РУЧНОЕ ОРУДИЕ Российский патент 2008 года по МПК A01B1/00 A01B1/02 

Изобретение предназначено для выполнения различных тяжелых земляных работ а саду и огороде /подъем целины, очистка канав, строительные работы/ в археологических раскопках и геологических партиях.

Известна специальная лопата (US патент № 5120098, кл. А 01 В 1/02, 1992 г.), которая содержит полотно, кронштейн, тулейку и черенок. Полотно, кронштейн и тулейка изготовлены из единой листовой заготовки. Кронштейн имеет коробчатую жесткую форму и выполняет опорную функцию при подъеме пласта. Черенок изогнут вперед и имеет переменную форму. Нижняя часть черенка имеет прямоугольную форму, которая переходит в круглую. Прямоугольная форма черенка увеличивает момент сопротивления черенка и служит мощным рычагом для отрыва пласта.

Однако известная конструкция орудия может быть использована только на тяжелых почвах и на специальных работах.

Известен изогнутый в средней части черенок, используемый для лопаты и для вил, изобретенный дизайнерами шведской фирмы "Норбергс Редскап" и советскими новаторами (см. журнал "Наука и жизнь" №7 и №11, 1989 г., в рубрике "На садовом участке").

Согласно рекомендациям эргономической биомеханики такие черенки позволяют работать не только мышцами рук, но и более мощными мышцами ног и спины. Однако центральное положение черенка не позволяет приложить осевое усилие ноги при заглублении полотна и тем самым нарушает известное правило рычага: "рычаг находится в равновесии, когда действующие на него силы обратно пропорциональны плечам". (см. Кикоин И.К. и Кикоин А.К. Физика. Учебное пособие для 8 класса средней школы. М., Изд-во "Просвещение". 1971., с.174-175, рис.150).

Нарушение правила рычага вызывает потери мышечных усилий на черенке при заглублении полотна лопаты в грунт величиной 2-4 кгс на каждом цикле. Замеры были получены с помощью простейших пружинных весов. Опытным путей было установлено, что на 1 м² поля необходимо сделать примерно 75 циклов. Следовательно, потери мышечных усилий для работающего на первой операции на 1 м² поля в зависимости от характера почвы (легкая, тяжелая) будут равны 150...300 кгс.

Известно ручное орудие (RU заявка №2004135705 от 06.12.2004 г.), содержащее полотно лопаты или вил с упорами для ноги, черенок выполнен в виде цилиндрической трубы, которая изогнута с возможностью опоры на ее отогнутую часть ногой и жестко закреплена к полотну, причем черенок и полотна выполнены из нержавеющей стали.

Однако высокая теплопроводность черенка и его большой вес снижают качественные характеристики ручного орудия. Указанное ручное орудие по большинству сходных признаков является прототипом предложенного устройства. В последние пять лет использование известной лопаты (RU патент № 2119732) позволили овладеть искусством рыхления почвы. Например, при перекопке почвы садового участка "плугом", который применяется при осенней перекопке земли крупными пластами без их оборота, по хронометражу, достигала за час 100 м². В то время как обычной лопатой можно вскопать за час работы только 10,2 м². Кроме того, коленчатая конструкция лопаты в стесненных условиях (например, в саду под кроной деревьев и кустов) позволяет работать лопатой сидя на садовой скамеечке, прикладывая усилие.

Ноги под прямым углом к кронштейну.

Однако попытки расширить сферу использования перекопочной садово-огородной лопаты (Лопата А.Л.Пискуна, патент RU №2233048) потерпели неудачу. Например, при перебрасывании смеси гравия с песком кронштейн лопаты не выдерживает действующих боковых нагрузок и требует усиления прочности коленчатой части лопаты.

При перекопке садовых участков с разными почвами (тяжелыми, легкими) в паре с лопатой часто используются вилы. Вилы также применяются при уборке картофеля, моркови и свеклы, поэтому по характеру сходства работ логично в комплекте использовать два однородных предмета: лопата и вилы.

В задачу изобретения входит снижение трудоемкости изготовления орудия, снижение веса и теплопроводности черенка, исключение неразъемных соединений и использование многофункциональности орудия при минимальном наборе предметов.

Существенными признаками изобретения являются:

- деревянный черенок (например, ⊘40 мм, длиной 1100 мм) цилиндрической формы по всей длине;

- укороченная длина трубного кронштейна (например, 330 мм), загнутого под углом 90°, достаточного для размещения подошвы мужской обуви и свободного сгибания ноги в колене при заглублении полотен в почву;

- разъемное винтовое соединение полотен лопаты и вил и трубного кронштейна;

- использование углеродистой стали;

- исключение жестких креплений элементов орудия.

Технический результат от использования устройства:

- простой способ изготовления, сборки и разборки конструкции;

- возможность транспортировки орудия в разобранном виде;

- исключение дорогостоящих сварных соединений;

- максимальное использование унифицированных и стандартных элементов орудия (трубный кронштейн, винты, черенок) с учетом пригодности как для лопаты, так и для вил. У вил образована площадка-упор для ноги, что обеспечивает перекопку почвы вилами.

- использование углеродистой стали существенно снижает стоимости устройства;

- отогнутые упоры для ног создают синтез совковой и штыковой лопаты, позволяют подрезать сорную растительность в зоне легкой досягаемости моторного поля работающим (см. ГОСТ 22269-76 п.2.1);

- деревянный черенок по сравнению с железным черенком исключает быструю передачу тепла от рук работающего. Коэффициент теплопроводности, например, дуба вдоль волокон в 175 раз ниже, чем железа (см. Кошкин Н.И. и Ширкевич М.Г. Справочник по элементарной физике, М., Гос. издательство физико-математической литературы, 1962, с.68, табл. 46).

