ENmotori klare fysiske termer er alt som konverterer energi til å flytte delene av en slags maskin, det være seg en bil, en trykkpresse eller en rifle. Motorer kreves for å flytte ting i så mange hverdagssituasjoner at verden umiddelbart ville slipe til en ugjenkjennelig, noe komisk stillstand hvis hver motor i drift ble stille på samme tid.
Siden motorer er allestedsnærværende i det moderne menneskelige samfunn, har jordens ingeniører gjennom århundrene produsert en rekke forskjellige typer som er i samsvar med dagens teknologiske standarder. For eksempel, før folk var i stand til å utnytte og bruke elektrisitet i global skala fra begynnelsen av 1900-tallet og fremover, ble de store togmotorene drevet av damp fra forbrenningen av kull.
- Motorer er en delmengde av motorer, men ikke alle motorer er motorer.
Mange motorer er detaktuatorer, noe som betyr at de induserer bevegelse gjennom påføring av dreiemoment. I lang tid var den væskedrevne kraften til hydrauliske aktuatorer dagens standard. Men med fremskritt i det 21. århundre innen elektriske aktuatorer, kombinert med at strøm er rikelig og enkel å kontrollere, gir elektriske motorer av denne typen gevinster. Er den ene overlegen den andre, og avhenger det av situasjonen?
Oversikt over hydrauliske systemer
Hvis du noen gang har brukt et gulvjekk eller kjørt et kjøretøy som har servobremser eller servostyring, har du kanskje undret deg på den enkle måten du kan flytte mengdene masse involvert i disse fysiske transaksjonene med tilsynelatende lite innsats. (På den annen side har du kanskje vært for opptatt av oppgaven med å bytte dekk ved veikanten for å bry deg med slike ideer i sanntid.)
Disse oppgavene og mange andre vanlige gjøres mulig ved bruk avhydrauliske systemer. Hydraulikker den fysikkgrenen som er opptatt av mekaniske egenskaper og praktisk bruk av dynamiske væsker (væsker i bevegelse). Hydrauliske systemer "skaper" ikke kraft, men konverterer den i stedet til ønsket form fra en ekstern kilde, kalt aprimus motor.
Studiet av hydraulikk består av to hovedområder.Hydrodynamikker bruk av væsker vedhøy flyt(dynamisk betyr "bevegelse")og lavt trykkå gjøre jobb. "Old-school" møller utnytter energien i strømmende vannstrøm for å male korn på denne måten.Hydrostatikkderimot, er bruken av væsker vedhøyt trykk og lav flyt(statisk betyr "stående") for å utføre arbeid. Hva er grunnlaget for denne kompromissen i fysikkspråk?
Kraft, arbeid og område
Fysikken som ligger til grunn for den strategiske bruken av hydrauliske motorer ligger i begrepet kraftmultiplikasjon. Nettoarbeidet utført i et system er produktet av nettokraften som brukes og avstanden kraftens objekt beveger seg:
W_ {net} = F_ {net} d
Dette betyr at for en gitt mengde arbeid tildelt en fysisk oppgave, kan den kraften som er nødvendig for å gjøre det være redusert ved å øke avstanden involvert i kraftapplikasjonen, slik det kan gjøres ved å dreie på a skru.
Dette prinsippet strekker seg fra lineære til todimensjonale situasjoner, og fra forholdet
P = \ frac {F} {A}
hvor P = trykk i N / m2, F = kraft i newton og A = areal i m2. I et hydraulisk system der trykk P holdes konstant som har to stempelsylindere med tverrsnittsarealer 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 betyr at når utgangsstempel A2 er større enn inngående stempel A1, vil inngangskraften være proporsjonalt mindre enn utgangskraften. Selv om dette ikke er helt det samme som å få noe for ingenting, er det en klar ressurs i mange moderne motoroppsett.
