НОЖНИЦЫ (ВАРИАНТЫ)
SCISSORS (VERSIONS)

Изобретение относится к ручным переносным режущим инструментам, применяемым в садоводстве, преимущественно к ножницам для подстригания газонов, лужаек, цветников, и может быть использовано в секаторах для обрезки веток или стрижки живых изгородей.
Широко известны ножницы, представляющие собой две пересекающиеся шарнирно установленные пластины, одна пара концов которых являются ножами (лезвиями), а вторая пара - рычагами (с кольцами, рукоятками, захватами) привода ножей. У таких ножниц (например, бытовых) режущие кромки ножей постоянно пересекаются между собой, а по мере выполнения рабочего хода точка их пересечения смещается от оси качания к свободным концам ножей, что создает неблагоприятные условия для резания материала по следующим причинам. Неразрезанный в самом начале рабочего хода материал выталкивается в зону свободных концов ножей, где неблагоприятное соотношение плеч рычагов требует приложения большего рабочего усилия на рукоятках привода. Необходимое рабочее усилие увеличивается дополнительно еще и за счет того, что в этой зоне режущие кромки смыкаются между собой, будучи почти параллельными, материал вынужден разрезаться сразу по всей ширине, а не поочередно, как это происходит при пересечении кромок под некоторым углом, причем в последнем случае передаточное отношение ножниц в этой части тем выше, чем ближе указанный угол к 90°. Неблагоприятные условия проявляются еще и в том, что составляющая силы резания, направленная параллельно оси качания ножей, пытается раздвинуть режущие кромки между собой, преодолевая жесткость ножей в этом направлении. Прогиб пластин в указанной неблагоприятной зоне является максимальным в силу соотношения плеч, и если зазор между кромками все же образуется, то величина его возрастает по мере удаления от оси качания, материал не разрезается, а «заминается» в образовавшемся зазоре. «Заминание» увеличивает усилие на рукоятках как при прямом, так и (особенно) при обратном ходе ножей, требует повтора цикла, что ухудшает эргономические показатели ножниц. В известных ножницах образование зазора частично компенсируется путем предварительного изгиба пластин ножей во встречных направлениях, заставляя, таким образом, режущие кромки смыкаться между собой с предварительным натягом. Последний полезен для устранения «заминания», но вреден в эргономическом отношении, т.к. требует увеличения усилия прямого и обратного хода для преодоления трения. Величина бесполезного трения тем меньше, чем меньше площадь контактирования между собой режущих кромок, но узел качания ножей известных ножниц (типа «заклепка») не способствует указанному, имеющиеся в нем (узле) люфты способствуют контактированию именно по плоскостям, а не по малому пятну. Кроме того, при реализации предварительного натяга путем изгиба ножей затруднительно оптимизировать его величины на всем протяжении циклограммы работы ножниц. Эта проблема не решается также в тех известных ножницах, в которых узел качания (типа «болт-гайка») позволяет предварительно регулировать усилие стяжки пластин между собой, т.к. параметры этой стяжки не меняются в процессе каждого цикла, а избыток усилия сверх действительно необходимого именно в данной фазе цикла ведет к потерям на трение. Низкая эргономичность известных ножниц кроме указанных факторов вызвана еще и тем, что основную нагрузку при работе ими несут либо пальцы одной руки (ножницы с кольцами), либо кисть одной руки (секаторы с возвратной пружиной, для преодоления усилия которой при рабочем ходе тратится дополнительная энергия). Ножницы с вытянутыми рукоятками (МПК A01G 3/04) позволяют работать двумя руками, но эргономичность таких ножниц (например, при подстригании газонов) снижается за счет того, что их приходится держать «на весу» и работать ими в согнутом положении тела. Отгиб вытянутых рукояток от земли имеет свои ограничения, и не может решить задачу работы ножницами в полный рост.
