دانستنی‌های سامانه هیدرولیکی خودرو و انتخاب روغن آن

 

 

هیدرولیک (hydraulics) برگرفته از واژه یونانی ” هیدرو” به معنای “جریان حرکت آب ” است. هیدرولیک از نزدیک به پانصد سال پیش مورد استفاده بشر قرار گرفت. هیدرولیک در واقع فناوری و دانشی کاربردی بوده که با استفاده از علوم مهندسی و شیمی و سایر علوم مرتبط با خواص مکانیکی جهت انتقال انرژی به واسطه مایعات است.

 

اصول اساسی هیدرولیک را پاسکال دانشمند فرانسوی در سال ۱۶۵۰ میلادی بیان کرد. یک قرن بعد دانیل برنولی قانون بقای انرژی را برای سیال جاری در خط لوله بیان کرد. سامانه‌های هیدرولیکی و پنوماتیک زیرمجموعه سامانه‌های انرژی سیالات است. در سیستم‌های پنوماتیک از هوای فشرده جهت انتقال انرژی استفاده می‌کنند.

 

در سال ۱۷۹۵ نخستین پرس هیدرولیک آبی ساخته شد. پس از کشف روغن حاصل از نفت، این محصول جایگزین آب به عنوان واسطه انتقال انرژی شد. سپس با ساخت قطعات دقیق‌تر، مشکلات آب‌بندی سیستم‌ها به تدریج حل و موجب شد تا استقبال از سیستم‌های هیدرولیک افزایش چشمگیری داشته باشد.

 

در جنگ جهانی نخست، سیستم‌های هیدرولیکی به طور گسترده استفاده شد. امروز، استفاده و بهره برداری از آن به حدی رسیده است که اکنون هر کدام از ما می‌تواند در نزدیکی خود کاربردی از آن را بیابد.

 

 

یک سیستم هیدرولیک در مقایسه با انواع مکانیکی مشابه، قطعات متحرک کمتری دارد، لذا از نظر ساختمان بسیار ساده و کارآمد است و با انتقال روغن از سوی خطوط انتقال به هر نقطه مورد نظر می‌توان به حرکت‌های خطی یا دورانی با قدرت بالا و کنترل مناسب دست یافت. در صورتی که در یک سیستم مکانیکی، جهت انتقال قدرت و حرکت، به مجموعه‌ای از چرخ دنده، بادامک، کلاچ، اهرم و… نیاز است.

 

در سیستم هیدورلیک، هنگام نیاز می‌توان به سادگی نیرو‌ها را تا صد‌ها برابر افزایش داد. علاوه بر دو مزیت اصلی سادگی طراحی و قابلیت افزایش نیرو سیستم‌های هیدرولیکی، قابلیت اطمینان و بازدهی بالا، انعطاف‌پذیری و سادگی و دقت کنترل از جمله دیگر مزایای سامانه‌های هیدرولیکی هستند.

 

 

هر سیستم هیدرولیک از چهار بخش، مخزن جهت نگهداری سیال، پمپ، شیر‌ها و عملگر‌ها تشکیل شده است. بسته به عملکرد سیستم‌های هیدرولیک از پیچیدگی‌های متفاوتی برخوردار هستند.

 

 

شاید به جرأت بتوان ادعا کرد که نخستین سیستم خودرو که هر راننده در لحظات اول تجربه رانندگی خودروی جدید درباره نظر می‌دهد، کیفیت فرمان خودرو است. برای تغییر مسیر خودرو از سیستم فرمان خودرو (Steering Wheel) استفاده می‌شود.

 

با توجه به اهمیت و نقش حیاتی سیستم فرمان خودرو، شرکت‌های خودروسازی با تکیه بر دانش روز سعی در طراحی و ساخت سیستم‌های عاری از هرگونه اشتباه دارند. در حال حاضر یکی از چهار نوع سیستم فرمان در خودرو‌های امروزی استفاده می‌شود.

 

 

 

سیستم‌های فرمان مکانیکی (دستی) که همان سیستم دنده شانه‌ای و پینیون هستند، مشکلات زیادی به همراه داشتند. از آن جمله می‌توان به دشواری پیچاندن فرمان یا لغزش فرمان در سرعت‌های بالا اشاره کرد.

