УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВСКАПЫВАНИЯ ПОЧВЫ

Полезная модель относится к области сельского хозяйства, в частности к ручным орудиям для обработки почвы посредством вскапывания.
Из уровня техники известна лопата [1], включающая черенок, державку, упор, лезвие и механизм удаления с него грунта, при этом механизм удаления грунта с лезвия представляет собой подпружиненный шток с толкателем, установленный с возможностью перемещения относительно лезвия.
Недостаток данного устройства состоит в том, что необходимо значительное усилие для обеспечения проникновения лезвия лопаты в грунт.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является штыковая лопата [2], состоящая из черенка и лезвия лопаты, при этом в месте соединения черенка с лопатой размещена обмотка, подключенная к регулируемому источнику импульсного тока. Это устройство принимается в качестве устройства-прототипа.
Недостаток устройства-прототипа состоит в том, что необходимо относительно большое усилие для обеспечения проникновения лезвия лопаты в грунт.
Задачей, на решение которой направлено создание предлагаемого устройства, является повышение производительности при обработке почвы методом вскапывания.
Ожидаемый технический результат состоит в снижений физического усилия человека при осуществлении полного проникновения лезвия устройства в грунт.
Заявленный технический результат достигается тем, что устройство для вскапывания почвы, состоит из лезвия и пустотелого черенка, содержащего нижние и верхние продувочные окна, жестко скрепленных между собой тулейкой, а также взаимодействующего с лезвием источника импульсного воздействия, при этом источник импульсного воздействия размещен в пустотелом черенке и представляет собой последовательно установленные между собой втулку, жестко скрепленную с тулейкой, оснащенную коаксиально позиционированной в ней пружиной, один из торцов которой выступает за пределы втулки, посаженного на упомянутый выступающий торец пружины Т-образного ударника, который оснащенный затвором, выступающим за поперечные габариты пустотелого черенка с возможностью передвижения вдоль его продольной оси благодаря соответствующему пропилу в пустотелом черенке, газового поршня с ограничителем перемещения, соединенного посредством поводка с цилиндрическим клапаном, размещенными за цилиндрическим клапаном электрической свечей, взаимодействующей с генератором высоковольтных электрических импульсов, образованного высоковольтной и низковольтной цепями, первая из которых подключена к электрической свече, а вторая из которых через бесконтактный прерыватель подключена к электрической батареи постоянного тока, и соплом-инжектором, питаемым по подводящему патрубку и шлангу подвода газо-воздушной смеси горючим составом из смеси воздуха и пропана, или бутана или смеси пропана и бутана.
Предпочтительно, что бы в качестве бесконтактного прерывателя была применена оптоэлектронная пара.
Заявленное устройство иллюстрируется рисунком. На Фиг. 1 схематично представлена конструкция предложенной в соответствии с заявкой на полезную модель устройства для вскапывания почвы.
Перечень позиций:
1. Лезвие.
1.1. Профилирование.
1.2. Планка для ступни.
2. Пустотелый черенок.
2.1. Нижнее продувочное окно.
2.2. Верхнее продувочное окно.
3. Тулейка.
4. Втулка.
5. Пружина.
6. Ударник.
6.1. Затвор ударника.
7. Газовый поршень.
8. Цилиндрический клапан.
9. Поводок.
10. Электрическая свеча.
11. Сопло-инжектор.
11.1 Подводящий патрубок.
12. Генератор высоковольтных электрических импульсов.
13. Электрическая батарея.
14. Оптоэлектронная пара.
14.1 Электрический проводник.
15. Кнопка «включено».
16. Шланг подвода газо-воздушной смеси.
17. Обратный газовый клапан.
Лезвие 1 (Фиг. 1) заявленного устройства для вскапывания почвы имеет традиционный для такого рода орудий труда профиль. Предпочтительно лезвие 1 (Фиг. 1) изготавливать из стали с толщиной не менее 2,5 мм. В нижней части лезвие 1 (Фиг. 1) заточено под профиль ножа (не показано). Для повышения срока службы лезвия 1 (Фиг. 1), подвергающегося ударным нагрузкам, его профилируют 1.1 (Фиг. 1) продольными полосами, например, путем «холодного» прессования. Для использования ноги человека, применяющего предлагаемое устройство, тем же прессованием на противоположной заточке под нож стороне лезвия 1 (Фиг. 1) формируют поперечную планку под человеческую ступню.
