лопата

Формула изобретения

Лопата, содержащая полотно, тулейку и черенок, причем полотно и тулейка жестко связаны между собой посредством кронштейна, отличающаяся тем, что нижняя часть кронштейна заточена, а на верхней части кронштейна нанесены деления, кроме того, черенок имеет конусную форму, убывающую кверху по мере снижения изгибающего момента.

Описание изобретения к патенту

Изобретение предназначено для вскапывания почвы при садовоогородных работах.

Существующий способ перекопки почвы лопатой состоит из следующих операций: установка полотна лопаты, заглубление полотна лопаты, отрыв пласта от монолита, подъем пласта, сброс его с полотна и дробление.

При заглублении лопаты почва работает на сжатие, а при отрыве пласта - на разрыв. Сопротивление почвы на разрыв в 10-20 раз меньше, чем на сжатие /cм. Смирнягин А. Скальпель земледельца. Техника-молодежи, N 5, 1976, с 27-29/. Поэтому на заглубление полотна лопаты используется усилие ноги.

В зависимости от принятой толщины пласта изменяются все характеристики процесса перекопки. Так, например, при уменьшении толщины пласта повышается качество рыхления почвы, но одновременно повышается количество циклов и затраты труда на заглубление полотна лопаты. Поэтому опытным путем была принята оптимальная толщина пласта, равная 65 мм, которой соответственно равно количество циклов на 1 м² поля -75, вес пласта 3,72 кгс, усилие на заглубление полотна в тяжелых почвах 32 - 40 кгс, усилие на отрыв пласта от монолита на черенке на высоте 1 м от поверхности поля 4,2 кгс.

Процесс перекопки почвы начинается с установки режущей кромки полотна лопаты от края поля на глаз, что не позволяет прогнозировать затраты труда и соизмерять их со своими физическими возможностями, снижает качество перекопки почвы, и поле всегда бывает неровным.

По ГОСТ 19596-87. Лопаты. ТУ. Садово-огородные лопаты снабжены цилиндрическими по форме черенками с небольшим конусным окончанием /у ручки/, изготовленными из пиломатериалов лиственных плотных пород 1-го сорта: береза, клен, ясень по ГОСТ 2695-83.

Применяемые черенки характеризуются избыточным усилием изгибающего момента в средних сечениях черенка, что повышает их вес, а следовательно, и вес готового изделия.

Используемые лопаты и их черенки не отвечают биомеханическим характеристикам человека, так как каждый выполняемый цикл сопровождается глубоким наклоном и приседанием работающего, что способствует развитию заболеваний позвоночника и ног /cм. Аруин А.С., Зациорский В.М. Эргономическая биомеханика. М.: Машиностроение, 1989, с. 112-113/.

Известен изогнутый черенок, изобретенный дизайнерами шведской фирмы "Норбергс Редскап" и советскими новаторами /cм. журнал "Наука и жизнь" N 7 и N 11, 1989 г. в рубрике "На садовом участке"/. Согласно законам эргономики, такой черенок позволяет работать в зоне легкой досягаемости без глубоких наклонов.

Однако получить такую форму черенка можно лишь только используя металлические трубки или из дерева, используя сложную и дорогую технологию.

Прототипом предложенного устройства по максимальному числу сходных признаков является специальная лопата /US патент N 5120098, кл. A 01 B 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 затем переходит в круглую. Прямоугольная форма черенка увеличивает момент сопротивления и служит мощным рычагом отрыва пласта. Однако известная конструкция может быть использована только на тяжелых почвах и на специальных работах.

В задачу изобретения входило снижение величины мышечных усилий на перекопку почвы, снижение величины наклонов и приседаний, сохранение прежнего веса изделия.

Существенными признаками изобретения являются:

- нижняя часть кронштейна заточена;

- на верхней части рычага нанесены деления, соответствующие значениям измеряемой толщины пласта;

- деревянный черенок имеет конусную форму по мере убывания изгибающего момента.

Технический результат от использования устройства.

Снижение мышечных усилий при заглублении полотна лопаты на 2 - 4 кгс в каждом цикле, благодаря возможности приложения осевого усилия ноги.

