ЛОПАТА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЗАДЕРНЕННОЙ И УПЛОТНЕННОЙ ПОЧВЫ Российский патент 2025 года по МПК A01B1/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к инструментам для обработки почвы преимущественно в сельском хозяйстве, на садово-огородных участках и предназначено преимущественно для обработки задерненной и уплотненной почвы, а также для снятия с почвы дернового слоя под его замену плодородной почвой или под устройство долговременных искусственных покрытий, а также для формирования в земле длинных узких углублений, например, мелиоративного назначения, или для укладки кабелей, шлангов, внесения удобрений и подкормок в почву.

Уровень техники

Для обработки почвы в сельском хозяйстве, на садово-огородных участках известны различные конструкции лопат.

Известна лопата (База патентов СССР [Электронный ресурс]: Архив за 1989 год, с. 1622 - Режим доступа URL: https://patents.su/1989/page/1622, свободный, (дата обращения 04.07.2023). Ежов И.Ю. Лопата. Описание изобретения к авторскому свидетельству СССР SU 1528344 А1, МПК: А01В 1/02).

Изобретение относится к лопатам для садово-огороднических работ и может быть использовано для обработки уплотненной или задерненной почвы.

Лопата имеет рукоятку, державку, полотно (лезвие) с опорной частью и ножи, закрепленные по бокам полотна и под углом к нему. Полотно выполнено с продольными окнами и снабжено дополнительными ножами, каждый из которых имеет режущую кромку и размещен на лицевой стороне полотна между смежными окнами. Каждый нож содержит крючкообразный выступ, с помощью которого извлекают из почвы растительные остатки.

Данная конструкция лопаты способствует более тщательной обработке почвы, обеспечивая разрушение отрезаемого пласта задерненной почвы на фрагменты и частичное удаление из почвы растительных остатков, в том числе корней сорняков. Однако, в силу ряда недостатков конструкции эффективное применение данной лопаты возможно только при обработке небольших участков земли, так как требует больших затрат времени и физических сил работающего.

Так, большое количество ножей и их расположение по направлению вперед от лицевой поверхности полотна лопаты, а также и наличие нескольких окон, выполненных в полотне требует больших усилий для погружения лопаты в почву, чем при использовании лопаты со сплошным гладким полотном.

Недостатком является и затрудненное отделение пласта задерненной почвы от полотна лопаты, поскольку отрезанный пласт остается на полотне зажатым между ножами и удерживается силами трения о внутренние поверхности ножей и поверхность полотна. Для отделения пласта почвы от полотна необходимо лопату повернуть вокруг продольной оси и встряхивать ударами полотном о почву, что требует дополнительных усилий работника и затрат времени и сил, снижая производительность и повышая утомляемость работающего.

Наличие нескольких ножей на полотне лопаты приводит также к тому, что корни сорняков разрезаются в почве ножами на мелкие фрагменты. Не смотря на наличие крючкообразных выступов на ножах, предусмотренных для извлечения из почвы растительных остатков, большая часть кусков корней сорняков с развитой корневой системой остается в почве, что способствует в дальнейшем быстрому ее засорению сорняками.

Недостатками также являются узкая сфера эффективного применения - только перекопка небольших задерненных участков почвы, так как требует больших затрат времени и физических сил работающего, и сложность конструкции, что удорожает изготовление.

Известно техническое решение (База патентов СССР [Электронный ресурс]: Архив за 1992 год, с. 839 - Режим доступа URL: https://patents.su/1992/page/839, свободный, (дата обращения 04.07.2023). Пискун Л.Ф. Лопата. Описание изобретения к авторскому свидетельству СССР SU 1732823 А1, МПК: А01В 1/02).

Лопата имеет черенок, державку, с закрепленным на ней полотном лопаты, опору для ног. На полотне выполнены замкнутые прорези в виде окон, и на лицевой стороне закреплены ножи (режущие ребра). Опорная пластина для ног сопряжена с державкой, переходящей в центральное режущее ребро, прорези размещены между боковыми режущими ребрами, которые скошены в сторону центрального ребра.

Каждый цикл работы с применением лопаты данной конструкции состоит из операций: заглубление лопаты в грунт, при этом режущими ребрами подрезается дерн, затем наклоном лопаты вперед пласт почвы отделяется от целины. При подъеме лопаты пласт ломается на центральном ребре, часть его проваливается в прорези, остаток пласта выносится наверх и сбрасывается.

