سیستم هیدرولیک فرمان یکی از انواع سیستم‌های فرمان است که با استفاده از فشار روغن، چرخاندن فرمان را برای راننده آسان تر می‌کند. این سیستم عمدتاً در خودروهای سواری، کامیون ها و برخی ماشین آلات سنگین به کار می‌رود. در ادامه با بررسی نحوه عملکرد این سیستم با مجله اینترنتی خودرو آموز همراه باشید.
تفاوت فرمان هیدرولیک با فرمان های قدیمی
سیستم فرمان خودرو در طول سال‌ها پیشرفت زیادی داشته است. خودروهای قدیمی از فرمان مکانیکی ( غیر هیدرولیکی قدیمی ) استفاده می‌کردند، در حالی که خودروهای جدیدتر بیشتر مجهز به فرمان هیدرولیک یا فرمان برقی هستند. در اینجا، تفاوت‌های اصلی بین فرمان هیدرولیک و فرمان مکانیکی قدیمی را بررسی می‌کنیم.
۱. نحوه عملکرد
فرمان مکانیکی
– کاملاً دستی و بدون هیچ نیروی کمکی عمل می‌کند.
– نیرویی که راننده به فرمان وارد می‌کند، مستقیماً از طریق میله‌ها، دنده‌ها و اتصالات به چرخ ها منتقل می‌شود.
– شامل اجزای ساده‌ای مانند جعبه فرمان، میله‌های فرمان و اتصالات مکانیکی است.
فرمان هیدرولیک
– دارای یک پمپ هیدرولیک است که با فشار دادن روغن، نیروی کمکی تولید می‌کند.
– این نیرو از طریق سیلندر هیدرولیک باعث کاهش سختی چرخاندن فرمان می‌شود.
– راننده همچنان فرمان را می‌چرخاند، اما نیروی کمکی توسط فشار روغن تأمین می‌شود.
در نتیجه فرمان هیدرولیک باعث می‌شود چرخاندن فرمان بسیار راحت‌تر از فرمان‌های مکانیکی باشد.
۲. میزان نیروی لازم برای چرخاندن فرمان
فرمان مکانیکی
راننده باید نیروی زیادی برای چرخاندن فرمان، مخصوصاً در سرعت های کم یا هنگام پارک کردن، اعمال کند. در خودروهای قدیمی، رانندگی در شهر و انجام مانورهای سریع دشوار بود.
فرمان هیدرولیک
نیروی کمکی توسط پمپ هیدرولیک تأمین شده و چرخاندن فرمان راحت تر می‌شود. مناسب برای رانندگی شهری و پارک کردن آسان‌تر است.
در نتیجه فرمان هیدرولیک نیاز به نیروی کمتری دارد، مخصوصاً هنگام پارک کردن یا حرکت در سرعت‌های پایین.
۳. اجزای تشکیل دهنده
اجزای فرمان مکانیکی (قدیمی)
- جعبه فرمان
- میله‌های فرمان و اتصالات مکانیکی
- ستون فرمان
اجزای فرمان هیدرولیک
- پمپ هیدرولیک ( فعال شده توسط تسمه دینام با چرخش میل لنگ )
- مخزن روغن هیدرولیک
- شیر کنترل هیدرولیک
- سیلندر هیدرولیک
- جعبه فرمان
- شلنگ‌ها و لوله‌های روغن
در نتیجه فرمان هیدرولیک دارای قطعات بیشتری است و نسبت به فرمان مکانیکی پیچیده‌تر است.
۴. قابلیت کنترل و دقت رانندگی
فرمان مکانیکی
دقت بالاتری در کنترل مستقیم چرخ‌ها دارد، زیرا نیروی راننده به طور مستقیم منتقل می‌شود. در سرعت‌های بالا، احساس کنترل بیشتری به راننده می‌دهد زیرا سیستم ساده‌تری دارد.
فرمان هیدرولیک
کمی تأخیر در انتقال نیرو به چرخ‌ها به دلیل استفاده از روغن هیدرولیک وجود دارد. در برخی خودروها، فرمان هیدرولیک ممکن است در سرعت های بالا بیش از حد نرم شود.
بنابراین فرمان مکانیکی حس بهتری از جاده به راننده می‌دهد، اما فرمان هیدرولیک راحتی بیشتری دارد.
۵. نگهداری و هزینه تعمیرات
فرمان مکانیکی
- به نگهداری خاصی نیاز ندارد.
- احتمال خرابی بسیار کم است.
- هزینه تعمیر بسیار کم است.
