RU2730065C1

RU2730065C1 - Integrated manual garden drill

Info

Publication number: RU2730065C1
Application number: RU2019130544A
Authority: RU
Inventors: Юрий Васильевич Иванщиков; Андрей Евгеньевич Макушев; Юрий Николаевич Доброхотов; Николай Николаевич Пушкаренко
Priority date: 2019-09-25
Filing date: 2019-09-25
Publication date: 2020-08-17

Abstract

FIELD: soil drilling.

SUBSTANCE: invention relates to design of hand drill intended for formation of holes in soil, in particular, during installation of pillars, when planting bushes and trees. Integrated hand drill bit comprises cylindrical bar with working element rigidly secured at its lower end. Handle is made as a composite structure with possibility of smooth adjustment of its length taking into account an anthropological parameters of the operator - chest diameter and length of hands. Rod is composed of two pipes - external and internal, arranged telescopically with possibility of smooth adjustment of rod length considering height and length of legs of operator. Outer pipe on external side has thread pitch of which is equal to step of master nut, which during formation of hole is in contact with master nut, installed on platform of drill.

EFFECT: technical result consists in improvement of labour productivity and quality of formation of holes in soil, reduction in operator fatigue and correct orientation of hole axis in space of soil in required direction.

3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к конструкции ручного бура, предназначенного для формирования отверстий в грунте, в частности, при установке столбов, при посадке кустов и деревьев.The invention relates to the design of a hand-held drill designed to form holes in the ground, in particular, when installing poles, when planting bushes and trees.

Известен шнековый бур [1], конструкция которого состоит из облегченного вала, к нижнему торцу которого прикреплена планка, на которой закреплены два врезных ножа. Однозаходная винтовая лопасть жестко закреплена к облегченному валу. На верхний торец вала неподвижно закреплена рукоятка для вращения в процессе бурения. Винтовая лопасть имеет рабочую поверхность, к которой жестко прикреплен бортик, размещенный по отношению к этой поверхности под определенным углом. Данный бур прост по конструкции, удобен для применения, но обладает следующими недостатками. Он позволяет образовать в грунте отверстие только определенной глубины, ограничиваемую длиной вала, на который жестко закреплена однозаходная винтовая лопасть. Следующим недостатком является то, что у рукоятки, закрепленной неподвижно на верхнем торце вала, конструктивно невозможно регулировать длину, приспосабливая ее под антропологические характеристики оператора. То есть, невозможно регулировать создаваемый крутящий момент при бурении. В процессе бурения рабочему, управляющему буром, приходится одновременно приложить два усилия - вращательное (создавая крутящий момент) и осевое, направленное на внедрение (углубление) бура в грунт, что очень сложно и трудоемко.Known auger drill [1], the design of which consists of a lightweight shaft, to the lower end of which is attached a bar, on which two cutting knives are fixed. The single-thread helical blade is rigidly fixed to the lightweight shaft. A handle for rotation during drilling is fixed on the upper end of the shaft. The helical blade has a working surface, to which a rim is rigidly attached, located with respect to this surface at a certain angle. This drill is simple in design, convenient for use, but has the following disadvantages. It allows you to form a hole in the soil only of a certain depth, limited by the length of the shaft, on which the single-threaded helical blade is rigidly fixed. The next disadvantage is that the handle, fixed motionlessly on the upper end of the shaft, it is structurally impossible to adjust the length, adapting it to the anthropological characteristics of the operator. That is, it is impossible to adjust the generated torque while drilling. In the process of drilling, the worker controlling the drill has to simultaneously apply two forces - rotational (creating a torque) and axial, aimed at penetrating (deepening) the drill into the ground, which is very difficult and laborious.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является ручной бур для формирования отверстий в грунте (варианты) [2]. По сравнению с [1] данный бур позволяет образовать отверстия разной глубины, так как в его конструкции предусмотрен сменный удлинитель, который устанавливается с учетом глубины формируемого отверстия. Бур также содержит рукоятку для вращения бура в процессе образования отверстия. Данный ручной бур также имеет следующие недостатки. В процессе формирования отверстия в грунте оператору приходится с помощью рукоятки образовать крутящий момент для срезания рабочей частью слой грунта, и в то же время, для углубления приходится приложить осевое усилие для внедрения бура в грунт. Как показывает практика применения аналогичных ручных буров, только путем вращения бура за рукоятку, он не внедряется в грунт, а как бы буксует и стоит на месте. По этой причине оператору приходится приложить к буру кроме его вращения, но и осевое усилие, что неудобно, приводит к быстрой утомляемости оператора, снижает производительность. Также приложение оператором осевого усилия в процессе вращения бура и его внедрения в грунт отводит ось отверстия от заданного направления, а также способствует нарушению формы отверстия. Сменный удлинитель позволяет регулировать длину цилиндрической штанги только дискретно, то есть, при такой конструкции невозможно плавно регулировать длину штанги, что создает неудобства в процессе работы.The closest in technical essence to the proposed invention is a hand drill for the formation of holes in the ground (options) [2]. Compared to [1], this drill allows you to create holes of different depths, since its design provides a replaceable extension, which is installed taking into account the depth of the hole being formed. The drill also contains a handle for rotating the drill during the hole formation process. This hand drill also has the following disadvantages. In the process of forming a hole in the ground, the operator has to use the handle to generate a torque to cut the soil layer with the working part, and at the same time, to deepen, it is necessary to apply an axial force to penetrate the drill into the ground. As the practice of using similar hand-held drills shows, only by rotating the drill by the handle, it does not penetrate into the ground, but rather slips and stands still. For this reason, the operator has to apply to the drill besides its rotation, but also the axial force, which is inconvenient, leads to rapid operator fatigue, and reduces productivity. Also, the application of an axial force by the operator during the rotation of the drill and its penetration into the ground removes the axis of the hole from the given direction, and also contributes to the violation of the shape of the hole. The replaceable extension allows you to adjust the length of the cylindrical rod only discretely, that is, with such a design, it is impossible to smoothly adjust the length of the rod, which creates inconveniences during operation.