Задача, решаемая изобретением, - повышение эргономических показателей ножниц за счет устранения резких пиков в прилагаемом рабочем усилии, установление этого усилия в комфортном диапазоне величин и минимально достаточным для резания именно данного материала или именно выбранной ширины и длины захвата подстригаемой травы газона. Другими каналами повышения эргономичности должны стать минимизация потерь от бесполезного трения, возможность работы ножницами в удобном положении тела, снижение усилий для перемещения ножниц на новую позицию и удержания их при выполнении реза.
В качестве наиболее близкого аналога заявленного изобретения приняты ножницы RU 15624 U1, A01G 3/02, 10.11.2000, содержащие подвижный и неподвижный ножи, выполненные с возможностью взаимного пересечения и плотного смыкания между собой их режущих кромок, узел качания подвижного ножа и привод перемещения ножей. Новым существенным признаком варианта ножниц по п.1 формулы является то, что ножи установлены из условия смещения точки пересечения между собой их режущих кромок после наступления этого пересечения от свободных концов ножей к оси качания по мере завершения рабочего хода. Указанное предопределяет то, что в момент начала резания режущие кромки пересекаются между собой под углом, значительно отличающимся от нуля, а это в свою очередь уменьшает усилие, которое необходимо приложить на приводных рукоятках. Кроме того, материал, сопротивляющийся разрезанию, соскальзывает по режущим кромкам (или может быть намеренно перемещен) ближе к оси качания, а в этой зоне более благоприятное для уменьшения рабочего усилия соотношение плеч рычагов. Режущие кромки в самом начале рабочего хода могут не пересекаться между собой, и в промежутке до начала реза подвижный нож можно разогнать и тем самым облегчить разрезание. Практическую реализацию указанному в п.1 формулы условию установки ножей обеспечивают выносы (п.2 формулы), при этом ножи на выносах установлены со значительным (до 35°) наклоном к оси качания (п.3 формулы), что увеличивает их жесткость в направлении опасного прогиба и обеспечивает пересечение режущих кромок с практически точечным контактом, а это в свою очередь при прочих равных условиях повышает режущую способность ножниц и способствует их самозаточке. Относительно тонкие пластины ножей выполнены из высококачественной стали, что позволяет сохранить остроту их режущих кромок и за счет этого повысить эргономичность. Заключение пластин в обоймы с отбортовкой позволяет компенсировать потерю жесткости и подойти к повышению эргономичности со стороны снижения массы (металлоемкости) ножниц.
Новым существенным признаком варианта ножниц по п.4 формулы является то, что свободные концы ножа оснащены устройством предотвращения размыкания между собой их режущих кромок. Именно в зоне свободных концов происходит (подобно консольно закрепленной балке) наибольший прогиб ножей от усилия резания. Устройство предотвращения размыкания выполнено (п.5 формулы) в виде желоба на неподвижном ноже и входящего в него скругления, выполненного на подвижном ноже. Для безударного вхождения округления в желоб на последнем выполнены отгибы (фаски-ловители). Смыкание концов ножей в желобе (подобно второй опоре для консольной балки) уменьшает величину прогиба и смещает зону наибольшего прогиба в среднюю часть длины ножей, а в этой зоне уже более благоприятное соотношение плеч и в части прогиба, и в части рабочего усилия. Конец подвижного ножа после сопряжения с желобом изгибается и пружинит, создавая тарированный предварительный натяг режущих кромок. После выхода из желоба скругления пластина ножа распрямляется, располагается над желобом и продолжает подниматься вверх в узле качания от взаимодействия с режущей кромкой нижнего ножа. При последующем обратном ходе подвижного ножа не возникает потерь на бесполезное трение, коэффициент полезного действия (КПД) ножниц повышается дополнительно и по этой причине.
