العمود المرفقي وهو العمود الفقري للمحرك هو أهمّ قطعة وجزء أساسي لا غنى عنه في المحرك ذات الإحتراق الداخلي.
بالإنجليزية Crankshaft
وبالفرنسية Vilebrequin
في هذا المنشور سنحاول التعرف على كل ما يتعلق بهذا العمود الهام.
نبذة تاريخية:
ظهرت آلية الكرنك الميكانيكية في العديد من الأجهزة الهيدروليكية التي وصفها الأخوة بني موسى في القرن التاسع في كتابهم عن الأجهزة الذكية، إلا أن الكرنك الأوتوماتيكي الذي وصفه بنو موسى لم يكن ليتيح الدوران الكامل.
الجزري العالم والمهندس العربي المسلم المبدع أول من تحدّث عن عمود الكرنك (Crankshaft) فبعبقريته وفكرته المستوحاة من طاحونة الحبوب الحجرية ابتكر جهازاً لرفع كميات كبيرة من الماء دون تحريك إصبع واحد، فهو أول من استخدم نظام ذراع الإدارة والتدوير المتكون من الكرنك وقضيب التوصيل، واستُخدم اختراعه في ضخّ مياه الريّ في عام 1200م (العهد العباسي) كما ابتكر الجزري أيضاً الصمّامات، والمكابس.
ظهر الكرنك كجزء من الآلات في أوروبا في القرن الخامس عشر، حيث فجّر ثورة في الهندسة الميكانيكية، حتى مهّد لاختراع المحركات التي تعمل بالاحتراق الداخلي.
حاول الفيزيائي الهولندي “كريستيان هيجنز” إجراء أول تجربة على الإطلاق للاحتراق الداخلي في عام 1680، وعلى الرغم من أن التجربة لم تسفر بشكل إيجابي عن صنع محرك فعال، لكنها أصبحت حجر الأساس لتطوير محرك نموذج أولي.
شكل ودور عمود الكرنك:
العمود المرفقي ذو شكل معقد ودقيق في نفس الوقت وهي قطعة واحدة تتضمن عدة حدبات ونتوءات ومحامل وكراسي أو مقاعد كل له دوره أثناء عمل المحرك.
يرتبط العمود في عمله المبدئي بحركة دوران المكابس ويتصل معها بذراع التوصيل( Bielle) كما أنه مزود بكراسي (Coussinet) لتخفيف حدة الاحتكاك وامتصاص القوة الهائلة الناتجة عن الاحتراق في الأسطوانات، هذه الكراسي (الوسادات) مصنعة على شكل هلال محفور عليها مجاري دقيقة دورها تصريف وتدوير الزيت في كل محامل عمود الكرنك.
- الدور الأساسي للعمود المرفقي هو تحويل الحركة الخطية المستقيمة للمكابس إلى حركة دورانية.
- توليد عزم الدوران ونقله إلى القابض.
- إدارة مضخة الماء والزيت ومولد الطاقة الكهربائية وعمود الكامات.
التصنيع:
- يصنع عمود الكرنك من الحديد الصلب المطروق أو الحديد الزهر.
- العمود المصنّع من الصلب هو الأكثر قساوة وتحملا للقوى الكبيرة المؤثرة عليه دون حدوث انحناء أو التواء أو كسر.
- يصنع عمود المرفق من قطعة واحدة من الصلب (الفولاذ) التي تتصف بقوة ميكانيكية كبيرة، ويخضع لمعاملة حرارية خاصة، ثم يشكل بواسطة الطرق أو السبك، ويوجد فيه مجار للزيت، وأوزان (ثقالات) تعمل على اتزان عمود المرفق؛ بالنظر لعدم انتظام القوة التي تحدث داخل الأسطوانات بواسطة المكابس.
المواصفات اللازمة لتصميم عمود الكرنك:
- المقاومة العالية والمتانة الكافية.
- الخفة في الوزن، قليل من المرونة مع الصلابة والصلادة العالية.
- تحقيق الموازنة الستاتيكية والديناميكية.
- عدم حدوث الطنين الناتج عن اهتزازات الفتل.
- الصلادة الكافية لسطوح المحامل.
- دقة التشغيل العالية لسطوح أجزائه.
- تخفيف الأحمال الناتجة عن القوى الناتجة عن المكابس.
أسباب تلف واهتلاك عمود الكرنك:
أهم سبب لتلف عمود المرفق في المحرك هو خلل في التشحيم والتزييت غير الكافي لأجزاء العمود وكل هذا نتاج أربع عوامل هي:
- ضعف مضخة الزيت
- رداءة الزيت وعدم مراعاة معايير التشحيم من حيث اللزوجة وكفاءة الزيت.
- طول فترات التفريغ والصيانة الدورية.
- ظروف قيادة قاسية.
- اهتلاك الكراسي لزيادة الجهد والحما على العمود بسبب الاحتراق غير الطبيعي.
أعراض تلف أو اهتلاك عمود الكرنك:
- سماع صوت طرق أسفل المحرك.
- اشتعال مؤشر الزيت في الحركة الكامنة.
- انخفاض ضغط الزيت.