Это серьезный недостаток практически всех имеющихся многообразных конструкций ручных буров.This is a serious drawback of almost all the various hand drill designs available.

Таким образом, задача заключается в разработке такой конструкции ручного бура, которая позволила бы в процессе его вращения за рукоятку, одновременно образовать дополнительное осевое усилие внедрения бура в грунт по примеру резьбового соединения или винтовой пары. У резьбового соединения при вращении болта образуется не только крутящий момент, но и осевое усилие, перемещающее болт вдоль гайки.Thus, the task is to develop such a design of a hand-held drill, which would allow, in the process of its rotation by the handle, at the same time to generate an additional axial force of penetration of the drill into the ground, by the example of a threaded connection or screw pair. At a threaded connection, when the bolt rotates, not only a torque is generated, but also an axial force that moves the bolt along the nut.

Целью изобретения является повышение производительности и качества формирования отверстий в грунте, в снижении утомляемости оператора и стабилизации заданной ориентации оси отверстия в пространстве грунта.The aim of the invention is to improve the productivity and quality of the formation of holes in the ground, to reduce operator fatigue and stabilize the given orientation of the hole axis in the ground space.

На фиг. 1. (вид спереди) схематично показано относительное расположение по высоте оператора и бура в начале работы, где приняты следующие обозначения: 1 - рукоятка; 2 - штанга; 3 - рабочий орган; 4 - оператор; 5 -плечо оператора; 6 - рука оператора; Н - расстояние от поверхности грунта до рукоятки; H1 - расстояние от рукоятки до плеча оператора.FIG. 1. (front view) schematically shows the relative position of the operator and the drill at the beginning of work, where the following designations are accepted: 1 - handle; 2 - barbell; 3 - working body; 4 - operator; 5 - operator's shoulder; 6 - operator's hand; Н - distance from the ground surface to the handle; H1 is the distance from the handle to the operator's shoulder.

