專利名稱：底刀及成形方法
技術領域：
總的來說，本發明涉及輪式割草機(reel mower)的底刀(bed knife)，尤其涉及一種改進的底刀及其成形方法，該方法能夠簡化制造方法，并降低總制造成本。
背景技術：
輪式割草機使用剪切作用來剪草及類似的葉子。與旋轉割草機(rotarymower)相比，這種輪式割草機較為昂貴，且需要更多的維護，然而它們是高爾夫球場等的首選，在這些地方，外觀好且健康的草才是最重要的。單個的輪式割草機組件相當窄，因此輪式割草機單元一般包括多個并排的輪式割草機組件。
這種割草機的例子公開在美國專利US5291724、US5477666和US6318059中。在典型的輪式割草機組件中，一個通常稱為底棒的附件被剛性連接到該裝置的輪子(reel)上，且一把可替換的底刀被連接到底棒上。輪子、底棒和底刀如此定向，即底刀保持與輪子軸線平行，且極其靠近各輪刀(reel knives)，因此各輪刀和該底刀之間可實現剪切作用。通常，提供有一個調節裝置，它允許底棒相對輪子運動，因此底刀可以移動到與各旋轉的輪刀成合適的關系的位置。
通常，用多個螺釘將底刀連接到底棒上，這些螺釘穿過底刀上的孔，且與底棒上的螺孔嚙合。通常用10個或更多的螺釘來確保底刀相對底棒和各輪刀保持平直。另外，這些傳統的底刀也用相對較厚的鋼鐵原料(steel stock)成形，從而允許將各緊固件插入其中。該方案允許各緊固件與底刀齊平，從而可防止或至少減少緊固件頭部和草皮之間的任何接觸。底刀的厚度可使由于旋緊緊固件而引起的變形減至最小。
更換底刀需要拆下并更換這些緊固件。通常，底刀被連接到底棒的底側，因此為了能接觸到輪式割草機組件的底側以拆除螺釘和底刀，必須將該裝置充分抬高，或將其部分拆卸。一個輪式割草機單元，例如高爾夫球場等使用的，可以包括8或10個單個的輪式割草機組件，更換這種割草機單元上的底刀需要相當長的勞動時間和相應的停機時間。
同樣，各緊固件將底刀固定到底棒上，因此當石頭或類似的碎塊進入割草機時，它可能卡在固定的底刀和輪子之間，從而導致該裝置的一部分或多部分損壞。同樣，如果底刀接觸到一個基本被埋住的障礙物，當它跳過該障礙物時，底刀可能被損壞。盡管更換底刀很簡單，但損壞的輪子一般更為昂貴也更為麻煩，假定合適的操作需要緊公差。
發明內容
本發明的目的是提供一種改進了的輪式割草機組件，以及一種改進了的底刀，這種底刀可以連接到現有的輪式割草機組件上，與現有技術相比，底刀的更換更快捷，勞動時間和停機時間也都大大減少。
本發明的第一方面提供了一種輪式割草機組件，它包括一個可旋轉安裝到機架上的割草輪和一個驅動裝置，該驅動裝置可使割草輪繞其軸線旋轉。至少一塊磁體被安裝到所述機架上，且一把底刀靠磁性被保持在所述磁體上并處于操作位置，以便底刀被定向成與割草輪成切割關系。嚙合部件可用于防止底刀相對磁體滑動，但當沿背離磁體的方向施加到底刀上的分離力大于底刀處于操作位置時磁體施加到底刀上的吸引力時，該嚙合部件又允許底刀離開磁體。
本發明的第二方面提供了一種適于連接到輪式割草機組件上的裝置，它包括一個可旋轉安裝到機架上的割草輪和一個驅動裝置，該驅動裝置可使割草輪繞其軸線旋轉。該裝置包括一根適于連接到所述機架上且基本平行于割草輪軸線的底棒和多塊安裝到該底棒上的磁體。一把底刀靠磁性被保持在各磁體上并處于操作位置，以便當底棒被連接到機架上時，底刀被定向成與割草輪成切割關系。嚙合部件可用于防止底刀相對磁體滑動，但當沿背離磁體的方向施加到底刀上的分離力大于底刀處于操作位置時磁體施加到底刀上的吸引力時，該嚙合部件又允許底刀離開磁體。