 

 

با توجه به مسائل و مشکلات فرمان‌های مکانیکی و برای تسهیل در چرخش فرمان و به تبع آن کاهش خستگی راننده و همچنین افزایش ایمنی خودرو، به سرعت سیستم فرمان هیدرولیکی اختراع شد. همانند هر سیستم هیدرولیکی، سیستم هیدرولیکی فرمان خودرو از چهار بخش مخزن، پمپ، شیر و عملگر تشکیل شده است.

 

سیستم هیدرولیکی فرمان برای ایفای نقش خود، انرژی لازم پمپ هیدرولیک از موتور خودرو دریافت می‌کند که موجب مصرف انرژی موتور و کاهش بازدهی موتور خودرو می‌شود. علاوه بر آن، سیستم هیدرولیک به صورت مرکز آزاد عمل می‌کند، یعنی حتی وقتی خودرو به صورت مستقیم در حال حرکت است و هیچ انحرافی ندارد، باز هم به عملکرد خود ادامه می‌دهد.

 

علاوه بر کاهش کارایی موتور، همانند همه پمپ‌های هیدرولیک، نشتی روغن از معایب سیستم فرمان هیدرولیکی است.

 

 

در فرمان الکتروهیدرولیکی به جای استفاده از موتور خودرو به عنوان منبع تأمین انرژی، یک موتور الکتریکی به پمپ هیدرولیک اضافه می‌شود و در نتیجه، فرمان از موتور خودرو مستقل می‌شود.

 

هرچند در فرمان‌های الکتروهیدرولیکی مستقل بودن از موتور خودرو تحقق یافته است، اما مشکل دائمی بودن عملکرد سیستم هیدرولیکی، یعنی حالت مرکز آزاد هنوز پا برجا است. البته در ایران بعضی به اشتباه سیستم فرمان الکتروهیدرولیکی را با عنوان فرمان برقی یاد می‌کنند.

 

 

از سال ۱۹۹۳ میلادی جهت برطرف کردن عیب سیستم‌ هیدرولیکی، فرمان‌های برقی در صنعت خودروسازی طراحی و تولید شده‌اند. در این‌گونه سیستم‌ها با کوچک شدن سیستم فرمان خودرو و حذف پمپ و تجهیزات مرتبط با آن، نه تنها از نشتی روغن خبری نیست، بلکه دست سازندگان برای نصب آن درون خودرو بازتر از گذشته است.

 

در این سیستم، همانند فرمان‌های الکتروهیدرولیک از یک موتور برقی استفاده می‌شود، با این تفاوت که این موتور برقی به‌جای تأمین انرژی مورد نیاز پمپ، خود وظیفه کمک به راننده در چرخش فرمان را بر عهده دارد.

 

در این فرمان‌ها با استفاده از یک سنسور چرخش فرمان تشخیص داده می‌شود تا این‌گونه از کار کردن سیستم در مواقعی که به آن احتیاج نداریم، همانند زمانی که خودرو به صورت مستقیم در حال حرکت است، جلوگیری کند.

 

این موضوع موجب می‌شود که سیستم فرمان برقی بسیار کم مصرف‌تر از سایر سیستم‌ها باشد. البته در صورت ایراد در بخش برقی، فرمان به صورت کاملا دستی در اختیار شما خواهد بود.

 

تفاوت انواع سیستم‌ فرمان برقی خودرو‌های سواری ناشی از قرارگیری موتور الکتریکی در مکان‌های مختلف است.

 

بیشتر سیستم فرمان خودرو‌های سواری مورد استفاده در ایران از نوع فرمان هیدرولیکی و در موارد معدود الکتروهیدرولیکی است که در این سیستم‌ها روغن هیدرولیک نقشی اساسی دارد.

 

 

 

 

 

روغن یا مایع هیدرولیک یکی دیگر از مایعات و روانکار‌های مورد استفاده در خودرو‌های امروزی است که نقش واسطه انتقال انرژی را دارد. این روغن همانند روغن ترمز عمل می‌کند و به نوعی باعث روان‌تر شدن چرخش فرمان و انتقال قدرت به فرمان خودرو و سایر بخش‌های هیدرولیکی خودرو می‌شود.

 

روغن هیدرولیک به بیان ساده نوعی سیال برای به انتقال قدرت و به حرکت در آوردن سایر قطعات مکانیکی خودرو است. روغن‌های هیدرولیک در حالت کلی به دو دسته روغن هیدرولیک سنتتیک و روغن نفتی تقسیم‌بندی می‌شوند. روغن هیدرولیک برای انتقال انرژی از دو عامل فشار و جریان استفاده می‌کند.

