پمپ هیدرولیک فرمان

انواع – اجزا – عملکرد

پمپ هیدرولیک فرمان قطعه‌ای است که با دریافت نیرو از موتور توسط تسمه، فشار روغن مورد نیاز سیستم فرمان هیدرولیکی را تأمین می‌کند و باعث نرم شدن فرمان می‌شود. اجزای اصلی آن شامل روتور و پره‌ها (تیغه‌ها)، بدنه بادامکی (استاتور)، شفت و پولی، شیر کنترل فشار و جریان (اسپول)، کاسه‌ نمد و اورینگ‌ ها و مخزن ذخیره روغن است. فشار تولیدی این پمپ در خودروهای سواری معمولاً بین ۸۰ تا ۱۵۰ بار است.

رایج‌ ترین نوع پمپ در خودروهای امروزی، مدل پره‌ ای با جابه‌جایی ثابت است که در بازار تعمیرات ایران به دو دسته پشت پیچ و پشت خار (پشت گرد) شناخته می‌شود. در این مقاله با انواع پمپ هیدرولیک فرمان، دسته‌بندی‌ های مختلف، اجزای داخلی، نحوه عملکرد و نقش شیر کنترل جریان آشنا می‌شویم.

اگر تجربه رانندگی با خودرویی بدون فرمان هیدرولیک یا برقی را داشته باشید، حتماً متوجه سختی چرخاندن فرمان مخصوصاً در حالت ایستاده شده‌اید؛ این تفاوت حتی در خودروی سبکی مانند پراید هم کاملاً محسوس است. در مقاله‌ سیستم فرمان خودرو در مورد انواع سیستم‌های فرمان و اجزا و عملکرد سیستم فرمان مکانیکی مطالبی ارائه شد. در این مقاله به یکی از مهم‌ترین اجزای سیستم فرمان هیدرولیکی یعنی پمپ پرداخته می‌شود.

وظیفه پمپ هیدرولیک فرمان

وظیفه ایجاد فشار مدار هیدرولیک فرمان بر عهده پمپ هیدرولیک فرمان است. همان‌طور که در شکل ۱ مشاهده می‌شود، پمپ هیدرولیک نیروی خود را توسط پولی و از طریق تسمه تجهیزات جانبی موتور (اصطلاحاً تسمه دینام) از موتور دریافت می‌کند. همین وابستگی به تسمه است که باعث می‌شود عملکرد پمپ مستقیماً با دور موتور ارتباط داشته باشد؛ نکته‌ ای که در بخش عملکرد به آن باز خواهیم گشت.

شکل ۱- محل قرارگرفتن پمپ هیدرولیک فرمان

پمپ‌ های هیدرولیک فرمان به روش‌های مختلف دسته‌بندی می‌شوند. در شکل ۲ برخی از روش‌های دسته‌بندی پمپ هیدرولیک فرمان آمده است.

شکل ۲ – دسته‌بندی پمپ هیدرولیک فرمان

دسته‌ بندی از نظر نوع پمپ هیدرولیکی

معمولاً پمپ‌های هیدرولیک فرمان از نظر ساختار انواع مختلفی دارند. نمودار شکل ۳ دسته‌بندی پمپ‌ها از نظر ساختار را نشان می‌دهد.

شکل ۳- دسته‌بندی پمپ هیدرولیک فرمان از نظر ساختار

همان‌طور که در شکل ۳ نیز مشخص شده است، پمپ‌ های هیدرولیک فرمان معمولاً از نوع دوار، پره‌ای، جابه‌جایی ثابت و بالانس دسته‌ بندی می‌شوند. شکل ۴ این مدل‌ها را نشان می‌دهد.

A: Roller-type B: Slipper type C: Vane-type D: Gear-type
شکل ۴- انواع پمپ هیدرولیک فرمان

باتوجه‌ به اینکه پمپ هیدرولیک استفاده‌ شده در بیشتر خودروها از نوع پره‌ ای است، در ادامه این نوع پمپ مورد بررسی قرار خواهد گرفت. پمپ‌های پره‌ ای را نیز می‌توان از نظر جریان خروجی به دو دسته جریان ثابت و جریان متغیر تقسیم کرد. شکل ۵ نمودار این دو نوع را نشان می‌دهد.

نوع جریان متغیر نوع جریان ثابت
شکل ۵- دسته‌بندی پمپ از نظر جریان خروجی

دسته‌ بندی از نظر قرارگرفتن محل مخزن

شاید بتوان گفت ساده‌ ترین روش دسته‌ بندی واحد پمپ هیدرولیک فرمان، از نظر قرارگرفتن محل مخزن نسبت به آن است. در برخی خودروها مخزن ذخیره روی پمپ هیدرولیک و به‌صورت یک مجموعه یکپارچه قرار می‌گیرد و در برخی دیگر، مخزن جداگانه روی بدنه خودرو نصب شده و با شیلنگ به پمپ متصل می‌شود. شکل ۶ برخی انواع مورداستفاده برای این پمپ را نشان می‌دهد.

