طريقة تصميم زنبرك الصمام

يعد تصميم زنبرك الصمام مهمًا لأداء نظام المحرك مثل تصميم الكامة. تشمل وظائف زنبرك الصمام منع الصمام من الطفو خارج مقعد الصمام تحت أحمال ضغط الغاز والتحكم في حركة الصمام لمنع فصل مجموعة الصمامات. يؤثر تصميم زنبرك الصمام على إجهاد الكامة واحتكاك مجموعة الصمامات ورفرفة الزنبرك. عادةً ما تكون نوابض الصمامات في المحرك عبارة عن نوابض ضغط حلزونية ملفوفة مفتوحة- ذات نهايات مغلقة. تستخدم معظم المحركات نوابض ذات معدل ثابت-، على الرغم من أن بعضها يستخدم نوابض ذات معدل- متغير. بالنسبة لمحركات الديزل ذات السرعة المنخفضة، عادةً ما يكون تصميم زنبرك واحد كافيًا، ولكن في بعض الأحيان يلزم تصميم زنبرك مزدوج مع زنبرك تخميد أو زنبرك داخلي لتقليل شدة رفرفة زنبرك الصمام. يعد تصميم زنبرك الصمام مهمة معقدة للغاية. إنه بمثابة مثال لتوضيح مبادئ تصميم نظام المحرك لسببين أو ثلاثة. أولاً، توضح طريقة تصميم الزنبرك التحليلي العلاقة بين معلمات تصميم المكونات ومعلمات تصميم النظام. ثانيًا، توضح طريقة التصميم الزنبركي التحليلي أنه يمكن صياغة نفس مشكلة التصميم بطريقتين مختلفتين: الأولى هي التعامل معها كحل حتمي، والأخرى هي حلها كمشكلة تحسين. في البناء الرياضي لمشكلة التحسين، يتم إدراج كل من الوظيفة الموضوعية ووظيفة القيد كأمثلة للوظائف الواضحة. تجدر الإشارة إلى أنه في مجالات أخرى من تصميم نظام المحرك (مثل أداء الدورة، وتصميم الكامة، وديناميكيات مجموعة الصمامات)، فإن الوظائف المستخدمة لبناء التحسين عادة ما تكون وظائف ضمنية أكثر تعقيدًا. ثالثًا، تعطي طريقة تصميم الزنبرك التحليلي مثالاً على استخدام أساليب التصميم الرسومي لإنشاء مخططات تصميم مسح المعلمات. يمكن استخدام مخططات المعلمات النموذجية هذه للتعامل مع مشكلات التصميم متعدد الأبعاد-التي غالبًا ما يتم مواجهتها في تصميم نظام محرك الديزل.
في تصميم زنبرك الصمام، تتضمن بيانات الإدخال المعروفة ما يلي:
① الحد الأقصى لرفع الصمام؛
② بالنظر إلى طول تركيب الزنبرك؛
③ التحميل المسبق للربيع مطلوب
④ صلابة الربيع المطلوبة. تجدر الإشارة إلى أن التحميل المسبق للزنبرك والصلابة عبارة عن معلمات تصميم على مستوى نظام المحرك، والتي تحتاج إلى تلبية متطلبات الحد الأقصى المسموح به لقوة الزنبرك وضغط الكامة، وصمام العادم غير -، ومجموعة الصمامات غير - الطائرة. هناك تفاعل قوي بين تصميم زنبرك الصمام وتصميم الكامة. إذا كان من الصعب إيجاد حل في تصميم الربيع، فيجب تعديل بيانات الإدخال هذه.
في تصميم زنبرك الصمام، يتم حساب المعلمات التالية لبيانات الإخراج:
① معلمات تصميم الزنبرك الأساسية أو المستقلة (على سبيل المثال، متوسط ​​قطر الزنبرك، قطر سلك ملف الزنبرك، عدد ملفات العمل)؛
② معلمات التصميم المشتقة (على سبيل المثال، الطول الحر للزنبرك، الحد الأقصى لطول الضغط، الطول المضغوط، الفجوة الحرة بين الملفات، الفجوة الصلبة بين الملفات عند أقصى ضغط، التردد الطبيعي للربيع وترتيب الرفرفة، الحد الأقصى لحمل الزنبرك، الحد الأقصى لقوة التواء الزنبرك). تحدد معلمات تصميم الزنبرك الأساسية صلابة الزنبرك.
تخضع بعض معلمات الإخراج لقيود التصميم. على سبيل المثال، طول التثبيت ومتوسط ​​قطر الزنبرك محدودان بمساحة التغليف. إن الإجهاد الالتوائي الزنبركي عند الحد الأقصى لضغط الزنبرك وعند الطول المضغوط يكون محدودًا بعمر الكلال الزنبركي والقوة والحد الأقصى المسموح به من الإجهاد. يتم تحقيق القيود المفروضة على حماية الرفرفة الربيعية من خلال التحكم في الفجوة الصلبة والتردد الطبيعي للربيع. يشير ترتيب الرفرفة الزنبركية إلى نسبة التردد الطبيعي للزنبرك إلى تردد تشغيل المحرك. من أجل التأكد من أن الزنبرك لا يرفرف بقوة أثناء التشغيل. يجب أن يكون التردد الطبيعي لنابض الصمام عادة 13 مرة على الأقل من تردد تشغيل المحرك؛ أي أنه من المأمول أن يكون ترتيب الرفرفة الربيعية أعلى من 13. يُظهر تحليل التردد الطبيعي للربيع أنه إذا كان الزنبرك حساسًا جدًا لأحد التوافقيات السائدة في ملف تعريف الكامة، فهناك ميل لحدوث الرفرفة. في هذه الحالة، يجب تعديل تصميم الكامة أو الزنبرك. في بعض الأحيان يمكن استخدام الصلابة المتغيرة أو النوابض المتداخلة لتغيير تردد الزنبرك للمساعدة في تخفيف مشكلة الرفرفة.
يعد التصميم الزنبركي مشكلة معلمات متعددة-الأبعاد يمكن معالجتها بطريقة رسومية لفحص اتجاهات حساسية المعلمات. الهدف من تحسين تصميم زنبرك الصمام هو زيادة التردد الطبيعي للزنبرك إلى الحد الأقصى لتقليل اهتزاز الزنبرك مع تلبية القيود التالية:
① التحميل المسبق للزنبرك وصلابة زنبرك الصمام التي يتطلبها نظام المحرك؛
② الحد الأقصى المسموح به من إجهاد الربيع؛
③ التخليص الجسدي المناسب للسيطرة على رفرفة الربيع.