گزارش کار اموزی رشته ی مکانیک خودرو(شرکت خودرو سازی سایپا)
فصل اول:
تاریخچه شرکت سایپا
تاریخچه شرکت سایپا
شرکت سهامی عام ایرانی تولید اتومبیل (سایپا) در سال 1344 در زمینی با مساحت 240 هزار متر مربع (در حال حاضر فقط مساحت زمین کارخانه مرکزی 415 هزار متر مربع می باشد) و زیربنای 20 هزار مترمربع با سرمایه اولیه 160 میلیون ریال بنام شرکت سهامی تولید اتومبیل سیتروئن ایران تاسیس گردید . در تاریخ 15 اسفند 1345 ثبت و در اواخر سال 1347 به مرحله بهره برداری رسید.
این شرکت تولید اولین محصولات خود را که شامل "وانت آکا" و سواری "ژیان" بود با روش کاملاً دستی و بدون بهره گیری از تجهیزات و امکانات مدرن آغاز نمود.
تولیدات شرکت بعد از سال 1353 به واسطه استفاده از ابزارهای جدید و مکانیزه شدن برخی از بخشهای تولیدی، سیر صعودی یافت و بر تنوع محصولات شرکت نیز افزوده شد. بعنوان مثال می توان به تولید خودروهای: مهاری، پیکاب در مدلهای معمولی، دولوکس و کار اشاره نمود.
نام شرکت در اوایل سال 1354 با حذف کلمه سیتروئن از انتهای عبارت فرانسوی آن به "شرکت سهامی ایرانی تولید اتومبیل" به نام اختصاری (سایپا) که ماخوذ از عبارت فرانسوی Iraniane De Production Automobile Societe Annonyme می باشد، تغییر یافت. این شرکت در 16 تیرماه 1358 تحت مالکیت دولت در آمده و از 18 آذرماه 1360 تحت سرپرستی سازمان گسترش و نوسازی صنایع ایران قرار گرفته و بر اساس مصوبه مورخ 1/2/65 هیات وزیران، کلیه سهام سرمایه آن به نمایندگی از طرف دولت جمهوری اسلامی بنام سازمان گسترش و نوسازی صنایع ایران منتقل گردید. در دی ماه سال 1378 به پیروی از سیاست های دولت جمهوری اسلامی ایران مبنی بر کاهش تصدی دولت و خصوصی سازی شرکتهای دولتی و به موجب تبصره 35 قانون بودجه کل کشور، با واگذاری بیش از 51 % سهام این شرکت به غیر، سایپا نیز در زمره شرکتهای خصوصی قرار گرفت.
امروزه شرکت سایپا با در اختیار داشتن بیش از 80 شرکت تابعه و وابسته بصورت مستقیم و غیر مستقیم، به یک گروه خودروسازی بزرگ با امکان تولید انواع مختلف خودرو تبدیل شده است.
1344: تاسیس شرکت به نام "شرکت سهامی تولید اتومبیل سیتروئن ایران"
1347: بهره برداری و شروع فعالیت با تولید انواع مدلهای خودرو "ژیان" (1359-1347)
1354: تغییر نام شرکت به "شرکت سهامی ایرانی تولید اتومبیل" و تبدیل شدن به شرکت سهامی عام
1355: تولید "رنو5" در مدلهای سه درب و 5 درب (1372-1355)
1362: تولید "وانت نیسان" با حجم موتور cc2000 (1369-1362)
1369: تولید "وانت نیسان" با حجم موتور cc2400 ( در حال حاضر در شرکت زامیاد ادامه دارد)
1371: تولید "وانت نیسان دو کابین" با حجم موتور cc2400(1373-1371)
1371: تولید "رنو 21" با حجم موتور cc1721(1373-1371)
1372: تولید "پراید کابراتوری" در مدلهای GTX, LX, CD5 (همچنان ادامه دارد)
1374: کسب رتبه اول کیفیت در بازار داخلی و تکرار این رتبه در سالهای 1375، 1376، 1378
1377: دریافت اولین گواهینامه ISO9001 در صنعت خودروسازی کشور از موسسه QMI کانادا
کسب گواهینامه بهترین شرکت تولیدی در میان شرکتهای تحت پوشش وزارت صنایع
انجام مقدمات عملیات گسترده برای ساخت داخل نمودن قطعات محصولات تولیدی
1378: موفقیت در تعمیق ساخت داخل محصولات تا سطح 81% ارزش CDK پراید و 79% در مورد نیسان
اخذ تاییدیه انطباق مشخصات گازهای خروجی آلاینده با استاندارد ECE 1504
دریافت لوح سبز تبدیل شدن به یک گروه خودروساز بزرگ با امکان تولید انواع کامل خودرو Full Range))
عرضه متجاوز از 51% سهام شرکت به بخش خصوصی
1379: تولید سواری " پراید face lift" و " پراید انژکتوری" در مدلهای مختلف ( همچنان ادامه دارد)
دریافت لوح رتبه اول کیفیت در میان تولیدکنندگان وانت در ایران از نیسان ژاپن
دریافت لوح تقدیر از وزارت صنایع بعنوان واحد نمونه صنعتی کشور
تامین کلیه قطعات نیسان توسط سازندگان داخلی و توقف خرید CKD نیسان
1380: دریافت اولین گواهینامه کیفیتQS 9000 در صنعت خودروسازی کشور از موسسه QMI کانادا
دریافت گواهینامه های OHSAS 18001 و ISO 14001 (مدیریت ایمنی، بهداشت و زیست محیطی) از موسسه DNV هلند
بهره برداری از خطوط جدید تولید ( طرح و توسعه)، پروژه های رینگ خرمشهر، مالیبل و شیشه ایمنی
کسب مقام اول در زمینه بهترین عملکرد "سبز" از دومن نمایشگاه محیط زیست
شروع تولید محصول "زانتیا" در مدلهای لوکس و **** لوکس و"کاروان"
1381: دستیابی به رشد بی سابقه 64 درصدی در میزان تولید پراید
انجام مقدمات و تمهیدات لازم جهت واگذاری عملیات فروش وانت نیسان به شرکت زامیاد از ابتدای سال 82
تولید آزمایشی خودرو جدید پراید 141 و معرفی آن به بازار
انجام مقدمات گسترده جهت دریافت گواهینامه ISO9000: 2000
1382: دریافت گواهینامه ISO9000: 2000 از موسسه بین المللی DNV هلند
تبیین اهداف شرکت سایپا در صنعت خودروسازی کشور، درگرو تحلیل چرخه حیات شرکت از بدو تاسیس تا به امروز میباشد. به استناد تاریخچه موجود، شرکت سایپا تقریبا" چهار دوره متمایز را در حیات خود تجربه نموده است:
• دوره تاسیس و استقرار به عنوان یک خودروساز
دوره اول از اواسط دهه چهل با تاسیس شرکت سهامی تولید اتومبیل سیتروئن ایران با همکاری و پشتیبانی شرکت فرانسوی سیتروئن آغاز و به مدت تقریبا" ده سال فعالیت خود را به عنوان یکی از اولین شرکت های خودروساز ایرانی با تولید انواع خودرو ژیان ادامه میدهد. سادگی تکنولوژی تولید و محصول نهایی از ویژگی های این دوره بشمار میآید.
• دوره استقلال و استمرار تولید
دوره دوم از اواسط دهه پنجاه با تغییر نام شرکت به شرکت سهامی ایرانی تولید اتومبیل (سایپا) و تولید خودرو رنو5 آغاز میگردد. دراین دوره که تا اوایل دهه هفتاد بطول انجامید، بدلیل شرایط عمومی منطقه و جنگ و همچنین رکود اقتصادی، صنعت کشور با کاهش قدرت خرید عمومی و میزان تقاضا مواجه بود. بااین وجود شرکت سایپا ضمن استمرار تولید، با توج به افق آینده اقدامات لازم جهت توسعه تولیدات را در دستور کار قرار میدهد. انواع محدود محصولات و میزان محدود تولیدات از ویژگی های بارز این دوره محسوب میشود.
• دوره رشد و تثبیت محصولی فراگیر
دوره سوم از اویل دهه هفتاد بواسطه پاره ای گشایش های اقتصادی، با آزمون مجموعه ای جدید از محصولات آغاز و براساس سیاستی استراتژیک تولید محصولی فراگیر در برنامه شرکت سایپا قرار میگیرد. این سیاست با توسعه حوزه فعالیت، تعامل تجاری با خودروسازان جدید، ترمیم رابطه با شرکای تجاری موجود و گسترش زیرساخت های تولید همراهی شده و بنیان گروه خودروسازی سایپا به عنوان یکی از ارکان صنعت خودرو ایران شکل میگیرد.
• دوره ظهور به عنوان یک Enterprise
این دوره با تجهیز خطوط تولید مجموعه شرکت های گروه خودروسازی سایپا، رشد تکنولوژی تولید خودرو در داخل کشور، تولید و عرضه طیف وسیعی از خودروهای سواری و تجاری جهت کاربردهای گوناگون و متناسب با سطوح مختلف اجتماعی، زمینه ظهور سایپا به عنوان یک Enterprise در صنعت خودرو کشور را فراهم میآورد.
حضور در عرصه بازارهای جهانی، تولید و صادرات خودروی ایرانی و تعامل فعال با خودروسازان بنام جهانی از ویژگی های شاخص این دوره به شمار میآید که مبین اهداف شرکت سایپا میباشند:
– حضور در بازارهای جهانی بعنوان خودروساز جهانی
– انتخاب اول مشتریان ایرانی
– همکار برگزیده خودروسازان جهانی
– تولید و عرضه انواع خودرو سواری و کار
فصل دوم:
بخشهای مرتبط با رشته علمی کارآموز
شاسی خودرو
به طور کلی خودرو از سه قسمت اصلی تشکیل شده که عبارتند از:
1- بدنه 2- موتور 3- شاسی
بدنه خودرو:
بدنه ی خودروهای سواری از قسمتهای مختلفی مثل اسکلت جوشکاری شده،درها، گلگیرها،سقف و غیره تشکیل شده است ولی بدنه ی خودروهای باری شامل اتاق راننده و اتاق بار است.
تعریف موتور:
مجموعه ای از قطعات مکانیکی است که انرژی شیمیایی به انرژی حرارتی و مکانیکی تبدیل می شود یا به عبارت دیگر موتور دستگاهی است که با مصرف سوخت، قدرت و حرکت تولید می کند.
شاسی خودرو:
شاسی در اصل یک چهارضلعی است و از فولاد سخت به شکل ناودانی ساخته می شود که قسمتهایی مثل موتور، سیستم انتقال قدرت، سیستم فنربندی و سیستم ترمز و فرمان روی ان نصب می شود، مانند بسیاری از اتومبیلهای سواری قدیمی و خودروهایی مثل جیپ و کامیون و اتوبوس ها را می توان نام برد.
شاسی در شکلهای مختلفی وجود دارد. یک نوع شاسی را مستقل می گویند که از دو تکه ناودانی بلند از جنس فولاد سخت ولی سبک که به صورت موازی به هم وصل می شوند تشکیل شده است. این دو تکه به وسیله ی دو رام در دو سر به یکدیگر متصل می شوند. شاسی معمولا در قسمت عقب کمی بالاتر امده است و این به خاطر ایجاد فضای بیشتر برای دیفرانسیل و فنرهاست و در قسمت جلو کمی باریکتر ساخته می شود که این نیز به خاطر فرمان دهی بهتر است. در بعضی از اتومبیلهای قدیمی برای استحکام شاسی در چند نقطه به رام های زیادتری مجهز می شوند. در صورتی که در اتومبیلهای جدید رامهای تقویتی وسطی به کار برده نمی شوند. بلکه اتاق را محکم با بستهای خوب به شاسی متصل می کنند.
ولی در نوع دیگر شاسی به اسم شاسی های سر خود، شاسی، در واقع جزئی از اسکلت اتاق است.(برای سبکتر بودن وزن اتومبیل و به خاطر اینکه نیروی محرکه ی ان افزایش پیدا کند.) در طراحی شاسی سر خود از ورقهای نازک فلزی که انها را به روش شکل دادن(پروفیل) تولید می کنند، استفاده می کنند. البته قسمتهایی از شاسی مثل کف و محوطه ی موتور و همچنین تکیه گاه های محورهای جلو و عقب که بیشترین نیرو و فشار بر انها اعمال می شود باید از ورقهایی که ضخامت بیشتری دارند، درست شوند. ضخامت ورقها معمولا 2 تا 3 میلیمتر است و به گونه ای جوش داده می شوند که از استحکام خوبی برخوردارند. خودروهای سواری در مقایسه با خودروهای سنگین نیروی کمی را تحمل می کنند و روی شاسی انها بار استاتیکی کمتری وارد می شود. بنابر این خودروهای سواری می توانند با سرعت زیاد حرکت کنند و اصولا طراحی شاسی سر خود به همین منظور بوده است.
بنابر این شاسی خودرو را به دو دسته ی کلی خودروهای شاسی و بدنه جدا از هم و نوع دوم خودروهای شاسی سرخود یا شاسی بدنه ی یکپارچه می نامند.
شاسی های غیر رایج
در قسمتهای قبلی انواع رایج شاسی که اکثرا" جهت تولید انبوه یا نیمه انبوه به کار میرفتند مورد بررسی قرار گرفتند.
