فرمان هیدرولیک چیست و چگونه کار می کند؟

یکی از مهمترین ویژگی‌های خودرو که هنگام بررسی مشخصات آن مورد توجه قرار می‌گیرد، شرایط فرمان آن است. پیشتر وجود نیروهای کمکی برای استفاده از فرمان در خودروهای معمول امری عادی محسوب نمی‌شد. اما امروزه وجود یک نوع نیروی کمکی در سیستم فرمان، از حداقل‌های معمول در هر خودرویی محسوب می‌شود. درواقع، در گذشته که تنها شاهد جعبه فرمان مکانیکی بودیم، نوع اجزای به‌کار رفته در جعبه فرمان و ساختارش، گشتاور و سهولت حرکت غربیلک فرمان را مشخص می‌کردند. اما امروزه نیروهای کمکی مختلف که در کنار این جعبه‌ها به کار می‌روند، کار راننده را ساده‌تر کرده و حرکت غربیلک را نرم‌تر و راحت‌تر می‌کنند. در این نمونه جعبه دنده، نیرویی مضاف بر نیروی دست راننده به سیستم فرمان وارد می‌شود و آن را به سویی که باید هدایت می‌کند. به‌این ترتیب راننده طی مسافت‌های طولانی نیز دچار خستگی زیادی نمی‌شود. فرمان هیدرولیک یکی از انواع فرمان‌های مدرن است که اکنون قصد داریم آن را بیشتر و دقیق‌تر مورد بررسی قرار دهیم.

جعبه فرمان چیست؟

بهتر است پیش از بررسی جعبه فرمان‌های هیدرولیکی درباره سیستم فرمان خودرو و بخش جعبه فرمان بیشتر بدانیم. یکی از اجزای اصلی سیستم فرمان، جعبه فرمان است که اصلی‌ترین عامل تمایز در سیستم‌های فرمان محسوب می‌شود. در واقع نوع جعبه‌ فرمان است که نوع این سیستم را تعیین می‌کند. نوع جعبه فرمان در کیفیت عملکرد سیستم فرمان تأثیر بسزایی دارد. درواقع این کیفیت عملکرد جعبه فرمان است که کنترل فرمان برای راننده را راحت‌تر و نرم‌تر می‌کند.

اساس طرز کار همه‌ انواع جعبه فرمان مشابه است. به این ترتیب که وقتی راننده غربیلک فرمان را می چرخاند، گشتاور و حرکت دورانی حاصل از آن به جعبه فرمان منتقل می‌شود. جعبه فرمان حرکت دورانی غربیلک را به حرکت خطی تبدیل کرده و از طریق میله‌بندی فرمان یا شغال‌دست‌های چپ و راست به سگ دست منتقل می‌کند. سگ دست روی سیبک‌ها، به داخل یا خارج می‌چرخد و این حرکت سبب پیچیدن چرخ‌ها به چپ یا راست می‌شود.

جعبه‌ فرمان بر اساس کیفیت عملکرد یعنی میزان افزایش گشتاور، نحوه‌ افزایش آن و درصد راحتی راننده در فرمان دادن و کنترل خودرو به دو دسته مکانیکی و کمکی تقسیم می‌شود. این دو دسته خود دارای انواع و زیرمجموعه‌های دیگری هستند. همچنین قطعات اصلی این دو دسته تفاوت‌های بسیاری دارند. جعبه فرمان‌های کمکی یا جعبه فرمان با نیروی کمکی نیز انواع مختلفی دارد. این جعبه فرمان‌ها راحتی و آسایش راننده را بیشتر تأمین می‌کنند و نیروی زیادی از او جهت به حرکت درآوردن غربیلک نمی‌گیرند، بلکه یک نیروی کمکی از نوع هیدرولیکی یا الکتریکی در جعبه فرمان به کمک راننده می‌آید. نرمی سیستم‌های مجهز به این نوع جعبه فرمان هنگام پارک خودرو و فرمان گرفتن‌های تیز بیشتر به چشم می‌آید.

جعبه فرمان هیدرولیکی چیست و از چه اجزایی تشکیل شده است؟

جعبه فرمان هیدرولیکی اولین نوع جعبه فرمان کمکی است که در صنعت خودروسازی به کار گرفته شد و به‌دلیل صرفه اقتصادی و سادگی روند تولید، همچنان رایج‌ترین آن‌ها نیز محسوب می‌شود.

