سیستم فرمان هیدرولیک با هدف ایجاد راحتی و آسایش بیشتر برای رانندگان طراحی شد. این سیستم کمک می‌کند هنگام راندن خودرو، فرمان کاملا نرم و کنترل‌پذیر باشد. طوری که راننده، برای تغییر جهت ماشین و کنترل آن در مسیرهای مستقیم، نیاز به صرف انرژی زیادی نداشته باشد. برای درک بهتر، این نوشته رادار را به معرفی پمپ هیدرولیک فرمان و نحوه عملکردش اختصاص می‌دهیم.
آشنایی با فرمان هیدرولیک و کاربردی آن در رانندگی
در گذشته فرمان خودروها دارای سیستمی مکانیکی بودند که برای به حرکت درآمدن نیاز به صرف انرژی زیادی داشتند. از این رو افراد همواره از سختی‌های رانندگی (به خصوص طولانی مدت) گلایه داشتند. برای حل این مشکل، سیستم فرمان هیدرولیک روی کار آمد. این سیستم، تغییر جهت فرمان و گردش آن را به طور قابل توجهی راحت و نرم می‌کند. طوری که امروزه به جزئی مهم در خودروها تبدیل شده و نبود آن موجب دردسر رانندگان است. البته کاربردهای فرمان هیدرولیک، تنها به نرم و روان کردن فرمان خلاصه نمی‌شود. بلکه این سیستم کارایی‌های دیگری نیز دارد که در ادامه آن‌ها را عنوان میکنیم:
- کاهش نیروی دست راننده برای دوران غربیلک فرمان
- افزایش سطح پایداری خودرو
- کاهش میزان لرزش‌ها و ارتعاشات فرمان ماشین
- کاهش حساسیت فرمان به خصوص در سرعت‌های بالا و کنترل بهتر آن
تا اینجا دانستیم فرمان هیدرولیک با هدف ایجاد کنترل و راحتی بیشتر برای رانندگان طراحی شده است. حال به سراغ بررسی این سیستم و یکی از مهم‌ترین اجزای آن، یعنی پمپ هیدرولیک فرمان می‌رویم.
معایب سیستم فرمان الکتروهیدرولیکی چیست؟
قطعا هر سیستمی که روی کار می‌آید، معایبی نیز دارد. هر چند که این سیستم در جهت رفاه افراد طراحی شده باشد. سیستم فرمان الکتروهیدرولیکی نیز از این قاعده مستثنی نیست. از جمله معایب این سیستم می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:
- بالا بودن هزینه‌های ساخت و تعمیر
- نیاز به گشتاور بیشتر جهت فرمان دادن به خودرو در زمان خاموش بودن موتور
- استهلاک زیاد به سبب فعالیت مداوم پمپ هیدرولیک فرمان بدون تاثیر سرعت ماشین
- کاهش توان موتور به دلیل استفاده پمپ از نیروی آن
- افزایش مصرف سوخت در خودرو به سبب فعالیت دائمی پمپ
تا به امروز برای حل برخی از این ایرادات، راه‌حل‌هایی طراحی شده است. به طور مثال برای حل مشکل کاهش توان موتور و افزایش مصرف سوخت، از یک موتور الکتریکی مخصوص در کنار پمپ استفاده می‌شود. این موتور نیروی لازم برای فعالیت پمپ را فراهم آورده و خود نیز از طریق باتری تامین انرژی می‌کند.
در برخی مواقع برای این موتور الکتریکی یک سنسور سرعت و یک ECU جانبی در نظر گرفته می‌شود. این دو به بررسی سرعت خودرو پرداخته و براساس آن برای تنظیم فشار روغن هیدرولیک در سیستم فرمان تصمیم‌گیری می‌کنند. به این ترتیب پمپ هیدرولیک فرمان با توجه به دستورات دریافتی از کامپیوتر مجموعه، روغن را با فشار لازم پمپاژ می‌کند. به این ترتیب میزان مصرف سوخت کاهش یافته و توان موتور نیز در بهترین حالت خود باقی می‌ماند.
نحوه عملکرد فرمان هیدرولیک چگونه است؟
در یک خودرو برای به حرکت درآمدن فرمان، باید چرخ‌ها نیز حرکت کنند. برای ایجاد این هماهنگی میان فرمان و چرخ‌ها به قطعات مختلفی نیاز است. مجموعه این قطعات، سیستم فرمان هیدرولیک ماشین را تشکیل می‌دهند. این قطعات عبارتند از:
- جک هیدرولیک
- لوله‌های رفت و برگشت روغن هیدرولیک
- مخزن روغن
- پمپ هیدرولیک
- قطعات فرمان هیدرولیک
- تسمه هیدرولیک
- شیر هیدرولیک
در این میان پمپ هیدرولیک فرمان یکی از مهم‌ترین بخش‌های سیستم بوده و فرمان‌های اصلی را صادر می‌کند.
