ЛОПАТА

Изобретение относится к садово-огородным инструментам для обработки почвы, в частности к лопатам для работы на средних и мягких почвах.
Процесс перекопки почвы обычно состоит из следующих операций: установка полотна на поверхность почвы прямо или под углом, отрыв пласта от монолита, подъем полотна с пластом, поворот полотна и сброс пласта. При этом происходит нарушение структуры почвы. Самой трудной операцией для пользователя (работающего) является подъем полотна с отрезанным пластом.
Известна лопата по патенту РФ №2246190 (опубл. 20.02.2005 г.), содержащая полотно с развитой по горизонтали плоскостью, черенок.
Недостатками известной лопаты являются: малая площадь полотна, увеличивающая число забоев, расположение рук работающего на разной высоте, обуславливающее необходимость наклона туловища, что влечет за собой повышение утомляемости и создает эксплуатационные неудобства. Наличие черенковой втулки, заступа для упора ног, разнесенного конструктивно с полотном, увеличивает количество сборочных единиц и число зон скрепления их между собой и, тем самым, снижает надежность конструкции в целом, усложняет процесс изготовления лопаты, требует использования высокоуглеродистой стали или титана, что неэкономично. Конструкция лопаты предопределяет только частичное сохранение первоначального расположения по глубине слоев почвы, преимущественно над черенковой втулкой, что не решает проблему сохранения структуры обрабатываемой почвы, и, при этом, требует осуществлять подъем лопаты с частью пласта на полотне.
Известны конструкции лопат, работа с которыми происходит без подъема пласта вместе с полотном, и работающий вскапывает почву практически не наклоняясь.
Из уровня техники известна лопата по патенту РФ №2218683 (опубл. 20.12.2003 г.), содержащая полотно, черенок, торец которого оснащен ручкой захвата.
Недостатками известной лопаты являются наличие большого числа сборочных единиц, что снижает надежность конструкции в целом; сложность изготовления, сборки и обслуживания в процессе работы. Полотно, снабженное выпуклыми поверхностями, перемещается в горизонтальной плоскости в процессе работы, что способствует налипанию на его поверхность влажной почвы. Отвал захваченного пласта почвы, нарушающий первоначальное расположение почвенных слоев, осуществляют прикладывая усилия одной рукой к черенку, а другой к отлогой ручке захвата, т.е. руки находятся на разной высоте, что увеличивает утомляемость работающего и снижает эксплуатационные удобства. Полотно, имеющее по всему контуру режущее лезвие, в т.ч. со стороны пользователя, создает повышенную травмоопасность.
Известна лопата по патенту РФ №2275772 (опубл. 10.05.2006 г.), содержащая полотно, черенок с ручкой.
Указанная лопата, имеющая изогнутой формы черенок, основная длина которого и полотно размещены в разных плоскостях, требует использовать для ее изготовления дорогостоящие материалы- титановый сплав, нержавеющую сталь, что неэкономично. Указанная лопата насыщена мелкими сборочными единицами, что снижает надежность конструкции в целом. Существует необходимость подбора диаметра ручки по кисти конкретного человека перед использованием лопаты, что усложняет предэксплуатационный этап. При том, что подъема пласта на полотне лопата не предусматривает, пласт переворачивают и, соответственно, нарушается первоначальное расположение слоев почвы по глубине пласта, гибнут важные для плодородия почвы бактерии. Кроме того, требуется перенастраивать ручку лопаты в зависимости от того, является пользователь левшой или правшой, т.к. без выполнения этой операции отсутствует возможность эффективной работы.
Наиболее близкой к заявляемому техническому решению является конструкция лопаты по патенту РФ №2231239 (опубл. 27.06.2004 г.), принятая за прототип, содержащая полотно, прямолинейный черенок, рукоятку, длина которой превышает длину верхней кромки полотна.