شکل ۶- برخی انواع پمپ هیدرولیک فرمان

همان‌طور که ملاحظه می‌شود، برخی مدل‌ها لوله‌ ای فلزی انتقال نیز به واحد پمپ متصل دارند.

دسته‌ بندی از نظر روش باز کردن (پشت پیچ و پشت خار)

این روش دسته‌ بندی، روش کلاسیک به شمار نمی‌رود اما در بازار تعمیرات بسیار متداول است و برای تعمیرکاران کاربردی‌ ترین دسته‌بندی محسوب می‌شود. معمولاً پمپ‌ها را به دو دسته پشت خار و پشت پیچ تقسیم می‌کنند که در واقع نوع قرارگرفتن درپوش پشت پمپ را نشان می‌دهد؛ در یک نوع این اتصال با استفاده از خار و در نوع دیگر با استفاده از چند پیچ (۴ الی ۶ پیچ) محکم شده است. شکل‌های ۷ و ۸ پمپ هیدرولیک فرمان را از این نظر نشان می‌دهند.

شکل ۷- پمپ هیدرولیک فرمان پشت پیچ ۴ و ۶ پیچ

شکل ۸- پمپ هیدرولیک فرمان پشت خار

شکل ۹- خار نگهدارنده درپوش عقب در پمپ پشت خار

اجزای پمپ هیدرولیک فرمان

همان‌طور که قبلاً اشاره شد، پمپ‌های هیدرولیک فرمان متداول معمولاً از نوع پره‌ای هستند. در فیلم زیر اجزای پمپ پره‌ای را مشاهده کنید.

روتور، پره‌ها و بدنه بادامکی

این نوع پمپ دارای تعدادی پره است که گردش آن‌ها توسط شفت، فشار لازم را ایجاد می‌کند. فشار هیدرولیک ایجاد شده در پمپ فرمان متناسب با مشخصات خودرو سواری بین ۸۰ الی ۱۵۰ بار است. شکل ۱۰ اجزای اصلی پمپ هیدرولیک فرمان را نشان می‌دهد.

شکل ۱۰- اجزای داخلی پمپ هیدرولیک فرمان از نوع پره‌ای (تیغه‌ای)

همان‌ طور که در شکل ۱۰ ملاحظه می‌شود، عمل پمپ کردن و افزایش فشار در واقع در ناحیه‌ای بین بدنه، روتور و تیغه اتفاق می‌افتد. دقت ابعادی این سه قطعه نسبت به یکدگر اهمیت بالایی دارد؛ هرگونه سایش یا خط‌ افتادگی در این ناحیه باعث نشتی داخلی و افت فشار خروجی پمپ می‌شود. شکل ۱۱ نمونه واقعی این اجزا را نشان می‌دهد.

شکل ۱۱ – مجموعه بدنه، روتور و پره

پمپ‌ های هیدرولیک غیر از واحد اصلی پمپ، اجزای دیگری هم دارند که در ادامه بررسی می‌شوند.

شیر کنترل فشار و جریان (اسپول)

یکی از بخش‌های با اهمیت که روی مجموعه پمپ فرمان نصب می‌شود، واحد شیر کنترل جریان یا شیر کنترل فشار است. همان‌طور که از نام آن مشخص است، شدت جریان خروجی پمپ توسط این واحد کنترل می‌شود. اجزای داخلی آن شامل بدنه، فنر، پین راهنما، ساچمه، اورینگ و نشیمن‌ گاه ساچمه است. شکل ۱۲ نمونه‌ای از این شیر و اجزای داخلی آن را نشان می‌دهد.

۱-بدنه ۲- فنر ۳- پین راهنما ۴- ساچمه ۵- اورینگ ۶- نشیمن‌گاه ساچمه
شکل ۱۲- نمونه شیر کنترل پمپ هیدرولیک فرمان و اجزای داخلی

مخزن ذخیره

محلی که روغن هیدرولیک فرمان (مایع هیدرولیک فرمان) در آن ذخیره می‌شود را مخزن ذخیره می‌نامند. این مخزن می‌تواند با واحد پمپ یکپارچه بوده یا در محلی مجزا روی خودرو نصب شود. در شکل ۱۳ هر دو نوع نشان داده شده است.

