 15 в закрытом положении.FIG. 16 is a three-dimensional view of the garden cutter embodiment of FIG. 15 in the closed position.
На фиг. 17 приведено объемное изображение варианта выполнения садового режущего инструмента с режущим блоком по типу на фиг. 12 с полностью открытым зевом.FIG. 17 is a three-dimensional view of an embodiment of a garden cutter with a cutting unit of the type in FIG. 12 with a fully open mouth.
На фиг. 18 представлено объемное изображение варианта выполнения садового режущего инструмента на фиг. 17 в закрытым положении.FIG. 18 is a perspective view of the garden cutter embodiment of FIG. 17 in the closed position.
На фиг. 19 показано объемное изображение варианта выполнения садового режущего инструмента с режущим блоком по типу на фиг. 13 с полностью открытым зевом.FIG. 19 is a perspective view of an embodiment of a garden cutter with a cutting unit of the type in FIG. 13 with a fully open mouth.
На фиг. 20 приведено объемное изображение варианта выполнения садового режущего инструмента на фиг. 19 в закрытом положении.FIG. 20 is a three-dimensional view of the embodiment of the garden cutting tool of FIG. 19 in the closed position.
На фиг. 21 представлено объемное изображение варианта выполнения садового режущего инструмента с режущим блоком по типу на фиг. 14 с полностью открытым зевом.FIG. 21 is a perspective view of an embodiment of a garden cutter with a cutting unit of the type in FIG. 14 with a fully open mouth.
На фиг. 22 показано объемное изображение варианта выполнения садового режущего инструмента на фиг. 21 в закрытом положении.FIG. 22 is a three-dimensional view of the garden cutter embodiment of FIG. 21 in the closed position.
Сущность предлагаемой конструкции садового режущего инструмента и достигаемые с ее помощью результаты можно дополнительно пояснить на различных примерах ее реализации. На фиг. 9 схематически изображен садовый режущий инструмент с режущим блоком 1, который состоит из первого элемента под номером 2 и второго элемента под номером 3, которые могут совершать вращательное движение относительно оси режущего блока 4. Здесь условно неподвижным является второй элемент 3 режущего блока 1, а первый элемент 2 режущего блока 1 может поворачиваться относительно него около оси режущего блока 4. Первый элемент 2 имеет прямолинейную режущую кромку 5 в результате односторонней его заточки. Второй элемент 3 имеет прямолинейное опорное ребро 6, которое совместно с режущей кромкой 5 образует зев садового режущего инструмента. В широкой части области зева показана вписанная окружность 7, имеющая диаметр, близкий к максимальному, который может быть разрезан за один рез режущим блоком 1. Глубину зева в данной конструкции определяет ограничитель глубины зева 8, представляющий собой выступ относительно опорного ребра 6. Первый элемент 2 имеет силовой рычаг 9, а второй элемент 3 имеет силовой рычаг 10, к которым может быть приложена пара встречно направленных сил со стороны оператора для создания вращательного движения в режущем блоке 1. Поскольку силовой рычаг 10 опирается на ладонь оператора, а на силовой рычаг 9 опираются пальцы оператора, то вращательное движение в основном осуществляет первый элемент 2 одновременно с процессом сжимания кисти оператором. При этом режущая кромка 5 движется в направлении опорного ребра 6, а ее точки перемещаются как в нормальном, так и в продольном направлении по отношению к ребру 6 и к объекту разрезания, остающимся неподвижным в пространстве зева в процессе резания. Причем продольное движение точек режущей кромки 5 осуществляется в направлении ограничителя глубины зева 8, то есть в направлении основания зева. В этом случае режущая кромка 5 за счет сил трения о разрезаемый объект затягивает его к основанию зева, что позволяет в значительной мере компенсировать выталкивающий эффект на объект резания, возникающий в клиновом пространстве между режущей кромкой 5 и опорным ребром 6. Указанное направление продольного движения точек режущей кромки 5 становится возможным благодаря тому, что ось режущего блока 4 смещена на величину S в полупространство первого элемента 2 относительно плоскости, проходящей через крайние точки В, С рабочей режущей кромки 5 первого элемента 2 нормально к плоскости его вращения. Поскольку на фиг. 9 изображен режущий блок 1 в плоскости вращения первого элемента 2, то линия, проходящая через режущую кромку 5 является проекцией плоскости, нормальной к указанной плоскости вращения и проходящей через крайние точки В, С рабочей режущей кромки первого элемента 2. Следовательно, величина указанного выше смещения S равна кратчайшему