油圧シリンダは、産業用、移動式、建設システムの主要なリニアアクチュエータであり、油圧流体圧力を制御された機械力と運動に変換して、重い負荷 （ 100 kg から 100 トン以上 ） を持ち上げ、押す、引っ張る、または位置決めします。その信頼性は、パスカルの法則に基づいたシンプルで堅牢な設計に由来しますが、その性能は、アプリケーションのニーズに適切なシリンダータイプを合わせることに依存します （ 例えば、持ち上げのための単一作用、スペースに制約されたモバイル機器のための望遠鏡 ） 。その機能を最大限に活用するためには、どのように動作するだけでなく、構造コンポーネント、タイプのバリエーション、設計上の考慮事項、メンテナンス要件も理解することが重要です。このガイドでは、油圧シリンダの中核的な動作原理を分解し、その主要なタイプを探求し、長期的な効率を確保するための設計とメンテナンスのためのベストプラクティスを概説します。
動作原理に飛び込む前に、シリンダの構造部品を特定することが不可欠です。それぞれが流体圧力を線形運動に変換する上で重要な役割を果たします。
| コンポーネント | 機能 |
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| シリンダー管 （ バレル ）|ピストンと油圧流体を収容する剛性で中空の圧力容器 （ 通常は鋼製またはステンレス鋼製 ） 。内面 （ ボア ） は精密加工 （ Ra < 0.8 μ m ） により、摩擦を最小限に抑え、シール損傷を防止します。|
| ピストン | シリンダーを 2 つの密閉されたチャンバー （ キャップエンドとロッドエンド ） に分けるチューブ内でスライドする円筒状コンポーネント。シール用の溝がある （ 例 ：ピストンリング、 U カップ ） チャンバー間の流体漏れを防ぐために。|
| ピストンロッド | シリンダーを負荷に接続するために 1 つのエンドキャップを通って延びる固体金属ロッド （ ピストンに取り付けられています ） 。その外表面は腐食と摩耗に抵抗するためにクロムメッキされています。|
| エンド · キャップ | シリンダーチューブを閉じる 2 つの密封プレート （ キャップ端とロッド端 ） 。ロッドエンドキャップには、流体の漏れを防止し、ロッドを汚染物質から保護するためのロッドグランド （ ワイパーシールとガイドリング付き ） が含まれています。|
| シール | 圧力保持に不可欠 ：
- ピストンシール ： 2 つのシリンダーチャンバー間の流体の流れを防止します。
- ロッドシール ： ロッドエンドキャップから環境への流体の漏れを止めます。
- ワイパーシール ： シリンダーに入る汚れ、ほこり、または破片をブロックします （ ボア / ロッド損傷を避ける ） 。|
| 港口 | エンドキャップのねじ開口部で、油圧流体がシリンダーに入出できるようにします （ 油圧システムのバルブによって制御されます ） 。|
動作原理 ： パスカルの法則
油圧シリンダの動作は、閉じ込められた圧縮できない流体に印加される圧力がすべての方向に等しく伝達されるという流体力学の基本原理であるパスカルの法則によって支配されます。この法則により、シリンダは比較的低い流体圧から高い力を生成できます。この原理が線形運動にどのように変換されるかを例として、二重作用シリンダー （ 最も一般的なタイプ ） を用いて説明します。
ステップ 1 ： シリンダーを伸ばす （ プッシュモーション ）
1.油圧システムのポンプは、油圧流体 （ 通常は鉱油 ） を所望の圧力 （ 例えば、工業用システムでは 10 〜 35 MPa ） 。
2.方向制御弁は、加圧流体をキャップエンドポート （ ピストンロッドの反対側にあるエンドキャップのポート ） を通してキャップエンドチャンバー （ ピストンとキャップエンドの間の空間 ） に送ります。
