هیدرولیک برادران عافیتی
طرز کار فرمان هیدرولیک
مقدمه
چرخاندن فرمان در خودروهایی که در جا ایستاده اند و یا خودروهای سنگین نیاز به صرف انرژی عضلانی زیادی دارد و برای راننده مشکل ساز بوده از تسلط راننده برکنترل و هدایت فرمان میکاهد. به همین منظور سیستمهایی طراحی شده اند تا در چنین مواردی به کمک راننده آمده و مانند بوستری در زمان نیاز راننده ( اعمال نیروی بیش از ۱۵تا ۲۰ نیوتن) عمل کرده و انرژی وارده به سیستم فرمان را افزایش دهد.
سالهاست که فرمانهای پرقدرت در خودروهای سنگین کاربرد داشته و در سالهای اخیر نیز در خودروهای سواری مورد استفاده پیدا کرده اند. قدرت مورد نیاز فرمانهای پرقدرت را می توان از هوای فشرده، دستگاههای الکتریکی و فشار هیدرولیک تأمین نمود که نوع هیدرولیک آن بیشتر رواج یافته است.
در فرمانهای پرقدرت هیدرولیک از یک پمپ روغن استفا ده شده است که بطور دائم کار می کند و در مواقع لزوم، از طریق مدارها و سوپاپهای موجود روغن پرفشار را به طرف پیستون قدرت فرستاده و باعث می شود ببیشتر نیروی مورد نیاز فرمان دادن را اعمال نماید.
تقسیم بندی فرمانهای پرقدرت از نظر محل قرار گیری یا محل نصب
- offset
- دستگاه هیدرولیک در انتهای شافت فرمان سوار می شود. در این سیستم قفل فرمان بصورت پیستون قدرت در آمده و یا اینکه در جعبه فرمان از یک پیستون قدرت استفاده شده است که به محور خروجی جعبه فرمان (محور هزارخار) مرتبط می گردد.روغن پر فشار به اطراف این پیستون هدایت شده و عمل تقویت کنندگی را انجام می دهد.
- in line
- در نوع دوم مجموعه تقویت فرمان بر روی اهرم بندی فرمان و خارج از جعبه فرمان نصب می گردد.
تقسیم بندی فرمانهای پرقدرت از نظر ساختار
- پلانجردار
فرمان قطع و وصل مدار هیدرولیک توسط تغییر وضعیت پلانجرها صادر می گردد.
- میله پیچشی
قطع و وصل مدار هیدرولیک فرمان توسط تغییر موقعیت سوپاپ دوار موجود صادر می گردد.
فرمان پرقدرت پلا نجردار
پمپ روغن در جلو موتور قرار گرفته وتوسط تسمه پروانه به حرکت در می آید. این پمپ با روشن شدن موتور روغن را به سوپاپ قرقره ای می فرستد. اگر فرمان نیازی به تقویت نداشته باشد، سوپاپ در وضعیت شکل زیر قرار می گیرد.
همانطور که در شکل مشخص است در این وضعیت، روغن از اطراف برجستگی سوپاپ قرقره ای وارد شده و ضمن اینکه اثر یکنواختی را بر دو طرف پیستون قدرت می گذارد، به مدار برگشت نیز راه پیدا کرده و به مخزن پمپ هیدرولیک باز می گردد. بنابراین با توجه به اینکه برآیند نیروهای وارده بر پیستون قدرت صفر است، پیستون حرکتی نکرده و نیرویی را اعمال نمی کند. بعبارت دیگر در وضعیت شکل زیر، روغن از پمپ به مجرای مرکزی محفظه سوپاپ هدایت شده، سپس به دو انشعاب تقسیم شده و به آرامی به مخزن روغن باز می گردد. در اینصورت بدلیل باز بودن مدار فشار روغن بالا نرفته و به دو طرف پیستون قدرت فشار مساوی اعمال می گردد. بنا براین پیستون تمایلی به حرکت از خود نشان نمی دهد.
حال اگر سوپاپ قرقره ای حرکت کند با عث می شود یکطرف پیستون قدرت از مدار فشار روغن قطع شده و به مخزن روغن ارتباط یابد . همچنین برجستگی سوپاپ قرقره ای مجرایی را که طرف دیگر پیستون را به مخزن روغن مرتبط می کرد، مسدود می نماید. زمانیکه این مجرا بسته شد، روغن نمی تواند به مخزن بر گردد، و رد نتیجه فشار روغن در مدار بالا رفته و باعث حرکت پیستون قدرت می گردد
در انتهای دسته پیستون یک قسمت دندانه دار وجود دارد که با قطاع دندانه دار ( تاج خروسی)سرِ شافت هزارخار درگیر است. زمانیکه این پیستون حرکت نماید، نیروی خود را از طریق دسته پیستون و تاج خروسی به محور هزارخار منتقل می نماید.
