KR101424062B1 - 고정 블레이드를 구비한 동력식 제초장치 - Google Patents

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Abstract

고정 블레이드를 구비한 동력식 제초장치가 개시된다. 동력식 제초장치는, 회전축을 중심으로 회전하며 상기 회전축에 수직한 수평날 및 상기 수평 날에서 소정의 각도로 구부러져 연장된 보조날을 구비한 회전 블레이드, 상기 회전 블레이드의 적어도 상기 수평날과 제1 간극만큼 떨어져 교합하도록 고정된 제1 고정 블레이드, 상기 보조날과 제2 간극만큼 떨어져 교합하도록 고정된 제2 고정 블레이드, 동력을 생산하는 동력원, 및 상기 동력원에서 생산된 동력을 상기 회전 블레이드에 전달하는 동력 전달부를 포함한다. 이러한 동력식 제초장치는 저출력 동력원을 사용할 수 있어 경량소형화 및 고에너지 효율화가 가능하며, 잡초의 제거 효율이 향상되는 이점이 있다.

Description

고정 블레이드를 구비한 동력식 제초장치{A MOTORIZED WEEDING APPARATUS HAVING A FIXED BLADE}
본 발명은 논과 밭, 또는 과수원 등의 농산물의 경작지에 자라는 잡초를 제거하기 위한 제초기에 관한 것으로, 특히 수평 및 수직 교합식 절삭날을 구비하여 동력소모를 최소화하고 잡초의 제거 성능을 향상시킨 제초기에 관한 것이다.
일반적으로 제초기는 경작지에 자라는 잡초를 절삭하기 위한 수단으로, 대한민국 공개실용신안공보 제2000-0004546호 등에 개시되는 바와 같이 하나의 날 또는 와이어를 구비한다. 하나의 날 또는 와이어는 동력원에 연결되어 회전하며 잡초의 줄기 부분을 절삭하는데, 이 때 잡초를 절삭하기 위해서는 날 또는 와이어가 상당한 속도로 회전하여야 한다. 생육상태의 잡초는 높은 수분함량으로 유연하므로 낮은 속도로 회전하게 되면 날이나 와이어가 잡초를 절삭하기 전에 잡초가 회전방향으로 눕게 되므로 제거가 잘 되지 않기 때문이다.
따라서, 종래의 일반적 제초기는, 대한민국 특허공개공보 제2007-0018623호 등에 개시되는 바와 같이, 날 또는 와이어의 고속회전을 위해 소형 내연기관 등 고출력의 동력원을 사용하였다.
이와 같은 종래의 제초기는 내연기관 등의 고출력 동력원을 사용하여 경량화가 어려운 문제가 있었다.
또한, 소규모 경작지의 농업 자동화 추세에 따라 개발되고 있는 소형 경량 농업용 로봇의 경우, 로봇의 동작 및 로봇에 부착되는 경작 장비의 동작에 고효율 저비용이 요구되므로 종래 사용되던 내연기관 등 고출력의 동력원을 사용하기 어려운 문제가 있다.
또한, 종래의 제초기의 절삭용 날 또는 와이어는 평면 또는 선형 구조로 되어 있어 날의 회전축 방향에 가깝게 서 있는 잡초만을 절삭할 수 있었으며, 지면에 가깝게 누워 있거나 짧게 자란 잡초의 제거성능은 떨어지는 문제가 있다.
본 발명의 예시적 일실시예에 따른 동력식 제초기는 회전축을 중심으로 회전하며, 상기 회전축에 수직한 수평날 및 상기 수평 날에서 소정의 각도로 구부러져 연장된 보조날을 구비한 회전 블레이드, 상기 회전 블레이드의 적어도 상기 수평날과 제1 간극만큼 떨어져 교합하도록 고정된 제1 고정 블레이드, 상기 보조날과 제2 간극만큼 떨어져 교합하도록 고정된 제2 고정 블레이드, 동력을 생산하는 동력원, 및 상기 동력원에서 생산된 동력을 상기 회전 블레이드에 전달하는 동력 전달부를 포함한다.
본 발명의 예시적 일실시예에 따른 동력식 제초기의 동력원은 직류모터일 수 있다.
본 발명의 예시적 일실시예에 따른 동력식 제초기의 수평날과 보조날 사이의 소정의 각도는 90도 내지 105도일 수 있으며, 제1 및 제2 간극은 1.0 내지 1.5mm일 수 있다.
제1 고정 블레이드는 적어도 4개의 고정날을 포함할 수 있으며, 상기 고정날 중 적어도 하나는 고정날의 적어도 일부가 회전 방향과 일치하는 방향으로 함입되도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 고정날 중 적어도 하나는 상기 보조날과 제3 간극만큼 떨어져 교합하도록 상기 소정의 각도로 연장된 고정 보조날을 구비할 수 있다.
