پمپ هیدرولیک خودرو و به طور کلی پمپ های هیدرولیک، از مهم ترین اجزایی هستند که علاوه بر صنعت، در خودرو ها نیز کاربرد دارند و به کمک آن ها، استفاده از اجزای مختلف ماشین مانند فرمان و ترمز تا حد زیادی آسان شده است. در این مقاله با کاربرد پمپ هیدرولیک در خودرو و بطور کلی ساختار سیستم هیدرولیک و پمپ هیدرولیک خودرو آشنا خواهیم شد.
با پیشرفت روز افزون تکنولوژی ساخت خودرو ها و جدی تر شدن بازار رقابت، خودروسازان همواره در تلاش بوده اند تا با ارائه نوآوری و امکانات جدید و متمایز از سایر رقبا، گوی سبقت را ربوده و یک قدم از سایرین جلوتر باشند. امروزه آپشن های بیشماری روی انواع مدل های خودرو نصب می شود که برخی از آن ها که از اهمیت و کاربرد آنچنانی برخوردار نیستند، ممکن است حتی استفاده هم نشوند. اما یکسری از قابلیت هایی که به خودروها اضافه می شوند، جنبه ی کمکی و بهبود عملکرد خودرو را دارند. فرمان هیدرولیک که چندین سال است به خودرو ها اضافه شده و آپشن جدید و تازه ای به حساب نمی آید، یکی از این قابلیت های ضروری برای خودرو ها بوده که سهولت و لذت رانندگی را دوچندان کرده است. اگر تجربه ی رانندگی با خودرو های قدیمی که از فرمان هیدرولیک بهره نمی بردند را داشته باشید، می دانید که در این مدل ماشین ها برای چرخاندن فرمان و تغییر جهت چرخ ها به خصوص در سرعت های پایین به نیروی بسیار زیادی نیاز است؛ به گونه ای که ممکن است به بازو و کتف شما آسیب وارد کرده و یا حتی شما را از رانندگی زده کند. اما به لطف فرمان های هیدرولیکی، در خودروهای جدید به هیچ وجه نیازی به اعمال نیروی زیاد به فرمان وجود ندارد و با کمترین زحمت قادر خواهید بود تا چرخ ها را به حرکت درآورید.
فهرست مطالب
پمپ هیدرولیک چیست؟
پمپ هیدرولیک یا هیدروپمپ، یک منبع قدرت مکانیکی است که انرژی مکانیکی را به انرژی هیدرولیکی تبدیل می کند. پمپ هیدرولیکی دو عمل را انجام می دهد؛ اول، فرآیند مکانیکی آن باعث ایجاد خلاء در قسمت ورودی پمپ شده که این خلاء، به فشار اتمسفر اجازه می دهد تا مایع را از مخزن وارد خط ورودی به پمپ کند. و دوم، مایع وارد شده به ورودی پمپ را به خروجی پمپ رسانده و آن را به درون سیستم هیدرولیک هدایت می کند.
پمپ، دستگاهی است که یک جریان در سیال ایجاد می کند، و نه فشار. در واقع پمپ ها باعث ایجاد جریان لازم برای به وجود آمدن فشار در سیستم می شوند و به خودی خود، فشار ایجاد نمی کنند. بنابراین وظیفه اصلی انواع پمپ ها از جمله پمپ هیدرولیکی، افزایش انرژی سیال، برای بالا بردن پتانسیل آن برای جاری شدن می باشد.
در واقع پمپ هیدرولیک خودرو را می توان مهم ترین جزء سیستم فرمان هیدرولیک خودرو دانست. این سیستم همانطور که گفته شد باعث نرم شدن فرمان شده و فرمان پذیری خودرو را به شکل فوق العاده ای افزایش می دهد. دلیل این امر هم مشخص است؛ در فرمان های قدیمی و مکانیکی، راننده باید چرخ ها را با استفاده از غربیلک فرمان، تنها با نیروی دست خود به حرکت در می آورد. واضح است که برای انجام این کار به نیروی بسیار زیادی نیاز است. اما همانطور که گفته شد، پمپ هیدرولیک که وظیفه اش افزایش انرژی سیال هیدرولیک و ایجاد فشار در آن و انتقال نیرو می باشد، این کار را بسیار آسان کرده؛ چرا که هنگامی که راننده نیرویی جزئی به فرمان وارد می کند، این نیرو به روغن هیدرولیک منتقل شده و روغن، این نیرو را به چرخ ها انتقال داده و باعث به حرکت درآمدن آن می شود. در این صورت، راننده تنها با وارد کردن یک نیروی کم و بدون زحمت زیاد، عمل چرخاندن چرخ ها و به اصطلاح فرمان دادن به خودرو را با کمترین دردسر انجام داده است.