отрезку между линией, проходящей через прямолинейную режущую кромку 5 и осью режущего блока 4 (величина нормали из оси режущего блока 4 к линии прямолинейной режущей кромки 5). Под рабочей режущей кромкой в данном случае понимается часть режущей кромки 5, образующая пространство зева и которая теоретически может принимать участие в процессе разрезания объекта, расположенного в области зева. На фиг. 9 рабочая режущая кромка лежит между точкой В (ближней крайней точкой к оси режущего блока 4) и точкой С (дальней крайней точкой относительно оси режущего блока 4).The essence of the proposed design of a garden cutting tool and the results achieved with its help can be further explained by various examples of its implementation. FIG. 9 schematically shows a garden cutting tool with a
Таким образом, для определения величины смещения S можно в плоскости вращения первого элемента 2 провести прямую через крайние точки В, С рабочей режущей кромки 5 и опустить на данную прямую перпендикуляр из центра оси режущего блока 4. Длина данного перпендикуляра будет равна величине смещения S. Для нахождения значения радиуса R дальней крайней точки С рабочей режущей кромки первого элемента 2, относительно оси его вращения (ось режущего блока 4) следует провести прямую из центра оси режущего блока 4 в дальнюю крайнюю точку С рабочей режущей кромки первого элемента 2. Длина указанной прямой будет равна величине радиуса R. Необходимо отметить, что смещение оси режущего блока 4 в полупространство второго элемента 3 привело бы к созданию дополнительного усилия за счет сил трения лезвия о разрезаемый объект, выталкивающего последний из пространства зева, что нежелательно для правильной организации процесса резания.Thus, to determine the displacement S, in the plane of rotation of the
Режущая кромка 5 в рассматриваемой конструкции перпендикулярна к линии, проведенной из оси режущего блока 4 в точку В, что соответствует расчетной схеме на фиг. 1 с углом β=0°. Опорное ребро 6 параллельно режущей кромке 5 в закрытом положения первого элемента 2 и несколько смещено относительно последнего в направлении оси режущего блока 4 для надежного разрезания объекта и в целях обеспечения запаса по ширине первого элемента 2 для возможности его многократной заточки. На фиг. 9 также изображены характерные отрезки S и R, используемые для анализа соотношения продольных и нормальных перемещений точек лезвия и, соответственно, для косвенной оценки качества резания. В данной конструкции соотношение S/R равно около 0,63, что обеспечивает коэффициент скольжения в средней части лезвия порядка 0,96 (эквивалентно скосу лезвия почти в 44° при его прямолинейном движении). Максимальный угловой размер зева в конструкции на фиг. 9 равен углу поворота ϕ первого элемента 2 до полного открытия зева и составляет около 25°. Здесь данный угол ϕ равен углу выталкивания (μ) объекта резания, определяемого углом между касательными к режущей кромке 5 и ребру 6 в точках их касания с объектом резания (например, вписанная окружность 7).The
Таким образом, на фиг. 9 по сути представлен вариант садового режущего инструмента обводного типа с прямым лезвием, отличающийся увеличенным соотношением S/R и с углом β=0°. Здесь первый элемент 2 является режущим, а второй элемент 3 выполняет роль ответной опорной части. В принципе данная конструкция легко может быть преобразована в садовый режущий инструмент с наковаленкой. Для этого первый элемент 2 должен иметь двухстороннюю заточку, второй элемент 3 может, например, иметь П-образную форму в поперечном сечении. В паз П-образного профиля входит режущий элемент (первый элемент 2) в закрытом состоянии режущего блока 1. При этом концевые части П-образного профиля совпадают с границами опорного ребра 6 и ограничителя глубины зева 8. Возможно выполнение ребра 6 второго элемента 3 с заточкой, тогда второй элемент 3 будет также режущим, а режущий блок 1 станет блоком двухстороннего резания. На качество резания подобные преобразования практически не влияют, поскольку соотношения S/R останутся неизменными, соответствующими фиг. 9.Thus, in FIG. 9, in fact, a version of a garden cutting tool of the bypass type with a straight blade is presented, characterized by an increased S / R ratio and with an angle β = 0 °. Here, the
Кроме того, необходимо отметить, что подведение механической энергии к режущему блоку 1 может быть выполнено не только со стороны оператора, но и путем применения электрического, пневматического, гидравлического или иного типа приводов. При этом механическое движение может быть передано на первый элемент 2 минуя силовой рычаг 9, например посредством зубчатой шестерни, соединенной с данным элементом. На качество резания тип привода также не оказывает практического влияния.In addition, it should be noted that the supply of mechanical energy to the
