МЕТЛА ДВОРНИЦКАЯ Российский патент 2000 года по МПК A46B7/04 

Изобретение относится к очистной технике коммунального хозяйства, а конкретно к столь распространенному в ней инструменту, как метла дворницкая, используемому для подметания улиц, дворов, садово-парковых территорий и т.д.

Метла, состоящая из пучка древесных прутьев, закрепленных на ручке-черенке, известна издавна [1]. Анализ вековых традиций использования этого ручного уборочного инструмента и сложившегося устойчивого стереотипа способа подметания метлой позволяет выделить признаки, принципиально выделяющие метлу среди других классов изделий, прежде всего щеточных, используемых в очистной технике:
1. Поперечное сечение пучка прутьев, закрепленных вокруг черенка, является округлым, что предопределяет наиболее эффективный способ работы этим уборочным инструментом при подметании любой стороной боковой поверхности упругого пучка, которому задается возвратно-поступательное движение в процессе работы уборочного инструмента (метлы).

2. Для обеспечения этого принципа длина рабочей части прутьев пучка должна быть сравнительно большой (как правило, от 300 до 450 мм).

3. Особые требования предъявляются к упругости рабочей части пучка прутьев в целом, причем диаметр каждого из прутьев не должен превышать 2-3 мм.

Метла дворницкая из древесных прутьев проста по конструкции, удобна в эксплуатации, но очень быстро изнашивается. Коммунальное хозяйство для обеспечения дворников такими метлами вынуждено закупать березовые прутья и, тем самым, способствовать уничтожению колоссального количества молодых деревьев и кустарников. Только на свалки Москвы ежемесячно вывозится свыше 90000 изношенных древесных метел. Поэтому появляется интерес к метлам с прутьями, изготовленными из полимерных материалов, например из полипропилена.

В коммунальном хозяйстве широко используются подметальные машины для очистки загрязненных поверхностей, в частности улиц, парков и др. Рабочие органы этих машин представляют собой щетки, волокнами пучков которых служит тонкая металлическая проволока или прутья из полимерных материалов. Пучки могут быть выполнены в виде отдельных секций, укрепленных на валу, ось которого расположена параллельно или перпендикулярно очищаемой поверхности, секции могут быть съемными, с регулированием посадки секций на держателе и т. д. Особенностью рабочих органов этих машин является то, что прутья густо посажены друг к другу, длина прутьев обычно не более 240 мм, а диаметр не менее 3-4 мм. Это обеспечивает необходимую эффективность подметания торцевой частью прутьев пучка, которому обеспечивается плотный прижим к подметаемой поверхности и вращение совместно с валом, строго ориентированным в пространстве, в заданном режиме (примерно 350 об/мин). Этот принцип работы щетки подметальной машины одновременно определяет и ее недостатки: быстрое истирание прутьев, необходимость устройств, регулирующих прижим щетки к подметаемой поверхности, высокую стоимость обслуживания. Кроме того, эти машины ориентированы в основном на быструю уборку больших территорий с твердым ровным покрытием и не могут полностью заменить, а тем более, исключить применение ручного уборочного инвентаря, в частности метел.

Различие по принципу работы щетки и метлы определяет различные требования к механической прочности очищающих элементов и конструкциям обоих типов этих устройств - щеток и метел.

Известна метла, содержащая пучок прутьев из полимерных материалов, например из полипропилена, закрепленный оголовком на черенке ([2], прототип). В известной метле пучок прутьев имеет уплощенную форму, что сближает способ подметания такой метлой со способами подметания щетками. Уплощенная метла [2] , став более производительной по сравнению с метлой [1], имеющей пучок круглой формы, потеряла или во всяком случае снизила присущие традиционной метле свойства: возможность работать любой стороной пучка, прижимая его к очищаемой поверхности с любым усилием, подметать под любым необходимым углом, т.е. стала менее универсальной в эксплуатации.

Техническим результатом настоящего изобретения является создание синтетического варианта "березовой" метлы с присущим этому уборочному инвентарю принципом работы и соответственно удобством эксплуатации. По сравнению с известной метлой [2], прутья которой выполнены также из полимерных материалов, техническим результатом настоящего изобретения является повышение эксплуатационных свойств и универсальности метлы.

Техническим результатом настоящего изобретения является также создание конструкции, позволяющей снизить долю ручного труда при изготовлении метлы.

