Indhold
- Oversigt over hydrauliske systemer
- Kraft, arbejde og område
- Grundlæggende om elektriske motorer
- Hydrauliske motorer: Diskussionstyper
- Hydraulisk vs. elmotor: Fordele og ulemper
- En note om pneumatiske aktivatorer
EN motor rent fysisk er alt, hvad der konverterer energi til at bevæge dele af en slags maskine, det være sig en bil, en presse eller en rifle. Motorer kræves for at bevæge ting i så mange hverdagslige situationer, at verden straks ville slibes til en uigenkendelig, noget komisk stilstand, hvis hver motor i drift blev stille på samme tid.
Da motorer er allestedsnærværende i det moderne menneskelige samfund, har jordens ingeniører gennem århundrederne produceret en række forskellige typer, der svarer til dagens teknologiske standarder. Før folk for eksempel var i stand til at udnytte og bruge elektricitet på global skala fra begyndelsen af det 20. århundrede og frem, blev de store togmotorer drevet af damp fra forbrænding af kul.
Mange motorer er aktuatorer, hvilket betyder, at de inducerer bevægelse gennem påføring af drejningsmoment. I lang tid var den væskedrevne kraft fra hydrauliske aktuatorer dagens standard. Men med fremskridt i det 21. århundrede inden for elektriske aktuatorer kombineret med, at elektricitet er rigeligt og let at kontrollere, opnår elektriske motorer af denne type gevinster. Er den ene helt klart overlegen den anden, og afhænger den af situationen?
Oversigt over hydrauliske systemer
Hvis du nogensinde har brugt et gulvstik eller kørt et køretøj, der har magtbremser eller servostyring, har du måske undret dig over den lethed, med hvilken du kan flytte de mængder, der er involveret i disse fysiske transaktioner, med tilsyneladende lidt indsats. (På den anden side var du måske blevet for fortæret af opgaven med at skifte et dæk ved vejkanten til at gider med sådanne ideer i realtid.)
Disse opgaver og mange andre almindelige opgaver muliggøres ved brug af hydrauliske systemer. Hydraulik er den fysiske gren, der beskæftiger sig med mekaniske egenskaber og praktiske anvendelser af dynamiske væsker (væsker i bevægelse). Hydrauliske systemer "skaber" ikke strøm, men konverterer den i stedet til en ønsket form fra en ekstern kilde, kaldet a prime mover.
Undersøgelsen af hydraulik består af to hovedområder. hydrodynamik er brugen af væsker kl høj flow (dynamisk betyder "bevægelse") og lavt tryk at arbejde. "Old-school" -værker udnytter energien i den strømende vandstrøm til at slibe korn på denne måde. hydrostatikderimod er brugen af væsker kl højt tryk og lavt flow (statisk betyder "stående") for at udføre arbejde. Hvad er grundlaget for denne kompromis på fysiksprog?
Kraft, arbejde og område
Fysikken, der ligger til grund for den strategiske anvendelse af hydrauliske motorer, ligger i begrebet multiplikation af kraft. Nettearbejdet, der udføres i et system, er produktet af den anvendte nettokraft, og afstanden, som kraftobjektet bevæger sig: Wnet = (Fnet) (D). Dette betyder, at for en given mængde arbejde, der er tildelt en fysisk opgave, kan den krævede kraft til at udføre det reduceres ved at øge afstanden involveret i kraftpåføringen, som det kan gøres ved hjælp af en sving.
Dette princip strækker sig fra lineære til to-dimensionelle situationer og fra forholdet P = F / A, hvor P = tryk i N / m2, F = kraft i newton og A = område i m2. I et hydraulisk system, hvori tryk P holdes konstant, der har to stempelcylindre med tværsnitsareal A1 og A2, dette fører til forholdet
F1/EN1 = F2/EN2eller F1 = (A1/EN2) F2.
Dette betyder, at når udgangstempel A2 er større end indgangstempel A1, vil indgangskraften være proportionalt mindre end udgangskraften. Selvom dette ikke er helt det samme som at få noget for ingenting, er det et klart aktiv i mange moderne motoropsætninger.
