ЛОПАТА ДЛЯ ВСКАПЫВАНИЯ ПОЧВЫ Российский патент 2000 года по МПК A01B1/02 A01B1/00 

Изобретение относится к сельскохозяйственным устройствам для ручного взрыхления почвы (грунта).

Известно серийно выпускаемое отечественной промышленностью устройство - лопата (см. ГОСТ 19596-87. Лопаты, М.: Издательство стандартов, 1987, с. 9), предназначенное для ручного взрыхления почвы. Принцип работы данного устройства заключается в том, что с его помощью производится взрыхление поверхности почвы копанием на глубину в пределах высоты лезвия лопаты. В процессе копания работающий многократно выполняет следующий цикл технологических операций: лезвие лопаты заглубляется в почву с помощью нажатия ногой на одно из плеч этого лезвия, производится отрыв срезанного лезвием пласта почвы от остальной ее массы, находящейся снизу и с обеих сторон лезвия; оторванный пласт почвы перемещается по направлению вверх-вперед. В зависимости от состава и свойств почвы выполнение операции отрыва срезанного пласта почвы от остальной ее массы осуществляется двумя способами:
1) черенок лопаты после введения лезвия в почву наклоняется работающим к поверхности вскапываемого участка в направлении на себя;
2) введенное в почву лезвие лопаты перемещается работающим вверх-вперед (от себя).

Однако применение лопаты сопровождается тяжелым трудом. При выполнении наклона черенка после введения лезвия в почву лезвие, опираясь на край поверхности не вскопанного грунта, перемещается вверх своей нижней частью и отрывает срезанный пласт почвы от остальной ее массы, находящейся снизу и с обеих сторон лезвия. Для отрыва срезанного пласта почвы от остальной ее массы первым способом необходимо наклонить черенок лопаты на 70-80^o, что вынуждает работающего совершать глубокие (более 30^o) наклоны. Отрыв срезанного пласта почвы от остальной ее массы вторым способом сопровождается высокими (400-500 Н) разовыми усилиями мышц рук, корпуса и ног. Усилия эти по отношению к максимальной произвольной силе, например, сгибателей пальцев рук составляют в среднем для мужчин 40-50%, а для женщин 70-80%. Глубокие наклоны корпусом за 8 ч копания известной лопатой могут превышать предельно допустимое количество (100), а частые мышечные усилия 400-500 Н делают работу по вскапыванию почвы очень утомительной и мало производительной. Частота сокращений сердца (ЧСС) - один из основных показателей функционального напряжения организма при мышечной деятельности - в процессе копания почвы известной лопатой составляет 110-130 уд/мин, что характеризует труд по вскапыванию почвы как тяжелый и очень тяжелый.

Известно аналогичного назначения устройство-прототип (GB N 809824, кл. А 01 В 1/02, 1959), имеющее опору, включающую ветвь, расположенную параллельно черенку, которая имеет с ним упругую связь и в верхней части подвижно закреплена на черенке, и ветвь с упором на конце, расположенную перпендикулярно тыльной стороне лезвия, причем плоскость упора соответствует направлению расположения лезвия.

Однако конструкция указанного устройства в процессе наклона черенка при копании почвы не обеспечивает ограничение вращению ветвей опоры. В результате, при наклоне черенка лопаты к поверхности вскапываемого участка в направлении на себя после введения лезвия в почву, работающий вынужден ограничивать наклон черенка произвольным напряжением дополнительных мышечных групп - мышц-антагонистов, например сгибателей предплечий. Причем при работе с указанным устройством наибольшей эффективности отбрасывания находящегося на лезвии пласта почвы можно достичь только при увеличении скорости напряжения указанных мышц, ограничивающих синхронные наклон черенка и вращение ветвей опоры. Таким образом, применение устройства (GB H 809824, кл. А 01 В 1/02, 1959) не позволяет обеспечить в должной мере экономичный расход энергетических ресурсов на выполнение мышечной работы и необходимую производительность труда.

Целью изобретения является уменьшение величины мышечной нагрузки, снижение тяжести, повышение производительности труда при вскапывании почвы лопатой.

Указанная цель достигается тем, что в предлагаемой лопате, содержащей лезвие и черенок, согласно изобретению в нижней части черенка с обратной стороны лезвия имеется L-образная деталь (опора), состоящая из двух ветвей, одна ветвь в верхней части подвижно закреплена за черенок, расположена параллельно черенку, в нижней части посредством охвата резиновой лентой с черенком имеет упругую с ним связь в направлении на разъединение и содержит отверстие для вбитого в черенок направляющего стержня, имеющего на свободном конце утолщение больше диаметра отверстия, другая ветвь расположена перпендикулярно плоскости лезвия в направлении от обратной его стороны и на конце имеет упор, плоскость которого соответствует направлению лезвия лопаты.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая лопата отличается тем, что ветвь, расположенная параллельно черенку, в нижней части содержит отверстие для вбитого в черенок направляющего стержня, имеющего на свободном конце утолщение больше диаметра отверстия.

