Amoottorifyysisesti sanottuna on mikä tahansa, joka muuntaa energian jonkinlaisten koneiden osien siirtämiseksi, olipa se sitten auto, painokone tai kivääri. Moottoreiden vaaditaan siirtämään asioita niin monissa jokapäiväisissä tilanteissa, että maailma jauhaa heti tuntemattomaan, hieman koomiseen pysähdykseen, jos jokainen käytössä oleva moottori hiljeni samalla aika.
Koska moottorit ovat läsnä nykyaikaisessa ihmisyhteiskunnassa, maapallon insinöörit ovat vuosisatojen ajan tuottaneet useita erilaisia tyyppejä, jotka ovat oikeassa suhteessa päivän teknologisiin standardeihin. Esimerkiksi ennen kuin ihmiset pystyivät hyödyntämään ja käyttämään sähköä maailmanlaajuisesti 1900-luvun alkupuolelta lähtien, junien suuret moottorit toimivat hiilen poltosta tulevalla höyryllä.
- Moottorit ovat osa moottoreita, mutta kaikki moottorit eivät ole moottoreita.
Monet moottorit ovattoimilaitteet, mikä tarkoittaa, että ne aiheuttavat liikettä vääntömomentin avulla. Pitkän ajan hydraulisten toimilaitteiden nestekäyttöinen voima oli päivän normi. Mutta sähkötoimilaitteiden kehityksen myötä 2000-luvulla yhdistettynä siihen, että sähköä on runsaasti ja helppo hallita, tämän tyyppiset sähkömoottorit tuottavat voittoja. Onko yksi selvästi parempi kuin toinen, ja riippuuko se tilanteesta?
Yleiskatsaus hydraulijärjestelmiin
Jos olet joskus käyttänyt lattiatakkia tai käyttänyt ajoneuvoa, jossa on jarrut tai ohjaustehostin, olet ehkä ihmetellyt helposti, jolla voit siirtää näihin fyysisiin tapahtumiin liittyviä massamääriä näennäisesti vähän vaivaa. (Toisaalta rengasvaihto tien varrella saattoi olla liian kyllästynyt häiritsemään tällaisia ideoita reaaliajassa.)
Nämä ja monet muut yleiset tehtävät ovat mahdollisiahydrauliset järjestelmät. Hydrauliikkaon fysiikan haara, joka koskee dynaamisten nesteiden (liikkeessä olevien nesteiden) mekaanisia ominaisuuksia ja käytännön käyttöä. Hydraulijärjestelmät eivät "luo" tehoa, vaan muuntavat sen haluttuun muotoon ulkoisesta lähteestä, nimeltään aalkuunpanija.
Hydrauliikan tutkimus koostuu kahdesta pääalueesta.Hydrodynamiikkaon nesteiden käyttösuuri virtaus(dynaaminen tarkoittaa "liikkumista")ja matala painetehdä työtä. "Vanhan koulun" myllyt hyödyntävät virtaavassa vesivirrassa olevaa energiaa viljan jauhamiseen tällä tavalla.Hydrostaatitsitä vastoin on nesteiden käyttökorkea paine ja matala virtaus(staattinen tarkoittaa "seisomista") työn suorittamiseksi. Mikä on tämän fysiikan kielen kompromissin perusta?
Voima, työ ja alue
Fysiikka, joka perustuu hydraulimoottoreiden strategiseen käyttöön, on voiman kertomisen käsite. Järjestelmässä suoritettu nettotyö on sovelletun nettovoiman ja voiman kohteen liikkuvan etäisyyden tulo:
W_ {net} = F_ {net} d
Tämä tarkoittaa, että tietylle fyysiselle tehtävälle varatusta työstä sen tekemiseen tarvittava voima voi olla vähennetään lisäämällä voimankäyttöön liittyvää etäisyyttä, kuten voidaan tehdä käyttämällä a: n käännöksiä ruuvi.
Tämä periaate ulottuu lineaarisista tilanteisiin kaksiulotteisiin tilanteisiin ja suhteeseen
P = \ frac {F} {A}
missä P = paine N / m2, F = voima newtoneina ja A = pinta-ala metreinä2. Hydraulijärjestelmässä, jossa paine P pidetään vakiona ja jossa on kaksi männän sylinteriä, joiden poikkipinta-ala A1 ja A2, tämä johtaa suhteeseen
\ frac {F_1} {A_1} = \ frac {F_2} {A_2} \ text {tai} F_1 = \ frac {A_1} {A_2} F_2
Tämä tarkoittaa, että kun lähtömäntä A2 on suurempi kuin syöttömäntä A1, syöttövoima on suhteellisesti pienempi kuin lähtövoima. Vaikka tämä ei ole aivan sama kuin saada jotain turhaan, se on selkeä etu monissa nykyaikaisissa moottorijärjestelmissä.
