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油圧とは、

油圧システムは 比較的小型のポンプで大きな力を発揮できる、出力や速度の制御が容易である、遠隔操作が可能である等の特徴を有している。その特徴を生かし、工場では大きな圧力を発揮するプレス機や加圧装置から各種小型機械の昇降、動力などに多用される。
一般的に目に留まりやすい油圧機械として建設機械や荷役機械がある。パワーショベルやフォークリフトやクレーンやレッカー車の作業機部分の操作の動力は油圧を使用している。身近な物では自動車のブレーキ、航空機の舵面操作や水門の開閉等にも使用されている。
油圧の圧力単位は国際単位系ではパスカル (Pa) が基本であるが、以前は重量キログラム毎平方メートル (kgf/m2) を元にした単位であるkgf/cm2が使用されていた。

 

油圧回路と電気回路

人間の体の中で特に循環器系、神経系を考えてみましょう。体を循環した血液は二酸化炭素をもって静脈に集まり、心臓の右心房へ戻ってきます。そして、右心室のポンプにより両方の肺に送られ、二酸化炭素は酸素と交換され、新鮮な血液は左心房を経て左心室より動脈に送り出されます。 老廃物は腎臓で分離され、排出されます。また神経系では視聴視覚から得られた情報が知覚神経を通って脳に行き、判断された命令が運動神経を経て筋肉へ伝えられます。 油圧回路もこの働きと良く似ており、アクチュエータ(筋肉)で仕事をした作動油は戻り油管(静脈)に集まり、フィルタ(腎臓)でゴミ等が除去されて油タンクに戻ります(図1参照)。油タンク(肺)は油中にある気泡等を放出し、ストレーナを通り、油圧ポンプ(心臓)より油の圧力エネルギーを与えられて圧油管(動脈)を経て油圧制御弁(運動神経系)に行きます。制御弁は制御指令(脳)を受けて動作します。アクチュエータ(頭、体、手、足等の筋肉)は、その圧力エネルギーを機械的エネルギーに変えて、負荷(被駆動体)を動かします。

駆動源は、エンジンや電動機が主である。


簡単な構成は、、、
エンジン、電動機→油圧ポンプ→圧力制御→
→方向制御→油圧モーター、シリンダー


人に例えるなら、、、

油圧ポンプ、油を送る、、、、、心臓
制御機器、指令をする、、、、、脳
駆動機器、動く、働く、、、、、腕や足
これらを繋ぐのが、配管、、、、血管
この中を通る、作動油は、、、、血液



これらが一つになって油圧システムになります。
人間の体 油圧回路 電気回路
心臓 油圧ポンプ 発電機
脾臓   油タンク -
腎臓 フィルタ フィルタ
動脈 圧油管 電線
静脈 戻り油管 電線
制御指令、演算器等 制御指令、演算器等
運動神経 油圧制御弁 トランジスタ、リレー
スイッチ等
 知覚神経 検出器等 検出器等
頭、手、体、足等
筋  肉
油圧モーター、油圧シリンダ
油圧揺動形アクチュエータ
電動機、ソレノイド
リニヤモーター等
油圧システム[K.D.MECHANICAL-DESIGN]

 

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油圧の仕組み

私達が通常見かけるブルドーザ、油圧ショベル、クレーンなどの建設機械は、油圧を利用してレバー1本を動かすことにより、あの重いブレードやバケットを動かして、掘削、積込み、重量の上げ下げを行っています。 作動油を媒体として動力を伝達し負荷を駆動する油圧システムは、小型な装置で大きな力あるいはトルクを取り出すことができるという長所を有しているため、建設機械、航空機、船舶、自動車等で広く利用されています。 油圧ユニットの構成は、流体のエネルギー発生源である油圧ポンプから送り出された高圧の油圧作動油を油圧制御弁で圧力、流量、方向を制御して油圧アクチュエータに送ります。ここで、流体のエネルギーは、機械的エネルギーに変換されて負荷を動かし、実際に仕事をしています

油圧の特徴

   油圧の長所・油圧装置の長所

  1.小型で単純構造の装置にできる。 小型で強力な力またはトルクを発揮できる。
  2.力の大きさ・速度・方向を容易に変えられる。空気圧に比べて小型・軽量で出力が大きく、応答性が良い。
  3.無段変速や遠隔操作を行なうことができる。エネルギーの蓄積ができるとともに、安全装置が簡単である。
  4.装置の破壊を防げる。高温や労働環境の悪い所での使用ができる。
  5.電気と簡単に組み合わせができ、いろいろな制御が可能である。
  6.配管や作動油の分流が自由にできる。 
   速度範囲が広く、無段変速が簡単で円滑である。
   振動が少なく円滑である。
 

   油圧の短所・油圧装置の短所

  1.油漏れの恐れがある。配管が面倒である。油の温度変化で、アクチュエータの速度が変わる。
  2.作動油は油漏れが生じやすく、ごみやさびに弱い。騒音が大きい。
  3.作動油は温度によって機械効率が変。作動油の汚染管理が必要である。
   空気圧ユニットなどと比べて配管作業がめんどうである。
   ゴミ、サビに対する考慮が必要である。

油圧ポンプ

作動油に圧力を加え、油圧回路に作動油を送り出す機能を持つ
電動機やエンジンなどを動力源として、回転運動で油圧回路に作動油を吐出する
(油圧力を発生する)
構造によって概ね下記に分類できる

ベーンポンプ

ケーシング内に偏心して取り付けられた回転子に取り付けられた可動式羽根車(ベーン)を回し作動油に圧力を与え吐出する。比較的低圧領域に適している。

ギヤポンプ

ケーシングの中で回転する歯車が噛み合うことで、作動油に圧力を与え吐出する。構造によって「外接ギヤポンプ」と「内接ギヤポンプ」の2種類がある。小型機械(フォークリフトや農業機械など)の動力源として使われる例が多い。構造上、可変式がなくすべて固定容量式である。