На фиг. 2 (вид спереди) показан узел рукоятки и штанги, где приняты следующие обозначения: 7 - тройник; 8 - внутренняя труба рукоятки; 9 - наружная труба рукоятки; 10 - пробка наружной трубы рукоятки; 11 - внутренняя труба штанги; 12 - наружная труба штанги.FIG. 2 (front view) shows the handle and rod assembly, where the following designations are accepted: 7 - tee; 8 - inner tube of the handle; 9 - outer tube of the handle; 10 - stopper of the outer tube of the handle; 11 - inner tube of the rod; 12 - the outer tube of the rod.

На фиг. 3 (вид спереди) показан комплект ручного садового бура, подготовленного к формированию отверстия в грунте, где приняты следующие обозначения: 13 - платформа; 14 - гайка маточная; 15 - направляющая маточной гайки; 16 - ножки платформы; 17 - ограничители; d - диаметр рабочего органа бура; D - диаметр паза платформы, остальные обозначения те же, что и на фиг. 1 и 2.FIG. 3 (front view) shows a set of manual garden auger, prepared for the formation of a hole in the ground, where the following designations are adopted: 13 - platform; 14 - uterine nut; 15 - guide of the uterine nut; 16 - platform legs; 17 - limiters; d - the diameter of the working body of the drill; D is the diameter of the platform groove, the rest of the designations are the same as in Fig. 1 and 2.

На фиг. 4 (вид сверху) показан комплект ручного садового бура, где приняты следующие обозначения: О-О - направление по оси по оси X; А-А -направление по оси оси Y, остальные обозначения те же, что и на фиг. 1, 2, 3.FIG. 4 (top view) shows a set of manual garden drill, where the following designations are accepted: O-O - direction along the X axis; A-A is the direction along the Y-axis, the rest of the designations are the same as in FIG. 1, 2, 3.

Сущность изобретения заключается в следующем. Одной из основных задач проектирования любого ручного инструмента является максимальное приспособление его конструкции к антропологическим параметрам оператора, что снижает его утомляемость, повышает производительность и качество труда, а также способствует повышению техники безопасности. К антропологическим параметрам человека в первую очередь относится его рост, вес, длина рук и ног, пропорции между органами тела. Как уже отмечалось, в процессе бурения оператору, управляющему буром, приходится одновременно приложить два усилия - вращательное (создавая крутящий момент) и осевое, направленное на внедрение (углубление) бура в грунт, что очень сложно, трудоемко и утомительно. Вращательное усилие необходимо для срезания слоя грунта по периметру рабочего органа, а осевое усилие необходимо для внедрения рабочего органа бура в грунт. Если рукоятка 1 бура находится на высоте Н, то есть, уровне плеч 5 оператора, как показано на фиг. 1, это самая неблагоприятная ситуация для создания осевого усилия, да и вращать бур тоже неудобно. Когда рукоятка 1 находится на расстоянии H1 от плеч 5 оператора, то это удобная поза для оператора 4. При этой ситуации оператору удобно как вращать бур за ручку 1, так и образовать осевое усилие. Расстояние H1 (удобная поза) зависит от роста и длин рук и ног оператора 4. По мере углубления рабочего органа 3 в грунт, оператор вынужден наклоняться все ниже и ниже от расстояния H1 и наступит такой момент, когда оператору будет крайне неудобно создавать вращательное движение, а осевое движение удобно создавать, переводя свой вес через рук 6 на штангу 2. Дело в том, что оба движения вращательное и осевое должны быть согласованы, в противном случае невозможно образовать в грунте отверстие, или же это приводит к быстрой утомляемости оператора, к снижению производительности и к ухудшению качества отверстия, а также к изменению первоначально заданного направления оси ямы в грунте. У известных ручных буров рукоятка 1 (фиг. 1) цельная и невозможно менять ее длину (подогнать под конкретного оператора), или же регулировать с учетом твердости грунта, что отрицательно сказывается на удобстве позы и работы. У большинства известных буров штанга 2 (фиг. 1) выполнена не регулируемой, что также отрицательно сказывается на удобстве поз оператора в процессе работы. Если даже штанга 2 выполнена регулируемой длины, как в источнике [2], длина меняется дискретно, а не плавно, что также отрицательно сказывается на удобстве поз оператора в процессе работы. На устранение перечисленных недостатков и направлено содержание предлагаемого изобретения. В данной заявке говоря о рабочем органе 3 бура, имеется в виду, что рабочий орган может быть различной - шнековой, ковшовой и другой конструкции, которые могут быть установлены на нижний конец штанги.The essence of the invention is as follows. One of the main tasks of designing any hand tool is the maximum adaptation of its design to the anthropological parameters of the operator, which reduces fatigue, increases productivity and quality of work, and also contributes to improving safety. The anthropological parameters of a person primarily include his height, weight, length of arms and legs, proportions between the organs of the body. As already noted, in the process of drilling, the operator controlling the drill has to simultaneously apply two forces - rotational (creating a torque) and axial, aimed at penetrating (deepening) the drill into the ground, which is very difficult, laborious and tedious. The rotational force is necessary to cut the soil layer along the perimeter of the working body, and the axial force is necessary to insert the working body of the drill into the ground. If the drill handle 1 is at a height H, that is, the level of the operator's shoulders 5, as shown in FIG. 1, this is the most unfavorable situation for creating an axial force, and it is also inconvenient to rotate the drill. When the handle 1 is at a distance H1 from the operator's shoulders 5, this is a comfortable position for the operator 4. In this situation, it is convenient for the operator both to rotate the drill by the handle 1 and to generate an axial force. Distance H1 (comfortable position) depends on the height and lengths of the operator's arms and legs 4. As the working body 3 deepens into the ground, the operator is forced to lean lower and lower from the distance H1 and there will come a moment when the operator will be extremely inconvenient to create a rotational movement, and the axial movement is convenient to create by transferring your weight through hands 6 to the bar 2. The fact is that both rotational and axial movements must be coordinated, otherwise it is impossible to form a hole in the soil, or it leads to rapid operator fatigue, to a decrease productivity and to a deterioration in the quality of the hole, as well as to a change in the originally specified direction of the axis of the hole in the ground. In known hand-held drills, the handle 1 (Fig. 1) is one-piece and it is impossible to change its length (to fit a specific operator), or to adjust it taking into account the hardness of the ground, which negatively affects the convenience of posture and work. In most of the known drills, the rod 2 (Fig. 1) is not adjustable, which also negatively affects the convenience of the operator's postures during work. Even if the rod 2 is made of adjustable length, as in the source [2], the length changes discretely, and not smoothly, which also negatively affects the convenience of the operator's poses during operation. The content of the proposed invention is aimed at eliminating the listed disadvantages. In this application, speaking about the working body 3 of the drill, it means that the working body can be different - auger, bucket and other design, which can be installed on the lower end of the rod.

