Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. (19) BY (11) 10743
(13) U
(46) 2015.08.30
(51) МПК
F 16F 1/18 (2006.01)
ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54) АСИММЕТРИЧНАЯ МАЛОЛИСТОВАЯ РЕССОРА
(21) Номер заявки: u 20140472
(22) 2014.12.29
(71) Заявитель: Государственное науч-
ное учреждение "Физико-техничес-
кий институт Национальной акаде-
мии наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Томило Евгения Вячеславов-
на; Левкович Виктор Владимирович
(BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Физико-техни-
ческий институт Национальной ака-
демии наук Беларуси" (BY)
(57)
Асимметричная малолистовая рессора, выполненная в виде полосы постоянной шири-
ны и толщиной, уменьшающейся к концам по параболическому закону, отличающаяся
тем, что сечение с максимальным значением толщины рессоры расположено от подвиж-
ного конца на расстоянии, определяемом по формуле:
l/L = (0,1÷0,15)×Kk×(6–V),
где l - расстояние от подвижного конца рессоры до сечения с максимальным значением
толщины;
L - длина рессоры;
Kk - коэффициент количества листов, который принимает значения 0,7; 0,75 и 0,8;
V - скорость нагружения.
(56)
1. Перспективные технологии / Под редакцией В.В. Клубовича - Витебск: УО "ВГТУ",
2011. - 599 с.
2. Горелик А.М. Малолистовые рессоры. - М.: НИИНАвтопром, 1981. - С. 191 (прототип).
3. Карпенко А.Н., Халанский В.М. Сельскохозяйственные машины. 5-е изд., перераб.
и доп. - М.: Колос, 1983. - 495 с.
Фиг. 1
BY10743U2015.08.30

2. BY 10743 U 2015.08.30
2
Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована в
качестве рессорной защиты корпуса плуга.
Широкое применение в качестве защитных элементов корпусов плугов получили мно-
голистовые рессоры, выполненные в виде набора листов постоянного сечения различной
длины, и малолистовые, представленные в виде набора листов постоянной ширины с тол-
щиной, изменяющейся по параболическому закону [1], которые обеспечивают безопас-
ность функционирования рабочих органов почвообрабатывающих машин при наезде на
встречающиеся в почве инородные объекты (камни, корни и др.).
К недостаткам многолистовых рессор относятся большой вес и габариты, высокая тру-
доемкость производства, связанная с большим количеством листов разной конфигурации,
низкие скорость срабатывания и виброзащитные свойства, обусловленные межлистовым
трением [2]. Данные недостатки устранены в конструкции малолистовых рессор.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является симметричная ма-
лолистовая рессора, выполненная из проката постоянной ширины и толщиной, изменяю-
щейся по параболическому закону, причем толщина центральной части симметричной
малолистовой рессоры в два раза превышает толщину ее концевых участков [2].
В процессе работы корпус плуга удерживается в почве на глубине вспашки; в случае
наезда на препятствие (усилие передается на подвижный конец рессоры в продольном на-
правлении) рессора упруго деформируется и обеспечивает извлечение корпуса плуга из
почвы и последующее возвращение его в исходное положение.
Недостатком данной рессоры является то, что ее профиль оптимален только в случае
статического нагружения, когда наблюдается прогиб листа рессоры, приближенный к дуге
окружности. В этом случае максимальные деформации возникают в центральной части,
где расположена утолщенная часть. С увеличением скорости нагружения (при динамиче-
ском нагружении) собственная масса рессоры (силы инерции) накладывает значительный
отпечаток на ее напряженно-деформированное состояние: деформация листа рессоры уже
не носит симметричного характера. Максимальные деформации возникают на подвижном
конце. При этом неподвижный конец рессоры практически сохраняет свое первоначаль-
ное состояние. Таким образом, профиль симметричной малолистовой рессоры не является
оптимальным в условиях динамического нагружения, что приводит к снижению ресурса.
Задачей настоящей полезной модели является увеличение ресурса работы малолисто-
вой рессоры при работе в условиях динамического нагружения.
Поставленная задача решается тем, что в асимметричной малолистовой рессоре, вы-
полненной в виде полосы постоянной ширины и толщиной, уменьшающейся к концам по
параболическому закону, сечение с максимальным значением толщины рессоры располо-
жено от подвижного конца на расстоянии, определяемом по формуле:
l/L = (0,1÷0,15)×Kk(6–V),
где l - расстояние от подвижного конца рессоры до сечения с максимальным значением
толщины;
L - длина рессоры;
Kk - коэффициент количества листов, который принимает значения 0,7; 0,75 и 0,8;
V - скорость нагружения.
Сущность заявляемого технического решения заключается в оптимизации напряжен-
но-деформированного состояния посредством синхронизации изменения положения сече-
ния с максимальным значением толщины относительно подвижного конца
асимметричной малолистовой рессоры с изменением скорости нагружения данной рессо-
ры, работающей в условиях динамического нагружения.
При небольших скоростях нагружения деформация носит монотонный характер и
практически не отличается от таковой при статическом нагружении. При динамическом
нагружении заметное влияние на картину деформации начинает оказывать собственный
вес рессоры. При проектировании рессор появляется необходимость учитывать инерци-

