Комбинированное ручное орудие для удаления сорной растительности

Комбинированное ручное орудие для удаления сорной растительности

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к сельскохозяйственным, в частности к садово-огородным ручным почвообрабатывающим орудиям для удаления сорной растительности с поверхности почвы путем ее срезания под корень и сгребания в кучи для последующей уборки.

Известна ручная мотыга (более распространенное название - «петлевой полольник»), содержащая рабочий орган в виде разборной прямоугольной рамки (см. патент РФ №2038711, МПК 6 А01В 1/06, приоритет от 29.01.1992 г.). Верхнее основание рамки соединено с рукояткой мотыги и выполнено в виде П-образной скобы. В нижней части рамки расположено лезвие U-образной формы с отверстиями на концах, которое образует с П-образной скобой подвижное соединение с углом поворота 12°-30°, выполненное посредством двух цилиндрических штифтов. Подвижное соединение рабочего органа обеспечивает возможность двухсторонней обработки почвы полольником, так как «плавающее лезвие» само автоматически устанавливает угол захода в почву, режим рыхления и подрезки корней. При работе полольник тянут к себе и толкают от себя, слегка нажимая на черенок рукоятки. Петлевым полольником осуществляется подрезание и рыхление верхнего слоя (1-3 см) окультуренной почвы с одновременной прополкой подрастающих сорняков. Недостатком известного петлевого полольника, как режущего инструмента, следует считать его недостаточную универсальность. Как показывает опыт полольник рационально и удобно использовать для регулярного рыхления почвы и прополки на грядках между рядками растений, а также в обработанных приствольных кругах плодовых деревьев и кустарников. Работы в более сложных условиях, таких как наведение чистоты на запущенных участках (заросших густой травой), при зачистке от сорняков проходов между грядками, при работе на тяжелых суглинках, в соответствии с принципом действия известного петлевого полольника требуют приложения неприемлемо больших физических усилий с одновременным риском его поломки.