嚙合部件可以包括一些突起，上述突起從機架和底刀中的一個延伸到機架和底刀中的另一個上的相應凹槽內。另外，機架上可以形成一些脊，以便這些脊靠在底刀的前刀刃和兩側刀刃上。這些脊可防止底刀向后或向兩側移動，而讓前刀刃打開并與割草輪成切割關系。這種輪式割草機組件中的底刀一般很少會遇到前向力，并且這種前向力會被磁體抵抗。各突起和各凹槽也有抵抗向前、向后或向兩側的滑動力的作用。為了拆除底刀，各脊和各突起都允許在底刀上施加一個分離力以克服將底刀保持在磁體上的磁力。
本發明第三方面提供了一種將輪式割草機組件的底刀保持在操作位置以使底刀被定向成與輪式割草機組件的割草輪成切割關系的方法，其中所述的輪式割草機組件包括一個可旋轉安裝到一個機架上的割草輪和一個驅動裝置，該驅動裝置可使割草輪繞其軸線旋轉。該方法包括如下步驟將至少一塊磁體安裝到所述機架上；靠磁性將所述底刀保持在磁體上并處于操作位置；防止底刀相對磁體滑動，但當沿背離磁體的方向施加到底刀上的分離力大于底刀處于操作位置時磁體施加到底刀上的吸引力時，該嚙合部件又允許底刀離開磁體。
商品級的磁體有足夠的強度，因此當它們被嵌在支撐機架——通常是在稱為底棒的一個機架部分上——以支撐底刀時，它們會將底刀保持在操作位置，以抵抗底刀在操作中可能會遇到的相當大的分離力。嚙合部件可對割草輪中將草拉到底刀前刀刃上的后向力作出響應，或對旋轉期間的側向力作出響應，防止底刀相對底棒滑動。當底刀和底棒干凈時，嚙合部件將底刀排列在合適的操作位置，底刀可以被輕松地移動到與各突起、各脊等嚙合的位置，然后會對磁力作出響應而咬合在合適的地方。
與現有技術中的機械或螺釘連接相比，底刀被磁連接到機架上有許多優點。磁連接可得到一種可快速更換的組件，其中將底刀從磁體上撬下來并將另一把底刀連接到磁體上的合適位置，基本上即可更換底刀，而無需將輪式割草機組件從輪式割草機單元的其余部分上拆下來，以便夠著將底刀保持在合適位置的螺釘。
本發明得到了一種相對而言不用工具即可更換底刀的操作方法。從機架上拆除底刀所需的唯一工具只是一把將零件撬下來的刀片或類似的工具。用在機架上以將底刀保持在合適位置的磁體的強度和磁體的數目，可視工具情況加以調節或變化。
磁連接也降低了維護費用，這是因為遇到諸如巖石等障礙物時，底刀可從其磁連接上拉開并從底棒上取下。這樣就減小了對割草輪和底刀的損壞。
盡管永久磁體可能最為適合，但也可以用電磁體將底刀保持在合適的位置。在用電磁體的地方，從機架上取下刀片會更容易，這是由于通過使電磁體失效可輕松地從機架上取下刀片。
根據本發明，除了制造完整的新型輪式裝置之外，也可以根據本發明設計一種改進的底棒和底刀，可裝備在各種現有的輪式割草機單元上。
本發明的又一個目的是提供一種制造輪式割草機底刀的方法。該方法包括如下步驟冷軋成形彈簧鋼；壓平并拉直彈簧鋼；通過多個輥子將彎曲力施加到彈簧鋼上而使彈簧鋼成形，從而限定出一個安裝部分和一個翻轉部分；研磨翻轉部分的一部分以形成刀刃。
通過下面的詳細說明可以看出本發明的其他應用領域。盡管這些詳細說明和特殊例子展示了本發明的優選實施例，但不難理解這些只是處于解釋目的，而非為了限定本發明的范圍。
通過詳細說明和附圖可進一步透徹地理解本發明，其中圖1是一幅分解透視圖，展示了現有技術中的輪式割草機組件和典型的底刀安裝組件；圖2是一幅示意性的側視圖，展示了圖1中現有技術的輪式割草機組件的割草輪和底刀安裝裝置；圖3是本發明的一個實施例的磁性底棒的頂部透視圖；圖4是圖3中底棒的底部透視圖；圖5是連接到圖3中磁性底棒上的底刀的透視圖；圖6是位于圖3中的磁性底棒上且處于操作位置的圖5中的底刀的示意性側視圖；圖7是另一把底刀和磁性底棒的示意性側視圖；圖8是圖7中的底棒在接觸到障礙物時的側視圖，該圖顯示了施加到底刀上以將其從底棒上取下的力；圖9是根據第一制造方法而得到的底刀的平面圖；圖10圖9中底刀的橫剖視圖；圖11是形成圖9中的底刀所用毛坯的平面圖；圖12是圖9中的底刀經過多步研磨操作之后的平面圖；圖13是圖12中底刀的橫剖視圖；圖14是圖12中的底刀經過最終的研磨操作之后的平面圖；圖15是圖14中的底刀的橫剖視圖；圖16是根據第二制造方法而得到的底刀的平面圖；圖17是圖16中的底刀的橫剖視圖。