پمپ هیدرولیک فرمان چیست؟
همان‌طور که گفتیم پمپ هیدرولیک فرمان یکی از قسمت‌های مهم در سیستم فرمان هیدرولیک است. این پمپ برای کسب انرژی لازم جهت انجام فعالیت‌هایش، از تسمه مخصوصی استفاده می‌کند. تسمه پمپ با میل‌لنگ در ارتباط بوده و همزمان با روشن شدن خودرو و چرخش میل‌لنگ به حرکت درمی‌آید. سپس پمپ، نیروی دورانی دریافتی از تسمه را به کمک پره‌های برگشت‌پذیر خود، به نیروی فشار تبدیل می‌کند. این فشار منجر به مکیدن روغن هیدرولیک از مخزن شده و آن را به سمت شیلنگ‌های سیستم پمپ می‌کند.
اجزای پمپ هیدرولیک فرمان
در پمپ هیدرولیک فرمان، مجموعه‌ای از قطعات وجود دارد که همکاری آن‌ها با یک‌دیگر، حرکت دورانی و نرم فرمان را فراهم می‌آورد. این قطعات عبارتند از:
- روغن هیدرولیک که نیروی کمکی به جعبه فرمان را وارد می‌کند.
- لوله‌های (شیلنگ) مسیر حرکت روغن هیدرولیک که مسیر رفت و برگشت روغن هیدرولیک را تامین می‌کنند.
- پمپ هیدرولیک نیز وظیفه پمپ کردن روغن هیدرولیک را برعهده دارد. این پمپ بیرون از جعبه فرمان قرار می‌گیرد.
- مخزن هیدرولیک، نگهدارنده روغن هیدرولیک بوده و تقریبا در کنار پمپ روغن تعبیه می‌شود.
- شیر هیدرولیک، روی پوسته یا سیلندر اصلی جعبه فرمان نصب می‌شود.
- تسمه پمپ هیدرولیک فرمان، رابط پمپ هیدرولیک و موتور بوده و انرژی لازم پمپ را از موتور تامین می‌کند.
- جک هیدرولیک دوطرفه فرمان
انواع مدلهای پمپ هیدرولیک خودرو
امروزه از پمپ‌های هیدرولیک در صنایع مختلفی استفاده می‌کنند. از این رو بسته به نوع کاربریشان، مدلهای متفاوتی دارند. در این میان تنها تعدادی از این پمپ‌ها در صنعت خودروسازی به کار می‌روند که عبارتند از:
۱- پمپ دنده خارجی هیدرولیک
یکی از مدلهای نسبتا ساده و اقتصادی پمپ هیدرولیک فرمان ، پمپ دنده خارجی است. این پمپ می‌تواند حدود 1 تا 200 میلی‌لیتر روغن را در هر لحظه جابجا کند. طرز کار آن از طریق چرخ دنده‌های محرک و متحرک می‌باشد. در واقع این دو چرخ دنده همراه با مسیر ورودی و خروجی، سیستم پمپ دنده خارجی را تشکیل می‌دهند. برای انتقال روغن در این پمپ، چرخ دنده محرک با تسمه پمپ ارتباط داشته و با چرخش آن، چرخ دنده متحرک نیز به حرکت درمی‌آید. پس از حرکت این چرخ دنده‌ها، خلاء نسبی درون پمپ ایجاد شده و منجر به کشیدن روغن از مخزن به داخل بدنه می‌شود. سپس روغن، همزمان با چرخش چرخ دنده‌ها حرکت کرده و دارای فشار می‌شود. حال به دلیل بسته بودن مسیر برگشت به مخزن، روغن با فشار از پورت خروجی به سمت فرمان ماشین حرکت می‌کند.
۲- پمپ هیدرولیک فرمان پره‌ای
ساختار پمپ هیدرولیک فرمان پره‌ای، فاقد چرخ دنده است. در این سیستم پره‌هایی روی روتر (بدنه پمپ) قرار دارند که نقش چرخ دنده را ایفا می‌کنند. بخش متحرک در پمپ‌های پره‌ای، روتر است. روتر از طریق محوری به تسمه پمپ فرمان متصل شده و به حرکت درمی‌آید. با چرخش آن، فرآیند ایجاد خلاء، مکش، تولید فشار و پمپ کردن روغن، مطابق مدل دنده خارجی صورت می‌پذیرد.
