Forskjeller mellom hydrauliske motorer og elektriske motorer

Innhold

• Oversikt over hydrauliske systemer
• Makt, arbeid og område
• Grunnleggende om elektriske motorer
• Hydrauliske motorer: Diskusjonstyper
• Hydraulisk vs. elektrisk motor: Fordeler og ulemper
• En merknad om pneumatiske aktivatorer

EN motor i fysiske termer er alt som konverterer energi til å bevege deler av en slags maskin, det være seg en bil, en presse eller en rifle. Det kreves motorer for å bevege ting i så mange hverdagslige situasjoner at verden umiddelbart ville kverne til en ugjenkjennelig, noe komisk stillstand hvis hver motor i drift gikk stille på samme tid.

Siden motorer er allestedsnærværende i det moderne menneskelige samfunn, har jordens ingeniører gjennom århundrer produsert en rekke forskjellige typer i samsvar med dagens teknologiske standarder. Før folk for eksempel kunne utnytte og bruke elektrisitet i global skala fra begynnelsen av 1900-tallet og fremover, ble de store motorene på tog drevet av damp fra forbrenning av kull.

Mange motorer er det aktuatorersom betyr at de induserer bevegelse ved bruk av dreiemoment. I lang tid var væskedrevet kraft fra hydrauliske aktuatorer dagens standard. Men med fremskritt i det 21. århundre innen elektriske aktuatorer, kombinert med at elektrisitet er rikelig og lett å kontrollere, gir elektriske motorer av denne typen gevinster. Er en helt klart overlegen den andre, og avhenger det av situasjonen?

Oversikt over hydrauliske systemer

Hvis du noen gang har brukt et gulvkraftverk eller kjørt et kjøretøy som har kraftbremser eller servostyring, kan du ha undret deg over hvor enkelt du kan flytte mengden masse som er involvert i disse fysiske transaksjonene med tilsynelatende liten anstrengelse. (På den annen side kan du ha blitt for fortæret av oppgaven med å bytte et dekk ved veikanten til å bry deg med slike ideer i sanntid.)

Disse oppgavene og mange andre vanlige blir gjort mulig ved bruk av hydrauliske systemer. hydraulikk er fysikkens gren opptatt av mekaniske egenskaper og praktiske bruksområder for dynamiske væsker (væsker i bevegelse). Hydrauliske systemer "skaper" ikke strøm, men konverterer den i stedet til ønsket form fra en ekstern kilde, kalt a prime mover.

Studiet av hydraulikk består av to hovedområder. hydrodynamikk er bruk av væsker kl høy flyt (dynamisk betyr å bevege seg) og lavt trykk å gjøre arbeid. "Old-school" -freser utnytter energien i flytende vannstrøm for å slipe korn på denne måten. hydrostatikkderimot er bruken av væsker kl høyt trykk og lav strømning (statisk betyr "stående") for å utføre arbeid. Hva er grunnlaget for denne avveiningen i fysikkspråk?

Makt, arbeid og område

Fysikken som ligger til grunn for den strategiske bruken av hydrauliske motorer ligger i konseptet kraftmultiplikasjon. Nettarbeidet som er gjort i et system er produktet av den anvendte nettokraften og avstanden gjenstanden til kraften beveger seg: W_nett = (F_nett) (D). Dette betyr at for en gitt mengde arbeid som er tilordnet en fysisk oppgave, kan kraften som trengs for å utføre den reduseres ved å øke avstanden som er involvert i kraftpåføringen, som det kan gjøres ved hjelp av svingene til en skrue.

Dette prinsippet strekker seg fra lineære til todimensjonale situasjoner, og fra forholdet P = F / A, hvor P = trykk i N / m², F = kraft i newton og A = område i m². I et hydraulisk system der trykket P holdes konstant som har to stempelsylindere med tverrsnittsareal A₁ og A₂, dette fører til forholdet

F₁/EN₁ = F₂/EN₂, eller F₁ = (A₁/EN₂) F₂.

Dette betyr at når du sender ut stempel A₂ er større enn inngangsstempel A1, vil inngangskraften være proporsjonalt mindre enn utgangskraften. Selv om dette ikke er helt det samme som å få noe for ingenting, er det et klart aktivum i mange moderne motoroppsett.