具體實施例方式
下面對優選實施例的說明本質上只是示范性的，而決不是為了限制本發明、其應用或用途。
圖1示意性地展示了現有技術中的輪式割草機組件的主要部分，它包括一個可旋轉安裝到機架4上的割草輪2。一個未圖示的驅動裝置可使割草輪2繞其軸線RA旋轉。底棒6形成機架4的一部分，且底刀8通過螺釘10連接到底棒6上。通常，提供有一些調節裝置，未圖示，改變底棒6相對于割草輪2的位置，以便在底刀8和割草輪2之間可以形成合適的切割關系。圖2示意性地展示了現有技術中的割草輪2、底棒6和底刀8的方位。
圖3和4展示了本發明磁性底棒16的一個實施例。所示的底棒16被構造成通過與現有技術中底棒6相同的方式連接到圖1中現有技術的輪式割草機組件的機架4上，以便磁性底棒16可以裝備到現有的輪式割草機組件上。底棒機架部分的結構在各種牌子的現有輪式割草機組件中應用得相當廣泛，因此只需對磁性底棒做相對簡單的改進，即可代替現有的底棒。
如圖3和4所示，多塊磁體20被間隔安裝在底棒16上，在所示的實施例中，磁體20被嵌在底棒16上，因此其底面21與磁性底棒16的底面22基本齊平。
圖5所示的底刀16被磁性保持在磁體20上，且處于圖6所示的操作位置，因此底刀18通過與圖2所示的現有技術的底刀8相同的方式被定向成與割草輪2成切割關系。
嚙合部件可用于防止底刀18相對磁體20滑動。在如圖所示的實施例中，嚙合部件包括多個突起，圖中所示為銷26，上述突起從底棒16延伸到底刀18上的相應凹槽內，凹槽在圖中所示為孔28。相反，如圖7所示，銷32可以從底刀18A延伸到底棒16A上相應的孔34內。如圖6所示，另一個嚙合部件為一條脊30，它靠在底刀18的相對的末端刀刃18A和后刀刃18B上。
盡管包括圖中所示孔28中的銷26、脊30、以及其他部件在內的嚙合部件可防止滑動，但當沿背離磁體20的方向施加到底刀18上的分離力大于底刀18處于操作位置時磁體20施加到底刀18上的吸引力時，它也允許底刀18離開磁體20。將底刀18從底棒16上撬下即可將底刀18輕松拆下，而在遇到障礙物時，這種構造也允許底刀18從底棒16上松開。
圖8示意性地展示了沿方向T移動的底刀18與典型障礙物的接觸，該障礙物在圖中所示為被部分埋住的石頭40。該接觸產生一個施加到底刀18上的力F。該力F的主要分量為向后的作用力，圖中用箭頭FR表示，但仍有一個較小的分量FD向下作用，以便底刀18被推離底棒16和磁體20。當力的分量FD超過磁體20的磁性引力時，底刀18會從底棒16上松開。在現有技術中，由螺釘連接的底刀會發生更大的損壞，這是由于底刀不得不軋過障礙物。同樣，當石頭等出現在割草輪和底刀之間時，會產生一個同樣的可以松開底刀的力，從而降低使修理成本高昂的割草輪嚴重損壞的可能性。
脊30可以較好地單獨與新型底刀18配合，這是由于它基本形成一個與底刀18的刀刃18A、18B密切配合的淺槽。這樣可防止其相對磁體20向兩側和向后滑動。另外，也可以將底刀18做成雙刀刃，這樣前、后刀刃18C、18B都是切割刀刃。孔28和銷26如此定向，即底刀18可以旋轉，使后切割刀刃18B停在前方，從而使底刀18的壽命加倍。這種雙刃底刀18在使用中前刀刃會因被磨損而變圓，因此在施加后向力時，磨圓的刀刃會滑過靠在其上的脊。銷和孔不受底刀刀刃磨損的影響，當其旋轉時，仍會將底刀保持在合適的位置。在安裝過程中，脊30和銷26及孔28一起使用有助于使底刀與銷對齊。