3- پمپ هیدرولیک پیچشی
مدل بعدی مربوط به پمپ هیدرولیک پیچشی (Screw Pumps) است که از دو پیچ تشکیل می‌شود. این پیچ‌ها درون یک‌دیگر تابیده شده و داخل محفظه مخصوص قرار دارند. بیشترین کاربرد این مدل برای ایجاد جریان زیاد روغن با فشار نسبتا کم (حدود 100 بار) می‌باشد.
4- پمپ هیدرولیک کارتریجی
پمپ هیدرولیک کارتریجی (Hydraulic Pump Cartridge) در دو نوع بالانس و غیربالانس طراحی شده است. ابتدا پمپ‌های غیربالانس کارتریجی ساخته شدند که در آن‌ها مرکز روتور و استاتور بر هم منطبق نبود. به همین دلیل نیروی نامتوازنی به محور پمپ وارد شده و به محور و یاتاقان‌ها آسیب می‌رساند. برای حل این مشکل، مدلهای بالانس پمپ هیدرولیک فرمان کارتریجی روی کار آمد. در این مدل‌ها، مرکز روتور و استاتور کاملا بر یک‌دیگر منطبق است.
ساختار پوسته در پمپ‌های کارتریجی، شبیه به بیضی بوده و دارای دو پورت ورودی و خروجی است. این پورت‌ها، نقاط پرفشاری هستند که دقیقا روبروی یک‌دیگر قرار می‌گیرند تا نیروی هم را خنثی کنند. طراحی این چنینی باعث به حداقل رسیدن نیروی وارده بر محور می‌شود. به همین سبب در حال حاضر استفاده از این پمپ‌های بیش از دیگر مدل‌ها صورت می‌گیرد.
5- پمپ هیدرولیک پیستونی
پمپ هیدرولیک پیستونی معمولا به ندرت در صنعت خودروسازی به کار برده می‌شود. این سیستم بیشتر در خودروهای مسابقه‌ای و بسیار حرفه‌ای کاربرد دارد. ساختار آن شامل تعداد زیادی سیلندر و پیستون است که فرآیند پمپاژ روغن به سمت فرمان را ایجاد می‌کنند. در واقع در این پمپ‌ها، مکش و انتقال روغن در شیلنگ‌های خروجی از طریق حرکت پیستون‌ها داخل سیلندرها صورت می‌گیرد.
1- پمپ هیدرولیک محور خم
طرز کار پمپ هیدرولیک محور خم (Bent axis Pumps) به گونه‌ایست که بین خط مرکزی سیلندر با خط مرکزی شافت یا محور محرک، یک زاویه مشخص وجود دارد. محور پیستون‌ها نیز با اتصالات کروی به فلنج محور محرک وصل می‌شود. وجود تغییر فاصله میان فلنج محرک و سیلندر منجر به حرکت رفت و برگشتی پیستون درون سیلندر می‌شود. بلوک محفظه سیلندر نیز به کمک یک اتصال یونیورسال به شافت محرک وصل می‌باشد. به این ترتیب روغن با حرکت پیستون درون سیلندر دارای فشار شده و به سمت خروجی‌ها حرکت می‌کند.
2- پمپ پیستونی هیدرولیک محوری درون خطی
در پمپ پیستونی محوری درون خطی (Inline axial piston Pumps)، امتداد دو محور بلوک سیلندر و محور محرک، در یک راستا است. این پمپ برای انتقال روغن به سمت فرمان از موقعیت صفحه زاویه‌گیر کمک می‌گیرد. به این ترتیب پیستون‌ها هنگام حرکت چرخشی دورانی خود، درون سیلندر نیز حرکت رفت و برگشتی را انجام می‌دهند. در نتیجه روغن از پورت ورودی مکش شده و به سمت پورت خروجی پمپاژ می‌شود.
3- پمپ پیستونی شعاعی
یکی دیگر از پمپ‌های پیستونی، پمپ شعاعی (Radial piston pumps) است. طرز کار این مدل، برخلاف پمپ پیستونی محوری، در یک جهت شعاعی متقارن در اطراف بخش گرداننده محور صورت می‌گیرد.