Grunnleggende om elektriske motorer

En elektrisk motor benytter seg av at et magnetfelt utøver en kraft på bevegelige elektriske ladninger eller strøm. En roterende spole av ledende ledning plasseres mellom polene til en elektromagnet på en slik måte at magnetfeltet induserer et dreiemoment som får spolen til å rotere om sin akse. Denne roterende akselen kan brukes til å utføre arbeid av forskjellige typer, og generelt omdanner elektriske motorer elektrisk energi til mekanisk energi.

Hydrauliske motorer: Diskusjonstyper

Den viktigste motoren til en hydraulisk motor er en pumpe som skyver mot væsken (ofte olje) i rørene i systemet. Denne væsken er ikke komprimerbar, og skyver i sving mot et stempel inne i en sylinder som har hydraulisk væske på begge sider av det.

Stempelet beveger seg og konverteres "nedstrøms" til rotasjonsbevegelse, mens væsken på utgangssiden av stempelet kontinuerlig føres tilbake til et reservoar. Trykket holdes konstant i systemet (med mindre det må endres for å påvirke motorens utganger) ved strategisk distribusjon og tidspunkt for ventiler.

Typer hydrauliske motorer utplassert i forskjellige situasjoner inkluderer ytre girmotorer, aksiale stempelmotorer og radielle stempelmotorer. Hydrauliske motorer brukes også i noen typer elektriske kretser, så vel som i pumpemotorkombinasjoner.

Hydraulisk vs. elektrisk motor: Fordeler og ulemper

Hvorfor bruke en hydraulisk motor kontra en bensinmotor eller en elektrisk motor? Fordelene og ulempene med hver type motor er så mange at hver variabel i ditt eget unike scenario må vurderes.

Fordeler med hydrauliske motorer:

Den største fordelen med hydrauliske motorer er at de kan brukes til å generere ekstremt høye krefter i forhold til inngangskrefter. Dette er analogt med situasjonen i vanlig (ikke-hydraulisk) mekanikk der geometrien til spaker og remskiver kan "bearbeides" til lignende fordel.

Hydrauliske motorer arbeider med ukomprimerbare væsker, noe som gjør det mulig for strammere kontroll av motoren og dermed en større grad av nøyaktighet i bevegelse. De er veldig nyttige for tungt mobilt utstyr (f.eks. Lastebiler).

Ulemper med hydrauliske motorer:

Hydrauliske motorer er vanligvis det dyreste alternativet. Med all oljen som er i spill, er de rotete å bruke, med sine forskjellige filtre, pumper og olje som krever kontroller, endringer, rengjøring og utskifting. Lekkasjer kan produsere sikkerhets- og miljøfarer.

Fordeler med elektriske motorer:

De fleste hydrauliske oppsett er ikke raskt i bevegelse. Elektriske motorer er langt raskere (opptil 10 m / s). De har programmerbare hastigheter og stoppstillinger, i motsetning til hydraulikk, og gir høy posisjonsnøyaktighet der det er behov. De elektroniske sensorene kan gi presis tilbakemelding på bevegelse og kraft som brukes, noe som gir overlegen bevegelseskontroll.

Ulemper med elektriske motorer:

Disse motorene er kompliserte å installere og feilsøke sammenlignet med andre motorer. Stort sett er deres ulempe at hvis du trenger mye mer kraft, trenger du en betydelig større og tyngre motor, i motsetning til tilfellet i hydrauliske motorer.

En merknad om pneumatiske aktivatorer

Spørsmålet om pneumatiske kontra elektriske aktuatorer eller hydrauliske aktuatorer kommer også opp i noen situasjoner. Forskjellen mellom pneumatiske og hydrauliske aktuatorer er at hydrauliske motorer benytter væsker mens pneumatiske aktuatorer benytter seg av gasser, typisk vanlig luft. (Både væsker og gasser, for referanse, er klassifisert som væsker.)

Pneumatiske aktivatorer er fordelaktige ved at luft i det vesentlige er overalt (eller i det minste overalt hvor mennesker jobber komfortabelt), så en luftkompressor er alt som trengs for en hovedmotor. På den annen side er disse motorene veldig ineffektive på grunn av de relativt store tapene på grunn av varme mot andre motortyper.