Известен также другой инструмент для срезания поросли сорняков с названием тяпка-скребок, содержащий прямоугольное лезвие, закрепленное на полке стандартного стального уголка, к другой полке которого жестко присоединена рукоятка под углом 90° к плоскости лезвия (см. книга «Сад и огород без лишних хлопот», автор: П.Траннуа, «ACT-ПРЕСС СКД», 2002 г., стр.9). Заточка лезвия выполнена на одной длинной стороне снаружи. Рабочим движением при работе тяпкой-скребком является поступательное движение лезвия по поверхности почвы в направлении на себя. При этом тяпка-скребок соскребает с поверхности почвы сорняки подобно бритве. Угол резания при работе изменяется ориентировочно в пределах от 30° до 50°. При возвратном движении лезвие тяпки-скребка разравнивает срезанный вместе с сорняками верхний, тонкий слой земли. Недостатком известной тяпки-скребка является необходимость при работе нажимать сверху на рукоятку (или на рабочий орган) с усилием, достаточным для срезания сорняков. С целью частичной компенсации указанного недостатка автором предложен способ искусственного утяжеления инструмента, например путем выполнения рукоятки из стальной трубы. Но как показывает практический опыт, это является недостаточным и помогает только при работах на относительно чистых от сорняков участках.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является комбинированное режущее и сгребающее орудие, содержащее режущее лезвие, множество изогнутых сгребающих зубцов и рукоятку (см. патент GB №2234657, МПК А01В 1/20, приоритет от 12.08.1989 г.). Режущее лезвие установлено рядом с зубцами и расположено параллельно прямой стороне зубцов. Как режущий инструмент орудие используется, когда зубцы своей изогнутой частью опираются на землю. При этом режущее лезвие орудия поддерживается поверхностью почвы на подходящей для срезания сорняков высоте. Отдаленные концы изогнутых сгребающих зубцов подняты от поверхности почвы и не препятствуют рабочему продвижению орудия вперед. При движении орудия вперед изогнутые части зубцов скользят по земле и режущее лезвие срезает сорняки, растущие на пути его движения. При желании изогнутые части зубцов могут быть вдавлены в почву так, чтобы режущее лезвие срезало сорняки на уровне или ниже уровня поверхности почвы. После поворота орудия вокруг продольной оси на 180° оно может быть использовано как обычные грабли для собирания срезанных сорняков в кучи посредством выступающих отдаленных концов изогнутых зубцов. Однако при использовании известного орудия в качестве режущего инструмента в ряде случаев имеются причины, снижающие его эффективность. Это в частности проявляется при срезании молодых и тонких сорняков или травы с узкими листьями (пырей, мятлик и другие). Во-первых, высота расположения режущей кромки лезвия относительно поверхности почвы, а значит и относительно корневых шеек сорняков в известном орудии задается и поддерживается с помощью изогнутой части зубцов, опирающихся на землю. Регулирование этой высоты при работе осуществляется работающим путем изменения угла наклона рукоятки орудия относительно земли в пределах от 10° до 40°, причем наименьшим расстояние от режущей кромки до земли получается тогда, когда лезвие будет касаться своей нижней плоскостью поверхности почвы, то есть при наименьшем угле наклона рукоятки. Высоту расположения режущей кромки необходимо уменьшать при уменьшении высоты и толщины срезаемых сорняков. Для надежного срезания молодых и тонких сорняков или травы с узкими листьями необходимо уменьшение этого расстояния до нуля. Однако с учетом всегда имеющихся на поверхности почвы неровностей (выступов и впадин различного характера) уровень расположения режущей кромки лезвия для многих указанных и растущих во впадинах сорняков оказывается завышенным, в результате чего трава и тонкая сорная растительность при воздействии режущей кромки выше корневой шейки сгибаются и остаются не срезанными. То есть вместо гарантированной срезки и удаления сорняки пригибаются и «приглаживаются» на том месте, где они растут, с большой вероятностью оживления и последующего выпрямления через какое-то время. Во-вторых, при движении режущего лезвия по земле в пределах его рабочего пути (при неизменной позиции работающего) угол наклона рукоятки орудия автоматически изменяется. Наименьшим угол наклона будет в конце рабочего пути, то есть при наибольшем отдалении режущего лезвия от работающего садовода. Это обстоятельство затрудняет и усложняет процесс поддержания работающим садоводом выбранного расположения режущей кромки лезвия относительно поверхности почвы, что также приводит к снижению надежности срезания поросли молодых сорняков. В-третьих, надежность срезания указанной сорной растительности на неровной поверхности почвы повышается при вдавливании изогнутых частей зубцов известного орудия в почву. В этом случае срезание сорняков осуществляется на уровне поверхности почвы или ниже уровня поверхности, то есть с частичным заглублением лезвия в почву. Однако практически такой прием оказывается возможным при работах только на предварительно обработанных рыхлых участках земли, например на грядках, когда дополнительные физические усилия по вдавливанию зубцов и заглублению лезвия орудия являются незначительными и допустимыми. Использование известного орудия для срезания сорняков на других более сложных участках, например на твердой утоптанной земле проходов, или на сухих задернованных участках не представляется возможным из-за необходимости приложения к рукоятке орудия значительных физических усилий для вдавливания и заглубления в почву опорных частей зубцов и особенно при заглублении плоского лезвия, расположенного параллельно поверхности почвы.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение эффективности при использовании орудия в качестве режущего инструмента в процессе срезания сорняков путем устранения указанных недостатков известного орудия за счет более рациональной компоновки его составных частей.

