فرمان هیدرولیک چیست و چگونه کار می‌کند؟

0 491 زمان تقریبی مطالعه 6 دقیقه

درست مثل زمانی که آیفون اپل صنعت گوشی موبایل را دگرگون گرد، جعبه فرمان هیدرولیک نیز مانند آن در صنعت خودروسازی تحول ویژه‌ای ایجاد کرد. خودروها اجسام بسیار سنگینی هستند و حتی می‌توانند تا بیش از یک و نیم‌تن وزن داشته باشند. حتی تصور این که بتوان این غول عظیم‌الجثه را بدون فرمان هدایت کرد، غیرممکن است و این دقیقاً همان چیزی است که ما به علت آن قصد داریم در این مقاله از مجله رینگو به بررسی جعبه فرمان هیدرولیک بپردازیم. از سال ۲۰۱۸ تاکنون در خودروهای مختلف سه نوع مختلف فرمان استفاده می‌‌شود:

۱. فرمان هیدرولیک، ۲. فرمان برقی الکترو هیدرولیک و ۳. فرمان برقی.

ما در این مقاله از مجله رینگو، پدربزرگ تمام فرمان‌های برقی یعنی فرمان هیدرولیک را مورد بررسی قرار می‌دهیم. اگر می‌خواهید بدانید که فرمان هیدرولیک چیست و چگونه کار می‌کند؟ تا انتهای این مقاله با ما همراه باشید.

فرمان هیدرولیک (Hydraulic Power Steering) چیست؟

حتماً می‌دانید که مهندسان در مورد نام‌گذاری اشیا دقت به خرج می‌دهند و این کار به درک آسان کاربرد اجسام کمک می‌کند. حال بیایید کلمات فرمان هیدرولیک مورد تجزیه قرار دهیم. واژه Hydraulic تنها یک کلمه فانتزی برای اشاره به مایعاتی مانند آب، روغن و امثالهم است. سپس ما کلمه “Power Steering” را داریم. هنگامی که روغن فرمان را تحت‌فشار قرار می‌دهیم و از آن به روشی هوشمندانه استفاده می‌کنیم، نیروی مازادی دریافت می‌کنیم که به ما کمک می‌کند تا خودروی خود را راحت‌تر هدایت کنیم. در اصل، فرمان هیدرولیک سیال هیدرولیک را تحت‌فشار قرار می‌دهد تا قدرت بیشتری به ما بدهد که فرمان دادن به ماشین ما را آسان‌تر می‌کند. این یک کمک ارگونومیک برای بهبود کنترل و مانور ایمن است.

تصویر بالا یک جعبه فرمان هیدرولیک است، یکی از قسمت‌های اصلی سیستم قرمان اتومبیل. یک جعبه فرمان هیدرولیک معمولاً این شکلی است. برای این که بدانید آیا این یک قفسه فرمان هیدرولیک هست یا خیر، تنها کاری که باید انجام دهید این است که به مرکز جعبه فرمان توجه کنید. اگر دو لوله فلزی را دیدید که از قفسه فرمان بیرون زده‌اند، می‌دانید که از نوع هیدرولیک است. همچنین، ممکن است نتوانید از روی تصویر تشخیص دهید، اما در واقع بسیار حجیم هستند. هر قفسه فرمان می‌تواند تا ۵/۱ متر طول داشته باشد.

فرمان هیدرولیک (Hydraulic Power Steering) چیست؟

ظهور فرمان هیدرولیک؛ این‌همه نیرو از کجا آمده است؟

فرمان برقی مدت‌زمان زیادی است که وجود داشته است. من در مورد صدسال صحبت می‌کنم. اولین فرمان هیدرولیک در سال ۱۸۷۶ ثبت اختراع شد. سپس توسط فردریک دبلیو لانچ ستر در سال ۱۹۰۲ بهبود یافت و کاربردی‌تر شد. در سال ۱۹۲۶، فرانسیس دیویس اولین کسی بود که با موفقیت یک فرمان هیدرولیک را روی یک خودرو تعبیه کرد. او آن را بر روی Pierce‌‌Arrow خود در سال ۱۹۲۱ نصب کرده و تنها در ۱۲ روز از نیویورک به لس‌آنجلس سفر کرد.

