Ручная электрическая аккумуляторная метла для уборки снега, льда, воды, земли, листьев и мусора
MANUAL ELECTRIC STORAGE BROOM FOR CLEANING SNOW, ICE, WATER, EARTH, LEAVES AND GARBAGE

Изобретение относится к устройствам для подметания улиц, дорог и т.п. Е01Н 1/02 и для удаления снега или льда с дорог и дорожных покрытий с вращающимися частями Е01Н 5/09, а также к чистке с помощью щеток с вращающимся рабочим элементом В08В 1/04.
(1) Известен перезаряжаемый электроинструмент (по патенту на изобретение РФ № 2591914 по заявке № 2011139420/02 от 27.09.2011 г.), который содержит аккумуляторную батарею, служащую источником электропитания, закрепленную с возможностью отсоединения на части. При этом часть для закрепления выполнена ниже отверстий в корпусе. В корпусе закреплен герметизирующий элемент для предотвращения попадания воды в аккумуляторную батарею, обеспечивающий герметизацию между отверстиями и аккумуляторной батареей. Технический результат заключается в улучшении водонепроницаемости зазора между частью для закрепления аккумуляторной батареи электроинструмента и аккумуляторной батареей.
Недостатками описанного изобретения являются 1) трудоемкость изготовления изоляции от воды при изготовлении, 2) отсутствие упоминания про полную изоляцию от воды электродвигателя с помощью кожуха, 3) если электродвигатель подобной конструкции установить внизу палки вращающейся метлы, то вода из луж, которая будет омывать электродвигатель в больших количествах, просочиться через любую гидроизоляцию, 3) зажим для сверла или отвертки в сверлильной машине слишком тяжелый, кроме того крепление сверла или отвертки происходит с одной стороны, для щетки такое крепление непригодно, ее надо крепить с двух концов, иначе она будет болтаться.
(2) Известен трехступенчатый снегомет (по патенту на изобретение РФ № 2600710 по заявке № 2014143906/13 от 15.02.2013 г.), который содержит источник питания и корпус, функционально соединенный с источником питания. Продольный приводной вал снегомета функционально соединен с источником питания, причем по меньшей мере часть продольного приводного вала расположена в корпусе, а источник питания избирательно приводит во вращение продольный приводной вал. Поперечный приводной вал функционально соединен с продольным приводным валом и расположен перпендикулярно ему, а вращение продольного приводного вала обеспечивает вращение поперечного приводного вала. Снегомет включает первую ступень в сборе, функционально соединенную с указанным поперечным приводным валом для перемещения снега в осевом направлении относительно указанного поперечного приводного вала. Вторая ступень снегомета в сборе функционально соединена с продольным приводным валом для приема снега из указанной ступени в сборе и перемещения
снега в осевом направлении относительно продольного приводного вала. Третья ступень снегомета в сборе функционально соединена с продольным приводным валом, расположенным рядом со второй ступенью в сборе для приема снега из второй ступени в сборе и перемещении снега в радиальном направлении в желоб для выпуска снега из корпуса. Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении рабочей эффективности снегомета.
Недостатками снегомета являются 1) он довольно громоздкий, ему нужно специальное помещение для хранения, 2) он эффективен при уборке толстого слоя снега, при тонком снеге, особенно в несколько миллиметров его не используют, убирают снег вручную, малые снегопады случаются чаще, чем большие, поэтому его используют 3-7 раз за зиму в Поволжье.
(3) Известно устройство для обработки почвы и уборки территории (по патенту на полезную модель РФ № 95952 по заявке № 2010112686/22 от 1.04.2010 г.), включающее раму, опорное колесо, узел крепления сменного рабочего инструмента, штангу, связанную со сменным рабочим инструментом и сменный рабочий инструмент, который может быть минигрейдерным ножом, устройством для скалывания льда, щеткой для уборки мусора или ледяной крошки, полольником, скребком.
Недостатками устройства являются следующие 1) они приводятся в действие вручную без двигателей, что снижает производительность труда, 2) минигрейдерный нож и скребок могут убрать снег на ровном участке поверхности, но на сложном рельефе местности, например, на ступенях крыльца, им работать невозможно, кроме того собранный в кучу снег понадобиться потом забрасывать на сугроб, для чего все равно понадобится лопата.
(4) Известна машина для уборки снежно-ледяных образований с дорожной поверхности (по патенту на полезную модель РФ № 40753 по заявке № 2004112948/22 от 5.05.2004 г.), которая включает установленные на базовом шасси силовую установку с вентилятором и бункер для приема соскабливаемого с дорожной поверхности льда. Со стороны задней части шасси смонтированы подборщик соскабливаемого льда, подсоединенный к вентилятору, и рабочий орган для соскабливания льда. Рабочий орган образован двумя лотковыми щетками, которые установлены между задней частью шасси и подборщиком и при вращении соскабливают лед и подают его во всасывающий патрубок подборника. По меньшей мере, часть ворса лотковых щеток выполнена металлической. Лотковые щетки и подборщик могут смещаться в одну и/или другую сторону в направлении от продольной оси шасси и фиксации в смещенном положении. На шасси машины со стороны ее передней части смонтировано плужное оборудование для удаления снежных образований.
Недостатками машины являются следующие 1) при необходимости уборки узкой тропинки она непригодна, 2) при необходимости уборки закутков, куда не въедет машина, она непригодна, 3) бункер периодически переполняется льдом и надо прерывать работу, съезжать с дороги для его высвобождения, 4) в неудобопроходимой для машин местности изобретение нельзя применить.
(5) Известна коса (по патенту на полезную модель РФ № 107889 по заявке № 2010134867/13 от 20.08.2010 г.), включающая бензиновый одноцилиндровый двигатель, удлинитель, редуктор и фрезу с серповидной геометрией режущей части, уложитель для сбора и складирования срезанной травы в валок,
неподвижный палец и ограничитель высоты между фрезой и грунтом, который копирует рельеф почвы и защищает фрезу от повреждений о препятствия.
