Держатель с ручкой для поролона

Полезная модель (ПМ) «Держатель с ручкой для поролона» (фиг-1) предназначена для крепления поролона для бытовых и технических целей в случае нанесения на поролон всевозможных жидких моющих средств или растворителей без контакта с руками. В противном случае необходимо использовать перчатки. На практике изделия из поролона имеют различную форму и размеры, но для описания ПМ мы остановимся на параллелепипеде из поролона (бруске) размером 130×80×40 мм (в быту «мочалка»).
Главным преимуществом и достоинством ПМ является возможность и удобство гигиены спины человека, что связано с анатомией человека и из этого возникающие сложности. Хотя мытье окон снаружи и аквариумов изнутри имеет место быть. На сегодняшний день прототипами для ПМ являются конструкции под общим бытовым названием «Мочалка с ручкой для спины», что с технической точки зрения не может быть использовано для названия ПМ. Существующие на сегодня прототипы имеют способы крепления при помощи клея или всевозможных стяжек и на самом деле являются одноразовыми, так как любые средства гигиены человека должны периодически обновляться. В нашей ПМ рабочий элемент не закреплен «на мертво», а монтируется за счет особенностей поролона (его пористости и пластичности) и если в силу каких-то причин, рабочая поверхность поролона пришла в негодность на нашей ПМ, то можно демонтировать и снова закрепить обратной стороной или даже заменить и чем-то напоминает станок для бритья со сменными лезвиями. Конструкция нашей ПМ обеспечивает смену только расходного элемента, т.е. поролона, что является самым дешевым по цене и по экологии.
Конструктивно наша ПМ (фиг-1) имеет вид прямоугольной рамки с двумя параллельными пазами. Каждый паз конструктивно состоит из двух плоскостей, расположенных друг к другу под углом 90°, сходящиеся кромки которых выполнены пилообразными, направленными друг на друга. Такая асимметричность имеет свойство работать в одном направлении, что мы и продемонстрируем.
Порядок и схема работы ПМ показана в фиг-2(а, б). Первоначально поролон и держатель находятся в исходном положении. После чего две торцевые грани, при внешнем сжатии, пропускаются в пазы держателя на 8-10 мм, и так как поролон может сжиматься в 10-12 раз по сравнению с первоначальным состоянием, он легко монтируется в держатель. После того как внешнее сжатие снимается поролон принимает свое первоначальное состояние фиг-2(б).
На фиг-2(в) представлена схема крепления поролона в держателе, которую мы прокомментируем. В сжатом состоянии поролон создает на стенки давление вектор силы D. Так как держатель имеет большую твердость по сравнению с поролоном, возникает обратная реакция-вектор силы R, который находится на одной линии с D и перпендикулярен наклонной плоскости держателя. На другой стороне аналогично. Проводим перпендикуляры до пересечения в точке О и в точку О переносим оба вектора силы R без изменения направления и величины и складывая мы получаем вектор F. Вдоль направления вектора F мы проведем прямую до пересечения с нижней кромкой держателя в точке С, на границу, которая разделяет поролон на две части: сжатую верхнюю и нижнюю свободную. В точку С переместим вектор F. Нижняя часть поролона, после снятия внешнего напряжения (при монтаже) за счет внутренней упругости стремится занять максимальный объем при минимальной поверхности и поэтому принимает форму полусферы. Внутренние силы упругости, которые работают на максимальный объем в тоже время формируют равнодействующую и противоположную вектору F вектор G. Для стабильного положения должно выполняться условие F=G. Если F>G то со временем произойдет «перетекание» поролона из нижней части в верхнюю и как следствие отсутствие работоспособности ПМ. Условие F<G может быть кратковременно и только в момент монтажа поролона при внешнем усилии. Еще значимым условием сохранения статического равновесия в системе является увеличение силы трения вокруг угла 45° на держателе с системой пилообразной кромки. Нижний край наклонной плоскости сделан в виде «пилы». Этот ряд «зубов» увеличил длину границы между сжатым и свободным поролоном, исходя из наших размеров, в 2,5 раза, а это значит, что и сила трения покоя увеличилась в 2,5 раза по сравнению с краем без пилообразной кромки.
В ПМ мы не указываем конкретных размеров радиуса полусферы свободной части поролона, так как все будет зависеть от свойств самого поролона и его размеров, и будет определяться эмпирически по принципу: «мало-много-норма».