بااین‌وجود متأسفانه هیچ‌کس واقعاً پتانسیل این اختراع را جدی نگرفت و هرگز تجاری نشد؛ حداقل تا سال ۱۹۳۹ که جنگ جهانی دوم شروع شد. در طول جنگ، نیروهای نظامی به دنبال راه‌هایی برای کنترل بهتر، سریع‌تر و آسان‌تر ماشین جنگی زرهی سنگین خود بودند. این یک مزیت جدی بود که به بهبود عملکرد خودرو و تجهیزات لجستیکی کمک زیای می‌کرد. تا زمان پایان جنگ در سال ۱۹۴۵، حدود ده‌هزار خودروی نظامی مجهز به جعبه فرمان برقی بودند. وقتی در چنین مقیاس عظیمی این پتانسیل ویژه مشاهده شد، این تکنولوژی نسبتاً جدید توانست محبوبت خود را پس از آن حفظ کند. در سال ۱۹۵۱، کرایسلر اولین خودروسازی بود که واحد فرمان برقی را به‌صورت تجاری در دسترس قرار داد. کرایسلر امپریال یک خودروی سواری بود که با این تکنولوژی در دسترس قرار گرفت.

یک جعبه فرمان هیدرولیک چگونه کار می‌کند؟

اگر با سیستم فرمان خودرو به‌تازگی آشنا شده‌اید، توصیه اکید داریم که با نحوه کارکرد سیستم فرمان خودرو به‌خوبی آشنا شوید. این اتفاق به این دلیل است که یک جعبه فرمان غیر برقی معمولی بسیار شبیه به یک سیستم فرمان هیدرولیک کار می‌کند. تنها تفاوت آنها این است که فرمان هیدرولیک دارای چند قسمت اضافی برای تأمین نیروی بیشتر است. این قسمت‌ها عبارت‌اند از:

۱. سیال هیدرولیک

۲. مخزن سیال هیدرولیک

۳. پمپ فرمان، شیر دوار

۴. اتاقک هیدرولیک

که در ادامه به تشریح هریک از این قسمت‌ها خواهیم پرداخت.

۱. مخزن سیال فرمان

دقیقاً مانند حالتی که ما یک مخزن بنزین برای بنزین داریم، یک مخزن سیال فرمان نیز برای سیال فرمان داریم. هر زمان که از سیال استفاده می‌کنیم، همیشه ظرفی داریم که در صورت عدم استفاده شدن سیال، آن را نگه می‌دارد. فرایند کارکردن فرمان هیدرولیک از اینجا شروع می‌شود. وقتی سیال فرمان را پر می‌‌کنیم، آن را داخل مخزن می‌گذاریم. این ظرف مایع را نگه می‌دارد و آنها را از طریق شیلنگ‌های لاستیکی به پمپ فرمان می‌رساند.

۲. پمپ فرمان

شما می‌توانید پمپ فرمان متصل به موتور خودرو را پیدا کنید؛ معمولاً درست در کنار دینام خودرو و کمپرسور تهویه مطبوع قرار دارد. پمپ فرمان را از طریق مکانیسم‌های تسمه قرقره با استفاده از تسمه موتور به موتور متصل می‌کنیم. هنگامی که موتور ماشین شما مشغول کار است، تسمه موتور در یک رینگ می‌چرخد و پمپ فرمان را نیز می‌چرخاند. با این کار، پمپ مایع فرمان را از مخزن مایع فرمان می‌کشد و آن را تحت‌فشار قرار می‌دهد.

