فنر سوپاپ بین سرسیلندر و نشیمنگاه فنر در انتهای میل سوپاپ قرار دارد. عملکرد فنر سوپاپ این است که اطمینان حاصل شود که سوپاپ می تواند محکم با صندلی سوپاپ یا حلقه نشیمنگاه سوپاپ در هنگام بسته شدن سوپاپ، غلبه کند و بر نیروی اینرسی ایجاد شده توسط مکانیزم سوپاپ هنگام باز شدن سوپاپ غلبه کند، به طوری که گیربکس قطعات همیشه توسط بادامک کنترل می شوند و از یکدیگر جدا نمی شوند.
فنرهای شیر اغلب از سیم فولادی آلیاژی با کیفیت بالا ساخته می شوند و برای بهبود استحکام خستگی خود تحت عملیات حرارتی قرار می گیرند. برای جلوگیری از خوردگی فنر، سطح فنر باید گالوانیزه و فسفاته شود. دو سر فنر باید صاف و عمود بر محور فنر زمین شود تا از کج شدن فنر در حین کار جلوگیری شود.
فنرهای سوپاپ عمدتاً فنرهای مارپیچی استوانه ای هستند. هنگامی که فرکانس کاری فنر سوپاپ برابر یا مضربی از فرکانس طبیعی آن باشد، فنر سوپاپ طنین انداز می شود و احتمال شکستگی افزایش می یابد. برای جلوگیری از تشدید می توان از فنرهای گام متغیر استفاده کرد و در حال حاضر اکثر موتورها از فنرهای دوتایی متحدالمرکز استفاده می کنند. جهت چرخش فنرهای داخلی و خارجی مخالف است و سفتی فنر بیرونی بیشتر از فنر داخلی است. فنرهای دوبل نه تنها از رزونانس جلوگیری می کنند، بلکه طول فنر را نیز کوتاه می کنند. علاوه بر این، هنگامی که یک فنر می شکند، فنر دیگر می تواند به کار خود ادامه دهد و از افتادن سوپاپ به داخل سیلندر جلوگیری کند.
روش شکستن
از آنجایی که فنر سوپاپ در حین کار دارای گشتاور است، توزیع تنش در سطح مقطع دایره ای آن ناهموار است. تنش به تدریج از مبدا نزدیک به مرکز به هر نقطه از لبه افزایش می یابد و سطح بیشترین تنش را تجربه می کند. از نظر نقاط سطحی، سطح داخلی بیشترین تنش را متحمل می شود و تحت تنش سطحی قرار می گیرد. بنابراین، هنگامی که یک نقص در سطح فنر شیر وجود دارد، می توان حداکثر غلظت تنش را در محل نقص ایجاد کرد که منجر به شکست زودرس فنر می شود.
دلیل شکستگی
علت شکستگی فنر سوپاپ، علاوه بر عیوب ساخت، استفاده نادرست نیز ممکن است باعث آسیب زودهنگام شود. دلایل رایج به شرح زیر است:
① بر روی سطح فنر چاله های سوراخ دار و خوردگی وجود دارد. نگهداری نامناسب می تواند باعث ایجاد گودال های خوردگی در سطح فنر شود. هنگامی که فنر تحت گشتاور بالایی قرار می گیرد، تمرکز تنش به راحتی در حفره های خوردگی رخ می دهد و در نهایت منجر به شکستگی ناشی از خستگی فنر می شود.
روش بررسی کیفیت برای فنرهای شیر جدید: فنر را روی یک گیره محکم کنید و آن را تا حد امکان فشرده کنید تا حد امکان بین حلقه ها فاصله ایجاد نشود و آن را به مدت 48 ساعت نگه دارید. اگر روی سطح فنر ایراداتی وجود داشته باشد، پس از این عملیات فشرده سازی می شکند. این به این دلیل است که تنش داخلی فنر در نزدیکی عیب بسیار متمرکز است و باعث شکستن فنر می شود.
