方向制御弁ガイド: 油圧システムの種類、選択、および用途

方向制御バルブは、あらゆる油圧回路のステアリングホイールです。 加圧されたオイルがどこに行くか、どのシリンダーが伸びるか、どのモーターが回転するか、そしてどのくらいの速度で回転するかが決まります。油圧パワーユニットが流量を供給しているにもかかわらず、バルブが小さすぎたり、誤って使用されたり、汚れていたりすると、機械全体の精度と稼働時間が失われます。このガイドでは、機器に適した方向制御バルブを選択する方法、実際に重要な仕様、および最も一般的な間違いを回避する方法について説明します。

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方向制御弁とは何ですか?

方向制御バルブは、スプールまたはポペットと呼ばれる内部要素を移動させることによって作動油の経路を変更する機械式または電気機械式のデバイスです。油圧システムでは、ポンプは流れを生成しますが、どのアクチュエータを動かすかを決定することはできません。方向制御バルブは、選択されたポートを特定の構成で接続することによってその役割を引き継ぎます。

ほとんどの標準バルブには 2 ～ 4 つのポートがあり、スプールは 2 つまたは 3 つの位置に移動できます。 2 位置バルブは、伸縮する単純なシリンダに使用される場合があります。 3 位置バルブは通常、すべてのポートがブロックされるか、ポンプがタンクにアンロードされる中央位置を持ちます。ニュートラルまたは中間の状態は中心機能として指定されることが多く、バルブが作動していないときのシステムの動作に直接影響します。

方向制御バルブは、スプール バルブとポペット バルブの 2 つの大きなグループに分類されます。スプール バルブはより高い流量を処理し、圧力下でのシフトが容易になります。ポペットバルブは漏れが非常に少なく、きれいなシールを実現します。モバイル機器と静的電源ユニットの両方において、スプール設計は業界のデフォルトです。

オイル経路が実際にどのように逆転するかについてまだ混乱している場合は、次の記事を参照してください。 油圧パワーユニットの動作中に油回路の方向がどのように決定されるか 完全なロジックを分かりやすく説明します。

方向制御弁の主な種類

方向制御弁は、ポジション数、ポート数、作動方法、内部設計によって分類されます。産業用および移動用油圧装置で最も一般的な構成は、4 方 3 位置バルブで、多くの場合 4/3 と表記されます。最初の数字はサービス ポートの数を表し、2 番目の数字はスイッチング ポジションの数を表します。

4/3バルブは複動シリンダを制御し、双方向モータの駆動も可能です。 3/2 バルブは、単動シリンダまたはパイロット制御でより一般的です。 2/2 バルブは本質的に遮断またはオン/オフ要素です。

作動方法も同様に重要です。手動バルブはレバー、ハンドル、またはペダルを使用し、移動機械のキャブで一般的です。ソレノイドバルブは電気コイルを使用してスプールを移動させ、自動化システムでは標準的な選択肢です。パイロット操作バルブは、小さなパイロット圧力を使用して大きなスプールを移動させるため、コンパクトなソレノイドで大流量回路を制御できます。

比例バルブは別のカテゴリを表します。経路を切り替えるだけでなく、スプール位置を連続的に調整します。これにより、圧力と流量を段階的に調整できます。最新の油圧パワー ユニットの多くでは、比例方向制御弁が方向制御弁と流量制御弁の両方を置き換えています。

購入者にとって、手動、ソレノイド、比例作動のいずれを選択するかによって、機械を自動化できるかどうか、必要な電力量、および接続できる制御システムが決まります。

方向制御弁はどのように機能しますか?