К недостаткам лопаты по прототипу следует отнести недостаточно высокую надежность функционирования и конструктивную сложность в виду множества сборочных единиц. Соединение рукоятки с черенком происходит посредством двух трубчатых элементов. Рукоятка и черенок находятся в разных плоскостях. Слабыми звеньями являются сама рукоятка и место соединения двух трубчатых элементов между собой, что обусловило выполнение указанных сборочных единиц из дорогостоящего титана. Конструкция лопаты требует предэксплуатационной подготовки: сверление отверстия в одном из верхних углов полотна для закрепления гибкой тяги (в зависимости от того, левша или правша пользователь), корректировку положения дополнительных ручек. Кроме того, процесс эксплуатации очень сложен. При осуществлении работы лопатой полотно заглубляют вертикально в почву, отрывают пласт и приподнимают полотно с ним за счет движения рукоятки на себя на уровне грудной клетки. Рукоятка расположена на 10-15 см ниже уровня плеч пользователя при полностью вдавленном практически перпендикулярно почве полотне лопаты и требуется удерживать одну из рук на данной высоте в процессе работы, что утомительно. Рукоятка всегда (Фиг.2 прототипа) расположена ниже верхнего конца черенка, и свободно выступающая за ее пределы часть черенка создает неудобства в процессе эксплуатации лопаты. При этом есть все разумные основания полагать, что одновременно нужно удерживать ручку с гибкой связью, что снижает эксплуатационные удобства и ведет к утомлению пользователя из-за необходимости осуществлять несколько действий одномоментно, т.е. взаимное расположение элементов лопаты не способствует оптимальному режиму труда, т.к рабочие движения не скоординированы. Далее одной рукой тянут ручку с гибкой тягой, второй рукой поворачивают черенок вокруг оси за рукоятку. При этом полотно переворачивается и почва с него осыпается. Лопата по прототипу обеспечивает работу пользователя без наклона и исключает подъем грунта на полотне, но при этом изменяется первоначальное расположение слоев почвы, что приводит к нарушению условий жизни важных для плодородия почвы бактерий, а, следовательно, к их гибели. Кроме того, полотно лопаты, используемое в прототипе является общеизвестным - штыковым, посредством тулейки соединенным с деревянным черенком и имеющим развитую поверхность (с одной стороны - выпуклую, а с другой - вогнутую), что способствует налипанию влажной почвы.
Задачей заявляемого технического решения является разработка надежной, простой и экономически привлекательной конструкции лопаты, повышающей эффективность функционирования, позволяющей не только обеспечить работу пользователя без наклона и исключить подъем почвы на полотне, но и максимально сохранить структуру расположения слоев почвы, одновременно повысить эксплуатационные удобства за счет минимизации рабочих движений и усилий и обеспечения оптимального положения лопаты в зоне легкой досягаемости моторного поля вне зависимости от роста конкретного человека при отсутствии необходимости изменения положения конструктивных элементов лопаты друг относительно друга.
Поставленная задача решается предлагаемой конструкцией лопаты, содержащей полотно, прямолинейный черенок, рукоятку, длина которой превышает длину верхней кромки полотна. Особенность заключается в том, что полотно представляет собой пластину в форме полукруга со сплошной режущей кромкой по криволинейной части его контура, черенок непосредственно прикреплен к полотну, рукоятка и черенок расположены в одной плоскости, рукоятка размещена параллельно верхней кромке полотна и симметрично скреплена с верхним концом черенка, при этом рукоятка выполнена длиной, обеспечивающей удержание рукоятки с двух сторон руками при приложении усилий одной вытянутой рукой по направлению прямо от себя и второй рукой при сгибе ее в локтевом суставе и отводе ее к себе назад.
В частности, черенок и/или рукоятка выполнены полыми или сплошного сечения.
В частности, рукоятка снабжена эластичными ортопедическими ручками.
В частности, полотно, со стороны верхней кромки, оснащено симметричным относительно черенка вырезом.
Проведенный сопоставительный анализ показывает, что заявляемая лопата отличается от прототипа иной геометрией полотна - размер по горизонтали превышает высоту (в прототипе - высота полотна превышает размер по горизонтали); меньшим числом конструктивных элементов; характеризуется соединением черенка непосредственно с полотном (в прототипе через тулейку), прямым профилем полотна (в прототипе профиль полотна имеет сложную конфигурацию); размещением рукоятки и черенка в одной плоскости (в прототипе рукоятка находится в плоскости, не совпадающей с плоскостью черенка); иным размещением рукоятки по отношению к верхнему концу черенка - черенок заканчивается рукояткой, непосредственно размещенной на нем (в прототипе рукоятка удалена от конца черенка и соединена с ним опосредованно через два трубчатых элемента); размещением режущей кромки полотна по всей криволинейной части контура полукруга (в прототипе - на заостренной части полотна); иной последовательностью действий работающего для получения функционального результата при пользовании лопатой.
Именно совокупность отличительных от прототипа признаков с другими существенными признаками предлагаемой конструкции лопаты позволила достичь вышеуказанный технический результат и решить поставленную задачу.
Предлагаемая лопата иллюстрируется графическим изображением.
Фиг. - общий вид лопаты.
