РУЧНОЕ ОРУДИЕ ДЛЯ ВСКАПЫВАНИЯ И РЫХЛЕНИЯ ПОЧВЫ

Полезная модель относится к сельскохозяйственному машиностроению и может использоваться в качестве садово-огородного инвентаря для перекопки и рыхления почвы с одновременным корчеванием сорняков, выкапывания различных клубней.
Известна лопата, содержащая черенок, штыковую часть и опорный узел, шарнирно связанный с черенком. Штыковая часть лопаты выполнена в виде закрепленных на присоединенной к черенку планке трехгранных зубьев, одна из граней которых обращена в сторону рабочей поверхности, а на опорном узле шарнирно установлена подошва, имеющая ножи якорного типа (А.с. СССР N 1821055 от 15.03.1991 г., МПК А01В 1/02).
Такая конструкция требует больших затрат мышечной энергии при ее использовании, т.к. увеличено плечо рычага, на которое действуют силы сопротивления грунта. Кроме того, лопата не обеспечивает рыхления почвы.
Известны садовые инструменты для вскапывания почвы, выполненные в виде вил с опорой, которая закреплена на державке вил. Присоединение опоры к державке вил по сравнению с вышеупомянутым устройством несколько уменьшает плечо, на которое действуют силы сопротивления грунта, но ненамного снижает требуемые затраты мышечной энергии при использовании. Эти инструменты также не обеспечивают рыхления почвы. (Патент GB 2450640 от 23.08.2008 г., МПК А01В 1/02, патент FR 2927763 от 25.02.2008 г., МПК А01В 1/02).
Известен целый ряд устройств, предназначенных для перекопки и рыхления почвы, например, лопата по свидетельству РФ №6965 от 06.05.1997 г., МПК А01В 1/02 и ручное орудие для вскапывания и рыхления почвы по патенту РФ №26177 от 06.05.2002 г., МПК А01В 1/00.
Лопата по свидетельству РФ №6965 содержит рамку, замкнутым зауженным концом жестко соединенную с опорой; внутри рамки размещены вилы; рамка соединена посредством горизонтального шарнира с державкой вил; рамка имеет перемычку, на которой размещены рыхлительные элементы, обращенные острием в сторону вил в пространстве между их зубьями.
Лопата обеспечивает рыхление почвы, но из-за присоединения рамки с опорой к державке вил также требует значительных усилий при поднятии пласта земли. Кроме того, короткий шарнир, длина которого ограничена диаметром державки, не способен противостоять скручивающим нагрузкам, действующим в плоскости, в которой лежит ось шарнира, что делает узел ненадежным.
Орудие по патенту РФ №26177 содержит рамку U-образной формы, жестко соединенную со стойкой опоры; внутри рамки размещены вилы; опора шарнирно сочленена с кронштейном на черенке; рамка также имеет перемычку, на которой размещены рыхлительные элементы.
Данное устройство имеет аналогичные недостатки.
Наиболее близким по технической сущности к заявленной полезной модели - прототипом - является ручное орудие для перекопки и культивации почвы по патенту РФ №91792 от 21.12.2009 г., МПК А01В 1/02. Устройство содержит копающий элемент, выполненный в виде вил с державкой для жесткого закрепления черенка, и рамку, продольные элементы которой со стороны одних концов соединены между собой гребенкой-рыхлителем. Гребенка-рыхлитель размещена так, что зубья вил при рабочем движении проходят между ее рыхлительными элементами.
В прототипе рамка имеет U-образную форму. Рамка соединена с державкой посредством горизонтального шарнира. На рамке жестко закреплена опора. Кроме того, на рамке имеется перемычка, на которой смонтирован, как минимум один из культивационных элементов. Данное устройство имеет следующие недостатки:
1. Шарнир расположен далеко от рабочего органа - вил, что не дает выигрыша в силе согласно правилу рычага и делает процесс энергетически более затратным, т.к. соотношение L1/L2 не оптимально, где L1 - плечо рычага, к которому прилагает усилие человек, L2 - плечо рычага, на которое действует сила сопротивления грунта (Фиг.3).
2. На державке невозможно закрепить шарнир, длина которого намного больше диаметра державки. Размеры шарнира недостаточны для противостояния скручивающим нагрузкам, действующим в плоскости, в которой лежит ось шарнира, что делает узел ненадежным.
3. Так как опора закреплена на рамке жестко, устройство представляет собой габаритную пространственную конструкцию, неудобную в транспортировке и хранении.