۳. شیر دوار

در داخل قفسه فرمان، ما چیزی داریم که به‌عنوان شیر چرخشی یا دوار شناخته می‌شود. شیر دوار یک محفظه فلزی بسیار حساس با سوراخ‌های استراتژیک است که سیال فرمان را یا به پمپ فرمان یا به داخل قفسه فرمان هدایت می‌کند. شیر دوار بسته به این که فرمان را به کدام سمت می‌چرخانید، به همان سمت حرکت می‌‌‌کند. اگر فرمان در موقعیت اصلی خود باشد، شیر دوار مایع فرمان را به پمپ فرمان هدایت می‌کند و هیچ اتفاقی دیگری رخ نمی‌دهد. چرخه حرکت سیال فرمان، از مخزن به پمپ و دریچه چرخشی مدام تکرار می‌شود. اما زمانی که راننده فرمان را می‌چرخاند، شیر چرخشی شده و مایع فرمان از پمپ فرمان هدایت می‌شود. این بار به پمپ فرمان باز نمی‌گردد، بلکه از طریق خطوط سیال از شیر دوار خارج می‌شود و به یکی از محفظه‌های هیدرولیک قفسه فرمان می‌رود.

۴. محفظه هیدرولیک

همان‌طور که سیال فرمان از شیر دوار به درون محفظه هیدرولیک منتقل می‌شود، ما شروع به دریافت برق می‌کنیم. اما بیایید یک قدم به عقب برگردیم و ببینیم که چگونه همه چیز رخ داد. در محفظه هیدرولیک، یک پیستون هیدرولیک درست در مرکز قرار گرفته است که محفظه هیدرولیک را به دو قسمت تقسیم می‌کند: سمت چپ و سمت راست. سیال فرمان به درون این دو محفظه انتقال می‌یابد، اما آنها به‌اندازه مساوی این مایع را دریافت نمی‌کنند. هنگامی که مایع فرمان در یک طرف محفظه هیدرولیک بیشتر باشد، باعث ایجاد اختلاف فشار در سراسر محفظه می‌شود. سپس مایع فرمان، پیستون هیدرولیک را به سمت ضعیف‌تر محفظه هیدرولیک هل می‌دهد و جعبه فرمان براین‌اساس حرکت می‌کند. حال ممکن است برخی از شما تعجب کنید که چرا اختلاف فشار رخ می‌دهد؟ جواب ساده است، به دلیل دینامیک یا پویایی سیال. یا به طور خاص به دلیل معادله برنولی.

دو اتاق با اندازه‌های مساوی با یک دیوار متحرک را تصور کنید که می‌توانید آن را در قسمت وسط فشار دهید. یک اتاق با ۵۰ نفر و اتاق دیگر با ۱۰۰ نفر پر شده است. ازآنجایی‌که درون اتاق گرم است، هر دو طرف می‌خواهند فضای بیشتری برای تنفس باز کنند، به همین دلیل هرکدام شروع به فشار دادن می‌کنند و یک مسابقه طناب‌کشی آغاز می‌شود. طبیعتاً تیمی برنده می‌شود که قدرت بیشتری دارد. بااین‌حال هل دادن دیوار چیزی است که به ما قدرت بیشتری می‌دهد؛ بنابراین ازآنجایی‌که هر دو سمت جعبه فرمان به چرخ‌های خودرو متصل می‌شود، زمانی که جعبه فرمان به سمت راست حرکت کند، چرخ‌های خودرو نیز همین حرکت را انجام خواهند داد. در نتیجه ماشین تغییر جهت می‌دهد و سیال فرمان به مخزن سیال برمی‌گردد تا مجدد کل فرایند دوباره تکرار شود.

سخن پایانی

در این مقاله از مجله رینگو به بررسی فرمان هیدرولیکی و چگونگی کارکردن آن پرداختیم. در قسمت ابتدایی مقاله چیستی فرمان هیدرولیک را شرح دادیم و پس از آن تاریخچه‌ای از آن را معرفی کردیم. در آخر نیز با معرفی قسمت‌های مختلف جعبه فرمان هیدرولیک، نحوه کارکردن آن را بیان کردیم. با مطالعه این نوشته شما می‌توانید با ساختار جعبه فرمان هیدرولیک آشنا شوید و اطلاعات نسبتاً کاملی از کارکردن آن به دست آورید. امیدواریم مطالعه این نوشته برای شما مفید بوده باشد.