در این نوع جعبه فرمان که ساختاری مشابه جعبه فرمان مکانیکی ‌دنده شانه‌ای دارد از یک فشار هیدرولیکی برای به حرکت درآوردن ‌دنده شانه‌ای کمک گرفته می‌شود تا راننده نیروی کمتری برای دوران غربیلک به‌کار گیرد. بنابراین ابتدا لازم است درباره ساختار جعبه فرمان دنده شانه‌ای توضیحاتی ارائه کنیم.

این نوع جعبه فرمان رایج‌ترین نوع جعبه فرمان مکانیکی است که همچنان مورد استفاده قرار می‌گیرد و به کشویی یا راک اند پینیون نیز معروف است. دلیل اصلی مورد استفاده قرار گرفتن آن سبک بودن و فضای کمی است که اشغال می‌کند.

پوسته‌ جعبه دنده در این نوع جعبه دنده درواقع یک سیلندر فلزی است. اجزای جعبه فرمان نیز که شامل بست اتصال، پوسته، بازوی فرمان، پیچ و مهره‌های تنظیم لقی، گردگیر، پینیون، یاتاقان پینیون و دنده‌شانه‌ای می‌شوند در این سیلندر جای می‌گیرند. پینیون و دنده‌شانه‌ای که راک هم نامیده می‌شود اصلی‌ترین اجزای این نوع جعبه فرمان هستند. در واقع پینیون که با مارپیچ فرمان در ارتباط است حرکت چرخشی غربیلک را از مارپیچ گرفته و با درگیر کردن دنده‌های خود با دنده‌های راک این دوران را به حرکت عمودی تبدیل می‌کند.

پینیون و دنده شانه‌ای به صورت عمود بر هم قرار گرفته‌اند و هر دو فرمی دندانه‌دار دارند. دنده شانه اهرم عرضی و پینیون اهرم عمودی این سیستم هستند. در جعبه فرمان هیدرولیکی به سیستم دنده شانه‌ای مکانیکی، تجهیزاتی جهت تولید نیروی کمکی اضافه می‌شود. این تجهیزات شامل موارد زیر می‌شود:

• پمپ هیدرولیکی که بیرون از جعبه فرمان و سیلندر آن قرار دارد و با غربیلک در ارتباط است.
• شیر هیدرولیکی که روی شفت ورودی جعبه فرمان و در کنار پوسته یا سیلندر جعبه نصب می‌شود.
• مخزن روغن که نزدیک به پمپ روغن تعبیه می‌شود.
• لوله‌ها یا شلنگ‌های رفت و برگشت روغن که در فاصله‌ جعبه فرمان و پمپ قرار دارند.
• جک هیدرولیک که در مسیر ورود و خروج روغن به جعبه فرمان قرار دارد.
• تسمه‌ی هیدرولیک که رابط پمپ و موتور خودرو است.

نکته مهم اینکه تمامی اجزای سیستم هیدرولیک بیرون سیلندر یا پوسته اصلی جعبه دنده قرار دارند و در کنار آن قرار می‌گیرند. البته گاهی ممکن است از این سیستم در کنار دیگر انواع جعبه فرمان مکانیکی مانند فرمان ساچمه‌ای نیز استفاده شود. اما جعبه فرمان دنده شانه‌ای مرسوم‌ترین نوعی است که در فرمان‌های هیدرولیک به‌کار می‌رود.

نحوه کار جعبه فرمان هیدرولیکی

بنابر آنچه گفته شد، سیستم فرمان هیدرولیکی یک مدارِ بسته است که از فشار روغن هیدرولیک که خود به وسیله پمپی مخصوص تحت فشار قرار گرفته‌ است، برای تغییر جهت چرخ‌ها براساس تغییر زاویه فرمان استفاده می‌کند. در این سیستم پمپ نیروی دورانی و چرخشی خود را از طریق تسمه از موتور دریافت می‌کند و روغن را با فشاری معادل ۷۰بار روانه‌ لوله‌های فشار قوی یا لوله‌های رفت می‌کند. این لوله‌ها روغن را با همان فشار به پشت شیر هیدرولیک سیستم منتقل می‌کنند. شیر هیدرولیک دارای سوراخ‌هایی است که با چرخش فرمان به راست یا چپ، تعدادی از آن‌ها باز می‌شوند.