Лопата содержит укороченное полотно 1 в форме полукруга (например, из стали марок 45, 50 по ГОСТ 1050-74), непосредственно с которым скреплен (например, сваркой, наплавкой) черенок 2. Симметричная рукоятка 3 соединена с верхним концом черенка 2. Контактирующую с полотном 1 часть черенка 2 целесообразно выполнять уплощенной. Выполненные из металла черенок 2 и/или рукоятка 3 могут быть полыми или сплошного сечения. Черенок 2 и рукоятка 3 размещены в одной плоскости, что уменьшает величину затрачиваемых усилий. Длина рукоятки 3 превышает длину верхней кромки 4 полотна 1, ее размер обеспечивает надежный захват рукоятки 3 двумя руками, приложение усилий одной вытянутой рукой (правой или левой в зависимости от того левша или правша пользователь) по направлению прямо от себя и второй рукой при сгибе ее в локтевом суставе и отводе ее к себе назад. Для увеличения эксплуатационных удобств рукоятка 3 может быть снабжена эластичными ортопедическими ручками, например из резины (условно не показаны). Для повышения износостойкости режущая кромка 4 полотна 1 может быть упрочнена любым технически осуществимым способом. Полотно 1, для экономии металла и снижения веса со стороны верхней кромки 4 может быть оснащено симметричным относительно черенка 2 вырезом, глубина которого не снижает надежности скрепления черенка 2 с полотном 1, а ширина позволяет свободно разместить ступню взрослого пользователя с любой стороны от черенка 2.
Перед использованием лопаты (в силу ее симметричности) отсутствует необходимость корректировки взаимного расположения конструктивных элементов под конкретного человека вне зависимости от того является пользователь левшой или правшой.
Процесс работы лопатой заявляемой конструкции заключается в следующем.
Исходное положение пользователя при работе с предлагаемой лопатой - стоя прямо без наклона захват рукоятки 3 двумя руками, согнутыми в локтевом суставе и находящимися практически на ширине плеч. Полотно 1 устанавливается на поверхность почвы под углом и таким образом происходит корректировка положения лопаты под рост конкретного пользователя. Полотно 1 заглубляется в почву путем приложения усилий двумя руками, находящимися на одном уровне и симметрично относительно черенка 2. При этом рукоятка 3 и, соответственно, кисти рук, размещаются на уровне пояса пользователя в зоне легкой досягаемости моторного поля (ГОСТ 22269-76 п.2.1.) на высоте локтевой точки, входящей в оптимальный интервал 910-1580 мм по законам эргономической биомеханики (Арунин А.С. и Зациорский В.М. Эргономическая биомеханика. М.: Машиностроение, 1988, с.142). При работе на утоптанной почве или почве с высокой плотностью корневой системы требуется приложение усилий ногой к верхней кромке 4 полотна 1 при первом забое, затем работу осуществляют одними руками. После заглубления полотна 1 пользователь, удерживая рукоятку 3 руками с двух сторон от черенка 2, одну руку (правую или левую) вытягивает по направлению прямо от себя. При этом вторая рука, отводится при сгибе в локтевом суставе под углом 90-135° (ГОСТ 21753-76 п.1.6.) к себе назад. Вся конструкция лопаты поворачивается и широкое полотно 1 сдвигает почву, практически сохраняя ее структуру. Затем пользователь, удерживая рукоятку обеими руками, возвращает руки в исходное положение, тянущим движением выводит полотно 1 из почвы и осуществляет следующий забой.
В конструкции предлагаемой лопаты (компоновка конструктивных элементов, их геометрия) удалось использовать биомеханические свойства двигательного аппарата пользователя, повысить экономичность усилий и оптимизировать двигательную деятельность (ни одного лишнего движения).
Когда мышца растягивается (при выпрямлении руки) она совершает отрицательную работу и в ней накапливается потенциальная энергия упругой деформации; при укорочении мышца совершает положительную работу и энергия упругой деформации проявляется в виде механической работы (Зациорский В.М., Арунин А.С., Селуянов В.Н. "Биомеханика двигательного аппарата человека" - М.: Физкультура и спорт, 1981, с.85).
Рекуперация потенциальной энергии упругой деформации существенно снижает энергозатраты в движениях циклического характера (там же, с.107), что и происходит при использовании предлагаемой лопаты.
Лопата заявляемой конструкции практически реализуема, т.к. была воплощена в металле, соответствует эргономическим требованиям и прошла успешные эксплуатационные испытания (к материалам заявки прилагается CD-диск с видеозаписью работы с опытным образцом лопаты), проста в изготовлении и удобна в эксплуатации, экономически привлекательна и позволяет удовлетворить давно существующую потребность в садово-огородном инструменте, исключающим самую трудоемкую операцию по подъему лопаты с грунтом и позволяющим максимально сохранить структуру почвы при перекопке, только разрыхляя ее.