Inhoud
- Overzicht van hydraulische systemen
- Force, Work en Area
- Basisprincipes van elektrische motoren
- Hydraulische motoren: typen discussies
- Hydraulische versus elektrische motor: voor- en nadelen
- Een opmerking over pneumatische activatoren
EEN motor in fysieke termen is alles dat energie omzet in het verplaatsen van de onderdelen van een soort machine, of het nu een auto, een pers of een geweer is. Motoren zijn nodig om dingen in zoveel dagelijkse situaties te verplaatsen dat de wereld onmiddellijk tot een onherkenbare, ietwat komische stilstand zou komen als elke motor in bedrijf tegelijkertijd stil zou blijven.
Omdat motoren alomtegenwoordig zijn in de moderne menselijke samenleving, hebben aardse ingenieurs door de eeuwen heen een aantal verschillende typen geproduceerd die in overeenstemming zijn met de technologische normen van de dag. Voordat bijvoorbeeld mensen vanaf het begin van de 20e eeuw wereldwijd elektriciteit konden benutten en gebruiken, werden de grote motoren van treinen aangedreven door stoom uit de verbranding van steenkool.
Veel motoren zijn actuators, wat betekent dat ze beweging veroorzaken door het toepassen van koppel. Lange tijd was het vloeistofgedreven vermogen van hydraulische aandrijvingen de standaard van de dag. Maar met de vooruitgang in de 21e eeuw op het gebied van elektrische aandrijvingen, gecombineerd met overvloedige en gemakkelijk te bedienen elektriciteit, winnen elektrische motoren van dit type aan winst. Is de ene duidelijk superieur aan de andere en hangt het af van de situatie?
Overzicht van hydraulische systemen
Als u ooit een vloerkrik hebt gebruikt of een voertuig met stuurremmen of stuurbekrachtiging heeft bestuurd, heeft u zich misschien verbaasd over het gemak waarmee u de hoeveelheden massa die betrokken zijn bij deze fysieke transacties met schijnbaar weinig inspanning kunt verplaatsen. (Aan de andere kant was je misschien te veel bezig met het vervangen van een band langs de weg om in realtime met dergelijke ideeën bezig te zijn.)
Deze taken en vele andere veel voorkomende taken worden mogelijk gemaakt door het gebruik van hydraulische systemen. Hydraulica is de tak van de fysica die zich bezighoudt met mechanische eigenschappen en praktische toepassingen van dynamische vloeistoffen (vloeistoffen in beweging). Hydraulische systemen "creëren" geen kracht, maar zetten het in plaats daarvan om in een gewenste vorm van een externe bron, genaamd a prime mover.
De studie van de hydraulica bestaat uit twee hoofdgebieden. waterwerktuigkunde is het gebruik van vloeistoffen bij hoge doorstroming (dynamisch betekent "verplaatsen") en lage druk om werk te doen. "Old-school" molens benutten de energie in stromende waterstroom om graan op deze manier te malen. hydrostatiekdaarentegen staat het gebruik van vloeistoffen op hoge druk en lage doorstroming (statisch betekent "staan") om werkzaamheden uit te voeren. Wat is de basis voor deze wisselwerking in de natuurkundetaal?
Force, Work en Area
De fysica die ten grondslag ligt aan het strategische gebruik van hydraulische motoren ligt in het concept van krachtvermenigvuldiging. Het netto werk dat in een systeem wordt gedaan, is het product van de uitgeoefende netto kracht en de afstand die het object van de kracht beweegt: wnetto = (Fnetto) (D). Dit betekent dat voor een bepaalde hoeveelheid werk die is toegewezen aan een fysieke taak, de benodigde kracht kan worden verminderd door de afstand te vergroten die betrokken is bij de krachtuitoefening, zoals kan worden gedaan met behulp van de draaiingen van een schroef.
Dit principe strekt zich uit van lineaire tot tweedimensionale situaties en van de relatie P = F / A, waarbij P = druk in N / m2, F = kracht in newton en A = gebied in m2. In een hydraulisch systeem waarin druk P constant wordt gehouden met twee zuigercilinders met dwarsdoorsnede A1 en een2, dit leidt tot de relatie
F1/EEN1 = F2/EEN2of F1 = (A1/EEN2) F2.
Dit betekent dat wanneer uitgangszuiger A wordt gebruikt2 groter is dan invoerzuiger A1, zal de invoerkracht proportioneel minder zijn dan de uitvoerkracht. Hoewel dit niet hetzelfde is als iets voor niets krijgen, is het een duidelijke troef in veel moderne motoropstellingen.