本發明可以有多種實現形式，包括通過制造如本發明所述的新型輪式切割組件來實現，或通過生產改進型底棒或支撐機架配套元件來實現，后者允許在現有的割草機上實現本發明的磁性刀片連接。
另外，本發明的磁性底刀18可以用各種制造方法制造。更特別的是，如圖9-15所示，底刀18可以由碳鋼制成，特別是AISI 1566型熱軋酸洗油浸鋼，它被標記為100。如圖6所示，與底刀18一樣，碳鋼底刀100適于被磁性保持在磁體20上且位于底刀16上的操作位置，以便底刀100通過與底刀18相同的方式而被定向成與割草輪2成切割關系。
特別參照圖9-15，下面詳細討論碳鋼底刀100的制造步驟。一塊普通的扁平毛坯101首先被切割成合適的長度。扁平的毛坯101然后被輸送到一臺沖壓機或壓制機內，沖壓機或壓制機首先將扁平的毛坯101壓平并拉直，然后將彎曲力施加到毛坯上。盡管在輪式割草機中底刀的形狀可以變化，但底刀100的形狀包括一個通常扁平的安裝部分102和一個翻轉的切割部分104。如圖10所示，翻轉的切割部分104最初包括一個將末端108和安裝部分102相互連接起來的半徑部分106。特別是，作為用于形成碳鋼的沖壓工藝的結果，半徑部分106包括一個外表面110，如圖10所示，外表面110伸到安裝部分102的底面112的下方。本領域技術人員不難理解，不希望出現外表面110伸到底面112下方的情況，這是由于它可能會妨礙切割草皮，和/或可能會接觸地面。而且，這種情況可能會進一步限制輪式割草機的最小切割高度。因此，最好將這個外表面110磨掉，從而限定一個通常無障礙的底面。
圖12和13所示的底刀100是在一系列研磨操作完成之后，這些研磨操作足以除去外表面110，并限定出多個表面，從而得到最終所需的形狀。特別是，如圖13所示，底刀100包括一個從安裝部分102的底面112向上伸出的巡回切割面(tournament cut face)。巡回切割面優選以約為5°的相對角度從底面112向上伸出。巡回切割面114轉換到一個超級(super)巡回切割面116，后者以相對底面112約為8°的更大的傾斜角度進一步向上伸出。底刀100包括一個前表面118和一個頂面120，前表面118處在相對底面112約為90°的位置，頂面120處在相對底面112約為8-10°的位置。前表面118和頂面120相交在一個邊緣121處。巡回切割面114、超級巡回切割面116、前表面118和頂面120都通過各種研磨操作而成形，研磨操作需要將底刀100輸送到研磨機中。在這些研磨操作之后，對底刀100進行熱處理，為其提供足夠的硬度，從而減少底刀100在操作期間的磨損。
下面參照圖12，在熱處理之后，底刀100還包括一對穿過安裝部分102而形成的孔122。這對孔122在制造期間被用于確定底刀100在隨后的研磨操作中的位置。另外，穿過安裝部分102還形成有另外一對孔124。第二對孔124的尺寸與孔28相似，用于容納底棒16的銷26。
最后，如圖14和15所示，底刀100的最終研磨被完成。特別的是，通過連續的研磨操作，在熱處理之后，頂面120最終被研磨到相對于底面112成約為5.5°的傾斜角度。同樣，前表面118被研磨到形成一個代替刀刃121的切割刀刃126。切割刀刃126的特定傾斜度取決于所想要得到的相對割草輪2的切割構造。
盡管底刀100提供了眾多有利的切割特性并能夠延長磨損，但其制造成本會偏高，且制造復雜。因此，本發明的第二實施例提供了一種優選的制造底刀的方法，它可取消許多研磨步驟以及熱處理步驟，并降低構造的復雜度。