개구부가 형성된 커버를 더 포함하며, 상기 커버는 상기 개구부가 지면을 향하도록 상기 회전 블레이드 및 상기 제1 고정 블레이드를 내부에 수용할 수 있다. 또한, 상기 제2 고정 블레이드는 상기 커버에 고정될 수 있다.
제2 고정 블레이드의 몸체와 상기 수평날의 몸체가 이루는 각도는 45도 내지 90도일 수 있다.
상기 회전날에 가해지는 토크를 측정하는 토크 감지부를 더 포함할 수 있다.
상기 토크 감지부에 의해 측정된 토크 값에 따라 상기 동력원의 출력을 제어하는 동력원 제어부를 더 포함할 수 있다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
이와 같은 본 발명의 예시적 일 실시예에 따른 동력식 제초장치에 따르면, 회전날과 고정날이 교합하는 구조를 가지므로 출력이 작은 동력원을 사용하더라도 향상된 제초 성능을 가질 수 있다. 본 발명에 따른 동력식 제초장치의 회전 블레이드와 고정 블레이드는 회전축에 대해 기울어진 각도로 교합하는 보조날들을 구비하고 있어 지면에 대해 누워 있는 잡초 또는 잡초의 뿌리도 제거할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 동력식 제초장치는 경량 및 소형화가 가능하고 에너지 소비가 저감되므로, 이러한 경량소형의 저출력 제초장치를 농업용 로봇에 장착하여 소규모 경작지의 자동화에 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 예시적 일 실시예에 따른 동력식 제초기를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 동력식 제초기의 회전 블레이드 및 제1 고정 블레이드를 확대한 사시도이다.
도 3은 도 2의 일부를 확대한 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 동력식 제초기의 회전 블레이드 및 제2 고정 블레이드를 확대한 사시도이다.
도 5는 도 4의 일부를 확대한 사시도이다.
도 6은 제2 고정 블레이드를 도 4의 화살표 방향에서 도시한 평면도이다.
도 7은 커버를 씌운 도 1의 동력식 제초기를 도시한 사시도이다.
도 8은 회전 블레이드와 제1 고정 블레이드 사이의 간격에 따른 제초율을 도시한 그래프이다.
도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 동력식 제초장치의 제2 고정 블레이드의 몸체의 법선과 회전 블레이드의 몸체의 법선 사이의 각도 별, 시료 굵기에 따른 절단토크를 나타낸 그래프이다.
상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 하기의 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구현될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 보다 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 기술적 사상과 특징이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공된다. 또한 각 장치는 본 명세서에서 설명되지 아니한 다양한 부가 장치들을 구비할 수 있다.
도 1은 본 발명의 예시적 일 실시예에 따른 동력식 제초기를 도시한 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 예시적 일 실시예에 따른 동력식 제초기는, 동력원(100), 회전 블레이드(200), 제1 고정 블레이드(300), 제2 고정 블레이드(400), 및 동력 전달부(500)를 포함한다.
동력원(100)은 회전 블레이드(200)를 회전시키기 위한 동력을 생성할 수 있는 동력기관으로, 모터 또는 내연기관을 포함한다.
동력 전달부(500)는 동력원(100)에서 생성된 동력을 전달하는 구성으로, 기어(510, 520) 및 지지대(700) 내부에 수용되는 샤프트(미도시) 등을 포함할 수 있다. 본 실시예에서는 샤프트(미도시), 동력원(500)에서 발생한 회전 구동력을 샤프트에 전달하는 기어(510), 및 샤프트의 회전 구동력을 회전 블레이드(200)에 전달하는 기어(520)가 동력 전달부(500)를 구성하는 것으로 설명하였지만, 이러한 실시예는 단지 본 발명의 설명을 위한 예시이며, 벨트 등 다른 동력 전달 수단이 사용될 수 있다.
이하에서 도 2 및 도 3을 참조하여 회전 블레이드(200) 및 제1 고정 블레이드(300)를 보다 상세히 설명한다.
도 2는 도 1에 도시된 동력식 제초기의 회전 블레이드 및 제1 고정 블레이드를 확대한 사시도이며, 도 3은 도 2의 일부를 확대한 사시도이다.
회전 블레이드(200)는 회전축(X)에 수직한 면을 가지는 몸체(210), 몸체의 가장자리를 따라 형성된 절삭용 수평날(220), 몸체(210)로부터 소정의 각도로 구부러져 연장된 보조 몸체(230), 및 보조 몸체의 가장자리를 따라 형성된 절삭용 보조날(240)을 포함한다.
