אמָנוֹעַבמונחים פיזיים פשוטים זה כל מה שממיר אנרגיה להזזת חלקי מכונה כלשהי, בין אם זו מכונית, מכונת דפוס או רובה. מנועים נדרשים להזיז דברים בכל כך הרבה סיטואציות יומיומיות שהעולם היה טוחן מיד לעמידה בלתי ניתנת לזיהוי, קומית במקצת אם כל מנוע שהופעל היה שותק באותה מידה זְמַן.
מאחר שמנועים נמצאים בכל מקום בחברה האנושית המודרנית, מהנדסי כדור הארץ ייצרו במשך מאות שנים מספר סוגים שונים התואמים את הסטנדרטים הטכנולוגיים של ימינו. לדוגמא, לפני שאנשים הצליחו לרתום ולהשתמש בחשמל בקנה מידה עולמי מראשית המאה ה -20 ואילך, המנועים הגדולים של הרכבות הופעלו בקיטור מהבערה של פחם.
- מנועים הם קבוצת משנה של מנועים, אך לא כל המנועים הם מנועים.
מנועים רבים הםמפעיליםכלומר הם גורמים לתנועה באמצעות יישום המומנט. במשך תקופה ארוכה, הכוח המונע על ידי נוזלים של מפעילים הידראוליים היה הסטנדרט של היום. אך עם התקדמות המפעילים החשמליים במאה ה -21, בשילוב עם חשמל שופע וקל לשליטה, מנועים חשמליים מסוג זה מרוויחים. האם אחד עדיף על השני באופן ברור, והאם זה תלוי במצב?
סקירה כללית של מערכות הידראוליות
אם השתמשת פעם בשקע רצפה או נהגת ברכב שיש בו בלמי כוח או הגה כוח, אולי היית מופלא בקלות שבה אתה יכול להזיז את כמויות המסה הכרוכות בעסקאות פיזיות אלה במעט לכאורה מַאֲמָץ. (מצד שני, ייתכן שהיית המלאכה להחליף צמיג בצידי הדרך בכדי לטרוח עם רעיונות כאלה בזמן אמת.)
משימות אלה ורבות אחרות נפוצות מתאפשרות באמצעותמערכות הידראוליות. הידראוליקההוא ענף הפיזיקה העוסק בתכונות מכניות ובשימושים מעשיים בנוזלים דינמיים (נוזלים בתנועה). מערכות הידראוליות אינן "יוצרות" כוח, אלא ממירות אותו לצורה רצויה ממקור חיצוני, הנקרא aמניע עיקרי.
לימודי ההידראוליקה מורכבים משני תחומים עיקריים.הידרודינמיקההוא השימוש בנוזלים בזרימה גבוהה(דינמי פירושו "זז")ולחץ נמוךלעשות עבודה. טחנות "בית הספר הישן" רותמות את האנרגיה בזרם המים הזורם לטחינת תבואה באופן זה.הידרוסטטיקהלעומת זאת, השימוש בנוזלים הואלחץ גבוה וזרימה נמוכה(פירושו סטטי "עומד") לביצוע עבודות. מה הבסיס לפשרה זו בשפת הפיזיקה?
כוח, עבודה ואזור
הפיזיקה העומדת בבסיס השימוש האסטרטגי במנועים הידראוליים נעוצה במושג הכפלת כוח. העבודה נטו המתבצעת במערכת היא תוצר של הכוח נטו המופעל והמרחק שאובייקט הכוח נע:
W_ {net} = F_ {net} ד
משמעות הדבר היא כי עבור כמות עבודה מסוימת המוקצה למשימה פיזית, הכוח הדרוש לשם עשויה להיות מופחת על ידי הגדלת המרחק המעורב ביישום הכוח, כפי שניתן לעשות באמצעות סיבובים של a לִדפּוֹק.
עיקרון זה משתרע ממצבים ליניאריים למצבים דו-ממדיים, ומהקשר
P = \ frac {F} {A}
כאשר P = לחץ ב- N / m2, F = כוח בניוטונים ו- A = שטח ב- m2. במערכת הידראולית בה לחץ P מוחזק קבוע שיש בו שני גלילי בוכנה עם שטחי חתך A1 וא2, זה מוביל למערכת היחסים
\ frac {F_1} {A_1} = \ frac {F_2} {A_2} \ טקסט {או} F_1 = \ frac {A_1} {A_2} F_2
המשמעות היא שכאשר פלט בוכנה A2 גדול יותר מבוכנת הקלט A1, כוח הקלט יהיה פרופורציונלי קטן מכוח המוצא. אמנם זה לא ממש כמו להשיג דבר לחינם, אבל זה נכס ברור בהרבה מערכים מוטוריים עכשוויים.