خرابی پمپ هیدرولیک فرمان چه علائمی دارد؟
خرابی پمپ هیدرولیک فرمان یکی از مسائلی است که رانندگان با آن مواجه می‌شوند. بنابراین لازم است علائم بروز مشکل در این پمپ را دانسته و در صورت مشاهده تصمیم درست را اتخاذ کنند. برخی از علائم خرابی این پمپ عبارتند از:
1- نشت روغن یا روغن‌ریزی
نشت روغن از محدوده سیستم فرمان خودرو، زنگ خطری برای پیشگیری از خرابی پمپ هیدرولیک فرمان است. زیرا این سیستم قادر به تحمل کاهش میزان روغن نبوده و با بروز این مسئله سریعا واکنش منفی نشان می‌دهد. بنابراین باید با مشاهده اولین آثار روغن‌ریزی در محدوده شلنگ‌های هیدرولیک، بالافاصله به مکانیک ماهر مراجعه نمایید.
2- کاهش سطح روغن هیدرولیک
یکی دیگر از راه‌های تشخیص خرابی پمپ روغن هیدرولیک فرمان، بررسی سطح روغن هیدرولیک است. اگر مقدار این روغن نسبت به حالت معمولی دچار کاهش شده است، نشان از روغن‌ریزی دارد. بنابراین باید مشکل را جدی تلقی کرده و در پی حل آن باشید.
3- سفت شدن فرمان
همان‌طور که گفتیم هدف از طراحی سیستم فرمان هیدرولیک، ایجاد راحتی و نرمی در حرکت فرمان خودرو بود. حال اگر در ماشین‌های مجهز به این سیستم، شاهد سفت شدن فرمان بودید، باید به سلامت سیستم از جمله پمپ آن شک کنید. در این مواقع مراجعه فوری به تعمیرگاه الزامی و ضروری است.
4- شنیدن صداهای عجیب هنگام چرخش فرمان
چرخاندن فرمان خودرو باید در عین نرمی و راحتی، بدون هیچ صدای اضافه‌ای صورت پذیرد. در صورتی که پس از چرخاندن فرمان هیدرولیک، صداهای غیرطبیعی و عجیبی به گوشتان می‌رسد، باید به تعمیرکار مراجعه کنید. این صداها می‌توانند ناشی از خرابی قطعات سیستم فرمان هیدرولیک از جمله تسمه و پمپ آن باشند.
دلایل خرابی سیستم هیدرولیک خودرو چیست؟
خرابی سیستم هیدرولیک خودرو از علل متعددی نشات می‌گیرد. اما در این میان برخی از آن‌ها بیشترین تاثیر را داشته و شایع‌تر هستند. در ادامه این دلایل شایع خرابی پمپ هیدرولیک فرمان را بررسی میکنیم:
١- استفاده از قطعات غیرفابریک
یکی مشکلات رانندگان خودروهای مجهز به فرمان هیدرولیک، استفاده تعمیرکاران از قطعات غیرفابریک در تعمیر سیستم است. این مسئله نه تنها کیفیت کلی فرمان را پایین می‌آورد، بلکه به سلامت دیگر اجزای فرمان هیدرولیک نیز آسیب می‌رساند. در این میان تسمه و پمپ بیشترین ضربه را می‌خورند. بنابراین برای پیشگیری از خرابی‌های بعدی و هزینه‌های بیشتر، بهتر است همواره از قطعات فابریکی و استاندارد در سیستم هیدرولیک استفاده نمایید.
٢- مشکلات روغن هیدرولیک
در یک سیستم هیدرلیک، میزان روغن موجود در مدار و کیفیت آن، اهمیت بسیار بالایی دارد. استفاده از روغن‌های بی‌کیفیت و یا عدم تعویض به موقع آن می‌تواند آسیب‌های جدی به سیستم هیدرولیک وارد کند. در این مواقع احتمال خراب شدن پمپ هیدرولیک فرمان، کاسه نمدهای هیدرولیک، شیر هیدرویک و جک دوطرفه هیدرولیک وجود دارد. علاوه بر این خرابی هر یک از این قطعات منجر به نشت روغن در سیستم نیز می‌شود. این مسئله بر شدت آسیب‌های وارده افزوده و خطرات بیشتری در پی خواهد داشت. به همین منظور توصیه می‌شود سرویس روغن هیدرولیک خودرویتان را جدی بگیرید.