فرمان هیدرولیک
- نیاز به بررسی و تعویض روغن هیدرولیک دارد.
- ممکن است دچار نشت روغن، خرابی پمپ یا مسدود شدن شیلنگ‌ها شود.
- هزینه تعمیر نسبت به سیستم مکانیکی بیشتر است.
در نتیجه فرمان مکانیکی دوام بیشتری دارد، اما فرمان هیدرولیک نیاز به نگهداری و هزینه های بیشتر دارد.
۶. مصرف انرژی و تأثیر بر مصرف سوخت
فرمان مکانیکی
هیچ مصرف اضافی ندارد، زیرا نیروی کمکی ندارد. بهینه تر برای خودروهایی که نیاز به کمترین مصرف سوخت دارند.
فرمان هیدرولیک
پمپ هیدرولیک دائماً فعال است و باعث افزایش مصرف سوخت می‌شود. مقداری از قدرت موتور را مصرف می‌کند.
بنابراین فرمان هیدرولیک مصرف سوخت را افزایش می‌دهد، در حالی که فرمان مکانیکی کاملاً بهینه است.
۷. کاربرد در خودروها
فرمان مکانیکی
در خودروهای قدیمی و برخی خودروهای اقتصادی همچنان استفاده می‌شود. همچنین در برخی ماشین‌آلات سنگین و خودروهای مسابقه ای به دلیل دقت بیشتر کاربرد دارد.
فرمان هیدرولیک
در بیشتر خودروهای مدرن ( غیر برقی ) استفاده شده است. برای خودروهای شهری، شاسی بلندها و خودروهای راحتی مناسب است.
بنابراین فرمان هیدرولیک در خودروهای مدرن رایج‌تر است، اما فرمان مکانیکی هنوز در برخی خودروهای خاص استفاده می‌شود.
جمع‌بندی نهایی
| ویژگی | فرمان مکانیکی (قدیمی) | فرمان هیدرولیک |
|---|---|---|
| نحوه عملکرد | انتقال مستقیم نیروی راننده | استفاده از پمپ و فشار روغن |
| راحتی رانندگی | نیاز به نیروی بیشتر | چرخاندن فرمان راحت‌تر |
| دقت کنترل | بالاتر | کمتر از فرمان مکانیکی |
| نگهداری و هزینه | کم و ساده | نیاز به تعویض روغن و قطعات بیشتر |
| مصرف انرژی و سوخت | بدون مصرف اضافی | افزایش مصرف سوخت |
| کاربرد در خودروها | خودروهای قدیمی، اقتصادی و مسابقه‌ای | خودروهای شهری و مدرن |
نتیجه کلی
اگر به دنبال دوام بیشتر، هزینه نگهداری کمتر و حس بهتر از جاده هستید، فرمان مکانیکی انتخاب بهتری است. و اگر راحتی بیشتر در رانندگی، مخصوصاً در شهر و هنگام پارک کردن، برایتان مهم است، فرمان هیدرولیک گزینه بهتری است.
نحوه کار سیستم هیدرولیک فرمان
چرخاندن فرمان
زمانی که راننده فرمان را می‌چرخاند، یک شیر کنترل هیدرولیک، مسیر ورود روغن پرفشار را به سمت یکی از دو طرف سیلندر فرمان باز می‌کند.
به این صورت که هنگام گردش به چپ، سمت راست سیلندر توسط پمپ از روغن پر شده، و روغن سمت چپ سیلندر به مخزن ذخیره روغن برمیگردد. در مقابل هنگام گردش به راست، سمت چپ سیلندر توسط پمپ از روغن پر شده، و روغن سمت راست سیلندر به مخزن ذخیره روغن برمیگردد.
افزایش فشار روغن
پمپ هیدرولیک که توسط موتور خودرو به حرکت درمی‌آید، روغن را با فشار بالا به سمت شیر کنترل و سپس به سیلندر هیدرولیک هدایت می‌کند.
ایجاد نیروی کمکی
فشار روغن باعث حرکت پیستون داخل سیلندر هیدرولیک شده و نیروی لازم برای چرخاندن چرخ ها را فراهم می‌کند.
بازگشت به حالت عادی
هنگامی که راننده فرمان را رها می‌کند، فشار روغن متعادل شده و فنرهای موجود در جعبه فرمان، چرخ‌ها را به وضعیت مستقیم بازمی‌گردانند.
اجزای اصلی سیستم هیدرولیک فرمان
سیستم هیدرولیک فرمان از چندین قطعه کلیدی تشکیل شده است که همگی در کنار هم وظیفه تسهیل چرخش فرمان را بر عهده دارند. در ادامه، این اجزا را به تفصیل بررسی می‌کنیم.