Недостатками косы являются следующие 1) не учитываются рост и длина руки косящего, людям слишком высокого или слишком низкого роста держать ее будет не очень удобно, 2) использование бензина требует соблюдения техники пожарной безопасности, иначе может произойти возгорание, 3) не конкретизировано крепление редуктора, 4) при желании косаря работать одной рукой, это сделать невозможно, поскольку ручек две и расположены они по бокам от центральной оси, при работе одной рукой руки можно менять и не останавливать работу для отдыха, как с двумя руками, 5) скорость вращения фрезы постоянна, ее невозможно изменить в зависимости от толщины травы или ее густоты.
(6) Известно устройство для кошения (по патенту на полезную модель РФ № 107890 по заявке 2011118896/13 от 12.05.2011 г.), которое в случае использования устройства без колес имеет ремни для закрепления его на теле косящего, оно имеет также блок управления для включения прибора, который закреплен на ручке и не конкретизируется. Экспериментально установлено, что за счет выполнения ручки полой и а также за счет того, что по крайней мере часть ручки покрыта слоем материала с коэффициентом отражения света на длине волны в диапазоне 500-560 нм более, чем коэффициент отражения света на длине волны 632,8 нм снижается утомляемость пользователя.
Недостатками устройства для кошения являются следующие 1) не учитываются рост и длина руки косящего, людям слишком высокого или слишком низкого роста держать ее будет не очень удобно, 2) использование бензина требует соблюдения техники пожарной безопасности, иначе может произойти возгорание, 3) не конкретизировано крепление редуктора, 4) при желании косаря работать одной рукой, это сделать невозможно, поскольку ручек две и расположены они по бокам от центральной оси, при работе одной рукой руки можно менять и не останавливать работу для отдыха, как с двумя руками, 5) скорость вращения фрезы постоянна, ее невозможно изменить в зависимости от толщины травы или ее густоты.
(7) Известна механическая ручная газонокосилка (по патенту на полезную модель РФ № 110899 по заявке 2011132379/13 от 1.08.2011 г.), которая снабжена оригинальной системой привода, включающей горизонтально расположенный маховик, приводимый во вращение вручную рычагом через обгонную муфту и мультипликатор, при этом режущий барабан выполнен в виде плоского диска с заточенной кромкой и установлен под корпусом газонокосилки на валу маховика, косилка содержит два колеса, которые вращаются независимо от вращения диска.
Недостатками газонокосилки являются 1) наличие колес, которые снижают маневренность, не везде можно въехать на колесах, 2) требуется периодически затрачивать дополнительные физические усилия на раскручивание маховика, что при наличии современных бензиновых и электрических двигателей выглядит анахронизмом.
(8) Известно устройство для подметания улиц и уборки снега (по патенту на изобретение РФ № 2576172 по заявке № 2014150138/13 от 10.12.2014 г.), содержащее щетку, черенок с опорно-передвижным механизмом, отличающееся тем, что щетка с противоположной стороны снабжена скребком, внизу на черенке
закреплено съемное колесо с пружинным амортизатором, сама рукоятка имеет круглое поперечное сечение и свободно вращается внутри патрубков для съемного колеса и упорного патрубка. Кроме того, место закрепления патрубка для съемного колеса и высота телескопической стойки меняется и зависит от величины прижимного усилия. Кроме того, место закрепления упорного патрубка на черенке меняется и зависит от роста оператора. Кроме того, ширина щетки и скребка зависит от ширины фронта работ и равна 0,5-1,5 метра.
Недостатками устройства являются следующие 1) скребок менее удобен, чем лопата, поскольку снег недостаточно сдвинуть в сторону, его надо еще забросить на сугроб, 2) насадок со щеткой и скребком необходимо более сложным образом закрепить на черенке, со временем он будет расшатываться и слетать с черенка, 3) на мокром тротуаре тяжело сметать листья, они прилипают к асфальту и надо делать много подметательных движений, чтобы их сдвинуть с асфальта, или придется наклоняться, чтобы их отлепить руками.
(9) Известен рабочий орган И.И. Кравченко подметально-уборочной машины (по патенту на изобретение РФ № 2048633 по заявке № 4914884/11 от 18.01.1991 г.), содержащий конвейер со скребками, тяговый орган которого охватывает приводную и обводную звездочки и щетку, ворс которой закреплен продольными рядами, отличающийся тем, что ворс щетки закреплен на барабане, установленном по оси обводной или приводной звездочки с возможностью одновременного с ней вращения и ввода-вывода рядов ворса щетки в пространство между скребками конвейера.
Недостатками изобретения являются 1) наличие двух вращающихся звездочек, а не одной, с барабанами утяжеляет рабочий орган, что существенно при применении изобретения на ручной щетке, 2) лента конвейера должна быть сделана из эластического материала, чтобы подвижно охватывать барабаны, при уборке льда сопротивление конвейеру будет сильным, поэтому лента может оборваться.
(10) Известно устройство для очистки поверхностей (по авторскому свидетельству на изобретение СССР № 1726064 по заявке № 4774487/12 от 26.12.1989 г.), содержащее полый корпус, установленную по его оси турбинку с дисковым торцовым рабочим органом и систему подачи рабочего агента, отличающееся тем, что с целью расширения технологических возможностей путем очистки от жировых загрязнений моющим раствором, диск установлен в корпусе посредством подшипников и подпружинен относительно корпуса в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Кроме того, полость для размещения турбинки выполнена конусной, а система подачи рабочего агента имеет тангенциальные каналы, сообщающиеся с конусной полостью.
Недостатками изобретения являются следующие 1) пружины подшипника усложняют изготовление устройства, но являются лишней деталью, поскольку щетинки щетки сами пружинят, также пружинят руки человека, держащего метлу, 2) торцевая щетка втирает грязь, но не отбрасывает ее в сторону, что более актуально, чтобы не делать подметательных движений руками.