Таким образом заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна". Известно устройство (DE 817049, кл. А 01 В 1/02, 1951), в котором имеется упругое соединение черенка с опорой (в направлении на разъединение), причем опора имеет отверстие для установленного на черенке стержня, а стержень на конце имеет утолщение, которое больше диаметра отверстия. С применением указанного устройства вращение опоры ограничивается упором ее в утолщение стержня и резкий наклон черенка для эффективного сбрасывания срезанного пласта почвы с лезвия лопаты может выполняться без напряжения мышц-антагонистов за счет упора опоры в утолщение стержня. Однако техническое решение по расположению стержня в черенке не обеспечивает жесткость крепления стержня и фиксацию им опоры в нижней ее части, что может нарушать перпендикулярность вектора нагрузки на узел вращения опоры в процессе применения устройства, привести в этих случаях к повышению мышечных нагрузок, снижению производительности копания и в результате большой механической нагрузки на указанный узел вызвать преждевременное его изнашивание. Кроме того, конструкция опоры в устройстве DE 817049 не снабжена упором в поверхность почвы и выполнена из пяти деталей (вместо 1-2 в прототипе), что может вызывать некоторое скольжение опоры назад по поверхности почвы при наклоне черенка, и предполагает сравнительно большую массу опоры в устройстве DE H 817049. Скольжение опоры и сравнительно большая ее масса в устройстве DE 817049 при прочих равных условиях не способствуют облегчению работы и росту производительности труда.

Таким образом, в известных технических решениях не обеспечиваются в достаточной мере облегчение работы и рост производительности труда при копании почвы лопатой. Более высокий уровень производительности труда при копании почвы лопатой достигается в заявляемом техническом решении. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "существенные отличия".

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 и 2 изображен общий вид предлагаемой лопаты.

Лопата содержит лезвие 1, черенок 2, L-образную деталь (опору) 3, ветви 4, L-образной детали, крепление 5 верхней части ветви, расположенной параллельно черенку; направляющий стержень 6 с утолщением 7, резиновую ленту 8, охватывающую черенок и нижнюю часть параллельной ему ветви L-образной детали, упор 9.

Применение лопаты по назначению (для ручного взрыхления почвы копанием на глубину в пределах высоты лезвия) производится следующим образом: нажатием ноги на одно из плеч лезвия следует заглубить его в почву, удерживая черенок в кисти правой или левой руки (в зависимости от индивидуальных особенностей работающего), наклонить его к поверхности вскапываемого участка до упора, что соответствует моменту касания верхней ветви опоры утолщения 7 направляющего стержня 6. При наклоне черенка заглубленное в почву лезвие после касания упора 9 поверхности грунта направляется вверх и вперед, отрывает срезанный пласт почвы от остальной ее массы, помещает находящуюся на нем почву над поверхностью земли и далее перемещается вместе с находящейся на нем почвой вперед до момента касания утолщения 7 верхней ветви L-образной детали, после чего находящаяся на лезвии почва по инерции срывается с лезвия.

Результаты испытания лопаты, представленной на фиг. 1, 2 и имеющей следующие параметры конструктивных элементов (длина каждой ветви L-образной детали по 150 мм, площадь упора 9 составляет 800 мм², длина направляющего стержня 6 на участке между его границей с поверхностью черенка и утолщением 7 составляет 90 мм, масса L-образной детали вместе с резиновой лентой 8, креплением 5, направляющим стержнем 6 и упором 9 составляет 0,2 кг), представлены в табл. 1. Испытания предлагаемой лопаты показали, что разовые мышечные усилия, применяемые к черенку в процессе копания, не превышают 150 Н, а электрическая активность мышц-антагонистов (сгибателей предплечий) достоверно ниже (на 68%), чем при использовании прототипа. Уменьшение мышечной нагрузки при копании почвы заявляемой лопатой достигается за счет опоры нижней части черенка на поверхность почвы (грунта) через L-образную деталь, ограничение ее вращения в процессе наклона черенка к поверхности земли после введения лезвия в грунт и обеспечение направленности плоскости вращения указанной детали посредством жесткой фиксации направляющего стержня 6.

Из представленной таблицы 1 видно, что функциональное напряжение работающих по показателю ЧСС при копании почвы с помощью заявляемой лопаты соответствует труду средней тяжести, а при копании почвы с помощью прототипа - к очень тяжелому труду. Известно, что тяжелый и очень тяжелый труд, вызванный применением высоких мышечных усилий, быстро приводит к развитию утомления и невозможности дальнейшего продолжения работы с прежним уровнем интенсивности ее выполнения. Для восстановления работоспособности необходим отдых, длительность которого увеличивает общий период выполнения задания.

Таким образом, заявляемая лопата по сравнению с прототипом при использовании в качестве орудия труда для копания почвы позволяет снизить величину мышечной нагрузки и тяжесть работы, увеличить производительности труда. Указанные преимущества заявляемой лопаты могут обеспечить широкое ее применение в личных хозяйствах при вскапывании почвы.

Использование: для ручного взрыхления почвы. Нижняя часть черенка с обратной стороны лезвия имеет L-образную опору. Опора состоит из двух ветвей. Верхняя часть одной ветви опоры подвижно закреплена за черенок, расположена параллельно черенку, а в нижней части посредством охвата резиновой лентой с черенком имеет упругую с ним связь в направлении на разъединение и содержит отверстие для вбитого в черенок направляющего стержня. Стержень имеет на свободном конце утолщение больше диаметра отверстия. Другая ветвь опоры расположена перпендикулярно плоскости лезвия и на конце имеет упор, плоскость которого соответствует направлению лезвия лопаты. Изобретение позволяет уменьшить величину мышечной нагрузки и повысить производительность труда при вскапывании почвы лопатой. 1 табл., 2 ил.

Лопата, содержащая лезвие, черенок и опору, включающую ветвь, расположенную параллельно черенку, которая имеет с ним упругую связь и в верхней части подвижно закреплена на черенке, и ветвь с упором на конце, расположенную перпендикулярно тыльной стороне лезвия, причем плоскость упора соответствует направлению расположения лезвия, отличающаяся тем, что ветвь, расположенная параллельно черенку, в нижней части имеет отверстие для вбитого в черенок направляющего стержня, имеющего на конце утолщение.