На фиг. 10 представлен вариант садового режущего инструмента, аналогичный конструкции на фиг. 9, но выполненный с наклоном режущей кромки 5 под углом β=12,5° и, соответственно с наклоном опорного ребра 6 на такой же угол. В следствие этого несколько увеличен максимальный диаметр окружности 7, вписанной в пространство зева, в сравнении с фиг. 9. При этом соотношение S/R снизилось до 0,56 (при одинаковой длине лезвия), что ухудшает качество резания (указывалось при анализе расчетной схемы на фиг. 1). Здесь коэффициент скольжения в средней части режущей кромки 5 равен около 0,78, что эквивалентно скосу лезвия в 38° при его прямолинейном движении. Величины максимального углового размера зева и угла выталкивания (μ) объекта резания в рассматриваемом варианте не изменились.FIG. 10 shows an embodiment of a garden cutter similar to that of FIG. 9, but made with an inclination of the
В целях выравнивания коэффициентов скольжения К по длине режущей кромки 5 последняя может быть выполнена криволинейной, как это показано на фиг. 11. Соответственно опорное ребро 6 также выполнено криволинейным для увеличения пространства зева и в целях уменьшения величины угла выталкивания μ объекта резания, который в представленной конструкции меньше в сравнении с вариантами на фиг. 9, 10 при одинаковом угле поворота ϕ первого элемента 2 (μ<25°, тогда как в прототипе он составляет около 35° для вписанной в пространство зева окружности). Соотношение S/R в представленном варианте выбрано на уровне граничного значения 0,38, при котором обеспечивается коэффициент скольжения Кс в средней части рабочей режущей кромки на уровне 0,45, что ориентировочно соответствует скосу лезвия в 24° при прямолинейном движении и обеспечивает не только повышение качества резания, но и может снизить энергетические затраты в процессе резания.In order to equalize the slip coefficients K along the length of the
Конструкция на фиг. 12 отличается от варианта на фиг. 11 большим соотношением S/R, которое здесь близко к 0,6, что позволяет достичь величины коэффициента скольжения Кс в средней части рабочей режущей кромки 5 на уровне 0,84, а это соответствует скосу лезвия порядка 40° при прямолинейном движении. При этом качественные и энергетические показатели процесса резания еще более улучшаются в сравнении с устройством на фиг. 11.The construction in FIG. 12 differs from the embodiment of FIG. 11 with a large S / R ratio, which here is close to 0.6, which makes it possible to achieve the value of the slip coefficient Kc in the middle part of the working
Наиболее высокие значения коэффициента скольжения К могут быть достигнуты в конструкциях, схематически изображенных на фиг. 13, 14. В представленных вариантах параметры S и R существенно увеличены в сравнении с рассмотренными выше, что конструктивно позволяет в качестве силовых рычагов 9, 10 использовать удлиненные участки первого элемента 2 и второго элемента 3, соединяющие их с осью режущего блока 4. Кроме того, при этом соотношение S/R возрастает до величины порядка 0,85, что обеспечивает достижение значения коэффициента скольжения Кс в средней части рабочей режущей кромки 5 на уровне 1,4. Это эквивалентно скосу лезвия более чем на 54° при прямолинейном движении, что положительно сказывается на качественные и энергетические характеристики процесса резания. Для формирования клинового пространства зева в данных конструкциях целесообразно использовать направляющую 11, которая может составлять единое целое со вторым элементом 3, либо может быть выполнена в виде отдельного элемента, соединенного со вторым элементом 3. Для данных конструкций характерно участие в процессе разрезания объекта резания максимального диаметра (вписанная окружность 7) практически всей длины рабочей режущей кромки 5, что обеспечивает более равномерное ее изнашивание и, соответственно, увеличение временного периода между заточками лезвия (при одинаковой интенсивности эксплуатации режущего инструмента). Угловой размер зева на фиг. 13 и угол выталкивания (μ) объекта резания аналогичен конструкциям на фиг. 9, 10. При использовании криволинейной режущей кромки 5 (фиг. 14) угол выталкивания μ объекта резания может быть уменьшен практически до нуля, что обеспечивает надежное защемление объекта резания в области зева в процессе резания. Кроме того, использование криволинейной режущей кромки 5 позволяет в данной конструкции получать практически одинаковое качество резания для всех точек рабочей режущей кромки 5.The highest values of the slip coefficient K can be achieved in the structures shown schematically in FIG. 13, 14. In the presented options, the parameters S and R are significantly increased in comparison with those discussed above, which structurally allows the use of elongated sections of the