(11) Известно устройство для очистки плоских изделий (по авторскому свидетельству на изобретение СССР № 1734882 по заявке № 4725726/12 от
7.08.1989 г.), содержащее вал со щетиночной обоймой, размещенный на двуплечем рычаге, и силовой цилиндр, снабженный подпружиненным упором, отличающееся тем, что с целью улучшения условий эксплуатации и снижения виброперегрузок, оно дополнительно содержит нажимную втулку с фиксатором, установленную на щеточной обойме, неподвижный рычаг и датчик компенсации износа щеточной обоймы, причем вал выполнен составным, одна часть которого в виде приводной консольной опоры соединена с неподвижным рычагом, а другая в виде подвижной консольной опоры соединена с двуплечим рычагом, при этом обе консольные опоры установлены внутри щеточной обоймы по ее концам, причем двуплечий рычаг выполнен поворотным в плоскости, параллельной очищаемой плоскости изделия, а упор выполнен в виде гидроцилиндра, шток которого посредством фиксатора связан с датчиком износа щеточной обоймы. Достоинством изобретения является то, что щеточную обойму легко менять.
Недостатками устройства являются следующие 1) узкая специализация щетки: ее используют только на прокатном стане, 2) с течением времени фиксаторы будут расшатываться, а прижимающая их пружина в виде изогнутой полоски металла будет ослабевать от сгибаний-разгибаний, со временем пружины с фиксаторами понадобится заменять на новые.
(12) Известно и предлагается в качестве прототипа устройство для очистки поверхности (по патенту на изобретение РФ № 2647447 по заявке № 2015129075 от 13.12.2013 г.), конструкция насадки для устройства для очистки содержит
- корпус насадки,
- щетку, выполненную с возможностью ее вращения вокруг оси щетки и снабженную гибкими элементами щетки, имеющими концевые части для контакта с очищаемой поверхностью и захвата частиц грязи и/или жидкости с поверхности при вращении щетки, причем щетка, по меньшей мере, частично окружена корпусом насадки и выступает, по меньшей мере частично из нижней стороны корпуса насадки,
- блок привода для приведения щетки во вращение,
- элемент резинового скребка, расположенный на расстоянии от щетки и прикрепленный к нижней стороне корпуса насадки с первой стороны щетки, с которой элементы щетки входят в корпус насадки при вращении щетки, причем элемент резинового скребка выполнен с возможностью стирания частиц грязи и/или жидкости с очищаемой поверхности при перемещении устройства для очистки,
- дефлектор для контакта со щеткой и отклонения элементов щетки при вращении щетки, и
- ограничительный элемент для, по меньшей мере, частичного ограничения всасывания воздуха в корпус насадки со второй стороны щетки, с которой элементы щетки покидают корпус насадки,
причем ограничительный элемент, при взгляде в направлении вращения щетки расположен сзади дефлектора для вхождения элементов щетки в контакт с дефлектором до прохождения ими ограничительного элемента и до последующего прохода из корпуса насадки с нижней стороны при вращении щетки, и отличается тем, что ограничительный элемент содержит механически гибкий элемент, выполненный благодаря его гибкости с возможностью принятия им формы, по существу соответствующей форме наружной поверхности щетки и с возможностью контакта с концевыми частями во время вращения щетки.
Кроме того, механически гибкий элемент может быть выполнен из листа тканевого материала, резины или пластмассы.
Кроме того, дефлектор может быть выполнен из механически гибкого материала.
Кроме того, ограничительный элемент содержит множество разрезов, расположенных параллельно друг другу и перпендикулярно оси щетки.
Кроме того, ограничительный элемент и дефлектор могут быть расположены со второй стороны щетки, с которой элементы щетки покидают корпус насадки при вращении щетки, причем вторая сторона находится напротив первой стороны относительно оси щетки.
Кроме того, элемент резинового скребка содержит блок переключения для переключения элемента резинового скребка в закрытое положение, в котором элемент резинового скребка выполнен с возможностью перемещения или стирания частиц грязи и/или жидкости с очищаемой поверхности при перемещении устройства для очистки по очищаемой поверхности в направлении вперед, в котором элемент резинового скребка, при взгляде в направлении перемещения устройства для очистки, расположен сзади щетки, а также для переключения элемента резинового скребка в открытое положение, в котором частицы грязи и/или жидкости с очищаемой поверхности могут войти в область всасывания через отверстие между элементом резинового скребка и поверхностью при перемещении устройства для очистки по поверхности в направлении назад, в котором элемент резинового скребка при взгляде в направлении перемещения устройства для очистки расположен перед щеткой.
Кроме того, линейная массовая плотность множества элементов щетки, по меньшей мере на концевых частях составляет менее 150 г на 10 км, предпочтительно менее 20 г на 10 км.
2
2
2
Кроме того, блок привода выполнен с возможностью осуществления центробежного ускорения на концевых частях элементов щетки, составляющего в частности, во время периода сброса грязи, при отсутствии контакта элементов щетки с поверхностью при вращении щетки, по меньшей мере 3000 м/с, более предпочтительно по меньшей мере 7000 м/с и наиболее предпочтительно 12000 м/с.
Кроме того, блок привода выполнен при работе устройства с возможностью осуществления угловой скорости щетки в диапазоне от 3000 до 15000 оборотов в минуту, более предпочтительно в диапазоне от 5000 до 8000 оборотов в минуту.
Кроме того, щетка имеет диаметр, находящийся в диапазоне от 10 до 100 мм, более предпочтительно в диапазоне от 20 до 80 мм, наиболее предпочтительно в диапазоне от 35 до 50 мм, при нахождении элементов щетки в полностью выпрямленном состоянии при вращении щетки.
2
Кроме того, плотность упаковки элементов щетки составляет, по меньшей мере, 30 пучков элементов щетки на 1 см, причем количество элементов щетки в пучке составляет, по меньшей мере, 500.
Кроме того, устройство может содержать вакуумное устройство для создания пониженного давления в области всасывания между корпусом насадки и щеткой. Кроме того, упомянутое в предыдущем пункте вакуумное устройство выполнено с возможностью создания пониженного давления в диапазоне от 3 до 70 мбар, предпочтительно в диапазоне от 4 до 50 мбар и наиболее предпочтительно в диапазоне от 5 до 30 мбар.