Поставленная задача решается тем, что комбинированное ручное орудие для удаления сорной растительности содержит рабочий орган граблей с рядом зубьев, имеющих изогнутую форму и жестко соединенных с грабельным основанием, режущее лезвие, расположенное в непосредственной близости и параллельно грабельному основанию так, что при использовании орудия в качестве режущего инструмента для срезания сорной растительности свободные концы зубьев рабочего органа граблей подняты над поверхностью почвы, а при использовании орудия в качестве граблей свободные концы зубьев взаимодействуют с поверхностью почвы, и черенок, при использовании орудия в качестве режущего инструмента для срезания сорной растительности орудие опирается на землю изогнутой частью двух крайних зубьев рабочего органа граблей, а режущее лезвие установлено между опорными крайними зубьями рабочего органа граблей так, что для среднего угла наклона черенка орудия при работе передняя поверхность лезвия проходит через точки касания опорных изогнутых частей крайних зубьев с поверхностью почвы, при этом главный задний угол, образованный поверхностью почвы и главной задней поверхностью лезвия, при работе имеет величину от 7° до 25°, причем режущее лезвие по передней поверхности соединено с грабельным основанием посредством элементов регулировки их относительного положения в продольном осевом направлении орудия. Выступание изогнутой опорной части двух крайних зубьев рабочего органа граблей относительно передней поверхности режущего лезвия имеет величину b≈0,15R, где R - радиус кривизны опорной части крайних зубьев. Черенок орудия жестко соединен с режущим лезвием посредством переходной трубки.

Общими признаками заявляемого изобретения и известного комбинированного срезающего и сгребающего орудия является наличие рабочего органа граблей, имеющего ряд зубьев изогнутой формы, жестко соединенных с грабельным основанием, режущего лезвия, расположенного в непосредственной близости и параллельно грабельному основанию так, что при использовании орудия в качестве режущего инструмента для срезания сорной растительности свободные концы зубьев рабочего органа граблей подняты над поверхностью почвы, а при использовании орудия в качестве граблей свободные концы зубьев взаимодействуют с поверхностью почвы, и черенка.

Новыми существенными признаками в заявляемом изобретении являются:

- при использовании орудия в качестве режущего инструмента для срезания сорной растительности орудие опирается на землю изогнутой частью двух крайних зубьев рабочего органа граблей;

- при использовании орудия в качестве режущего инструмента для срезания сорной растительности режущее лезвие установлено между опорными крайними зубьями рабочего органа граблей так, что для среднего угла наклона черенка орудия при работе передняя поверхность лезвия проходит через точки касания опорных изогнутых частей крайних зубьев с поверхностью почвы;

- при использовании орудия в качестве режущего инструмента для срезания сорной растительности главный задний угол, образованный поверхностью почвы и главной задней поверхностью лезвия, при работе имеет величину от 7° до 25°;

- режущее лезвие по передней поверхности соединено с грабельным основанием посредством элементов регулировки их относительного положения в продольном осевом направлении орудия;

- выступание изогнутой опорной части двух крайних зубьев рабочего органа граблей относительно передней поверхности режущего лезвия имеет величину b≈0,15R, где R - радиус кривизны опорной части крайних зубьев;

- черенок орудия жестко соединен с режущим инструментом посредством переходной трубки.

Наличие указанных новых существенных признаков сообщает заявляемому комбинированному ручному орудию для удаления сорной растительности следующие преимущества. Введение элементов регулировки относительного положения режущего лезвия и рабочего органа граблей позволяет в зависимости от характера очищаемого участка и сорной растительности предварительно задавать режим срезания сорняков - с частичным заглублением лезвия в поверхностный слой почвы или без заглубления. Режущее лезвие в предлагаемой конструкции орудия установлено под углом к поверхности почвы. Величина главного заднего угла при работе изменяется от 7° до 25°. Это обеспечивает легкое внедрение лезвия при работе даже в твердую почву или дернину, отсутствие проскальзывания лезвия по поверхности земли и подрезку сорняков в районе корневых шеек или чуть ниже вместе с небольшим слоем почвы. Толщина срезаемого вместе с сорняками верхнего слоя почвы задается элементами регулировки и поддерживается при работе одинаковой за счет установки лезвия между опорными крайними зубьями рабочего органа граблей таким образом, что для среднего угла наклона черенка орудия при работе передняя поверхность лезвия проходит через точки касания опорных изогнутых частей крайних зубьев с поверхностью почвы, а выступание изогнутой опорной части крайних зубьев рабочего органа граблей относительно передней поверхности режущего лезвия имеет величину b≈0,15R. Как показывает практический опыт, при обеспечении указанной стабильности заглубления срезание вместе с сорняками верхнего слоя почвы не требует приложения значительных физических усилий. При этом полностью исключаются дополнительные усилия на вдавливание зубцов в почву, как это требуется в случае использования прототипа. При выборе и использовании режима срезания сорняков без заглубления лезвия в почву величина зазора между режущей кромкой и поверхностью почвы также поддерживается стабильной на всем рабочем пути движения лезвия, что также повышает надежность срезания.

