Amotor-i klara fysiska termer är allt som omvandlar energi till att flytta delar av någon typ av maskin, vare sig det är en bil, en tryckpress eller ett gevär. Motorer krävs för att flytta saker i så många vardagliga situationer att världen omedelbart skulle mala till ett oigenkännligt, något komiskt stillastående om varje motor i drift blev tyst på samma gång tid.
Eftersom motorer är allmänt förekommande i det moderna mänskliga samhället har jordens ingenjörer under århundradena producerat ett antal olika typer som står i proportion till dagens tekniska standarder. Till exempel, innan människor kunde utnyttja och använda el i global skala från början av 1900-talet och framåt, drivs de stora motorerna i tåg med ånga från förbränningen av kol.
- Motorer är en delmängd av motorer, men inte alla motorer är motorer.
Många motorer ärställdon, vilket betyder att de inducerar rörelse genom applicering av vridmoment. Under lång tid var den vätskedrivna kraften hos hydrauliska ställdon dagens standard. Men med framstegen på 2000-talet när det gäller elektriska ställdon, i kombination med att el är rikligt och lätt att styra, gör elektriska motorer av denna typ vinster. Är den ena överlägsen den andra, och beror det på situationen?
Översikt över hydrauliska system
Om du någonsin har använt ett golvjack eller kört ett fordon som har kraftbromsar eller servostyrning, kanske du har förundrat dig på den lätthet som du kan flytta mängderna av massan involverade i dessa fysiska transaktioner med till synes lite ansträngning. (Å andra sidan kan du ha varit för konsumerad av uppgiften att byta däck vid vägkanten för att bry dig om sådana idéer i realtid.)
Dessa uppgifter och många andra vanliga är möjliga genom användning avhydrauliska system. Hydraulikär fysikens gren som rör mekaniska egenskaper och praktiska användningar av dynamiska vätskor (vätskor i rörelse). Hydraulsystem "skapar" inte kraft utan istället omvandlar den till önskad form från en extern källa, kallad adrivmotor.
Studiet av hydraulik består av två huvudområden.Hydrodynamikär användningen av vätskor vidhögt flöde(dynamiskt betyder "rör sig")och lågt tryckatt göra arbete. "Old-school" brukar utnyttjar energin i strömmande vattenström för att slipa korn på detta sätt.Hydrostatikdäremot är användningen av vätskor vidhögt tryck och lågt flöde(statisk betyder "stående") för att utföra arbete. Vad är grunden för denna kompromiss med fysikens språk?
Kraft, arbete och område
Fysiken bakom den strategiska användningen av hydraulmotorer ligger i begreppet kraftmultiplikation. Nätarbetet i ett system är produkten av den nettokraft som appliceras och avståndet som kraftens objekt rör sig:
W_ {net} = F_ {net} d
Det betyder att för en viss mängd arbete som tilldelats en fysisk uppgift kan den kraft som behövs för att göra det vara reduceras genom att öka avståndet i kraftapplikationen, vilket kan göras med hjälp av svängarna på a skruva.
Denna princip sträcker sig från linjära till tvådimensionella situationer och från förhållandet
P = \ frac {F} {A}
där P = tryck i N / m2, F = kraft i newton och A = area i m2. I ett hydraulsystem där trycket P hålls konstant som har två kolvcylindrar med tvärsnittsarea A1 och A2, detta leder till förhållandet
\ frac {F_1} {A_1} = \ frac {F_2} {A_2} \ text {eller} F_1 = \ frac {A_1} {A_2} F_2
Detta innebär att vid utgång kolv A2 är större än ingångskolven A1 kommer ingångskraften att vara proportionellt mindre än utgångskraften. Även om detta inte är helt detsamma som att få något för ingenting, är det en tydlig tillgång i många moderna motoruppsättningar.
