Рычажная лопата для копания и рыхления тяжелых почв
LEVER SHOVEL FOR DIGGING AND LOOSENING HEAVY SOILS

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к сельскохозяйственному оборудованию и инструменту, и предназначено для копания и рыхления тяжелых почв.
Известно устройство для копания и рыхления земли [1]. Устройство содержит рычажный механизм, рабочий орган с черенком, возвратную пружину, передвижной механизм, состоящий из рамы с колесами, вращающимися вокруг оси. Недостатками данного технического решения являются:
- низкая эффективность и производительность копания;
- при подъеме почвы рабочим органом появляется реактивная сила, откатывающая устройство в сторону оператора;
- требуются большие трудозатраты при производстве работ.
Наиболее близким техническим решением является устройство для копания и рыхления тяжелых почв [2]. Устройство содержит рабочий орган с черенком, передвижной механизм. Передвижной механизм имеет колеса, вращающиеся вокруг оси. Черенок размещен в двух, нижнем и верхнем, патрубках, жестко закрепленных на упоре. Упор вращается вокруг оси колес. Нижний и верхний патрубки находятся в равновесном состоянии относительно вертикальной оси, проходящей через ось вращения колес в момент положения внедрения рабочего органа в почву. Между нижним и верхним патрубками на черенке установлена с возможностью перемещения и крепления муфта с нижней и верхней пружинами.
Недостатками данного технического решения являются:
- рукоятка и черенок в процессе копания при внедрении рабочего органа опускается вниз и уменьшается плечо, а следовательно, требуется больше усилий для подъема почвы;
- частые перемещения черенка внутри патрубков упоров быстро подвергает истиранию металл;
- требуются большие трудозатраты при производстве работ.
Цель изобретения - повышение эффективности уменьшение физической нагрузки на оператора при копании и рыхлении тяжелых почв.
Поставленная цель достигается тем, что рычажная лопата для копания и рыхления тяжелых почв состоит из рабочего органа, состоящего из стержней для копания и рыхления почвы (фиг. 1, 3). Нижняя часть черенка входит в патрубок рабочего органа, и внедрение стержней рабочего органа в почву осуществляется выходом патрубка рабочего органа из черенка при надавливании ногой оператора. Длина патрубка рабочего органа 20÷25 см. Внутри черенка и патрубка рабочего органа находится пружина растяжения, одним верхним концом закрепленная к черенку, другим нижним концом прикрепленная к рабочему органу, которая после завершения цикла выкапывания поднимает рабочий орган вверх и приводит его в исходное положение (фиг. 6, 7). Таким образом, рукоятка при внедрении рабочего органа в почву не перемещается вниз, а остается в исходном положении. Угол установки рукоятки j меняется и подстраивается под рост оператора. Патрубок рабочего органа и часть черенка ниже упорных патрубков имеют квадратное поперечное сечение, что предотвращает проворачивание рабочего органа относительно черенка (фиг. 8).
Черенок вставлен в рукоятку и проходит через нижний патрубок и верхний патрубок. Нижний патрубок и верхний патрубок жестко закреплены на упоре, который вращается вокруг оси колес (фиг. 1, 9). Так, после внедрения рабочего органа в почву оператор осуществляет подъем почвы рабочим органом. Усилие, которое передается от черенка на нижний патрубок, направлено вверх, а усилие, которое передается на верхний патрубок, направлено вниз, так что появляется вращающий момент от пары сил. Таким образом, при подъеме почвы рабочим органом не появляется реактивная сила, откатывающая устройство в сторону оператора (фиг. 5). После подъема почвы, рабочий орган вращается внутри нижнего и верхнего патрубка, так что почва сбрасывается, а рабочий орган готов снова к внедрению в почву (фиг. 2). Опорный и передвижной механизм состоит из оси вращения колес и самих колес. Нижний патрубок и верхний патрубок находятся в равновесном состоянии относительно вертикальной оси, проходящей через ось вращения колес в момент положения внедрения рабочего органа в почву (фиг. 5). Равновесное состояние обеспечивается весом обеих частей (фиг. 4).
1
2
1
1
2
2
Так, М-М=F⋅R-F⋅R=0,
1
2
1
2
1
2
где М и М - соответственно моменты сил от веса нижнего и верхнего патрубков; F, F - соответственно вес нижнего и верхнего патрубков; R, R - соответственно плечи сил от веса нижнего и верхнего патрубков.
Для облегчения вдавливания рабочего органа в землю стержни являются острозубыми. Ширина прозоров между стержнями у рабочего органа 100÷200 мм и зависит от твердости почвы. Чем выше твердость почвы, тем больше ширина прозоров между стержнями рабочего органа. Увеличение ширины прозоров уменьшает количество стержней и соответственно уменьшает силу вдавливания рабочего органа в почву. При этом ширина рабочего органа может быть 300÷400 мм и зависит от веса оператора. Так, для операторов, у которых собственный вес до 60 кг, можно рекомендовать устройство с шириной рабочего органа 300 мм. Если собственный вес оператора 80 кг, и более можно рекомендовать устройство с шириной рабочего органа 300 мм. Диаметр стержней рабочего органа 10÷16 мм.
На передвижном механизме можно устанавливать две рычажные лопаты под обе руки оператора с жестко закрепленными упорами на общей трубе, которая вращается вокруг оси вращения колес. Внедрение рабочих органов в почву осуществляется через вдавливатель (фиг. 4). Такое техническое решение позволяет значительно повысить производительность копания.