Пустотелый черенок 2 (Фиг. 1) устройства для вскапывания почвы представляет собой оболочку в виде трубы из конструкционного материала. Целесообразно, как и в случае для лезвия 1 (Фиг. 1) в качестве материала пустотелого черенка 2 (Фиг. 1) использовать сталь. В оболочке пустотелого черенка 2 (Фиг. 1) выполнены нижнее продувочное 2.1 (Фиг. 1) и верхнее продувочное 2.2 (Фиг. 1) окна. Они предназначены для удаления продуктов сгорания газо-воздушной смеси. Тулейка 3 (Фиг. 1) предназначена для надежного механического скрепления лезвия 1 (Фиг. 1) с пустотелым черенком 2 (Фиг. 1). Она выполнена пустотелой, а торец со стороны лезвия 1 (Фиг. 1) снабжен шайбой (не показана) и заварен по контуру электрической сваркой. В качестве материала для тулейки 3 (Фиг. 1) также необходимо использовать качественный конструкционный материал, например, Сталь 45, поскольку тулейка устройства для вскапывания почвы подвергается существенным динамическим нагрузкам.
Втулку 4 (Фиг. 1) помещают в тулейку 3 (Фиг. 1) так, что ее часть находится в пустотелом черенке 2 (Фиг. 1). Образовавшуюся структуру обрабатывают контактной сваркой по поверхности до образования монолитной конструкции, поскольку втулка 4 (Фиг. 1) предназначается для передачи механических импульсов на лезвие 1 (Фиг. 1) предложенного устройства для вскапывания почвы. Частично помещенная во втулку 4 (Фиг. 1) пружина 5 (Фиг. 1) предназначена для возврата ударника 6 (Фиг. 1) - после его соударения с втулкой 4 (Фиг. 1) - в исходное положение. Затвор ударника 6.1 (Фиг. 1) используется для перемещения ударника 6 (Фиг. 1) в исходное положение (характеризующееся позиционированием на расстоянии от 10 до 12 см от втулки 4 (Фиг. 1) в случае «залипания» в пустотелом черенке 2 (Фиг. 1).
Назначение газового поршня 7 (Фиг. 1) следует из его названия. Он предназначен для передачи энергии быстротечного сгорания газо-воздушной смеси на основе введения в воздух 5-6% чистого пропана (чистого бутана или смеси пропана с бутаном). Для ограничения расстояния отскока газового поршня 7 (Фиг. 1) от ударника 6 (Фиг. 1) после их соударения, служит стопорное кольцо 7.1 (Фиг. 1). Его помещают внутрь пустотелого черенка 2 (Фиг. 1) над газовым поршнем 7 (Фиг. 1) и закрепляют винтами (не показаны) через стенку пустотелого черенка 2 (Фиг. 1).
Цилиндрический клапан 8 (Фиг. 1) связан жестким поводком (в виде стержня с уздечкой) и служит для периодического открытия/закрытия верхнего продувочного окна 2.2 (Фиг. 1) устройства для вскапывания почвы.
С противоположной лезвию 1 (Фиг. 1) стороны концевая часть пустотелого черенка 2 (Фиг. 1) блокирована фиксированной металлической шайбой, обеспечивающей формирование рабочего объема для импульсного принудительного поджига газо-воздушной смеси.
Формирование электрических искр для принудительного поджига газо-воздушной смеси производится электрической свечой 10 (Фиг. 1), закрепленной посредством резьбы в теле упомянутой выше фиксированной металлической шайбы.
Через нее же проведен подводящий патрубок 11.1 (Фиг. 1) увенчанный соплом-инжектором 11 (Фиг. 1). Между фиксированной металлической шайбой и полимерной заглушкой на торце пустотелого черенка 2 (Фиг. 1) размещен смонтированный на плате генератор высоковольтных электрических импульсов 12 (Фиг. 1), питание которого производится от батареи 13 (Фиг. 1), производящий постоянный ток.
