Aдвигунпросто кажучи фізичним виразом - це все, що перетворює енергію на переміщення деталей якоїсь машини, будь то автомобіль, друкарський верстат або гвинтівка. Від двигунів вимагається переміщати речі у стільки повсякденних ситуаціях, що світ одразу ж меле до невпізнанного, дещо комічного простою, якщо кожен двигун, що працює, одночасно затих час.
Оскільки в сучасному людському суспільстві всюдисущі двигуни, інженери Землі впродовж століть випускали ряд різних типів, співмірних із сучасними технологічними стандартами. Наприклад, до того, як люди змогли використати та використовувати електроенергію у світовому масштабі з початку 20 століття, великі двигуни поїздів працювали на парі від спалювання вугілля.
- Двигуни - це підмножина двигунів, але не всі двигуни є двигунами.
Багато двигунів євиконавчі механізми, тобто вони викликають рух за допомогою прикладання крутного моменту. Довгий час потужність гідравлічних приводів, що рухались рідиною, була стандартною для доби. Але завдяки досягненню в 21 столітті електричних приводів, в поєднанні з великою кількістю електроенергії та простотою управління, електродвигуни цього типу отримують успіхи. Чи явно один перевершує іншого, і чи залежить це від ситуації?
Огляд гідравлічних систем
Якщо ви коли-небудь користувались підлоговим домкратом або керували транспортним засобом, що має гальмівні системи чи гідропідсилювач керма, ви, можливо, дивувались з легкістю, з якою ви можете переміщати обсяги маси, задіяні у цих фізичних операціях, здавалося б, мало зусилля. (З іншого боку, можливо, вас занадто поглинуло завдання змінити шину на узбіччі дороги, щоб турбуватися такими ідеями в режимі реального часу.)
Ці та багато інших загальних завдань стали можливими завдяки використаннюгідравлічні системи. Гідравлікаце розділ фізики, що займається механічними властивостями та практичним використанням динамічних рідин (рідин у русі). Гідравлічні системи не "створюють" потужність, а замість цього перетворюють її в бажану форму із зовнішнього джерела, званого апервинний рушій.
Вивчення гідравліки складається з двох основних напрямків.Гідродинамікаполягає у вживанні рідин привисокий потік(динамічний означає "рухається")і низький тисквиконувати роботу. «Старошкільні» млини використовують енергію потоку води, щоб подрібнювати зерно таким чином.Гідростатиканавпаки, це вживання рідин привисокий тиск і низький витрата(статичне означає "стоячи") для виконання роботи. Що є основою цього компромісу з мовою фізики?
Сила, робота та площа
Фізика, що лежить в основі стратегічного використання гідравлічних двигунів, полягає в концепції множення сили. Чиста робота, виконана в системі, є добутком прикладеної сили та відстані, яку переміщає об'єкт сили:
W_ {net} = F_ {net} d
Це означає, що для даного обсягу роботи, відведеного на фізичне завдання, може бути необхідна сила для її виконання зменшується за рахунок збільшення відстані, що бере участь у застосуванні сили, як це можна зробити за допомогою поворотів a гвинт.
Цей принцип поширюється від лінійних до двовимірних ситуацій і від взаємозв'язку
P = \ frac {F} {A}
де Р = тиск в Н / м2, F = сила в ньютонах і A = площа в м2. У гідравлічній системі, в якій тиск P підтримується постійним, що має два поршневі циліндри з площами перерізу A1 та А.2, це призводить до відносин
\ frac {F_1} {A_1} = \ frac {F_2} {A_2} \ text {або} F_1 = \ frac {A_1} {A_2} F_2
Це означає, що при виході поршня A2 більше вхідного поршня А1, вхідна сила буде пропорційно менша від вихідної сили. Незважаючи на те, що це не зовсім те саме, що отримувати щось за безцінь, це очевидний актив у багатьох сучасних моторних установках.