スクリューポンプ

ケーシングの中で複数のスクリューが回転し噛み合うことで、作動油を軸方向に押し出す。エレベータの昇降や水門の開閉など。連続吐出する構造のため、運転時の脈動が起きない。

ピストンポンプ

「プランジャーポンプ」とも。回転軸の周りに配置されたピストンの往復運動で油圧力を発生するもの。軸に対するピストンの作動方向によって、「アキシャルピストンポンプ」(ピストンの作動方向が軸とほぼ平行)、「ラジアルピストンポンプ」(作動方向が軸の中心から外に向かう)に大別される。アキシャルピストンポンプには「斜板式」と「斜軸式」があり、さらに吐出量が固定式のものと可変式のものとがある。

アキシャルピストンポンプ(斜板式)

回転するバルブプレートによる弁機構と、回転する傾斜した板によるピストンの往復運動で圧力を与えるもの。

アキシャルピストンポンプ(斜軸式)

動軸とシリンダブロック中心軸とが、ある角度をもった形式のアキシャルピストンポンプ。

ラジアルピストンポンプ

動軸に対してシリンダーが放射状 (星型)に並んでいるもの。基本的に固定容量式。アキシャルピストンポンプに比べて摺動部品が少ないため内部リーク量が少なく、運転時の効率がよい。高い作動圧力にも対応できる。

駆動機器

油圧モーター(アクチュエーター)

油圧ポンプから得た油圧力から回転運動を取り出すもの。基本的な構造は各種油圧ポンプと同じであり、ベーンモータ、ギヤモータ、ピストンモータがある。

油圧ブレーキ

油圧モーター等に付随して駆動部を拘束・保持する装置。ネガティブブレーキ(圧力がない場合に駆動部を拘束、圧力確立で解除)とポジティブブレーキ(圧力を加えると駆動部を拘束、圧力がなくなると解除)がある。

油圧シリンダー(アクチュエーター)

油圧を直線運動に変換し、伸縮の駆動をする装置。伸縮の両方に油圧力を必要とする複動式と、一方が油圧駆動・他方が外力またはばね駆動の単動式がある。

制御機器

方向制御弁

油の流路を閉止・開通する制御を行い、弁内部のスプールやポペットなどの切り換えエレメントを、電磁石や手動レバーなどのアクチュエーターで作動させる。電磁石で切り換えるものは電磁弁と呼ばれる。全開か全閉だけを切り換えるオンオフ弁と、切り換え途中のエレメント開度を無段階制御できる比例弁ないしサーボ弁とに大別される。比例弁・サーボ弁は流量制御弁の代用としても使うことができる。

圧力制御弁 (リリーフ弁)、安全弁

設定以上の圧力になると圧力油を油圧系統から逃がし、それ以上の圧力上限を抑える機能を持つ弁。逃がした作動油は配管を通ってリザーブタンクへ戻す。比例電磁弁を使用した場合、制御電流または制御電圧に比例した圧力調整を遠隔制御することができる。

流量制御弁

設定以上の流量を絞り、弁以降の流量上限を抑える機能を持つ弁。流量を絞ると流量制御弁より手前の圧力が上がり、固定ポンプでは圧力制御弁が作動して絞られた分の作動油をリザーブタンクへ戻す。可変ポンプの場合はポンプ吐出量が自動的に低下される。比例電磁弁を使用した場合、制御電流または制御電圧に比例した流量調整を遠隔制御することができる。

逆止弁 (チェック弁)

油圧の流れを一方向に制限する機能を持つ弁。一次側 (入側) より二次側 (出側) の圧力が高い場合、弁が閉塞される。任意のタイミングで弁を開いて、二次側から一時側への逆流機能を持つ製品は、パイロットチェック弁 (パイロット操作チェック弁 )と呼ばれる。

その他機器

アキュムレータ

油圧エネルギーを一時的に貯めておき、油圧の脈動を減らす。一気に大量の作動油が必要になるときのリザーバーや、ポンプと併用した油圧源の役目も持つ。

油圧計(圧力計)

直接目盛りを目視する圧力計のほか、遠隔監視するために電気信号に変換する圧力センサーを使う場合もある。

油温計

油圧システムの運転温度には適切なレベルがあり、低過ぎても高過ぎても支障をきたす。直接目盛りを目視する油温計のほか、遠隔監視するために電気信号に変換する温度センサーを使う場合もある。

オイルフィルター

作動油に混入したゴミや、運転にともなって生まれるスラッジ(作動油生成物)を取り除く。用途・設置場所に応じて、ろ過精度や耐圧能力を使い分ける必要がある。

オイルタンク(リザーバー・タンク)

油圧系統に必要な作動油を貯めておくタンク。リリーフ弁(圧力制御弁)から出る余分な作動油やアクチュエーター類から戻ってきた作動油を貯める。作動油の冷却機能も有する。弁類を配管中やアキュムレータの油を抜く場合は、戻り量によってタンクが溢れないように注意が必要である。

冷却器

作動油の温度が高温になる条件下では、作動油の温度を適正レベルまで下げるために冷却器(クーラー、ラジエーター)を設置する場合がある。構造上は空冷式、水冷式、冷媒式の3種類に大別できる。油圧系統から戻ってきた油をタンクへ入れる直前に冷やすインライン配置と、油圧系統とは独立した形でタンクの油を直接冷やすオフライン配置とがある。

ヒーター

運転中に作動油の温度が大きく変わると油圧の性能に影響が出る。運転起動時などに作動油の温度が低過ぎる場合、ヒーターで作動油を適正レベルにまで予熱する。