3. BY 10743 U 2015.08.30
3
онные силы. Деформация листа носит асимметричный характер. Поперечное сечение, в
котором наблюдаются максимальные деформации, находится уже не в центральной части
рессоры, а ближе к подвижному концу. Таким образом, использование симметричной ма-
лолистовой рессоры, имеющей наибольшую площадь поперечного сечения в центральной
части (плоскость симметрии), не является рациональным. Для оптимизации напряженно-
деформированного состояния необходимо увеличить площадь поперечного сечения в зоне
возникновения максимальных деформаций (ближе к подвижному концу), т.е. синхронизи-
ровать изменение положения утолщенного участка относительно свободного конца асим-
метричной малолистовой рессоры с изменением скорости нагружения данной рессоры,
работающей в условиях динамического нагружения.
Заявляемое техническое решение поясняется фиг. 1-3.
На фиг. 1 приведена схема работы защитного элемента корпуса плуга, где I - положе-
ние рессоры при вспашке; II - положение срабатывания рессоры при наезде на препятст-
вие; 1 - корпус плуга; 2 - рессора; 3 - грядиль; 4 - кронштейн подвижный; 5 - кронштейн
неподвижный.
На фиг. 2 приведены общие виды симметричной и асимметричной малолистовых рес-
сор, где 6 - симметричная малолистовая рессора, 7 - асимметричная малолистовая рессора,
l - расстояние от подвижного конца рессоры до сечения с максимальным значением тол-
щины, L - длина рессоры.
На фиг. 3 представлена зависимость оптимального значения отношения l/L от скоро-
сти нагружения, полученная в результате компьютерного моделирования напряженно-
деформированного состояния защитного элемента корпуса плуга (заштрихованная об-
ласть показывает допустимый разброс значений l/L при скоростях вспашки).
Как видно из фигур, рессора представляет собой полосу постоянной ширины и тол-
щиной, изменяющейся по параболическому закону. Причем асимметричная малолистовая
рессора содержит утолщенную часть, положение которой смещено в сторону подвижного
конца на величину, определяемую из заявляемого соотношения.
Асимметричная малолистовая рессора используется в качестве защитного элемента
корпуса плуга. При наезде на встречающийся в почве инородный объект в процессе
вспашки происходит удар корпуса плуга о препятствие, вследствие чего нагрузка переда-
ется на подвижный конец рессоры (фиг. 1). Нагрузка идет на извлечение корпуса плуга из
почвы и деформацию рессоры в продольном направлении (положение II на фиг. 1). При
скоростях нагружения, соответствующим скоростям вспашки (1,5÷3,5 м/с), нагружение
носит динамический характер. В этом случае значительное влияние оказывают силы
инерции. Максимальные деформации возникают в поперечном сечении, расположенном
между плоскостью симметрии рессоры и подвижным концом. В асимметричной малолис-
товой рессоре положение продольного сечения с максимальным значением толщины вы-
бирается исходя из скорости нагружения согласно заявляемому соотношению. При
определенной скорости нагружения (вспашки) поперечное сечение с максимальными де-
формациями совпадает с сечением с максимальным значением толщины, положение кото-
рого выбрано согласно заявляемому соотношению. Это приводит к равномерному
распределению напряжений вдоль рессоры, что увеличивает ресурс работы. При исчезно-
вении нагрузки за счет упругих свойств рессоры она восстанавливает свою форму и воз-
вращает корпус плуга в исходное положение (положение I на фиг. 1).
Испытания заявляемого технического решения проводились в два этапа. На первом
этапе было проведено компьютерное моделирование напряженно-деформированного со-
стояния рессор с различным профилем при различных скоростях нагружения. Моделиро-
вались рессоры с отношением расстояния l (расстояние от подвижного конца рессоры до
сечения с максимальным значением толщины) к длине рессоры L в интервале от 50 %
(симметричная рессора) до 20 %. В результате моделирования для каждой скорости на-
гружения определена геометрия рессоры (отношение l/L) с наиболее равномерным рас-

4. BY 10743 U 2015.08.30
4
пределением напряжений по длине рессорного листа. При оптимальной геометрии листа
рессоры прогиб рессоры приближен к дуге окружности. По результатам моделирования и
анализа построена зависимость оптимального значения отношения 1/L от скорости на-
гружения (фиг. 3).
На втором этапе были проведены ресурсные испытания на стенде, при которых один
конец рессоры закреплялся шарнирно, а ко второму концу в продольном направлении
прикладывалась нагрузка с различными скоростями (фиг. 2). В результате испытаний по-
лучено количество циклов нагружения до отказа при скоростях нагружения от 0,2 до 5 м/с
для различных конфигураций геометрии листа рессоры (l/L).
Результаты ресурсных испытаний представлены в таблице.
Количество циклов нагружения рессор до отказа при различных скоростях
нагружения и формах профиля при стендовых испытаниях
l/L, %
V, м/с
50 40 30 20
0,2 328 284 174 81
1 274 320 264 153
2,5 189 284 317 295
3,5 64 129 183 284
5 58 116 162 214
Как видно из таблицы, при малых скоростях нагружения (0,2 м/с) наибольшее количе-
ство циклов наблюдается при значении отношения l/L = 50 %, что соответствует прототи-
пу. При увеличении скорости нагружения до 1 м/с прототип не является наиболее
оптимальным вариантом, т.к. максимальное количество циклов наблюдается при исполь-
зовании рессоры со значением отношения l/L = 40 %. Дальнейшее увеличение скорости
ведет к уменьшению значения отношения l/L, что говорит о смещении сечения, которое
необходимо усилить, в сторону подвижного конца рессоры.
Как известно, скорость вспашки составляет порядка 9 км/ч (2,5 м/с) [3]. Проанализи-
ровав результаты стендовых ресурсных испытаний и компьютерного моделирования,
можно сделать вывод, что при скорости вспашки 2,5 м/с наибольшее количество циклов
нагружения до отказа и наиболее равномерное распределение напряжения по длине листа
рессоры показала асимметричная малолистовая рессора со значением отношения
l/L = 30 %.
Таким образом, использование заявляемого технического решения позволяет повы-
сить ресурс работы рессор в качестве защитных элементов корпусов плугов в условиях
динамических нагрузок.
Фиг. 2 Фиг. 3
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.