Достигается это тем, что в ручном орудии, содержащем сменные полотна лопаты или вил с упорами для ноги, кронштейн и деревянный черенок, согласно изобретению черенок выполнен цилиндрической формы, а кронштейн - в виде изогнутой трубы с вертикальной и горизонтальной частями, причем черенок установлен и закреплен в вертикальной части трубы, а конец горизонтальной части трубы надрезан и развернут в виде фланца для винтового крепления сменных полотен, причем кронштейн и полотна выполнены из углеродистой стали.

На фиг.1 изображена лопата, вид сбоку; на фиг.2 - то же, вид спереди; на фиг.3 показан узел крепления трубного кронштейна к полотну лопаты; на фиг.4 показано полотно вил с отверстиями для винтового крепления к трубному кронштейну.

Лопата (фиг.1, 2) состоит из полотна 1, например, типа лопаты копательной без тулейки, у которой упоры для ног отогнуты наверх подобно совковой лопате. Полотно лопаты выполнено из углеродистой стали. К полотну 1 под углом 10° (как у садово-огородных лопат) винтовым креплением (фиг.3) закреплен трубчатый кронштейн 2 в виде изогнутой трубы с вертикальной и горизонтальной частями (например, диаметром 40×1,5 мм). Кронштейн выполнен из углеродистой стали. Нижняя горизонтальная часть трубы длиной примерно 180 мм обеспечивает достаточное пространство для размещения мужской подошвы обуви и свободного сгибания ноги в колене при заглублении полотна 1 в почву. В верхнюю часть трубчатого кронштейна 2 плотно входит деревянный черенок 3 и фиксируется тремя шурупами 4. На верхней части черенка 3 двумя винтами 5 закреплены две скобы 6. На скобах 6 с помощью гладкого цилиндрического стержня 7 и винта 8 крепится вращающаяся деревянная ручка 9.

Учитывая, что тяжелые земляные работы выполняются мужчинами, диаметр ручки 9 принят, равный диаметру черенка ⊘ 40 мм длиной 130 мм. Покупной (по ГОСТ 19596-87) черенок, например, длиной 1100 мм делится по модульному принципу. Если длину ручки принять за единицу, то длина черенка будет равна 910 мм 1:7= 130:910 мм.

Переоборудование лопаты 1 в вилы осуществляется только заменой полотна 1 на полотно вил 10 винтовым креплением (фиг.3, 4) винтами 11.

Для интенсивной работы вилами, например, на легких почвах можно использовать более широкое полотно вил 10 с 4-мя или 5-ю зубьями, изготовленное из углеродистой стали.

Процесс работы с лопатой (вилами), например, на садово-огородных работах.

Перед использованием лопаты (вил) подбирается длина черенка по росту конкретного человека. Верхняя часть трубчатого кронштейна 2 фиксирует тремя шурупами 4 черенок 3 и позволяет легко менять черенок для каждого пользователя. По законам эргономической биомеханики длина черенка с учетом роста конкретного человека должна находится в оптимальной зоне на высоте от плечевой до локтевой точки или на высоте 910... 1590 мм (см. Аруин А.С. и Зациорский В.М. Эргономическая биомеханика, М., Машиностроение, 1989, с. 142).

Устанавливается полотно лопаты 1 под удобным углом наклона 10-12° к вертикали. При этом черенок 3 ставится вертикально, что снижает величину наклона туловища или глубину приседаний работающего (если работать по известной технологии перекопки с подъемом пласта лопатой). После этого правую ногу устанавливают по осевой линии черенка 3 и, наступив подошвой на полотно лопаты 1 и нижнюю горизонтальную часть трубчатого кронштейна 2, заглубляют полотно в грунт. При движении ручки 9 к себе отрывается пласт от монолита. При отрыве пласта ручка проворачивается на стержне 7. Затем перемещают ручку 9 в сторону и с ее помощью полотно 1 с отделенным пластом поворачивают набок и производят возврат полотна 1 и ручки 9 в исходное положение. Так как это не требует выполнена самой тяжелой операции-подъема пласта, то значительно облегчается труд, что позволяет выполнять все операции, держась прямо без наклонов и приседаний, не провоцируя развитие поясничного болевого синдрома /радикулиты, ишиасы и др. (см. Аруин А.С. и Зациорский В.М. Эргономическая биомеханика, М., Машиностроение, 1989, с.99...110).

Кроме того, такой лопатой удобно и легко копать ямки, чистить оросительные канавы и уплотнять боковые части грядок.

Ручное орудие содержит сменные полотна лопаты или вил с упорами для ноги, кронштейн и деревянный черенок. Черенок выполнен цилиндрической формы, а кронштейн - в виде изогнутой трубы с вертикальной и горизонтальной частями. Черенок установлен и закреплен в вертикальной части трубы. Конец горизонтальной части трубы надрезан и развернут в виде фланца для винтового крепления сменных полотен. Кронштейн и полотна выполнены из углеродистой стали. Конструкция ручного орудия исключает дорогостоящие сварные соединения, что позволит использовать принцип многофункциональности орудия: лопата, вилы, траворезка и другие режущие элементы. Исключение неразъемных соединений упрощает разборку и позволяет формировать элементы устройства в траспортные пакеты. 4 ил.

Ручное орудие, содержащее сменные полотна лопаты или вил с упорами для ноги, кронштейн и деревянный черенок, отличающееся тем, что черенок выполнен цилиндрической формы, а кронштейн - в виде изогнутой трубы с вертикальной и горизонтальной частями, причем черенок установлен и закреплен в вертикальной части трубы, а конец горизонтальной части трубы надрезан и развернут в виде фланца для винтового крепления сменных полотен, причем кронштейн и полотна выполнены из углеродистой стали.