۱. پمپ هیدرولیک ( Hydraulic Pump )
وظیفه: ایجاد فشار روغن و ارسال آن به سیستم فرمان
انواع:
پمپ پره‌ای ( Vane Pump ): رایج‌ترین نوع که درون آن تیغه‌هایی وجود دارد که روغن را به داخل می‌کشد و فشرده می‌کند.
پمپ چرخ دنده‌ای ( Gear Pump ): شامل چرخ‌دنده‌هایی است که روغن را از ورودی به خروجی هدایت می‌کنند.
پمپ پیستونی ( Piston Pump ): در خودروهای سنگین کاربرد دارد و فشار بالایی تولید می‌کند.
عملکرد: این پمپ معمولاً با استفاده از تسمه و پولی متصل به میل‌لنگ موتور کار می‌کند و نیروی لازم برای گردش روغن را تأمین می‌کند.
۲. مخزن روغن هیدرولیک ( Hydraulic Fluid Reservoir )
وظیفه: نگهداری و تأمین روغن مورد نیاز سیستم هیدرولیک
ویژگی‌ها:
- دارای یک فیلتر داخلی برای جلوگیری از ورود ذرات آلوده
- دارای درپوشی با هواکش و سنسور سطح روغن
- جنس آن معمولاً از پلاستیک مقاوم یا فلز است
عملکرد: روغن از این مخزن توسط پمپ مکش شده و به سمت مدار فرمان فرستاده می‌شود.
۳. شیر کنترل ( Control Valve )
وظیفه: تنظیم جریان روغن بر اساس حرکت فرمان
انواع:
شیر کنترل چرخشی ( Rotary Control Valve ): در سیستم‌های مدرن، همراه با جعبه فرمان نصب می‌شود.
شیر کنترل خطی ( Recirculating Ball Steering Valve ): در خودروهای قدیمی تر و خودروهای سنگین استفاده می‌شود.
عملکرد:
وقتی فرمان در حالت مستقیم است، جریان روغن را مسدود می‌کند تا انرژی هدر نرود. هنگام چرخاندن فرمان، جهت روغن را به سمت چپ یا راست تغییر می‌دهد تا نیروی کمکی ایجاد شود.
۴. سیلندر هیدرولیک ( Hydraulic Cylinder )
وظیفه: تولید نیروی کمکی برای چرخاندن چرخ ها
ساختار: شامل یک پیستون متحرک است که روغن هیدرولیک روی دو طرف آن اعمال فشار می‌کند.
عملکرد:
وقتی روغن تحت فشار وارد یک سمت پیستون می‌شود، آن را به حرکت درمی‌آورد و چرخ‌ها را به چپ یا راست هدایت می‌کند.
روغن سمت دیگر تخلیه شده و دوباره به مخزن بازمی‌گردد.
۵. جعبه فرمان ( Steering Gearbox )
وظیفه: تبدیل حرکت چرخشی فرمان به حرکت خطی چرخ‌ها
انواع:
دنده شانه‌ای: در بیشتر خودروهای مدرن استفاده می‌شود.
چرخ‌دنده حلزونی: در خودروهای قدیمی‌تر و برخی خودروهای سنگین کاربرد دارد.
عملکرد:
حرکت دورانی فرمان را به حرکت خطی میله فرمان تبدیل کرده و به چرخ‌ها منتقل می‌کند.
در مدل‌های هیدرولیک، نیروی کمکی از طریق فشار روغن تأمین می‌شود.
۶. شیلنگ‌ها و لوله های انتقال روغن ( Hydraulic Hoses & Pipes )
وظیفه: هدایت روغن هیدرولیک بین اجزای مختلف
انواع:
شیلنگ فشار قوی: از پمپ به سمت شیر کنترل و سیلندر فرمان
شیلنگ برگشت: روغن را از جعبه فرمان به مخزن بازمی‌گرداند
ویژگی‌ها:
معمولاً از لاستیک مقاوم به حرارت و فشار بالا ساخته شده‌اند.
برخی مدل‌ها دارای لایه‌های فلزی تقویت‌کننده هستند.
۷. تسمه هیدرولیک ( Serpentine Belt )
وظیفه: انتقال نیروی موتور به پمپ هیدرولیک
عملکرد: روی پولی پمپ هیدرولیک قرار می‌گیرد و با چرخش موتور، پمپ را به حرکت درمی‌آورد. در صورت شل شدن یا پاره شدن تسمه، فرمان هیدرولیک از کار می‌افتد و فرمان‌پذیری خودرو سنگین می‌شود.