در این بخش که آخرین بخش از مبحث شاسی میباشد به بررسی انواع غیر رایج شاسی که کمتر مورد استفاده قرار میگیرند و عمدتا" جهت ساخت خودروهای اسپورت یا سوپر اسپورتی با تیراژ تولید محدود و البته قیمت بالا تولید شده اند خواهیم پرداخت.شاسی های مورد بررسی در این قسمت جهت تولید انبوه مورد استفاده قرار نگرفته اند.
اولین و قدیمیترین و البته پرکاربردترین انواع غیر رایج شاسی که از نظر قیمت ساخت نیز قیمت معقولی دارد شاسی و بدنه فایبر گلاس میباشد.
فایبر گلاس برای بسیاری از خودروسازان در مقیاس کوچک و تولید غیر انبوه یک ماده کامل و کاربردی محسوب میشود.از فولاد و آلومینیوم سبکتر است و به سادگی شکل میگیرد و در مقابل پوسیدگی و خوردگی از مقاومت بالائی برخوردار است.مهمترین مزیت این شاسی و بدنه سادگی و قیمت ارزان جهت ساخت میباشد.در حقیقت برای ساخت این شاسی شما فقط به تعداد معدودی ابزار ارزانقیمت و دو دست جهت شکل دادن به بدنه و شاسی دارید!
این موضوع مهمترین مزیت جهت ساخت حتی به صورت تولید در مقیاس کوچک و به صورت دستی میباشد.
تنها ایرادات وارده به این نوع از شاسی و بدنه شامل موارد معدود زیر است:
دقت پائین و تولرانس بالا در ساخت این گونه از شاسی به سبب ساخت بدون قالب و معمولا" به صورت دستی.
عدم علاقه خریداران به سوار شدن و استفاده از یک خودروی پلاستیکی!
توسعه و پیشرفت این نوع از شاسی و بدنه بوسیله خوروسازان انگلیسی و خصوصا" شرکتهای تولید کننده اتومبیلهای دست ساز صورت گرفت زیرا ساخت بدنه و شاسی فایبر گلاس تنها راه جهت تولید خودرو در مقیاس کوچک با قیمت اقتصادی معقول میباشد.پیشرو ساخت شاسی از جنس فایبرگلاس شرکت لوتوس میباشد.این شرکت نخستین بار در دهه پنجاه میلادی در مل الیت خود که یک خودروی اسپرت کوچک بود از شاسی فایبرگلاس استفاده کرد.مهمترین مشخصه های این شاسی که کلیه قسمتهای فنی از قبیل موتور گیربکس و سیستم تعلیق را در برگرفته بود مقاومت بالا در حد شاسی های فیبرکربن مونوکوک امروزی بود و مزیت دیگر وزن بسیار پائین خودرو بود ( وزن این خودرو با احتساب کلیه متعلقات کمتر از 660 کیلوگرم بود! )
البته این مورد را هم باید عنوان کرد که این خودرو مشکلات زیادی را برای سازنده بوجود آورد.بزرگترین مشکل موجود این بود که اتصال قطعات فنی نظیر موتور یا سیستم تعلیق با شاسی نیاز به تولرانس بسیار پائین و مقاومت بالا در نقطه تماس دارد در حالی که فایبرگلاس فاقد این مشخصات میباشد.لوتوس جهت ساخت نمونه هائی با تولرانس و کیفیت مورد نظر مجبور به ساخت تعداد زیادی شاسی شد تا نمونه های با تولرانس مناسب جهت ساخت مورد استفاده قرار گرفته و بقیه بلااستفاده رها شوند.همچنین جهت بدست آوردن دقت مناسب باید مراقبت بسیار زیادی جهت ساخت شاس صورت میگرفت.در هر صورت مدل الیت هرگز برای شرکت لوتوس مدل موفقی محسوب نشد وکلیه الیت های ساخت لوتوس با ضرر در هنگام فروش مواجه شدند.
این مورد باعث عدم بکارگیری این نوع از شاسی در دیگر خودروها شد و شاسی فایبرگلاس به فراموشی سپرده شد.
امروزه از شاسی و بدنه فایبرگلاس در قسمت نیمه بالای شاسی و قسمتهائی که معمولا" تحت تنش و فشار کاری کم قرار دارند و احتیاج به تولرانس پائین هم در هنگام ساخت ندارند در بسیاری از خودروها نظیر لوتوس .تی وی آر.مارکوس.کوروت.کامارو و فایربرد.ونتوری و …… که همگی خودروهائی زیبا و آئرودینامیک از گونه اسپرت محسوب میشوند استفاده میشود و در قسمتهای تحت تنش شاسی همچنان از گونه های شاسی لوله ای.شاسی فضائی آلومینیومی یا مونوکوک مسطح ( نظیر مونوکوک معمولی بدون داشتن قطعات اتصالی شاسی در قسمت بدنه و ارتفاع خودرو ) استفاده میکنند.
این ترکیب وزن بسیار پائین در گونه فایبر گلاس کامل را تا حدودی افزایش میدهد.
گونه بعدی از شاسی های غیر رایج شاسی مونوکوک فیبر کربن میباشد.
استفاده اولیه از فیبر کربن و بعدها کولار در ساخت شاسی و بدنه خودرو به دهه هشتاد میلادی باز میگردد.و در حقیقت نمونه ای دیگر از راهیابی مواد مورد استفاده در صنایع هوا فضا به صنعت خودروسازی میباشد.
فیبر کربن نوعی خاص از مواد مرکب با بیس پلیمری و آرماتور بندی بوسیله الیاف کربن ( همانگونه که میدانید سخت ترین ماده موجود در دنیا کربن میباشد ) به صورت ماتریسی میباشد.
الیاف کربن بالاترین میزان مقاومت در برابر وزن را در بین مواد صنعتی موجود در دنیا دارا هستند و پس از تارعنکبوت با مقاومت 20 برابر در مقابل هم وزن خود فولاد کولار با مقاومت 7تا 9 برابر در برابر هم وزن خود فولاد و فیبر کربن با مقاومت 5 تا 6 برابر هم وزن خود فولاد قرار دارد.
پس از اینکه در ابتدای دهه 80 فیا ( فدراسیون جهانی اتومبیلرانی ) مجوز استفاده از شاسی و بدنه با مواد غیر فلزی را صادر کرد فیبر کربن کم کم راه خود را به دنیای خودروهای مسابقه ای و سپس خیابانی اسپورتی باز کرد.
در ابتدای دهه هشتاد تعدادی اتومبیل اسپرت که در بخشهائی از پانلهای بدنه آنها از فیبر کربن استفاده شده بود معرفی شدند که معروفترین آنها پورشه 959 و فراری 288 جی تی او بودند.
طریقه ساخت قطعات بدنه و شاسی بوسیله فیبرکربن به این صورت است که ابتدا صفحه های بافته شده از فیبر کربن که معمولا" به شکل پارچه هستند در قطعات مختلف و مورد نیاز بریده شده ( لازم به ذکر است که الیاف کربن قبل از مخلوط شدن با رزین به عنوان بیس از قابلیت انعطاف و استحکام بسیار پائینی نظیر پارچه برخوردارند و به سادگی قابلیت برش و فرم دهی با دست را دارند ) و برروی فویلهای آلومینیومی که به شکل قطعه مورد نیاز است قرار میگیرند.
سپس لایه اول بوسیله رزین مایع پوشانده شده و رزین کلیه قسمتهای الیاف کربن را در بر میگیرد.سپس لایه های بعدی از پارچه کربنی برروی لایه اول چسبانده شده و مجددا" رزین اندود میشود و بسته به مقاومت مورد نیاز تعداد لایه ها افزایش میابد.
پس از اتمام لایه گذاری و رزین کاری قطعه شکل گرفته به این ترتیب جهت پخت وارد یک کوره بزرگ با دمای 120 درجه سانتیگراد و فشار 90 پوند بر اینچ مربع شده و به مدت سه ساعت در این شرایط پخته میشود.
پس از اتمام این عملیات قطعات نرم الیاف کربن و رزین تبدیل به یک ماده فرم داده شده بسیار سخت ( مقاومت حدو 6 برابر هم وزن خود از جنس فولاد! ) میشود.
قطعات بدنه ای که به این طریق ساخته شده اند وزن بسیار پائین و مقاومت بسیار بالائی دارند.
بسیاری از خودروهای سوپر اسپرت در دهه هشتاد و نود در قسمتهائی از بدنه و بعضا" قسمتهائی شاسی خود جهت کاهش وزن از قطعات فیبرکربن استفاده کردند.نمونه هائی از این خودروها عبارتند از پورشه 959.فراری288 جی تی او.فراری اف 40.لامبورگینی دیابلو اس وی و جی تی.
اما خودروهائی که از شاسی مونوکوک تمام کربنی به همراه بدنه فیبرکربن تا قبل از قرن 21 استفاده کردند عبارت بودند از مک لارن اف 1( اولین خودروی سوپراسپرت خیابانی تمام کربنی ).بوگاتی ا بی 110 اس اس ( با گونه جی تی اشتباه نشود ) و فراری اف 50.
این سه خودرو بیشترین مقاومت در برابر وزن را در خودروهای ساخته شده در دنیا را داشته و قویترین گونه شاسی های دنیا متعلق به این خودروها میباشد.
ضمنا" شاسی مونوکوک فیبر کربنی ( نظیر مونوکوک فلزی ولی از جنس فیبرکربن ) نخستین بار توسط مک لارن برروی خودروی مسابقه ای ام پی 1/4 فرمولا که یک خودروی مسابقه ای فرمول 1 بود معرفی و سپس برروی مدل اف وان این شرکت به عنوان اولین خودروی خیابانی با این نوع شاسی نصب شد.
در مورد فراری اف 50 و مک لارن اف وان باید گفت که گذشته از استفاده این دوخودرو از شاسی فیبرکربنی خودروهای فرمولا وان هر دو خودرو از تکنیک دیگر تمامی خودروهای فرمولا یعنی استفاده از موتور بعنوان بخش عقبی شاسی خودرو هم استفاده میکنند.
این تکنیک که اولین بار در مسابقات فرمولا وان در سال 1963 بوسله لوتوس مورد استفاده قرار گرفت و موجب پیروزی لوتوس در این مسابقات گردید توسط کالین چپمن ( بنیانگذار لوتوس ) معرفی شد و در خوردوری فرمولا وان لوتوس موتور و گیربکس بعنوان محل اتصال سیستم تعلیق عقب جهت کاهش وزن و عرض شاسی و همچنین کاهش ارتفاع محل نصب موتور و نتیجتا" افزایش پایداری خودرو به سبب مرکز ثقل پائینتر و همچنین بهبود ضریب دراگ آئرودینامیکی خودرو به سبب ارتفاع کمتر خودرو شده بود.
مزیت اینکار کاهش چشمگیر ارتفاع و ابعاد شاسی و وزن در قسمت عقب خودرو و ایراد آنهم انتقال لرزش به صورت مستقیم از موتور به بدنه و درون کابین میباشد.
به صورت کلی مزیت شاسی مونوکوک فیبر کربنی وزن بسیار پائین و مقاومت بسیار بالای این نوع شاسی و حجم اشغال شده کم در قسمت شاسی و بدنه میباشد.بزرگترین مشکل این نوع از شاسی هم قیمت بسیار بالا و پروسه ساخت وقت گیر و پیچیده آن میباشد.این مورد در زمان تعمیرات شاسی هم خودنمائی میکند و جهت تعمیرات به همان دستگاههای اولیه که جهت ساخت شاسی استفاده شده اند مجددا" نیاز داریم.
در مورد خودروهای بعد از سال 2000 فراری انزو از همین ترکیب استفاده میکند.
جدیدترین و آخرین گونه شاسی شاسی آلومینیومی مورد استفاده در لوتوس الیزه میباشد که جهت اتصالات بین قطعات مختلف آلومینیومی این شاسی که بوسیله روش اکسترود شکل گرفته اند از چسب جهت انجام اتصالات استفاده شده که موجب بالارفتن مقاومت شاسی خصوصا" در برابر گشتاورهای پیچشی شده است.
روش شاخت در این نوع شاسی نظیر سیستم Asf آئودی بوده و تفاوت فقط در طریقه اتصال قطعات میباشد.
رنو اسپورت اسپایدر هم از این نوع شاسی منتهی با اتصالات نقطه جوش برای اتصال قطعات استفادهع میکند که در مقام مقایسه باید گفت که شاسی لوتوس دارای وزن 65 کیلوگرم در برابر 80 کیلوگرم برای رنو است.
همچنین نیروی مورد نیاز برای پیچاندن شاسی به اندازه 1 درجه برای لوتوس 11000 نیوتون متر و برای رنو 10000 نیوتون متر میباشد.همچنین با توجه به ضخامت قطعات آلومینیومی که در لوتوس 1.5 میلیمتر و در رنو 3 میلیمتر میباشد شاسی لوتوس به مراتب قویتر و پیشرفته تر میباشد.
محاسن این نوع از شاسی شامل هزینه پائین جهت ساخت به صورت تولید محدود و همچنین مقاومت نسبت به وزن پائین ( تقریبا" نزدیک به شاسی مونوکوک فبیرکربن ) میباشد.
ایراد این نوع از شاسی حجم اشغال شده بالای آن میباشد و ضمنا" درها به سبب قرار داشتن قسمتی از شاسی در ارتفاع باید در ارتفاع بالائی نسب شوند.
مجموع این موارد موجب بکارگیری این نوع از شاسی در خودروهای اسپورتی کوچک نظیر لوتوس الیزه.لووس ام 250 و اپل اسپید استر ( که در حقیقت همان لوتوس الیزه با مارک اپل است ) میباشد.
