Inhalt
- Übersicht über Hydrauliksysteme
- Kraft, Arbeit und Raum
- Elektromotor-Grundlagen
- Hydraulikmotoren: Diskussionstypen
- Hydraulik vs. Elektromotor: Vor- und Nachteile
- Ein Hinweis zu pneumatischen Aktivatoren
EIN Motor- physikalisch gesehen ist alles, was energie in bewegung von maschinenteilen umwandelt, sei es ein automobil, eine ingpresse oder ein gewehr. Motoren müssen die Dinge in so vielen alltäglichen Situationen bewegen, dass die Welt sofort zu einem unerkennbaren, etwas komischen Stillstand käme, wenn jeder in Betrieb befindliche Motor zur gleichen Zeit leise würde.
Da Motoren in der modernen menschlichen Gesellschaft allgegenwärtig sind, haben Erdingenieure im Laufe der Jahrhunderte eine Reihe verschiedener Typen hergestellt, die den heutigen technologischen Standards entsprechen. Zum Beispiel wurden die großen Lokomotiven von Zügen mit Dampf aus der Verbrennung von Kohle angetrieben, bevor die Menschen ab dem frühen 20. Jahrhundert in der Lage waren, Elektrizität in globalem Maßstab zu nutzen und zu nutzen.
Viele Motoren sind AktorenDas heißt, sie induzieren Bewegung durch das Aufbringen eines Drehmoments. Die flüssigkeitsgetriebene Kraft hydraulischer Antriebe war lange Zeit der Standard des Tages. Mit den Fortschritten im 21. Jahrhundert in Bezug auf elektrische Stellantriebe und der Tatsache, dass die Elektrizität reichlich vorhanden und leicht zu steuern ist, machen Elektromotoren dieses Typs Fortschritte. Ist das eine dem anderen deutlich überlegen und hängt es von der Situation ab?
Übersicht über Hydrauliksysteme
Wenn Sie jemals einen Wagenheber verwendet oder ein Fahrzeug mit Servobremse oder Servolenkung gefahren haben, haben Sie sich vielleicht gewundert, mit welcher Leichtigkeit Sie die bei diesen physischen Transaktionen anfallenden Massenmengen mit scheinbar geringem Aufwand bewegen können. (Andererseits hat Sie die Aufgabe, einen Reifen am Straßenrand zu wechseln, möglicherweise zu sehr beschäftigt, um sich in Echtzeit mit solchen Ideen zu beschäftigen.)
Diese und viele andere gängige Aufgaben werden durch den Einsatz von ermöglicht hydraulische Systeme. Hydraulik ist der Bereich der Physik, der sich mit mechanischen Eigenschaften und praktischen Anwendungen dynamischer Flüssigkeiten (Fluids in Motion) befasst. Hydrauliksysteme "erzeugen" keine Energie, sondern wandeln sie stattdessen von einer externen Quelle in eine gewünschte Form um, die als a bezeichnet wird Antriebsmaschine.
Das Studium der Hydraulik besteht aus zwei Hauptbereichen. Hydrodynamik ist die Verwendung von Flüssigkeiten bei hoher Durchfluss (dynamisch bedeutet "bewegen") und niedriger Druck arbeiten. "Old-School" -Mühlen nutzen die Energie des fließenden Wasserstroms, um auf diese Weise Getreide zu mahlen. HydrostatikDemgegenüber steht die Verwendung von Flüssigkeiten bei hoher Druck und geringer Durchfluss (statisch bedeutet "stehen"), um Arbeiten auszuführen. Was ist die Grundlage für diesen Kompromiss in der Physiksprache?
Kraft, Arbeit und Raum
Die dem strategischen Einsatz von Hydraulikmotoren zugrunde liegende Physik liegt im Konzept der Kraftvervielfachung. Die in einem System durchgeführte Netzarbeit ist das Produkt der ausgeübten Netzkraft und der Entfernung, um die sich das Objekt der Kraft bewegt: WNetz = (FNetz) (d). Dies bedeutet, dass für eine bestimmte Menge an Arbeit, die für eine physische Aufgabe vorgesehen ist, die dafür erforderliche Kraft verringert werden kann, indem der mit der Kraftanwendung verbundene Abstand vergrößert wird, wie dies durch Drehen einer Schraube möglich ist.
Dieses Prinzip erstreckt sich von linearen zu zweidimensionalen Situationen und von der Beziehung P = F / A, wobei P = Druck in N / m2, F = Kraft in Newton und A = Fläche in m2. In einem Hydrauliksystem, in dem der Druck P konstant gehalten wird, weist dieser zwei Kolbenzylinder mit Querschnittsflächen A auf1 und ein2Dies führt zu der Beziehung
F1/EIN1 = F2/EIN2oder F1 = (A1/EIN2) F2.
Dies bedeutet, dass beim Abtrieb Kolben A2 größer als der Eingangskolben A1 ist, wird die Eingangskraft proportional geringer als die Ausgangskraft sein. Dies ist zwar nicht ganz das Gleiche wie etwas für nichts zu bekommen, aber ein klarer Vorteil in vielen modernen Motor-Setups.