Недостатками описанного устройства являются следующие:
1) трение дефлектора о щетку создает дополнительное препятствие и способствует более быстрому износу щетки, механизм замены щетки на новую не описан,
2) щетка предназначена для работы в помещении, на улице в контейнер для мусора будет засасываться гораздо больше воды из луж и гораздо большее количество пыли, контейнер будет быстро переполняться и удалять мокрую грязь из него будет тяжело,
3) у щетки нет опоры, она более тяжелая по сравнению с обычной шваброй, работающий с ней будет быстро уставать ее держать,
4) щетка описана в абстрактном пространстве, как крепится, за счет чего вращается не описано.
Целью изобретения является приспособление вращающейся щетки для работы на улице для дворников.
Техническим результатом изобретения является
- конкретизация расположения и крепления электродвигателя, его вала, редуктора к ручке щетки, обеспечение направления вращения щетки вдоль оси, параллельной поверхности дороги или почвы и перпендикулярной направлению вращения вала электродвигателя,
- сочетание в щитке четырех функций - защита от попадания грязи, воды, струи пыли на метущего, ограничение высоты вращения щетки над поверхностью земли, ориентир для глаз дворника, на какой высоте держать щетку, опора при выключении или изменении скорости вращения щетки при работе двумя руками,
- защита от попадания воды из луж и от дождя в электродвигатель и аккумулятор,
- возможность регулирования высоты удержания метлы кроме длины ремня еще и высотой привинчивания ручки,
- возможность удержания метлы одной или двумя руками,
- возможность замены щетки на новую или с металлической щетки на пластмассовую и обратно,
- возможность уборки снега высотой до половины длины расправленных щетинок вращающейся щетки,
- возможность скобления льда при установке металлической щетки,
- возможность выметания воды из лужи,
- возможность рытья канавок в мягкой почве при установке металлической щетки,
- облегчение сметания мокрых листьев с мокрого асфальта,
- увеличение производительности труда при уборке сухого мусора, листьев, лепестков цветов, семян растений, пыли по сравнению с обычной метлой,
- более безопасное и плавное сметание снега с крыши, особенно с ее краев,
- уменьшение уставания дворника в отсутствии махательных движений по сравнению с обычной метлой,
- отсутствие колебаний вала электродвигателя и щетки благодаря креплению каждого из них в двух точках,
- возможность разборки и сборки метлы на случай ремонта,
- регулирование скорости вращения щетки,
- в отличие от обычной метлы, которой можно замести мусор на совок, вращающаяся метла не собирает листья и ветки, а отбрасывает их с дороги на окружающий газон,
- регулируя высоту щетки над землей до касания щитком земли, можно регулировать ее степень прижатия к дороге или почве.
Этот технический результат достигается тем, что ручная электрическая аккумуляторная метла для уборки снега, льда, земли, листьев и мусора, включающая электродвигатель в вентилируемом корпусе, съемный аккумулятор, съемную вращающуюся щетку, трубку ручки, щиток, вращающийся вал электродвигателя в трубке ручки, отличается тем, что содержит ремень регулируемой длины, на передней и боковых сторонах трубки ручки имеются ряды цилиндров с резьбой, высота крепления от конца трубки ручки соседних цилиндров разных рядов одинаковая с возможностью навинчивания на цилиндры съемных ручек, корпус электродвигателя и аккумулятор помещены в коробку с дверцей, которые изготовлены из хорошо проводящих тепло материалов, корпус электродвигателя и коробка имеют втулки соответственно для ввинчивания внутрь верхнего конца трубки ручки и навинчивания снаружи на верхний конец трубки ручки, втулка корпуса электродвигателя длиннее втулки коробки не менее чем в два раза, на переднюю стенку коробки выведены выключатель вращения метлы и регулятор скорости вращения метлы, который является реостатом с переменным сопротивлением, имеющим форму разомкнутого кольца с диэлектрической перегородкой в месте размыкания кольца, реостат помещен в диэлектрическую круглую коробку с диэлектрической вращающейся крышкой с изоляцией от воды щелей между крышкой и коробкой, крышка имеет ручку и подсоединенный к электрической цепи ролик для регулирования сопротивления, ось щетки перпендикулярна валу электродвигателя, концы оси щетки имеют перпендикулярные ей отверстия без резьбы и помещены в полые оси с перпендикулярными им отверстиями с резьбой, в отверстия ввинчены цилиндры со шляпками с одной стороны и цилиндрическими отверстиями с резьбой с другой стороны, в которые ввернуты болты с возможностью извлечения оси щетки из полых осей и замены щетки, шляпки болтов и цилиндров крупные порядка 1 см в диаметре и имеют насечки для отверток, нижний конец вала электродвигателя и одна из полых осей контактируют через угловой конический редуктор, полые оси вращаются в отверстиях в П-образном держателе, вал электродвигателя вращается в отверстии кольца на конце трубки ручки, к держателю и трубке ручки привинчен щиток, нижний край боковых стенок которого находится ниже нижнего края задней стенки, задняя стенка щитка изогнута и заслоняет заднюю и верхнюю поверхности щетки.
Кроме того, нижний конец вала электродвигателя соединен с трубкой ручки и полые оси, в которые вставлена ось щетки, соединены с отверстиями в концах П-образного держателя через ввинчиваемые подшипники, имеющие резьбу на внутренней поверхности внутреннего кольца и на внешней поверхности внешнего кольца и выступы на внешнем и внутреннем кольцах для завинчивания гаечным или торцовым ключом.
Описание фигур
На фигурах представлены следующие изображения.
На фиг. 1 - метла с двумя ручками в целом в вертикальном фронтальном срезе А-А (трубка ручки метлы непропорционально увеличена для демонстрации соединений), на фиг. 2 - метла с одной ручкой в целом, вид сбоку, на фиг. 3 - вывернутый ввинчиваемый подшипник на горизонтальном срезе Б-Б, на фиг. 4 - увеличенный вывернутый ввинчиваемый подшипник на фронтальном срезе А-А, повернут на 90 градусов, на фиг. 5 - вывернутый ввинчиваемый подшипник, вид снизу В-В, на фиг. 6 - увеличенное разъемное крепление щетки во фронтальном разрезе А-А, на фиг. 7 - разъемное крепление щетки в вертикальном разрезе Г-Г, на фиг. 8 - принципиальная электрическая схема подключения электродвигателя, на фиг. 9 - регулятор скорости вращения щетки на фронтальном срезе Д-Д, на фиг. 10 - регулятор скорости вращения щетки на вертикальном срезе Е-Е.