動作原理は、精密研磨されたボア内でスプールを移動させることに基づいています。スプールランドは、特定のスプール位置で特定のポート接続が開かれるかブロックされるように機械加工されています。スプールが左に移動すると、ポンプの流れがシリンダーのキャップエンドに送られ、ロッドエンドがタンクに接続されます。スプールが右に移動すると、接続が入れ替わります。スプールが中心にあるとき、中心機能が結果を決定します。

1. ポンプが動作し、スプールが中立位置にあるとき、バルブ入口に圧力が発生します。
2. 作動力は、手動、電動、パイロットのいずれであっても、スプールをセンタリング スプリングに押し付けます。
3. 交差したランドは作動ポートを開き、圧力をアクチュエータの片側に送り、反対側を戻りラインにさらします。
4. スプールは、機械的にロックされる戻り止めタイプのバルブでない限り、作動信号が存在する限り、シフトされた位置に留まります。
5. 信号が除去されると、スプリングがスプールを中立位置に戻し、アクチュエータはセンター機能に応じて負荷を保持します。

標準的なソレノイドバルブの応答時間は、コイル電圧に応じて 30 ～ 80 ミリ秒の範囲になります。安全性が重要な回路では、応答が速いほど圧力スパイクのリスクが低くなります。 60 L/min を超える大流量回路では、スプール直径とスプリングレートが増加するため、応答時間が 100 ms を超える場合があります。

センター機能は重要な選択要素です。 クローズドセンターバルブはすべてのポートをブロックし、漏れゼロで全圧力をアクチュエータに供給します。オープンセンターバルブはポンプとタンクを直接接続し、最も簡単なターンキー操作を提供します。タンデムセンターバルブは低圧でポンプをアンロードし、スタンバイ状態での発熱を低減します。

油圧ユニットの方向制御弁

油圧パワーユニットは加圧された流れを生成しますが、方向制御バルブがなければ有用な仕事を実行できません。コンパクトなパワーユニットでは、方向制御バルブがマニホールドブロックまたはバルブグループに組み込まれることが多く、完全なポンプ、タンク、および制御スタックが 1 つの機能パッケージを形成します。

Ningbo Panic Hydraulic Technology Co., Ltd. は方向制御弁を中心としたパワーユニットを最初から設計しています。バルブグループは思いつきではありません。たとえば、ET シリーズ油圧リフティング プラットフォーム バルブ グループでは、方向制御機能が過負荷保護および圧力補償と統合されており、負荷が変化してもプラットフォームに安定した速度を与えます。

パワーユニットの方向制御用油圧ソレノイドバルブ このソレノイドバルブは作動油の流路を迅速に切り替え、方向制御バルブ構成を中心に構築されたシステムにおいてアクチュエータを正確に制御するための重要なコンポーネントとなっています。 製品を見る→

標準パワーユニットを注文する場合、方向制御バルブの構成によって配線、タンクサイズ、マニホールドのレイアウトが決まります。 DC モーター ポンプ ステーションの動きは、リバーシブル モーターの電気極性を変更するか、モーターが一方向に動作している間に流れを変更する方向バルブを使用することによって逆転します。 2 番目のアプローチは、配線と制御が簡素化されるため、当社の DC シリーズではより一般的です。

コンパクトなマニホールドアセンブリ用一体型油圧バルブブロック このバルブ ブロックは、精密に加工された流路を備えた複数のバルブを取り付け、ホースと漏れを削減しながら、さまざまなパワー ユニットのモジュラー制御スタックをサポートします。 製品を見る→

油圧バルブ ブロックと統合マニホールド バルブ グループは、2 ユニット ブロックから 4 ユニット ブロックまで、いくつかの構成で利用できます。このようなブロックに方向制御バルブを挿入すると、多数の別個のホースやフィッティングを必要とせずに、幅広いアクチュエータをサポートする高度にモジュール化された制御スタックが得られます。

2～4台の多接続一体型バルブブロック このブロックは 2 ユニット、3 ユニット、または 4 ユニットのバージョンがあり、オイル経路を最適化し、設置を簡素化し、産業機械のシステムの安定性を向上させるためのいくつかの機能を統合しています。 製品を見る→

このモジュール式アプローチの主な利点は保守性です。 1 つのバルブ セクションに障害が発生した場合、技術者はシステム全体を排水することなくそのコンポーネントを取り外して交換できるため、忙しい生産環境でのダウンタイムが削減されます。