Технический результат достигается за счет выполнения пучка прутьев из отдельных модулей плоской формы, объединенных оголовком специальной конструкции. Главной частью его является обойма с пазами, расположенными радиально относительно оси черенка и предназначенными для установки и фиксации отдельных модулей.

Вообще говоря, изделия, выполненные из отдельных модулей, широко известны в различных областях машиностроения, в частности, и в подметальных машинах. Но прием конструирования из модулей к метлам до сих пор не применялся. По-видимому, здесь сыграла роль инерция мышления относительно столь простого устройства, как метла дворницкая из древесных прутьев. Но появление новых материалов, полимерных волокон в частности, и применение их к метлам позволило по-иному подойти к этому древнему инструменту.

Сущность изобретения иллюстрируется фиг. 1-5, на которых схематически изображены:
фиг.1 - традиционная дворницкая метла из древесных прутьев [1];
фиг.2 - метла из полипропиленовых прутьев [2];
фиг.3 - метла предложенной конструкции;
фиг.4 - составные элементы метлы предложенной конструкции;
фиг. 5 - вариант предложенной конструкции метлы с устройством, регулирующим длину рабочей части пучка.

На фигурах обозначены все составляющие элементы как известных конструкций метел, так и предложенного технического решения.

Конкретно:
1 - черенок; 2 - оголовок (на фиг.1 оголовком является обвязка, фиксирующая древесные прутья на черенке); 3 - пучок прутьев; 4 - модуль из полимерных прутьев в метле, предложенной конструкции; 5 - обойма с пазами, удерживающая в оголовке (2) модули (4); 6 - пазы в обойме (5) для закрепления модулей (4); 7 - болт, соединяющий обойму (5) и оголовок (2) через сквозное осевое отверстие (12); 8 - гайка, фиксирующая оголовок (2) и обойму (5) на болте (7); 9 - пластина с пазами, идентичными пазам (6), предназначенная для перемещения по жесткому стержню (10) с фиксацией в заданном положении винтом (11).

Исследования различных вариантов метел, имеющих модули из заданного числа полимерных прутьев, привели к конструкции модуля плоской формы и закреплению модулей в оголовке именно по радиусам от черенка.

В таком случае интегральная форма пучка волокон остается круглой, но появляется возможность варьировать число модулей, число прутьев в модуле, использовать модули из различных материалов прутьев менять отдельные модули по мере их износа. При этом обеспечивается основной принцип работы метлы, - в основном боковой поверхностью прутьев, и, тем самым, сохраняются все преимущества традиционной метлы.

Нами были обследованы варианты модулей, имеющие различное поперечное сечение пучка прутьев (круглые, квадратные, продолговатые), с различной топологией размещения модулей по плоскости оголовка (плоские, параллельные, кольцеобразные, звездообразные с числом лучей в пучке от 3 до 20). При обследовании учитывалось не только образование модулями округлой формы пучка, но и психологическое восприятие дворниками предлагаемой им на испытание конструкции.

Обследовались также метлы с использованием в одном пучке модулей из разных материалов (например, 9-ти модульная метла с 6-ю модулями из полипропиленовых прутьев диаметром 2,1 мм и 3-мя модулями из металлической проволоки диаметром 1 мм). Такие метлы пригодны, например, для очистки поверхностей с различной степенью загрязненности.

Представляют интерес и варианты метел, изготовленных согласно изобретению из модулей, но с опробованными ранее (в [2]) устройствами, позволяющими регулировать длину рабочей части пучка.

Упругость (жесткость) пучка метлы предложенной конструкции можно регулировать, но для этого необходимо дополнительное, являющееся частью обоймы (2), приспособление к оголовку, вариант которого показан на фиг.5. Данное приспособление представляет собой стержень длиной 150-180 мм, который закреплен гайкой (8) к осевому винту (5), соединяющему оголовок [2] и обойму [5] . Стержень является направляющим для перемещения по вертикали и фиксации в нужном положении пластины, в замкнутые пазы которой продеты прутья модулей. Учитывая, что модуль упругости пучка прутьев обратно пропорционален их длине, перемещением пластины вдоль оси мы изменяем длину его рабочей части и, тем самым, задаем необходимую упругость пучку в целом.

Наиболее практичными в эксплуатации оказались метлы с плоскими модулями, имеющими звездообразное расположение относительно оси черенка. Такое расположение модулей задается пазами обоймы, размещаемой в оголовке. Оптимальное число "лучей" (число модулей) в пучке метлы от 6 до 12, в зависимости от диаметра волокон и качества материала (прочности, гибкости), используемого в качестве прутьев. Опытные метлы предложенной конструкции, предназначенные для уборки дворов, изготавливались из полипропиленовых волокон как отечественного, так и зарубежного производства.