На фиг. 1 изображена рычажная лопата для копания и рыхления тяжелых почв с заглубленным рабочим органом, общий вид; на фиг. 2 изображена рычажная лопата для копания и рыхления тяжелых почв в момент положения внедрения рабочего органа в почву, общий вид; на фиг. 3 изображена рычажная лопата для копания и рыхления тяжелых почв, вид сверху; на фиг. 4 изображены две рычажные лопаты для копания и рыхления тяжелых почв на общей трубе, вид сверху; на фиг. 5 - упор с двумя патрубками, общий вид; на фиг. 6 - узел А на фиг. 1; на фиг. 7 - узел D на фиг. 2; на фиг. 8 - разрез В-В на фиг. 7; на фиг. 9 - разрез С-С на фиг. 7.
Рычажная лопата для копания и рыхления тяжелых почв состоит из рабочего органа 1, состоящего из стержней 2 для копания и рыхления почвы 3. Рабочий орган 1 соединен с черенком 4, который вставлен в рукоятку 5 и проходит через нижний патрубок 6 и верхний патрубок 7. Нижний патрубок 6 и верхний патрубок 7 жестко закреплены на упоре 8, который вращается вокруг оси колес 9. Опорный и передвижной механизм состоит из оси вращения колес 9 и колес 10. Нижний патрубок 6 и верхний патрубок 7 находятся в равновесном состоянии относительно вертикальной оси. Нижняя часть черенка 11 входит в патрубок рабочего органа 12. Внутри нижней части черенка 11 и патрубка рабочего органа 12 находится пружина растяжения 13. На передвижном механизме могут быть установлены две рычажные лопаты, а внедрение рабочих органов 1 в почву 3 осуществляется через вдавливатель 14.
Рычажная лопата для копания и рыхления тяжелых почв работает следующим образом. Нижняя часть черенка 11 входит в патрубок рабочего органа 12, и внедрение стержней 2 рабочего органа 1 в почву 3 осуществляется выходом патрубка рабочего органа 12 из нижней части черенка 11 при надавливании ногой оператора. Длина патрубка рабочего органа 12 20÷25 см. Внутри нижней части черенка 11 и патрубка рабочего органа 12 находится пружина растяжения 13, одним верхним концом закрепленная к черенку, другим нижним концом прикрепленная к рабочему органу 1, которая после завершения цикла выкапывания поднимает рабочий орган 1 вверх и приводит его в исходное положение (фиг. 6, 7). Таким образом, рукоятка 5 при внедрении рабочего органа 1 в почву 3 не перемещается вниз, а остается в исходном положении. Угол установки рукоятки 5 j меняется и подстраивается под рост оператора. Патрубок рабочего органа 12 и часть черенка 4 ниже упорных патрубков имеют квадратное поперечное сечение, что предотвращает проворачивание рабочего органа 1 относительно черенка 4 (фиг. 8).
Черенок 4 вставлен в рукоятку 5 и проходит через нижний патрубок 6 и верхний патрубок 7. Нижний патрубок 6 и верхний патрубок 7 жестко закреплены на упоре 8, который вращается вокруг оси колес 9. Так, после внедрения рабочего органа 1 в почву 3 оператор осуществляет подъем почвы 3 рабочим органом 1. Усилие, которое передается от черенка 4 на нижний патрубок 6, направлено вверх, а усилие, которое передается на верхний патрубок 7, направлено вниз, так что появляется вращающий момент от пары сил. Таким образом, при подъеме почвы 3 рабочим органом 1 не появляется реактивная сила, откатывающая устройство в сторону оператора (фиг. 5). Опорный и передвижной механизм состоит из оси вращения колес 9 и самих колес 10. Нижний патрубок 6 и верхний патрубок 7 находятся в равновесном состоянии относительно вертикальной оси, проходящей через ось вращения колес 9 в момент положения внедрения рабочего органа в почву 3 (фиг. 2). Равновесное состояние обеспечивается весом обеих частей (фиг. 4). Черенок 4 имеет ударный стержень, который вставлен в рукоятку 5 с пружиной сжатия 13 и ударами о заглушку 14 внедряет рабочий орган 1 в почву 3 (фиг. 6).
Для облегчения вдавливания рабочего органа 1 в землю стержни 2 являются острозубыми. Ширина прозоров между стержнями 2 у рабочего органа 1 100÷200 мм и зависит от твердости почвы 3. Диаметр стержней 2 рабочего органа 1 10÷16 мм.
На передвижном механизме можно устанавливать две рычажные лопаты под обе руки оператора с жестко закрепленными упорами 8 на общей трубе, которая вращается вокруг оси вращения 9 колес 10. Внедрение рабочих органов 1 в почву 3 осуществляется через вдавливатель 14 (фиг. 4). Такое техническое решение позволяет значительно повысить производительность копания.
Предлагаемое техническое решение имеет широкий диапазон применения. Эффективнее аналогов и является более экономичным.
Источники информации
1. Пат. №2462850 Российской Федерации, МПК А01В 1/00, Устройство для копания и рыхления земли / Ламердонов К.З.; заявл. 05.07.2012, опубл. 10.10.2012 (аналог).
2. Пат. №2556914 Российской Федерации, МПК А01В 1/00, А01В 1/02, Устройство для копания и рыхления тяжелых почв / Ламердонов З.Г., Камботов А.А., Ламердонов К.З.; заявл. 13.05.2014, опубл. 20.07.2015 (прототип).