شاسی بدنه
در واقع تبدیل انرژی شیمیایی به انرژی مکانیکی اولین پروسه ای است که جهت حرکت در اتومبیل شکل میگیرد مسئله بعدی انتقال این انرژی است به چرخها است برای این منظور اتومبیل باید دارای چنان مکانیسمی باشد که بتواند این مهم را انجام دهد برای این منظور در وهله نخست می باید این اجزائ بر روی قطعه ای به متصل گرددند این مجموع قطعه عات را در اتو مبیل شاسی و بدنه اتومبیل نام می نهند که از طریق این سیستم انرژی تولید شده به چرخها مرسد و سپس حرکت معنای دگر می یابد
سیستم تعلیق یک خودرو در حقیقت بخشی از شاسی است که شامل تمام سیستم های مهمی که در زیر بدنه قرار دارند، می شود.
این سیستم ها شامل بخش های زیر می شوند:
● شاسی(فریم)- قطعه ساختاری و حامل بار که بدنه موتوردار خودرو را حمل می کند، پس در نتیجه توسط سیستم تعلیق پشتیبانی می شود.
● سیستم تعلیق – تشکیلاتی که وزن را تحمل می کند، شوک و فشار را جذب کرده و کاهش می دهد و تماس لاستیک را کنترل می کند.
● سیستم هدایت – مکانیزمی که راننده را قادر می سازد تا وسیله را هدایت کرده و جهت بدهد.
● چرخ ها و لاستیک ها – اجزایی که حرکت خودرو را، با درگیری (اصطکاک) با سطح جاده، میسر می سازند.
پس تعلیق، یکی از سیستم های اصلی در خودرو می باشد.
با مرور این شمای کلی در ذهن، نوبت پرداخت به سه قطعه بنیادین هر سیستم تعلیق می رسد: فنرها، کمک فنرها و میل موج گیر.
فنرها:
سیستم فنرهای امروزی بر پایه ی یک طرح از چهار طرح کلی می باشند:
● فنرهای پیچشی – رایج ترین نوع فنر بوده و در اصل یک میله فلزی سخت و محکم می
باشد که حول یک محورپیچیده است. فنر پیچی ها باز و بسته
می شوند تا جا به جایی چرخ ها را جذاب کنند.
● فنرهای تخت – این نوع از فنر از لایه های مختلف فلزی تشکیل شده که به یکدیگر متصل می شوند تا به عنوان یک واحد عمل کنند. فنرهای تخت، اول بار در کالسکه های اسب کش استفاده شدند و تا سال 1985 بر روی اکثر اتومبیل های آمریکایی به کار گرفته می شدند. امروزه نیز هنوز بر روی اکثر کامیون ها و خودروهای سنگین استفاده می شوند.
● میله های پیچشی – میله های پیچشی از خواص پیچش یک میله استیل استفاده می کند تا کارایی همانند فنر پیچشی را ایجاد کند. طریقه کارش به این صورت می باشد که یک سر میله به بدنه خودرو قلاب و متصل شده. انتهای دیگر به یک جناغ متصل است که مانند اهرمی عمل می کند که با زاویه º 90 نسبت به میله پیچشی حرکت می کند. هنگامی که چرخ با یک دست انداز برخورد می کند، حرکت عمودی به جناغ انتقال یافته و سپس، در طی عمل هم سطح سازی، به میله پیچشی می رسد. پس از آن میله پیچشی به دور محورش می پیچد تا نیروی فنری ایجاد نماید. خودروسازان اروپایی از این سیستم به صورت گسترده ای استفاده کردند، و نیز در ایالات متحده، پاکارد و کرایسلر در طول سال های 1950 تا 1960 این کار را انجام دادند.
● فنرهای بادی – فنر بادی که شامل یک محفظه سیلندری هوا می باشد، بین چرخ و بدنه خودرو قرار گرفته، و از خواص فشرده سازی هوا استفاه می کند تا لرزش های چرخ را بگیرد. طرح آن بیش از یک قرن قدمت دارد و می توان آن را در کالسکه های اسب کش یافت. فنرهای بادی در آن دوران از کیسه های چرمی پر از هوا درست می شدند، بسیار شبیه به کیسه های سازهای بادی؛ در سال 1930 فنرهای بادی چرمی-قالبی جایگزین این کیسه ها شدند.
با توجه به محلی که فنرها در خودرو قرار دارند – که همان بین چرخ ها و بدنه می باشد – مهندسان، اغلب صحبت درباره جرم معلق و جرم نامعلق (= جرمی که در تماس با جاده می باشد) را مناسب می دانند.
فنرها: جرم معلق و نامعلق
جرم معلق، جرم خودرو بر فنرها است، حال آنکه جرم نامعلق به صورت جداگانه، جرم بین جاده و فنرهای سیستم تعلیق تعریف می شود. خشکی فنر، بر عکس العمل جرم معلق در هنگام رانندگی تاثیر می گذارد. خودروهایی که دارای جرم معلق ضعیفی هستند، نظیر خودروهای اشرافی (مانند خودروی شهری لینکلن) می توانند دست اندازها را به راحتی هضم کرده و یک سواری فوق العاده نرم و راحت را فراهم آورند؛ هر چند، این چنین خودرویی از شیرجه و نشست، در هنگام ترمز کردن و شتاب گرفتن رنج می برد و در سر پیچ ها و دورزدن ها، تمایل بیشتری به تجربه موج یا پیچش بدنه نشان می دهد. خودروهایی که دارای فنرهای سخت می باشند، مانند خودروهای اسپرت (مثل Mazda Miata) نسبت به جاده های پر دست انداز، خشونت بیشتری نشان می دهند. ولی این نوع اتومبیل، به خوبی حرکت بدنه را به حداقل می رساند؛ واین بدان معناست که آنها قابلیت سواری به صورت دیوانه وار را دارا هستند، حتی در سر پیچ ها. پس در حالی که فنرها به خودی خود، قطعاتی ساده به نظر می آیند، طراحی و به کارگیری آنها بر روی یک خودرو به منظور تعادل بین راحتی سرنشین و کنترل خودرو، فرآیند پیچیده ایست. و برای پیچیده تر ساختن مسئله، همین کافی است که فنرها به تنهایی نمی توانند یک سواری کاملاً نرم را فراهم آورند. چرا؟ زیرا آنها در جذب انرژی بسیار عالی عمل می کنند، ولی در رهاسازی اش به آن خوبی نیستند. قطعات دیگری، به عنوان کمک فنر نیاز هستند تا این کار به خوبی انجام پذیرد
سیستم تعلیق چیست؟
امروزه راحتی سرنشینان مهم ترین هدف سازندگان خودرو است.یکی از مهم ترین عوامل راحتی سرنشینان جلوگیری از انتقال ارتعاشات حاصل از محیط خارج به سرنشینان است. این ارتعاشات میتواند ناشی از عوامل متعددی مانند ترمز کردن ،حرکت در پیچ و ناهمواریهای جاده و …. باشد.
برای تحقق این هدف ،بین چارچوب شاسی و چرخهای خودرو سیستم تعلیق را کار گذاشته اند.
سیستم تعلیق ،مجموعه فنرها،کمک فنرها و تمام سازوکارهایی است که برای ایجاد راحتی سفر و فرمانپذیری خودرو به کار میروند.
هر سیستم تعلیق دو هدف کلی دارد:
۱-راحتی سرنشینان
۲-فرمایپذیری و کنترل خودرو
هدف اول به واسطه جدا کردن سرنشینان از ناهمواریهای جاده فراهم میشود. که این وظیفه به وسیله اجزای انعطاف پذیر مانند فنر و عضو میرا کننده (کمک فنر)انجام میپذیرد.در واقع اکثر کار سیستم را فنرها انجام میدهند،از کمک فنرها نیز همان طور که اشاره شد برای میرا کردن نوسان فنرها بعد از برخورد با ناهمواریها در جاده استفاده میشود.به طوری که اگر کمک فنر استفاده نشود ،اتومبیل بعد از برخورد با ناهمواریها به دفعات و با دامنه نسبتا زیاد نوسان میکند و این برای سرنشینان ناخوشایند است.
هدف دوم نیز به وسیله جلوگیری از غلط خوردن و پرتاب شدن خودرو و حفظ تماس چرخها با جاده میسر میشود.این وظیفه با استفاده از بازوهای مکانیکی که اتصال اکسل یا چرخها به بدنه یا شاسی را ممکن میسازد،انجام میشود.
خواص یک سیستم تعلیق که برای دینامیک خودرو اهمیت زیاد دارد در رفتار حرکتی و پاسخ ان به نیروها و ممنتوم های است که از تایرها به شاسی انتقال میابد.
در واقع سیستم تعلیق یکی از اجزای واحد شاسی در هر خودرو سبک و سنگین است که در ناحیه ای بین محور عرضی انتقال قدرت چرخها و قسمت بدنه خودرو قرار میگیرد.
اجزای سیستم تعلیق:
قبل از بررسی اجزای تشکیل دهنده سیستم تعلیق و سازو کارهای ان باید به خاطر داشته باشیم که یک خودرو در حال حرکت چیزی بیش از چرخش چرخهاست، به طوری که با چرخش چرخها و حرکت اتومبیل ،سیستم تعلیق در هر لحظه در وضعیت تعادل دینامیکی میباشد. یعنی به طور مداوم اتومبیل را با شرایط متغیر جاده تطبیق میدهد.
اصلی ترین اجزای سیستم تعلیق عبارت است از:
۱-فنرها (spring)
2-کمک فنرها (shock absorber)
۳-ستونهای نگهدارنده(struts)
۴-تایر(tire)
این اجزا ودیگر جزییات تشکیل دهنده سیستم تعلیق به منظور ایفای شش نقش زیر طراحی میشوند.
۱-ثابت نگه داشتن ارتفاع خودرو در حال حرکت
۲-کاهش اثرات نیروهای حاصل از ضربه
۳-حفظ مسیر صحیح چرخها
۴-تحمل وزن خودرو
۵-حفظ تماس چرخها با جاده
۶-کنترل مسیر حرکت خودرو
نقش فنرها در سیستم تعلیق:
فنرها اجزای انعطاف پذیری هستند که وزن بدنه و چارچوب و همچنین بار اضافی انومبیل را تحمل میکند و ارتفاع ان را در حین حرکت ثابت نگه میدارد.همچنین با نوسان کردن از انتقال ارتعاشات شدید حاصل از برخورد با موانع به بدنه و چارچوب به طور نسبی جلوگیری میکند.
بهترین فنرها به سرعت ارتعاشات به وجود امده توسط جاده را جذب میکنند و به ارامی به حالت نرمال برمیگردند.فنرهایی که خیلی نرم و انعطاف پذیر هستند نوسانات بیشتری را برای قسمت فوقانی اتومبیل باعث میشوند،در صورتی که فنرهای سخت اجازه ارتعاش زیاد را به اجزای اتومبیل نمیدهند.در واقع فنرها اتصال انعطاف پذیر بین چرخها و بدنه ایجاد میکنند.
در ضمن برای درک بهتر سازوکار فنرها در سیستم تعلیق خودرو اشنایی با در مفهوم زیر ضروری به نظر میرسد.
sprung weight:قسمتهایی از خودرو که وزن انها به وسیله فنرها ساپورت میشود.مثل:بدنه،گیربکس،موتور،…
unsprung weight:قسمتهایی از خودرو که وزن ان به وسیله ی فنرها ساپورت نمیشود.مثل:تایرها،مجموعه ترمز،اکسل،…
یکی از متداول ترین فنرها میباشد.امروزه تقریبا تمامی ماشینهای سواری ازcoil spring استفاده میکنند.تعداد زیادی از ماشینهای بارکش نیز از این نوع فنر استفاده میکنند،البته به دلیل بارگذاری زیاد در این نوع ماشینها فنرهای تخت (leaf spring) را در سیستم تعلیق قسمت عقب به کار میبرند.
سرعت جهش فنر(spring rate):
که به ان deflection rate هم گفته میشود و معیاری برای اندازه گیری سختی فنر است.سرعت جهش فنر مقدار نیرویی است که باید وارد شود تا فنر ۱ اینچ تغییر شکل دهد(منبسط یا متراکم شود)،به فرض اگر برای فشرده شدن فنر به اندازه ۱ اینچ،۱۰۰ پوند نیرو لازم باشد میتوان نتیجه گرفت که برای متراکم شدن ان به اندازه ۳ اینچ باید۳۰۰ پوند نیرو اعمال کرد.
spring rate به عوامل زیر بستگی دارد:
تعداد حلقه های فنر،قطر حلقه ها،قطر سیمی که فنر از ان ساخته شده است.
به طوری که سختی فنر با قطر سیم نسبت مستقیم و با تعداد حلقه ها نسبت عکس دارد.
همچنین میتوان این نوع فنرها را طوری ساخت که سختی متغیر داشته باشند،این سختی متغیر عمدتا از طریق تغییر در پارامترهایی همچون،ضخامت در طول سیم،فواصل بین حلقه ها،و قطر حلقه ها ایجاد میشود.این نوع فنرها در شرایط بدون بار یا کم بار سختی کمتری از خود نشان میدهند و در نتیجه حرکت نرم و هموار را برای اتومبیل ایجاد میکنند.اما تحت شرایط بارگذاری شده سختی انها بیشتر است که نتیجه ان توانایی در تحمل بار و کنترل خودرو در شرایط متغیر جاده است.
