ENmotori klare fysiske termer er alt, hvad der omdanner energi til at flytte dele af en slags maskine, det være sig en bil, en trykpresse eller en riffel. Motorer kræves for at flytte ting i så mange hverdagssituationer, at verden straks ville male til en uigenkendelig, noget komisk stilstand, hvis hver motor i drift blev lydløs på samme tid.
Da motorer er allestedsnærværende i det moderne menneskelige samfund, har jordens ingeniører gennem århundrederne produceret en række forskellige typer, der svarer til dagens teknologiske standarder. F.eks. Før folk var i stand til at udnytte og bruge elektricitet på globalt plan fra det tidlige 20. århundrede og fremefter, blev de store motorer i tog drevet af damp fra forbrændingen af kul.
- Motorer er en delmængde af motorer, men ikke alle motorer er motorer.
Mange motorer eraktuatorer, hvilket betyder, at de fremkalder bevægelse gennem anvendelse af drejningsmoment. I lang tid var den væskedrevne effekt af hydrauliske aktuatorer dagens standard. Men med fremskridt i det 21. århundrede inden for elektriske aktuatorer kombineret med elektricitet, der er rigeligt og let at kontrollere, vinder elektriske motorer af denne type gevinster. Er den ene klart bedre end den anden, og afhænger det af situationen?
Oversigt over hydrauliske systemer
Hvis du nogensinde har brugt et gulvstik eller kørt et køretøj, der har servobremser eller servostyring, har du måske undret dig på den lethed, hvormed du kan flytte mængderne af masse involveret i disse fysiske transaktioner med tilsyneladende lidt indsats. (På den anden side har du muligvis været for opbrugt af opgaven med at skifte et dæk ved vejkanten til at gider med sådanne ideer i realtid.)
Disse opgaver og mange andre almindelige er muliggjort ved brug afhydrauliske systemer. Hydrauliker den fysiske gren, der beskæftiger sig med mekaniske egenskaber og praktisk anvendelse af dynamiske væsker (væsker i bevægelse). Hydrauliske systemer "skaber" ikke strøm, men konverterer det i stedet til en ønsket form fra en ekstern kilde, kaldet aprimus motor.
Studiet af hydraulik består af to hovedområder.Hydrodynamiker brugen af væsker vedhøj flow(dynamisk betyder "bevægelse")og lavt trykat udføre arbejde. "Old-school" møller udnytter energien i strømmende vandstrøm til at male korn på denne måde.Hydrostatikderimod er brugen af væsker vedhøjt tryk og lavt flow(statisk betyder "stående") til at udføre arbejde. Hvad er grundlaget for denne kompromis med fysikssproget?
Kraft, arbejde og område
Fysikken bag den strategiske anvendelse af hydrauliske motorer ligger i begrebet kraftmultiplikation. Nettoarbejdet i et system er produktet af den anvendte nettokraft og afstanden, som kraftens objekt bevæger sig:
W_ {net} = F_ {net} d
Dette betyder, at for en given mængde arbejde, der er afsat til en fysisk opgave, kan den krævede styrke være nødvendig reduceret ved at øge afstanden involveret i kraftanvendelsen, som det kan gøres ved hjælp af drejningerne på a skrue.
Dette princip strækker sig fra lineære til to-dimensionelle situationer og fra forholdet
P = \ frac {F} {A}
hvor P = tryk i N / m2, F = kraft i newton og A = areal i m2. I et hydraulisk system, hvor tryk P holdes konstant, der har to stempelcylindre med tværsnitsarealer A1 og A2, dette fører til forholdet
\ frac {F_1} {A_1} = \ frac {F_2} {A_2} \ tekst {eller} F_1 = \ frac {A_1} {A_2} F_2
Dette betyder, at når output stempel A2 er større end inputstemplet A1, vil inputkraften være proportionalt mindre end outputkraften. Selvom dette ikke er helt det samme som at få noget for ingenting, er det et klart aktiv i mange moderne motoropsætninger.