Следовательно, предлагаемая конструкция садового режущего инструмента, представленная в вариантах на фиг. 9 - фиг. 14, по показателю коэффициента скольжения в средней части режущей кромки Кс превосходит прототип от 6 до 18 раз, имеет меньший угол поворота режущего элемента ϕmax и, соответственно, меньший угловой размер зева, сниженный угол выталкивания (μ) объекта резания (вплоть до нуля на фиг. 14), более равномерное распределение зоны резания по рабочей режущей кромке, что позволяет увеличить период между заточками лезвия, а также в ряде случаев снизить усилия резания благодаря повышению энергетической эффективности при возникновении эффекта скользящего резания, для которого в приведенных конструкциях созданы благоприятные условия.Therefore, the proposed construction of a garden cutting tool, presented in the variants in Figs. 9 to FIG. 14, in terms of the slip coefficient in the middle part of the cutting edge Kc exceeds the prototype from 6 to 18 times, has a smaller angle of rotation of the cutting element ϕ max and, accordingly, a smaller angular size of the throat, a reduced angle of expulsion (μ) of the cutting object (down to zero by Fig. 14), a more uniform distribution of the cutting zone along the working cutting edge, which makes it possible to increase the period between sharpening of the blade, as well as in some cases to reduce the cutting forces due to the increase in energy efficiency when the sliding cutting effect occurs, for which favorable conditions are created in the above designs.
Один из возможных вариантов выполнения предлагаемого садового режущего инструмента по типу фиг. 10 изображен в открытом положении в трехмерном пространстве на фиг. 15. Здесь силовой рычаг 10 изготовлен, например, из пластмассы на одном конце которого закреплен второй элемент 3, а на другом конце установлена нажимная ручка 12 из пластмассы с дугой 13 под указательный палец оператора и с возможностью вращения в заданном угловом диапазоне относительно оси нажимной ручки 14. Первый элемент 2 с прямолинейной режущей кромкой 5 установлен на оси режущего блока 4, которая может быть выполнена, например, в виде гайки с винтом. Силовой рычаг 9 первого элемента 2 размещен в пазу нажимной ручки 12. Приведение первого элемента 2 с силовым рычагом 9 и нажимной ручки 12 в открытое положение может быть осуществлено с использованием одной или нескольких пружин возврата (на фиг. 15 не показаны), либо рукой оператора, для чего может быть использована дуга 13. В последнем случае должна быть организована соответствующая кинематическая связь между силовым рычагом 9 и нажимной ручкой 12 (возможны различные варианты ее выполнения). Для снижения сил трения между силовым рычагом 9 и нажимной ручкой 12 при закрытии режущего блока на конце силового рычага 9 может быть установлен ролик. Первый элемент 2 может быть выполнен разборным со съемной режущей частью, что может облегчить процессы периодической заточки режущей кромки 5. Выполнение режущей кромки 5 прямолинейной также способствует упрощению процесса ее заточки. Конструкция на фиг. 15 может быть также снабжена ограничителем поворота первого элемента 2 различного рода.One of the possible embodiments of the proposed garden cutting tool of the type of FIG. 10 is shown in an open position in three-dimensional space in FIG. 15. Here the
Работает садовый режущий инструмент на фиг. 15 следующим образом. При приложении встречных сил к силовому рычагу 10 и к нажимной ручке 12 со стороны оператора происходит передача усилия на концевую часть силового рычага 9, в результате чего первый элемент 2 поворачивается вокруг оси режущего блока 4 в направлении закрытия зева. В результате точки режущей кромки 5 совершают нормальное и продольное перемещения относительно объекта резания, предварительно размещенного в пространстве зева и опирающегося на опорное ребро 6. Происходит процесс наклонного резания или резания с эффектом скольжения. Поскольку конструкция на фиг 15 отличается увеличенным соотношением S/R, то продольная составляющая перемещения точек режущей кромки 5 возрастает и повышается качество резания (например, в сравнении с прототипом).The garden cutter in FIG. 15 as follows. When counter forces are applied to the