機械に適した方向制御弁の選択方法

正しいバルブ仕様は、流量、圧力定格、バルブ機能、制御タイプの 4 つの要素によって決まります。どれか一つでも間違えると、機械の動作が遅くなったり、早期に故障したり、エネルギーの無駄が生じたりします。

1. 定格流量

公称流量定格がシステムの最大流量と等しいか、それをわずかに上回るバルブを選択してください。定格 40 L/min のバルブを限界値で動作させると、高い圧力損失が発生し、それが熱に変換されます。標準的な業界慣例では、連続使用の場合は定格流量の 70 ～ 80% で動作することを推奨しています。たとえば、ポンプの吐出量が 25 L/min の場合、定格が 30 ～ 35 L/min のバルブを選択します。

2. 圧力定格

バルブの最大作動圧力は、システムのリリーフバルブ設定を超える必要があります。リリーフを 25 MPa に設定する場合、バルブの定格は少なくとも 31.5 MPa である必要があります。ほとんどのメーカーは ISO 4413 規格に準拠した圧力定格を公表しているため、モバイル機器では 31.5 MPa の定格が一般的です。

3. バルブ機能と中心状態

負荷の種類に応じて中立状態を選択してください。バルブが中心にあるときにシリンダーの位置を保持する必要がある場合は、クローズドセンターバルブを使用してください。パワーユニットが大きなリザーバーで連続的に動作する場合、オープンセンターによりウォームアップ時間を短縮できます。ほとんどのバッテリ駆動のモバイル アプリケーションでは、タンデム センターがアイドル期間中にポンプをアンロードするため、理想的です。

4. 制御の種類

ソレノイド制御により、PLC およびリモート システムへの接続が可能になります。手動制御により、オペレータに直接の触覚フィードバックが得られます。比例制御はスムーズな加速と減速を実現します。これは、単純な方向制御バルブでは激しく揺れる可能性のある重い負荷にとって非常に重要です。

さらに、システムの濾過レベルに応じてバルブを選択する必要があります。一般的な移動式油圧回路には、ISO 4406 19/17/14 以上の清浄度が必要です。推奨される汚染許容度を超えてバルブを使用すると、スプールのスティクション、内部漏れが発生し、耐用年数が短くなります。

産業機器における方向制御弁の一般的な用途

方向制御バルブは、油圧動作が正確で再現性が必要な場合に使用されます。資材運搬業界では、パレット トラックのステアリングやダンプ トレーラーの傾きは、パワー ユニットと組み合わせたバルブのシフト動作によって処理されます。

工作機械システムでは、制御バルブがクーラントと切削油を適切なタイミングで適切なシリンダーに送ります。クランプ回路の場合、バルブはワークピースをロックするために素早く移動する必要があり、加工中にワークピースが動かないように中心位置でクランプ力を保持する必要があります。

ドック レベラーやシザー リフトなどの昇降装置では、バルブの中立位置が荷重保持位置になることがよくあります。パイロット式逆止弁と方向弁を併用し、プラットフォームのずり落ちを防止します。

動きの速い物流業務は、人々が思っている以上に方向制御弁に依存しています。 すべての電気油圧式スタッカー、すべてのトラックのテールリフト、およびすべての移動式昇降プラットフォームは、手動でシフトするか押しボタンで操作するかに関係なく、同じ基本バルブに依存しています。

ミニ パレット トラックの場合、方向制御弁は多くの場合、ポンプに直接取り付けられたコンパクトな 3/2 ソレノイド バルブです。オペレーターがボタンを押すと、ソレノイドがシフトし、流れがリフティングシリンダーに向けられます。ボタンを放すと、スプリングがスプールを戻し、シリンダーが荷重を保持します。この単純なサイクルが 1 日に何千回も繰り返されます。