На фиг.1 изображено комбинированное ручное орудие для удаления сорной растительности в сборе, общий вид; на фиг.2 - то же, аксонометрия; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.1, повернуто в рабочее положение при срезании сорняков; на фиг.4 - вид Б на фиг.1, повернуто в рабочее положение при сгребании сорняков; на фиг.5 - расчетная схема построения формы и расположения опорной части крайних зубьев рабочего органа граблей.

На фиг.5 и частично на фиг.3 обозначены:

R - радиус кривизны опорной части крайних зубьев рабочего органа граблей;

O₁ - центр кривизны дуги с радиусом R;

Ψ_ср - средняя величина угла наклона черенка по отношению к поверхности земли;

δ - угол резания;

β - угол заострения режущего лезвия;

α - главный задний угол;

h - величина перепада по высоте положения режущей кромки лезвия относительно поверхности почвы при срезании сорняков;

b - выступание изогнутой опорной части зубьев по отношению к передней поверхности лезвия.

Комбинированное ручное орудие для удаления сорной растительности содержит рабочий орган граблей 1 с рядом зубьев 2 и 3, имеющих изогнутую форму и жестко соединенных с грабельным основанием 4, режущее лезвие 5, расположенное в непосредственной близости и параллельно грабельному основанию 4, и черенок 6. Режущее лезвие 5 по передней поверхности 7 соединено с грабельным основанием 4 посредством элементов регулировки 8. Регулировка относительного положения режущего лезвия 5 и рабочего органа граблей 1 осуществляется в продольном осевом направлении орудия, которая в рассматриваемом примере реализации заявляемого изобретения выполнена с помощью винтов 9, гаек-барашек 10 и продольных пазов 11, прорезанных в грабельном основании 4. Два крайних зуба 2 рабочего органа граблей 1 являются опорными и выступают за пределы режущего лезвия 5 в поперечном для орудия направлении. Форма изгиба зубьев 2 и 3 рабочего органа граблей 1 отличаются друг от друга. При использовании орудия в качестве режущего инструмента для срезания сорной растительности изогнутые части крайних зубьев 2 опираются на почву 12, а свободные концы зубьев 2 (а также 3) подняты над поверхностью почвы. Когда орудие продвигается вперед, опорные части крайних зубьев 2 скользят по земле и лезвие 5 срезает сорняки на своем пути. При движении лезвия вперед в пределах рабочего пути при неизменной позиции работающего угол наклона ψ черенка орудия по отношению к земле, угол резания δ и главный задний угол α уменьшаются, а точка касания опорной части зубьев 2 с землей смещается из первоначального положения 13 в конечное положение 14. При длине рабочего пути лезвия равном 500 мм и длине черенка 6 равном 1250 мм изменение угла наклона черенка Δψ, угла резания Δδ и главного заднего угла Δα будут одинаковыми и ориентировочно равными величине: Δψ=Δδ=Δα≈16°. Положение режущей кромки лезвия 5 по высоте относительно поверхности почвы 12 при срезании сорняков также изменяется. Это изменение в пределах рабочего пути лезвия будет минимальным, если переднюю поверхность 7 лезвия расположить проходящей для среднего угла наклона черенка орудия при работе через срединные точки касания 15 опорных изогнутых частей крайних зубьев с поверхностью почвы. Конструктивно это обеспечивается выступанием изогнутой опорной части зубьев 2 по отношению к передней поверхности 7 лезвия 5 на величину:

b=R·[1-sin(90°-δ_cp)], где

δ_ср - средняя величина угла резания, δ_ср=δ_min+0,5·Δδ=(α_min+β)+8°, где δ_min - наименьшая величина угла резания в процессе срезания сорняков, α_min - минимальное значение главного заднего угла.