Достоинством данного технического решения является повышение качества обработки почвы.

Недостатком конструкции является ее неэффективное применение при обработке задерненной и уплотненной почвы из-за значительного увеличения трудоемкости. Пласты задерненной почвы, скрепленные корнями травы, не смогут ломаться и проваливаться в предназначенные для этого прорези в полотне и останутся на нем зажатыми между боковыми ножами (ребрами), скошенными в сторону центрального ребра. Для отделения пласта задерненной почвы требуется поднимать лопату вместе с пластом, переворачивать ее и встряхивать ударами. Это требует дополнительных усилий и затрат времени, снижает производительность и повышает утомляемость работника.

Наиболее близким по технической сущности и целевому назначению в отношении предлагаемого изобретения и выбрано прототипом (База патентов СССР [Электронный ресурс]: Архив за 1948 год, с. 32 - Режим доступа URL: https://patents.su/1948/page/31, свободный, (дата обращения 04.07.2023). Апарин А.В. Лопата для копки целины. Описание изобретения к авторскому свидетельству СССР SU 71133 класс 45 а, 4. МПК: А01В 1/02).

Полотно этой лопаты в верхней части снабжено ножами, выступающими вперед от лицевой поверхности полотна лопаты. Ножи заострены, предназначены для подрезки с боков пласта задерненной почвы.

Достоинством лопаты является наличие ножей, подрезающих дерновой слой почвы с боковых сторон полотна. Это значительно облегчает отделение пласта от целины в отличие от описанных выше аналогов.

Недостатком данной конструкции является направленность ножей вперед от лицевой поверхности полотна. При обработке задерненной или уплотненной почвы обрезанный ножами и полотном дерновой пласт вместе с нижним слоем не задерненной почвы затрудненно отделяется от полотна лопаты, поскольку удерживается на полотне зажатым между выступающими вперед ножами силами трения о внутренние поверхности ножей и поверхность полотна. Для отделения пласта от полотна необходимо лопату перевернуть вокруг своей оси и встряхнуть ударами полотна о почву, что требует дополнительных усилий работника и затрат времени, снижая производительность и повышая утомляемость работающего.

Расположение ножей только в верхней части полотна лопаты обеспечивает прорезание только верхнего слоя задерненной почвы, и требуются дополнительные усилия для отрыва нижней части пласта от целины, что также снижает производительность и повышает утомляемость работающего.

Недостатком данной конструкции является высокая вероятность появления поперечной трещины в зоне окончания конусообразного выступа на полотне вследствие многократных знакопеременных изгибающих нагрузок на полотно в процессе работы. В результате срок службы лопаты сокращается и полотно становится непригодным для использования.

Державка черенка в конструкции прототипа, как и в описанных выше аналогах, выполнена сплошной, что требует подгонки диаметра черенка под внутренний диаметр державки для обеспечения надежной фиксации черенка в державке. Деревянный черенок во время продолжительной эксплуатации теряет естественную влажность и уменьшается в диаметре. При этом жесткость скрепления черенка с державкой со временем уменьшается, работать лопатой становится все более неудобно, и в конечном итоге черенок в месте соединения с державкой может сломаться. В бытовых условиях для плотной подгонки черенка к внутреннему диаметру державки ручным инструментом требуется достаточная квалификация и затраты времени.

Раскрытие сущности изобретения

Предлагаемое изобретение направлено на решение технической задачи: уменьшение физической утомляемости работника и повышение производительности его труда при обработке задерненной или уплотненной почвы, расширение сферы применения лопаты и увеличения срока ее службы при сохранении простоты изготовления, удобства и навыков пользования.

Решение поставленной задачи достигается усовершенствованием конструкции лопаты, которая показана на фиг. 1 и фиг. 2. Лопата включает в себя черенок (1) державку черенка (2), опору для ног (3), полотно (4) с двумя боковыми ножами (5), центральным ножом (6) и дополнительными ножами (7). Режущие кромки полотна и ножей заострены.

Как и прототип, конструкция лопаты предусматривает наличие двух ножей, расположенных по боковым сторонам полотна лопаты и предназначенных для подрезки дернового слоя почвы, а режущие кромки полотна и ножей заострены.