Новым существенным признаком варианта ножниц по п.6 формулы является то, что узел качания ножей выполнен из условия программного осевого перемещения несвободного конца подвижного ножа в зависимости от угла поворота его по отношению к неподвижному ножу в процессе каждого цикла работы. Возможность именно в узле качания регулировать величину предварительного натяга и именно в зависимости от расположения точки пересечения режущих кромок от оси качания, позволяют оптимизировать эргономические показатели ножниц. При данной жесткости ножей, особенностях разрезаемого материала (в т.ч. при выбранной ширине захвата травы газона) можно установить предварительный натяг минимально необходимым, но гарантированно достаточным для выполнения реза. Конкретное исполнение узла качания (п.7 формулы) характеризуется неподвижной и подвижной втулками, скрепленными с соответствующими выносами (п.2 формулы). Программу осевого перемещения подвижной втулке в зависимости от угла поворота задает торцевой кулачок, взаимодействующий с неподвижным упором. Отсутствие больших люфтов в сопряжении втулок предотвращает разворот пластин ножей до прилегания их полностью по плоскостям с соответствующими потерями на бесполезное трение.
Новым существенным признаком варианта ножниц по п.8 является то, что их привод перемещения ножей выполнен из условия возможности работы в полный рост не сгибаясь и возможности фиксации неподвижного ножа относительно почвы. Конкретное исполнение привода характеризуется трубой и расположенным в ней штоком. Шток скреплен с неподвижной втулкой, которая в нижней своей части содержит ножной упор и наконечник, взаимодействующие с почвой. Эргономичность как снижение утомляемости в данном варианте реализуется через возможность работы в комфортном положении тела, в отсутствии необходимости во время работы держать ножницы «на весу», в том, что при рабочем ходе основную нагрузку несет только одна рука, а для фиксации неподвижного ножа относительно почвы может быть использована и нога, при этом освободившуюся руку можно использовать для выполнения попутных операций, например для удаления срезанных высоких стеблей. Комфортное значение рабочего (крутящего) усилия можно отрегулировать длиной рычага, связанного с трубой. Воздействуя на рукоятку этого рычага дополнительно вдоль оси трубы, можно увеличить предварительный натяг режущих кромок. Поскольку необходимость в этом возникает только в особых случаях (при попадании особо твердых стеблей), то общий кпд ножниц повышается за счет устранения излишнего трения в обычных условиях. Облегчить разрезание необычно твердых включений можно и смещением ножниц, приближая эти включения к оси качания (в том числе ногой). Регулировкой высоты наконечника можно установить эстетически приемлемую высоту травы скошенного газона.
На фиг.1 показаны ножницы вид сбоку, на фиг.2 - вид сверху, на фиг.3 показана установка пластин ножей в обоймах на выносах, на фиг.4 показано устройство осевого перемещения подвижного ножа, на фиг.5 показаны основные детали устройства, предотвращающие размыкания между собой режущих кромок ножей.
