УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к ручным устройствам для обработки небольших по площади садово-огородных и опытных участков.
Известен ручной культиватор, содержащий раздвижную рукоятку, с которой жестко связан вертикальный стержень с возможностью регулировки высоты в нижней части которого закреплен рабочий орган в виде заостренных пространственно-спиралеобразных зубьев, а рукоятка выполнена S-образной формы, и в зависимости от направления вращения зубьев может изменяться длина плеча рукоятки, для левой или правой руки (см., п. 2153787 C1, А01В 1/06, 1/00).
Недостатком данного устройства является то, что в работе участвуют в основном мышцы рук, причем большая часть нагрузки падает на рабочую (правую или левую) руку, что приводит к усталости и соответственно к снижению производительности и качества работ, особенно при рыхлении/ культивации сухих и уплотненных почв, где требуется приложение больших усилий. К недостаткам можно так же отнести ограниченность применения рыхление/культивация и уплотнение почвы самим оператором/человеком.
Известно устройство для обработки почвы, включающее зубцы с острым углом при вершине, расположенные в один ряд и объединенные в верхней части общей перемычкой жестко соединенной с педалью посредством осей и шарнирно со стойкой, взаимосвязанной с педалью эластичным элементом. При этом устройство снабжено рамой с опорными зубьями, которая расположена под перемычкой и параллельно ей, а ось - образует угол с зубцами смонтированными параллельно опорным зубьям (см., п. 2252515 С2, А01В 1/04).
Недостатком данного устройства являются затруднения требующие приложения, больших усилий (энергозатрат) человека при обработке сухих и уплотненных почвогрунтов, особенно во время заглубления зубцов в почву и опрокидывания слоя, что приведет к быстрой усталости и снижению производительности труда. К недостаткам устройства можно так же отнести ограниченность применения, перемещение его вручную и уплотнение почвы самим оператором/человеком.
Известно устройство для безотвальной обработки почвы включающее рукоятку, копающую часть в виде вил, опорный элемент и рыхлитель с установленными между зубьями вил прутками. При этом, вилы выполнены в виде жестко закрепленной на рукоятке педали с установленными в последней сменными зубьями, опорный элемент в виде лыжи, а рыхлитель в виде лапы, с одной стороны которой закреплены прутки, а с противоположной -опорный элемент, причем рукоятка установлена на опорном элементе с возможностью поворота в вертикальной плоскости при рабочем положении устройства и подпружинена относительно опорного элемента в направлении встречного движения прутков и зубьев вил с последующим размещением прутков между зубьями, при этом прутки рыхлителя выполнены изогнутыми из материала с пружинными свойствами (см. п. 2207748, C1, А01В 1/00, A01D 9/00).
К недостаткам устройства можно отнести затруднения, которые будут возникать при обработке сухих и плотных почв, когда для заглубления зубьев и отрыва пласта потребуется приложения больших усилий (энергозатрат) человека, а так же снижение качества обработки почвы, т.к. образовавшиеся глыбы сложно разбить и измельчить с помощью прутков. Недостатками устройства являются так же ограниченность применения (рыхление), перемещение на другие позиции вручную и уплотнение грунта самим оператором/человеком.
Известен ручной ротационный культиватор, содержащий опорную скобу и размещенный внутри нее держатель с рабочими органами и жестко соединенную с держателем рукоятку для вращения рабочих органов, а с целью повышения степени подрезания сорняков и облегчения условий эксплуатации, рабочие органы выполнены в виде вертикально установленных ножей с заточкой и снабжены приспособлением для их очистки, которые выполнены в виде закрепленных на П-образном кронштейне охватывающих ножи кожухов. При этом кронштейн устройства жестко присоединен к штанге, свободно установленной внутри рукоятки, и подпружинен относительно нее, а в верхней части каждого ножа со стороны заточки выполнен наклонно расположенный паз U образной формы, нижняя грань которого сопряжена с заточкой ножа под острым углом, и так же имеет заточку (см. а.с. 1187731, А01В 1/06).