Цифрами на фигурах обозначено следующее.
На фиг. 1, 2 и ниже: 1 - полая трубка ручки метлы, 2 - статор электродвигателя, 3 - ротор электродвигателя, 4 - корпус электродвигателя, 5 - коробка от дождя, 6 - дверца коробки от дождя, 7 - втулка корпуса 4 для ввинчивания электродвигателя в трубку 1, 8 - втулка для навинчивания коробки 5 на трубку 1, 9 - вал электродвигателя, 10 - цилиндры с резьбой для навинчивания ручек, 11 - ручки, 12 - ввинчиваемый в трубку 1 подшипник, 13 - горизонтальное зубчатое колесо углового конического редуктора, 14 - вертикальное зубчатое колесо углового конического редуктора, 15 - полая ось колеса 14, 16 - сменная роликовая вращающаяся щетка, 17 - П-образный металлический держатель щетки 16, 18 - пластмассовый щиток, 19 - винты крепления щитка 18 в отверстия в держателе 17, 20 - разъемные крепления щетки, 21 - ввинчиваемый подшипник оси 15, 22 - полая ось для крепления дальнего конца щетки, 23 - подшипник оси 22, 24 - винт крепления щитка в отверстие в трубке 1, 25 - ремень регулируемой длины, 26 - съемный аккумулятор, 27 - выступ аккумулятора в форме параллелепипеда, 28 - паз в корпусе электродвигателя для установки выступа аккумулятора, 29 - петля для провздевания ремня 25, 30 - выключатель, 31 - регулятор скорости вращения щетки.
На фиг. 3-5: 32 - наружное кольцо подшипника, 33 - внутреннее кольцо подшипника, 34 - резьба наружного кольца, 35 - резьба внутреннего кольца, 36 - шарики, 37 - бортики, 38 - выступы для гаечного или торцового ключа.
На фиг. 6-7: 39 - несущая щетинки ось щетки, 40 - цилиндр, 41 - шляпка цилиндра, 42 - болт, ввинчиваемый в цилиндр 40, 43 - щетинки щетки 16, 44 - цилиндрическое отверстие с резьбой в цилиндре 40.
На фиг. 8: 45 - электродвигатель.
На фиг. 9-10: 46 - реостат в форме разомкнутого кольца, 47 - диэлектрическая перегородка, 48 - диэлектрический водонепроницаемый корпус, 49 - ось вращения головки реостата, 50 - водонепроницаемая круглая крышка, 51 - кольцеобразный бортик корпуса 48, 52 - токопроводящий ролик, 53 - поворотная ручка головки реостата, 54 - провода электропроводки, 55 - кольцеобразный выступ на краю крышки 50, 56 - кольцеобразный желоб бортике 51, 57 - ось ролика 52, 58 - диск на оси 49 для опоры крышки 50, 59 - винт в вершине оси 49, 60 - шайба винта 59.
Описание изобретения
На фиг. 1, 2 изображена электронная метла для дворников в целом. Верхняя часть метлы принципиально мало чем отличается от дрелей, перфораторов, сверлильных машин и состоит из электрического двигателя со статором 2 и ротором 3, расположенного в корпусе 4, и съемного аккумулятора 26. Аккумулятор имеет выступ 27 в форме параллелепипеда, ему соответствует паз 28 в корпусе 4. В пазе 28 содержаться 4 пластины (не показаны на фигуре 1 в силу мелкости изображения, с которыми проводами соединены входы и выходы ротора и статора. Выступ 27 содержит выступающие скобы (на фиг. 1 не показаны в силу мелкости изображения), на которые выведены входы и выходы аккумулятора, и которые соответствуют упомянутым пластинам и контактируют с ними при вставлении выступа 27 в паз 28, скобы обеспечивают электрический контакт и не позволяют выступу 27 выниматься из паза 28 без дополнительных усилий. В современных съемных аккумуляторах сверлильных машин применяется замок, чтобы выступ аккумулятора 27 не выпадал из паза 28. Он применяется и для закрепления аккумулятора метлы. Замок представляет из себя рычажок с выступом на одном плече и пружиной под вторым плечом. Замок устанавливается на корпусе электродвигателя вблизи края нижней стенки аккумулятора. Рычажок параллелен направлению вынимания (вверх) выступа 27 аккумулятора из паза 28, то есть параллелен боковой стенке аккумулятора. При закрытом положении замка пружина прижимает выступ на конце рычажка в отверстие в боковой стенке аккумулятора 26, не позволяя последнему выниматься. При нажатии пальцем на плечо рычажка с пружиной выступ на другом плече вынимается из отверстия в корпусе аккумулятора и высвобождает аккумулятор. Такие замки ставятся с двух сторон на боковых стенках аккумулятора для нажатия большим и указательным пальцами руки, вынимающей аккумулятор из паза 27. То есть устройство соответствует современным промышленно производимым съемным аккумуляторам в сверлильных машинах, упомянутым, например, в пункте 1 уровня техники, поэтому оно не изображено на фигурах, кроме того, увеличение на фиг. 1 слишком маленькое, чтобы его увидеть.
В отличие от сверлильных машин описываемое устройство имеет защиту от дождя в форме коробки 5 с герметично закрываемой дверцей 6 сверху. Края дверцы имеют загибы, чтобы вода дождя не попадала внутрь коробки 5. Коробка 5 и дверца 6 выполнены из хорошо проводящего тепло материала, например, из жести или теплопроводной пластмассы. В корпусе 4 имеются щели, чтобы под действием вращения ротора 3 воздух циркулировал внутри него и внутри коробки 5 и охлаждал электродвигатель, передавая тепло коробке 5 и дверце 6, которые в свою очередь передают тепло окружающему наружному воздуху.