با توجه به گفته های بالا میتوان نتیجه گرفت که طراحی فنر در کنترل و فرمانپذیری خودرو نقش بسزایی دارد،به بیان دیگر هر چه فنر انرژی بیشتری جذب کند راحتی سفر خودرو بیشتر است.
فنر تخت (leaf spring):
این نوع فنرها بیشتر در ماشینهای سنگین مورد استفاده قرار میگیرد و به دو صورت طراحی میشود:
۱-چند لایه (multi-leaf spring) که اغلب از استیل ساخته میشود.
۲-یک لایه (mono-leaf spring) که اغلب از الیاژ ساخته میشود.
نوع اول متشکل از چندین لایه با طول متفاوت است که در بین لایه ها از پلاستیک یا نوعی لاستیک برای سهولت انعطاف استفاده میشود.هنگام برخورد با ناهمواریها لایه های فلزی با خم شدن و سر خوردن بر روی یکدیگر ارتعاشات را جذب میکنند.
نوع دوم این فنرها تنها از یک لایه تشکیل شده است که در وسط نسبت به دو انتها ضخامت بیشتری دارد.
دو انتهای این نوع فنرها (leaf spring)به شکل حلقه خم شده تا بتوان از این طریق ان را به چارچوب اتصال داد،که البته یکی از این اتصال ها ازاد است تا فنر بتواند به راحتی خم شود.
دانستنیها درباره سیستم تعلیق
همانطور که قبلا ذکر شد ، بر خلاف تفکر عامه ، کمک فنر وزن خودرو را ساپورت نمی کند بلکه وظیفه اصلی آن کنترل نوسانات فنرها و حرکات سیستم تعلیق و نگه داشتن چرخ به صورت چسبیده به جاده می باشد . این کار با تبدیل انرژی جنبشی حاصل از نوسانات فنر و سیستم تعلیق و تبدیل آن به انرژی گرمایی ( حرارتی ) در کمک فنر انجام می گردد .
برای ورود به بحث نحوه عملکرد یک کمک فنر ، ابتدا به زبان ساده و بدور از جزئیات به بررسی اساس کار آن پرداخته و سپس به تشریح کلی و تحصصی عملکرد ، اجزا و انواع آن خواهیم پرداخت ؛ یک کمک فنر شامل پیستونی است که در سطح مقطعش سوراخهای ریزی ( این سوراخها را Orifice می نامند ) تعبیه شده و به یک میله فولادی ( Piston Rod ) متصل است ، این پیستون درون یک محفظه بسته ( تیوپ ) فلزی که حاوی یک سیال هیدرولیکی ( عموما روغن ) است ، حرکت می نماید . اطراف محل حرکت میله به داخل و خارج محفظه به وسیله یک کاسه نمد کاملا آب بندی شده و سیال تحت فشار ، امکان خروج از محفظه را دارا نیست .
زمانی که نیرویی بر یک کمک فنر وارد شود ، کمک فنر به اصطلاح در سیکل فشرده شدن قرار گرفته و پیستون می خواهد به سمت پایین ، درون محفظه حرکت نماید ، اما از آنجا که سیال قابلیت فشرده شدن ندارد در مقابل این نیرو مقاومت می کند و چون برای رهایی از این فشار منفذی جز سوراخهای پیستون وجود ندارد ، برای دفع فشار وارده سیال از سوراخهای ریز درون پیستون عبور کرده و به پشت ( بالای )پیستون خواهد رفت ، این حرکت نیز بدلیل ریز بودن Orifice ها به کندی و با تولید حرارت انجام می گردد . همین کاهش سرعت جلوی نوسان فنر را گرفته و تعادل خودرو را برقرار می نماید . برای باز کردن کمک فنر فشرده شده ( سیکل بازشدن ) نیز عملیاتی مشابه سیکل فشرده شدن انجام می شود با این تفاوت که این بار سیال از بالای پیستون می خواهد به زیر پیستون منتقل شود .
میزان مقاومتی که یک کمک فنر از خود نشان می دهد بستگی به سرعت سیستم تعلیق ( دست اندازهای جاده ) همچنین تعداد و سایز Orifice ها دارد.
اما ساختمان کمک فنرهای امروزی تا حدی پیچیده تر از آن چیزی است که در بالا ذکر شد ، تقریبا تمامی کمک فنرهای مدرن امروزی از نوع حساس به سرعت ( Velocity Sensitive ) می باشند ، بدین معنا که در سرعتهای بالای سیستم تعلیق ( جاده های پر دست انداز ) ، کمک فنر مقاومت بیشتر و برعکس در سرعتهای پایین مقاومت کمتری از خود نشان می دهد که این امر نرمی و راحتی رانندگی را بسیار بیشتر می نماید . اما در سیستمی که در بالا بطور ساده بررسی شد یک مشکل بزرگ به چشم می خورد ؛ حجم سیال پایین پیستون ، در هنگامی که پیستون تا انتها بالا آمده ، با حجم سیال بالای پیستون در زمانی که پیستون تا انتها پایین رفته مساوی نیست ، دلیل آن هم وجود میله کمک فنر در بالای پیستون می باشد .
اما این مشکل نیز به روشهای مختلفی در انواع کمک فنرهای موجود حل شده . حال با توجه به توضیحات ارائه شده در بالا به بررسی نحوه عملکرد یک کمک فنر متداول امروزی خواهیم پرداخت :
همانطور که گفته شد کمک فنرها بر اساس جابجایی سیال در دو طرف پیستونی که در یک محفظه ( تیوپ ) حرکت می نماید ، در دو سیکل فشرده شدن و بازگشت ( کشش ) کار می کنند .
سیکل فشرده شدن ( Compression Cycle ) :
در هنگام فشرده شدن یا همان حرکت رو به پایین کمک فنر ، مقداری از سیال از طریق Orifice ها از قسمت B به قسمت A رفته و مقداری نیز از طریق سوپاپ فشردگی ( Compression Valve ) که در کف محفظه کمک فنر قرار دارد به تیوپ ذخیره ( Reserve Tube ) وارد می شود ، دلیل وجود تیوپ ذخیره اختلاف حجم دو قسمت A و B بدلیل وجود میله کمک فنر در قسمت B می باشد ، از اینرو مقدار سیالی که در قسمت B قرار دارد قابل جایگزینی در قسمت A کمک فنر نمی باشد . پس در اثر فشار وارده ، سوپاپ فشردگی باز شده و مقداری از سیال وارد تیوپ ذخیره که در گرداگرد محفظه اصلی و جدای از آن قرار دارد ، وارد می شود .
همانگونه که در ابتدا ذکر شد کمک فنرهای امروزی مجهز به سیستم حساس به سرعت می باشند ، این سیستم برای کنترل جریان سیال در سرعتهای محتلف سیستم تعلیق دارای قطعاتی اضافه در پیستون و سوپاپ فشردگی می باشد ، این قطعات ساده که شامل چند دیسک ( واشر ) ، یک فنر و … می باشد باعث می شوند تا کمک فنر به نسبت سرعت ضربه اعمال شده در ۳ مرحله از خود واکنش نشان دهد ؛ اگر سرعت پایین باشد ، دیسکها در مقابل جریان روغن مقاومت می نماید ، این امر باعث عبور جریان آرامی به صورت نشتی از Orifice ها ، از قسمت B به قسمت A خواهد شد . در سرعتهای بیشتر ، فشار جریان روغن افزایش یافته پیستون را به سمت قسمت B فشار می دهد که باعث باز شدن اندک دیسکهای موجود در پیستون از روی کف پیستون می گردد و سیال با سرعت کم از درون Orifice ها عبور می کند ، اما در سرعتهای بسیار زیاد ، دیسکها تحت فشار وارده باز مانده و سیال نیز با سرعت زیاد از درون Orifice ها عبور می نماید ، اما همزمان با پیستون ، سوپاپ فشردگی موجود در محفظه نیز که عملکرد و ساختمانی مشابه با پیستون دارد ، در همان ۳ مرحله ، حجمی از سیال که قابل جایگیری در قسمت A نیست ( بدلیل وجود میله ) را تحت فشار وارده به تیوپ ذخیره در گرداگرد محفظه اصلی منتقل می نماید .
سیکل باز شدن ( Extension Cycle یا Rebound ) :
باز شدن یا کشش کمک فنر تحت نیروی پتانسیل ذخیره شده در فنر جمع شده ، انجام می گیرد و در اصل این فنر می باشد که با باز شدن خودش کمک فنر را نیز باز کرده و به حالت اولیه اش بر می گرداند . در این سیکل زمانیکه پیستون به سمت بالا کشیده می شود طی همان ۳ مرحله و بر حسب سرعت حرکت سیستم تعلیق ، سیال موجود در قسمت A از طریق Orifice ها به قسمت B منتقل شده و از آنجا که مقدار سیال موجود در قسمت A برای جایگزینی در قسمت B ناکافی است باید مقدار سیالی که در سیکل فشردگی در تیوپ ذخیره ، جمع آوری شده ، وارد عمل شود . از آنجاییکه در این زمان فشار سیال موجود در تیوپ ذخیره بالاتر از فشار سیال موجود در قسمت B می باشد ، باعث باز نمودن سوپاپ فشردگی در کف کمک فنر می گردد و در پی آن سیال از تیوپ ذحیره جریان یافته و وارد قسمت B می گردد تا این قسمت را بطور کامل پر نماید ( باز شدن سوپاپ در این مرحله نیز حساس به سرعت و ۳ مرحله ای است ).
انواع کمک فنرها
دو تیوپه
تک تیوپه
با مخزن بیرونی
دو تیوپه :
در این مدل از کمک فنر ، که همان نوع بررسی شده در بالاست ، یک تیوپ اصلی وجود دارد که پیستون در آن حرکت می نماید و تیوپ دوم که تیوپ ذخیره نام دارد ، در گرداگرد تیوپ اصلی قرار گرفته تا سیال مازاد را در خود جای دهد .
کمک های دو تیوپه انواع متنوعی دارند ، که برخی از لحاظ تکنولوژی منحصر به یک یا چند کارخانه بوده و دارای قیمتهای بالا و کارآییهای خاصی نیز می باشند ، اما انواع متداول آن به شرح زیر می باشند :
دو تیوپه گازی :
گسترش کمک فنرهای گازی باعث ایجاد برتری عمده ای در رانندگی با خودروهای مجهز به این نوع کمک فنر گردیده . این نوع از کمک فنر به مشکلات موجود در کنترل و هدایت خودروهایی که مجهز به شاسی و بدنه یکپارچه هستند یا فاصله چرخهایشان کم است یا نیاز به فشار بالای باد تایرها دارند ، خاتمه بخشیده . این کار تنها با افزودن مقداری گاز نیتروژن با فشار کم در تیوپ ذخیره انجام می گیرد . این در حالی است که تصور عامه بر این است که در کمک های گازی تنها از نوعی گاز استفاده می شود و از روغن خبری نیست . اما چنین نیست ، در این نوع کمک فنر ، گاز ( نیتروژن ) تنها حجم بسیار کمی از حجم مواد موجود در کمک را شامل می شود . فشار نیتروژن درون تیوپ ذخیره نیز ما بین ۱۰۰ تا ۱۵۰ psi می باشد .
یکی دیگر از محاسن نیتروژن جلوگیری از ایجاد کف در کمک فنر است ، این کف ( Foam ) که حاصل ترکیب شدن روغن با هوا ( در کمک فنرهای دو تیوپه هیدرولیکی بجای نیتروژن ، هوا وجود دارد ) است ، قابل فشرده شدن می باشد ، از اینرو باعث اخلال در کار کمک شده و نرمی و راحتی رانندگی را از بین می برد همچنین واکنشهای کمک فنر را با تاخیر مواجه می کند . اما در انواع گازی ، نیتروژن تحت فشار قابلیت ترکیب شدن با روغن را دارا نیست . در صورتی هم که مقادیر کمی هوا در پروسه تولید یا در حین کارکرد کمک وارد آن شده باشد ، بدلیل وجود فشار نیتروژن تنها به صورت حباب در روغن پخش می شود .
دیگر مزیت کمک فنرهای گازی ، بازگشت جزئی آنها پس از فشرده شدن است ، این امر که بدلیل بیشتر بودن سطح مقطع زیر پیستون نسبت به سطح بالای پیستون ( بدلیل وجود میله ) و وجود فشار بالای نیتروژن وارد بر سطح بزرگتر ( زیر پیستون ) اتفاق می افتد ، باعث بالا رفتن ضریب فنر شده ، و تا حدی از پایین رفتن سر خودرو هنگام ترمز گیری ، پایین رفتن عقب خودرو در هنگام شتاب گیری و چپ شدن و انحراف خودرو جلوگیری می نماید.
دو تیوپه هیدرولیکی :
عینا مشابه نوع گازی می باشند ، با این تفاوت که در آنها بجای نیتروژن تحت فشار کم ، از هوا در فشار معولی استفاده می شود ، که مشکلاتی نظیر ایجاد کف در آنها اجتناب ناپذیر است ( نوع هیدرولیکی ، نسل اول کمک فنرهای دو تیوپه محسوب می شوند ، که همینک جای خود را به انواع گازی سپرده اند ) .
دو تیوپه Foam Cell :
در این نوع بجای اینکه اجازه داده شود گاز نیتروژن در تماس با سیال هیدرولیکی ( روغن ) قرار گیرد ، سلولهایی از نیتروژن اشباع شده بکار می رود ، این نوع نیز همانند نوع گازی، از ایجاد کف هوا و روغن جلوگیری می نماید ، اما در صورتی که در دماهای بسیار بالا قرار گیرد ( کارکرد در جاده های با دست انداز بسیار زیاد در مدت زیاد ) پس از سرد شدن دیگر کیفیت اولیه خود را باز نخواهد یافت .
