Περιεχόμενο
- Επισκόπηση Υδραυλικών Συστημάτων
- Δύναμη, Εργασία και Περιοχή
- Βασικά στοιχεία ηλεκτρικού κινητήρα
- Υδραυλικοί κινητήρες: Τύποι συζήτησης
- Υδραυλικό έναντι ηλεκτρικού κινητήρα: Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα
- Μια σημείωση σχετικά με τους πνευματικούς ενεργοποιητές
ΕΝΑ μοτέρ με απλούς φυσικούς όρους είναι κάτι που μετατρέπει την ενέργεια σε κίνηση των τμημάτων κάποιου είδους μηχανής, είτε πρόκειται για ένα αυτοκίνητο, είτε για ένα πιεστήριο είτε για ένα τουφέκι. Οι κινητήρες πρέπει να κινούν τα πράγματα σε τόσες πολλές καθημερινές καταστάσεις που ο κόσμος θα αλέσει αμέσως σε μια μη αναγνωρίσιμη, κάπως κωμική στάση, αν κάθε κινητήρας σε λειτουργία σιωπά την ίδια στιγμή.
Δεδομένου ότι οι κινητήρες είναι πανταχού παρόντες στη σύγχρονη ανθρώπινη κοινωνία, οι μηχανικοί της Γης κατά τη διάρκεια των αιώνων έχουν παραγάγει έναν αριθμό διαφορετικών τύπων, ανάλογα με τα τεχνολογικά πρότυπα της ημέρας. Για παράδειγμα, πριν μπορέσουν οι άνθρωποι να εκμεταλλευτούν και να χρησιμοποιήσουν ηλεκτρική ενέργεια σε παγκόσμια κλίμακα από τις αρχές του 20ου αιώνα, οι μεγάλες μηχανές των αμαξοστοιχιών τροφοδοτήθηκαν από τον ατμό από την καύση του άνθρακα.
Πολλοί κινητήρες είναι ενεργοποιητές, που σημαίνει ότι προκαλούν κίνηση μέσω της εφαρμογής ροπής. Για μεγάλο χρονικό διάστημα, η ισχύς των υδραυλικών ενεργοποιητών που λειτουργούσε με υγρό ήταν το πρότυπο της ημέρας. Αλλά με τις εξελίξεις στον 21ο αιώνα στους ηλεκτρικούς ενεργοποιητές, σε συνδυασμό με την ηλεκτρική ενέργεια που είναι άφθονη και εύκολο να ελέγχονται, οι ηλεκτροκινητήρες αυτού του τύπου κερδίζουν κέρδη. Είναι ξεκάθαρα ανώτερη από την άλλη και εξαρτάται από την κατάσταση;
Επισκόπηση Υδραυλικών Συστημάτων
Εάν έχετε χρησιμοποιήσει ποτέ μια πρίζα δαπέδου ή έχετε οδηγήσει ένα όχημα που έχει φρένα ισχύος ή υδραυλικό τιμόνι, μπορεί να έχετε θαυμάσει την ευκολία με την οποία μπορείτε να μετακινήσετε τα ποσά μάζας που εμπλέκονται σε αυτές τις φυσικές συναλλαγές με φαινομενικά μικρή προσπάθεια. (Από την άλλη πλευρά, μπορεί να έχετε καταναλώσει πάρα πολύ από το καθήκον να αλλάξετε ένα ελαστικό στο δρόμο για να ασχοληθείτε με τέτοιες ιδέες σε πραγματικό χρόνο).
Αυτά τα καθήκοντα και πολλές άλλες κοινές καθίστανται δυνατές με τη χρήση του υδραυλικά συστήματα. Υδραυλική είναι ο κλάδος της φυσικής που ασχολείται με τις μηχανικές ιδιότητες και τις πρακτικές χρήσεις των δυναμικών υγρών (ρευστά σε κίνηση). Τα υδραυλικά συστήματα δεν δημιουργούν δύναμη, αλλά μετατρέπουν το σε επιθυμητή μορφή από μια εξωτερική πηγή, που ονομάζεται a πρωτοστάτης.
