زنبرك الباب هو أداة صغيرة تضمن التثبيت في الوقت المناسب والملاءمة المحكمة للصمام، مما يمنع الصمام من القفز وإتلاف ختمه أثناء اهتزاز المحرك.
يقع زنبرك الصمام بين رأس الأسطوانة ومقعد الزنبرك في نهاية ساق الصمام. تتمثل وظيفة زنبرك الصمام في ضمان أن الصمام يمكن أن يتناسب بإحكام مع مقعد الصمام أو حلقة مقعد الصمام عند إغلاق الصمام، والتغلب على القوة القصورية الناتجة عن آلية الصمام عند فتح الصمام، بحيث يتم التحكم في أجزاء ناقل الحركة دائمًا بواسطة الكاميرا ولا تنفصل عن بعضها البعض.
غالبًا ما تكون نوابض الصمام مصنوعة من أسلاك فولاذية عالية الجودة وتخضع للمعالجة الحرارية لتحسين قوة التعب. لتجنب تآكل الزنبرك، يجب أن يكون سطح الزنبرك مجلفنًا ومُفسفتًا. يجب أن يكون طرفا الزنبرك مستويين وعموديين على محور الزنبرك لمنع إمالة الزنبرك أثناء التشغيل.
تتكون نوابض الصمام في الغالب من نوابض حلزونية أسطوانية. عندما يكون تردد عمل زنبرك الصمام مساويًا أو مضاعفًا لتردده الطبيعي، فإن زنبرك الصمام يتردد ويزداد احتمال الكسر. لمنع الرنين، يمكن استخدام نوابض ذات درجة حرارة متغيرة، وتستخدم معظم المحركات حاليًا نوابض مزدوجة متحدة المركز. يكون اتجاه دوران النوابض الداخلية والخارجية متعاكسًا، وتكون صلابة الزنبرك الخارجي أكبر من صلابة الزنبرك الداخلي. لا تمنع النوابض المزدوجة الرنين فحسب، بل تقصر أيضًا طول الزنبرك. بالإضافة إلى ذلك، عندما ينكسر زنبرك واحد، يمكن للزنبرك الآخر الاستمرار في العمل، مما يمنع الصمام من السقوط في الأسطوانة.
طريقة التصميم
إن تصميم زنبرك الصمام، مثل تصميم عمود الحدبات، له نفس الأهمية لأداء نظام المحرك. تتضمن وظيفة زنبرك الصمام منع الصمام من القفز من مقعد الصمام تحت ضغط الحمل، بالإضافة إلى التحكم في حركة الصمام لتجنب انفصال آلية الصمام. يؤثر تصميم زنبركات الصمام على إجهاد عمود الحدبات، واحتكاك آلية الصمام، واهتزاز الزنبرك. عادة ما يكون زنبرك الصمام في المحرك عبارة عن زنبرك ضغط ملفوف مفتوح بأطراف مغلقة. تستخدم معظم المحركات زنبركات ذات صلابة ثابتة، على الرغم من أن بعضها يستخدم زنبركات ذات صلابة متغيرة. بالنسبة لمحركات الديزل منخفضة السرعة، يكون استخدام تصميم زنبرك واحد كافياً عادةً لتلبية المتطلبات، ولكن في بعض الأحيان يكون من الضروري أيضًا استخدام تصميم زنبرك مزدوج مع زنبرك تخميد أو زنبرك داخلي لتقليل شدة خفقان زنبرك الصمام. يعد تصميم زنبرك الصمام مهمة معقدة للغاية. يمكن أن يكون بمثابة مثال لتوضيح مبادئ تصميم نظام المحرك لسببين أو ثلاثة أسباب. أولاً، توضح طريقة تصميم الزنبرك التحليلي الارتباط بين معلمات المكونات ومعلمات تصميم النظام. ثانيًا، تُظهِر طريقة تصميم الزنبرك التحليلي أنه بالنسبة لنفس مشكلة التصميم، يمكن أن تكون هناك طريقتان مختلفتان للبناء الرياضي: الأولى هي التعامل معها كحل حتمي، والثانية هي حلها كمشكلة تحسين. في البناء الرياضي لمشاكل التحسين، يتم سرد كل من دالة الهدف ودالة القيد كوظائف صريحة كأمثلة. تجدر الإشارة إلى أنه في مجالات أخرى من تصميم نظام المحرك، مثل أداء الدورة وتصميم الحدبات وديناميكيات سلسلة الصمامات. عادةً ما تكون الوظائف المستخدمة لتحسين البناء وظائف ضمنية أكثر تعقيدًا. ثالثًا، توفر طريقة تصميم الزنبرك التحليلي مثالاً لاستخدام التصميم الجرافيكي لبناء مخطط تصميم مسح بارامتري. يمكن استخدام مخططات المعلمات النموذجية هذه لمعالجة مشاكل التصميم متعددة الأبعاد الشائعة في تصميم نظام محرك الديزل.
