油圧ポンプを正しく選択する

圧ポンプは、油圧アクチュエータを動作させるために、配管を介して高圧の作動油(通常は油)を循環させるために使用されます。油圧アクチュエータは、一般的に油圧シリンダーや油圧モーターです。

ポンプは、油圧回路にエネルギーを供給するため、非常に重要です。

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  • 油圧ポンプの種類について

    油圧ポンプには、主に4種類あります。

     

    ギヤポンプ

    ギヤポンプ

    ギヤポンプは最も部品点数が少なく、 2つの歯車の歯のかみ合わせ部分を使って流体を輸送します。 一定の量の流体を移動させることができ、 一般的に50~210barの圧力で機能します。 最高回転速度は、3000~6000rpmです。

    長所 : 

    • 低コスト
    • 固定容量式

    短所 :

    • 容積効率が低い

    ギアポンプには、内接式と外接式の2種類があります。

    外接式ギヤポンプ:

    • 外接式ギヤポンプには、駆動歯車と従動歯車の2つの外歯歯車があります。 従動歯車は反時計方向に回転し、駆動歯車は時計方向に回転することで、ケーシング内で両歯車がかみ合います。 

    また、同軸上に2つのギアポンプからなるダブル外接式ギヤポンプもあります。 長所は、2つの独立した油圧回路がある点と、1つの回路に高流量を供給できる点です。

    内接式ギヤポンプ

    • 内歯歯車と外歯歯車との一部が噛み合って回転してポンプ作用を行います。 
    • 外歯車と内歯車の間に作られる空間が回転により拡大・縮小することで液体の吸引と吐出をします。
    • 両歯車が離れる時に液体が吸引されます。 

    長所 :

    • 音が静か
    • 一定の量の流体を移動させることができる
     

    ピストンポンプ

    ピストンポンプ

    油圧ピストンポンプは、高圧で大流量を移動させることがきます。 連続的にピストンを往復させることで動作します。 ピストンのシール性が優れているため、流体漏れが少なく、高圧での動作が可能です。

    長所 :

    • 高い容積効率
    • 高圧運転
    • 高い信頼性 
    • 高出力密度
    • 固定容量式と可変容量式がある

    短所 :

    • 最もコストがかかる

    ピストンの配列には、主にアキシャル型とラジアル型があります。

    アキシャル型: 

    アキシャル型ピストンポンプの設計は、斜板の原理や湾曲軸の設計に基づいています。 

    • ロータリーピストンは斜板で支持されており、斜板の角度がピストンのストロークを決定します。
    • 曲線軸の構成では、流量容積はピボット角に依存します:シャフトが回転するとピストンがシリンダー内を移動します。 

    ラジアル形: 

    ラジアル型ピストンポンプには、2種類の構成があります。 

    • 1つ目は、ピストンがカムリングの内側で、偏心シリンダーブロックとともに回転する構成です。 ピストンのストロークは、偏心量によって決まります。 
    • 2つ目は、偏心軸が回転することにより、ピストンが放射状に揺動する構成です。 

    長所 : 

    • 複数の吐出口を装備することができる
     

    ロータリーベーンポンプ

    ロータリーベーンポンプ

    長方形のベーン(羽)を持つポンプで、ロータに組み付けられています。 そのためべーンは放射状に動くことができます。

    長所 :

    • 一般的にギアポンプよりも容積効率が良い
    • 高速回転(最大3,000rpm)を維持しながらも音が静か
    • 固定容量式と可変容量式がある
    • 可変容量式の場合、流量を減少させることができ、その結果エネルギー消費量を削減することができます。

    短所 :

    • ギアポンプよりも値段が高い
    • ベーンが壊れやすい
  • 固定容量式ポンプと可変容量式ポンプの違い

    HAWE Hydraulik SEの可変容量式ポンプ

    HAWE Hydraulikの可変容量式ポンプ

    ポンプの容量は、ギア、ベーン、またはピストンが1回転でポンピングする流体の量によって定義されます。 ポンプの容量が30ccの場合、理論的には30mlの液体を1回転で扱うことになります。  

    ポンプの容量を変化させることで、最大出力を必要としない回路の場合、エネルギーを節約できます。

    ピストンポンプとロータリーベーンポンプには、固定容量式と可変容量式がありますが、ギヤポンプは、固定容量式のみです。

  • 油圧ポンプの特徴

    以下は油圧ポンプの特徴です。 

    • 圧力Δpはbarで表される
    • 流量(l/min):1分間にポンプが吐出す液体
    • cm3:軸1回転当りに押しのける行程容積
    • rpm:回転速度N
    • 動力(P)[kW]
    • 効率:主に摩擦による損失後のポンプのエネルギー。 

    油圧ポンプの動力計算式

                             流量(l/min) X 圧力 (bars)

    出力(kW) = —————————————

                                          600

  • 油圧ポンプの図面記号

    図面記号 ポンプ

    1方向流れ固定容量ポンプ

    1方向流れ固定容量ポンプ

    1方向流れ固定容量ポンプ

    2方向流れ固定容量ポンプ

    2方向流れ固定容量ポンプ

    2方向流れ固定容量ポンプ

    1方向流れ可変容量ポンプ

    1方向流れ可変容量ポンプ

    1方向流れ可変容量ポンプ

    2方向流れ可変容量ポンプ

    2方向流れ可変容量ポンプ

    2方向流れ可変容量ポンプ

    ドレン付き1方向流れ固定容量ポンプ

    ドレン付き1方向流れ固定容量ポンプ

    ドレン付き1方向流れ固定容量ポンプ

     ドレン付き1方向流れ可変容量ポンプ

    ドレン付き1方向流れ可変容量ポンプ

    ドレン付き1方向流れ可変容量ポンプ
  • 油圧ポンプの圧力

    50bar 

    • ポンプの圧力は、50bar以下になることはほとんどありません。

    210-300bar: ギヤポンプ

    • 最大圧力は通常250bar
    • ギヤポンプは、一般的に210barです。
    • 300barは、一部の内接式ギヤポンプのみです。

    300-450 bar: ピストンポンプ 

    • 約450barの高圧です。
    • 開回路で300-350barです。
    • 420barは、特に回路の静水圧伝送のために使用されます。

    700bar

    • ジャッキに使用されています

    7000 bar: 空気圧ポンプ

    10,000bar: 増圧器

  • 用途別のポンプ

    外接式ギヤポンプ

    • ログスプリッターやエレベータなどに使用されています。

    内接式ギヤポンプ 

    • 動かさないタイプの油圧機器(工作機械、プレスなど)や閉ざされた空間で使用する車両(電動フォークリフトなど)に使用されています。 

    ロータリーベーンポンプ

    • 産業界のダイカストや射出成形機、公共工事の設備などに使用されています。

    ピストンポンプ

    • プレス、プラスチック加工機、工作機械、建設機械などの高圧(400bar~700bar)な場合に使用されています。 
    • 重量物の油圧シリンダーを作動させるために使用されています。
    • また、移動式・建設機械、船舶用補助動力、金属成形・スタンピング、工作機械、油田設備などにも使用されています。
    • ピストンポンプの中には、パイプラインで炭化水素を高圧で輸送するために使用されるものもあります。
    • またウォータージェット切断機でも使用されています。 この場合、流体は水であり油ではありません。

    スクリューポンプ

    • 原油などの粘性のある液体を高圧で汲み上げるために使用されています。
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