Поворот первого элемента 2 вокруг оси режущего блока 4 осуществляется вплоть до полного закрытия зева (фиг. 16). При необходимости элементы садового режущего инструмента могут быть зафиксированы в данном положении, например, фиксатором нажимной ручки 12 той или иной конструкции (не показан на фиг. 15, 16). Конструкция на фиг. 15 может быть снабжена храповым механизмом, позволяющим усиливать силу резания и осуществлять разрезание объекта резания в несколько приемов.The rotation of the
Следует отметить, что в устройстве на фиг. 15 размещение кисти оператора на нажимной ручке 12 осуществляется так, что наиболее сильные пальцы располагаются на участке с большим радиусом относительно оси нажимной ручки 14, а это увеличивает момент, передаваемый на первый элемент 2, и повышает силу резания режущего блока 1.It should be noted that in the device of FIG. 15, the operator's hand is placed on the lever handle 12 so that the strongest fingers are located in an area with a large radius relative to the axis of the
При выполнении режущей кромки 5 криволинейной формы по типу фиг. 12 конструкция садового режущего инструмента может иметь вид, изображенный на фиг. 17 (открытое положение) и на фиг. 18 (закрытое положение). При этом она будет обладать всеми достоинствами и недостатками, присущими устройству с криволинейным лезвием.When the
Садовый режущий инструмент предлагаемой конструкции может быть также изготовлен в соответствии с конструктивными параметрами, характерными для фиг. 13. В этом случае его вид может быть аналогичен упрощенной объемной модели на фиг. 19. Здесь не только силовой рычаг 10, но и силовой рычаг 9 выполнены из пластмассы. При этом они являются увеличенными частями второго элемента 3 и первого элемента 2, соединяющими их с осью режущего блока 4 (может быть выполнена разъемной или неразъемной). Возвратная пружина в подобной конструкции может быть выполнена в виде пружины кручения и установлена на оси режущего блока 4. При размещении разрезаемого объекта в зеве данной конструкции он опирается на опорное ребро 6 и направляющую 11. Затем осуществляется процесс резания, аналогичный рассмотренному для фиг. 15, но с лучшими показателями качества резания. Усилия пальцев рук оператора здесь также распределены оптимальным образом вдоль силового рычага 9 относительно оси режущего блока 4. В закрытом положении устройство на фиг. 19 будет иметь вид, представленный на фиг. 20.A garden cutting tool of the proposed design can also be manufactured in accordance with the design parameters typical of FIG. 13. In this case, its appearance can be similar to the simplified volumetric model in FIG. 19. Here, not only the
Конструкции садового режущего инструмента с увеличенным соотношением S/R могут быть выполнены с криволинейным лезвием, как это показано на фиг. 21 (открытое положение) и на фиг. 22 (закрытое положение). В этом варианте достигается минимальный угол выталкивания объекта резания и повышенные значения коэффициента скольжения в середине и конце режущей кромки 5.Increased S / R garden cutter designs can be made with a curved blade as shown in FIG. 21 (open position) and in FIG. 22 (closed position). In this version, the minimum angle of extrusion of the cutting object and increased values of the slip coefficient in the middle and end of the
Все представленные конструкции предлагаемого садового режущего инструмента не исчерпывают всего многообразия вариантов его выполнения в рамках существа предполагаемого изобретения. Для его изготовления могут быть использованы различные материалы, применены разнообразные формы лезвий и параметры их заточки, использованы различные типы приводов и виды резания, включая резание с наковаленкой, двухстороннее резание и по типу кусачек. При этом во всех вариантах садового режущего инструмента, удовлетворяющих неравенству S≥0,38⋅R будут обеспечиваться условия для достижения более высокого качества резания в сравнении с конструкциями, не отвечающими данному соотношению.All the presented designs of the proposed garden cutting tool do not exhaust the whole variety of options for its implementation within the essence of the proposed invention. For its manufacture, various materials can be used, various shapes of blades and their sharpening parameters are used, various types of drives and types of cutting are used, including cutting with anvil, double-sided cutting and by the type of nippers. At the same time, in all versions of garden cutting tools that satisfy the inequality S≥0.38⋅R, conditions will be provided for achieving a higher cutting quality in comparison with structures that do not meet this ratio.
