АмоторПроще говоря, это все, что преобразует энергию в движущиеся части какой-либо машины, будь то автомобиль, печатный станок или винтовка. Двигатели необходимы для перемещения вещей в столь многих повседневных ситуациях, что мир сразу же перестал бы работать. до неузнаваемой, несколько комической остановки, если бы все работающие двигатели в одно и то же время замолчали время.
Поскольку двигатели широко распространены в современном человеческом обществе, инженеры Земли на протяжении веков создали ряд различных типов, соответствующих современным технологическим стандартам. Например, до того, как с начала 20 века люди смогли использовать электричество в глобальном масштабе, огромные двигатели поездов приводились в действие паром от сжигания угля.
- Двигатели - это подмножество двигателей, но не все двигатели являются двигателями.
Многие моторыприводы, что означает, что они вызывают движение за счет приложения крутящего момента. Долгое время гидравлические приводы с гидравлическим приводом были стандартом дня. Но с развитием электрических приводов в 21 веке, в сочетании с обилием электричества и легкостью управления, электродвигатели этого типа добиваются успеха. Один явно превосходит другого и зависит ли это от ситуации?
Обзор гидравлических систем
Если вы когда-либо использовали напольный домкрат или управляли автомобилем с усилителем тормозов или усилителем рулевого управления, вы, возможно, удивились с легкостью, с которой вы можете перемещать объемы массы, участвующие в этих физических транзакциях, с кажущейся небольшой усилие. (С другой стороны, вы могли быть слишком поглощены задачей замены шины на обочине дороги, чтобы возиться с такими идеями в реальном времени.)
Эти и многие другие общие задачи стали возможны благодаря использованиюгидравлические системы. Гидравликаэто раздел физики, связанный с механическими свойствами и практическим использованием динамических жидкостей (жидкостей в движении). Гидравлические системы не «создают» энергию, а вместо этого преобразуют ее в желаемую форму из внешнего источника, называемогопервичный двигатель.
Изучение гидравлики состоит из двух основных областей.Гидродинамикаиспользование жидкостей ввысокий расход(динамический означает "движущийся")и низкое давлениеделать работу. Мельницы "старой школы" используют энергию протекающего потока воды для измельчения зерна таким способом.Гидростатика, напротив, использование жидкостей привысокое давление и низкий расход(статика означает «стоя») для выполнения работы. Что является основой для такого компромисса на языке физики?
Сила, работа и площадь
Физика, лежащая в основе стратегического использования гидравлических двигателей, заключается в концепции умножения силы. Чистая работа, проделанная в системе, является произведением чистой приложенной силы и расстояния, на которое перемещается объект силы:
W_ {net} = F_ {net} d
Это означает, что для определенного количества работы, отведенной на физическую задачу, сила, необходимая для ее выполнения, может быть уменьшается за счет увеличения расстояния, на которое прикладывается сила, как это можно сделать, используя повороты винт.
Этот принцип распространяется не только на линейные, но и на двумерные ситуации, а также на отношения
P = \ frac {F} {A}
где P = давление в Н / м2, F = сила в ньютонах и A = площадь в м2. В гидравлической системе, в которой давление P поддерживается постоянным, есть два поршневых цилиндра с площадью поперечного сечения A1 и А2, это приводит к отношениям
\ frac {F_1} {A_1} = \ frac {F_2} {A_2} \ text {или} F_1 = \ frac {A_1} {A_2} F_2
Это означает, что при выходе поршня A2 больше, чем входной поршень A1, входное усилие будет пропорционально меньше выходного усилия. Хотя это не совсем то же самое, что получить что-то даром, это явный актив во многих современных установках двигателей.
Основы электродвигателя
В электродвигателе используется тот факт, что магнитное поле воздействует на движущиеся электрические заряды или ток. Вращающаяся катушка с проводящим проводом помещается между полюсами электромагнита таким образом, что магнитное поле создает крутящий момент, который заставляет катушку вращаться вокруг своей оси. Этот вращающийся вал может использоваться для выполнения различных работ, и в целом электродвигатели преобразуют электрическую энергию в механическую.
Гидравлические моторы: типы обсуждения
Первичный двигатель гидравлического двигателя - это насос, который отталкивает жидкость (часто масло) в трубах системы. Эта жидкость несжимаема и, в свою очередь, давит на поршень внутри цилиндра, с обеих сторон которого находится гидравлическая жидкость.
Поршень движется и преобразуется «вниз по потоку» во вращательное движение, в то время как жидкость на выходной стороне поршня постоянно возвращается в резервуар. Давление в системе поддерживается постоянным (если его не нужно изменять, чтобы повлиять на мощность двигателя) за счет стратегического распределения и синхронизации клапанов.
Типы гидравлических двигателей, применяемых в различных ситуациях, включают двигатели с внешним зацеплением, аксиально-поршневые двигатели и радиально-поршневые двигатели. Гидравлические двигатели также используются в некоторых электрических цепях, а также в комбинациях насос-двигатель.
Гидравлический vs. Электродвигатель: плюсы и минусы
Зачем использовать гидравлический двигатель vs. газовый двигатель или электродвигатель? Преимущества и недостатки каждого типа двигателя настолько многочисленны, что необходимо учитывать каждую переменную в вашем собственном уникальном сценарии.
Преимущества гидравлических двигателей:
Основное преимущество гидравлических двигателей заключается в том, что они могут использоваться для создания чрезвычайно высоких сил по отношению к входным силам. Это аналогично ситуации в обычной (негидравлической) механике, где геометрия рычагов и шкивов может «работать» с аналогичной выгодой.
Гидравлические двигатели работают с использованием несжимаемых жидкостей, что позволяет более точно управлять двигателем и, таким образом, повысить точность его движения. Они очень полезны для тяжелой мобильной техники (например, грузовиков).
Недостатки гидравлических двигателей:
Гидравлические двигатели обычно являются самым дорогим вариантом. Поскольку все масло, как правило, используется, они неудобны в эксплуатации, поскольку их различные фильтры, насосы и масло требуют проверок, изменений, очистки и замены. Утечки могут создать угрозу безопасности и окружающей среде.
Преимущества электродвигателей:
Большинство гидравлических установок не являются быстрыми. Электродвигатели намного быстрее (до 10 м / с). Они имеют программируемые скорости и положения остановки, в отличие от гидравлики, и обеспечивают высокую точность позиционирования там, где это необходимо. Электронные датчики могут обеспечивать точную обратную связь по движению и приложенной силе, обеспечивая превосходный контроль движения.
Недостатки электродвигателей:
Эти двигатели сложны в установке и устранении неисправностей по сравнению с другими двигателями. В основном их недостаток заключается в том, что если вам нужно намного больше силы, вам понадобится значительно больший и тяжелый двигатель, в отличие от гидравлических двигателей.
Примечание о пневматических активаторах
Вопрос о пневматике vs. электрические приводы или гидравлические приводы также подходят в некоторых ситуациях. Разница между пневматическими и гидравлическими приводами заключается в том, что в гидравлических двигателях используются жидкости, а в пневматических приводах используются газы, обычно обычный воздух. (И жидкости, и газы, для справки, классифицируются какжидкости.)
Преимущество пневматических активаторов в том, что воздух практически везде (или, по крайней мере, везде, где комфортно работают люди), поэтому воздушный компрессор - это все, что нужно для первичного двигателя. С другой стороны, эти двигатели очень неэффективны из-за сравнительно больших потерь из-за тепла по сравнению с двигателями других типов.