4. Из-за наличия опоры и замкнутой рамки устройство имеет большую металлоемкость и массу.
Задачей полезной модели является снижение необходимых усилий при работе, повышение надежности и компактности конструкции, снижение металлоемкости и массы устройства.
Поставленная задача решается тем, что в известном ручном орудии для вскапывания и рыхления почвы, содержащем копающий элемент, выполненный в виде вил с державкой для жесткого закрепления черенка, и рамку, продольные элементы которой со стороны одних концов соединены между собой гребенкой-рыхлителем, причем, рыхлительные элементы гребенки-рыхлителя размещены так, что зубья вил при рабочем движении проходят между ними, выполнено следующее: концы плечиков вил шарнирно закреплены на продольных элементах рамки со стороны других их концов.
В частных случаях реализации устройство может выполняться следующим образом.
На верхнем конце черенка под углом к нему в плоскости движения черенка может быть закреплена съемная рукоятка-удлинитель, позволяющая нажимать на черенок в конце рабочего хода вил, не нагибаясь.
Для увеличения жесткости гребенки-рыхлителя возможно соединение свободных концов рыхлительных элементов перемычкой, таким образом, чтобы она не препятствовала движению вил при их рабочем ходе.
Для настройки орудия под людей разного роста державка вил может выполняться с возможностью изменения наклона черенка относительно плоскости вил.
Для исключения ранения острыми концами зубьев при транспортировке устройство дополнительно оснащается планкой, надеваемой на зубья вил и закрепляемой на раме.
Для удобства транспортировки и хранения устройства концы продольных элементов рамки могут быть выполнены съемными.
Рыхлительные элементы могут иметь в сечении прямоугольную, круглую или иную форму, выполняться в виде узких пластин, ножей, прутков и др.
На фиг.1 представлен общий вид устройства в изометрии. На фиг.2 показано соотношение плеч рычага устройства в процессе работы. На фиг.3 показано соотношение плеч рычага устройства-прототипа в процессе работы.
На фиг.2, 3 обозначены: L1 - плечо рычага, к которому прилагает усилие человек, L2 - плечо рычага, на которое действуют силы сопротивления грунта.
Устройство (Фиг.1) содержит рамку с продольными элементами 1, гребенку-рыхлитель 2 с рыхлительными элементами 3, шарниры 4, черенок 5, державку 6, вилы с плечиками 7 и зубьями 8. Концы плечиков 7 вил шарнирно закреплены на продольных элементах 1 рамки со стороны их верхних (в поднятом состоянии) концов. Продольные элементы 1 рамки со стороны других их концов соединены между собой гребенкой-рыхлителем 2. Гребенка-рыхлитель 2 размещена так, чтобы зубья 8 вил при рабочем движении проходили между рыхлительными элементами 3. Рыхлительные элементы 3 выполнены в виде узких прочных пластин.
Устройство устанавливают на обрабатываемый участок почвы и, нажимая ногой на плечики 7 вил, погружают вилы в почву обычным движением, при этом верхние свободные концы рамки опускаются до уровня земли, т.е. вся рамка ложится на землю (Фиг.2), вынимают кусок почвы наружу, пропуская его через рыхлительные элементы 3. Возвращая вилы в исходное положение, передвигают устройство на необработанный участок и повторяют предыдущие движения. Т.к шарниры перенесены на рабочую часть - вилы и концы рамки опущены до уровня земли, в заявляемом устройстве по сравнению с прототипом (Фиг.3) увеличено плечо рычага, к которому прилагает усилие человек - L1, и, соответственно, уменьшено плечо рычага, на которое действуют силы сопротивления грунта - L2. Таким образом, снижен момент сопротивления копаемого грунта. Такое устройство требует меньше усилий при работе. Плечики вил выполняют дополнительную функцию - являются осью шарниров. Исключена опора, а функцию опоры выполняет сама рамка, поэтому устройство более устойчиво, менее металлоемко и имеет меньший вес, что положительно сказывается на условиях работы. Устройство содержит два шарнира, что повышает его надежность. Плоская конструкция делает устройство более компактным, удобным в транспортировке и хранении.
По данному техническому решению изготовлен опытный образец устройства. Устройство показало себя более удобным в работе.
Таким образом, по сравнению с прототипом, заявленная полезная модель позволяет получить более надежное, компактное, легкое и менее металлоемкое устройство, требующее меньших усилий при работе.