Grunnleggende om elektriske motorer
En elektrisk motor bruker det faktum at et magnetfelt utøver en kraft på bevegelige elektriske ladninger eller strøm. En roterende spole av ledende ledning plasseres mellom polene på en elektromagnet på en slik måte at magnetfeltet induserer et dreiemoment som får spolen til å rotere rundt sin akse. Denne roterende akselen kan brukes til å utføre arbeid av forskjellige typer, og generelt konverterer elektriske motorer elektrisk energi til mekanisk energi.
Hydrauliske motorer: Diskusjonstyper
Primus motoren til en hydraulisk motor er en pumpe som skyver mot væsken (ofte olje) i rørene til systemet. Denne væsken er ukomprimerbar og skyver på sin side mot et stempel inne i en sylinder som har hydraulisk væske på begge sider av den.
Stempelet beveger seg og omdannes "nedstrøms" til rotasjonsbevegelse, mens væsken på utgangssiden av stempelet kontinuerlig returneres til et reservoar. Trykket holdes konstant i systemet (med mindre det må endres for å påvirke motorens utganger) av den strategiske fordelingen og tidspunktet for ventiler.
Typer hydrauliske motorer utplassert i forskjellige situasjoner inkluderer eksterne girmotorer, aksiale stempelmotorer og radiale stempelmotorer. Hydrauliske motorer brukes også i noen typer elektriske kretser så vel som i kombinasjoner av pumpe-motor.
Hydraulisk vs. Elektrisk motor: Fordeler og ulemper
Hvorfor bruke en hydraulisk motor vs. en bensinmotor eller en elektrisk motor? Fordelene og ulempene med hver type motor er så mange at hver variabel i ditt eget unike scenario må vurderes.
Fordeler med hydrauliske motorer:
Hovedfordelen med hydrauliske motorer er at de kan brukes til å generere ekstremt høye krefter i forhold til inngangskrefter. Dette er analogt med situasjonen i vanlig (ikke-hydraulisk) mekanikk der geometrien til spaker og remskiver kan "bearbeides" til lignende fordel.
Hydrauliske motorer fungerer med ukomprimerbare væsker, noe som muliggjør strengere kontroll av motoren og dermed en større grad av nøyaktighet i bevegelse. De er veldig nyttige for tungt mobilt utstyr (f.eks. Lastebiler).
Ulemper med hydrauliske motorer:
Hydrauliske motorer er vanligvis det dyreste alternativet. Med all oljen som vanligvis er i spill, er de rotete å bruke, med sine forskjellige filtre, pumper og olje som alle krever sjekk, endring, rengjøring og utskifting. Lekkasjer kan gi sikkerhets- og miljøfarer.
Fordeler med elektriske motorer:
De fleste hydrauliske oppsett går ikke raskt. Elektriske motorer er langt raskere (opptil 10 m / s). De har programmerbare hastigheter og stoppposisjoner, i motsetning til hydraulikk, og gir høy posisjonsnøyaktighet der det er nødvendig. De elektroniske sensorene kan gi presis tilbakemelding på bevegelse og kraft som påføres, noe som gir overlegen bevegelseskontroll.
Ulemper med elektriske motorer:
Disse motorene er kompliserte å installere og feilsøke sammenlignet med andre motorer. For det meste er ulempen at hvis du trenger mye mer kraft, trenger du en betydelig større og tyngre motor, i motsetning til tilfellet i hydrauliske motorer.
En merknad om pneumatiske aktivatorer
Spørsmålet om pneumatisk vs. elektriske aktuatorer eller hydrauliske aktuatorer kommer også opp i noen situasjoner. Forskjellen mellom pneumatiske og hydrauliske aktuatorer er at hydrauliske motorer bruker væsker mens pneumatiske aktuatorer bruker gasser, vanligvis vanlig luft. (Både væsker og gasser, som referanse, er klassifisert somvæsker.)
Pneumatiske aktivatorer er fordelaktige ved at luft i det vesentlige er overalt (eller i det minste overalt hvor mennesker jobber komfortabelt), så en luftkompressor er alt som trengs for en primus motor. På den annen side er disse motorene veldig ineffektive på grunn av de relativt store tapene på grunn av varme versus andre motortyper.