 

روغن‌های هیدرولیک تنها در بحث حرکت و چرخش فرمان خودرو به کار نمی‌روند و کاربرد این روغن در صنایع مختلف از جمله فولادسازی، ماشین‌های ابزار، قیچی‌ها و پرس‌ها و جرثقیل‌ها بسیار زیاد است.

 

همان‌طور که در بالا بیان شد، در یک سیستم هیدرولیک می‌توان ادعا کرد که مهم‌ترین بخش، مربوط به روغن‌های هیدرولیک است و در غیاب مایع هیدرولیک، سیستم فلج می‌شود و هیچ‌گونه کارایی ندارد. عملکرد یک روغن هیدرولیک، با توجه به نوع استفاده از آن، به موارد متفاوتی بستگی دارد. روغن هیدرولیک، یکی از پر مصرف‌ترین روغن‌ها در صنایع مختلف است.

 

با توجه به تنوع مصرف و کارکرد‌های مختلف و شرایط کاربردی متفاوت و گوناگون، روغن هیدرولیک دارای انواع متفاوت است. روغن هیدرولیک مانند روغن‌های دیگر از اختلاط روغن پایه و مواد افزودنی تولید می‌شود که می‌تواند با توجه به نوع روغن پایه و مواد افزودنی، کاربرد‌های مختلف در سیستم‌های گوناگون داشته باشد.

 

طبقه‌بندی‌ها و استاندارد‌های متفاوت برای سطح کیفیت روغن هیدرولیک در دنیا وجود دارند که می‌توان به استاندارد‌هایی همچون DIN ۵۱۵۲۴، Cetop RP ۹۱ H، Afnor NFE، Cincinati Milacron و ISO ۶۷۴۳ اشاره کرد که در این میان، استاندارد‌های DIN ۵۱۵۲۴ و ISO ۶۷۴۳ مرسوم‌ترین استاندارد برای طبقه‌بندی انواع روغن هیدرولیکی هستند.

 

 

 

 

 

روغن هیدرولیک HH: نخستین نسل از روغن‌های هیدرولیک که از روغن پایه معدنی بدون مواد افزودنی ساخته می‌شود.

 

روغن هیدرولیک HL: نسل بعدی روغن‌های هیدرولیک که با افزودن مواد افزودنی ضد زنگ و ضد اکسیداسیون تولید می‌شود، روغن‌های هیدرولیک HL به روغن‌های گردشی نیز معروف هستند.

 

روغن هیدرولیک HM: با افزودن مواد افزودنی ضد سایش به روغن‌های هیدرولیک با سطح کیفی HL، روغن‌های هیدرولیک با سطح کیفی HM تولید می‌شود که پرمصرف‌ترین نوع روغن‌های هیدرولیک هستند.

 

روغن هیدرولیک HV: با بالا بردن شاخص گرانروی روغن‌های هیدرولیک سطح کیفی HM، روغن‌های هیدرولیک HV تولید می‌شوند که برای کارکرد در محدوده دمایی وسیع مناسب هستند.

 

روغن هیدرولیک HG: روغن‌های با سطح کیفی HG که به روغن‌های هیدرولیک ماشین ابزار معروف هستند، خاصیت چسبندگی بالا دارند و در سیستم‌های کشویی رفت و برگشتی استفاده می‌شوند.

 

 

برای این‌که خطر آتش‌سوزی سیستم‌های هیدرولیکی که در مجاورت آتش با فلزات مذاب (همانند درب کوره‌های ذوب فلزات) هستند یا در محیط‌های با دما‌های بسیار بالا کار می‌کنند، کاهش پیدا کند، روغن‌های ضد آتش تولید شده‌اند.

 

البته این موضوع به این معنا نیست که روغن‌های ضد آتش در مجاورت با آتش شعله‌ور نمی‌شوند، بلکه در مجاورت با آتش دیرتر شعله‌ور می‌شوند و در برابر انتشار شعله، مقاومت می‌کنند.

