Diferențele dintre motoarele hidraulice și motoarele electrice

Amotorîn termeni fizici simpli, este orice lucru care transformă energia în mișcarea părților unui fel de mașină, fie că este vorba despre un automobil, o tipografie sau o pușcă. Motoarele sunt necesare pentru a mișca lucrurile în atât de multe situații de zi cu zi, încât lumea ar macina imediat la un impas de nerecunoscut, oarecum comic, dacă fiecare motor în funcțiune a tăcut în același timp timp.

Întrucât motoarele sunt omniprezente în societatea umană modernă, inginerii Pământului de-a lungul secolelor au produs o serie de tipuri diferite, proporționale cu standardele tehnologice ale zilei. De exemplu, înainte ca oamenii să poată exploata și utiliza electricitatea la scară globală de la începutul secolului al XX-lea încoace, marile motoare ale trenurilor erau alimentate cu abur din arderea cărbunelui.

• Motoarele sunt un subset de motoare, dar nu toate motoarele sunt motoare.

Multe motoare suntactuatoare, ceea ce înseamnă că induc mișcare prin aplicarea cuplului. Pentru o lungă perioadă de timp, puterea acționată de lichid a actuatoarelor hidraulice a fost standardul zilei. Dar odată cu progresele înregistrate în secolul 21 în actuatoarele electrice, combinate cu electricitatea din abundență și ușor de controlat, motoarele electrice de acest tip câștigă. Este unul clar superior celuilalt și depinde de situație?

Dacă ați folosit vreodată un cric de podea sau ați condus un vehicul care are frâne cu servodirecție sau servodirecție, s-ar putea să vă fi minunat la ușurința cu care puteți muta cantitățile de masă implicate în aceste tranzacții fizice cu aparent puțin efort. (Pe de altă parte, s-ar putea să fiți prea consumat de sarcina de a schimba o anvelopă la marginea drumului pentru a vă deranja cu astfel de idei în timp real.)

Aceste sarcini și multe altele comune sunt făcute posibile prin utilizareasisteme hidraulice​. ​Hidraulicăeste ramura fizicii preocupată de proprietățile mecanice și utilizările practice ale fluidelor dinamice (fluide în mișcare). Sistemele hidraulice nu „creează” energie, ci o transformă într-o formă dorită dintr-o sursă externă, numită aprim motor​.

Studiul hidraulicii constă din două domenii principale.Hidrodinamicăeste utilizarea lichidelor ladebit mare(dinamic înseamnă „mișcare”)și presiune scăzutăa face treaba. Morile „Old-School” valorifică energia din curentul curent al apei pentru a măcina cerealele în acest mod.Hidrostatică, în schimb, este utilizarea lichidelor lapresiune ridicată și debit scăzut(static înseamnă „a sta în picioare”) pentru a efectua lucrări. Care este baza acestui compromis în limbajul fizicii?

Fizica care stă la baza utilizării strategice a motoarelor hidraulice constă în conceptul de multiplicare a forței. Munca netă realizată într-un sistem este produsul forței nete aplicate și a distanței la care se deplasează obiectul forței:

Aceasta înseamnă că pentru o anumită cantitate de muncă alocată unei sarcini fizice, poate fi forța necesară pentru a o face redus prin creșterea distanței implicate în aplicarea forței, așa cum se poate face folosind virajele unui şurub.

Acest principiu se extinde de la situații liniare la cele bidimensionale și de la relație

unde P = presiunea în N / m², F = forța în newtoni și A = aria în m². Într-un sistem hidraulic în care presiunea P este menținută constantă, care are doi cilindri cu piston cu secțiuni transversale A₁ și A₂, acest lucru duce la relație

Aceasta înseamnă că la ieșirea pistonului A₂ este mai mare decât pistonul de intrare A1, forța de intrare va fi proporțional mai mică decât forța de ieșire. Deși acest lucru nu este la fel ca obținerea a ceva pentru nimic, este un atu clar în multe configurări motorii contemporane.