یکی از اشکالات کمک های دو تیوپه ، نداشتن قابلیت نصب شدن به صورت زاویه دار و یا سر و ته می باشد ، این امر باعث می شود ، در مواردی که سازنده با کمبود جا مواجه است امکان استفاده از این نوع کمک را نداشته باشد ، دیگر اشکال کمک های دو تیوپه نیز دفع نشدن کافی گرما به خارج می باشد ، چرا که تیوپ ذخیره مانعی بر سر خروج گرمای تولیدی در پیستون بوده و گرما نیز باعث کاهش ویسکوزیته روغن می گردد ، که این امر کارآیی کمک فنر را کاهش می دهد ( این مشکل در نوع گازی کمتر بوجود می آید ) . کمک های دو تیوپه در اکثر خودروهای سواری ، وانتها ، SUV ها و کامیونهای سبک بکار می رود .
تک تیوپه :
در این نوع از کمک فنر همانطور که از نامش پیداست ، تیوپ ذخیره وجود ندارد ، در درون تیوپ اصلی ۲ پیستون وجود دارد ؛ پیستون متحرک و پیستون جدا کننده ( معلق ) ، پیستون متحرک که به میله کمک فنر متصل است دقیقا مشابه انواع دو تیوپه عمل می نماید ، اختلاف اصلی اینجاست که در این نوع از سوپاپ فشردگی خبری نیست و بجای آن یک پیستون جدا کننده ، محفظه حاوی روغن را از محفظه گاز جدا می نماید ، محفظه زیرین حاوی گاز با فشار ۳۶۰ psi می باشد . در حین کارکرد در سیکل بازشدن ، هنگامی که فشاری بر پیستون متحرک وارد نشود بر اثر فشار نیتروپن زیرین ، بالا آمده و فضای خالی را پر می نماید ، در سیکل فشرده شدن نیز تحت فشار ، پیستون پایین می رود تا کمک تا انتها فشرده شود .
این نوع کمک فنر قابلیت نصب در تمامی حالتها را داراست ، همچنین بدلیل فشار بالای نیتروژن ، بر خلاف دیگر انواع کمک فنر قابلیت ساپورت مقدار کمی از وزن خودرو را نیز دارد . در این نوع بدلیل نبود تیوپ ذخیره مشکل دفع حرارت تولیدی نیز وجود ندارد، در صورت بروز گرما نیز نه تنها کارآیی آن کاهش نمی یابد بلکه در پی افزایش فشار نیتروژن ( در اثر گرما ) بهبود نیز می یابد . همچنین بدلیل نبود تماس بین روغن و گاز یا هوا مشکل تشکیل کف نیز وجود ندارد ، اما عیب این نوع کمک فنر آسیب پذیری آن است چرا که بدلیل نبود تیوپ ذخیره ، در صورت برخورد شیئی خارجی با پوسته کمک و ایجاد فرورفتگی ، پیستون از حرکت باز می ماند . این نوع کمک فنر در بسیاری از خودروهای سواری ، وانتها ، SUV ها و کامیونهای سبک استفاده می شود ، اما قیمت بالاتری نسبت به انواع تک تیوپه دارد .
با مخزن بیرونی :
این نوع که بهترین نوع کمک فنر محسوب می شود ، برای کارهای برجسته ای چون مسابقات اتومبیلرانی و موتورسیکلت رانی بکار می رود و قیمت بالایی نیز دارد . در این نوع ، از یک کمک فنر تک تیوپه سبک و کوچک استفاده می شود که بوسیله یک لوله به مخزنی که در قسمتی جدای از کمک فنر واقع شده و حاوی سیال و گاز می باشد وصل می شود ، درون مخزن یک پیستون جداکننده و یک سوپاپ فشردگی قرار دارد ، از اینرو می توان این نوع را ترکیبی از دو نوع قبلی یعنی دو تیوپه و تک تیوپه دانست .
اشغال فضای کمتر در پشت چرخ ، بدلیل پرتابل بودن مخزن دوم ( در برخی موارد به تیوپ اصلی چسبانده شده ، اما در اکثر موارد جدا می باشد ) ، خنک شدن بهتر و قابل تنظیم بودن ، از مزایای این نوع کمک فنرها محسوب می شود .
چند نکته:
مهندسین خودرو برای بدست آوردن کاراکترهایی چون بالانس ، تعادل و پایداری خودرو در شرایط مختلف ، میزان باز شدن دیسک های پیستون و سوپاپ فشردگی را به نسبت نوع خودرو ، وزن آن و شرایط کارکرد ، تنظیم می نمایند . این میزان باز شدن را Valving Value می نامند و با تغییر فنر موجود در پیستون و سوپاپ فشردگی قابل تغییر می باشد ، از اینرو در صورتی که قصد خرید کمک فنری غیر از نوع استاندارد خودرویتان دارید ، حتما به مقدار Valving Value کمک فنر جدید توجه نمایید تا با قطعه اصلی یکسان باشد .
برخی کمک فنرها به صورت زاویه دار نصب می شو ند که این امر باعث کاهش تاثیر کمک فنر می شود ، اما در مواردی که با کمبود جا مواجه باشند ( چه از نظر کمبود فضا برای قرارگیری در حالت عمودی و چه از نظر ارتفاع باز شدن ) کج کردن زاویه کمک ، اجتناب ناپذیر است . این امر بیشتر در خودروهایی که از فنرهای تخت استفاده می کنند دیده می شود
هر چه قطر محفظه و پیستون ( Bore size ) بیشتر باشد ، فشار داخل تیوپ کمتر شده و دما نیز کاهش می یابد و تعدیل سیستم را بهبود می بخشد ، اما در مواردی که با کمبود جا مواجه باشند افزایش قطر امکان پذیر نیست .
زمان تعویض :
روش قدیمی فشار بر روی گلگیر و توجه به نحوه رفتار کمک فنر هنوز یکی از بهترین روشها برای تشخیص خرابی کمک فنر است ( پس از چند تکان محکم ، دست خود را بر دارید اگر نوسان خودرو بیش از ۱ تا ۵/۱ بار ادامه یافت ، کمک فنر باید تعویض شود .
گسیختگی کاسه نمد باعث نشتی روغن از کمک فنر می شود ، هر گاه نشتی از کمک فنر دیده شد ، زمان تعویض آن است .
وجود مشکل در هندلینگ خودرو و انحراف در پیچها می تواند بر اثر خرابی کمک فنرها باشد .
یک کمک فنر خوب ، به نسبت خرابی جاده هایی که خودروی شما در آنها حرکت می کند ؛ باید بین ۱۳۰ تا ۱۶۰ هزار کیلومتر کار کند ، اما این را نیز بدانید که شرایط یک کمک فنر نو بسیار متفاوت با کمک فنری است که بطور مثال ۱۰۰ هزار کیلومتر کار کرد دارد .
همیشه کمک فنرها را به صورت جفت تعویض نموده و از تعویض تکی آنها خودداری نمایید .
انواع فنرها
۵ نوع عمده فنر در وسایل نقلیه مورد استفاده قرار می گیرد
۱- فنر مارپیچ ( Coil Spring ) :
نوع معمول و شناخته شده فنر می باشد ، که یک میله پیچیده شده ( حلقه شده ) فولادی است ، قطر و ارتفاع حلقه ، قدرت و مقاومت فنر را تعیین مینماید . افزایش قطر میله ، باعث افزایش قدرت فنر می گردد ، در حالیکه افزایش طول آن باعث افزایش انعطاف پذیریش خواهد شد .
مقدار وزنی که برای فشردن یک فنر مارپیچ به میزان ۱ اینچ لازم است را نرخ فنر ( Spring Rate ) می نامند . این مقدار برای اندازه گیری قدرت فنر استفاده می شود و می توان آنرا نرخ فشردگی فنر نیز اطلاق کرد . برای مثال اگر ۱۰۰ پاند وزن لازم باشد تا فنری با حلقه های مساوی در ارتفاعش ۱ اینچ فشرده شود ، برای اینکه همین فنر ۲ اینچ فشرده شود نیاز به ۲۰۰ پاند وزن می باشد اما این فرمول فقط برای فنرهایی صادق است که فشردگی حلقه های یکسانی دارند ، در فنرهای پیشرفته ( Progressive Springs ) ، یک فنر دارای نرخ های مختلف در نقاط مختلفش می باشد . این فنرها به دو روش ساخته می شوند ، در روش اول ، فنر در قسمتهای مختلف از ارتفاعش ، دارای ضخامتهای مختلفی است ، و در نوع دوم که نوع متداولتری است فشردگی فنر در قسمتهای بالاتر بیشتر است . اصولا فنرهای چند نرخی باعث می شوند تا در زمان خالی بودن خودرو ، قسمتی که دارای نرخ کمتری است وارد عمل شده و سواری نرمتری را فراهم نماید و در هنگام اعمال وزن نیز قسمت با نرخ بالا وارد عمل شده و ساپورت و کنترل بهتری را برای وسیله نقلیه فراهم می سازد .
محاسن : فنرهای مارپیچ به هیچ تنظیمی نیاز نداشته و اکثرا بدون خرابی می باشند
معایب : این نوع فنها از لحاظ تحمل وزن محدودیت داشته همچنین احتمال ضعیف شدنشان هم وجود دارد ، که این امر باعث بر هم حوردن تنظیم هندسی و ارتفاع خودرو و فرسودگی تایرها و دیگر قطعات خودرو می شود . با اندازه گیری ارتفاع خودرو و مقایسه آن با میزان مشخص شده ، می توان از ضعیف شدن فنرها آگاه شد .
موارد مصرف : این نوع فنر ، در اغلب خودروهای سواری امروزی ، استفاده می گردد .
۲- فنر تخت ( Leaf Spring ) :
فنرهای تخت که در دو نوع تک ورقی و چند ورقی عرضه می شوند ، این فنرها مانند فنرهای مارپیچ برای جذب ضربه جمع نمی شوند ، بلکه خم می شوند . نوع چند ورق شامل چند صفحه فولادی انعطاف پذیر با طولهای مختلف می باشد که بر روی یکدیگر قرار گرفته اند و در مواجه با ضربات جاده خم شده و بر روی یکدیگر می لغزند. در نوع تک ورق نیز که عمدتا از نوع باریک شونده می باشد ، تنها یک ورق فنری که در وسط کلفت تر از طرفین می باشد ، مورد استفاده قرار می گیرد ، این نوع از فنرهای تخت عمدتا از کامپوزیتها ساخته می شوند اما نوع فولادی آنها نیز یافت می شود . فنرهای تخت عمدتا به صورت مجزا برای هر چرخ استفاده می شوند که در طول خودرو و در زیر هر چرخ نصب می شوند ، اما برخی کارخانجات نیز ، از نوع متقاطع ( ضربدری ) آن برای هر دو چرخ استفاده می کنند . فنرهای تخت بوسیله یک رابط U شکل به اکسل خودرو متصل می شوند و از دو طرف نیز به شاسی وصل می گردند .
محاسن : این نوع از فنرها توانایی ساپورت وزنهای زیاد را دارا بوده و سواری نرمتری را برا ی خودروهای سنگین به ارمغان می آورند
معایب : نیاز به جای زیاد ، وجود اصطحکاک بین ورقه های فنر و ایجاد صدای ناشی از لغزش فنرها بر روی یکدیگر ( با نصب ورفهای پلاستیکی بین ورقه های فنر قابل حل است ) و همچنین نیاز به سرویس و نگهداری از معایب این فنرها محسوب می شود .
موارد مصرف : این نوع از فنرها بیشتر در خودروهای سنگین ، وانت بارها ، برخی SUV ها ( در مورد وانتها و SUV های جدید فقط برای چرخهای عقب استفاده می شود ) و حتی برخی خودروهای سواری قدیمی نظیر پیکان دیده می شود .
۳- میله پیچشی ( Torson Bar ) :
در این نوع از فنر ، میله فولادی نه جمع شده و نه خم می شود بلکه در خود می پیچد ، میله پیچشی که یک میله صاف یا L شکل است به صورت عرضی در یک سمت به شاسی وصل شده و در سمت دیگر به قسمت متحرکی از سیستم تعلیق متصل می شود ، در هنگام مواجه با ضربه ، میله پیچشی در خود پیچ خورده ( می تابد ) و رفتار یک فنر را از خود بروز می دهد ( حرکت این نوع فنر مانند زمانی است که برای آبکشیدن یک لباس آنرا با دو دست می پیچانیم ).
میله های پیچشی برای تبدیل حرکت عمودی خودرو به حرکت پیچشی در سطح افقی خود ، در یک سمت شیاردار می باشند .
محاسن : قیمت کمی دارند نیاز به تعمیر و نگهداری ندارند ، قابل تنظیم بوده و فضای کمی نیز اشغال می کنند از اینرو در مواردی که فضای کافی برای فنر مارپیچ وجود نداشته باشد ، از این نوع استفاده می گردد .
معایب : راحتی و نرمی حاصل از فنرهای مارپیچ را دارا نیست
موارد مصرف : اصولا برای اکسل عقب خودروها طراحی شده ، در خودروهای موجود در کشور بر روی اکسل عقب پژو ۲۰۶ و ۲۰۵ موجود می باشد.