 

سیالات هیدرولیکی ضد آتش به چهار نوع زیر تقسیم می‌شوند:

 

روغن‌های ضد آتش گروه HFA: امولسیون (محلول) روغن در آب

 

روغن‌های ضد آتش گروه HFB: محلول آب در روغن

 

روغن‌های ضد آتش گروه HFC: سیالات آب گلیکول

 

روغن‌های ضد آتش گروه HFD: سیال فسفات استر (مایعات سنتتیک)

 

روغن‌های هیدرولیک، به‌شدت حساس هستند، به سرعت آلوده می‌شوند و خصوصیات فیزیکی و شیمیایی آن‌ها در اثر آلودگی و ایجاد شرایط سخت کاری، تغییر می‌کنند. بروز مشکل برای این روغن، موجب اختلال در سیستم هیدرولیکی می‌شود.

 

 

ضروری است هر راننده‌ای نسبت به تعویض روغن هیدرولیک در زمان مناسب اقدام کند. در طول زمان، قطعات پلاستیکی سیستم فرمان، مانند اورینگ‌ها و کاسه نمد‌ها دچار خوردگی شده که همین موضوع، موجب آلودگی روغن هیدرولیک، ایجاد اختلال در پمپ هیدرولیک و آسیب جدی به سیستم فرمان خودرو می‌شود.

 

بنابراین، تعویض به موقع روغن، موجب افزایش طول عمر پمپ هیدرولیک و سیستم فرمان خودرو می‌شود.

 

درباره تعویض روغن هیدرولیک فرمان خودرو، نکته مهم این موضوع است که همانند روغن موتور، امکان ترکیب دو نوع روغن هیدرولیک مختلف با گرانروی‌های متفاوت با یکدیگر وجود ندارد و می‌تواند مشکل اساسی ایجاد کند.

 

برای زمان تعویض روغن هیدرولیک نمی‌توان بر مبنای کارکرد خودرو معیار تعیین کرد، بلکه زمان تعویض روغن هیدرولیک به تنوع تجهیزات، شرایط گوناگون کارکرد و نوع کاری که روغن در سیستم انجام می‌دهد، بستگی دارد. بنابراین، بهترین نشانه ضرورت تعویض روغن فرمان، اختلال در کارکرد سیستم فرمان خودرو است.

 

روغن هیدرولیک باید در دوره‌های زمانی مشخص تعویض شود که این دوره زمانی معمولا در دفترچه راهنمای خودرو آورده می‌شود. تعویض روغن بسیار ارزان‌تر از عوض کردن چرخ دنده، پینیون یا پمپ هیدرولیک است!

 

برای انتخاب روغن هیدرولیک مناسب هر خودرو، مراجعه به دفترچه راهنمای خودرو، بهترین روش است. علاوه بر دفترچه راهنمای خودرو، روغن هیدرولیک مناسب بر روی مخزن یا درب مخزن هیدرولیک و در بعضی خودرو‌ها نیز روی پمپ هیدرولیک، قابل مشاهده است.

 

با توجه به ویژگی‌های منحصر به فرد روغن دنده اتوماتیک (خودکار) و این که روغن گیربکس آن توانایی بالا در انتقال قدرت را دارد، در بسیاری از خودرو‌های سواری رایج در ایران به‌جای روغن هیدرولیک فرمان، روغن گیربکس اتوماتیک ATF به عنوان روغن هیدرولیک فرمان مناسب در دفترچه راهنمای خودرو توصیه می‌شود.

 

به‌عنوان مثال، برای خودرو‌های ال ۹۰، پژو ۴۰۵، پژو پارس و خانواده پراید روغن گیربکس اتوماتیک GM- Dexron ATF II توصیه شده است که البته می‌توان با توجه به ویژگی‌های روغن گیربکس اتوماتیک ATF III از این نوع روغن دنده اتوماتیک به عنوان روغن فرمان استفاده کرد.

 

در صورتی که برای سایر سیستم‌های هیدرولیکی نیاز به انتخاب روغن هیدرولیک مناسب است، باید ویژگی‌های زیر در نظر گرفته شوند:

 

ویسکوزیته: ISO VG ۱۰، ۲۲، ۳۲، ۴۶، ۶۸، ۱۰۰

 

نقطه ریزش Pour Point

 

تراکم‌پذیری

 

ظرفیت جدا کردن هوا

 

کف کردن روغن

 

ظرفیت جدا کردن آب از روغن

 

مقاومت در برابر اکسیداسیون

 

محافظت در برابر خوردگی