Grundlæggende om elektriske motorer
En elektrisk motor gør brug af det faktum, at et magnetfelt udøver en kraft på bevægelige elektriske ladninger eller strøm. En roterende spole af ledende ledning placeres mellem polerne i en elektromagnet på en sådan måde, at magnetfeltet inducerer et drejningsmoment, der får spolen til at rotere omkring sin akse. Denne roterende aksel kan bruges til at udføre arbejde af forskellige typer, og generelt omdanner elektriske motorer elektrisk energi til mekanisk energi.
Hydrauliske motorer: Diskussionstyper
Den primære bevægelse for en hydraulisk motor er en pumpe, der skubber mod væsken (ofte olie) i systemets rør. Denne væske er ukomprimerbar og skubber igen mod et stempel inde i en cylinder, der har hydraulisk væske på begge sider af det.
Stemplet bevæger sig og omdannes "nedstrøms" til roterende bevægelse, medens væsken på stempels udgangsside kontinuerligt returneres til et reservoir. Trykket holdes konstant i systemet (medmindre det skal ændres for at påvirke motorens udgange) ved den strategiske fordeling og timing af ventiler.
Typer af hydrauliske motorer, der er indsat i forskellige situationer, inkluderer eksterne gearmotorer, aksiale stempelmotorer og radiale stempelmotorer. Hydrauliske motorer bruges også i nogle typer elektriske kredsløb såvel som i pumpemotorkombinationer.
Hydraulisk vs. elmotor: Fordele og ulemper
Hvorfor bruge en hydraulisk motor kontra en gasmotor eller en elektrisk motor? Fordelene og ulemperne ved hver motortype er så mange, at hver variabel i dit eget unikke scenarie skal overvejes.
Fordele ved hydrauliske motorer:
Den største fordel ved hydrauliske motorer er, at de kan bruges til at generere ekstremt høje kræfter i forhold til indgangskræfter. Dette er analogt med situationen i almindelig (ikke-hydraulisk) mekanik, hvor geometrien af håndtag og remskiver kan "bearbejdes" til lignende fordel.
Hydrauliske motorer fungerer ved hjælp af ukomprimerbare væsker, hvilket giver mulighed for strammere kontrol af motoren og dermed en større grad af nøjagtighed i bevægelse. De er meget nyttige til tungt mobilt udstyr (f.eks. Lastbiler).
Ulemper ved hydrauliske motorer:
Hydrauliske motorer er normalt den dyreste mulighed. Med al den olie, der typisk er i spil, er de rodede til at betjene med deres forskellige filtre, pumper og olie, der alle kræver kontrol, ændringer, rengøring og udskiftning. Lækager kan medføre sikkerheds- og miljøfarer.
Fordele ved elmotorer:
De fleste hydrauliske opsætninger bevæger sig ikke hurtigt. Elektriske motorer er langt hurtigere (op til 10 m / s). De har programmerbare hastigheder og stoppositioner i modsætning til hydraulik og giver høj positioneringsnøjagtighed, hvor det er nødvendigt. De elektroniske sensorer kan give præcis feedback på bevægelsen og den krævede kraft, hvilket giver mulighed for overlegen bevægelseskontrol.
Ulemper ved elektriske motorer:
Disse motorer er komplicerede at installere og fejlsøge sammenlignet med andre motorer. Oftest er deres ulempe, at hvis du har brug for meget mere kraft, har du brug for en markant større og tungere motor, i modsætning til tilfældet i hydrauliske motorer.
En note om pneumatiske aktivatorer
Spørgsmålet om pneumatiske kontra elektriske aktuatorer eller hydrauliske aktuatorer kommer også op i nogle situationer. Forskellen mellem pneumatiske og hydrauliske aktuatorer er, at hydrauliske motorer anvender væsker, mens pneumatiske aktuatorer bruger gasser, typisk almindelig luft. (Både væsker og gasser er som reference klassificeret som væsker.)
Pneumatiske aktivatorer er fordelagtige, idet luft i det væsentlige er overalt (eller i det mindste overalt hvor mennesker arbejder komfortabelt), så en luftkompressor er alt, hvad der er behov for en prime mover. På den anden side er disse motorer meget ineffektive på grund af de relativt store tab på grund af varme i forhold til andre motortyper.