قدرت کشسانی فنر سوپاپ با روش مقایسه قابل شناسایی است. روش خاص این است که ابتدا فنر شیر قدیمی در حال بازرسی را به صورت سری با یک فنر سوپاپ جدید وصل کنید و آنها را با یک واشر فولادی در وسط جدا کنید. سپس به یک فنر سوپاپ مقدار معینی فشار وارد کنید و میزان فشردگی فنرهای جدید و قدیمی را مشاهده کنید. اگر خاصیت ارتجاعی فنر قدیمی کافی نباشد، ابتدا باید فشار داده شود.
② خط مرکزی فنر کج است. اگر دو وجه انتهایی فنر سوپاپ عمود بر خط مرکزی فنر نباشد، فنر برای مدت طولانی با سرعت بالا کار می کند و مواد فلزی آن نیز در اثر خستگی مستعد شکستگی است. روش بررسی عمودی فنرهای سوپاپ بدین صورت است که ابتدا فنر را به صورت عمودی روی صفحه صاف قرار می دهیم، از خط کش مربعی برای قرار دادن روی دایره پایین فنر استفاده می کنیم، سپس فنر را یکبار می چرخانیم و حداکثر فاصله بین دایره بالایی فنر را اندازه می کنیم. چشمه و خط کش مربع معمولاً فاصله شیب فنر سوپاپ تا خط عمودی 1.{1}}.5 میلی متر است. اگر از این مقدار بیشتر شد، بهتر است آن را با یک مورد جدید جایگزین کنید.
③ حرکت راهنمای سوپاپ یا شل بودن بلبرینگ میل بادامک. اگر راهنمای سوپاپ در حین استفاده حرکت کند، ممکن است به دلیل فشار خمشی در هنگام فشرده شدن، فنر سوپاپ شکسته شود. شل بودن بلبرینگ میل بادامک می تواند باعث ایجاد تشدید در فنرهای سوپاپ و همچنین شکستگی آنها شود.
④ عملکرد یا نصب نامناسب. در حین کار یک موتور دیزل، اگر سرعت به طور ناگهانی و مکرر تغییر کند، فرکانس فشرده سازی و گسترش فنر سوپاپ به طور ناگهانی افزایش می یابد و منجر به شکستگی خستگی می شود.
⑤ فنر سوپاپ طبق نیاز مونتاژ نشد. هنگام مونتاژ فنرهای سوپاپ، برخی از مدل ها الزامات خاصی دارند. به عنوان مثال، موتور دیزل ایسوزو 6BBl به سمت آبی فنر نیاز دارد تا رو به سطح صاف سرسیلندر باشد. در غیر این صورت فنر مستعد شکستگی است.
مدیریت اضطراری
اگر فنر سوپاپ موتور دیزلی در حین رانندگی شکسته شده باشد، می توان ابتدا فنر شکسته را جدا کرد و سپس سطوح کار در هر دو انتهای فنر را می توان برای استفاده موقت مجدداً نصب کرد. اگر فنر به چند بخش شکسته شود، پیچ های تنظیم دریچه های ورودی و خروجی سیلندر را می توان جدا کرد تا دریچه ها بسته بماند. سپس می توان لوله روغن پرفشار پمپ تزریق سوخت را که به سیلندر منتهی می شود جدا کرد تا از تزریق سوخت به سیلندر جلوگیری شود و به ماشین اجازه می دهد تا به سمت مقصد حرکت کند.
مراحل بازرسی
(1) طول آزاد فنر سوپاپ را بررسی کنید. طول آزاد فنر سوپاپ را با کولیس اندازه گیری کنید و مقدار آن باید با مقدار استاندارد مطابقت داشته باشد. اگر شرایط را برآورده نکرد، باید تعویض شود.
(2) عمودی بودن فنر سوپاپ را بررسی کنید. برای بررسی عمودی فنر سوپاپ از یک خط کش مربع و یک صفحه تخت استفاده کنید. مقدار آن باید با مقدار استاندارد مطابقت داشته باشد، در غیر این صورت باید جایگزین شود.
(3) پیش بارگذاری فنر سوپاپ را بررسی کنید. از یک نیروسنج برای تشخیص نیروی پیش بار فنر سوپاپ استفاده کنید و مقدار آن باید مطابق با استاندارد باشد. اگر نیروی پیش بارگذاری کمتر از مقدار استاندارد باشد، فنر سوپاپ باید تعویض شود.
(4) برای جلوگیری از آسیب، فنر باید مرتبا فشرده شود.