יסודות המנוע החשמלי
מנוע חשמלי עושה שימוש בשדה מגנטי המפעיל כוח על מטענים חשמליים נעים, או זרם. סליל מסתובב של חוט מוליך ממוקם בין הקטבים של אלקטרומגנט באופן שהשדה המגנטי גורם למומנט שגורם לסליל להסתובב סביב צירו. ניתן להשתמש בפיר מסתובב זה לעבודות מסוגים שונים, ובסך הכל מנועים חשמליים ממירים אנרגיה חשמלית לאנרגיה מכנית.
מנועים הידראוליים: סוגי דיונים
המניע העיקרי של מנוע הידראולי הוא משאבה שדוחפת כנגד הנוזל (לעתים קרובות שמן) בצינורות המערכת. נוזל זה אינו ניתן לדחיסה, ודוחף בתורו אל בוכנה בתוך גליל שיש משני צידיו נוזל הידראולי.
הבוכנה נעה ומוסרת "במורד הזרם" לתנועה סיבובית, ואילו הנוזל בצד היציאה של הבוכנה מוחזר ללא הרף למאגר. הלחץ נשמר קבוע במערכת (אלא אם כן יש לשנות אותו כדי להשפיע על תפוקות המנוע) על ידי הפצה אסטרטגית ועיתוי של שסתומים.
סוגי מנועים הידראוליים הפרוסים במצבים שונים כוללים מנועי הילוכים חיצוניים, מנועי בוכנה ציריים ומנועי בוכנה רדיאליים. מנועים הידראוליים משמשים גם בכמה סוגים של מעגלים חשמליים כמו גם בשילובי משאבות-מנועים.
הידראולי לעומת מנוע חשמלי: יתרונות וחסרונות
מדוע להשתמש במנוע הידראולי לעומת מנוע גז או מנוע חשמלי? היתרונות והחסרונות של כל סוג מנוע רבים כל כך, עד שכל משתנה בתרחיש הייחודי שלך צריך להילקח בחשבון.
היתרונות של מנועים הידראוליים:
היתרון העיקרי של מנועים הידראוליים הוא שניתן להשתמש בהם בכדי לייצר כוחות גבוהים במיוחד ביחס לכוחות קלט. זה מקביל למצב במכניקה רגילה (לא הידראולית) שבה ניתן "לעבוד" על הגיאומטריה של מנופים וגלגלות לטובת דומה.
מנועים הידראוליים פועלים באמצעות נוזלים בלתי דחוסים, מה שמאפשר שליטה הדוקה יותר על המנוע ובכך מידה רבה יותר של דיוק בתנועה. הם שימושיים מאוד עבור ציוד נייד כבד (למשל, משאיות).
חסרונות מנועים הידראוליים:
מנועים הידראוליים הם בדרך כלל האופציה היקרה ביותר. עם כל השמן שמשמש בדרך כלל, הם מבולגנים להפעלה, כאשר המסננים, המשאבות והשמן השונים שלהם דורשים בדיקות, שינויים, ניקוי והחלפות. נזילות עלולות לייצר סכנות בטיחותיות וסביבתיות.
היתרונות של מנועים חשמליים:
מרבית ההתקנות ההידראוליות אינן זזות במהירות. מנועים חשמליים מהירים בהרבה (עד 10 מ 'לשנייה). יש להם מהירויות לתכנות ומצבי עצירה, בניגוד להידראוליקה, ומספקים דיוק מיקום גבוה במידת הצורך. החיישנים האלקטרוניים יכולים לספק משוב מדויק על התנועה והכוח המופעלים, ומאפשרים בקרת תנועה מעולה.
חסרונות מנועים חשמליים:
מנועים אלה מסובכים להתקנה ולפתרון בעיות בהשוואה למנועים אחרים. בעיקר, החיסרון שלהם הוא שאם אתה צריך הרבה יותר כוח, אתה צריך מנוע גדול וכבד משמעותית, בניגוד למקרה במנועים הידראוליים.
הערה על מפעילים פנאומטיים
שאלת הפנאומטי לעומת מפעילים חשמליים או מפעילים הידראוליים עולים גם במצבים מסוימים. ההבדל בין מפעילים פנאומטיים להידראוליים הוא שמנועים הידראוליים מעסיקים נוזלים בעוד שמפעילים פנאומטיים משתמשים בגזים, בדרך כלל אוויר רגיל. (הן נוזלים והן גזים, לצורך התייחסות, מסווגים כ-נוזלים.)
מפעילים פנאומטיים הם יתרון בכך שהאוויר נמצא למעשה בכל מקום (או לפחות בכל מקום שבני אדם עובדים בנוחות), כך שמדחס אוויר הוא כל מה שנדרש עבור מוביל. מצד שני, מנועים אלה אינם יעילים מאוד בגלל ההפסדים הגדולים יחסית בגלל חום לעומת סוגים אחרים של המנוע.