В отличие от прототипа, в заявляемом изобретении боковые ножи направлены не в перед от лицевой стороны полотна, а назад, от его тыльной стороны. При этом ножи могут располагаться не только в верхней части полотна, к у прототипа, но и по всей длине боковых сторон, от опоры для ног до начала режущей кромки полотна, это обеспечивает подрезку пласта почвы по всей высоте полотна лопаты, что облегчает отделение пласта от целины. Расположение боковых ножей исключает зависание пласта почвы на лицевой стороне полотна лопаты, как это происходит если боковые ножи направлены вперед от лицевой стороны полотна лопаты. Поэтому для отделения пласта почвы от полотна не требуется поднимать лопатой пласт почвы, затем переворачивать и встряхивать лопату, достаточно наклонить лопату вперед, либо просто повернуть ее направо или налево.

В отличие от прототипа, на лицевой стороне полотна закреплен центральный нож, расположенный вдоль оси симметрии полотна, который предназначен для разделения пласта почвы на две части одновременно с обрезкой пласта полотном и боковыми ножами при каждом погружении полотна лопаты в почву, что облегчает ее последующую обработку. Центральный нож, служит также ребром жесткости, препятствуя появлению трещины в полотне, которая обычно появляется при обработке задерненных и уплотненных почв.

В отличие от прототипа, на лицевой стороне полотна, по сторонам от центрального ножа, закреплены дополнительные ножи для увеличения количества частей, на которые делится пласт почвы, что дополнительно облегчает ее последующую обработку. Для предотвращения зависания частей пласта между центральным и дополнительными ножами высоту дополнительных ножей над поверхностью полотна устанавливают меньшей высоты центрального ножа, либо закрепляют дополнительные ножи со смещением относительно центрального ножа по направлению к режущей кромке полотна. С этой же целью плоскости всех ножей расположены параллельно друг другу и перпендикулярно воображаемой плоскости, проходящей через линии боковых сторон полотна. В частном случае, если полотно является плоским, плоскости ножей перпендикулярны плоскости полотна.

Дополнительные ножи утяжеляет лопату и усложняет ее изготовление. Поэтому их наличие целесообразно в том случае, когда лопата предназначена для обработки почв с сильным, многолетним задернением.

В отличие от прототипа, державка черенка выполнена разрезной с зазором по разрезу. Если полотно лопаты и черенок приобретаются по отдельности, наличие на державке зазора между сторонами разреза позволяет в бытовых условиях легко подогнать внутренний диаметр державки под диаметр черенка, обеспечив плотную фиксацию черенка в державке.

Использование лопаты для обработки участков задерненной или уплотненной почвы происходит следующим образом.

1. Лопату устанавливают на поверхность почвы вертикально, или под углом, удобным для работы.

2. Заглубляют лопату в почву нажатием ноги на опору для ног. При этом с тыльной стороны полотна происходит подрезание пласта почвы с трех сторон: полотном лопаты и боковыми ножами.

3. Извлекают лопату из почвы.

4. Смещают лопату на ширину полотна вправо или влево параллельно выбранному направлению фронта работы.

5. Повторяют перечисленные операции, передвигаясь параллельно фронту работы до его конца. В результате вдоль фронта работы, с тыльной стороны лопаты останется ряд пластов почвы, каждый из которых подрезан с трех сторон - спереди и по боковым сторонам.

6. Отступив назад на расстояние примерно равное ширине боковых ножей, устанавливают полотно лопаты на поверхность почвы позади подрезанного с трех сторон пласта.

7. Заглубляют лопату в почву нажатием ноги на опору для ног. При этом с лицевой стороны полотна пласт, уже подрезанный с трех сторон на предыдущем проходе по фронту работы, подрезается полотном лопаты с четвертой, задней, стороны пласта, и одновременно этот пласт разрезается на части ножами, расположенными на лицевой стороне полотна. С тыльной же стороны полотна, аналогично п. 2, одновременно происходит подрезание пласта почвы с трех сторон - полотном лопаты и боковыми ножами.

8. Пласт почвы, отрезанный от целины с четырех сторон и разделенный на части центральным и дополнительными ножами, отделяют от целины и полотна лопаты просто наклонением лопаты вперед, или назад, или на сторону и извлекают лопату из почвы. Тратить время и усилия на подъем пласта почвы на полотне лопаты, переворачивать и встряхивать лопату не требуется.