3.流体圧力はピストンの全領域に作用します （ キャップエンドチャンバーにはロッドがスペースを占有していないため ） 。力 = 圧力 × ピストン面積の式を使用すると、圧力はピストン （ および付属ロッド ） を外方に押し出す線形力を生成します。
4.ピストンが移動すると、ロッドエンドチャンバー （ ピストンとロッドエンドキャップの間の空間 ） 内の流体は変位し、ロッドエンドポート （ 方向弁によって制御される ） を通じて油圧リザーバーに戻ります。
ステップ 2 ： シリンダーを引き戻す （ プルモーション ）
1.方向制御弁がシフトし、加圧流体をロッドエンドポートを通ってロッドエンドチャンバーにリダイレクトします。
2.今、圧力はピストンの * 環状面積 * に作用します （ ピストンの総面積からロッド端部チャンバーのスペースを占めるピストンロッドの面積を差し引いたもの ） 。引き込み中に発生する力は （ 有効面積が小さいため ） 伸張時よりも低いが、ロッドをシリンダーに引き戻すのに十分である。
3.キャップエンドチャンバー内の流体は置換され、キャップエンドポートを通ってリザーバーに戻ります。
キーノート ： シングルアクション対ダブルアクションモーション
- 単一作用シリンダーは、一方向に油圧のみを使用します （ 例 ：延長 ） 。引き込みは、流体圧力のシンプルな設計ではなく、外力 （ 重力、バネ、または負荷の重量 ） に依存しますが、一方向の力の適用に限定されます （ 例 ： 、ダンプトラックのベッド、クランプツール ） 。
- 二重作動シリンダーは、伸張と引き込みの両方に流体圧を使用し、両方向の動きを正確に制御できます （ 例 ：掘削機アーム、工場プレス ）
油圧シリンダの一般的なタイプ
油圧シリンダは、特定のアプリケーションニーズに合わせて設計によって分類されます。最も一般的な 4 つのタイプは ：
1.シングルアクションシリンダー
- 設計 ： 1 つの流体ポート （ 拡張用 ） 、スプリングまたは重力が引き込みを駆動します。
- 利点 ： シンプル、低コスト、軽量 （ コンポーネントが少ない ） 。
- 理想的な用途： 荷重の持ち上げ （ 例 ：はさみリフト ） 、クランプ、またはダンプトラックのベッド傾斜 （ 重力が引き込みを助けるとき ） 。
2.二重作用シリンダー
- 設計 ： 2 つの流体ポート （ 拡張用 1 つ、引き込み用 1 つ ） 。流体圧力は両方向を駆動します。
- 利点 ： 両方向の速度と力の汎用性、正確な制御。
- 理想的な用途： 産業用プレス、ロボットアーム、掘削機のバケツ、またはプッシュ / プル動作を必要とするあらゆる用途。
3.望遠鏡シリンダー
- デザイン ： 連続して伸びる複数の入れ子で同心的なチューブステージ （ 望遠鏡のように ） 。最大のステージだけが流体ポートを持ち、小さなステージは流体圧力が高まるにつれて伸びます。
- 利点 ： 長いストローク長 （ 例、2 〜 5 m ） からコンパクトな引き込みサイズ （ スペースに限られたモバイル機器に不可欠 ） 。
- 理想的な用途 ： ダンプトラックのリフトシリンダー、クレーンブーム、またはゴミトラックアーム （ 長いストロークが必要ですがスペースが制限されている場合 ） 。
4.振動油圧シリンダー （ 回転アクチュエータ ）
- デザイン：歯車の歯を備えたピストンは、固定歯車とメッシュし、流体圧力はピストンを直線円弧 （ 直線ではなく ） で駆動し、歯車 （ および付随する負荷 ） を 90 〜 180 ° 回転させます。
- 利点 ： 外部リンクなしで流体圧力を回転運動に変換します。
- 理想的な用途 ： バルブ作動、コンベアベルトの方向変更、またはロボットジョイントの回転。
油圧シリンダの重要な設計考慮事項
油圧シリンダの信頼性を確保するには、アプリケーション要件に合わせて設計する必要があります。優先順位を付ける重要な要因 ：
1.力および圧力定格