Генератор высоковольтных электрических импульсов 12 (Фиг. 1) построен по известной схеме с бесконтактным управлением высоковольтными импульсами (см. например, [3]). Высоковольтная цепь подключена к электрической свече 10 (Фиг. 1), а низковольтная цепь замыкает положительную И Отрицательную клеммы электрической батареи 13 (Фиг. 1) через бесконтактный прерыватель в виде оптоэлектронной пары 14 (Фиг. 1), снабженной соответствующими электрическими проводниками 14.1 (Фиг. 1). Двухпозиционная кнопка «включено» 15 (Фиг. 1) служит для блокировки формирования высоковольтных электрических импульсов, подаваемых на электрическую свечу 10 (Фиг. 1) путем коммутации низковольтной цепи электрической батареи 13 (Фиг. 1).
3
8
4
10
Питание газо-воздушной смесью, в которой помимо воздуха содержится указанное выше объемное количество чистого CH (пропана), или чистого СH (бутана) или их смеси (например, в соотношении 40% на 60%) осуществляют через шланг 16 (Фиг. 1), оснащенный обратным газовым клапаном 17 (Фиг. 1). Назначение обратного газового клапана 17 (Фиг. 1) состоит в подавлении проскока пламени к газовому баллону с чистым пропаном (чистым бутаном или смесью пропана и бутана)
Пример.
2
Предлагаемое устройство ставят лезвием 1 (Фиг. 1) на сухой суглинок (глинистый грунт, который конкретно содержит от 28% глины и имеет пористость 0,5) с несущей способностью 3,1 кг/см так, чтобы его пустотелый черенок 2 (Фиг. 1) занял вертикальное положение.
Посредством быстроразъемного газового соединения (не показано) к устройству посредством шланга 16 (Фиг. 1) подводят газо-воздушную смесь (состава 95% воздуха и 5% пропана) под избыточным давлением 1,6 атм. Она поступает в рабочий объем со скоростью 0,5 л/сек. Ступней ноги на 2-3 сек отжимают вниз по вертикали затвор ударника 6.1 (Фиг. 1) до упора. Вслед за ударником 6 (Фиг. 1) под воздействием силы собственного веса одновременно за ним опускается и газовый поршень 7 (Фиг. 1), который за поводок 9 (Фиг. 1) соразмерно увлекает за собой цилиндрический клапан 8 (Фиг. 1). Последний освобождает оптический канал оптоэлектронной пары 14 (Фиг. 1) от затемнения и приводит его в исходный нормально-разомкнутый режим при нажатии кнопки «включение». Когда пользователь предлагаемого устройства для вскапывания почвы снимает ступню ноги с затвора ударника 6.1 (Фиг. 1), под воздействием сжатой пружины 5 (Фиг. 1) ударник 6 (Фиг. 1) перемещается вверх сам и заодно передвигает также вверх газовый поршень 7 (Фиг. 1). В свою очередь за счет поводка 9 (Фиг. 1) вверх перемещается и цилиндрический клапан 8 (Фиг. 1), перекрывая оптический канал оптоэлектронной пары 14 (Фиг. 1). Оптоэлектронная пара 14 (Фиг. 1) переходит в нормально-замкнутое состояние. Это вызывает замыкание низковольтной цепи, возникающий при этом низковольтный импульс возбуждает (по трансформаторному принципу за счет изменения магнитной индукций) высоковольтный импульс, проявляющийся на электродах электрической свечи 10 (Фиг. 1) в виде высоковольтной искры от генератора высоковольтных электрических импульсов 12 (Фиг. 1).
