ЛОПАТА Российский патент 1999 года по МПК A01B1/02 A01B1/00 

Изобретение предназначено для работы на средних и мягких почвах.

Существующий способ работы с лопатой состоит из выполнения следующих операций: установка полотна лопаты, заглубление полотна, отрыв пласта, сброс пласта с полотна, а иногда и его дробление. Опытным путем была установлена оптимальная толщина пласта, равная 65 мм, при котором вес пласта составлял 3,72 кгс, а усилие на отрыв пласта от монолита на черенке на высоте 1 м от поверхности поля равнялось 4,2 кгс.

Известен изогнутый черенок, изобретенный дизайнерами шведской фирмы "Норберг Радскоп" и советскими новатора /См. журнал "Наука и жизнь" N 7 и N 11, 1989 г. в рубрике "На садовом участке"/. В шведском черенке используются изогнутые цилиндрические металлические трубки. Захват рукавами черенка может быть различным, так как правая рука не фиксируется. Однако принятая форма поперечного сечения не учитывает законы сопротивления материалов. Известно, что наибольший изгибающий момент выдерживает не цилиндрическая форма, а овальная форма, что позволяет снизить расход материала и вес черенка.

В качестве прототипа принята лопата остроконечная копательная /См. ГОСТ 19596-87, с. 4/. Черенки лопат изготавливают 5 типов, в том числе с вилочной ручкой и с T-образной ручкой. Такие лопаты снабжены цилиндрическими по форме черенками, изготовленными из пиломатериалов лиственных плотных пород 1-го сорта: береза, клен и ясень. Однако рекомендованные стандартом черенки так же не отвечают элементарным законам сопротивления материалов. Так, например, если заданная длина черенков колеблется в пределах от 930 до 1300 мм, то все черенки имеют постоянный диаметр 40 мм. Поэтому при отрыве пласта от монолита при работе на средних почвах, когда толщина пласта превышает 65 мм и выполняется черенком длиною 1300 мм, то черенок часто ломается в опасном сечении вблизи тулейки. Черенки 1 и 2 типов изготавливаются с вилочной и T-образной ручками минимального размера длиной 930 мм. Однако короткие черенки характеризуются избыточным изгибающим моментом в средних сечениях черенка, что повышает вес лопаты.

Известно, что отрыв пласта от монолита лучше выполнять на длинном плече /черенке/. Поэтому используемый короткий черенок /930 мм /требует больших затрат сил, а сами руки работающего будут находиться ниже зоны легкой досягаемости для женщин 50 перцентиля /высота 835 мм от поля/, хотя для мужчин эта зона будет еще менее удобной.

Подъем пласта осуществляется, когда расстояние между руками должно быть не более 750 мм /См. Аруин А.С. Зациорский В.М. Эргономическая биомеханика. - М.: Машиностроение, 1989 г., с. 115/. Однако с такими лопатами, как известно, могут работать люди с различными антропометрическими характеристиками. Поэтому при проектировании нужно учитывать диапазон изменчивости признака от 5 до 95 перцентиля как для мужчин, так и для женщин, что будет охватывать 90% населения /См. Антропометрический атлас. Методические рекомендации. - М. : ВНИИТЭ, 1977 г./. При работе с ручками 1 и 2 типов правая рука работающего фиксируется ручкой, а расстояние между руками может меняться в зависимости от роста. От этого меняется и длина консоли с грузом /пластом/ и величина изгибающего момента. Например, при уменьшении расстояния между руками на 100 мм изгибающий момент повышается на 25%. Этот факт как раз и не учитывается известными техническими решениями.

В задачу заявленного изобретения входило повышение прочности черенка по всей длине и сокращение затрат труда при работе с лопатой.

Существенными признаками изобретения являются:
- тулейка и черенок имеют овальную в поперечном сечении и коническую по длине форму;
- на верхнем конце черенка содержится глухое отверстие, в котором расположена пружина сжатия и овальный в поперечном сечении стержень;
- ручка закреплена на стержне, который имеет канавку;
- на черенке смонтирован стопор, конец которого размещен в канавке.