این پیستون موقعی حرکت می کند که به آن فشار هیدرولیکی وارد گردد. در مدلهای دیگر دو قطاع دندانه دار در طرفین شافت هزارخار قرار گرفته اند.
همانطور که بیان شد، حرکت سوپاپ قرقره ای از وضعیت وسط به یک سمت باعث می گردد که روغن به یکی از دو طرف پیستون هدایت شود و طرف دیگر پیستون به مدار برگشت به مخزن روغن متصل گردد. این عمل موجب حرکت پیستون و چرخش شافت هزارخار می گردد. وقتی که فلکه فرمان گردانده شود سوپاپ نیز مجبور به حرکت می گردد.
همانطور که در شکل زیر ملاحظه می گردد، چرخاندن فلکه فرمان برای چرخش به چپ، باعث می شود که مارپیچ، مهره ساچمه ای، را که تمایل دارد مارپیچ را به سمت بالا بفرستد، بسمت پایین و بیرون حرکت دهد. اگر مهره ثابت بود و فلکه فرمان را می چرخاندیم همین اثر ظاهر می گردید.
چرخهای جلو در مقابل حرکت قفل فرمان از خود مقاومت نشان می دهند. این مقاومت تمایل دارد تا قفل فرمان را ثابت نگهدارد. در چنین حالتی مارپیچ و شافت فرمان به طرف بالا حرکت خواهد کرد. این حرکت سوپاپ را نیز بطرف بالا حرکت داده و سوپاپ در وضعیت شکل بالا قرار خواهد گرفت. در این حالت روغن پرفشار به یک طرف پیستون هدایت و سمت دیگر پیستون به مدار برگشت روغن به مخزن متصل می گردد. در نتیجه پیستون به سمت راست حرکت کرده و به گردش محور هزارخار کمک میکند.
سوپاپ در موقع حرکت مستقیم بوسیله مجموعه پلانجر و فنرها در وضعیت مرکزی نگه داشته میشود. این مجموعه با فاصله مساوی در محفظه سوپاپ قرار داده شده اند و دو انتهای آنها با یاتاقان کف گرد در تماس می باشد. همانطور که در شکل فوق دیده می شود، وقتیکه سوپاپ حرکت می کند، فنر بین دو پلانجر فشرده و تمایل دارد پلانجرها را به وضعیت مرکزی برگرداند. بنابراین تا نیروی وارد بر فلکه فرمان به میزان از پیش تعیین شده ای نرسد، پلانجرها حرکت ننموده و سیستم هیدرولیک کار خاصی را انجام نمی دهد.
بطور مثال در یک نوع فرمان پرقدرت ساخت کارخانه ساگینا، فنر موقعی فشرده می شود که نیرویی معادل ۱۳۰۰ نیوتن به آن وارد شود. این نیرو با وارد ساختن یک نیروی ۱۷ نیوتنی به فلکه فرمان از طرف راننده تأمین می گردد. افزایش نیروی ایجاد شده بدلیل نسبت دنده موجود در جعبه فرمان بوجود می آید. این نیرو باعث می شود که سوپاپ بر نیروی فنرها غلبه نموده و به یک سمت حرکت کند. در نتیجه با فعال شدن مدار هیدرولیک پیستون قدرت نیز شروع به حرکت می کند.
در شرایطی که فرمان دادن آسان باشد، (نیروی اعمال شده از طرف راننده کمتراز ۱۷ نیوتن) سیستم هیدرولیک فرمان هیچ عملی را انجام نداده و فرمان مانند یک سیستم فرمان معمولی به کار خود ادامه می دهد. زیرا فنر فشرده نشده و در نتیجه پلانجرها و متعاقب آن سوپاپ قرقره ای هیچ حرکتی نمی کنند.
فرمان پرقدرت نوع میله پیچشی
در این نوع فرمان که مورد استفاده بیشتری نسبت به فرمانهای پر قدرت پلانجردار پیدا کرده اند؛ سوپاپ قرقره ای ، پلانجرها وفنر مارپیچی پلانجرها جای خود را به سوپاپ دوار و میله پیچشی داده اند.