Минимальное значение главного заднего угла α_min=7°÷10° установлено опытным путем, исходя из того, что при уменьшении величины главного заднего угла затрудняется врезание лезвия в почву при срезании сорняков в режиме с частичным заглублением лезвия, что приводит к проскальзыванию лезвия по поверхности почвы, а значит и к снижению эффективности срезания. Для рассматриваемого орудия значение α_min принято равным 7°. Угол заострения лезвия принимается стандартным, как для мотыг, то есть β=15° с допуском +5°. Поэтому δ_cp=α_min+β+8°=30°÷35°, а величина выступания изогнутой опорной части зубьев 2 по отношению к передней поверхности 7 лезвия 5 определяется из соотношения b≈0,15R.

Величина перепада положения режущей кромки лезвия по высоте относительно поверхности почвы в пределах рабочего пути, равном 500 мм: h=R·(1-cosΔδ/2), при R=20 мм, h=0,2 мм. Рассчитанное несущественное изменение положения режущей кромки лезвия по высоте в процессе работы подтверждает возможность использования предложенного технического решения по расположению и установке режущего лезвия по отношению к опорной изогнутой части крайних зубьев. Это решение обеспечивает автоматическое выдерживание установленной глубины внедрения лезвия в почву или зазора между режущей кромкой и поверхностью почвы на всей длине рабочего пути лезвия.

Зубья 3 рабочего органа граблей 1 являются только сгребающими, отогнутые концы которых вместе с концами зубьев 2 расположены по линии, параллельной режущей кромке лезвия. При использовании орудия в качестве граблей они взаимодействуют с поверхностью земли, а при использовании орудия в качестве режущего инструмента свободные концы зубьев 3 так же, как и свободные концы зубьев 2 подняты над поверхностью почвы. Черенок 6 жестко соединен с режущим лезвием 5 посредством переходной трубки 16.

Работа орудием осуществляется следующим образом. В зависимости от характера удаляемой сорной растительности и от состояния поверхности почвы перед работой производится установка уровня расположения режущей кромки лезвия по отношению к поверхности почвы. Для этого орудие в рабочем положении для срезания сорняков устанавливается и закрепляется на ровной поверхности. Далее с помощью элементов регулировки 8 задается необходимая величина врезания в почву или необходимый зазор между режущей кромкой лезвия и поверхностью почвы. Процесс срезания сорной растительности осуществляется путем или непрерывного перемещения режущего лезвия орудия по обрабатываемому участку, в случае если сорняков немного или они еще недостаточно крупные, или путем периодического ударяющего посыла орудия вперед, в случае наличия более крупных сорняков или в случае более запущенного участка. Когда таким образом сорняки срезаны, орудие может быть повернуто вокруг продольной оси на 180° и далее использовано как обычные грабли для собирания срезанных сорняков в кучи посредством выступающих отдаленных концов изогнутых зубьев 2 и 3. В этом случае лезвие 5 приподнято над землей и не участвует в собирательном процессе.