Предложенный комплексный ручной садовый бур конструктивно включает бур, состоящий из рукоятки 1, штанги 2 и рабочего органа 3 (фиг. 1), платформы 13 с установленной на ней маточной гайкой 14 (фиг. 3). Рукоятка 1 (фиг. 1) выполнена сборной, регулируемой длины (фиг. 2) и закреплена на верхнем конце внутренней трубы 11, расположенной телескопический в наружной трубе 12 штанги. Рукоятка состоит из следующих элементов: тройника 7, завернутого в верхний резьбовой конец трубы 11, внутренних 8 и наружных 9 труб рукоятки и пробок 10. В наружные трубки 9 вставлены телескопически внутренние трубки 8. Телескопическая конструкция рукоятки позволяет плавно регулировать ее длину, подгоняя под диаметр грудной клетки конкретного оператора и его длину рук, что повышает удобство работы и снижает утомляемость при работе. Пробки 10 предотвращают забивание труб 9 в процессе эксплуатации, хранения и транспортирования. Штанга также выполнена сборной из телескопически расположенных внутренней 11 и наружной 12 труб, что позволяет также плавно регулировать ее длину, подгоняя высоту бура под рост и длин рук и ног конкретного оператора. Такая конструкция бура также повышает удобство работы и снижает утомляемость при работе. На наружной поверхности трубы 12 нарезана резьба. Как уже отметили выше, рабочий орган 3 может иметь различную конструкцию и не является задачей разработки конструкции рабочего органа. Следующим отдельным узлом, который в процессе образования отверстия в грунте используется совместно с буром, является платформа 13 (фиг. 3 и 4). Платформа 13 включает маточную гайку, состоящую из двух половинок 14, которые установлены на направляющих 15 и перемещаются по ним. По углам платформы установлены ножки 16, которые позволяют фиксировать и ориентировать платформу 13 на оси будущего в грунте отверстия и ее надежно фиксировать в горизонтальном положении или под углом к поверхности грунта. Диаметр D паза платформы (фиг. 4) должна быть больше, чем диаметр d рабочего органа 3, что повышает удобство работы в процессе бурения и удаления грунта из отверстия. Концы четырех ножек 16 выполнены острыми, и имеют ограничители 17, позволяющие надежно фиксировать платформу 13 на грунте. Ножки 16 выполнены регулируемой длины, что позволяет расположить платформу 13 над поверхностью грунта под разным углом и образовать отверстия в грунте под разными углами. Механизм изменения длины ножек 16 может быть разной конструкции, но для упрощения на фиг. 3 он не показан.The proposed complex manual garden drill structurally includes a drill, consisting of a handle 1, a rod 2 and a working body 3 (Fig. 1), a platform 13 with a mother nut 14 installed on it (Fig. 3). The handle 1 (Fig. 1) is made of a modular, adjustable length (Fig. 2) and is fixed on the upper end of the inner tube 11, located telescopic in the outer tube 12 of the rod. The handle consists of the following elements: a tee 7, wrapped in the upper threaded end of the pipe 11, inner 8 and outer 9 pipes of the handle and plugs 10. Telescopic inner tubes 8 are inserted into the outer tubes 9. The telescopic design of the handle allows smooth adjustment of its length, adjusting to the diameter specific operator's chest and arm length, which improves comfort and reduces fatigue during work. Plugs 10 prevent clogging of pipes 9 during operation, storage and transportation. The boom is also made of a prefabricated telescopic inner 11 and outer 12 tubes, which also allows you to smoothly adjust its length, adjusting the height of the drill to the height and lengths of the arms and legs of a particular operator. This drill design also improves comfort and reduces fatigue. The outer surface of the pipe 12 is threaded. As noted above, the working body 3 can have a different design and is not the task of developing the design of the working body. The next separate unit, which is used in conjunction with the drill in the process of forming a hole in the ground, is the platform 13 (Fig. 3 and 4). The platform 13 includes a mother nut, consisting of two halves 14, which are installed on the guides 15 and move along them. At the corners of the platform, legs 16 are installed, which allow fixing and orienting the platform 13 on the axis of the future hole in the ground and securely fixing it in a horizontal position or at an angle to the ground surface. The diameter D of the platform groove (Fig. 4) should be greater than the diameter d of the working body 3, which increases the convenience of working in the process of drilling and removing soil from the hole. The ends of the four legs 16 are made sharp, and have stops 17, which allow the platform 13 to be securely fixed on the ground. The legs 16 are made of adjustable length, which allows the platform 13 to be positioned above the ground at different angles and to form holes in the ground at different angles. The mechanism for changing the length of the legs 16 can be of different designs, but for simplicity in FIG. 3 it is not shown.