پمپ هیدرولیک چطور کار می کند؟
همان گونه که عنوان شد، اساس کار پمپ هیدرولیک خودرو، تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی هیدرولیکی است که به معنی افزایش فشار در سیال و انتقال نیروی تولید شده می باشد. در خودرو هایی که به سیستم فرمان هدرولیک مجهز شده اند، هر بار که فرمان را می چرخانید، روغنی که در استوانه مرکزی اتصال فرمان به چرخ ها(جک هیدرولیک) وجود دارد توسط پمپ هیدرولیک تحت فشار قرار می گیرد. این افزایش فشار، باعث می شود که روغن، نیرو را به قسمت هیدرولیک فرمان و میله فرمان انتقال دهد. میله فرمان به چرخ دنده های متصل به چرخ ها وصل است؛ بنابر این نیرویی که حاصل از افزایش فشار در روغن هیدرولیک توسط پمپ هیدرولیک خودرو می باشد، به چرخ ها منتقل شده و آن ها را به حرکت در می آورد.
گفتیم که نیروی لازم برای به حرکت درآمدن چرخ ها، توسط پمپ هیدرولیک خودرو تولید شده و به روغن و سپس چرخ ها منتقل می شود. اما نیروی خود این پمپ از کجا تامین می شود؟
پمپ هیدرولیک در خودرو، نیروی مورد نیازش را از تسمه ای که به میل لنگ متصل است دریافت می کند. در واقع میل لنگ با حرکتی که حاصل از اشتعال و تولید انرژی در پیستون هاست، علاوه بر تامین نیروی موتور خودرو و به حرکت در آوردن خودرو، نیروی دورانی مورد نیاز برای قطعات دیگری مانند پمپ هیدرولیک خودرو، دینام و واترپمپ را نیز تامین می کند.
در پمپ هیدرولیک، یک محفظه بیضی شکل مشاهده می شود. در این محفظه، پره های برگشت پذیری در قسمتی تحت عنوان «روتور» تعبیه شده اند که پمپ با استفاده از همین پره های برگشت پذیر به چرخش در می آید.
گفتیم که پره های برگشت پذیر درون پمپ هیدرولیک وجود دارند و بطور کلی عملکرد پمپ هیدرولیک خودرو بصورت یک جریان برگشتی می باشد. اما این به چه معناست؟
هنگامی که پمپ هیدرولیک در حال چرخش است، روغن هیدرولیک را از قسمت ورودی به قسمت خروجی پمپ هدایت می کند. روی محفظه جعبه فرمان و قسمتی که لوله های ورودی و خروجی از آن عبور کرده اند، مجرا های عبور روغن وجود دارند. با هربار اعمال نیرو به فرمان و چرخاندن آن، این مجرا ها باز و بسته می شوند و به روغن هیدرولیک اجازه می دهند که به سیلندر وارد و یا از آن خارج شود. این روغن که توسط پمپ هیدرولیک خودرو تحت فشار قرار گرفته است، باعث به حرکت در آمدن پیستون می شود.
عملیاتی که توضیح داده شد، تمام مراحلی است که در نهایت منجر به انتقال انرژی به چرخ ها و حرکت کردن آن ها با اعمال کمترین نیروی ممکن توسط راننده می شوند.
اجزای سیستم فرمان هیدرولیک خودرو
اکنون بطور کامل با سیستم فرمان هیدرولیک خودرو آشنا شده اید. این سیستم از اجزای مختلفی تشکیل شده که به شرح زیر می باشند:
- پمپ هیدرولیک خودرو: که مهمترین جزء شبکه هیدرولیک بشمار می رود و وظیفه تامین نیروی لازم برای به حرکت در آوردن چرخ ها توسط فرمان را بر عهده دارد.
