EENmotorin eenvoudige fysieke termen is alles wat energie omzet in het bewegen van de onderdelen van een soort machine, of het nu een auto, een drukpers of een geweer is. Motoren zijn nodig om dingen te verplaatsen in zoveel alledaagse situaties dat de wereld onmiddellijk zou vermalen tot een onherkenbare, ietwat komische stilstand als elke draaiende motor tegelijk stil zou worden tijd.
Omdat motoren alomtegenwoordig zijn in de moderne menselijke samenleving, hebben de ingenieurs van de aarde door de eeuwen heen een aantal verschillende typen geproduceerd die in overeenstemming zijn met de technologische normen van die tijd. Voordat mensen bijvoorbeeld vanaf het begin van de 20e eeuw op wereldschaal elektriciteit konden gebruiken en gebruiken, werden de grote motoren van treinen aangedreven door stoom uit de verbranding van steenkool.
- Motoren zijn een subset van motoren, maar niet alle motoren zijn motoren.
Veel motoren zijn:actuatoren, wat betekent dat ze beweging induceren door toepassing van koppel. Lange tijd was het door vloeistof aangedreven vermogen van hydraulische aandrijvingen de norm. Maar met de vooruitgang in de 21e eeuw op het gebied van elektrische actuatoren, gecombineerd met een overvloed aan elektriciteit die gemakkelijk te regelen is, maken elektrische motoren van dit type winst. Is het een duidelijk superieur aan het ander, en hangt het af van de situatie?
Overzicht van hydraulische systemen
Als je ooit een krik hebt gebruikt of een voertuig hebt bestuurd met rembekrachtiging of stuurbekrachtiging, heb je je misschien verbaasd met het gemak waarmee u de hoeveelheden massa die bij deze fysieke transacties betrokken zijn, kunt verplaatsen met schijnbaar weinig inspanning. (Aan de andere kant was je misschien te veel bezig met het verwisselen van een band langs de weg om je in realtime met dergelijke ideeën bezig te houden.)
Deze taken en vele andere veelvoorkomende taken worden mogelijk gemaakt door het gebruik vanhydraulische systemen. Hydraulicais de tak van de natuurkunde die zich bezighoudt met mechanische eigenschappen en praktisch gebruik van dynamische vloeistoffen (vloeistoffen in beweging). Hydraulische systemen "creëren" geen vermogen, maar zetten het in plaats daarvan om in een gewenste vorm van een externe bron, genaamd akrachtpatser.
De studie van hydrauliek bestaat uit twee hoofdgebieden.Hydrodynamicais het gebruik van vloeistoffen bijhoge stroom(dynamisch betekent "bewegend")en lage drukwerk te doen. "Old-school" molens benutten de energie in stromende waterstroom om graan op deze manier te malen.Hydrostatica, daarentegen, is het gebruik van vloeistoffen bijhoge druk en lage stroom(statisch betekent "staand") om werk uit te voeren. Wat is de basis voor deze afweging in natuurkundetaal?
Kracht, werk en gebied
De fysica die ten grondslag ligt aan het strategische gebruik van hydraulische motoren ligt in het concept van krachtvermenigvuldiging. De netto arbeid verricht in een systeem is het product van de uitgeoefende netto kracht en de afstand die het voorwerp van de kracht aflegt:
W_{net}=F_{net}d
Dit betekent dat voor een bepaalde hoeveelheid werk die aan een fysieke taak is toegewezen, de kracht die nodig is om het te doen kan zijn: verminderd door de afstand die nodig is bij het uitoefenen van kracht te vergroten, zoals kan worden gedaan met de bochten van a schroef.
Dit principe strekt zich uit van lineaire tot tweedimensionale situaties, en van de relatie
P=\frac{F}{A}
waarbij P = druk in N/m2, F = kracht in newtons en A = oppervlakte in m2. In een hydraulisch systeem waarin de druk P constant wordt gehouden met twee zuigercilinders met dwarsdoorsnede A1 en een2, dit leidt tot de relatie
\frac{F_1}{A_1}=\frac{F_2}{A_2}\text{ of }F_1=\frac{A_1}{A_2}F_2
Dit betekent dat wanneer uitgangszuiger A2 groter is dan invoerzuiger A1, zal de invoerkracht proportioneel kleiner zijn dan de uitvoerkracht. Hoewel dit niet helemaal hetzelfde is als iets voor niets krijgen, is het een duidelijke aanwinst in veel moderne motoropstellingen.