К недостаткам устройства можно отнести то, что во время работы в основном работают мышцы рук при вращении рукояти с рабочими органами, однако во время обработки сухих, слитых и плотных грунтов потребуются дополнительные затраты мышечной энергии для вдавливания опорной скобы с рабочими органами в грунт на заданную глубину. Это приведет к быстрой утомляемости оператора/человека и соответственно к снижению производительности и качества работ. Недостатком данного устройства является так же уплотнение почвы в процессе работы самим оператором/ человеком.
Известно устройство для обработки почвы, содержащее раму с опорными колесами, рукояткой и грядилем, на котором установлен рабочий орган, колеса с грунтозацепами и педали, соединенные с опорными колесами и колесами с грунтозацепами посредством расположенного в вертикальной плоскости механизма подвески, имеющего переднюю тягу. С целью снижения энергоемкости обработки устройство снабжено установленными на грядиле перед рабочим органом копирующими каточками для ограничения глубины обработки почвы, а механизм подвески имеет дополнительную тягу, шарнирно соединенную с осью колес с грунтозацепами и каждая педаль жестко закреплена на передней тяге. При этом каточки установлены на грядиле посредством поводка и П-образной скобы, имеющей отверстия в боковинах, для регулирования положения каточков относительно грядиля по высоте, а грядиль с рабочим органом подпружинен относительно колес с грунтозацепами (см. а.с. 1607698, А1, А01В 1/06).
Данное изобретение по техническому решению наиболее близко подходит к предлагаемому устройству и может быть использовано в качестве прототипа.
К его недостаткам можно отнести участие в работе в основном мышц ног оператора (человека), т.к. руками он только держится за поперечину рукоятки. Кроме того, недостатком устройства является асинхронное движение (вращение) колес с грунтозацепами (т.е. при нажатии левой педали вращается левое колесо, и в движение соответственно приходит сначала левая сторона и наоборот). Это приведет к снижению тягового усилия, передергиванию из стороны в сторону устройства и соответственно рабочих органов, особенно во время обработки сухих и плотных почв. Добиться в таких условиях хорошего качества будет сложно так как, например, при запланированной пахоте на 12 см оператор с помощью фиксаторов на П-образной скобе устанавливает заданную глубину, давит на педали, а усилия для движения устройства не достаточно.
Методом подбора окажется, что обработка такой почвы возможна только при заглублении рабочего органа, например, на 6 см. Здесь также существует прямая зависимость производительности работ от веса самого оператора/ человека, т.е. чем больше вес, тем больше производительность, например оператор/человек с небольшим весом может не выполнить намеченный объем работ.
Кроме того, в случае обработки почв неоднородной влажности и плотности, возникнет необходимость постоянного регулирования величины заглубления рабочего органа путем перестановки фиксаторов на П-образной скобе, что значительно увеличит время, снизит производительность и качество работ. К недостаткам устройства можно так же отнести ограниченность его применения (обработка почвы) и громоздкость, что важно при смене позиций или транспортировке.
Задачей предлагаемого нами устройства для обработки небольших по площади садово-огородных и опытных участков является расширение функциональных возможностей, повышение производительности и качества работ и снижение мышечных энергозатрат оператора/человека.
Кроме того, конструктивное и техническое решение позволит использовать устройство в качестве спортивного тренажера для всестороннего развития мышц ног. рук и тела человека.
На фиг. 1 показано ручное устройство для обработки небольших по площади садово-огородных и опытных участков (вид спереди). На фиг. 2 то же (вид сзади). На фиг. 3 показаны детали устройства и механизма регулирования положения рабочих органов по высоте, глубине обработки (вид сбоку в разрезах, разрывах). На фиг. 4 показаны детали механизма регулирования положения рабочих органов по высоте/глубине обработки, размещенные внутри и снаружи фигурной телескопической трубки (вид сверху в разрезах, разрывах). На фиг. 5 показан вариант установки сменных рабочих органов, направляющих колес с зубцами и цепей/гусениц, например, для рыхления почвы. На фиг. 6 показан вариант установки сменных рабочих органов, например, для скашивания травы. На фиг. 7 показано устройство при обработке, например, рыхлении, культивации почвы (вид сбоку). На фиг. 8 показано устройство, например, при скашивания травы (вид сбоку). На фиг. 9 показано устройство, например, при выравнивании микрорельефа почвы в залитом водой рисовом чеке (вид сбоку).