Образование отверстия в грунте с помощью предложенного комплекса ручного садового бура осуществляется в следующей последовательности. Предварительно платформу 13 устанавливают над центром будущего отверстия, ориентируясь по осям О-О и А-А (фиг. 3). Затем устанавливают удобную длину рукоятки 1 и высоту штанги 2. Эти параметры устанавливает оператор исходя из своих антропологических характеристик. Затем разводят половинки 14 маточной гайки освобождая место для наружной трубы 12 штанги. Заводят бур между половинок 14 маточной гайки и вводят половинки 14 в контакт с резьбой наружной трубы 12. Затем оператор становится на платформу двумя ногами и начинает вращать бур за рукоятку по часовой стрелке. При необходимости на платформу одновременно могут становиться два оператора и работать в паре. В процессе вращения происходит срезание грунта рабочим органом 3 с одновременным осевым перемещением его в грунт. Новизна заключается в том, что вес оператора (операторов) компенсирует осевое сопротивление грунта на бур, то есть, оператору (операторам) остается только вращать бур за рукоятку 1, а давить ему на бур нет необходимости, так как винтовая пара сама создает осевое усилие в процессе вращения бура за рукоятку. То есть, вес оператора (операторов) как антропологический параметр используется в процессе образования отверстия в грунте.The formation of a hole in the ground using the proposed set of manual garden drill is carried out in the following sequence. Preliminarily, the platform 13 is installed above the center of the future hole, guided by the axes O-O and A-A (Fig. 3). Then set the comfortable length of the handle 1 and the height of the rod 2. These parameters are set by the operator based on his anthropological characteristics. Then the halves 14 of the uterine nut are bred to make room for the outer tube 12 of the rod. A drill is inserted between the halves 14 of the mother nut and the halves 14 are brought into contact with the threads of the outer tube 12. Then the operator stands on the platform with both feet and begins to rotate the drill by the handle clockwise. If necessary, two operators can simultaneously stand on the platform and work in pairs. In the process of rotation, the soil is cut off by the working body 3 with its simultaneous axial movement into the ground. The novelty lies in the fact that the weight of the operator (operators) compensates for the axial resistance of the soil on the drill, that is, the operator (operators) only has to rotate the drill by the handle 1, and there is no need to press on the drill, since the screw pair itself creates an axial force in during the rotation of the drill by the handle. That is, the weight of the operator (s) as an anthropological parameter is used in the process of forming a hole in the ground.