- مخزن سیال هیدرولیک: مخزنی است که همانطور که از نام آن مشخص است، سیال هیدرولیک درون آن قرار می گیرد و به پمپ وارد یا از آن خارج می شود.
- شیر هیدرولیک: این قطعه به عنوان واحد کنترل و فرمان سیستم‌های هیدرولیکی شناخته می شوند.
- تسمه هیدرولیک: تسمه ایست که به میل لنگ متص شده و انرژی لازم برای چرخش پمپ هیدرولیک را تامین می کند.
- لوله های سیال هیدرولیک: شلنگ های رفت و برگشتی که روغن در آن ها جریان دارد و توسط آن ها، به پمپ وارد و یا از آن خارج می شود.
- روغن هیدرولیک: سیال موجود در شبکه هیدرولیک که وظیفه انتقال نیرو به چرخ ها را بر عهده دارد.
- جک هیدرولیک فرمان: این قطعه مانع از انتقال ارتعاش موجود در تایر ها به فرمان شده و بدین ترتیب امکان کنترل فرمان را با صرف نیروی ناچیز برای راننده فراهم می سازد.
علاوه بر قطعات ذکر شده که پای ثابت تمامی سیستم های هیدرولیک هستند، در برخی از سیستم های هیدرولیک، قسمتی تحت عنوان «قسمت خنک کننده» نیز دیده می شود که وظیفه خنک کاری روغن هیدرولیک به منظور جلوگیری از آسیب به قسمت های مختلف از قبیل کاسه نمد، پره های پمپ، لوله های ورودی و خروجی و سایر اجزای سیستم را دارد.
کاربرد پمپ هیدرولیک در خودرو؛ مزایا و معایب فرمان هیدرولیک
تا اینجای مطلب با کاربرد سیستم هیدرولیک و فرمان هیدرولیک در خودروها آشنا شدیم و درک کردیم که تا چه حد به کمک رانندگان می آیند و رانندگی را آسان و لذت بخش می کنند. به لطف فرمان های هیدرولیک، دیگر نیازی به اعمال نیروی زیاد به فرمان برای به حرکت در آوردن چرخ ها نیست و تنها با اعمال فشار کمی بر روی غربیلک، این نیرو به روغن هیدرولیک و سپس چرخ ها منتقل می شود و باعث حرکت آن ها می شود. وظایف و مزایای فرمان هیدرولیک در زیر آورده شده اند:
نیاز به نیروی عضلانی بسیار جزئی برای چرخاندن فرمان و کاهش انرژی صرف شده توسط راننده.
- افزایش فرمان پذیری خودرو.
- افزایش پایداری و بهبود سیستم تعلیق خودرو.
- کاهش ارتعاشات و ضربات و لرزش خودرو در حین فرمان دادن.
- جلوگیری از آسیب زدن به قطعات مختلف جلوبندی خودرو و کاهش استهلاک آن ها.
- کاهش حساسیت فرمان خودرو به خصوص در سرعت های بالا و کمک به فرمان پذیری و کنترل راحت تر آن.
در کنار مزایایی که برای فرمان های هیدرولیکی ذکر شد، این سیستم ها معایبی نیز دارند:
- هزینه ساخت و تعمیر سیستم های فرمان هیدرولیکی از فرمان های مکانیکی بیشتر است.
- در زمان هایی که موتور خودرو خاموش است، برای فرمان دادن به خودرو به گشتاور بیشتری در مقایسه با فرمان های مکانیکی نیاز است.
- به دلیل فعال بودن مداوم پمپ هیدرولیک خودرو و تغییر نکردن نحوه عملکرد این قطعه در سرعت های مختلف، امکان اسهلاک و فرسودگی آن زیاد است.
- از آنجایی که پمپ هیدرولیک خودرو، نیروی مورد نیاز برای گردش خود را از موتور و توسط تسمه ای که به میل لنگ متصل است دریافت می کند، توان موتور را کاهش داده و همچنین موجب افزایش مصرف سوخت و آلایندگی هوا می شود.