В отличие от сверлильной машины внутрь ротора вставлен и прикреплен к нему вал электродвигателя 9, который вращается внутри полой трубки 1, служащей ручкой метлы. Крепления корпуса 4 и коробки 5 к ручке 1 выполнено с возможностью их отсоединения от ручки 1. Втулка 7 корпуса 4 имеет резьбу снаружи, ввинчиваемую в резьбу на верхнем конце внутри трубки 1. Втулка 8 коробки 5 имеет резьбу внутри, навинчиваемую на резьбу в верхнем конце снаружи трубки 1. Втулка 7 длиннее втулки 8 на высоту втулки 8, чтобы возможно было сначала просунуть втулку 7 во втулку 8, ввернуть втулку 7 в трубку 1, а затем навернуть втулку 8 на втулку 1. На боковых и передней поверхностях трубки 1 приварены одинаковые цилиндры 10 с резьбой для навинчивания ручек 11. Цилиндров с каждой стороны не менее трех в одном ряду, рядов три, соседние цилиндры разных рядов находятся на одной высоте от конца трубки 1. Ручка 1 имеет цилиндрический паз с резьбой, соответствующей резьбе цилиндра 10. На цилиндры привинчивается либо 2 ручки по бокам трубки 1 для работы двумя руками, как показано на фиг. 1, либо одна ручка спереди трубки 1 для работы одной рукой, как показано на фиг. 2. Чтобы вал 9 не болтался внутри трубки 1, он крепится в двух точках - внутри ротора 3 и вблизи дальнего от электродвигателя конца трубки 1. Вблизи дальнего конца трубки 1 вал 9 либо провздевается либо через кольцо на конце трубки, диаметр отверстия в котором на миллиметр меньше диаметра вала 9, либо через подшипник 12, как показано на фиг. 1. В первом случае изготовление щетки будет проще и дешевле, но трение вала о кольцо больше, во втором случае трение меньше, но подшипник стоит дороже кольца. Щетка 16 имеет ось, перпендикулярную валу 9, для передачи вращения с вала на ось щетки используется угловой конический редуктор. На вал 9 навинчивается в сторону вращения вала горизонтальное зубчатое колесо 13, с которым контактирует вертикальное зубчатое колесо 14. Колесо 14 имеет полую ось 15, в которой с помощью разъемного крепления 20 закреплена ось щетки 16. Второй конец щетки крепится в полой оси 22 с помощью такого же крепления 20, которое подробно описано ниже. Оси 15 и 22 провздеваются либо напрямую в отверстия в концах П-образного держателя 17, либо между ними и отверстиями в концах П-образного держателя 17 вставляются подшипники соответственно 21 и 23. П-образный держатель 17 делается из металла и приваривается к нижнему концу трубки 1 сбоку для опоры щетки 16. Для защиты дворника от брызг воды, грязи, струй пыли и мусора, отлетающих при вращении щетки, установлен легкий пластмассовый щиток 18, который винтом 24 привинчен к трубке 1, а винтами 19 привинчен к спинке П-образного держателя 17. Щиток имеет еще три функции. Он ограничивает высоту опускания щетки: при задевании вращающейся оси щетки о поверхность земли, щетка будет отскакивать в случайном направлении, поэтому при слишком низком положении руки дворника щетка опирается щитком в землю, который не допускает контакта вращающейся оси щетки с землей. Кроме того, нижний край щитка служит ориентиром для глаз дворника, на какой высоте держать щетку. Саму щетку он не видит, она заслонена щитком, ее края быстро вращаются. Еще одна функция щитка описана ниже - это опора щетки при ее выключении или изменении скорости вращения щетки при работе двумя руками. Для снижения нагрузки на руки дворника щетка снабжена ремнем регулируемой длины 25, который провздет в металлическую петлю 29, приваренную к ручке 1 позади нее. Регулируя длину ремня и уровень привинчивания ручек 11 к цилиндрам 10 можно подгонять щетку под рост дворника. В настоящее время в быту распространены два вида ремней с регулируемой длиной, любой из которых может быть применен для опоры метлы: 1) ремень с пряжкой и спицей на одном конце и рядом отверстий на втором конце, как на поясном ремне брюк, 2) ремень, имеющий два фиксатора в форме прямоугольника и прямоугольника с перемычкой в середине, такой ремень провздет в первый прямоугольник без перемычки, пропускается через перемычку второго прямоугольника, возвращается в первый прямоугольник с образованием петли, потом снова пропускается через второй прямоугольник мимо двух краевых его сторон, параллельных перемычке, как на ремнях сумок, при этом удержание ремня происходит за счет трения друг о друга его частей в прямоугольнике с перемычкой.
На передней стенке коробки 5 выведены выключатель 30 и регулятор скорости вращения щетки 31 (фиг. 2). При работе одной рукой ими легко воспользоваться с помощью второй руки. Чтобы выключить метлу или изменить скорость ее вращения при работе двумя руками, дворник наклоняет метлу вперед, опирает ее о передний нижний край щитка, высвобождает одну руку и производит необходимые действия. Работа двумя руками предусмотрена на тот случай, если с метлой работает человек, у которого мало сил - ребенок, старый, больной или уставший человек. Ему тяжело направить метлу одной рукой, поэтому он работает двумя руками. Большинство же работников выберет работу одной рукой, поэтому с выключением проблем не будет.
Чтобы сменить аккумулятор 26, надо открыть крышку 6, вынуть аккумулятор и вставить вместо него новый, затем закрыть крышку 6. На случай работы со льдом, когда расход электроэнергии высокий, щетка должна иметь 4 аккумулятора в комплекте. Поскольку дворник держит аккумуляторы не рукой, а они вместе с метлой висят на ремне масса аккумулятора может быть увеличена до 1 кг, соответственно и его мощность тоже будет увеличена по равнению с аккумуляторами сверлильных машин.
Щетка 16 постепенно истирается от трения о землю, ее можно заменить на новую. Также для работы со льдом и рытья канавок ставится щетка с металлическим ворсом.
В отличие от сверлильной машины направление вращения вала 9 одностороннее, оно указано на фиг. 2. При вращении в обратном направлении грязь будет вылетать из-под щитка на дворника, поэтому второе направление вращения не используется. Нижние края боковых стенок щитка расположены на величину порядка 1 см ниже, чем нижний край задней стенки щитка, чтобы щетка высовывалась с заднего угла при метении в наклонном положении, когда электродвигатель отклонен назад от строго вертикального положения трубки 1.