Sähkömoottorin perusteet
Sähkömoottori käyttää sitä tosiasiaa, että magneettikenttä vaikuttaa voimaan liikkuviin sähkövarauksiin tai virtaan. Johtavan langan pyörivä kela sijoitetaan sähkömagneetin napojen väliin siten, että magneettikenttä aiheuttaa vääntömomentin, joka saa kelan pyörimään akselinsa ympäri. Tätä pyörivää akselia voidaan käyttää erityyppisten töiden tekemiseen, ja yleisesti ottaen sähkömoottorit muuttavat sähköenergian mekaaniseksi energiaksi.
Hydraulimoottorit: Keskustelutyypit
Hydraulimoottorin päätoimittaja on pumppu, joka työntää järjestelmän putkissa olevaa nestettä (usein öljyä) vastaan. Tämä neste on puristamaton ja työntyy vuorotellen mäntää vasten sylinterin sisällä, jossa on hydraulinestettä sen molemmin puolin.
Mäntä liikkuu ja muuttuu "alavirtaan" pyörimisliikkeeksi, kun taas männän ulostulopuolella oleva neste palautetaan jatkuvasti säiliöön. Venttiilien strateginen jakautuminen ja ajoitus pitävät paineen vakiona järjestelmässä (ellei sitä tarvitse muuttaa moottorin lähtöjen vaikuttamiseksi).
Eri tilanteissa käytettävien hydraulimoottoreiden tyyppejä ovat ulkoiset vaihdemoottorit, aksiaalimäntämoottorit ja säteittäismännämoottorit. Hydraulimoottoreita käytetään myös eräissä sähköpiireissä sekä pumppu-moottoriyhdistelmissä.
Hydraulinen vs. Sähkömoottori: hyvät ja huonot puolet
Miksi käyttää hydraulimoottoria vs. kaasumoottori vai sähkömoottori? Jokaisen moottorityypin edut ja haitat ovat niin lukuisia, että jokainen muuttuja omassa ainutlaatuisessa tilanteessasi on otettava huomioon.
Hydraulimoottoreiden edut:
Hydraulimoottoreiden tärkein etu on, että niitä voidaan käyttää tuottamaan erittäin suuria voimia suhteessa syöttövoimiin. Tämä on analoginen tilanteeseen tavallisessa (ei-hydraulisessa) mekaniikassa, jossa vipujen ja hihnapyörien geometriaa voidaan "työstää" vastaavalla tavalla.
Hydraulimoottorit toimivat puristamattomilla nesteillä, mikä mahdollistaa moottorin tiukemman hallinnan ja siten suuremman tarkkuuden liikkeessä. Ne ovat erittäin hyödyllisiä raskaille liikkuville laitteille (esim. Kuorma-autoille).
Hydraulimoottoreiden haitat:
Hydraulimoottorit ovat yleensä edullisin vaihtoehto. Kun kaikki öljy on tyypillisesti pelissä, niiden toiminta on sotkuista, ja niiden erilaiset suodattimet, pumput ja öljyt vaativat tarkastuksia, vaihtoja, puhdistusta ja vaihtoa. Vuodot voivat aiheuttaa turvallisuus- ja ympäristöhaittoja.
Sähkömoottoreiden edut:
Suurin osa hydraulisista kokoonpanoista ei ole nopeaa. Sähkömoottorit ovat paljon nopeampia (jopa 10 m / s). Niillä on ohjelmoitavat nopeudet ja pysäytysasennot, toisin kuin hydrauliikassa, ja ne tarjoavat korkean paikannustarkkuuden tarvittaessa. Elektroniset anturit voivat antaa tarkan palautteen kohdistetusta liikkeestä ja voimasta, mikä mahdollistaa erinomaisen liikkeen hallinnan.
Sähkömoottoreiden haitat:
Näiden moottoreiden asentaminen ja vianmääritys on monimutkaista verrattuna muihin moottoreihin. Enimmäkseen niiden haittana on, että jos tarvitset paljon enemmän voimaa, tarvitset huomattavasti suuremman ja painavamman moottorin, toisin kuin hydraulimoottoreissa.
Huomautus pneumaattisista aktivaattoreista
Kysymys pneumaattisista vs. joissakin tilanteissa esiintyy myös sähköisiä toimilaitteita tai hydraulitoimilaitteita. Ero pneumaattisten ja hydraulisten toimilaitteiden välillä on se, että hydraulimoottorit käyttävät nesteitä, kun taas pneumaattiset toimilaitteet käyttävät kaasuja, tyypillisesti tavallista ilmaa. (Sekä nesteet että kaasut luokitellaan viitteeksinesteitä.)
Pneumaattiset aktivaattorit ovat edullisia siinä mielessä, että ilma on oleellisesti kaikkialla (tai ainakin kaikkialla, missä ihmiset työskentelevät mukavasti), joten pääkoneeseen tarvitaan vain ilmakompressori. Toisaalta nämä moottorit ovat hyvin tehotonta johtuen suhteellisen suurista lämpöhäviöistä verrattuna muihin moottorityyppeihin.