– فنر هوایی ( Air Spring ) :
نوع دیگری از فنرها می باشد که در حال رواج یافتن می باشند . فنر هوا یک سیلندر لاستیکی است که با هوای فشرده پر شده و پیستونی که به اتصالات پایین چرخ متصل است با حرکت خود در این سیلندر باعث فشردگی هوا و ایجاد حالت فنریت خواهد شد . اگر میزان وزن خودرو تغییر نماید نیز ، یک والو در بالای سیلندر هوا باز شده تا به مقدار هوای داخل سیلندر بیفزاید ( یک کمپرسور این هوا را تامین می نماید ) و این امر باعث خواهد شد تا خودرو با وجود افزایش بار وارده ، در ارتفاع ثابت خود باقی بماند .
محاسن : نرمی بسیار بالا مانند غوطه وری در هوا
معایب : پیچیدگی سیستم و قیمت بالای آن
موارد مصرف : برای خودروهای سواری ، وانت ها و کامیونهای سبک در حال رایج شدن می باشد .
۵- فنر لاستیکی ( Rubber Spring ) :
این نوع فنر که توسط دکتر Alex Moulten ابداع شد ، از یک لاستیک فشرده انعطاف پذیر تشکیل شده .
محاسن : سبک بوده و جای کمی می گیرد
معایب : قابلیتهای فنرهای فولادی را دارا نیست و بسیار ضعیفتر از آنهاست
موارد مصرف : اولین بار بر روی خودروهای مینی استفاده شد ، اما همینک در کمتر خودرویی بکار می رود و تنها برای دوچرخه ها و موتورهای مسابقه و صخره نوردی استفاده می شود .
نقش تایرها درسیستم تعلیق
تایرها فنرهایی هستند که به چشم نمی آیند ؛ تایرها نوعی فنر هوا می باشند که تمامی وزن خودرو را تحمل می کنند . فعالیت فنری تایرها روی کیفیت سواری و هندلینگ خودرو بسیار مهم می باشد ، و بطور کل تایرها به عنوان عضو اصلی اجزاء موثر در کیفیت رانندگی ، محسوب می شوند . سایز ، ساختمان ، ترکیب و تورم احتمالی در کیفیت رانندگی بسیار موثر می باشد .
شاسی خودرو
به طور کلی خودرو از سه قسمت اصلی تشکیل شده که عبارتند از:
1- بدنه 2- موتور 3- شاسی
بدنه خودرو:
بدنه ی خودروهای سواری از قسمتهای مختلفی مثل اسکلت جوشکاری شده،درها، گلگیرها،سقف و غیره تشکیل شده است ولی بدنه ی خودروهای باری شامل اتاق راننده و اتاق بار است.
تعریف موتور:
مجموعه ای از قطعات مکانیکی است که انرژی شیمیایی به انرژی حرارتی و مکانیکی تبدیل می شود یا به عبارت دیگر موتور دستگاهی است که با مصرف سوخت، قدرت و حرکت تولید می کند.
شاسی خودرو:
شاسی در اصل یک چهارضلعی است و از فولاد سخت به شکل ناودانی ساخته می شود که قسمتهایی مثل موتور، سیستم انتقال قدرت، سیستم فنربندی و سیستم ترمز و فرمان روی ان نصب می شود، مانند بسیاری از اتومبیلهای سواری قدیمی و خودروهایی مثل جیپ و کامیون و اتوبوس ها را می توان نام برد.
شاسی در شکلهای مختلفی وجود دارد. یک نوع شاسی را مستقل می گویند که از دو تکه ناودانی بلند از جنس فولاد سخت ولی سبک که به صورت موازی به هم وصل می شوند تشکیل شده است. این دو تکه به وسیله ی دو رام در دو سر به یکدیگر متصل می شوند. شاسی معمولا در قسمت عقب کمی بالاتر امده است و این به خاطر ایجاد فضای بیشتر برای دیفرانسیل و فنرهاست و در قسمت جلو کمی باریکتر ساخته می شود که این نیز به خاطر فرمان دهی بهتر است. در بعضی از اتومبیلهای قدیمی برای استحکام شاسی در چند نقطه به رام های زیادتری مجهز می شوند. در صورتی که در اتومبیلهای جدید رامهای تقویتی وسطی به کار برده نمی شوند. بلکه اتاق را محکم با بستهای خوب به شاسی متصل می کنند.
ولی در نوع دیگر شاسی به اسم شاسی های سر خود، شاسی، در واقع جزئی از اسکلت اتاق است.(برای سبکتر بودن وزن اتومبیل و به خاطر اینکه نیروی محرکه ی ان افزایش پیدا کند.) در طراحی شاسی سر خود از ورقهای نازک فلزی که انها را به روش شکل دادن(پروفیل) تولید می کنند، استفاده می کنند. البته قسمتهایی از شاسی مثل کف و محوطه ی موتور و همچنین تکیه گاه های محورهای جلو و عقب که بیشترین نیرو و فشار بر انها اعمال می شود باید از ورقهایی که ضخامت بیشتری دارند، درست شوند. ضخامت ورقها معمولا 2 تا 3 میلیمتر است و به گونه ای جوش داده می شوند که از استحکام خوبی برخوردارند. خودروهای سواری در مقایسه با خودروهای سنگین نیروی کمی را تحمل می کنند و روی شاسی انها بار استاتیکی کمتری وارد می شود. بنابر این خودروهای سواری می توانند با سرعت زیاد حرکت کنند و اصولا طراحی شاسی سر خود به همین منظور بوده است.
بنابر این شاسی خودرو را به دو دسته ی کلی خودروهای شاسی و بدنه جدا از هم و نوع دوم خودروهای شاسی سرخود یا شاسی بدنه ی یکپارچه می نامند.
سیستم تعلیق هیدرولیکی یا hydraulic Suspension چیست؟
کاربرد سیستم های هیدرولیک در طراحی خودروها با جایگزینی ترمز هیدرولیکی بجای ترمزهای مکانیکی نوع کابلی و یا اهرمی آغاز شد. در این سیستم و با توجه به قابلیت های انعطاف پذیری مایعات و با ایجاد فشار روی مایع امکان انتقال نیروی ترمز به تمام چرخها بوجود آمد. بعدها از سیستم هیدرولیک و به روش مشابهی با ترمزهای هیدرولیکی در مکانیزم کلاچ خودروها استفاده شد. در ادامه روند توسعه تکنولوژی در ساخت خودروها، کاربرد هیدرولیک وسعت بیشتری یافت و در سیستم های دیگر خودرو مانند جذب کننده ضربات (کمک فنر)، فرمانهای هیدرولیکی و گیربکس اتوماتیک بکار گرفته و متداول شد.
ایده بکارگیری سیستم هیدرولیک در مکانیزم تعلیق خودروها اولین بار در سال 1952 در شرکت خودرو سازی سیتروئن مطرح شد. طراحان شرکت سیتروئن در طراحی و ساخت سیتروئن مدل DS19 از تمام مکانیزم های هیدرولیکی که تا آن زمان ابداع شده بود استفاده کردند. آنها در طرح این خودرو بجای استفاده از سیستم های هیدرولیکی متعدد و مستقل برای هر کدام از مکانیزم ها، اقدام به طراحی یک سیستم هیدرولیکی مرکزی نمودند. به این ترتیب از نصب پمپ، مخزن و روغن و مکانیزم های جداگانه خودداری کرده و یک مجموعه مشترک و اصلی جایگزین تجهیزات فوق گردید. این سیستم هیدرولیک مرکزی و مشترک چندین زیر مجموعه که هر کدام عمل مستقلی در خودرو انجام می دادند را تغذیه می کرد. این طرح باعث آسانتر شدن طراحی و یکپارچگی بیشتر خودرو گردید. میزان قابل توجه توان هیدرولیکی که توسط موتور برای سیستم هیدرولیک این خودرو در نظر گرفته شده بود به طراحان آزادی عمل و ابتکار بیشتری می داد. در اینجا بود که ایده بکارگیری سیستم هیدرولیک در مکانیزم تعلیق نه فقط بعنوان ضربه گیر (کمک فنر) بلکه بعنوان یک سیستم تعلیق کاملاً هیدرولیکی شکل گرفت. طراحان سیتروئن به این فکر افتادند که می توانند بجای استفاده از روشهای متداول در سیستم تعلیق، یعنی استفاده از انواع فنرها و یا میله های پیچشی که تا آن زمان بکار می رفت، سیستم هیدرولیکی جدیدی را جایگزین کنند که ضمن تحمل بار خودرو عمل ضربه گیری را نیز انجام دهد.
این یک طرح آزمایشی بود که در سال 1955 روی خودروی سیتروئن مدل DS19 نصب گردید. این روش بطور باورنکردنی باعث نرمی خودرو و بی تکان شدن رانندگی شده بود و ویژگی را بوجود آورده بود که به هیچ وجه با روشهای متداول سیستم تعلیق قابل تصور نبود. جالب ترین ویژگی در این خودرو امکان تغییر و تنظیم ارتفاع بود. برای این کار با تنظیم حجم روغن ارسالی به جک های هیدرولیکی که جایگزین فنر شده بودند امکان بالا و پایین بردن اتاق خودرو نسبت به سطح جاده بوجود آمده بود. از ویژگیهای دیگر این خودرو تراز اتوماتیک سطح ماشین هنگام قرار گرفتن در سطوح ناهموار بود و این عمل با توجه به موقعیت بازوهای سیستم تعلیق نسبت به بدنه و تغییر اتوماتیک حجم روغن در جک های خودرو انجام می گردید.
طراحان DS19 به مرور زمان تغییرات زیادی در سیستم هیدرولیک نمونه اولیه ایجاد کردند ولی آنچه که اهمیت داشت بکارگیری روش کاملاً جدیدی از کاربرد هیدرولیک در خودرو بود که قبلاً هرگز انجام نشده بود.
اصول کار سیستم تعلیق هیدرولیکی که در بعضی مواقع بنام هیدروپنوماتیک نیز از آن نام برده می شود بر اصل تراکم پذیری گازها و غیرقابل تراکم بودن مایعات بنا نهاده شده است. هر کدام از جک های بکار برده شده در سیستم تعلیق که جایگزین فنرهای معمولی شده اند شامل یک سیلندر و پیستون ساده و یک مخزن یا انباره که تحت فشار گاز نیتروژن است و در بالای جک نصب می شود هستند. روغن هیدرولیک می تواند بین جک و انباره حرکت رفت و برگشت داشته باشد. وزن بدنه خودرو که روی چرخها وارد می شود باعث بالا آمدن پیستون در سیلندر شده و در نتیجه خروج روغن از جک و ورود آن را به انباره در پی خواهد داشت. با اضافه شدن روغن به انباره تراکم گاز نیتروژن حبس شده در داخل انباره افزایش می یابد تا با وزن خودرو به تعادل برسد. به این ترتیب گاز نیتروژن داخل انباره با متراکم شدن بیشتر مانند یک فنر عمل می کند. با قرار دادن یک اورفیس (مجرای تنگ) بین پیستون و انباره سرعت نوسان پیستون کاهش داده می شود و ضربات ناشی از سطوح ناهموار جذب می گردد، عملی که در خودروهای معمولی توسط کمک فنر انجام می شود.
در مدلهای جدید خودروهای شرکت سیتروئن که با نام زانتیا به بازار معرفی شده اند. نمونه های بسیار پیشرفته و جدیدی از سیستم های هیدرولیکی نصب شده اند در این خودرو قابلیت های متعددی ایجاد گردیده است. کنترل الکترونیکی زانتیا که به آن هیدرواکتیو می گویند به سیستم اجازه می دهد که مکانیزم تعلیق آن برای جذب ضربات متناسب با وضعیت ناهمواری جاده تغییر کند در اکسل های بکار گرفته شده در این خودروها بجز انباره های بالای جکها یک انباره در مرکز اکسل نصب شده است و با وصل شدن و یا قطع شدن ارتباط این انباره به مدار تعلیق هیدرولیکی ماشین میزان نرمی و یا سفتی حرکتهای بدنه تغییر می کند برای این منظور با قرار دادن تعدادی سنسور شرایط مختلف رانندگی مانند سرعت ماشین، سرعت و میزان فرمانگیری، نوسانات مربوط به جاده، شتابگیری و یا توقف را دریافت و به کامپیوتر دستگاه ارسال می کنند و بعد از پردازش داده های ورودی سیگنال ارسالی از کامپیوتر به شیر برقی تعبیه شده در مدار هیدرولیک ارسال می شود و از طریق این شیر رگلاتورهای کنترل نرمی (stiffness regulator) مقدار دهانه اورفیس بین جکهای دو طرف اکسل و انباره مرکزی را تغییر می دهند، در نتیجه مقدار و سرعت تبادل روغن بین جکها و انباره تغییر کرده و به این ترتیب شدت نوسانات جک ها متناسب با شرایط جاده تنظیم می گردد. با این روش ترکیب بی نظیری از سواری راحت و کنترل بالای جاده ای ایجاد می گردد با اضافه شدن امکانات جدید الکترونیکی سطح تراز دستگاه با توجه به سرعت فرمانگیری و پیچ های تند، شتاب گیری و ترمزهای ناگهانی حفظ می گردد و در سخت ترین شرایط رانندگی راحتی سرنشینان و امکان کنترل خودرو را به حداکثر می رساند و تمام این قابلیت ها با توجه به بکارگیری سیستم تعلیق هیدرولیکی خودرو امکان پذیر شده است.