في تصميم زنبرك الصمام، تتضمن بيانات الإدخال المعروفة ما يلي: ① أقصى رفع للصمام؛ ② طول تركيب الزنبرك المحدد؛ ③ قوة التحميل المسبق للزنبرك المطلوبة؛ ④ صلابة الزنبرك المطلوبة. وتجدر الإشارة إلى أن قوة التحميل المسبق وصلابة الزنبرك هي معلمات تصميم على مستوى نظام المحرك، والتي يجب أن تلبي أقصى قوة زنبرك مسموح بها وإجهاد الحدبة، ومنع صمام العادم من القفز، وضمان عدم طيران سلسلة الصمامات. هناك تفاعل قوي بين تصميم زنبرك الصمام وتصميم الحدبة. إذا كان من الصعب إيجاد حل في تصميم الزنبرك، فمن الضروري تعديل بيانات الإدخال هذه.
في تصميم زنبرك الصمام، يتم حساب المعلمات التالية كبيانات إخراج: ① معلمات تصميم الزنبرك الأساسية أو المستقلة (أي متوسط قطر الزنبرك، قطر سلك ملف الزنبرك، عدد الملفات العاملة)؛ ② معلمات التصميم المصدرة (مثل الطول الحر للزنبرك، أقصى طول للضغط، طول الضغط، الفجوة الحرة بين الملفات، الفجوة الصلبة بين الملفات عند أقصى ضغط، التردد الطبيعي وترتيب الرفرفة للزنبرك، أقصى حمل للزنبرك، أقصى قوة التواء للزنبرك). تحدد معلمات تصميم الزنبرك الأساسية صلابة الزنبرك.
بعض معلمات الإخراج محدودة بقيود التصميم. على سبيل المثال، طول التركيب ومتوسط قطر الزنبرك محدودان بمساحة التعبئة والتغليف. يتم تحديد أقصى ضغط للزنبرك والإجهاد الالتوائي للزنبرك عند الطول المضغوط بواسطة عمر التعب والقوة وحد أقصى إجهاد مسموح به للزنبرك. يتم تحقيق شروط القيد لحماية خفقان الزنبرك من خلال التحكم في الخلوص المادي والتردد الطبيعي للزنبرك. يشير ترتيب خفقان الزنبرك إلى نسبة التردد الطبيعي للزنبرك إلى تردد تشغيل المحرك. لضمان عدم تعرض الزنبرك لاهتزاز قوي أثناء التشغيل. يجب أن يكون التردد الطبيعي لزنبرك الصمام عادةً 13 ضعفًا على الأقل لتردد تشغيل المحرك، مما يعني أنه من المتوقع أن يكون ترتيب اهتزاز الزنبرك أعلى من 13. يُظهر تحليل التردد الطبيعي للزنبرك أنه إذا استجاب الزنبرك بحساسية شديدة لأحد التوافقيات السائدة لملف الكامة، فإن اتجاه الاهتزاز موجود بالتأكيد. في هذه الحالة، من الضروري تعديل تصميم الكامة أو الزنبرك. في بعض الأحيان، يمكن استخدام صلابة متغيرة أو نوابض متداخلة لتغيير تردد الزنبرك للمساعدة في التخفيف من مشاكل الاهتزاز.