۱- پمپ و مخزن ذخیره ۲- شیلنگ برگشت ۳- جعبه فرمان (از نوع تاج‌خروسی) ۴-شیلنگ فشارقوی ۵- تسمه ۶- پمپ هیدرولیک ۷-مخزن ذخیره
شکل ۱۳- انواع قرارگرفتن مخزن ذخیره و اجزای مربوطه

مخزن‌ های هیدرولیک فرمان معمولاً به‌صورت پلاستیکی یا گاهی اوقات فلزی مشاهده می‌شوند. در تصاویر شکل ۱۴ چند نمونه مخزن روغن هیدرولیک مشاهده می‌شود.

شکل ۱۴- چند نمونه مخزن هیدرولیک فرمان

عملکرد پمپ هیدرولیک فرمان

همان‌طور که قبلاً گفته شد، وظیفه پمپ هیدرولیک افزایش فشار مایع هیدرولیک فرمان و ارسال آن به واحد جعبه فرمان است. جریان مایع هیدرولیک از سمت مخزن به واحد پمپ کشیده می‌شود، سپس بین پره‌ها و روتور و استاتور (بدنه بادامکی) محبوس می‌شود؛ رفته‌رفته فضای بین این سه بخش کم و کمتر شده و در نتیجه فشار مایع هیدرولیک بالا می‌رود. فشار افزایش‌ یافته پس از عبور از شیر کنترل فشار و جریان به سمت جعبه فرمان هیدرولیک هدایت می‌شود. شکل ۱۵ این حالت را نشان می‌دهد.

شکل ۱۵- عملکرد پمپ هیدرولیک

شیر کنترل فشار و جریان وظیفه ایجاد تناسب بین فشار مدار و حالت عملکرد رانندگی (چرخاندن فرمان، دور موتور و…) را بر عهده دارد. شکل ۱۶ مجموعه پمپ هیدرولیک و شیر کنترل جریان را در مدار کلی سیستم فرمان هیدرولیک نشان می‌دهد.

۱-پمپ هیدرولیک ۲- شیر کنترل
شکل ۱۶- ارتباط واحد پمپ هیدرولیک و شیر کنترل با سایر اجزای مدار هیدرولیک فرمان

جهت افزایش کارایی پمپ‌های هیدرولیک، معمولاً از دو بخش برای ارسال مایع هیدرولیک استفاده می‌کنند. شکل ۱۷ این حالت را به‌صورت بسیار ساده نشان می‌دهد.

شکل ۱۷- ارسال از طریق دو بخش

عملکرد در دور درجا و فرمان مستقیم

هنگامی که موتور در دور درجا است و فرمان نیز حرکتی به چپ یا راست ندارد (فرمان در وضعیت مستقیم است)، نظر به عدم نیاز به حرکت شانه فرمان در جعبه فرمان، ضروری است میزان جریان مایع هیدرولیک فرمان از پمپ به جعبه فرمان کم باشد.

در این حالت سرعت حرکت تیغه‌ها کم بوده و در نتیجه جریان کمی به سمت شیر کنترل جریان (اسپول) ارسال می‌شود؛ تعادل فشار هیدرولیک در طرفین اسپول باعث می‌شود اسپول بدون حرکت بماند و مایع هیدرولیک فرمان از طریق مجرای خروجی به سمت شیر هیدرولیک روی جعبه فرمان هدایت شود. در این شرایط فشار پمپ کم باقی می‌ماند و بخش عمده مایع از طریق دریچه جعبه فرمان تخلیه شده و به ورودی پمپ بازمی‌گردد. شکل ۱۸ این حالت را نشان می‌دهد.

۱- به سمت جعبه فرمان ۲- شیر کنترل ۳-از جعبه فرمان
شکل ۱۸ – دور درجا، فرمان بدون حرکت

عملکرد با افزایش دور موتور

با افزایش دور موتور، سرعت دوران پمپ بالا رفته و در نتیجه نسبت جریان نیز بالا می‌رود؛ همان‌طور که نمودار شکل ۱۹ این مورد را نشان می‌دهد. این جریان تا حدی افزایش می‌یابد که تعادل فشار در طرفین اسپول هنوز ثابت است.

۱- به سمت جعبه فرمان ۲- شیر کنترل ۳-از جعبه فرمان
شکل ۱۹- افزایش دور موتور، افزایش جریان مایع هیدرولیک فرمان

چرا در دورهای بالا جریان ثابت می‌ماند؟

پس از اینکه دور موتور از حد خاصی می‌گذرد (که متناسب با نوع خودرو متفاوت است)، فشار طرفین شیر کنترل جریان (اسپول) باعث می‌شود فنر کمی جمع شده و مجرای خروجی به مجرای ورودی راه پیدا کند. به این ترتیب بخشی از جریان مایع هیدرولیک فرمان به سمت کم‌ فشار پمپ راه پیدا می‌کند و در نهایت هرچقدر دور موتور بالا رود، جریان خروجی پمپ ثابت خواهد ماند.