Отдельные детали щетки показаны подробно в увеличенном виде.
На фиг. 3-5 показан ввинчиваемый подшипник. Это может быть подшипник 12, 21 или 23. Он содержит, как и все подшипники, наружное кольцо 32, внутреннее кольцо 33, шарики 36, бортики от соскальзывания шариков 37, но его особенность, что на наружной поверхности кольца 32 выполнена резьба 34, на внутренней поверхности кольца 33 выполнена резьба 35, а также кольца 32, 33 имеют по выступу 38 для заворачивания гаечным или торцовым ключом. Подшипник 12 наворачивается на резьбу вала 9 резьбой 35 и вворачивается в резьбу на конце трубки 1 резьбой 34. Подшипники 21 и 23 вворачиваются в резьбы в отверстиях в концах П-образного держателя 17 и наворачиваются на резьбы снаружи осей 15, 22 соответственно. Направления ввинчивания и навинчивания сонаправлены с направлениями вращения вала 9 и оси щетки 16, чтобы подшипники не выворачивались при работе метлы. Подшипники уменьшают трение в вале 9 и в осях 15, 22. Можно обойтись и без подшипников, но тогда возрастет трение и расход электроэнергии, тогда понадобится более мощный аккумулятор.
На фиг. 6-7 показано разъемное крепление щетки 20 на большом увеличении. Конкретно показано крепление оси 39 к оси 15 зубчатого колеса 14. Крепление оси 22 к оси 39 щетки выглядит аналогично, зеркально симметрично. В стенках полой оси 15 выполнено круглое отверстие с резьбой, в которое вворачивается цилиндр 40 с резьбой снаружи. Ось щетки 39 на конце имеет отверстие без резьбы, в него вставляется цилиндр 40. Цилиндр 40 с одного конца имеет шляпку 41, с другого конца в нем выполнено цилиндрическое отверстие с резьбой, в которое вворачивается болт 42. Шляпка 41 и шляпка болта 42 имеют насечки для ввинчивания отвертками. Шляпка 41 и шляпка болта 42 выполняются крупными, диаметром порядка 1 см, чтобы их можно было ввернуть руками в полевых условиях без отвертки. Отвертка используется для более плотного затягивания болта 42. Ось 39 щетки может ерзать вверх-вниз по цилиндру 40, но в небольших пределах, ограниченных стенками трубки 15. Это позволяет не применять пружины. При натыкании на препятствие щетка съезжает, но за счет быстрого вращения возвращается к центру конструкции. Это позволит оси щетки не сломаться при случайном попадании твердого крупного мусора. Щетинки щетки 43 изготавливаются либо из мягкого полимерного материала, как описано в прототипе изобретения (уровень техники, пункт 12), либо из металла. Щетинки 43 из полимерного материала используются для подметания пыли, мусора, воды, снега, листьев, лепестков и семян растений. Щетинки 43 из металла используются для скобления льда, рыхления земли и рытья канав. Рыхление земли производится на минимальных оборотах щетки. Скобление льда - на максимальных оборотах щетки.
Схема электроснабжения метлы изображена на фиг. 8. Аккумулятор 26 снабжает током электрическую цепь с последовательным соединением выключателя 30, регулятора скорости оборотов щетки 31 и электродвигателя 45. Схема может быть усложнена предохранительными устройствами, но они на принцип действия не влияют.
Регулятор скорости вращения щетки 31 в увеличенном виде показан на фиг. 9-10. Это реостат с переменным сопротивлением. Можно было бы сделать простой линейный реостат, но его трудно защитить от попадания воды при дожде. Круглый пластмассовый корпус 48 с кольцеобразным бортиком 51 и кольцеобразным желобом 56 внизу бортика 51 и круглая пластмассовая крышка 50 на краю сверху с кольцеобразным выступом 55, соответствующим желобу 56, заслоняют реостат от попадания воды от дождя. Корпус и крышка сделаны из диэлектрического материала. Крышка 50 имеет толщину не менее 5 мм, чтобы не изгибаться по краям. Она прикреплена к оси 49 с опорой на диск 58. В верхнем торце оси 49 имеется отверстие с резьбой, куда ввинчен винт 59 с шайбой 60. То есть крышка закреплена между диском 58 и шайбой 60 с возможностью вращения вокруг оси 49. Реостат 46 имеет форму разомкнутого кольца, между его концами помещена диэлектрическая перегородка 47. Два провода 54 от цепи, изображенной на фиг. 8, подсоединены первый - к концу реостата, второй - к оси 57 металлического ролика 52. Дергая за ручку 53, меняют угол поворота крышки 50 относительно оси 49 вместе с углом поворота ролика 52, соответственно меняется длина части реостата между проводами 54, а вместе с ней и сопротивление этой части реостата, которое пропорционально длине части реостата между проводами 54, соответственно меняется и сила тока через реостат и статор 2, а вместе с ней и скорость вращения ротора 3. Провод 54, подсоединенный к оси 57 ролика 52, имеет припуск, чтобы достигать оси ролика при любом положении ручки 53.