Количество прутьев, используемое для изготовления изделия, геометрические размеры модулей и их количество, а также материалы для обоймы и оголовка, определяют размеры изделия в целом.

Рассмотрим подробнее вариант метлы с 8-ю лучами-модулями и длиной рабочей части пучка 400-500 мм. Используем в качестве материала для прутьев - полипропилен, а для обоймы и оголовка - полиэтилен низкого давления. В этом случае, при изготовлении изделия целесообразно задать следующие значения размеров: радиус посадки пазов обоймы - 6,5 мм, толщину стенки, разделяющей соседние пазы, - 4 мм, площадь поперечного сечения каждого паза 240 мм² и соответственно суммарную площадь их поперечного сечения 1920 мм². Отсюда следует, что ширина паза в верхней части обоймы должна быть не более 8 мм, а диаметр оголовка - 105-110 мм. В нижней части обоймы пазы имеют туже площадь поперечного сечения, но ширину паза 6 мм. Таким образом, пазы обоймы обеспечивают не только посадку и фиксацию модулей с заданным расположением в пространстве, но и придают необходимую (веерообразную) форму каждому модулю в отдельности, что необходимо для равномерного распределения прутьев в теле пучка.

Перечисленные конструктивные факторы являются взаимозависимыми. Так, упругость пучка прутьев прямо пропорциональна суммарному их диаметру, ширине и толщине модулей и обратно пропорциональна их длине. Экспериментами установлено, что при радиальной посадке продолговатых модулей количество их в пучке должно быть в пределах от 6 до 12 в зависимости от выбранного для прутьев материала. Варианты изделия с числом модулей менее 6-ти нецелесообразны, так как значительные промежутки между прутьями соседних модулей отрицательно влияют на упругость пучка в разных точках его боковой поверхности (на возможность работать любой стороной боковой поверхности пучка). Варианты изделия с числом модулей более 12-ти также нецелесообразны, поскольку наращивание числа модулей возможно лишь при уменьшении толщины каждого из них, что приведет к ослаблению упругости пучка в целом.

Сборка готового изделия производится в следующей последовательности:
1. Предварительно формируются модули, например из полипропиленовых волокон, которые вкладываются в пазы обоймы.

2. Снаряженная обойма помещается в полость оголовка до упора и закрепляется.

3. Собранный оголовок крепится к черенку.

При серийном производстве возможна автоматизация изготовления всех составляющих элементов данного изделия. Ручной остается только его окончательная сборка, при которой доля ручного труда сокращается примерно в 10-15 раз по сравнению со сборкой известного технического решения [2]. Экономический эффект усиливаются благодаря возможности многократного использования оголовка и посадочной обоймы, простоте замены модулей, доступной любому пользователю без применения каких-либо инструментов, и полной утилизации (вторичной переработки) изношенных составляющих.

Проведенные практические испытания метел, изготовленных по предложенному техническому решению, показали высокую эксплуатационную надежность, удобство пользования, ремонтопригодность, низкую себестоимость изделия.

Источники информации
1. Л.О.Машинский, "Город и природа", с. 8-9, Москва, 1973;
2. Свидетельство РФ на полезную модель N 4200, кл. А 46 В 3/14, 1996, (прототип).

Метла дворницкая содержит пучок прутьев из полимерного материала, закрепленный оголовком на черенке. В оголовке размещена обойма с пазами, расположенными радиально к оси черенка, а пучок прутьев выполнен из отдельных модулей плоской формы, которые вложены и укреплены в пазах обоймы, что обеспечивает упрощение монтажа и демонтажа. 3 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Метла дворницкая, содержащая пучок прутьев из полимерного материала, закрепленный оголовком на черенке, отличающаяся тем, что в оголовке размещена обойма с пазами, расположенными радиально к оси черенка, а пучок прутьев выполнен из отдельных модулей плоской формы, которые вложены и укреплены в пазах обоймы. 2. Метла дворницкая по п.1, отличающаяся тем, что в оголовке укреплено от 6 до 12 модулей. 3. Метла дворницкая по п.1, отличающаяся тем, что в пазах обоймы чередуются модули, содержащие прутья из разных материалов. 4. Метла дворницкая по п.1, отличающаяся тем, что часть модулей содержат прутья, выполненные из металлической проволоки.