Основи електродвигуна
Електродвигун використовує той факт, що магнітне поле чинить силу на рухомі електричні заряди або струм. Поворотна котушка провідного дроту розміщена між полюсами електромагніту таким чином, що магнітне поле індукує крутний момент, що змушує котушку обертатися навколо своєї осі. Цей обертовий вал може бути використаний для роботи різних типів, і загалом електричні двигуни перетворюють електричну енергію в механічну.
Гідравлічні двигуни: типи обговорення
Основним рушієм гідравлічного двигуна є насос, який штовхає рідину (часто масло) в трубах системи. Ця рідина нестислива і по черзі штовхає поршень у циліндрі, що має гідравлічну рідину по обидва боки.
Поршень рухається і перетворюється "за течією" у обертальний рух, тоді як рідина на вихідній стороні поршня постійно повертається у резервуар. Тиск підтримується постійним у системі (якщо його не потрібно змінювати, щоб вплинути на потужності двигуна) за рахунок стратегічного розподілу та термінів роботи клапанів.
Типи гідравлічних двигунів, що використовуються в різних ситуаціях, включають зовнішні редукторні двигуни, осьові поршневі двигуни та радіально-поршневі двигуни. Гідравлічні двигуни також використовуються в деяких видах електричних ланцюгів, а також у комбінаціях насосів та двигунів.
Гідравлічний проти Електродвигун: плюси і мінуси
Навіщо використовувати гідравлічний двигун проти газовий двигун чи електродвигун? Переваги та недоліки кожного типу двигуна настільки численні, що кожну змінну у вашому унікальному сценарії потрібно враховувати.
Переваги гідравлічних двигунів:
Основна перевага гідравлічних двигунів полягає в тому, що вони можуть використовуватися для формування надзвичайно великих зусиль по відношенню до вхідних сил. Це аналогічно ситуації в звичайній (негідравлічній) механіці, коли геометрія важелів і шківів може бути "опрацьована" з подібною користю.
Гідравлічні двигуни працюють із нестисливими рідинами, що забезпечує більш жорсткий контроль двигуна і, таким чином, більший ступінь точності руху. Вони дуже корисні для важкої мобільної техніки (наприклад, вантажних автомобілів).
Недоліки гідравлічних двигунів:
Гідравлічні двигуни, як правило, найдорожчий варіант. З усім мастилом, яке зазвичай використовується, вони брудні в експлуатації, тому що їх різні фільтри, насоси та масло вимагають перевірки, заміни, очищення та заміни. Витоки можуть створювати небезпеку для безпеки та навколишнього середовища.
Переваги електродвигунів:
Більшість гідравлічних установок не швидко рухаються. Електродвигуни набагато швидші (до 10 м / с). Вони мають програмовані швидкості та положення зупинки, на відміну від гідравліки, та забезпечують високу точність позиціонування там, де це необхідно. Електронні датчики можуть забезпечувати точний зворотний зв'язок щодо руху та сили, що застосовується, що забезпечує чудове управління рухом.
Недоліки електродвигунів:
Ці двигуни складні в установці та усуненні несправностей порівняно з іншими двигунами. В основному, їх недоліком є те, що якщо вам потрібно набагато більше сили, вам потрібен значно більший і важчий двигун, на відміну від випадку з гідравлічними двигунами.
Примітка про пневматичні активатори
Питання про пневматичний vs. в деяких ситуаціях також виникають електроприводи або гідроприводи. Різниця між пневматичними та гідравлічними приводами полягає в тому, що гідравлічні двигуни використовують рідини, тоді як пневматичні приводи використовують гази, як правило, звичайне повітря. (І рідини, і гази для довідки класифікуються якрідини.)
Пневматичні активатори вигідні тим, що повітря є по суті скрізь (або принаймні скрізь, де люди працюють з комфортом), тому повітряний компресор - це все, що потрібно для первинного двигуна. З іншого боку, ці двигуни дуже неефективні через порівняно великі втрати внаслідок тепла в порівнянні з іншими типами двигунів.