Использование электрической метлы имеет отличия от использования обычной метлы, не имеющей вращающихся частей. Основной причиной, почему электрическая метла еще не внедрена в производство, является психологическая причина, заключающаяся в том, что принято мусор метлой собирать. Обычная метла сметает мусор на совок. Пылесос собирает мусор и пыль в специальной камере. На совок мусор при работе электрической метлы собирать неудобно. При работе на улице много пыли и мусора, поэтому их в камере собирать неудобно: камера будет быстро забиваться, ее придется часто освобождать. Поэтому общий алгоритм уборки электрической метлой отличается и состоит их трех этапов. На первом этапе дворник проходит и собирает руками бутылки, банки, бумажки, окурки, листом бумаги собачий кал и другой крупный мусор неестественного происхождения, то есть набрасываемый людьми и животными. Тогда на втором этапе остается убрать мусор естественного происхождения, источником которого служат растения, - веточки, листья, лепестки, семена. Мусор естественного происхождения не обязательно собирать, его можно откинуть щеткой на газон с дороги, где он будет выглядеть естественно. Когда мусора естественного происхождения на газоне накопится много, его можно на третьем этапе поздней весной, летом и ранней осенью раз в месяц или даже раз в два месяца собрать граблями и унести в мешках или коробках. В октябре, когда листьев много, их придется собирать граблями в мешки или коробки каждый день. Сметание мусора естественного происхождения на газон электрической щеткой ускорит уборку в несколько раз. В мокрую погоду, когда листья прилипают к асфальту, обычной метлой надо делать много махательных движений, чтобы отодрать листья от асфальта, электрическая щетка будет делать это быстрее. Если подметание происходит в сухую погоду в месте, где много пыли, дворник может одеть дешевую одноразовую медицинскую маску и очки с изоляцией вокруг глаз, подобные прилагаемым в комплекте к болгаркам. В таком месте для пропускания прохожих достаточно приподнять вращающуюся щетку над землей, чтобы ее щетинки не касались земли. Пыль быстро оседает, а небольшое облако пыли прохожие могут пройти быстрым шагом так, что тончайший слой пыли на их одежде останется незамеченным. От проезжающего автомобиля тоже бывает пыль в воздухе, на нее не обращают внимания. Во влажную погоду проблема пыли в воздухе решается сама собой. Возможно побрызгать пыльную землю водой из пластмассовой бутыли с отверстием в крышке перед уборкой электрической щеткой, если в каком-то месте в какое-то время принципиально пылить нельзя. Бывает, что лужа мешает проходу пешеходов, и надо ее отогнать в сторону. Если нет встречного уклона земли, то вращающаяся щетка может быстро переместить лужу на новое место на асфальте или на газоне. В зимнее время метла может использоваться для уборки снега толщиной до половины длины расправленных щетинок. При этом импульс от скорости вращения щетки передается комкам снега, придавая им линейную скорость полета и отбрасывая их на сугроб. Регулируя скорость вращения щетки, можно регулировать расстояние, на которое отлетят комки снега. Максимальная скорость вращения на концах щетинок, поэтому, чем тоньше слой снега, тем дальше он отлетит.
Если щетку заменить на щетку с металлической щетиной, то ею можно соскабливать лед. В летнее время возникает необходимость рыть канавки для отвода воды или для посадки растений. Щетка с металлической щетиной способна это делать, соскабливая землю слой за слоем. На минимальных оборотах щетку с металлической щетиной можно использовать для рыхления земли, тогда земля не отлетает, а оседает рядом со щеткой.
В зимнее время возникает необходимость сметать снег с наклонной крыши. На краях крыши остается после уборки лопатой тонкий слой снега шириной порядка 0,5-1 метра, который неудобно убирать лопатой. При махательном движении лопатой наблюдается отдача, в результате которой можно поскользнуться, что особенно опасно на краю крыши. Поэтому из-за опасения упасть рабочие с лопатой оставляют тонкий слой снега на краю крыши. Его можно убрать электрической метлой, поскольку ее ход плавный без отдачи, следовательно, риск упасть меньше. Тонкий слой снега толщиной до середины длины расправленных щетинок можно также убрать и из мест крыши, откуда он долетает от щетки за пределы крыши.
Опытный дворник с электрической метлой может также убирать послойно и глубокий снег, выше половины длины расправленных щетинок, но для этого требуется навык владения такой метлой. Для уборки глубокого снега более пригодны снегометы и лопаты.
Оценим необходимую скорость вращения щетки, исходя из того, что листья или комки снега должны отлетать от нее на 5 метров, что дальше половины ширины дороги, убираемой вручную (широкие дороги метут машины). Допустим, что импульс от вращения концов щетинок 43 передается листьям или комкам снега без потерь, и скорость концов щетки примерно равна начальной скорости полета листьев или комков снега. Это возможно при подметании сухого снега на морозе или сухих листьев. Не будем также учитывать сопротивление воздуха при полете листа или комка снега. Тогда задача определения начальной скорости листьев или комков снега, равной скорости вращения концов щетинок, пропорциональной частоте вращения щетки, сводится к стандартной школьной задаче тела, брошенного под углом к горизонту.
Концы щетинок 43 описывают окружность, длина которой l равна
0
Здесь r - длина расправленных щетинок 43. Начальная скорость полета листьев или комков снега V, равная скорости вращения концов щетинок, равна
0Y
Здесь ν - частота вращения щетки. Вертикальная составляющая начальной скорости листа или комка снега V выражается из уравнения
Здесь t - время полета листа или комка снега, g - ускорение свободного падения на Земле. Условие в формуле 3 записано для конечной точки полета листа или комка снега, который сначала замедляется до нуля вертикальной составляющей скорости в высшей точке полета, потом падает, разгоняясь до начальной скорости с обратным знаком у самой земли. Из уравнения 3 следует
0Х
Горизонтальная составляющая начальной скорости V будет выражаться из уравнения
0
Здесь х - координата положения листа или комка снега в проекции на горизонтальную ось, α - угол наклона вектора начальной скорости V к горизонтальной оси.
Из уравнений 2, 7 следует
Возьмем r = 4 см = 0,04 м, α = 45°, х = 5 м. Угол 45° и расстояние 5 м являются средними, некоторые комки снега или листья вылетают под другими углами и падают дальше или ближе 5 метров, но большинство из них пролетает 5 м.
В заявке прототипа (уровень техники пункт 12) рекомендуемая частота вращения щетки от 3000 до 15000 оборотов в минуту, оптимальная частота вращения щетки от 5000 до 8000 оборотов в минуту. То есть по сравнению со щеткой прототипа предлагаемая щетка метлы имеет более низкую частоту вращения, что является ее достоинством, поскольку, чем меньше частота вращения, тем больше экономится электроэнергии. В случае ремонта щетку возможно разобрать. Для этого вынимается щетка из креплений 20, выворачиваются подшипники 12, 21, 23, из них вывинчиваются вал 9 и оси 15, 22, свинчивается колесо 13 с вала 9, втулки 7 и 8 с трубки 1, вал 9 вынимается из трубки 1 и из втулок 7, 8, отвинчивается щиток 18 от держателя 17 и трубки 1.