انواع مختلف پمپ هیدرولیک خودرو
پمپ های هیدرولیک در مدل های مختلفی تولید و عرضه می شوند که هرکدام ویژگی های منحصر به فرد خود را دارند. از میان انواع مختلف پمپ های هیدرولیکی، تنها سه نوع اصلی از این پمپ ها به عنوان پمپ هیدرولیک خودرو مورد استفاده واقع می شوند که عبارتند از:
پمپ دنده ای هیدرولیک
پمپ های دنده ای قطعات متحرک بسیار کمی دارند و از دو چرخ دنده به هم پیوسته تشکیل شده اند. این پمپ ها دبی ثابتی دارند. پمپ های هیدرولیک دنده ای معمولا در فشارهای بین 50 تا 210 bar کار می کنند. پمپ های دنده ای؛ بالاترین سرعت در بین انواع پمپ های هیدرولیک را داردند و قادرند با سرعت 3000 تا 6000 دور در دقیقه کار کنند.
نوع پمپ دنده ای که در خودرو ها بکار گرفته می شود، پمپ دنده ای خارجی می باشد. در یک پمپ دنده ای خارجی، تنها یکی از چرخ دنده ها، چرخ دنده محرک، به درایو متصل است. چرخ دنده دیگر، چرخ دنده محرک، در جهت مخالف می چرخد، به طوری که دندانه های چرخ دنده های دوار به هم متصل می شوند.
پمپ پره ای هیدرولیک
این پمپ ها دارای پره های مستطیلی شکلی هستند که در شیار های شعاعی روی پمپ نصب شده اند و نقش چرخ دنده ها و دندانه ها را بازی می کنند. این نوع طراحی باعث می شود تا پره ها به صورت شعاعی حرکت کنند. در این نوع پمپ، با چرخش پره ها، فرآیند ایجاد خلاء، مکش، تولید فشار و پمپ کردن روغن انجام می شود.
پمپ پیستونی هیدرولیک
پمپ های هیدرولیک پیستونی، توانایی کنترل و مدیریت جریان های سنگین و پرحجم را در فشارهای بالا دارند. این پمپ های هیدرولیک توسط پیستون هایی کار می کنند که به طور مداوم به جلو و عقب حرکت می کنند. نکته ی قابل توجه در مورد پمپ هیدرولیک پیستونی این است که از آب بندی بسیار خوبی برخوردارند و امکان کار در فشار های بالا با حداقل نشتی سیال را دارا هستند. این نوع از پمپ ها، ساختار پیچیده ای دارند و از تعداد زیادی سیلندر و پیستون تشکیل شده اند. به همین علت فقط در خودروهای مسابقه ای استفاده می شوند و در خودروهای معمولی، مدل های دیگر پمپ بکار گرفته می شود.
فرق فرمان هیدرولیکی و برقی
فرمان های هیدرولیکی با تمام مزایایی که داشتند و با کنار زدن فرمان های مکانیکی، سهولت را به رانندگان هدیه دادند، اما معایبی هم در آن ها دیده می شود که پیشتر ذکر شدند. تولید کنندگان برای رفع این معایب و بهبود عملکرد جعبه فرمان خودرو، نسل جدیدی از فرمان ها تحت عنوان فرمان برقی را معرفی کردند. بزرگترین مزیت این فرمان ها این است که بر خلاف فرمان های هیدرولیکی که پمپ هیدرولیک در آن ها نیروی مورد نیاز خود را از موتور دریافت می کرد و فشار اضافی روی موتور می گذاشت، نیرویشان را از موتور الکتریکی کوچکی که در ساختارشان تعبیه شده است دریافت می کنند و مانند فرمان های هیدرولیکی، توان موتور خودرو را کاهش نمی دهند. از دیگر مزایای فرمان های الکتریکی می توان به این موارد اشاره کرد: حذف شیرهای کنترل و لوله های رابط، حذف تسمه هیدرولیک، حذف جک هیدرولیک، حذف پمپ هیدرولیک، حذف سیال هیدرولیک، وزن کمتر در مقایسه با فرمان هیدرولیکی، فعالیت تنها در زمان حرکت خودرو و چرخ ها، حجم و اندازه کمتر نسبت به فرمان هیدرولیکی، عمر مفید بیشتر، ایمنی بالاتر و مصرف انرژی پایین تر. نکته ی قابل توجه در مورد فرمان های برقی این است که در صورتی که این فرمان ها با مشکلی مواجه شده و از دسترس خارج شوند، بطور خودکار می توان از فرمان مکانیکی خودرو استفاده نمود.