Технический результат от использования устройства:
- равная прочность черенка по всей длине, без увеличения его массы, что позволяет хвойные породы дерева для изготовления черенка:
- сокращение затрат труда для людей разного роста;
- повышение удобства хранения и перевозки лопаты благодаря возможности сокращения ее габаритов;
наличие двух вариантов эксплуатации лопаты: переменная и фиксированная длина черенка.

На чертеже 4 изображен общий вид лопаты, а так же поперечное сечение тулейки и черенка, поперечное сечение черенка и стержня.

Лопата состоит из полотна 1, например типа лопата копательная остроконечная, тулейки 2 и черенка 3. Тулейка 2 и черенок 3 имеют в поперечном сечении овальную форму, когда большая ось овала относится к меньшей оси как 1,6, а величина изгибающего момента по сравнению с круглым черенком диаметром 40 мм увеличивается на 30% /См. Штаерман И.Я., Гальперин А.И., Гальперин. Сборник задач по основам технической механики. - М.: Трудрезервиздат, 1958 г. , с. 107 и с. 180/. Кроме того, черенок 3 имеет по всей длине большой оси конусную форму, уменьшающуюся по мере снижения изгибающего момента. Конусность равна 1:83 - 1:100. В верхней части черенка имеется стальной стержень 4 овальной в поперечном сечении формы и вилочная ручка 5. В стержне 4 имеется продольная канавка. Верхнее окончание черенка 3 оснащено металлической крышкой 6, в которую входит резьбовой стопор 7, утопленный в крышку 6 с тем, чтобы повредить руку /Выступающая головка резьбового стопора 7 указана условно/. В нижней части глухого отверстия черенка размещена пружина 8 сжатия.

Принцип работы с лопатой.

Техническим решением предлагаемой конструкции лопаты предусматривается два режима работы.

В первом свободном режиме резьбовой стопор 7 освобождает стержень 4 с ручкой 5 и дает им возможность свободно перемещаться по вертикали в пределах канавки стержня 4 и резьбового стопора 7, выполняющего роль пальца и ограничивающего перемещение стержня 4 с ручкой 5 относительно черенка 3. Например, длина черенка 3 может регулироваться в пределах от 870 до 1000 мм, что соответствует существующим требованиям.

Установка и заглубление полотна лопаты в грунт производится в обычном порядке.

Отрыв пласта от монолита следует производить на длинном плече. Увеличению длины черенка способствует пружина 8, которая давит на стержень 4 и поднимает ручку 5 вверх до упора стопора в канавку. Зато подъем пласта следует выполнять на более коротком плече /черенке/, так как вилочная ручка 5 фиксирует положение /правой/ руки, а расстояние между руками не должно превышать 750 мм. В противном случае увеличивается крутящий момент балки. Для сокращения размеров черенка 3 сжимается пружина 8 и производится подъем пласта.

В фиксированном режиме работы лопаты изменяется общая длина черенка благодаря изменению положения вилочной ручки 5, которая затем фиксируется резьбовым стопором, и выполнение всех необходимых операций лопатой производится в обычном порядке. Данное решение техническое решение тулейки черенка пригодно и для вил.

Изобретение предназначено для работы на средних и мягких почвах. Тулейка и черенок лопаты имеют овальную в поперечном сечении и коническую по длине форму, создающую равную прочность на изгиб по всей длине черенка. Телескопическое соединение стержня ручки с черенком обеспечивает два варианта эксплуатации лопаты: переменная и фиксированная длина черенка. На длинном плече можно отрывать пласт от монолита, а на коротком плече удобней производить подъем пласта. Это ведет к сокращению затрат труда при работе с лопатой. В фиксированном варианте удобно работать людям разного роста. Данное техническое решение пригодно и для вил. 1 ил.

Лопата, содержащая полотно, тулейку и черенок с ручкой, отличающаяся тем, что тулейка и черенок имеют овальную в поперечном сечении и коническую по длине форму, а на верхнем конце черенка содержится глухое отверстие, в котором расположена пружина сжатия и овальный в поперечном сечении стержень, причем ручка закреплена на стержне, который имеет канавку, кроме того на черенке смонтирован стопор, конец которого размещен в канавке.