Снижение мышечных усилий, благодаря коленчатой форме лопаты, что позволяет захватывать черенок ниже /короткое плечо/, и нагрузка на руки снижается на 20%.

Снижение величины наклонов и приседаний на 200 мм, благодаря коленчатой форме лопаты, так как черенок находится в зоне легкой досягаемости моторного поля работающего /cм. ГОСТ 22269-76 п. 2.1/.

Повышение качества дробления почвы, благодаря надрезке пласта.

Возможность использования лопаты в качестве скребка, без глубокого наклона работающего.

Наличие кронштейна ограничивает сползание почвы назад, что расширяет сферу использования данной лопаты.

Данное техническое решение пригодно и для вил.

На чертеже изображен общий вид лопаты: две проекции и вид сверху /без черенка/.

Лопата состоит из полотна 1, например типа лопаты копательной остроконечной без тулейки. К полотну 1 под углом 10 - 12^o /как у садовоогородных лопат /жестко закреплен кронштейн 2 длиной примерно 185 мм, достаточной для размещения мужской подошвы. Нижняя часть кронштейна 2 заточена, примерно на 100 мм с учетом максимально возможной толщины пласта. На верхней части кронштейна 2 нанесены деления 3, соответствующие толщине пласта 50, 65, 100 и 140 мм. Второй конец кронштейна 2 жестко связан с тулейкой 4, в которую закрепляется черенок 5. С учетом прилагаемого изгибающего момента при отрыве пласта, черенок 5 должен иметь конусную форму тонким концом кверху по мере убывания изгибающего момента. Такую форму имеют естественные аналоги лиственного дерева /например береза/. При замерах стволов молодой березы на 1000 мм длины, средние размеры диаметра уменьшаются на 10 - 12 мм, т.е. конусность составляет от 1:100 до 1:83. Такой черенок можно использовать готовый или выточить механическим способом.

Процесс работы с лопатой.

Глядя на деления 3 установить режущую кромку полотна от края поля /делянки/. Установить полотно лопаты 1 под удобным углом наклона 10 - 12^o к вертикали. При этом черенок 5 станет вертикально, таким образом снижается величина приседаний работающего. После этого правую ногу устанавливают по осевой линии кронштейна 2 и, наступая подошвой на полотно лопаты и кронштейн, заглубляют полотно лопаты в грунт. При этом заточенная часть кронштейна 2 доходит до грунта и надрезает пласт. Нажимая на черенокб 5 отрывают пласт от монолита и полотно 1 с отделенным пластом поднимается над почвой незначительно. Затем с помощью черенка 5 производят опрокидывание полотна 1 и возврат полотна в исходное положение. При подъеме полотна 1 черенок 5 будет находиться выше на 200 мм, чем у аналогов и прототипа, и можно захватывать черенок 5 ближе к полотну. Плечо будет меньше, следовательно, и затраты труда будут меньше /см. журнал "Здоровье" N 3, 1989 г. и Аруин А.С. Зациорский В.М. Эргономическая биомеханика. Глава 3 //Биомеханика работы стоя. М:Машиностроение, 1989, с. 95-120/. Такую лопату удобно использовать как скребок для подрезки сорной растительности или скалывания наледи без глубокого наклона работающего. Такое техническое решение пригодно и для крепления вил, используемых при перекопке садовых участков.

Также возможен и резьбовой вариант крепления тулейки с кронштейном, который позволяет использовать два положения тулейки: вертикальное и горизонтальное. При горизонтальном положении тулейки лопата может использоваться как мотыга /см. журнал "Моделист-конструктор" N 8, 1991, с. 6/. КПД мотыги возрастает т.к. центр масс приближается к полотну /см. Аруин А.С., Зациорский В. М. Эргономическая биомеханика. М.: Машиностроение, 1989, с. 30, 31/. Экономия сил при заглублении полотна лопаты в среднем на 1 м² поля 150 - 300 кгс. Вес предлагаемой лопаты по сравнению с обычной не изменится потому, что повышение веса за счет кронштейна компенсируется снижением веса черенка.