Claims (12)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020110102A RU2735743C1 (en) | 2020-03-10 | 2020-03-10 | Garden cutting tool |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020110102A RU2735743C1 (en) | 2020-03-10 | 2020-03-10 | Garden cutting tool |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2735743C1 true RU2735743C1 (en) | 2020-11-06 |
Family
ID=73398312
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020110102A RU2735743C1 (en) | 2020-03-10 | 2020-03-10 | Garden cutting tool |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2735743C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1500201A1 (en) * | 1987-05-29 | 1989-08-15 | Головное Специализированное Конструкторское Бюро По Садово-Огородному Инструменту Научно-Производственного Объединения "Мехинструмент" | Garden pruner |
| SU1752171A3 (en) * | 1990-08-16 | 1992-07-30 | Научно-Производственное Объединение "Мехинструмент" (Su) | Pruner |
| RU2088072C1 (en) * | 1995-08-08 | 1997-08-27 | Омский государственный технический университет | Pruning shears |
| WO2006013606A1 (en) * | 2004-08-06 | 2006-02-09 | Luigi Tellini | Scissors with slide cutting |
| RU178799U1 (en) * | 2017-11-09 | 2018-04-19 | Василий Петрович Горобей | SECTOR GARDEN |
-
2020
- 2020-03-10 RU RU2020110102A patent/RU2735743C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1500201A1 (en) * | 1987-05-29 | 1989-08-15 | Головное Специализированное Конструкторское Бюро По Садово-Огородному Инструменту Научно-Производственного Объединения "Мехинструмент" | Garden pruner |
| SU1752171A3 (en) * | 1990-08-16 | 1992-07-30 | Научно-Производственное Объединение "Мехинструмент" (Su) | Pruner |
| RU2088072C1 (en) * | 1995-08-08 | 1997-08-27 | Омский государственный технический университет | Pruning shears |
| WO2006013606A1 (en) * | 2004-08-06 | 2006-02-09 | Luigi Tellini | Scissors with slide cutting |
| RU178799U1 (en) * | 2017-11-09 | 2018-04-19 | Василий Петрович Горобей | SECTOR GARDEN |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2947411B2 (en) | Variable power tool | |
| US5950315A (en) | Lopper | |
| US8225513B2 (en) | Gardening shears having energy-saving function | |
| US7895757B1 (en) | Gardening shears having energy-saving function | |
| CN1052848C (en) | Compound action hand pruner | |
| JP5908489B2 (en) | Dual mode ratchet pruning shears | |
| US7441337B2 (en) | Pruning shears or corresponding cutters | |
| GB2397546A (en) | Improved hand shears | |
| RU2735743C1 (en) | Garden cutting tool | |
| US11654585B2 (en) | Hand operated shearing tool | |
| GB2466358A (en) | Garden secateurs | |
| CN108367443B (en) | Cutting tool with gentle force curve | |
| RU178799U1 (en) | SECTOR GARDEN | |
| KR102584943B1 (en) | Knife for preventing from hurting one's hand | |
| CN209251148U (en) | A kind of fruit tree trimmer | |
| CN209047078U (en) | Shrub and hedge trimmer | |
| CN208143900U (en) | Grafting tool | |
| JP7376276B2 (en) | Reciprocating mowing blade device and brush cutter | |
| CN211982765U (en) | Electric pruning shears | |
| SU1752171A3 (en) | Pruner | |
| CN212936846U (en) | Grafting gardening pruning scissors | |
| CN110366973B (en) | Fruit tree grafting branch shears | |
| CN215602056U (en) | Scissors blade and multifunctional scissors for pruning and grafting | |
| CN110149937B (en) | Gardening scissors with improved structure | |
| GB2483663A (en) | Garden shears having meshed gear portions |