Поставленная цель достигается тем, что устройство выполнено из легких, прочных и полых внутри фигурных трубок с изгибом 1, прямых нижних и верхних трубок-стоек 2, 3, фигурных телескопических трубок 4 и трубок-полозьев с загнутыми концами 5.
При этом фигурные трубки с изгибом 1 в горизонтальной части и нижние трубки-стойки 2 в нижней части, например, жестко соединены между собой и являются несущей основой полурам устройства. Для возможности регулирования рамы устройства по высоте и складывания (приведение в нерабочее положение) верхние трубки-стойки 3 соединены с фигурными телескопическими трубками 4, шарнирами 6 соединены с нижними трубками-стойками 2 и снабжены отверстиями с фиксаторами 7, 8.
Трубки-полозья 5 являются основанием - нижней частью полурам и выполнены с загнутыми концами, причем задние концы трубок-полозьев, например, шарнирно закреплены в нижней части трубок с изгибом 1 (на оси 9), а передние, с втулками 10 на концах и надетыми на них разжимными пружинами 11, входят в полые стаканы 12, жестко закрепленные в торце нижних трубок-стоек 2, с возможностью перемещения в полостях стаканов до упорных пластин 13 с отверстиями.
Одновременно, передние загнутые концы трубок-полозьев 5 гибкими тросиками 31 соединены с механизмом регулирования положения сменных рабочих органов по высоте/глубине обработки. Собранные в такой последовательности две полурамы и соединенные между собой посредством горизонтальных валов 14, 15, 16 оси 9 и поперечины 17 создают цельную конструкцию рамы для компактного размещения и крепления на ней всех узлов, деталей, механизмов вращения, регулирования положения рабочих органов и перемещения устройства. При этом вал 15 и ось 9 предназначены для размещения и крепления соответственно сменных рабочих органов 18 и колес с грунтозацепами 19, а валы 14, 16 служат в качестве соответственно ножного и ручного приводов их вращения, и выполнены в виде коленвалов, на противоположных выступах которых размещены педали 20 и ручки 21. В качестве передаточного механизма вращения от валов ножного 14 и ручного 16 приводов на вал 15 с рабочими органами 18 и ось 9, с колесами с грунтозацепами 19, служат зубчатые звездочки 22, 23, 24, 25, 26, 27, размещенные, по крайней мере с одной стороны валов 14, 15, 16, оси 9 и соединенные цепными передачами 28, 29,30 (см. фиг. 1, 2, 3). При этом зубчатые звездочки 23, 24 размещенные на валу 15 и передающие ему вращение от валов ножного 14 и ручного 16 приводов, а так же зубчатая звездочка 26, размещенная на валу 14 (рядом с зубчатой звездочкой 22) и передающая вращение через звездочку 27 на ось 9 и колеса с грунтозацепами 19, закреплены не жестко, а с возможностью входить в зацепление с валами 15, 14 при необходимости, например, в случаях включения одновременно ножного 14 и ручного 16 приводов вращения рабочих органов, по отдельности, или перемещении устройства во время смены позиций. Такие переключения возможны, например, с помощью специальных рычагов и вилок или как у спортивных велосипедов (на фиг. не показано).