9. Смещают лопату на ширину полотна параллельно фронту работы, и повторяют операции, описанные в пунктах 7 и 8, передвигаясь вдоль фронта работы до его конца.

Таким образом, в дальнейшем при каждом погружении лопаты в почву происходит отделение пласта почвы от целины сразу с четырех сторон и одновременно деление пласта на части. Для отделения пласта от полотна лопаты не требуется поднимать на лопате пласт почвы и переворачивать лопату.

Для снятия с почвы дернового слоя на участке земли используют те же приемы, что описаны выше для обработки участков задерненной или уплотненной почвы, но с удалением снятого дернового слоя.

Формирование в земле длинных узких углублений, например, мелиоративного назначения, или для укладки кабелей, шлангов, внесения удобрений и подкормок в почву, производят следующим образом.

1. Лопату устанавливают на поверхность почвы вертикально, или под углом, удобным для работы.

2. Заглубляют лопату в почву нажатием ноги на опору для ног. При этом с тыльной стороны полотна происходит подрезание пласта почвы с трех сторон: полотном лопаты и боковыми ножами.

3. Извлекают лопату из почвы без перемещения подрезанного с трех сторон пласта.

4. Отступают назад и перемещают лопату на расстояние примерно равное ширине ножей.

5. Заглубляют лопату в почву нажатием ноги на опору для ног. При этом с лицевой стороны полотна пласт, уже подрезанный с трех сторон на предыдущем проходе по фронту работы, подрезается полотном лопаты с четвертой, задней стороны пласта, и одновременно этот пласт разрезается на части ножами, расположенными на лицевой стороне полотна. С тыльной же стороны полотна одновременно происходит подрезание следующего пласта почвы с трех сторон - полотном лопаты и боковыми ножами.

6. Отделяют от целины подрезанный с четырех сторон пласт наклонением лопаты назад и переносят пласт лопатой на край формируемого в земле углубления.

7. Повторяют операции по пунктам 4-6 до окончания работы.

В результате в земле формируется узкое углубление с ровными отвесными краями. Длина углубления определяется количеством выполненных операций, ширина углубления - шириной полотна лопаты, а высота будет соответствовать выбранной глубине погружения лопаты в почву.

Таким образом, вследствие изменения конструкции лопаты по сравнению с прототипом, а именно вследствие изменения расположения на полотне лопаты боковых ножей назад от тыльной стороны полотна и установке на лицевой стороне по крайней мере одного центрального ножа при обработке задерненных и уплотненных почв обеспечивается решение поставленной задачи - уменьшение физической утомляемости работника и повышение производительности его труда при обработке задерненной или уплотненной почвы, расширение сферы применения лопаты при сохранении простоты ее изготовления, удобства и навыков пользования. Согласно сравнительным испытаниям, которые проведены заявителем, при обработке задерненной почвы обеспечивается уменьшение утомляемости работающего и повышение производительности по сравнению с прототипом в 1,5 - 2 раза. Наибольший эффект достигается при обработке увлажненных и глинистых почв с многолетним задернением.

Вследствие изменения конструкции лопаты, а именно расположением на лицевой стороне полотна центрального ножа, служащего одновременно и ребром жесткости, предотвращается появление трещины в полотне лопаты, а также вследствие изменения конструкции державки для более точной подгонки ее диаметра к диаметру черенка, увеличивается срок службы лопаты.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 изображена в аксонометрической проекции лопата, состоящая из черенка (1) и рабочего органа, включающего державку (2), опору для ног (3), полотно (4), боковые ножи (5), центральный нож (6) и дополнительные ножи (7).

На фиг. 2 показан вид на рабочий орган лопаты со стороны державки. Разрез державки показан по осям отверстий. Центральный и дополнительные ножи не показаны.

Осуществление изобретения

Осуществление изобретения не требует применения новых материалов и технологий, используются известные методы металлообработки, такие как штамповка и сварка листовой стали, трубопроката для изготовления металлического черенка, а также деревообработки для изготовления деревянного черенка.