Η μελέτη του υδραυλικού συστήματος αποτελείται από δύο κύριους τομείς. Υδροδυναμική είναι η χρήση υγρών σε υψηλή ροή (δυναμικά μέσα "κίνηση") και χαμηλή πίεση να κάνουμε δουλειά. Οι "μύλοι του παλιού σχολείου" εκμεταλλεύονται την ενέργεια στο ρέον ρεύμα νερού για να αλέθουν κόκκους με αυτόν τον τρόπο. Υδροστατική, αντίθετα, είναι η χρήση υγρών στο υψηλή πίεση και χαμηλή ροή (στατικά μέσα "στέκεται") για να εκτελέσει εργασία. Ποια είναι η βάση αυτής της ανταλλαγής στη φυσική γλώσσα;
Δύναμη, Εργασία και Περιοχή
Η φυσική που βασίζεται στη στρατηγική χρήση των υδραυλικών κινητήρων έγκειται στην έννοια του πολλαπλασιασμού της δύναμης. Η καθαρή εργασία που γίνεται σε ένα σύστημα είναι το προϊόν της εφαρμοζόμενης καθαρής δύναμης και της απόστασης που κινείται το αντικείμενο της δύναμης: Wκαθαρά = (Fκαθαρά)(ρε). Αυτό σημαίνει ότι για μια δεδομένη ποσότητα εργασίας που κατανέμεται σε ένα φυσικό καθήκον, η δύναμη που απαιτείται για να γίνει μπορεί να μειωθεί αυξάνοντας την απόσταση που εμπλέκεται στην εφαρμογή δύναμης, όπως μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας τις στροφές μιας βίδας.
Αυτή η αρχή εκτείνεται από γραμμικές σε δισδιάστατες καταστάσεις και από τη σχέση Ρ = Ρ / Α, όπου P = πίεση σε N / m2, F = δύναμη σε newtons και A = περιοχή σε m2. Σε ένα υδραυλικό σύστημα στο οποίο η πίεση Ρ διατηρείται σταθερή και έχει δύο κυλίνδρους εμβόλων με περιοχές διατομής Α1 και ένα2, αυτό οδηγεί στη σχέση
φά1/ΕΝΑ1 = F2/ΕΝΑ2, ή F1 = (Α1/ΕΝΑ2)ΦΑ2.
Αυτό σημαίνει ότι όταν το έμβολο εξόδου Α2 είναι μεγαλύτερο από το έμβολο εισαγωγής Α1, η δύναμη εισόδου θα είναι αναλογικά μικρότερη από τη δύναμη εξόδου. Ενώ αυτό δεν είναι αρκετά το ίδιο με το να πάρει κάτι για το τίποτα, είναι σαφές πλεονέκτημα σε πολλές σύγχρονες ρυθμίσεις κινητήρα.
Βασικά στοιχεία ηλεκτρικού κινητήρα
Ένας ηλεκτρικός κινητήρας κάνει χρήση του γεγονότος ότι ένα μαγνητικό πεδίο ασκεί μια δύναμη στην κίνηση ηλεκτρικών φορτίων, ή ρεύματος. Ένα περιστρεφόμενο πηνίο αγώγιμου σύρματος τοποθετείται μεταξύ των πόλων ενός ηλεκτρομαγνήτη με τέτοιο τρόπο ώστε το μαγνητικό πεδίο να προκαλεί ροπή που προκαλεί την περιστροφή του πηνίου γύρω από τον άξονά του. Αυτός ο περιστρεφόμενος άξονας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να κάνει εργασίες διαφόρων τύπων και συνολικά οι ηλεκτροκινητήρες μετατρέπουν την ηλεκτρική ενέργεια σε μηχανική ενέργεια.
Υδραυλικοί κινητήρες: Τύποι συζήτησης
Ο βασικός κινητήρας ενός υδραυλικού κινητήρα είναι μια αντλία που ωθεί το υγρό (συχνά λάδι) στους σωλήνες του συστήματος. Αυτό το υγρό είναι ασυμπίεστο και ωθεί με τη σειρά του ένα έμβολο μέσα σε έναν κύλινδρο που έχει υδραυλικό υγρό και στις δύο πλευρές του.
Το έμβολο κινείται και μετατρέπεται "προς τα κάτω" σε περιστροφική κίνηση, ενώ το ρευστό στην πλευρά εξόδου του εμβόλου επιστρέφει συνεχώς σε μια δεξαμενή. Η πίεση διατηρείται σταθερή στο σύστημα (εκτός αν χρειάζεται να αλλάξει για να επηρεάσει τις εξόδους του κινητήρα) από τη στρατηγική κατανομή και χρονισμό των βαλβίδων.
Οι τύποι των υδραυλικών κινητήρων που αναπτύσσονται σε διαφορετικές καταστάσεις περιλαμβάνουν εξωτερικούς κινητήρες γραναζιών, κινητήρες αξονικών εμβόλων και κινητήρες ακτινικών εμβόλων. Οι υδραυλικοί κινητήρες χρησιμοποιούνται επίσης σε ορισμένα είδη ηλεκτρικών κυκλωμάτων καθώς και σε συνδυασμούς αντλιών-κινητήρων.