تصميم الزنبرك هو مشكلة معلمات متعددة الأبعاد يمكن التعامل معها من خلال نهج بياني للتحقق من اتجاهات حساسية المعلمات. الغرض من تحسين تصميم زنبرك الصمام هو تعظيم التردد الطبيعي للزنبرك لتقليل اهتزاز الزنبرك، مع تلبية القيود التالية: ① الحمل المسبق المطلوب للزنبرك وصلابة زنبرك الصمام في نظام المحرك؛ ② أقصى إجهاد زنبركي مسموح به؛ ③ الخلوص المادي المناسب للتحكم في اهتزاز الزنبرك
خطوات التصميم
إن حساب نوابض الصمامات هو مسألة معقدة تتعلق بتصميم النظام. فالنابض المصمم جيدًا يمكنه تقليل الاحتكاك والتآكل في آلية الصمام. وتتلخص طريقة صيغة التحليل لتصميم نوابض الصمام استنادًا إلى رسم تخطيطي لتصميم حساسية المعلمات على النحو التالي:
(1) الخطوة 1: من خلال تحليل أداء القيادة المنحدرة للمركبة وفرملة المحرك، حدد الهدف التصميمي لسرعة إقلاع مجموعة الصمامات من أجل تحديد الحمل المسبق المطلوب لنابض الصمام وصلابة النابض؛
(2) الخطوة 2: إنشاء نموذج ديناميكي لسلسلة الصمامات للتنبؤ بدقة بالهروب وتقييم تأثير ضغط إعادة ضغط الأسطوانة على الهروب؛
(3) الخطوة 3: إجراء حسابات مسح المعلمات على قيم مختلفة من الحمل المسبق للزنبرك وصلابة الزنبرك لبناء مخطط معلمات ديناميكيات سلسلة الصمامات، من أجل فحص تأثيرها على اهتزاز سلسلة الصمامات. من الضروري رسم منحنيات قوة قضيب الدفع وتسارع سلسلة الصمامات وتباطؤ الزنبرك بالنسبة لزاوية العمود المرفقي في الشكل لعرض هامش التصميم للهروب، وذلك لتحديد قيم الهدف من الحمل المسبق للزنبرك وصلابة الزنبرك المطلوبة في الخطوة 4 بشكل ملائم وحكيم؛
(4) الخطوة 4: بناءً على توازن القوة الثابتة لرأس صمام العادم، احسب الحمل المسبق للزنبرك المطلوب لمنع صمام العادم من القفز. حدد الحمل المسبق لزنبرك صمام العادم للمحركات ذات فرامل العادم أو بدونها، واستخدم مخطط معلمات التصميم في الخطوة 3 لاختيار صلابة الزنبرك المطابقة؛
(5) الخطوة 5: قم بإجراء حساب مسح المعلمات على معلمات التصميم واستخدم طرق التصميم الرسومي لإنشاء مخطط تصميم حساسية المعلمات لتصميم الزنبرك. اختر القطر المتوسط للزنبرك وقطر سلك الملف وعدد الملفات، مع تلبية قيود التصميم مثل إجهاد الالتواء الزنبركي والتردد الطبيعي وخلوص الملف. بدلاً من ذلك، يمكن استخدام طرق التحسين التحليلي لحل المعادلة مباشرة.
طريقة الكسر
نظرًا لأن زنبرك الصمام يتحمل عزم الدوران أثناء التشغيل، فإن توزيع الإجهاد على مقطعه الدائري غير متساوٍ. يزداد الإجهاد تدريجيًا من الأصل بالقرب من المركز إلى كل نقطة على الحافة، ويتعرض السطح لأعلى إجهاد. من حيث نقاط السطح، يتحمل السطح الداخلي أعلى إجهاد ويتعرض لإجهاد مستوي. لذلك، بمجرد وجود عيب على سطح زنبرك الصمام، من الممكن توليد أقصى تركيز للإجهاد في موقع العيب، مما يؤدي إلى كسر مبكر للزنبرك.
سبب الكسر
إن سبب كسر زنبرك الصمام، بالإضافة إلى عيوب التصنيع، قد يؤدي الاستخدام غير السليم أيضًا إلى حدوث تلف مبكر. الأسباب الشائعة هي كما يلي:
① هناك حفر وتآكل على سطح الزنبرك. التخزين غير السليم يمكن أن يسبب حفر تآكل على سطح الزنبرك. عندما يتعرض الزنبرك لعزم دوران عالي، يمكن أن يحدث تركيز الإجهاد بسهولة في حفر التآكل، مما يؤدي في النهاية إلى كسر التعب في الزنبرك.
طريقة فحص الجودة لنوابض الصمام الجديدة: قم بتثبيت الزنبرك على كماشة واضغط عليه إلى الحد الأدنى من الطول، بحيث لا توجد فجوة بين الحلقات قدر الإمكان، واحتفظ به لمدة 48 ساعة. إذا كانت هناك عيوب على سطح الزنبرك، فسوف ينكسر بعد معالجة الضغط هذه. وذلك لأن الإجهاد الداخلي للزنبرك مركّز للغاية بالقرب من العيب، مما يتسبب في كسر الزنبرك.