Basisprincipes van elektrische motoren
Een elektromotor maakt gebruik van het feit dat een magnetisch veld een kracht uitoefent op bewegende elektrische ladingen, oftewel stroom. Tussen de polen van een elektromagneet wordt een roterende spoel van geleidende draad geplaatst, zodanig dat het magnetische veld een koppel opwekt dat de spoel om zijn as doet draaien. Deze roterende as kan worden gebruikt om verschillende soorten werk te doen, en over het algemeen zetten elektromotoren elektrische energie om in mechanische energie.
Hydraulische motoren: soorten discussie
De krachtbron van een hydraulische motor is een pomp die tegen de vloeistof (vaak olie) in de leidingen van het systeem duwt. Deze vloeistof is onsamendrukbaar en duwt op zijn beurt tegen een zuiger in een cilinder met aan beide zijden hydraulische vloeistof.
De zuiger beweegt en wordt "stroomafwaarts" omgezet in een roterende beweging, terwijl het fluïdum aan de uitgangszijde van de zuiger continu wordt teruggevoerd naar een reservoir. De druk in het systeem wordt constant gehouden (tenzij deze moet worden gewijzigd om de output van de motor te beïnvloeden) door de strategische distributie en timing van kleppen.
Typen hydraulische motoren die in verschillende situaties worden ingezet, zijn onder meer externe tandwielmotoren, axiale zuigermotoren en radiale zuigermotoren. Hydraulische motoren worden ook gebruikt in sommige soorten elektrische circuits en in pomp-motorcombinaties.
Hydraulisch versus Elektrische motor: voor- en nadelen
Waarom een hydraulische motor gebruiken vs. een gasmotor of een elektromotor? De voor- en nadelen van elk type motor zijn zo talrijk dat elke variabele in uw eigen unieke scenario moet worden overwogen.
Voordelen van hydraulische motoren:
Het grote voordeel van hydraulische motoren is dat ze kunnen worden gebruikt om extreem hoge krachten op te wekken in verhouding tot de ingangskrachten. Dit is analoog aan de situatie in de gewone (niet-hydraulische) mechanica waar de geometrie van hefbomen en katrollen kan worden "bewerkt" tot een soortgelijk voordeel.
Hydraulische motoren werken met onsamendrukbare vloeistoffen, wat zorgt voor een strakkere controle van de motor en dus een grotere mate van nauwkeurigheid in beweging. Ze zijn erg handig voor zwaar mobiel materieel (bijvoorbeeld vrachtwagens).
Nadelen van hydraulische motoren:
Hydraulische motoren zijn meestal de duurste optie. Met alle olie die typisch in het spel is, zijn ze rommelig om te bedienen, met hun verschillende filters, pompen en olie die allemaal moeten worden gecontroleerd, vervangen, schoongemaakt en vervangen. Lekkages kunnen veiligheids- en milieurisico's opleveren.
Voordelen van elektromotoren:
De meeste hydraulische opstellingen zijn niet snel in beweging. Elektromotoren zijn veel sneller (tot 10 m/s). Ze hebben programmeerbare snelheden en stopposities, in tegenstelling tot hydrauliek, en bieden waar nodig een hoge positioneringsnauwkeurigheid. De elektronische sensoren kunnen nauwkeurige feedback geven over de uitgeoefende beweging en kracht, waardoor superieure bewegingscontrole mogelijk is.
Nadelen van elektromotoren:
Deze motoren zijn ingewikkeld om te installeren en op te lossen in vergelijking met andere motoren. Hun nadeel is vooral dat als je veel meer kracht nodig hebt, je een aanzienlijk grotere en zwaardere motor nodig hebt, in tegenstelling tot hydraulische motoren.
Een opmerking over pneumatische activatoren
De kwestie van pneumatische vs. elektrische aandrijvingen of hydraulische aandrijvingen komt ook in sommige situaties voor. Het verschil tussen pneumatische en hydraulische aandrijvingen is dat hydraulische motoren vloeistoffen gebruiken, terwijl pneumatische aandrijvingen gebruik maken van gassen, meestal gewone lucht. (Zowel vloeistoffen als gassen, ter referentie, zijn geclassificeerd als:vloeistoffen.)
Pneumatische activatoren zijn voordelig omdat lucht in wezen overal is (of in ieder geval overal waar mensen comfortabel werken), dus een luchtcompressor is alles wat nodig is voor een krachtbron. Aan de andere kant zijn deze motoren zeer inefficiënt vanwege de relatief grote warmteverliezen ten opzichte van andere motortypes.