Ножницы (фиг.1, 2) содержат подвижный нож 1, совершающий качательное движение, и условно неподвижный (относительно почвы) нож 2. Ножи содержат пластины 3 (фиг.3) из высококачественной закаленной стали, заключенные в обоймы 4 с отбортовками 5, которые увеличивают жесткость ножей в направлении оси качания. Предотвращению разжима режущих кромок ножей способствует также наклонное (см. угол α на фиг.3) закрепление их на выносах 6 и 7, отходящих соответственно от подвижной втулки 8 и неподвижной втулки 9. Помимо увеличения жесткости, наклонное расположение пластин 3 в сочетании с безлюфтовым сопряжением втулок 8 и 9 между собой и с тем, что в момент начала реза режущие кромки ножей пересекаются между собой под углом, существенно отличным от нуля, - все это способствует почти что точечному контакту режущих кромок и тем самым увеличению кпд ножниц. В нижней части втулки 9 установлен ножной упор 10 и наконечник 11, которые позволяют зафиксировать неподвижный нож 2 относительно почвы. С верхней частью втулки 9 скреплен шток 12 с рукояткой 13, за которую ножницы переносят на новую позицию обработки газона. При этом центр тяжести ножниц совпадает с вертикалью от места удержания, так что предотвращаются потери энергии на преодоление разворота ножниц при переносе. Поскольку упор 10 выполнен в виде отростка, взаимодействующего с боковой частью обуви, и петли, охватывающей носок ступни, то перенос на соседнюю позицию можно производить не только рукой, но и ногой. Втулка 8 относительно втулки 9 совершает качательное движение и перемещается вдоль вертикальной оси. Программу осевого перемещения задают торцы 14 (фиг.4) кулачка, который образуется сухариками 15, скрепленными с наружной поверхностью втулки 8, последняя имеет (фиг.1) окна 16, сквозь который проходит упор 17, заканчивающийся роликом 18. Между отверстием 19 во втулке 9 и наружной поверхностью упора 17 имеется зазор, выбор которого позволяет резко увеличить жесткость и уменьшить изгиб упора 17 при сверхнормальной нагрузке на ролик 18. Такая ситуация может возникнуть, например, при попадании в число разрезаемых твердоствольных бурьянов. Таким образом умеренно мягкий режим предварительного натяга режущих кромок реагирует на особые обстоятельства. С верхней частью втулки 8 скреплена труба 20 (фиг.1), заканчивающаяся рычагом 21 с рукояткой 22. Предельные угловые положения этой рукоятки и соответственно ножа 1 определяются положением торцев 23 сухариков 15. Торцы же 14 этих сухариков, набегая при вращении трубы 20 на ролик 18, осаживают втулку 8, а с ней и нож 1, прижимают его режущую кромку 24 (фиг.2) к режущей кромке 25 ножа 2, создавая предварительный натяг. Смыкание режущих кромок между собой начинается после сближения свободных концов ножей, при этом свободный конец ножа 1, содержащий скругление 26, входит в желоб 27, установленный на свободном конце ножа 2. Отгибы 28 (фиг.5) желоба 27 обеспечивает безударность сопряжения. Детали 26, 27 и 28 образуют устройство предотвращения размыкания режущих кромок. Это устройство создает предварительный натяг режущих кромок со стороны свободных концов ножей. В середине акта реза после выхода скругления 26 из желоба 27 (на фиг.2 этот может быть показан тонкими линиями) точка 29 пересечения режущих кромок сместится от свободных концов ближе к оси качания, где прогиб ножей значительно меньше, а возможное размыкание их режущих кромок между собой от воздействия силы резания компенсируется предварительным натягом, создаваемым с другой стороны, а именно - торцами 14 и роликом 18 узла качания.
Малые габариты ножниц в упаковке или при их хранении обеспечиваются за счет быстросъемности и легкой обратной установки отдельных узлов и деталей.
Подстригание газона с помощью ножниц производят следующим образом. Удерживая за рукоятку 13, ножницы переносят на новое место стрижки, при этом неподвижный нож 2 располагают на уже состриженной поверхности и фиксируют его относительно почвы, наступая ногой на упор 10. Вращая рычаг 21 за рукоятку 22, выполняют рез и обратным ходом возвращают рычаг в исходное положение. При обратном ходе скругление 26 проходит сверху над отгибом 28.
Высокая эргономичность ножниц (технический результат) достигается:
- за счет того, что работу выполняют в удобном положении тела с опорой на грунт и с привлечением обеих рук и ноги;
- отсутствием больших усилий на приводной рукоятке за счет удачного перераспределения передаточного отношения реза от его начала до завершения;
- возможностью первоначального разгона подвижного ножа;
- малыми потерями на бесполезное трение при отсутствии «заминания» срезаемого материала;
- малой массой и отсутствием потерь на преодоление усилия возвратной пружины;
- первоначальной остротой и малой затупляемостью режущих кромок.
Наибольший эффект ножницы показывают при обработке краев газонов, у бордюров, вокруг кустов и т.п. местах.