٣- نصب رینگ و لاستیک اسپرت با سایز غیراستاندارد
یکی دیگر از دلایل خرابی پمپ هیدرولیک فرمان، نصب و استفاده از رینگ و لاستیک اسپرت با سایز غیراستاندارد است. زیرا چنین رینگ و لاستیک‌هایی، فشار زیادی بر سیستم‌های مختلف ماشین از جمله سیستم هیدرولیک وارد می‌کنند. این لاستیک‌های اسپرت باعث برهم خوردن زاویه‌های پنج‌گانه جلوبندی شده و فشار بر پمپ هیدرولیک را مضاعف می‌کنند.
فاکتورهای مهم در خرید پمپ هیدرولیک فرمان
اگر قصد خرید پمپ هیدرولیک فرمان جدید برای خودرویتان دارید، بهتر است با فاکتورهای مهم در این زمینه آشنا شوید. این فاکتورها عبارتند از: مقدار فشار وارد بر سیستم و میزان دبی پمپ.
برای تعیین مقدار فشار وار بر سیستم هیدرولیک از واجد بار استفاده می‌شود. میزان دبی نیز در پمپ‌های کارتریجی، گالن بر دقیقه و در دیگر انواع پمپ اعم از پیستونی و دنده‌ای از واحد لیتر بر دقیقه استفاده می‌شود.
نکات مهم در انتخاب پمپ هیدرولیک فرمان
در ادامه چند نکته مهم که در انتخاب پمپ هیدرولیک فرمان تاثیرگذار هستند را بیان میکنیم:
1- حداکثر فشار کاری
یکی از موارد تاثیرگذار در خرید پمپ هیدرولیک فرمان، حداکثر فشار کاری قابل تحمل توسط پمپ است. بدیهی است پمپ‌های با توان تحمل فشار کاری بیشتر، قیمت بالاتری نسبت به مدلهای دیگر دارند. به همین منظور لازم است پیش از انتخاب پمپ مورد نظر، مقدار قدرت مورد نیاز در سیستم را اندازه‌گیری نمایید.
2- حداکثر دبی خروجی
میزان دبی خروجی نیز یکی دیگر از معیارهای مهم در انتخاب پمپ هیدرولیک فرمان است. از این رو باید پمپی با قابلیت تامین دبی مورد نیاز سیستم تهیه نمود. به طور مثال در سیستم‌هایی با دبی ثابت باید سراغ پمپ‌هایی با دبی خروجی ثابت رفت. همچنین در سیستم‌هایی با تغییرات اندک در میزان دبی، باید از پمپ با دبی متغر استفاده نمود. در حال حاضر پمپ‌های هیدرولیک با توانایی دبی خروجی در محدوده وسیعی از 1 تا 1000 لیتر بر دقیقه در بازار وجود دارند.
3- سرعت محرک پمپ
یکی دیگر از موارد تعیین‌کننده در خرید پمپ هیدرولیک فرمان، سرعت محرک پمپ است. امروزه پمپ‌های موجود در بازار اغلب دارای الکتروموتور با توان 1500 دور وجود دارد. البته در برخی برندهای محدود شاهد مدل‌هایی با الکتروموتور 3000 دور هم یافت می‌شود.
4- نوع سیال پمپ
منظور از سیال پمپ هیدرولیک، روغنی است که در مدار آن به کار می‌رود. در حال حاضر بهترین سیال برای پمپ هیدرولیک فرمان، روغن‌های معدنی (روغن مینرال) است.
5- سر و صدای پمپ
میزان سر و صدای تولید شده توسط پمپ هیدرولیک فرمان نیز از موارد تاثیرگذار در انتخاب مدل مناسب است. این سروصدا که با واحد دسی‌بل اندازه‌گیری می‌شود، بر اساس ساختار داخلی پمپ و مدل آن می‌تواند متغیر باشد. به طور مثال پمپ‌های دبی ثابت، سر و صدای کمتری نسبت به مدلهای دبی متغیر تولید می‌کنند.
سخن پایانی
امروزه بیشتر خودروسازان به استفاده از سیستم‌های هیدرولیک در فرمان ماشین‌هایشان روی آورده‌اند. چرا که این سیستم مانع از خستگی رانندگان در مسیرهای طولانی و یا جاده‌های پرپیچ و خم می‌شود. از این رو اهمیت شناخت پمپ هیدرولیک فرمان به عنوان محرک اصلی این سیستم بیش از پیش می‌باشد. در این مقاله به بررسی انواع پمپ هیدرولیک خودرو و علل و نشانه‌های خرابی آن پرداختیم. اگر شما نیز علت یا علامت دیگری مبنی بر خرابی این پمپ می‌شناسید، در بخش نظرات با ما در میان بگذارید.