По сравнению с прототипом в заявляемом комбинированном ручном орудии для удаления сорной растительности вопросы, связанные с использованием орудия в качестве режущего инструмента, в частности при срезании молодых и тонких сорняков или травы с узкими листьями, решены следующим образом. Очистка грядок от поросли молодых сорняков осуществляется с настроенным нулевым зазором между режущей кромкой и обрабатываемой поверхностью. Причем срезание сорняков, растущих во впадинах, обеспечивается по аналогии с прототипом, то есть путем вдавливания опорных зубьев на необходимую глубину и срезания вместе с сорняками верхнего слоя почвы. Выше также было отмечено, что для рыхлой почвы грядок такой прием является допустимым, так как не вызывает необходимости приложения значительных физических усилий. Одновременно в данном случае надежность срезания сорняков для заявляемого орудия повышается, так как повышается стабильность положения режущей кромки лезвия в зоне резания независимо от угла наклона рукоятки. Орудие по заявляемому изобретению может быть использовано для удаления сорной растительности, в том числе тонких сорняков и травы, с поверхности почвы утоптанных проходов между грядками и другими посадками, на задернованных или запущенных участках, в неудобных местах (у стен строений, у забора или ограды, между близко растущими плодовыми деревьями и кустарниками, у кромки дорожного покрытия) и на других участках. В этом случае орудие настраивается на работу в режиме частичного заглубления лезвия в почву. Как показывает опыт, величину заглубления для надежного срезания сорняков следует задавать в пределах 1÷1,5 мм. При работах на почвах с твердым или плотным поверхностным слоем происходит заглубление в почву только лезвия, крайние опорные зубья свободно скользят по поверхности и обеспечивают постоянство величины заглубления. При работе на дернине опорные зубья также опускаются до уровня поверхности почвы, обеспечивая врезание лезвия в переплетение корней и корневищ растений. Результирующее усилие работающего в виде периодически ударяющего посыла орудия вперед направлено вдоль черенка наклонно к поверхности земли и в зоне резания распределяется на две составляющие - вертикальную и горизонтальную. Вертикальная составляющая усилия работающего, складываясь с весом орудия, способствует необходимому заглублению лезвия. Как показывает практический опыт работы заявленным орудием, приложение дополнительных направленных вниз на черенок усилий или специальное утяжеление орудия не требуются. Горизонтальная составляющая усилия работающего расходуется на преодоление сопротивления срезанию корней сорняков и небольшого слоя почвы с поверхности. Учитывая ударный характер воздействия лезвия на корни и на почву, статическое горизонтальное воздействие дополняется динамическим воздействием, зависящим от скорости посыла. Этим объясняется незначительный расход физической энергии работающим при очистке от сорной растительности указанных участков.

Таким образом, предлагаемое комбинированное ручное орудие для удаления сорной растительности по сравнению с прототипом имеет более широкий диапазон эффективного использования при очистке садово-огородных участков.

1. Комбинированное ручное орудие для удаления сорной растительности, содержащее рабочий орган граблей с рядом зубьев, имеющих изогнутую форму и жестко соединенных с грабельным основанием, режущее лезвие, расположенное в непосредственной близости и параллельно грабельному основанию так, что при использовании орудия в качестве режущего инструмента для срезания сорной растительности свободные концы зубьев рабочего органа граблей подняты над поверхностью почвы, а при использовании орудия в качестве граблей свободные концы зубьев взаимодействуют с поверхностью почвы, и черенок, отличающееся тем, что при использовании орудия в качестве режущего инструмента для срезания сорной растительности орудие опирается на землю изогнутой частью двух крайних зубьев рабочего органа граблей, а режущее лезвие установлено между опорными крайними зубьями рабочего органа граблей так, что для среднего угла наклона черенка орудия при работе передняя поверхность лезвия проходит через точки касания опорных изогнутых частей крайних зубьев с поверхностью почвы, при этом главный задний угол, образованный поверхностью почвы и главной задней поверхностью лезвия, при работе имеет величину 7 - 25°, причем режущее лезвие по передней поверхности соединено с грабельным основанием посредством элементов регулировки их относительного положения в продольном осевом направлении орудия.

2. Комбинированное ручное орудие по п.1, отличающееся тем, что выступание изогнутой опорной части двух крайних зубьев рабочего органа граблей относительно передней поверхности режущего лезвия имеет величину b≈0,15·R, где R - радиус кривизны опорной части крайних зубьев.

3. Комбинированное ручное орудие по п.1, отличающееся тем, что черенок орудия жестко соединен с режущим лезвием посредством переходной трубки.