Klapi vedru projekteerimismeetod

Klapi vedru disain on mootorisüsteemi jõudluse seisukohalt sama oluline kui nuki disain. Klapivedru funktsioonid hõlmavad ventiili klapipesalt maha ujumise vältimist gaasisurvekoormuse korral ja klapi liikumise kontrollimist, et vältida klapijada eraldumist. Klapi vedru konstruktsioon mõjutab nuki pinget, ventiili hõõrdumist ja vedru värisemist. Mootori klapivedrud on tavaliselt avatud-spiraalsurvevedrud suletud otstega. Enamik mootoreid kasutavad konstantse-kiirusega vedrusid, kuigi mõned kasutavad muutuva-kiirusega vedrusid. Madalama kiirusega diiselmootorite puhul piisab tavaliselt ühe vedru konstruktsioonist, kuid mõnikord on klapivedru värelemise raskuse vähendamiseks vaja kahekordset vedrukonstruktsiooni koos summutusvedru või sisemise vedruga. Klapi vedru projekteerimine on väga keeruline ülesanne. See on näide mootorisüsteemi projekteerimise põhimõtete illustreerimiseks kahel või kolmel põhjusel. Esiteks näitab analüütiline vedrude projekteerimismeetod seost komponentide projekteerimisparameetrite ja süsteemi projekteerimisparameetrite vahel. Teiseks näitab analüütiline vedrudisaini meetod, et sama projekteerimisprobleemi saab sõnastada kahel erineval viisil: üks on käsitleda seda deterministliku lahendusena ja teine ​​lahendada optimeerimisülesandena. Optimeerimisülesande matemaatilises ülesehituses on eksplitsiitsete funktsioonide näidetena loetletud nii sihtfunktsioon kui ka piirangufunktsioon. Tuleb märkida, et muudes mootorisüsteemi projekteerimise valdkondades (nagu tsükli jõudlus, nuki disain ja klapisammaste dünaamika) on optimeerimiseks kasutatavad funktsioonid tavaliselt keerukamad kaudsed funktsioonid. Kolmandaks, analüütiline vedrukujundusmeetod annab näite graafilise disaini meetodite kasutamisest parameetrite pühkimisdiagrammide koostamiseks. Neid tüüpilisi parameetridiagramme saab kasutada mitmemõõtmeliste projekteerimisprobleemide lahendamiseks, mida sageli esineb diiselmootorisüsteemide projekteerimisel.
Klapivedru konstruktsioonis hõlmavad teadaolevad sisendandmed järgmist:
① Maksimaalne ventiili tõus;
② arvestades vedru paigalduspikkust;
③ Nõutav vedru eelkoormus
④ Nõutav vedru jäikus. Tuleb märkida, et vedru eelkoormus ja jäikus on mootorisüsteemi tasemel konstruktsiooniparameetrid, mis peavad vastama maksimaalse lubatud vedrujõu ja nukipinge, väljalaskeventiili mitte-ujuva ja ventiilisamba mitte-lendamise nõuetele. Klapivedru konstruktsiooni ja nuki konstruktsiooni vahel on tugev koostoime. Kui vedrude projekteerimisel on raske lahendust leida, tuleb neid sisendandmeid muuta.
Klapi vedru konstruktsioonis arvutatakse väljundandmed järgmised parameetrid:
① Põhilised või sõltumatud vedru konstruktsiooniparameetrid (st vedru keskmine läbimõõt, vedruspiraali traadi läbimõõt, tööpoolide arv);
② Tuletatud konstruktsiooniparameetrid (nt vedru vaba pikkus, maksimaalne kokkusurumispikkus, tihendatud pikkus, vaba vahe mähiste vahel, tahke vahe mähiste vahel maksimaalse kokkusurumise korral, vedru loomulik sagedus ja laperduse järjekord, vedru maksimaalne koormus, vedru maksimaalne väändejõud). Põhilised vedru konstruktsiooniparameetrid määravad vedru jäikuse.
Mõnede väljundparameetrite suhtes kehtivad disainipiirangud. Näiteks paigalduspikkus ja vedru keskmine läbimõõt on piiratud pakendiruumiga. Vedru väändepinget vedru maksimaalse kokkusurumise ja tihendatud pikkuse korral piiravad vedru väsimuse kestus, tugevus ja maksimaalne lubatud pingepiir. Vedruvärinakaitse piirangud saavutatakse tahke vahe ja vedru loomuliku sageduse juhtimisega. Vedruvärina järjekord viitab vedru loomuliku sageduse ja mootori töösageduse suhtele. Tagamaks, et vedru töö ajal tugevalt ei laperdaks. Klapivedru loomulik sagedus peaks tavaliselt olema vähemalt 13 korda suurem kui mootori töösagedus; ehk siis loodetakse, et vedruvärina järjekord on kõrgem kui 13. Vedru omasageduse analüüs näitab, et kui vedru on nukkprofiili ühe domineeriva harmoonilise suhtes väga tundlik, on kalduvus laperduse tekkeks. Sel juhul tuleb nuki või vedru konstruktsiooni muuta. Mõnikord saab vedru sageduse muutmiseks kasutada muutuva jäikusega või pesastatud vedrusid, mis aitavad laperdamisprobleemi leevendada.
Vedrukujundus on mitmemõõtmeline parameetriprobleem, mida saab käsitleda graafiliselt, et uurida parameetrite tundlikkuse trende. Klapivedru disaini optimeerimise eesmärk on maksimeerida vedru omasagedust, et vähendada vedru vibratsiooni, järgides samal ajal järgmisi piiranguid:
① Mootorisüsteemi nõutav vedru eelkoormus ja klapi vedru jäikus;
② Maksimaalne lubatud vedru pinge;
③ Sobiv füüsiline kliirens vedruvärina kontrollimiseks.