يمكن تحديد قوة مرونة زنبرك الصمام من خلال طريقة المقارنة. الطريقة المحددة هي أولاً توصيل زنبرك الصمام القديم الذي يتم فحصه على التوالي بزنبرك صمام جديد، وفصلهما بغسالة فولاذية في المنتصف. ثم قم بتطبيق قدر معين من الضغط على زنبرك الصمام ولاحظ درجة ضغط الزنبركين الجديد والقديم. إذا كانت مرونة الزنبرك القديم غير كافية، فيجب الضغط عليه أولاً.
② خط الوسط للزنبرك منحرف. إذا لم يكن وجها نهاية زنبرك الصمام عموديين على خط الوسط للزنبرك، فسيعمل الزنبرك بسرعة عالية لفترة طويلة، كما أن مادته المعدنية معرضة للكسر بسبب التعب. تتمثل طريقة التحقق من عمودية زنبركات الصمام في وضع الزنبرك رأسياً أولاً على لوحة مسطحة، واستخدام مسطرة مربعة للراحة على الدائرة السفلية للزنبرك، ثم تدوير الزنبرك مرة واحدة وقياس أقصى مسافة بين الدائرة العلوية للزنبرك والمسطرة المربعة. عادةً، تكون مسافة ميل زنبرك الصمام إلى الخط الرأسي 1.0-1.5 مم. إذا تجاوزت هذه القيمة، فمن الأفضل استبداله بآخر جديد.
③ حركة دليل الصمام أو محامل عمود الكامات السائبة. إذا تحرك دليل الصمام أثناء الاستخدام، فقد يتسبب ذلك في كسر زنبرك الصمام بسبب إجهاد الانحناء عند الضغط. يمكن أن تتسبب محامل عمود الكامات السائبة في حدوث رنين في زنبركات الصمام وتؤدي أيضًا إلى كسرها.
④ التشغيل أو التركيب غير السليم. أثناء تشغيل محرك الديزل، إذا تغيرت السرعة فجأة بشكل متكرر، فإن تواتر الضغط وتمدد زنبرك الصمام سيزداد فجأة، مما يؤدي إلى كسر التعب.
⑤ لم يتم تجميع زنبرك الصمام بالشكل المطلوب. عند تجميع زنبركات الصمام، فإن بعض الموديلات لها متطلبات خاصة. على سبيل المثال، يتطلب محرك الديزل Isuzu 6BBl أن يواجه الجانب الأزرق من الزنبرك السطح المستوي لرأس الأسطوانة. وإلا، فإن الزنبرك يكون عرضة للكسر.
إدارة الطوارئ
إذا وجد أن زنبرك الصمام لمحرك الديزل مكسور أثناء القيادة، فيمكن إزالة الزنبرك المكسور أولاً، ثم يمكن إعادة تثبيت الأسطح العاملة في كلا طرفي الزنبرك للاستخدام المؤقت. إذا انكسر الزنبرك إلى عدة أقسام، فيمكن إزالة مسامير ضبط صمامات السحب والعادم للأسطوانة لإبقاء الصمامات مغلقة. بعد ذلك، يمكن إزالة أنبوب الزيت عالي الضغط لمضخة حقن الوقود المؤدي إلى الأسطوانة لمنعه من حقن الوقود في الأسطوانة، مما يسمح للسيارة بمواصلة القيادة إلى الوجهة.
خطوات التفتيش
(1) تحقق من الطول الحر لزنبرك الصمام. قم بقياس الطول الحر لزنبرك الصمام باستخدام الفرجار، ويجب أن تتوافق قيمته مع القيمة القياسية. إذا لم تتوافق مع المتطلبات، فيجب استبدالها.
(2) تحقق من عمودية زنبرك الصمام. استخدم مسطرة مربعة ولوحة مسطحة للتحقق من عمودية زنبرك الصمام. يجب أن تتوافق قيمته مع القيمة القياسية، وإلا فيجب استبداله.
(3) التحقق من الحمل المسبق لزنبرك الصمام. استخدم مقياس القوة للكشف عن قوة الحمل المسبق لزنبرك الصمام، ويجب أن تتوافق قيمتها مع المعيار. إذا كانت قوة الحمل المسبق أقل من القيمة القياسية، فيجب استبدال زنبرك الصمام.
(4) لمنع الضرر، يجب ضغط الزنبرك بشكل متكرر.