همانطور که در اشکال زیر مشاهده می گردد، مهره قفلی یا سکتور جعبه فرمان وظیفه پیستون قدرت را نیز بر عهده دارد.
در این نوع جعبه فرمان سکتور را طوری طراحی می نمایند که در پوسته جعبه فرمان آب بندی باشد وبا ارسال روغن تحت فشاربه یکی ازطرفین آن (بسته به جهت گردش خودرو) درمواقع لازم به نیروی وارد شده توسط راننده کمک می گردد.
در این نوع سیستم فرمان، از سوپاپ دوار به جای سوپاپ قرقره ای استفاده گردیده است. این سوپاپ از روتور داخلی، روتور خارجی، فنر پیچشی و کانالهای روغن تشکیل شده است. بر روی روتور خارجی (w601)سه شیار وجود دارد. شیارهای سمت چپ و راست آن به طرفین پیستون قدرت و شیار مرکزی آن به مدار پرفشار مرتبط می گردند.
پمپ روغن، روغن را بصورت دائم از مخزن کشیده و به سوپاپ دوار ارسال می نماید.
بر روی روتور داخلی (w570) یک مجرا قرار گرفته که روغن را بطرف مرکز روتور هدایت کرده و به مدار برگشت مرتبط می سازد. همچنین شیارهایی وجود دارد که امکان برقراری فشار روغن به یکطرف پیستون قدرت و خارج شدن روغن از طرف مقابل این پیستون را ممکن می سازد. این روتور از نظر اتصالات مکانیکی بین میل فرمان و مارپیچ فرمان قرار گرفته، نیروی دست راننده را از طریق فنر پیچشی خود بین این دوقطعه منتقل می نماید.
فرمان در حالت عادی
هرگاه خودرو در مسیر مستقیم حرکت کند و یا اینکه نیروی مورد نیاز به حدی کم باشد که فنر پیچشی تحت تأثیر قرار نگیرد، فرمان در وضعیت شکل شماتیک فوق قرار خواهد گرفت. در این حالت مسیر عبور روغن از پمپ به طرف روتور خارجی، روتور داخلی، مجرای تخلیه روتور داخلی، مرکز روتور و مدار برگشت باز بوده؛ روغن ارسالی توسط پمپ به مخزن باز می گردد. بنابراین علی رغم اینکه روغن پمپ به دو طرف پیستون راه می یابد ولی با توجه به اینکه روغن د ر مدار بسته ای قرار نمی گیرد، در آن فشار زیادی که بتواند بر حرکت پیستون تأثیر گذارد تولید نشده و هیچ تأثیری در کار فرمان نخواهد داشت.
فرمان در حالت تقویت
چنانچه چرخ در هنگام فرمان دادن مقاومت بیشتری از خود نشان دهد به نحوی که بر نیروی فنر پیچشی غلبه نماید، فنر که به روتور داخلی متصل است مقداری تحت پیچش قرار گرفته، روتور داخلی چند درجه در روتور خارجی چرخیده، نسبت به جهت دوران فلکه فرمان، در نتیجه مدار برگشت روغن مسدود شده و به یک طرف از پیستون هدایت می شود.
در این حالت چنانچه راننده فلکه فرمان را ثابت نگه دارد و یا اینکه نیروی مقاومت چرخ کاهش یابد، فنر پیچشی به حالت اولیه باز گشته و سوپاپ در حالت عادی قرار گرفته و ارتباط مدار هیدرولیک با مدار برگشت برقرار شده و فرمان به حالت عادی باز می گردد.
در نتیجه بسته شدن مدار برگشت روغن، فشار در مدار هیدرلیک افزایش یافته و پیستون قدرت (سکتور) تحت تأثیر فشار مدار هیدرولیک به حرکت در آمده به نیروی دست راننده کمک می نماید.
فرمان پرقدرت در جعبه فرمانهای کشویی
اصول کار این جعبه فرمان نیز شبیه فرمانهای فوق بوده، تنها تفاوت سیستم هیدرولیک آن در سوپاپ استفاده شده در مدار هیدرولیک می باشد.
سوپاپ این نوع فرمان شبیه فرمانهای پرقدرت پلانجردار بوده، اما سوپاپ در امتداد میل فرمان قرار گرفته با افزایش مقاومت چرخ و بسته به جهت گردش خودرو، به طرف بالا یا پایین حرکت کرده مسیر مدار هیدرولیک را تعیین می نماید. اشکال زیر حالتهای مختلف این نوع فرمانها را نشان می دهد.