Высоковольтная искра электрической свечи 10 (Фиг. 1) воспламеняет газовоздушную смесь в рабочем объеме и образовавшиеся продукты горения с силой толкают газовый поршень 7 (Фиг. 1) на ударник 6 (Фиг. 1). Этот ударный импульс приводит к сжатию пружины 5 (Фиг. 1) и последующему ударному взаимодействию ударника 6 (Фиг. 1), а также плотно состыкованного с ним силами ударной волны газового поршня 7 (Фиг. 1), с втулкой 4 (Фиг. 1), которая посредством тулейки 3 (Фиг. 1) передает его на лезвие 1 (Фиг. 1), непосредственно взаимодействующее ножевой частью с грунтом (в данном примере это суглинок). В результате этого ударного воздействия лезвие 1 (Фиг. 1) частично проникает в грунт: В описанном выше положении газового поршня 7 (Фиг. 1) и жестко связанного с ним в части положения в пространстве (точнее в пустотелом черенке 2 (Фиг. 1)) цилиндрического клапана 8 (Фиг. 1) через открытые нижнее 2.1 (Фиг. 1) и верхнее 2.2 (Фиг. 1) продувочные окна продукты горения выходят из рабочего пространства наружу и давление в нем уравнивается с атмосферным. В силу указанной причины под действием сжатой пружины 5 (Фиг. 1) газовый поршень 7 (Фиг. 1), а также жестко связанный с ним поводком 9 (Фиг. 1) цилиндрический клапан 8 (Фиг. 1), устремляются вверх, запирая нижнее 2.1 (Фиг. 1) и верхнее 2.2 (Фиг. 2) продувочные окна. Происходит частичное сжатие инжектируемой из сопла-инжектора 11 (Фиг. 1) пирогенной газо-воздушной смеси и ее новое воспламенение при достижении такого положения цилиндрического клапана 8 (Фиг. 1), которое приводит к очередному перекрытию оптического канала оптоэлектронной пары 14 (Фиг. 1).
Повторяющиеся вышеописанные циклы ударного взаимодействия втулки 4 (Фиг. 1) с ударником 6 (Фиг. 1) /жестко подпираемым в момент их столкновения еще и газовым поршнем 7 (Фиг. 1)/ обеспечивают импульсное (рывками) погружение лезвия 1 (Фиг. 1) в грунт до уровня планки для ступни 1.2 (Фиг. 1). Следует отметить, что профилирование 1.1 (Фиг. 1) лезвия (Фиг. 1) предлагаемого устройства позволяет интенсифицировать процесс заглубления лезвия 1 (Фиг. 1) в грунт без опасности его механического разрушения.
При достижении полного (до Планки для ступни 1.2. (Фиг. 1) погружения лезвия 1 (Фиг. 1) в грунт отжимали кнопку 15 «Включено».
Исследование устройства-прототипа и предлагаемого устройства произведены следующим образом. Устройству-прототипу придавали строго вертикальное положение на грунте. На его планке для ступни закрепляли груз весом 41 кг (средний по усилию упор ноги человека на планку для ступни при вскапывании грунта). Затем на обмотку подавали электрические импульсы в соответствии с рекомендациями, изложенными в заявке на полезную модель РФ №2003125455, на которую был выдан патент описывающий устройство, принятое нами в качестве устройства-прототипа.
Секундомером замеряли время, за которое лезвие устройства-прототипа полностью погружалось в грунт. Далее брали предлагаемое устройства, подключали его к шлангу подвода газо-воздушной смеси (5% об. пропана в воздухе) и устанавливали его в строго вертикальном положении. Методом последовательных приближений (итераций) в части снижения веса груза, закрепляемого на планки для ступни, добивались одного и того же результата с устройством-прототипом в части времени погружения лезвия в грунт до уровня планки для ступни.
Результаты сопоставительных испытаний на одном и том же грунте (суглинке) предлагаемого устройства и устройства-прототипа приведены в Таблице.
Как следует из Таблицы, величина груза, имитирующего физическое усилие человека (а конкретно, ступни ноги человека) при осуществлении полного проникновения лезвия предложенного устройства для вскапывания почвы в грунт, почти в шесть раз меньше, чем для устройства-прототипа при одинаковых условиях. Это дает основание утверждать о достижении заявленного технического результата. Важно отметить, что при использовании величины груза, имитирующего физическое усилие человека при осуществлении полного проникновения лезвия заявленного устройства в грунт, равного 41 кг (как и у устройства-прототипа), время такого проникновения в грунт, не превысит 0,5 (половины) секунды.
Для изготовления и эксплуатации предлагаемого устройства могут быть использованы известные узлы, компоненты и материалы, что позволяет считать это устройство соответствующим критерию патентоспособности полезной модели «промышленная применимость».
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Полезная модель РФ №40831, МПК: A01B 1/02, опуб. 10.10.2004 г.
2. Изобретение РФ №2128894, МПК: A01B 1/02, опуб. 20.04.1997 г. (прототип).
3. http://ditavtox.ru «Батарейное зажигание мотоцикла. Часть 1».