Un motor electric folosește faptul că un câmp magnetic exercită o forță asupra sarcinilor sau curentului electric în mișcare. O bobină rotativă de sârmă conductoare este plasată între polii unui electromagnet în așa fel încât câmpul magnetic să inducă un cuplu care determină rotirea bobinei în jurul axei sale. Acest arbore rotativ poate fi utilizat pentru a face lucrări de diferite tipuri și, în general, motoarele electrice transformă energia electrică în energie mecanică.

Motorul principal al unui motor hidraulic este o pompă care împinge împotriva lichidului (adesea ulei) din conductele sistemului. Acest lichid este incompresibil și împinge la rândul său împotriva unui piston în interiorul unui cilindru care are fluid hidraulic pe ambele părți ale acestuia.

Pistonul se mișcă și este transformat „în aval” în mișcare de rotație, în timp ce fluidul de pe partea de ieșire a pistonului este returnat continuu într-un rezervor. Presiunea este menținută constantă în sistem (cu excepția cazului în care trebuie modificată pentru a afecta ieșirile motorului) prin distribuția strategică și temporizarea supapelor.

Tipurile de motoare hidraulice desfășurate în diferite situații includ motoare cu angrenaje externe, motoare cu piston axial și motoare cu piston radial. Motoarele hidraulice sunt, de asemenea, utilizate în unele tipuri de circuite electrice, precum și în combinații pompă-motor.

De ce să folosiți un motor hidraulic vs. un motor pe gaz sau un motor electric? Avantajele și dezavantajele fiecărui tip de motor sunt atât de numeroase, încât fiecare variabilă din propriul scenariu unic trebuie luată în considerare.

​Avantajele motoarelor hidraulice:​

Principalul avantaj al motoarelor hidraulice este că pot fi utilizate pentru a genera forțe extrem de mari în raport cu forțele de intrare. Acest lucru este analog cu situația din mecanica obișnuită (non-hidraulică) în care geometria pârghiilor și scripetelor poate fi „lucrată” în mod similar.

Motoarele hidraulice funcționează folosind lichide incompresibile, ceea ce permite un control mai strâns al motorului și astfel un grad mai mare de precizie în mișcare. Sunt foarte utile pentru echipamente mobile grele (de exemplu, camioane).

​Dezavantaje ale motoarelor hidraulice:​

Motoarele hidraulice sunt de obicei cea mai scumpă opțiune. Cu tot uleiul în mod obișnuit în joc, acestea sunt dezordonate de funcționat, cu diferitele lor filtre, pompe și ulei, toate necesitând verificări, schimbări, curățare și înlocuiri. Scurgerile pot produce pericole pentru siguranță și mediu.

​Avantajele motoarelor electrice:​

Majoritatea reglajelor hidraulice nu se mișcă rapid. Motoarele electrice sunt mult mai rapide (până la 10 m / s). Au viteze programabile și poziții de oprire, spre deosebire de hidraulică, și oferă o precizie ridicată de poziționare acolo unde este necesar. Senzorii electronici pot oferi feedback precis asupra mișcării și forței aplicate, permițând un control superior al mișcării.

​Dezavantaje ale motoarelor electrice:​

Aceste motoare sunt complicate de instalat și depanat în comparație cu alte motoare. În cea mai mare parte, dezavantajul lor este că, dacă aveți nevoie de mult mai multă forță, aveți nevoie de un motor semnificativ mai mare și mai greu, spre deosebire de cazul motoarelor hidraulice.

Întrebarea pneumatică vs. actuatoarele electrice sau actuatoarele hidraulice apar, de asemenea, în unele situații. Diferența dintre actuatoarele pneumatice și hidraulice constă în faptul că motoarele hidraulice utilizează lichide, în timp ce actuatoarele pneumatice utilizează gaze, de obicei aer obișnuit. (Atât lichidele, cât și gazele, pentru referință, sunt clasificate calichide​.)

Activatorii pneumatici sunt avantajoși, deoarece aerul este în esență peste tot (sau cel puțin oriunde oamenii lucrează confortabil), astfel încât un compresor de aer este tot ceea ce este necesar pentru un motor principal. Pe de altă parte, aceste motoare sunt foarte ineficiente din cauza pierderilor relativ mari datorate căldurii față de alte tipuri de motoare.