圧力の形成

圧力p(物理的概念は圧力)は単位面積当たりの力で、荷重の大きさに関係する。

                                                                                                              p=F/A (2-1)

式中、p-圧力(一般に圧力と呼ばれる)(MPa);
F-負荷力(一般に外力として知られている)(N);
A-荷重を受ける断面積(mm²)。

機械摩擦や流体摩擦、流体抵抗(抵抗と局所抵抗の両方を含む)などがない場合、この式(2-1)は、油圧アクチュエータに加わる外力( F ㎟)が油圧システムの流体圧を発生させるという物理的な意味を説明します。そして、油圧アクチュエータはこの液圧を作動油に発生させる。

 

これは油圧システムの圧力が外部負荷に由来することを示している。したがって、式(2-1)によれば、面積 A を選択することによってシステムが耐えられる最大圧力が決定される。外部負荷は 2 種類に分類できる。一つは直線往復運動をもたらす負荷力(F)である。もう一つは回転運動を発生させるトルク(M)である。外部負荷がトルクの場合、背圧のあるモータ内の圧力(p)は(2-2)式から求めることができる。このとき、圧力︓p︓はトルク︓T︓による外部負荷によって決まると考えることができる:

                                                                                                               p=T/V (2-2)

式中、p-圧力(MPa);
T-負荷外部トルク(N - m);
V油圧モーター変位(mL/r)。

油圧外部負荷力またはトルクが油圧アクチュエータの動きと同じ方向に作用するとき、この外部負荷を "負負荷 "と呼ぶ。また、"オーバーランニングロード "と呼ぶこともある。例えば、クレーンの落下重量や、同じ方向に移動する物体の自重などである。このような条件下では、アクチュエータは、ある一定期間にわたってオイルインレットチャンバー内で真空状態を示します。その結果、油戻し室が失速し、制御不能となり、危険な状態になる可能性があります。さらに、負の負荷状態を考慮したシステム設計であっても、システムは運転中にエネルギー損失を経験します。その結果、このエネルギー損失は、深刻なシステム加熱やその他の問題につながる可能性があります。

流体駆動システムの圧力については、国家標準に従って以下の標準クラスが利用可能です:

表 2-1 流体伝送システムと構成部品の公称圧力シリーズ(GB/T2346-2003)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   (単位:MPa)

1[1.25]1.6[2]2.5[3.15]4[5]6.3[8]10
12.516202531.5[35]40[45]506380100
125160200250

注:括弧内の値は非優先値。

 

表2-1の公称圧力系列は、国家標準GB321-1980に規定された理論公比としての優先係数˶(q_r˶)を用いて諸量を等級付けした後に与えられる。理論公比(q_r}は、(r=5,10,20,40)で定義される。表 2-2 に油圧システムおよび部品の圧力分類を示す。

表2-2 油圧システムとコンポーネントの圧力分類

圧力カテゴリー低圧中圧中高圧高圧超高圧
圧力値/MPa0~6.38.0~2125~31.535~63>70
代表的なアプリケーション工作機械農業機械ブルドーザープレス災害救援機器

上記の圧力分類の概念は、油圧技術の発展に基づいている。現在、油圧ポンプメーカーは公称圧力31.5MPaから35MPaクラスまで開発を進めている。先進メーカー、特に大手メーカーは42MPaから48MPaレベルまで製品を開発している。これらの製品は製品カタログに掲載されている。製品の最高圧力レベルは63MPa(ボッシュ・レックスロス社製)に達している(表2-3参照)。

表2-3 油圧コンポーネントの圧力適用値

アプリケーション産業工作機械造船プレス機建設機械最近の展開予想される展開
圧力値/MPa212535~6331.5~3542~4856~63

流体圧の概念を製品に適用する場合、製品(例えば油圧ポンプ)が耐えられる最大圧力を指定することが多い。この圧力は、製品が設計寿命まで持つことを保証するものでなければなりません。これは、製品が連続運転中であろうと、ある限界に一時的に達した場合であろうと適用されます。このため、圧力値には次のような指標があります:

(1) Maximum component operating pressure ︓システムが短時間作動する間の油圧機器の最大許容作動圧力。

(2) 構成機器最低作動圧力 ⦅最低作動圧力を許容する油圧機器(ポンプ)のシステム定常運転状態⦆をいう。

(3) Element Peak Pressure ︓システムが油圧エレメントに瞬間的に到達させる最高圧力。

(4) 公称成分圧力 ⦅システムを連続運転する定常状態における油圧機器の最大許容作動圧力⦆をいう。

様々なメーカーが製品サンプルに上記の圧力値表示を使っています。多くの場合、最大使用圧力と公称圧力は基本的に同じです。しかし、その違いは主にメーカーの強調点から生じるもので、ユーザーの選択を容易にするのに役立ちます。

ここで強調しておきたいのは、圧力の形成は負荷に由来するということである。圧力形成はシステムの流量やその形成とは何の関係もない。圧力と流量が関係するのは、流体の流れの場合のみであり、ベルヌーイ方程式である。

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