اهمیت این مکانیزم در آن است که بدون آن، در دورهای بالای موتور فشار مدار به‌طور خطرناکی افزایش می‌یافت و هم به آب‌ بندی‌ ها آسیب می‌زد و هم رفتار فرمان را غیرقابل‌ پیش‌ بینی می‌کرد. شکل ۲۰ این مورد را نشان می‌دهد.

قبل از رسیدن به دور خاص / بعد از رسیدن به دور خاص
شکل ۲۰ – ثابت ماندن جریان خروجی مایع هیدرولیک بعد از یک دور خاص

آنچه در این مقاله ذکر شد، مختصری در مورد عملکرد پمپ هیدرولیک فرمان و اجزای آن بود. باتوجه‌به اهمیت موضوع و حجم بالای مطالب، از تشریح عملکرد پمپ با شیر کنترل متغیر در این مقاله اجتناب شده است. برای اطلاع از چگونگی عملکرد شیر کنترل متغیر پمپ هیدرولیک فرمان، به مقاله شیر کنترل پمپ هیدرولیک فرمان مراجعه کنید.

جمع‌بندی نهایی

پمپ هیدرولیک فرمان قلب سیستم فرمان هیدرولیکی است. این پمپ با ایجاد فشار ۸۰ تا ۱۵۰ بار، نیروی کمکی لازم برای نرم شدن فرمان را فراهم می‌کند و نیروی خود را از طریق تسمه از موتور دریافت می‌نماید.

در خودروهای رایج، پمپ از نوع پره‌ای با جریان ثابت است و به کمک شیر کنترل جریان (اسپول)، فشار و دبی خروجی را در شرایط مختلف رانندگی تنظیم می‌کند. در بازار تعمیرات ایران نیز این پمپ‌ها به دو دسته پشت پیچ (طرح آسیایی) و پشت خار یا پشت گرد (طرح اروپایی) شناخته می‌شوند که نوع اول به دلیل سهولت باز و بست، بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرد.

درک صحیح عملکرد پمپ برای عیب‌یابی، تعمیر و نگهداری سیستم فرمان اهمیت بالایی دارد؛ چون بسیاری از علائم مانند سفتی فرمان یا صدای غیرعادی، بین پمپ، شیر فرمان و جک مشترک‌ اند و بدون شناخت مسیر جریان روغن، تفکیک آن‌ها دشوار است. برای یادگیری عملی عیب‌ یابی و تعمیر مجموعه فرمان، می‌توانید در دوره آموزش تعلیق خودرو شرکت کنید.

سوالات متداول

وظیفه پمپ هیدرولیک فرمان چیست؟

تأمین فشار روغن موردنیاز سیستم فرمان هیدرولیکی؛ این پمپ نیروی خود را از طریق تسمه از موتور دریافت کرده و با افزایش فشار مایع هیدرولیک، آن را به سمت جعبه فرمان می‌فرستد تا فرمان نرم شود.

اجزای پمپ هیدرولیک فرمان کدام‌اند؟

روتور و پره‌ها (تیغه‌ها)، بدنه بادامکی یا استاتور، شفت و پولی، شیر کنترل فشار و جریان (اسپول)، کاسه‌نمد و اورینگ‌ها و مخزن ذخیره روغن، اجزای اصلی این پمپ را تشکیل می‌دهند.

فشار پمپ هیدرولیک فرمان چقدر است؟

بین ۸۰ تا ۱۵۰ بار بسته به نوع خودرو.

رایج‌ترین نوع پمپ هیدرولیک فرمان چیست؟

نوع پره‌ای (Vane Pump) با جابه‌جایی ثابت که در اکثر خودروهای سواری استفاده می‌شود.

وظیفه شیر کنترل جریان چیست؟

تنظیم دبی خروجی و جلوگیری از افزایش بیش از حد فشار در دورهای بالا.

تفاوت پمپ پشت پیچ و پشت خار چیست؟

در نوع پشت پیچ، درپوش با ۴ تا ۶ پیچ بسته می‌شود و تعمیر آسان‌تر است و به طرح آسیایی شناخته می‌شود؛ در نوع پشت خار، درپوش با خار رینگی ثابت می‌شود و به نام‌های پشت گرد، DHP، دلفی یا طرح اروپایی نیز شناخته می‌شود.

چرا در دورهای بالا جریان ثابت می‌ماند؟

چون اسپول بخشی از جریان را به مسیر برگشت هدایت می‌کند تا از افزایش بیش از حد فشار جلوگیری شود. بدون این مکانیزم، فشار مدار در دورهای بالا به آب‌بندی‌ها آسیب می‌زد.

نویسنده : مهندس بهروز خطیبی