По крайней мере, с одной стороны рамы устройства размещены узлы и детали механизма регулирования положения сменных рабочих органов по высоте/глубине обработки. Этот механизм подробнее можно рассмотреть на фиг. 3 (вид сбоку) и фиг. 4 (вид сверху) в разрезах, разрывах. Он включает размещенный, например, внутри полостей нижних и верхних трубок-стоек 2, 3, внутри полостей и снаружи фигурной телескопической трубки 4 гибкий тросик 31, который одним концом через ушко 32, расположенное на втулке 10, соединен с подпружиненной передней загнутой частью трубок-полозьев 5, а другим концом протянут через направляющий ролик 33, установленный на оси 34, и жестко прикреплен к натяжному ролику 35, размещенному на полой оси 36, внутри фигурной телескопической трубки 4. С наружной стороны фигурной телескопической трубки 4, например, на полой оси 36, жестко закреплена зубчатая звездочка 37, а на конце трубки размещена/ надета полая ручка 38, с возможностью вращения вокруг концевой части фигурной телескопической трубки 4. При этом на ручке 38, например, жестко закреплена зубчатая звездочка 39 входящая в зацепление со звездочкой 37, а сама ручка 38 имеет перегородку 40 с отверстием и крепится к концевой части фигурной телескопической трубки 4 с помощью болта 41 и гайки с шайбой 42.
Для обеспечения регулирования и фиксации положения рабочих органов по высоте и глубине обработки, на оси 43 кронштейна 44 размещены рычаг сцепления 45 со стопором 46 соединенные с возвратной пружиной 47.
Для предотвращения возможного перекоса и дестабилизации рамы устройства и соответственно вала 15 с рабочими органами 18 при одностороннем размещении тросика 31, возможен вариант двустороннего размещения или пропуска тросика на другую сторону рамы, например, через полость перегородки 17 (на фиг. не показано).
Устройство из нерабочего положения приводится в рабочее, например, путем проворачивания на шарнирах 6 и закрепления с помощью фиксаторов 7 в вертикальном положении верхних трубок-стоек 3. Используя фигурные телескопические трубки 4 и отверстия с фиксаторами 8 регулируют по высоте раму, т.е. устанавливают наиболее удобное (оптимальное) для работы положение ручек 21 и 38 и с помощью зубчатой звездочки 49 на кронштейне 50, регулируют натяжение цепи 29 между зубчатыми звездочками 24, 25 ручного привода вращения вала 15 и установленных на нем сменных рабочих органов 18.
Работа устройства для обработки небольших по площади садово-огородных и опытных участков осуществляется следующим образом.
В каждом случае, сначала оператор/человек определяет каким способом (движением вперед или назад) будет выполняться тот или иной вид работ, ручное устройство устанавливается на исходную позицию (участка, делянки, чека) с поднятыми над поверхностью почвы рабочими органами 18. Затем оператор становится на педали 20, берется за ручки 21 и, вращая их, например, одновременно, приводит во вращение валы 14, 16 соответственно ножного и ручного приводов, которые через посредство зубчатых звездочек 22, 23, 24, 25 и цепных передач 28, 29 передают вращение на вал 15 и закрепленные на нем сменные рабочие органы (рыхления, культивации, выравнивания почвы или скашивания растительности) 18. Для заглубления рабочих органов в почву, например, при рыхлении, или изменения их высоты, (например при косьбе травы, планировке почвы), необходимо применять механизм регулирования положения рабочих органов по высоте/ глубине обработки (см. на фиг. 3, 4, 7, 8 9). Сначала надо выжать рычаг сцепления 45, (т.е. снять стопор 46 с зубцов звездочки 37) и плавно вращая ручку 38 в ту или иную сторону (натягивая или ослабляя тросик 31), добиться необходимой глубины/высоты обработки и отпустить рычаг сцепления. При этом пружина 47 возвратит стопор 46 в зазор между зубцами звездочки 37, а вал 15 с рабочими органами 18 зафиксируется в выбранном оператором/человеком положении.
На фиг. 7 показана работа ручного устройства, например, при рыхлении/ культивации почвы. Здесь сплошным шрифтом показано начальное положение рамы с поднятыми над поверхностью почвы рабочими органами 18, а штрих - пунктиром, ее трансформация при заглублении рабочих органов в почву. При этом под воздействием натяжения тросика 31 трансформации подвергается верхняя часть рамы, которая будет плавно опускаться одновременно проворачиваясь на шарнирах вокруг оси 9, например, до упора пластин 13 в подпружиненные втулки 10 трубок-полозьев 5, а сами трубки-полозья (т.е. основание, нижняя часть рамы) не меняют своего положения относительно поверхности почвы. В таком положении вал 15 находится на минимальном расстоянии от поверхности почвы, а рабочие органы 18 максимально заглублены.