Grundlæggende om elmotorer
En elektrisk motor bruger det faktum, at et magnetfelt udøver en kraft på bevægelige elektriske ladninger eller strøm. En roterende spole af ledende ledning placeres mellem polerne på en elektromagnet på en sådan måde, at magnetfeltet inducerer et drejningsmoment, der får spolen til at rotere omkring sin akse. Denne roterende aksel kan bruges til at udføre arbejde af forskellige typer, og generelt konverterer elektriske motorer elektrisk energi til mekanisk energi.
Hydrauliske motorer: Diskussionstyper
Den primære motor til en hydraulisk motor er en pumpe, der skubber mod væsken (ofte olie) i systemets rør. Denne væske er ukomprimerbar og skubber igen mod et stempel inde i en cylinder, der har hydraulisk væske på begge sider af den.
Stemplet bevæger sig og omdannes "nedstrøms" til rotationsbevægelse, mens væsken på udgangssiden af stemplet kontinuerligt returneres til et reservoir. Trykket holdes konstant i systemet (medmindre det skal ændres for at påvirke motorens udgange) ved hjælp af den strategiske fordeling og timing af ventiler.
Typer af hydrauliske motorer, der anvendes i forskellige situationer, inkluderer eksterne gearmotorer, aksiale stempelmotorer og radiale stempelmotorer. Hydrauliske motorer bruges også i nogle former for elektriske kredsløb såvel som i pumpe-motor kombinationer.
Hydraulisk vs. Elektrisk motor: Fordele og ulemper
Hvorfor bruge en hydraulisk motor vs. en gasmotor eller en elektrisk motor? Fordelene og ulemperne ved hver motortype er så mange, at hver variabel i dit eget unikke scenario skal overvejes.
Fordele ved hydrauliske motorer:
Den største fordel ved hydrauliske motorer er, at de kan bruges til at generere ekstremt høje kræfter i forhold til indgangskræfter. Dette er analogt med situationen i almindelig (ikke-hydraulisk) mekanik, hvor geometrien af håndtag og remskiver kan "bearbejdes" til lignende fordel.
Hydrauliske motorer fungerer ved hjælp af komprimerbare væsker, hvilket giver mulighed for strammere kontrol af motoren og dermed en større grad af nøjagtighed i bevægelse. De er meget nyttige til tungt mobilt udstyr (f.eks. Lastbiler).
Ulemper ved hydrauliske motorer:
Hydrauliske motorer er normalt den dyreste mulighed. Med al den olie, der typisk er i spil, er de rodet til at fungere med deres forskellige filtre, pumper og olie, som alle kræver kontrol, udskiftning, rengøring og udskiftning. Lækage kan medføre sikkerheds- og miljøfarer.
Fordele ved elektriske motorer:
De fleste hydrauliske opsætninger kører ikke hurtigt. Elektriske motorer er langt hurtigere (op til 10 m / s). De har programmerbare hastigheder og stoppositioner i modsætning til hydraulik og giver høj positioneringsnøjagtighed, hvor det er nødvendigt. De elektroniske sensorer kan give præcis feedback på den bevægelse og den påførte kraft, hvilket giver mulighed for overlegen bevægelseskontrol.
Ulemper ved elektriske motorer:
Disse motorer er komplicerede at installere og foretage fejlfinding i forhold til andre motorer. For det meste er deres ulempe, at hvis du har brug for meget mere kraft, har du brug for en betydeligt større og tungere motor, i modsætning til tilfældet med hydrauliske motorer.
En note om pneumatiske aktivatorer
Spørgsmålet om pneumatisk vs. elektriske aktuatorer eller hydrauliske aktuatorer kommer også op i nogle situationer. Forskellen mellem pneumatiske og hydrauliske aktuatorer er, at hydrauliske motorer anvender væsker, mens pneumatiske aktuatorer bruger gasser, typisk almindelig luft. (Både væsker og gasser er som reference klassificeret somvæsker.)
Pneumatiske aktivatorer er fordelagtige, da luft i det væsentlige er overalt (eller i det mindste overalt, hvor mennesker arbejder komfortabelt), så en luftkompressor er alt, hvad der er nødvendigt for en primær motor. På den anden side er disse motorer meget ineffektive på grund af de forholdsvis store tab på grund af varme versus andre motortyper.