圖16和17所示的底刀200是用簡化方法制造的。更特別的是，底刀200由彈簧鋼制成，尤其是C1095型無刻度(scaleless)藍色回火(blue-tempered)彈簧鋼、ASTMA682，彈簧鋼被硬化到約為47C的最小洛克維爾(Rockwell)硬度。彈簧鋼底刀200與底刀18和100一樣適于被磁性保持在磁體20上，且在底棒16上位于圖6所示的操作位置，因此底刀200通過與底刀18相同的方式而被定向成與割草輪2成切割關系。
仍參照圖16和17，下面詳細討論彈簧鋼底刀200的制造步驟。不難理解，彈簧鋼底刀200的制造步驟相對底刀100被大大簡化，從而導致制造復雜度和成本都降低。一塊普通的扁平毛坯(未圖示)被輸送到一臺冷軋成形機內，冷軋成形機將彎曲力施加到該毛坯上。扁平的毛坯優選是一卷彈簧鋼，在一個連續而不中斷的過程中可快速而容易地使之成形。如圖16和17所示，通過一系列輥子使毛坯形成所想要的形狀。由于彈簧鋼的特性，成形過程可能需要一次或多次彎曲和過彎曲(over bending)操作，以得到所想要的最終形狀。
盡管在輪式割草機設計中最終形狀可以變化，但底刀200的形狀包括一個基本扁平的安裝部分202和一個翻轉的切割部分204。如圖17所示，翻轉的切割部分204以約為9°的相對角度從安裝部分202向上伸出。從圖中不難理解，與底刀100不同——底刀100包括在沖壓過程中產生的半徑部分106中向下伸出的外表面110，而本實施例的冷軋成形工藝不會產生這種效應，因此無需研磨巡回切割面114和超級巡回切割面116。因此，使用彈簧鋼就允許用冷軋成形而無需沖壓，冷軋成形消除了許多研磨操作，僅保留對前表面218的最終研磨，以限定一個切割表面。
如圖16所示，底刀200還包括一對穿過安裝部分202而成形的孔224。這對孔224的尺寸與孔28相似，用于容納底棒16上的銷26。
與傳統的用螺釘固定的底刀、甚至還有底刀100相比，彈簧鋼底刀200具有許多優點。特別的是，用彈簧鋼制成的底刀200能用簡單的冷軋成形技術制造。這種技術以前從未被用于形成磁性底刀，它大大簡化了制造工藝，因此無需復雜的壓平、拉直、成形、研磨和熱處理操作。
對本發明的說明本質上僅僅是示范性的，因此不背離本發明思想的各種改變也在本發明的范圍之內。不能認為這些改變背離了本發明的精神和范圍。
權利要求
1.一種制造輪式割草機底刀的方法，所述方法包括提供一個普通的扁平彈簧鋼元件，作為制造底刀的毛坯；通過多個輥子將彎曲力施加到所述彈簧鋼元件上而使所述彈簧鋼元件成形，從而限定出底刀的安裝部分和翻轉部分；研磨所述翻轉部分的一部分以形成底刀的切割刀刃。
2.如權利要求1所述的方法，進一步包括在所述彈簧鋼元件的成形之后，將所述彈簧鋼元件沖壓切割至所想要的長度。
3.如權利要求1所述的方法，進一步包括在使所述彈簧鋼成形之前，冷軋成形所述彈簧鋼元件。
4.一種制造輪式割草機底刀的方法，所述方法包括冷軋成形彈簧鋼以使底刀初步成形；壓平并拉直所述彈簧鋼；通過多個輥子將彎曲力施加到所述彈簧鋼上而使所述彈簧鋼成形，從而限定出底刀的安裝部分和翻轉部分；研磨所述翻轉部分的一部分以形成底刀的切割刀刃。
全文摘要
一種制造輪式割草機底刀的方法，該方法包括冷軋成形彈簧鋼；壓平并拉直彈簧鋼；通過多個輥子將彎曲力施加到彈簧鋼上而使彈簧鋼成形，從而限定出安裝部分和翻轉部分；研磨翻轉部分的一部分以形成切割刀刃。
文檔編號A01D34/73GK1692690SQ20051000760
公開日2005年11月9日 申請日期2005年2月6日 優先權日2004年5月4日
發明者喬納森·多莫·F.馬漢, 詹姆斯·伯克利 申請人:特克斯特朗有限公司