امروزه از سیستم های تعلیق هیدرولیکی در بسیاری از ماشین آلات سنگین و خودروهای نظامی استفاده می شود
جایی که بکارگیری سیستمهای مرسوم فنری مشکلات فراوانی به همراه دارد و کیفیت و کارایی لازم را نیز نخواهد داشت بگونه ای که تصور عدم استفاده از سیستم تعلیق هیدرولیکی در ماشین آلاتی نظیر کامیونهای معدن و بسیاری از جرثقیل های غول پیکر و تریلرهای بزرگ با تعداد چرخهای فراوان تا حدودی غیرممکن بنظر می رسد.
آشنایی با پنوماتیک
پنیوماتیک یکی از انواع انرژی هایی است که در حال حاضر از آن استفاده وافر در انواع صنایع می شود و می توان گفت امروزه کمترکارخانجات یا مراکز صنعتی را می توان دید که از پنیوماتیک استفاده نکند و در قرن حاضر یکی از انواع انرژی های اثبات شده ای است که بشر با اتکا به آن راه صنعت را می پیماید.
پنیوما در زبان یونانی یعنی تنفس باد و پنیوماتیک علمی است که در مورد حرکات و وقایع هوا صحبت می کند امروزه پنیوماتیک در بین صنعتگران به عنوان انرژی بسیار تمیز و کم خطر و ارزان مشهور است و از آن استفاده وافر می کنند.
خواص اصلی انرژی پنیوماتیک به شرح زیر است:
عامل اصلی کارکرد سیستم پنیوماتیک هواست و هوا در همه جای روی زمین به وفور وجود دارد.
هوای فشرده را می توان از طریق لوله کشی به نقاط مختلف کارخانه یا مراکز صنعتی جهت کارکرد سیستم های پنیوماتیک هدایت کرد.
هوای فشرده را می توان در مخازن مخصوص انباشته و آن را انتقال داد یعنی همیشه احتیاج به کمپرسور نیست و می توان از سیستم پنیوماتیک در مکان هایی که امکان نصب کمپرسور وجود ندارد نیز استفاده نمود .
افزایش و کاهش دما اثرات مخرب و سوئی بر روی سیستم پنیوماتیک ندارد و نوسانات حرارتی از عملکرد سیستم جلوگیر ی نمی کند.
هوای فشرده خطر انفجار و آتش سوزی ندارد به این دلیل تاسیسات حفاظتی نیاز نیست.
قطعات پنیوماتیک و اتصالات آن نسبتا ً ارزان و از نظر ساختمانی قطعاتی ساده هستند لذا تعمیرات آنها راحت تر از سیستم های مشابه نظیر هیدرولیک می باشد.
هوای فشرده نسبت به روغن هیدرولیک مورد مصرف در هیدرولیک تمیز تر است و به دلیل این تمیزی از سیستم پنیوماتیک در صنایع دارویی و نظایر آن استفاده می شود .
سرعت حرکت سیلندر های عمل کننده با هوای فشرده در حدود 1 الی 2 متر در ثانیه است و در موارد خاصی به 3 متردر ثانیه می رسد که این سرعت در صنایع قابل قبول است و بسیاری ازعملیات صنعتی را می تواند عهده دار شود.
عوامل سرعت و نیرو در سیستم پنیوماتیک قابل کنترل و تنظیم است .
عناصر پنیوماتیک در مقابل بار اضافه مقاوم بوده و به آنها صدمه وارد نمی شود مگر اینکه افزایش بار سبب توقف آنها گردد .
تعمیرات و نگه داری سیستمای پنیوماتیک بسیار کم خطر است زیرا در انرژی های قابل مقایسه نظیر برق خطر جانی و آتش سوزی و در هیدرولیک انفجار و جانی وجود دارد اما در پنیوماتیک خطر جانی به صورت جدی وجود ندارد وآتش سوزی اصلا ً وجود ندارد و بدین دلیل در صنایع جنگ افزارسازی از سیستم تمام پنیوماتیک استفاده می شود .
معایب سیستم پنیوماتیک به شرح زیر است:
چون سیال اصلی مورد استفاده در سیستم پنیوماتیک هوای فشرده و جهت تهیه هوای فشرده باید با کمپرسور آن را فشرده کرد همراه هوای فشرده شده مقداری رطوبت وناخالصی هوا ومواد آئروسل وارد سیستم شده و سبب برخی خرابی در قطعات می شود لذا باید جهت تهیه هوای فشرده فیلتراسیون مناسب استفاده نمود .
هزینه استفاده از هوای فشرده تا حد معینی اقتصادی می باشد و این میزان تا وقتی است که فشار هوا برابر 7 بار و نیروی حاصله با توجه به طول کورس و سرعت حداکثر بین 20000 تا 30000 نیوتن می باشد .
به طور خلاصه می توان گفت که جهت قدرت های فوق العاده زیاد مقرون به صرفه تر است از نیروی هیدرولیک استفاده شود .
هوای مصرف شده در سیستم پنیوماتیک در هنگام تخلیه از سیستم دارای صدای زیادی است که این مسئله نیاز به کاربرد صدا خفه کن را الزامی می کند.
به علت تراکم پذیری هوا به خصوص در سیلندر های پنیوماتیکی که زیر بار قرار دارند امکان ایجاد سرعت ثابت و یکنواخت وجود ندارد که این مسئله از معایب پنیوماتیک به شمار می رود اما قابل ذکر است که اخیرا ً یک نوع سیلندر که بجای شفت سیلندر از نوار لاستیکی استفاده می کند ساخته شده است که این عیب را بر طرف می کنند .
به طور کلی در مقایسه مزایا و معایب پنیوماتیک می توان گفت با توجه به مزایای بسیار نسبت به معایب کمتر می توان از پنیوماتیک بعنوان یک انرژی شایسته در صنایع استفاده کرد به خصوص با توجه به مزیت تمیزی سیستم تعمیر و نگه داری راحت تر ، نداشتن خطر جانی جهت پرسنل عملیاتی و تعمیراتی در سیستم که در سیستم های دیگر نظیر الکتریک و هیدرولیک وجود ندارد ضمنا ٌ این سیستم بی همتاست و گاهی فقط از این سیستم در جهت عملیات تولیدی باید استفاده شود نظیر : صنایع غذایی ، دارویی ، جنگ افزار که حتما ً عملیات تولیدی توسط سیستم پنیوماتیک انجام می پذیرد.
انرژی باتری و بنزین:
بازده یک ماشین بنزینی به طور حیرت آوری کم است. همه گرمایی که از اگزوز بیرون می آید یا بدرون رادیاتور می رود، انرژی تلف شده است. موتور نیز انرژی زیادی را برای گرداندن پمپهای گوناگون، فنها و ژنراتورهایی که حرکت آنرا حفظ می کنند، مصرف می کند. بنابراین بازده کلی یک خودرو با موتور بنزینی حدود 20 درصد است. یعنی فقط 20 درصد از انرژی گرمایی موجود در بنزین تبدیل به کار (انرژی) مکانیکی می شود.
یک ماشین الکتریکی با باتری، بازده بالا و خوبی دارد. بازده باتری حدود 90 درصد است(اکثر باتریها کمی گرما تولید می کنند یا نیاز به گرم شدن دارند.) و یک موتور الکتریکی حدود 80 درصد بازده دارد، که بازده کلی حدود 72 درصد به ما می دهد.
ولی این تمام داستان نیست. الکتریسیته که برای برقرسانی به ماشین استفاده می شود، جایی باید تولید شود. اگر در یک نیروگاه حرارتی با فرآیندی مثل فرآیند هسته ای یا نیروگاههای برق آبی، خورشیدی یا بادی تولید شود، آنوقت فقط 40 درصد از سوخت مصرفی نیروگاه، به الکتریسیته تبدیل می شود. فرآیند شارژ کردن ماشین احتیاج به تبدیل جریان متناوب (AC) به جریان مستقیم (DC) دارد. این فرآیند بازده ای در حدود 90 درصد دارد.
بنابراین، اگر به کل چرخه بنگریم، بازده یک ماشین الکتریکی حدود 72 درصد برای ماشین، 40 درصد برای نیروگاه برق و 90 درصد برای شارژ ماشین است. که به ما بازده کلی حدود 26 درصد می دهد. بازده کلی بسته به اینکه از چه نوع نیروگاهی برای تولید برق استفاده می شود متفاوت است. مثلاً اگر الکتریسیته مورد نیاز ماشین توسط یک نیروگاه برق- آبی تامین شود، هیچ هزینه ای نخواهد داشت (ما هیچ سوختی برای تولیدش نمی سوزانیم) ، و بازده ماشین برقی حدود 65 درصد می شود.
شاید شما از اینکه این سه فناوری چقدر به هم نزدیکند غافلگیر شده باشید. این امتحانها اهمیت در نظر گرفتن کل سیستم ، نه فقط خودرو را نشان می دهند. حتی می توان پا را فراتر از این گذاشته و بپرسیم که بازده تولید بنزین، متانول یا ذغال سنگ چقدر است.
در هر صورت، بازده تنها عامل مورد توجه نیست. مردم فقط به خاطر اینکه ماشینی بیشترین بازده را دارد، با آن رانندگی نمی کنند. آنها عاملهای بسیار دیگری را نیز مورد توجه قرار می دهند. آنها می خواهند بدانند که:
* آیا ماشین مورد نظرشان براحتی سوخت گیری می شود؟
* آیا مسافت خوبی را بدون سوخت گیری مجدد می تواند طی کند؟
* آیا می تواند به سرعت ماشینهای دیگر در جاده برسد؟
* چقدر آلودگی تولید می کند؟
این لیست، البته ادامه دارد. در آخر فناوریی پیروز می شود که بین بازده و عملکرد، اعتدال ایجاد کند.
چندین فناوری دیگر برای سلولهای سوختی وجود دارد که برای مصارف تجاری در حال توسعه می باشند:
* سلول سوختی قلیایی (AFC) : این یکی از قدیمی ترین طرح ها است. این سلول سوختی در برنامه فضایی ایالات متحده ، از دهه 1960 مورد استفاده قرار گرفته است. AFC بسیار مستعد تولید آلودگی است، بنابراین به هیدروژن و اکسیژن خالص نیاز دارد، همچنین بسیار گران است، بنابراین این نوع سلول سوختی برای مصارف تجاری مناسب نیست.
* سلول سوختی اسید فسفریک (PAFC) : سلول سوختی اسید فسفریک پتانسیل استفاده در سیستم های نیروگاههای کوچک تولید برق را دارد. در دمای بالاتری نسبت به سلولهای سوختی PEM کار می کند، بنابراین زمان بیشتری طول می کشد تا گرم شود. این خاصیت آن را برای استفاده در خودروها نامناسب می کند.
* سلول سوختی اکسید جامد (SOFC) : این نوع سلولهای سوختی برای نیروگاههای تولید برق در مقیاس بزرگ مناسبترین نوع هستند که می توانند برق کارخانه ها یا شهرهای کوچک را تامین نمایند. این نوع سلولهای سوختی در دمای بسیار بالا (در حدود 1832◦F، 1000◦C ) کار می کنند. این دمای بالا، درجه اطمینان را پایین می آورد، اما همچنان سودمند است. بخار آبی که توسط سلول سوختی ایجاد شده است می تواند به توربینها هدایت شود تا الکتریسیته بیشتری تولید شود. این امر بازده کلی سیستم را بهبود می بخشد.
* سلول سوختی کربنات مذاب (MCFC) : این سلولهای سوختی نیز برای تولید نیروگاههای برق بزرگ بسیار مناسب هستند. در دمای 1112◦F (600◦C) کار می کنند، بنابراین آنها نیز بخار آب تولید می کنند که می تواند برای تولید برق بیشتر استفاده شود. این سلولهای سوختی در دمای کمتری نسبت به SOFC ها کار می کنند؛ یعنی آنها نیازی به مواد و ابزار پیچیده ندارند، که این امر، طرح را کمی ارزانتر می کند.همانطور که بحث شد، سلولهای سوختی در شماری کاربردها می توانند مورد استفاده قرار گیرند. هر کاربرد پیشنهادی موضوعات و بحث و جدالهای خود را دارد. نگاهی به این کاربردهای مختلف می اندازیم . با اتومبیل شروع می کنیم:
ماشینهایی با سلول سوختی در آینده ای نزدیک به تدریج جایگزین ماشینهای بنزینی و دیزلی خواهند شد. ماشینی با سلول سوختی بسیار شبیه ماشین الکتریکی خواهد بود ، ولی با یک سلول سوختی و مبدل به جای باتری ها. به احتمال زیاد ، شما باک ماشین سلول سوختی خود را با متانول پرخواهید نمود؛ اما برخی شرکتها روی مبدلهای گازوئیلی کار می کنند. شرکتهای دیگر امید دارند تا مبدل را – با طراحی ابزار پیشرفته برای ذخیره سازی هیدروژن – به طور کامل کنار بگذارند.
سلولهای سوختی همچنین برای استفاده در لوازم الکتریکی قابل حمل، لپ تاپ ها، تلفنهای همراه و حتی سمعک ها مناسب به نظر می رسند. در این کاربردها، سلول سوختی عمری بسیار طولانی تر از باتری خواهد داشت، و شما همچنین قادر خواهید بود که آنها را سریعاً با یک سوخت مایع یا گازی شارژ کنید.