به این ترتیب هدایت روغن به سمت چپ یا راست جک هیدرولیک کنترل می‌شود. ورود روغن با فشار به هر سمت جک، حرکت راحت‌تر فرمان را موجب می‌شود. سپس روغن مجددا از جک عبور کرده و به سمت لوله‌های برگشت یا فشار ضعیف رفته و به مخزن برمی‌گردد. برگشت روغن به مخزن باعث می‌شود تا پمپ در ادامه کار با کمبود روغن مواجه نشود.

مزایا و معایب فرمان هیدرولیک

مهمترین مزیت فرمان هیدرولیکی را باید حرکت نرم‌تر و سبک‌تر آن نسبت به فرمان‌های مکانیکی دانست. اما جعبه فرمان هیدرولیک مزایای دیگری به جز نرمی بیشتر فرمان دارد که باعث رواج هرچه بیشتر آن شده است. این مزایا عبارتند از:

• کاهش نیروی دست راننده برای دوران غربیلک
• افزایش پایداری خودرو
• کاهش لرزش و ارتعاشات فرمان
• کاهش حساسیت فرمان در سرعت‌های بالا و کنترل راحت‌تر آن

فرمان‌های هیدرولیکی در صورت ثابت بودن غربیلک به فعالیت خود ادامه می‌دهند به این ترتیب که در صورت حرکت خودرو در مسیر مستقیم، اگر راننده دست خود را از روی غربیلک بردارد خودرو به حرکت مستقیم ادامه می‌دهد و جهت غربیلک تغییر نمی‌کند. اما این مسئله منجر به هدررفت بالای انرژی می‌شود. بنابراین با وجود تمام مزایای گفته شده، جعبه فرمان هیدرولیکی نیز مانند بسیاری از تکنولوژی‌های روز معایبی دارد. معایب عمده‌ این جعبه فرمان عبارتند از:

• بالا بودن قیمت تمام شده‌ ساخت و هزینه‌ بالای تعمیرات
• افزایش مصرف سوخت به دلیل دوران مداوم پمپ
• کاهش توان موتور به دلیل استفاده‌ پمپ از نیروی موتور
• نیاز به گشتاور بیشتر برای فرمان دادن به خودرو در زمان خاموش بودن موتور
• استهلاک بالا به دلیل فعال بودن مداوم پمپ بدون تأثیر در سرعت خودرو

به دلیل همین معایب و مشکلات امروزه استفاده از فرمان‌های برقی رواج روزافزونی پیدا کرده‌اند و وجود آن‌ها در خودروها یک آپشن مهم محسوب می‌شود.

نکات پایانی

سیستم فرمان هیدرولیک نسبت به فرمان‌های مکانیکی حساس‌تر است و نیاز به دقت و توجه بیشتری دارد. مهمترین نکته درباره آنها استفاده از روغن هیدرولیک با کیفیت و مناسب است. برای کاهش آسیب‌های احتمالی ناشی از خرابی سیستم فرمان هیدرولیک به بخش‌های دیگر خودرو، بهتر است علائم خرابی آن را نیز شناخته و نسبت به آن‌ها دقیق باشیم. این علائم شامل مواردی مانند آنچه در ادامه خواهند آمد می‌شوند.

• روغن‌ریزی از بخش‌های مختلف سیستم هیدرولیک و کاهش سطح روغن در مخزن
• بروز صدای غیرعادی هنگام حرکت دادن غربیلک فرمان
• سفت شدن فرمان به شکلی غیر عادی و سخت بودن حرکت دادنش

درصورت مشاهده هریک از این علائم بهتر است سیستم فرمان و جعبه فرمان مورد بررسی دقیق قرار بگیرد.

سخن آخر

در این مطلب با سیستم فرمان هیدرولیک خودرو و نحوه کار آن آشنا شدیم. شما تجربه رانندگی با فرمان هیدرولیک را دارید؟ لطفا مزایا و معایب این نوع سیستم فرمان را از دیدگاه خودتان برایمان بنویسید.