دلایل خرابی پمپ هیدرولیک خودرو
نکاتی وجود دارند که در صورتی که رعایت نشوند و مراقب لازم و کافی از سیستم و پمپ هیدرولیک خودرو به عمل نیاید، موجب خرابی این قطعه می شوند. علل خرابی پمپ هیدرولیک خودرو به شرح زیر می باشند:
- فشار زیاد روی پمپ: در صورتی که فشاری بیش از توان پمپ هیدرولیک به آن وارد شود، دچار اختلال در عملکرد شده و ممکن است منجر به شکستن شفت ورودی پمپ شود. همچنین در این حالت یاتاقان ها نیز ممکن است دچار خرابی و از کار افتادگی شوند. همانطور که گفته شد، پمپ ها خودشان فشار ایجاد نمی کنند؛ بلکه فشار ورودی را تحمل و کنترل می کنند. اگر این فشار، بیشتر از آستانه ی تحملشان باشد، از کار می افتند و ممکن است به سایر قطعات نیز آسیب بزنند.
- خوردگی و فرسودگی پمپ و قطعات مربوطه: در طول زمان و با گذشت مدتی از کار کردن پمپ، ممکن است خود پمپ و سایر قطعات سیستم هیدرولیک دچار فرسودگی و خوردگی شده و خراب شوند.
- پایین بودن سطح سیال هیدرولیک: در صورتی که روغن کافی در سیستم هیدرولیک وجود نداشته باشد و یا از شلنگ های با سایز نامناسب که جریان سیال را به درستی تامین نمی کنند استفاده شود، سطح روغن در پمپ هیدرولیک خودرو کاهش یافته و موجب خرابی آن خواهد شد.
- آلودگی سیال هیدرولیک: روغن هیدرولیک نیز مانند سایر روغن های موجود در قطعات مختلف خودرو نیاز به تعویض دوره ای دارد و در صورتی که عمل تعویض آن به موقع انجام نشود، باعث بروز خرابی در سیستم و پمپ هیدرولیک خواهد شد.
- استفاده از قطعات بی کیفیت: از دیگر عللی که منجر به آسیب زدن به پمپ هیدرولیک خودرو می شود، می توان به استفاده از قطعات و لوازم یدکی نامرغوب و غیر اصل در سیستم هیدرولیک خودرو اشاره کرد.
علائم خرابی پمپ هیدرولیک خودرو
خراب شدن پمپ هیدرولیک خودرو با علائمی همراه است که لازم است در صورتی که هر یک از این علائم را مشاهده کردید، به منظور جلوگیری از آسیب دیدگی بیشتر خودرو، آن را به تعمیرگاه برده و از متخصصان این حرفه برای رفع این خرابی کمک بگیرید.
علائم هشدار دهنده خرابی پمپ هیدرولیک در زیر ذکر شده اند:
- روغن ریزی و نشت روغن پمپ هیدرولیک.
- نرم نبودن فرمان و سخت چرخیدن آن.
- نیاز به نیروی زیاد برای چرخاندن فرمان و به حرکت درآوردن چرخ ها.
- شنیده شدن صداهای غیر طبیعی حین چرخاندن فرمان.
- کاهش غیر طبیعی سطح روغن هیدرولیک در مخزن.
جمع بندی و سخن آخر
در این مقاله از صنعت هیدرولیک، با کاربرد پمپ هیدرولیک در خودرو و بطور کلی سیستم فرمان هیدرولیک خودرو آشنا شدیم. پمپ هیدرولیک خودرو قطعه ای است که بطور دائم در حال کار است و در صورتی که از آن مراقبت کافی به عمل نیاید، دچار خرابی شده و به سایر قطعات خودرو نیز آسیب می زند. بنابر این نکته ی قابل توجه در مورد پمپ های هیدرولیک این است که سرویس های دوره ای این قطعات را جدی بگیرید و در صورت مشاهده خرابی، سریعا در صدد رفع آن برآیید.