- 力 = 圧力 × 有効ピストン面積を用いて必要な力を計算します。シリンダの最大圧力定格を確保します （ 例 ：35 MPa ） は、故障を避けるためにシステムの動作圧力を超えています。
- 二重作用シリンダの場合、引力用途のサイズ付け時に （ ピストンロッドの環状面積による ） 引き込み力の低減を考慮します。
2.ストロークの長さ
- 負荷が移動する必要がある最小 / 最大距離 （ ストローク長 ） を定義します。オーバーサイジングを避ける ： 必要以上に長いストロークは、シリンダの重量、コスト、および （ レバーアームの増加による ） ピストンロッドの曲げのリスクを増大させます。
3.取付スタイル
- 荷重タイプ （ 軸方向対径方向 ） と動きに合わせた取り付け方法を選択します。
- フランジマウント ： 軸荷重 （ 例 ：プレス ） 、安定した剛性サポートを提供します。
- トリニオンマウント ： ピボット運動 （ 例 ：掘削機アーム ） は放射状荷重を均等に分配します。
- クレヴィスマウント ： わずかなミスマッチ （ 例 ：コンベアリフト ） 、角度調整が可能。
4.材料選択
- シリンダーチューブ：鋼鉄 （ 工業用高強度 ） 、ステンレス鋼 （ 食品 / 医療用耐食性 ） 、アルミニウム （ 航空宇宙 / 移動機器用軽量 ） 。
- ピストンロッド ： クロムメッキ鋼 （ 標準 ） またはステンレス鋼 （ 腐食性環境 ） 。
- シール： ニトリル （標準温度、 0 — 80 °C） 、 Viton （高温、 80 — 200 °C） 、または EPDM （低温、 —40 — 120 °C） 。
5.環境耐性
- 過酷な条件 （ 例えば、建設、海洋 ） 、ロッドブーツ （ 破片をブロックするために ） または耐食性コーティングを追加します （ 例えば、鋼管の亜鉛めっき ）
- 高温用途 （ 例 ：鋳造） 、耐熱シールおよびチューブ材料を使用します （例えば、インコネル合金 ） 。
長期効率化のためのメンテナンスベストプラクティス
油圧シリンダー故障 （ 例 ：漏れ、曲がったロッド、またはシールの損傷 ） はしばしばメンテナンス不十分に起因し、コストのかかるダウンタイムにつながります。寿命を延ばすには以下の慣行に従います。
1.定期的な漏れ検査
- シール （ ロッド、ピストン ） とポート接続の流体漏れを毎週チェックします。小さな漏れでも （ 1 滴 / 分 ） 廃棄流体とシステム圧力を低減します。摩耗したシールをすぐに交換してください （ 互換性のために OEM シールを使用します ） 。
2.ロッドとボアのメンテナンス
- ピストンロッドのクロム表面の傷、凹痕、または腐食 （ これらの損傷シール ） を毎月点検します。微細な砂紙で軽微な傷を磨き、深い損傷のあるロッドを置き換えます。
- シリンダーチューブについては、シール交換中にボア内の摩耗やスコアがないか確認してください。表面粗さが Ra 1.6 μ m を超える場合はボアを研磨します （精密加工） 。
3.油圧流体ケア
- 流体の清浄性を維持する：ボアを傷つけたり、シールを損傷させる汚染物質 （ 汚れ、金属屑 ） を取り除くために、油圧システムに 10 ～ 25 μ m のフィルターを使用します。
- 流体レベルと温度をモニターする ： 貯水池の最小 / 最大マークの間に流体を保ち、過熱を避ける （ 高温はシールと流体を劣化させるため、 60 °C 未満に制限します ） 。
4.予防潤滑
- 潤滑剤の取り付けポイント （ 例 ：トリニオンピン、クリビスボルト ） リチウムグリースで毎月摩擦と摩耗を減らす。
5.タイムリーな修理
- 問題に即座に対処する ： 曲がったロッドやシール漏れは時間とともに悪化し、より広範な （ そして高価な ） 損傷につながります （ 例 ：ボアスコアリング ） 。複雑な修理の場合 （ 例えば、チューブ研磨 ） 、認定油圧技術者に相談します。