برای اطلاعات بیشتر در زمینه سلولهای سوختی دستی و سبک لینکهای زیر را ملاحظه بفرمایید:
• Tiny Fuel Cell to Power Sensors
• New Bicycle Powered by Fuel Cells
اتوبوسهایی که با سلول سوختی کار می کنند در حال حاضر در چند شهر وارد سیستم حمل و نقل عمومی شده اند. اتوبوس یکی از اولین کاربردهای سلول سوختی بود چرا که در آغاز، سلولهای سوختی برای تولید برق کافی برای براه انداختن یک وسیله نقلیه باید بزرگ می بودند. حدود یک سوم اولین اتوبوسی که با سلول سوختی کار می کرد با خود سلول سوختی و تجهیزاتش اشغال شده بود. هم اکنون چگالی توان آنقدر افزایش یافته که یک اتوبوس با یک سلول سوختی بسیار کوچک حرکت کند.
برای اطلاعات بیشتر در زمینه اتوبوسهایی که با سلول سوختی کار می کنند لینک MSNBC: Getting on board the fuel-cell bus را ملاحظه بفرمایید.
تولید برق خانگی یک کاربرد محتمل سلول سوختی است که هم اکنون در بعضی مناطق موجود است. جنرال الکتریک یک سیستم ژنراتور سوختی را معرفی می کند که توسط پلاگ پاور (Plug Power company) ساخته شده است. این سیستم با استفاده از یک مبدل گاز طبیعی یا پروپان تا 7 کیلووات توان تولید می کند (که برای بیشتر خانه ها کافی است). سیستمی شبیه به این، الکتریسیته و مقدار قابل ملاحظه ای گرما تولید می کند، بنابراین این امکان وجود دارد که این سیستم آب خانه شما را گرم کند و کمکی برای گرم کردن خانه بدون مصرف انرژی اضافی باشد.
برای اطلاعات بیشتر در زمینه تولید برق خانگی با سلول سوختی لینکهای زیر را ملاحظه بفرمایید:
• plug power
• General Electric
• IdaTech
برخی از فناوری های سلولهای سوختی قابلیت این را دارند که جایگزین نیروگاههای احتراقی شوند. سلولهای سوختی بزرگ توانایی این را خواهند داشت که الکتریسیته را با بازده بیشتری نسبت به نیروگاههای فعلی تولید کنند. فناوری های در حال توسعه سلولهای سوختی برای این نیروگاهها، الکتریسیته را مستقیماً از هیدروژن (درون سلول سوختی) تولید خواهند کرد. همچنین از گرما و آبی که در سلول تولید شده برای چرخاندن توربینهای گازی ، استفاده کرده و در نتیجه حتی الکتریسیته بیشتری نیز تولید خواهند کرد.
هم اکنون سلولهای سوختی بزرگ و قابل حملی برای تامین برق اضطراری و پشتیبانی بیمارستانها و کارخانجات موجود هستند.
سلول سوختی
شما احتمالاً به تازگی چیزهای زیادی درباره سلولهای سوختی شنیده اید. بر اساس بسیاری از گزارشهای جدید، ممکن است به زودی از این فناوری(که با آن صرف جویی زیادی در انرژی می شود)،برای تولید برق لازم خانه ها و ماشینهایمان استفاده کنیم.
این فناوری برای مردم در زمینه های مختلف زندگی بسیار جالب است چرا که راهکارهایی برای بازدهی بیشتر و آلودگی کمتر در استفاده از انرژی ارائه می دهد، ولی چگونه؟
در این مقاله نگاهی گذرا به فناوری های موجود و فناوری های در حال توسعه در این زمینه، می اندازیم. چگونگی کارکرد یکی از رایجترین فناوری ها را به تفصیل توضیح خواهیم داد و در مورد کاربرد های بالقوه سلولهای سوختی نیز صحبت خواهیم کرد.
از نظر فنی، سلول سوختی یک وسیله تبدیل انرژی شیمیایی به الکتریکی است. یک سلول سوختی، هیدروژن و اکسیژن را تبدیل به آب کرده و در این فرآیند الکتریسیته تولید می کند.
وسیله الکتروشیمیایی دیگری که همه ما با آن آشناییم، باتری است. یک باتری تمام مواد شیمیایی لازم را در خود ذخیره کرده و این مواد را به الکتریسیته تبدیل می کند. یعنی باتری بالاخره تمام می شود و شما یا آن را دور می اندازید و یا شارژ می کنید.
مواد شیمیایی ، به طور پیوسته در داخل سلول سوختی جریان دارند، بنابراین مادامی که جریان مواد شیمیایی به سلول برقرار بوده و الکتریسیته به بیرون آن جریان داشته باشد، سلول سوختی تمام نمی شود. مواد اولیه بیشتر سلولهای سوختی که امروزه استفاده می شوند هیدروژن و اکسیژن هستند.
سلول سوختی ، قابل رقابت با بسیاری از ابزارهای تبدیل انرژی دیگر است که شامل توربین گازی درون نیروگاه شهر شما، موتور بنزینی درون ماشینتان و باتری درون لپ تاپتان می شود. موتورهای احتراقی مانند توربین ها و موتورهای بنزینی ، سوخت ها را می سوزانند و از فشاری که با انبساط گازها بوجود آمده برای انجام کارهای مکانیکی استفاده می کنند. باتری ها نیز در مواقع لازم انرژی شیمیایی را به انرژی الکتریکی بر می گردانند.
سلولهای سوختی باید هردو عمل را بصورتی کارآمدتر انجام دهند.
سلول سوختی یک ولتاژ DC(direct current) فراهم می کند، که برای برق رسانی به موتورها ، چراغها یا هر تعداد وسیله برقی قابل استفاده و کافی است.
انواع مختلفی از سلول سوختی موجود است، که هرکدام از یک فرآیند شیمیایی متفاوت استفاده می کنند. سلولهای سوختی معمولاً بر حسب نوع الکترولیتی که در آنها استفاده می شود، دسته بندی می شوند. بعضی از سلولهای سوختی برای استفاده در نیروگاههای برقی هستند. بقیه، ممکن است برای کاربردهای سبک یا برقدهی ماشینها مناسب باشند.
سلول سوختی تبادل پروتونی (PEMFC) یکی از رایجترین تکنولوژی ها در این زمینه است. این سلول سوختی می تواند به طور کامل برق ماشینها ، اتوبوسها و شاید خانه هایتان را تامین نماید. PEMFC از یکی از ساده ترین واکنشهای سلول سوختی استفاده می کند.ابتدا به ساختار سلول سوختی PEM (proton exchange membrane )نگاهی می اندازیم.
* آند، قطب منفی یک سلول سوختی، که چندین وظیفه دارد. الکترونهای کنده شده از مولکول هیدروژن را برای استفاده در یک مدار خارجی هدایت می کند. با مجراهای موجود در آن گاز هیدروژن آزاد شده را بر روی سطح کاتالیزگر پخش می کند.
* کاتد ، قطب مثبت یک سلول سوختی که مجراهای موجود در آن اکسیژن را روی سطح کاتالیزگر پخش می کنند. همچنین الکترونها را از مدار خارجی به سمت کاتالیزگر هدایت می کند که در آنجا با اکسیژن و یونهای هیدروژن ترکیب شده و آب تشکیل می شود.
* الکترولیت ، که غشا و پل تبادل پروتون است. این ماده با رفتاری خاص، که شبیه به یک صافب پلاستیکی معمولی موجود در آشپزخانه است، فقط یونهای در حال حرکت را از خود عبور می دهد. این غشا راه الکترونها را می بندد.
* کاتالیزگر یک ماده مخصوص است که واکنش هیدروژن و اکسیژن را آسان می کند. که معمولاً از گرد پلاتین با ورقه ای بسیار نازک از کربن روی ان ساخته می شود. کاتالیزگر درشت و متخلخل (پرمنفذ) است تا بیشترین سطح ممکن در مجاورت هیدروژن یا اکسیژن قرار گیرد. قسمت پوشیده از پلاتین کاتالیزگر طرف PEM قرار می گیرد.
فرآیند شیمیایی یک سلول سوختی
قطب آند:
2H2 à 4H+ + 4e-
قطب کاتد:
O2 + 4H+ 4e- à2H2O
واکنش کلی:
2H2 + O2 à2H2O
در این بین، در قطب کاتد سلول سوختی گاز اکسیژن (O2) به سمت کاتالیزگر هدایت می شود، که در آنجا دو اتم اکسیژن تشکیل می شوند. هر کدام از این اتمها الکترونگاتیوی زیادی دارند. این الکترونگاتیوی دو یون H+ را جذب و از بین غشا عبور می دهد که در آنجا با اتم اکسیژن و دو الکترون از مدار خارجی ترکیب شده و ملکول آب (H2O) را تشکیل می دهند.
این واکنش در یک سلول سوختی فقط حدود 0.7 ولت تولید می کند. برای بالا بردن این ولتاژ تا یک حد منطقی، سلولهای سوختی جدا از هم زیادی باید با هم ترکیب شوند تا یک بسته سلول سوختی را تشکیل دهند.
PEMFC ها در دمای نسبتاً کمی کار می کنند(تقریباً در 176˚F معادل 80˚C ) بدین معنی که آنها سریع گرم می شوند اما سازه نگهدارنده گرانقیمتی نیاز ندارند. ارتقا و پیشرفت پیوسته در مهندسی و موادی که در این سلولها به کار می رود چگالی برقی را تا حدی بالا برده است که یک وسیله با اندازهای معادل یک چمدان کوچک می تواند برق یک ماشین را تامین کند.
مشکلات سلول سوختی:
در قسمت آخر آموختیم که یک سلول سوختی از هیدروژن و اکسیژن برای تولید الکتریسیته استفاده می کند. اکسیژن مورد نیاز سلول سوختی از هوا تامین می شود. در حقیقت، در سلولهای سوختی PEM ، هوای عادی به کاتد پمپ می شود. به هر حال هیدروژن نیز خیلی آماده و در دسترس نیست. هیدروژن یک سری محدودیت هایی داردکه آن را بیشتر برای مصارف ، غیر کاربردی می کند. مثلاً شما لوله کشی هیدروژن در خانه تان ندارید، و شما در پمپ بنزین محلی تان به پمپ هیدروژن دسترسی ندارید.
ذخیره و حمل هیدروژن دشوار است، بنابراین درست تر آن است که سلولهای سوختی، سوختهایی آماده و در دسترس را به کار برند. این مشکل توسط وسیله ای به نام مبدل برطرف شده است. مبدل یک سوخت هیدروکربنی یا الکلی را به هیدروژن، که سوخت سلول سوختی است، تبدیل می کند.
متاسفانه مبدلها کامل و بی نقص نیستند. آنها حرارت تولید می کنند و علاوه بر هیدروژن گازهای دیگری نیز تولید می کنند. آنها از وسیله های مختلف برای خالص سازی هیدروژن استفاده می کنند ، ولی با این وجود هیدروژنی که بیرون می دهند خالص نیست و این امر، بازده سلول سوختی را کاهش می دهد.
برخی از سوختهایی که بیشتر مورد توجه اند: گاز طبیعی، پروپان و متانول هستند. در حال حاضر بسیاری از مردم ، لوله کشی گاز طبیعی یا مخزن پروپان در خانه شان دارند. بنابراین محتمل ترین سوختها برای استفاده در سلولهای سوختی خانگی اینها هستند. متانول سوختی مایع با خواصی مشابه بنزین است. مانند آن براحتی قابل حمل و توزیع است، بنابراین متانول ممکن است گزینه خوبی برای تامین سوخت ماشینی با سلول سوختی باشد. اهداف سلول سوختی:
کاهش آلودگی یکی از اهداف اصلی سلول سوختی است. با مقایسه ماشینی با سلول سوختی و ماشینی بنزینی و ماشینی با باتری، می توان دید که امروزه سلول سوختی چگونه می تواند بازده ماشینها را افزایش دهد.
از آنجایی که هر سه نوع ماشین اجزای مشابه بسیاری(تایرها، جعبه دنده، …) دارند؛ ما با آن اجزای ماشین کاری نداریم و بازده ها را تا جایی که انرژی مکانیکی تولید شود، مقایسه می کنیم. با ماشینی که با سلول سوختی کار می کند شروع می کنیم.(توجه کنید که همه این بازده ها تخمینی اند ولی آنقدر به مقدار واقعی نزدیک هستند که یک مقایسه درست داشته باشیم.)
اگر سلول سوختی با هیدروژن خالص سوخت دهی شود پتانسیل بازده 80 درصد را نیز دارد. یعنی 80 درصد گنجایش انرژی هیدروژن را به انرژی الکتریکی بازگرداند. اما همانطور که در قسمت قبل آموختیم، ذخیره کردن هیدروژن دشوار است. وقتی یک مبدل را به آن اضافه می کنیم تا متانول را به هیدروژن بازگرداند، بازده کلی 30 تا 40 درصد می شود.
ما هنوز نیاز داریم که انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل کنیم. این کار بوسیله یک موتور الکتریکی تمام می شود. بازده منطقی که برای موتور در نظر گرفته می شود حدود 80 درصد است. بنابراین ما 30 تا 40 درصد بازده تبدیل متانول به الکتریسیته و 80 درصد بازده تبدیل الکتریسیته به انرژی مکانیکی داریم که به ما بازده کلی حدود 24 تا 32 درصد می دهد.
فصل سوم:
نتیجه گیری و پیشنهادات
در پایان باید بیان کنم که این دوره کار آموزی برای این جانب تا حدود زیادی مفید بود و با اصول کلی کار در کارخانجات آشنا شدم . بخصوص اینکه کار اصلی این کارخانه مربوط به رشته تخصصی من بود به این جهت نیز برای من خیلی مفید بود.
امیدوارم که دانشجویان دیگر نیز چنین فرصتی را پیدا کرده و از آن به نحوه بهینه استفاده کنند .