Elektromotor-Grundlagen
Ein Elektromotor nutzt die Tatsache, dass ein Magnetfeld eine Kraft auf sich bewegende elektrische Ladungen oder Strom ausübt. Eine sich drehende Spule aus leitendem Draht wird so zwischen die Pole eines Elektromagneten gelegt, dass das Magnetfeld ein Drehmoment induziert, das bewirkt, dass sich die Spule um ihre Achse dreht. Mit dieser rotierenden Welle können verschiedene Arbeiten ausgeführt werden. Insgesamt wandeln Elektromotoren elektrische Energie in mechanische Energie um.
Hydraulikmotoren: Diskussionstypen
Der Hauptantrieb eines Hydraulikmotors ist eine Pumpe, die gegen die Flüssigkeit (oft Öl) in den Rohren des Systems drückt. Diese Flüssigkeit ist inkompressibel und drückt ihrerseits gegen einen Kolben in einem Zylinder, der auf beiden Seiten Hydraulikflüssigkeit enthält.
Der Kolben bewegt sich und wird "stromabwärts" in eine Drehbewegung umgewandelt, während das Fluid auf der Ausgangsseite des Kolbens kontinuierlich in einen Vorratsbehälter zurückgeführt wird. Der Druck wird im System durch die strategische Verteilung und Steuerung der Ventile konstant gehalten (es sei denn, er muss geändert werden, um die Leistung des Motors zu beeinflussen).
Arten von Hydraulikmotoren, die in verschiedenen Situationen eingesetzt werden, umfassen Außengetriebemotoren, Axialkolbenmotoren und Radialkolbenmotoren. Hydraulikmotoren werden auch in einigen Arten von Stromkreisen sowie in Pumpen-Motor-Kombinationen verwendet.
Hydraulik vs. Elektromotor: Vor- und Nachteile
Warum einen Hydraulikmotor gegen einen Gasmotor oder einen Elektromotor verwenden? Die Vor- und Nachteile jedes Motortyps sind so zahlreich, dass jede Variable in Ihrem eigenen Szenario berücksichtigt werden muss.
Vorteile von Hydraulikmotoren:
Der Hauptvorteil von Hydraulikmotoren besteht darin, dass mit ihnen im Verhältnis zu den Eingangskräften extrem hohe Kräfte erzeugt werden können. Dies ist analog zu der Situation in der gewöhnlichen (nicht hydraulischen) Mechanik, in der die Geometrie von Hebeln und Riemenscheiben zu ähnlichen Vorteilen "bearbeitet" werden kann.
Hydraulikmotoren arbeiten mit inkompressiblen Flüssigkeiten, was eine genauere Steuerung des Motors und damit eine größere Bewegungsgenauigkeit ermöglicht. Sie sind sehr nützlich für schwere mobile Geräte (z. B. Lastwagen).
Nachteile von Hydraulikmotoren:
Hydraulikmotoren sind normalerweise die teuerste Option. Mit all dem Öl, das normalerweise im Spiel ist, ist der Betrieb schwierig. Die verschiedenen Filter, Pumpen und das Öl müssen überprüft, gewechselt, gereinigt und ausgetauscht werden. Lecks können Sicherheits- und Umweltgefahren verursachen.
Vorteile von Elektromotoren:
Die meisten hydraulischen Einrichtungen bewegen sich nicht schnell. Elektromotoren sind viel schneller (bis zu 10 m / s). Sie verfügen im Gegensatz zur Hydraulik über programmierbare Geschwindigkeiten und Stoppositionen und bieten bei Bedarf eine hohe Positioniergenauigkeit. Die elektronischen Sensoren können eine präzise Rückmeldung über die ausgeübte Bewegung und Kraft geben und ermöglichen so eine überlegene Bewegungssteuerung.
Nachteile von Elektromotoren:
Diese Motoren sind im Vergleich zu anderen Motoren kompliziert zu installieren und zu beheben. Der Nachteil besteht meist darin, dass Sie, wenn Sie viel mehr Kraft benötigen, einen deutlich größeren und schwereren Motor benötigen, anders als bei Hydraulikmotoren.
Ein Hinweis zu pneumatischen Aktivatoren
In manchen Situationen stellt sich auch die Frage nach pneumatischen oder elektrischen Antrieben oder hydraulischen Antrieben. Der Unterschied zwischen pneumatischen und hydraulischen Antrieben besteht darin, dass Hydraulikmotoren Flüssigkeiten verwenden, während pneumatische Antriebe Gase verwenden, typischerweise gewöhnliche Luft. (Sowohl Flüssigkeiten als auch Gase werden als Referenz eingestuft als Flüssigkeiten.)
Pneumatische Aktivatoren haben den Vorteil, dass Luft im Wesentlichen überall ist (oder zumindest überall, wo Menschen bequem arbeiten), sodass für eine Antriebsmaschine nur ein Luftkompressor erforderlich ist. Zum anderen sind diese Motoren aufgrund der vergleichsweise hohen Wärmeverluste im Vergleich zu anderen Motortypen sehr ineffizient.