Технический эффект заключается в повышении производительности труда и качества формирования отверстий в грунте, в снижении утомляемости оператора и правильной ориентации оси отверстия в пространстве грунта.The technical effect consists in increasing labor productivity and the quality of the formation of holes in the ground, in reducing operator fatigue and in the correct orientation of the hole axis in the soil space.

Источники информацииSources of information

1. Патент РФ №2236546 Шнековый бытовой бур конструкции Землякова Н.В.1. RF patent №2236546 Household screw auger designed by NV Zemlyakova.

2. Патент РФ №2262579 Ручной бур для формирования отверстий в грунте (варианты).2. RF patent No. 2262579 Hand drill for forming holes in the ground (options).

Claims

1. Комплексный ручной садовый бур, содержащий цилиндрическую штангу, на нижнем конце которой жестко закреплен рабочий орган, отличающийся тем, что рукоятка выполнена сборной конструкции с возможностью плавного регулирования ее длины с учетом антропологических параметров оператора – диаметра грудной клетки и длины рук, штанга составлена из двух труб – наружной и внутренней, расположенных телескопически с возможностью плавного регулирования длины штанги с учетом роста и длины ног оператора, причем наружная труба с наружной стороны имеет резьбу, шаг которой равен шагу маточной гайки, которая в процессе образования отверстия контактирует с маточной гайкой, установленной на платформе бура.1. A complex manual garden drill containing a cylindrical rod, at the lower end of which a working body is rigidly fixed, characterized in that the handle is made of a modular structure with the possibility of smooth adjustment of its length, taking into account the anthropological parameters of the operator - the diameter of the chest and the length of the arms, the rod is composed of two pipes - external and internal, located telescopically with the possibility of smooth adjustment of the length of the rod, taking into account the growth and length of the operator's legs, and the outer pipe on the outside has a thread, the pitch of which is equal to the pitch of the mother nut, which, during the formation of the hole, contacts the mother nut installed on the drill platform.

2. Комплексный ручной садовый бур по п. 1, отличающийся тем, что платформа имеет расположенные по углам четыре регулируемые по высоте остроконечные ножки с упорами, а также маточную гайку, перемещающуюся вдоль направляющих, причем маточная гайка и наружная резьба штанги имеют одинаковый шаг и диаметр.2. A complex manual garden drill according to claim 1, characterized in that the platform has four pointed legs, adjustable in height, with stops located at the corners, as well as a mother nut moving along the guides, and the mother nut and the outer thread of the rod have the same pitch and diameter ...

3. Комплексный ручной садовый бур по п. 1, отличающийся тем, что в процессе образования отверстия в грунте оператор находится на платформе.3. A complex manual garden drill according to claim 1, characterized in that during the formation of a hole in the ground, the operator is on the platform.