Ножи, державка и опора для ног жестко связаны с полотном. Обеспечение жесткости связей может достигаться различными известными способами. Например, полотно лопаты, боковые ножи и дополнительные ножи, опора для ног и державка могут составлять единый узел, изготовленный из листовой стали методом штамповки, а центральный нож, изготовленный из листовой стали, скреплен с полотном лопаты и державкой сварным соединением. Дополнительные ножи изготавливают таким же способом, либо формируют вырубкой в полотне лопаты с последующим изгибом ножей вперед от лицевой стороны полотна лопаты.

Формирование поверхности державки черенка производится изгибанием на оправке. Заточка режущих кромок полотна и ножей производится на заточном станке.

Черенок изготавливают из дерева или из металлической трубы, например, из алюминиевого сплава.

Лопату изготавливают в нескольких исполнениях. В усиленном варианте оптимальная высота боковых ножей над поверхностью полотна составляет 60 - 80 мм, в облегченном варианте 30 - 40 мм. В универсальном варианте оптимальная высота боковых ножей составляет 50 - 60 мм. Высота центрального и дополнительных ножей 30 - 50 мм. Лопату в универсальном и облегченном вариантах изготавливают без дополнительных ножей. Лопату, предназначенную только для снятия дернового слоя изготавливают укороченной по длине полотна на 50-60% и без ножей на лицевой стороне полотна. Таким образом, конструкция лопаты позволяет увеличить ассортимент инструментов для обработки почвы.

Внутренний диаметр державки определяют в зависимости от принятого диаметра черенка. Ширину разреза на державке выбирают в зависимости от заданных пределов регулировки внутреннего диаметра державки. Например, при заданных максимальном диаметре черенка 50 мм, и минимальном диаметре 47 мм, достаточная ширина разреза на оправке составляет 10 мм. Разрезная державка формируется, как и обычная неразрезная, например, изгибанием на оправке, но сварка шва уже не требуется.

Фиксацию черенка в оправке обеспечивают саморезами или шурупами через отверстия, выполненные в оправке, например, сверлением. Оптимальное количество отверстий 4, по 2 на каждой стороне разреза в оправке. Для дополнительного усиления фиксации черенка в державке используют ленточные металлические хомуты.

Уменьшение внутреннего диаметра державки, если это требуется в процессе эксплуатации лопаты (усыхание и износ деревянного черенка), осуществляют обстукиванием молотком, используя, например, в качестве оправки сам черенок, зазор в разрезе державки при этом уменьшается. Если необходимо увеличить диаметр державки, достаточно ее слегка разогнуть, используя любой подходящий инструмент, например стамеску, или топор, зазор в разрезе державки при этом увеличивается.

Изобретение относится к инструментам для обработки почвы, в частности к лопатам, и предназначено для обработки уплотненной почвы, преимущественно для обработки задерненной почвы. Полотно лопаты имеет боковые ножи, закрепленные по бокам полотна по всей их длине и направленные назад, в сторону от тыльной стороны полотна. На лицевой поверхности полотна размещены центральный нож и дополнительные ножи. При этом плоскости всех ножей параллельны друг другу и перпендикулярны воображаемой плоскости, проходящей через линии боковых кромок полотна. Высота дополнительных ножей меньше высоты центрального ножа. Высота ножей над поверхностью полотна находится в пределах от 30 до 80 мм. Ножами и полотном обеспечивается подрезание пласта почвы с четырех сторон с одновременным разделением пласта на части. Центральный нож, расположенный на лицевой поверхности полотна по его оси симметрии, служит также ребром жесткости для полотна. Изобретение позволяет уменьшить трудоемкость работы и повысить производительность. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Лопата для обработки задерненных и уплотненных почв, состоящая из черенка, державки черенка и полотна с центральным ножом на лицевой стороне полотна, расположенным по его оси симметрии, с боковыми ножами, расположенными по всей длине боковых сторон полотна, и дополнительными ножами на его лицевой стороне, отличающаяся тем, что боковые ножи выступают назад с тыльной стороны полотна, при этом плоскости всех ножей параллельны друг другу и перпендикулярны воображаемой плоскости, проходящей через линии боковых кромок полотна, причем высота дополнительных ножей меньше высоты центрального ножа.

2. Лопата по п.1, отличающаяся тем, что высота ножей над поверхностью полотна находится в пределах от 30 до 80 мм.

3. Лопата по.1, отличающаяся тем, что державка черенка выполнена разрезной.