Лопата

 

Изобретение предназначено для вскапывания почвы при садовоогородных работах. Лопата содержит полотно, тулейку и черенок. Полотно лопаты и тулейка жестко связаны между собой посредством кронштейна. Нижняя часть кронштейна заточена, а на верхней части кронштейна нанесены деления. Черенок лопаты имеет конусную форму, убывающую кверху по мере снижения изгибающего момента. Предложенная конструкция лопаты позволит снизить величину мышечных усилий на перекопку почвы, снизить количество наклонов и приседаний работающего, снизить вес изделия. 1 ил.

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.

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.

РИСУНКИ

Рисунок 1