По окончании цикла, необходимо в обратной последовательности, используя рычаг сцепления 45 и ручку 38, поднять рабочие органы рыхления над поверхностью почвы, при этом тросик 31 ослабляется, пружины 11 разжимаются, одновременно поднимая вверх и проворачивая на шарнирах вокруг оси 9 верхнюю часть рамы и размещенные на ней вал 15 с рабочими органами 18.
Следующая операция, например, смена позиции обработки почвы. Для этого с помощью специального рычага (на фиг. не показано) зубчатая звездочка 26 вводится в зацепление с валом 14 ножного привода вращения и вращая педали 20 в выбранном направлении, крутящий момент через зубчатые звездочки 26, 27 и цепную передачу 30 передается на ось 9 и колеса с грунтозацепами 19, которые приводят в движение само устройство.
После установки устройства на новую позицию циклы повторяются до полного завершения работ.
Опорные колеса 52 устанавливаются в передней горизонтальной части трубок-полозьев 5, а с целью повышения проходимости и соответственно производительности работ, например, при рыхлении/культивации почвы, вместо них устанавливаются направляющие колеса с зубцами 53. Затем на колеса с зубцами 53 и колеса с грунтозацепами 19 надеваются гусеницы/ цепи 54 (см. на фиг. 5, 7) В случае выполнения работ на переувлажненных участках, или, например, при выравнивании неровностей почвы, в чеках залитых водой, на трубки-полозья 5 устанавливаются лыжи 55 (см. на фиг. 9).
Устройство может так же использоваться в качестве средства передвижения, например, по местным дорогам, при смене участков и т.д., для чего на колеса с грунтозацепами 19 надеваются жесткие футляры или кожухи.
Планировочные работы в чеках, косьба травы и сорной растительности могут выполняться в постоянном движении, а. при наработке определенных навыков, рыхление и культивацию почв можно так же выполнять непрерывно, со сменой позиций только в начале или конце делянок.
Позицией 57 обозначена съемная решетка, которая размещена, например, на горизонтальной части трубок с изгибом 1 рамы и предназначена для дробления комков почвы, задержки останков корней растительности и очистки рабочих органов, например, при рыхлении/культивации почвы. Позицией 51 обозначены втулки крепления сменных рабочих органов 18, а с целью предотвращения возможных травм при выполнении работ, на все вращающиеся части (рабочие органы, звездочки, цепные передачи) возможна установка, например, ограждающих кожухов или футляров 58 (на фиг. 5, 6, 7, 8, 9 показано для рабочих органов условно, штрихпунктирном). Во избежание возможных травм ног оператора от вращающихся рабочих органов, педали могут быть выполнены, например, в виде обуви с металлическими носками (на фиг. не показано).
Преимущества устройства для обработки небольших по площади садово-огородных и опытных участков:
- расширение функциональных возможностей за счет установки сменных рабочих органов (рыхления, культивации, планировки и скашивания растительности), а также направляющих колес с зубцами, гусениц, лыж;
- возможность регулирования высоты/глубины обработки и плавности хода сменных рабочих органов за счет наличия механизма регулирования положения рабочих органов по высоте/глубине обработки;
- возможность регулирования нагрузок на мышцы ног, рук и всего тела человека/оператора путем включения по отдельности или одновременно ножного и ручного приводов вращения рабочих органов;
- возможность выполнения работ в условиях повышенной или пониженной влажности и плотности почвогрунтов;
- возможность перемещения устройства своим ходом по участку, делянке, чеку без уплотнения почвы;
- конструктивное решение позволяет так же использовать данное устройство в качестве спортивного тренажера, для развития мышц ног, рук и тела человека.