Elektriska motoriska grunder
En elmotor använder det faktum att ett magnetfält utövar en kraft på rörliga elektriska laddningar eller ström. En roterande spole av ledande tråd placeras mellan polerna på en elektromagnet på ett sådant sätt att magnetfältet inducerar ett vridmoment som får spolen att rotera runt sin axel. Denna roterande axel kan användas för att utföra arbete av olika slag, och totalt sett omvandlar elmotorer elektrisk energi till mekanisk energi.
Hydrauliska motorer: Diskussionstyper
En drivmotor för en hydraulmotor är en pump som trycker mot vätskan (ofta olja) i systemets rör. Denna vätska är okomprimerbar och trycker i tur och ordning mot en kolv inuti en cylinder som har hydraulvätska på båda sidor om den.
Kolven rör sig och omvandlas "nedströms" till rotationsrörelse, medan vätskan på kolvens utgångssida kontinuerligt återförs till en behållare. Trycket hålls konstant i systemet (såvida det inte behöver ändras för att påverka motorns utgångar) genom den strategiska fördelningen och tidpunkten för ventilerna.
Typer av hydraulmotorer som används i olika situationer inkluderar externa växelmotorer, axiella kolvmotorer och radiella kolvmotorer. Hydraulmotorer används också i vissa typer av elektriska kretsar och i kombinationer med pumpmotor.
Hydraulisk vs. Elmotor: För- och nackdelar
Varför använda en hydraulmotor vs. en bensinmotor eller en elmotor? Fördelarna och nackdelarna med varje typ av motor är så många att varje variabel i ditt eget unika scenario måste övervägas.
Fördelar med hydrauliska motorer:
Den största fördelen med hydraulmotorer är att de kan användas för att generera extremt höga krafter i förhållande till ingångskrafter. Detta är analogt med situationen i vanlig (icke-hydraulisk) mekanik där geometri hos hävarmar och remskivor kan "bearbetas" till liknande fördelar.
Hydraulmotorer arbetar med okomprimerbara vätskor, vilket möjliggör stramare kontroll av motorn och därmed en större grad av noggrannhet i rörelse. De är mycket användbara för tung mobil utrustning (t.ex. lastbilar).
Nackdelar med hydrauliska motorer:
Hydraulmotorer är vanligtvis det dyraste alternativet. Med all olja som vanligtvis spelas är de röriga att använda, med sina olika filter, pumpar och olja som alla kräver kontroller, byten, rengöring och byte. Läckor kan medföra säkerhets- och miljörisker.
Fördelar med elmotorer:
De flesta hydrauliska inställningar går inte snabbt. Elmotorer är mycket snabbare (upp till 10 m / s). De har programmerbara hastigheter och stopplägen, till skillnad från hydraulik, och ger hög positioneringsnoggrannhet vid behov. De elektroniska sensorerna kan ge exakt feedback om rörelsen och kraften som appliceras, vilket möjliggör överlägsen rörelsekontroll.
Nackdelar med elmotorer:
Dessa motorer är komplicerade att installera och felsöka jämfört med andra motorer. För det mesta är deras nackdel att om du behöver mycket mer kraft behöver du en betydligt större och tyngre motor, till skillnad från fallet med hydraulmotorer.
En anmärkning om pneumatiska aktivatorer
Frågan om pneumatisk vs. elektriska ställdon eller hydrauliska ställdon kommer också upp i vissa situationer. Skillnaden mellan pneumatiska och hydrauliska ställdon är att hydraulmotorer använder vätskor medan pneumatiska ställdon använder gaser, vanligtvis vanlig luft. (Både vätskor och gaser, som referens, klassificeras somvätskor.)
Pneumatiska aktivatorer är fördelaktiga genom att luft i princip finns överallt (eller åtminstone överallt där människor arbetar bekvämt), så en luftkompressor är allt som behövs för en drivkraft. Å andra sidan är dessa motorer mycket ineffektiva på grund av de relativt stora förlusterna på grund av värme jämfört med andra motortyper.