Basisprincipes van elektrische motoren
Een elektromotor maakt gebruik van het feit dat een magnetisch veld een kracht uitoefent op bewegende elektrische ladingen of stroom. Een roterende spoel van geleidende draad wordt zodanig tussen de polen van een elektromagneet geplaatst dat het magnetische veld een koppel induceert waardoor de spoel om zijn as roteert. Deze roterende as kan worden gebruikt om verschillende soorten werk te doen, en over het algemeen zetten elektrische motoren elektrische energie om in mechanische energie.
Hydraulische motoren: typen discussies
De krachtbron van een hydraulische motor is een pomp die tegen de vloeistof (vaak olie) in de leidingen van het systeem duwt. Deze vloeistof is niet samendrukbaar en duwt op zijn beurt tegen een zuiger in een cilinder die aan beide zijden hydraulische vloeistof heeft.
De zuiger beweegt en wordt "stroomafwaarts" omgezet in rotatiebeweging, terwijl het fluïdum aan de uitgangszijde van de zuiger continu wordt teruggevoerd naar een reservoir. De druk wordt constant in het systeem gehandhaafd (tenzij deze moet worden gewijzigd om de output van de motor te beïnvloeden) door de strategische verdeling en timing van kleppen.
Soorten hydraulische motoren die in verschillende situaties worden ingezet, zijn externe tandwielmotoren, axiale zuigermotoren en radiale zuigermotoren. Hydraulische motoren worden ook gebruikt in sommige soorten elektrische circuits en in pomp-motorcombinaties.
Hydraulische versus elektrische motor: voor- en nadelen
Waarom een hydraulische motor gebruiken versus een gasmotor of een elektromotor? De voor- en nadelen van elk type motor zijn zo talrijk dat met elke variabele in uw eigen unieke scenario rekening moet worden gehouden.
Voordelen van hydraulische motoren:
Het belangrijkste voordeel van hydraulische motoren is dat ze kunnen worden gebruikt om extreem hoge krachten te genereren in relatie tot invoerkrachten. Dit is analoog aan de situatie in gewone (niet-hydraulische) mechanica waar de geometrie van hendels en riemschijven met hetzelfde voordeel kan worden "bewerkt".
Hydraulische motoren werken met niet-samendrukbare vloeistoffen, wat zorgt voor een strakkere controle van de motor en dus een grotere mate van nauwkeurigheid in beweging. Ze zijn erg handig voor zware mobiele apparatuur (bijv. Vrachtwagens).
Nadelen van hydraulische motoren:
Hydraulische motoren zijn meestal de duurste optie. Met alle olie die normaal gesproken in het spel is, zijn ze rommelig in gebruik, met hun verschillende filters, pompen en olie die allemaal moeten worden gecontroleerd, vervangen, gereinigd en vervangen. Lekken kunnen gevaren voor de veiligheid en het milieu opleveren.
Voordelen van elektrische motoren:
De meeste hydraulische opstellingen bewegen niet snel. Elektromotoren zijn veel sneller (tot 10 m / s). Ze hebben programmeerbare snelheden en stopposities, in tegenstelling tot hydraulica, en bieden een hoge positioneringsnauwkeurigheid waar nodig. De elektronische sensoren kunnen nauwkeurige feedback geven over de toegepaste beweging en kracht, waardoor een superieure bewegingscontrole mogelijk is.
Nadelen van elektrische motoren:
Deze motoren zijn ingewikkeld om te installeren en problemen op te lossen in vergelijking met andere motoren. Meestal is het nadeel dat als je veel meer kracht nodig hebt, je een aanzienlijk grotere en zwaardere motor nodig hebt, in tegenstelling tot hydraulische motoren.
Een opmerking over pneumatische activatoren
De kwestie van pneumatische versus elektrische actuators of hydraulische actuators komt ook in sommige situaties aan de orde. Het verschil tussen pneumatische en hydraulische actuators is dat hydraulische motoren vloeistoffen gebruiken, terwijl pneumatische actuators gebruik maken van gassen, meestal gewone lucht. (Zowel vloeistoffen als gassen worden ter referentie geclassificeerd als vloeistoffen.)
Pneumatische activatoren zijn voordelig omdat lucht in wezen overal is (of in ieder geval overal waar mensen comfortabel werken), dus een luchtcompressor is alles wat nodig is voor een prime-mover. Aan de andere kant zijn deze motoren erg inefficiënt vanwege de relatief grote verliezen als gevolg van warmte versus andere motortypes.