제1 고정 블레이드(300)는 회전축(X)에 수직한 면을 가지는 몸체(310), 몸체(310)의 가장자리를 따라 형성된 절삭용 수평날(320)을 가진다. 제1 고정 블레이드(300)의 절삭용 수평날(320)과 회전 블레이드(200)의 절삭용 수평날(220)은 서로 마주 보도록 배치되며, 회전 블레이드(200)의 수평날(220)이 회전하며 제1 고정 블레이드(300)의 수평날(320)과 교합하여 잡초 등 피절삭물을 절단한다.
제1 고정 블레이드(300)은 수평날(320)은 회전 블레이드(200)와 교합하는 일측, 즉 회전 블레이드(200)의 회전 방향과 반대쪽에 형성되는데, 그 일부가 회전 블레이드(200)의 회전 방향으로 함입되도록 형성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 회전 블레이드(200)의 수평날(220)과 제1 고정 블레이드(300)의 수평날(320)은 제1 간극(t1)만큼 떨어져 교합한다.
본 발명의 예시적 일 실시예에 따르면, 제1 간극(t1)은 1.0 내지 1.5mm이다. 회전 블레이드(200)와 제1 고정 블레이드(300) 사이의 간극(t1)이 1.0mm보다 작으면 소음 및 진동이 커지고, 1.5mm보다 크면 두 수평날(220, 230)의 교합 절삭 효율이 크게 떨어지게 된다.
도 8은 회전 블레이드(200)와 제1 고정 블레이드(300) 사이의 간극(t1)에 따른 제초율을 도시한 그래프이다.
실험 결과에 따르면, 회전 블레이드(200)와 제1 고정 블레이드(300) 사이의 간극(d)이 작을수록 제초율이 향상되는 것으로 확인되었으나, 0.5mm 미만인 경우, 진동 및 소음이 심한 문제가 있었으며, 블레이드의 마모나 손상이 많은 것으로 확인되었다. 또한 간극(t1)이 1.5mm를 초과하면 절삭율이 현저히 떨어지는 문제가 확인되었다.
도시되지 않았지만, 회전 블레이드(200)의 보조날(240)과 제1 고정 블레이드(300)의 보조날(340) 사이에도 간극이 있으며, 이러한 간극도 수평날(220, 320) 사이의 간극과 동일한 범위에서 선택될 수 있다.
도 4 내지 도 6를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 동력식 제초기의 회전 블레이드(200) 및 제2 고정 블레이드(400)를 보다 상세히 설명한다.
도 4는 도 1에 도시된 동력식 제초기의 회전 블레이드 및 제2 고정 블레이드를 확대한 사시도이며, 도 5는 도 4의 일부를 확대한 사시도이다.
회전 블레이드의 구성에 대해서는 도 2 및 도 3에서 설명하였으므로 생략한다.
제2 고정 블레이드(400)은 몸체(410) 및 몸체의 가장자리를 따라 형성된 절삭용 날(420)을 포함한다.
제2 고정 블레이드의 절삭용 날(420)은 회전 블레이드(200)의 보조날(440)과 교합하여 잡초 등의 피절삭물을 절단한다.
도 3을 참조하면, 제2 고정 블레이드의 절삭용 날(420)은 회전 블레이드(200)의 보조날(240)과 제2 간극(t2)만큼 떨어져서 교합한다.
제2 간극(t2)은 전술된 제1 간극(t1)과 동일한 범위에서 선택될 수 있다.
도 6은 제2 고정 블레이드를 도 4의 화살표 방향에서 도시한 평면도이다. 도 4의 화살표의 방향은 회전 블레이드(200)의 몸체(210)와 평행한 방향이다.
도 6을 참조하면, 제2 고정 블레이드(300)의 몸체(410)의 법선(S1)과 회전 블레이드(200)의 몸체(210)의 법선(S2) 사이에 각도(θ)가 형성될 수 이룬다. 이 각도(θ)는 45도 내지 90도일 수 있으며, 보다 바람직하게는 45도 내지 60도일 수 있다.
도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 동력식 제초장치의 회전 블레이드(200)와 제2 고정 블레이드(400)의 간극을 1.0mm로 하고, 회전 블레이드(200)의 회전속도를 70rpm으로 유지한 상태에서 각도(θ)를 달리하여 측정한 절단 토크 특성을 나타내는 그래프이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 모든 피절삭 시료 굵기에서 45도 또는 60인 경우의 절단토크가 80도인 경우의 절단토크보다 낮은 특성을 보인다.
본 발명의 예시적 일 실시예에 따른 동력식 제초장치는 제2 고정 블레이드(400)의 위한 고정 플레이트(430)를 더 포함할 수 있다. 고정 플레이트(430)와 제2 고정 블레이드(400)의 몸체(410)는 용접 등의 야금적 결합 또는 나사 등의 체결 수단을 통해 결합될 수 있다.