Υδραυλικό έναντι ηλεκτρικού κινητήρα: Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα
Γιατί να χρησιμοποιήσετε έναν υδραυλικό κινητήρα έναντι ενός κινητήρα αερίου ή ενός ηλεκτροκινητήρα; Τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα κάθε τύπου κινητήρα είναι τόσο πολυάριθμα ώστε κάθε μεταβλητή στο δικό σας μοναδικό σενάριο πρέπει να εξεταστεί.
Πλεονεκτήματα των υδραυλικών κινητήρων:
Το κύριο πλεονέκτημα των υδραυλικών κινητήρων είναι ότι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή εξαιρετικά υψηλών δυνάμεων σε σχέση με τις δυνάμεις εισόδου. Αυτό είναι ανάλογο με την κατάσταση στη συνηθισμένη (μη υδραυλική) μηχανική, όπου η γεωμετρία των μοχλών και των τροχαλιών μπορεί να «επεξεργαστεί» με παρόμοιο όφελος.
Οι υδραυλικοί κινητήρες λειτουργούν με μη συμπιεσμένα υγρά, γεγονός που επιτρέπει τον αυστηρότερο έλεγχο του κινητήρα και επομένως έναν μεγαλύτερο βαθμό ακρίβειας στην κίνηση. Είναι πολύ χρήσιμα για τον βαρέα κινητό εξοπλισμό (π.χ. φορτηγά).
Μειονεκτήματα των υδραυλικών κινητήρων:
Οι υδραυλικοί κινητήρες είναι συνήθως η πιο φτηνή επιλογή. Με όλα τα λάδια που συνήθως διαδραματίζουν, είναι βρώμικα για να λειτουργήσουν, με τα διάφορα φίλτρα, αντλίες και λάδι, όλα τα οποία απαιτούν ελέγχους, αλλαγές, καθαρισμό και αντικαταστάσεις. Οι διαρροές μπορούν να προκαλέσουν κινδύνους για την ασφάλεια και το περιβάλλον.
Πλεονεκτήματα των ηλεκτροκινητήρων:
Οι περισσότερες υδραυλικές ρυθμίσεις δεν μετακινούνται γρήγορα. Οι ηλεκτροκινητήρες είναι πολύ ταχύτεροι (μέχρι 10 m / s). Έχουν προγραμματιζόμενες θέσεις ταχύτητας και σταμάτησης, σε αντίθεση με τα υδραυλικά, και παρέχουν υψηλή ακρίβεια τοποθέτησης όπου χρειάζεται. Οι ηλεκτρονικοί αισθητήρες μπορούν να παρέχουν ακριβή ανατροφοδότηση σχετικά με την κίνηση και τη δύναμη που εφαρμόζονται, επιτρέποντας τον ανώτερο έλεγχο κίνησης.
Μειονεκτήματα των ηλεκτροκινητήρων:
Αυτοί οι κινητήρες είναι πολύπλοκοι για την εγκατάσταση και την αντιμετώπιση προβλημάτων σε σύγκριση με άλλους κινητήρες. Κυρίως, το μειονέκτημα τους είναι ότι εάν χρειάζεστε πολύ περισσότερη δύναμη, χρειάζεστε ένα σημαντικά μεγαλύτερο και βαρύτερο μοτέρ, σε αντίθεση με την περίπτωση σε υδραυλικούς κινητήρες.
Μια σημείωση σχετικά με τους πνευματικούς ενεργοποιητές
Το ζήτημα των πνευματικών έναντι ηλεκτρικών ενεργοποιητών ή υδραυλικών ενεργοποιητών έρχεται επίσης σε ορισμένες περιπτώσεις. Η διαφορά μεταξύ των πνευματικών και υδραυλικών ενεργοποιητών είναι ότι οι υδραυλικοί κινητήρες χρησιμοποιούν υγρά ενώ οι ενεργοποιητές πεπιεσμένου αέρα χρησιμοποιούν αέρια, συνήθως συνήθους αέρα. (Τα υγρά και τα αέρια, για αναφορά, ταξινομούνται ως υγρά.)
Οι πνευματικοί ενεργοποιητές είναι επωφελείς από το ότι ο αέρας είναι ουσιαστικά παντού (ή τουλάχιστον παντού ο κόσμος εργάζεται άνετα), οπότε ένας συμπιεστής αέρα είναι το μόνο που χρειάζεται για έναν κύριο κινητήρα. Από την άλλη πλευρά, αυτοί οι κινητήρες είναι πολύ αναποτελεσματικοί λόγω των σχετικά μεγάλων απωλειών λόγω θερμότητας έναντι άλλων τύπων κινητήρων.