۸. روغن هیدرولیک ( Power Steering Fluid )
وظیفه: انتقال نیرو و کاهش اصطکاک در سیستم
ویژگی‌ها: دارای مقاومت بالا در برابر دما و فشار و دارای خاصیت ضد کف و ضد خوردگی
انواع:
روغن مینرال: مشابه روغن گیربکس اتوماتیک
روغن سنتتیک: مقاوم‌تر و با طول عمر بالاتر
جمع‌بندی
| قطعه | وظیفه اصلی |
|---|---|
| پمپ هیدرولیک | ایجاد فشار روغن |
| مخزن روغن | ذخیره و تأمین روغن مورد نیاز |
| شیر کنترل | هدایت روغن به سمت مورد نیاز |
| سیلندر هیدرولیک | تبدیل فشار روغن به نیروی کمکی |
| جعبه فرمان | تبدیل حرکت فرمان به حرکت چرخ ها |
| شیلنگ‌های روغن | انتقال روغن بین قطعات |
| تسمه هیدرولیک | انتقال نیرو به پمپ |
| روغن هیدرولیک | کاهش اصطکاک و انتقال نیرو |
مزایا و معایب سیستم هیدرولیک فرمان
مزایا:
- راحتی در چرخاندن فرمان
- بهبود کنترل خودرو
- افزایش ایمنی و کاهش خستگی راننده
معایب:
- نیاز به روغن هیدرولیک و امکان نشت آن
- کاهش بازدهی در صورت خرابی پمپ
- مصرف انرژی بیشتر به دلیل وابستگی به موتور
تفاوت سیستم هیدرولیک فرمان با فرمان برقی
سیستم برقی (EPS) به جای پمپ و روغن، از یک موتور الکتریکی برای کمک به چرخاندن فرمان استفاده می‌کند. این سیستم مصرف سوخت کمتری دارد و نیاز به روغن هیدرولیک ندارد.
نتیجه گیری
فرمان هیدرولیک به دلیل ایجاد نیروی کمکی با استفاده از فشار روغن، باعث راحتی بیشتر در رانندگی، کاهش نیروی مورد نیاز برای چرخاندن فرمان و بهبود کنترل خودرو در مسیرهای ناهموار می‌شود. این سیستم در خودروهای شهری، شاسی‌بلندها و خودروهای تجاری به کار می‌رود و رانندگی در سرعت‌های پایین و هنگام پارک کردن را آسان‌تر می‌کند.
با اینکه مصرف سوخت را کمی افزایش می‌دهد و نیاز به نگهداری منظم دارد، اما همچنان به دلیل تعادل بین راحتی، کنترل و هزینه، یکی از محبوب‌ترین سیستم‌های فرمان در خودروهای نیمه‌مدرن و غیر برقی محسوب می‌شود.
سوالات رایج کاربرد فرمان هیدرولیک در خودرو
پاسخ: فرمان هیدرولیک با ایجاد نیروی کمکی، چرخاندن فرمان را راحت تر کرده و کنترل خودرو را بهبود می‌بخشد، مخصوصاً در سرعت های پایین و هنگام پارک کردن.
پاسخ: اجزای اصلی شامل پمپ هیدرولیک، مخزن روغن، سیلندر هیدرولیک، شیر کنترل، جعبه فرمان و شلنگ های فشار قوی هستند که در کنار هم نیروی کمکی را برای فرمان فراهم می‌کنند.
پاسخ: این سیستم با استفاده از پمپ هیدرولیک، روغن را تحت فشار قرار داده و به سیلندر هیدرولیک منتقل می‌کند تا نیروی کمکی برای چرخاندن چرخ‌ها ایجاد شود.
پاسخ: فرمان هیدرولیک نیاز به نیروی کمتر از سوی راننده دارد، در مسیرهای پر پیچ و خم راحت تر عمل می‌کند و مانورپذیری را افزایش می‌دهد، در حالی که فرمان مکانیکی نیاز به نیروی بیشتری دارد.
پاسخ: بله، این سیستم به تعویض دوره‌ای روغن هیدرولیک، بررسی عدم نشتی روغن و کنترل سلامت شلنگ‌ها و پمپ هیدرولیک نیاز دارد.
پاسخ: این سیستم در خودروهای شهری، شاسی بلندها، وانت‌ها و برخی خودروهای تجاری که نیاز به راحتی و کنترل بهتر دارند، به کار می‌رود.