제초장치의 제초 성능 향상을 위해 복수의 제2 고정 블레이드(400)가 장착될 수 있다. 복수의 제2 고정 블레이드(400) 사이에는 소정의 간격(d)이 있다. 이러한 구성에 의해 동일한 피절삭물에 대해 복수의 교합절삭을 시도할 수 있으므로 제초 성능이 향상될 수 있다. 간격(d)이 너무 넓으면 이러한 효과가 반감되고, 너무 좁으면 두 고정 블레이드(400) 사이의 공간에 잡초가 엉켜 과부하를 초래할 수 있고, 진동 및 마찰이 증가하여 심한 마모가 일어날 수 있으므로 적절한 간격을 유지하여야 한다.
본 발명의 예시적 일 실시예에 따른 동력식 제초장치는 커버(600)를 더 포함할 수 있다.
도 7을 참조하면, 커버(600)에는 개구부(610)가 지면 방향으로 형성되고, 회전 블레이드(200) 및 제1 고정 블레이드(300)는 커버(600) 내부에 완전히 수용되어 외부에 노출되지 않는다.
이러한 커버(600)는 회전 블레이드(200)의 회전에 의해 비산되는 모래, 자갈, 잡초 줄기 등에 의한 주변의 피해를 방지하기 위한 것이다.
본 발명의 예시적 일 실시예에 따른 동력식 제초장치는 회전 블레이드(200)에 가해지는 토크를 측정하는 토크 감지부(미도시) 및 상기 토크 감지부에 의해 측정된 토크 값에 따라 상기 동력원의 출력을 제어하는 동력원 제어부를 더 포함할 수 있다.
이러한 토크 감지부 및 동력원 제어부를 사용함으로써, 예를 들면 절단이 쉬운 건조상태의 잡초의 제거시에는 회전 블레이드(200)에 걸리는 토크가 적으므로 동력원의 출력을 낮추고 절단이 어려운 잡초의 경우에는 동력원의 출력을 높임으로써 피절삭물의 종류 등의 외부 환경에 따라 동력 소비를 제어할 수 있게 된다.
100 : 동력원 200 : 회전 블레이드
300 : 제1 고정 블레이드 400 : 제2 고정 블레이드
500 : 동력 전달부 600 : 커버

Claims (14)

  1. 회전축을 중심으로 회전하며, 상기 회전축에 수직한 수평날 및 상기 수평 날에서 소정의 각도로 구부러져 연장된 보조날을 구비한 회전 블레이드;
    상기 회전 블레이드의 적어도 상기 수평날과 제1 간극만큼 떨어져 교합하도록 고정된 제1 고정 블레이드;
    상기 보조날과 제2 간극만큼 떨어져 교합하도록 고정된 제2 고정 블레이드;
    동력을 생산하는 동력원; 및
    상기 동력원에서 생산된 동력을 상기 회전 블레이드에 전달하는 동력 전달부
    를 포함하는 동력식 제초장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 소정의 각도는 90도 내지 105도인 동력식 제초장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 동력원은 직류모터인 동력식 제초장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 간극은 0.5 내지 1.5mm인 동력식 제초장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 고정 블레이드는 적어도 4개의 고정날을 포함하는 동력식 제초장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 고정날 중 적어도 하나는 고정날의 적어도 일부가 회전 방향과 일치하는 방향으로 함입된 동력식 제초장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 고정날 중 적어도 하나는 상기 보조날과 제3 간극만큼 떨어져 교합하도록 상기 소정의 각도로 연장된 고정 보조날을 구비하는 동력식 제초장치.
  8. 제1항에 있어서,
    개구부가 형성된 커버를 더 포함하며,
    상기 커버는 상기 개구부가 지면을 향하도록 상기 회전 블레이드 및 상기 제1 고정 블레이드를 내부에 수용하는 동력식 제초장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 고정 블레이드는 상기 커버에 고정되는 동력식 제초장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 고정 블레이드의 몸체와 상기 수평날의 몸체가 이루는 각도는 45도 내지 90도인 동력식 제초장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 회전 블레이드에 가해지는 토크를 측정하는 토크 감지부를 더 포함하는 동력식 제초장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 토크 감지부에 의해 측정된 토크 값에 따라 상기 동력원의 출력을 제어하는 동력원 제어부를 더 포함하는 동력식 제초장치.
  13. 제1항에 있어서,
    고정 플레이트를 더 포함하며,
    상기 제2 고정 블레이드는 상기 고정 플레이트 상에 고정되고, 상기 고정 플레이트는 상기 동력식 제초장치에 체결되는 동력식 제초장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 고정 플레이트 위에는 복수의 제2 고정 블레이드가 고정되고, 상기 복수의 제2 고정 블레이드 사이의 간격은 5 내지 15cm인 동력식 제초장치.
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