自動車のテールリフトでは、バルブはリフトとチルトの両方の機能を処理する必要があり、多くの場合、分流器と組み合わせた単方向バルブが使用されます。バルブ グループは、雨、埃、極端な温度の屋外でも確実に動作する必要があります。そのため、流量定格と同じくらいシーリング仕様が重要です。

方向制御弁の一般的な問題のトラブルシューティング

バルブの故障のほとんどは、スプール スティクション、内部漏れ、ソレノイドの焼損という 3 つの問題によって引き起こされます。

原因と解決策

スプールのスティクションは通常、汚染されたオイルが原因で発生します。 粒子や細かい破片がスプールとスリーブの間の隙間に入り込みます。対処法はオイルフィルターの交換と回路のフラッシングです。スプールがまだ固着している場合は、バルブを分解し、ボアに傷がないか調べてください。

内部漏れは、スプールランドが摩耗したり、シールエッジが損傷したりすると発生します。 漏れ経路により圧力がアクチュエータをバイパスし、機械の速度が失われます。簡単なチェックは、アクチュエータが停止位置に保持されているときに、バルブ全体の圧力降下を測定することです。バイパス流量の増加は、スプールのエッジが磨耗していることを示します。

ソレノイドの焼損は、多くの場合、低電圧の兆候です。 システム電圧が定格値を下回るとコイルはより多くの電流を消費し、温度が上昇し、最終的には絶縁体が焼けてしまいます。もう 1 つの一般的な原因は、スイッチング周波数です。 1分間に10回以上バルブを動かす乱暴なシーケンス制御では熱ストレスが発生します。その場合、より高いデューティ定格のコイルが必要になります。

予防メンテナンスには、製造元の仕様に対するコイル抵抗の確認、電気コネクタが汚れていてしっかりと締まっていることの確認、標準シールの油温が摂氏 60 度を超えていないことの確認が含まれます。 60 度の場合、一般的な O リングの耐用年数は 40 度の場合の約半分になります。

方向制御弁に関するよくある質問

方向制御弁と流量制御弁の違いは何ですか?

方向制御弁は流体の経路を変更するだけです。流れを制限しません。流量制御バルブは、通過する流体の量を調整する意図的なサイズの制限を追加します。多くのシステムでは、比例方向切換弁が両方の機能を実行します。

方向制御弁はシリンダと油圧モータの両方に使用できますか?

はい。四方弁は複動シリンダを制御し、油圧モータの回転を逆転させます。モーターの速度は流れに依存し、その方向はどのポートが加圧されるかによって決まります。

標準方向制御弁の最大使用圧力はいくらですか?

モバイル油圧機器の場合、ほとんどの標準スプール バルブの最大圧力は、メーカーとポート サイズに応じて 25 ～ 35 MPa です。バルブは常にリリーフバルブのシステム設定よりも上に指定する必要があります。

方向制御弁はどれくらいの頻度で点検する必要がありますか?

通常の産業条件では、月に一度の目視検査と年に一度の機能テストが一般的です。 24 時間稼働の高デューティ サイクルでは、オイルを毎月分析し、バルブの応答時間を 6 か月ごとにチェックする必要があります。

バルブブロックは定期的に掃除したほうがよいでしょうか？

はい。外装を拭いてスプール内径へのゴミの侵入を防ぐことができます。内部濾過は、システム設計者が推奨する間隔でフィルター カートリッジを交換することで維持する必要があります。

油圧バルブブロックとは何ですか?

油圧バルブブロックは、複数の方向バルブ、リリーフバルブ、チェックバルブを 1 つのコンパクトなボディに収納した機械加工されたマニホールドです。ホースと継手の数が減り、システムの信頼性が高まり、保守が容易になります。

最終的な考え

適切な方向制御バルブを選択することは技術的に贅沢なことではありません。それは機能要件です。バルブのサイズを適切に設定すると、機械の稼働時間が増加し、エネルギー消費が削減され、将来のメンテナンスが簡素化されます。油圧テールボード、昇降プラットフォーム、または完全な油圧ステーションのいずれを構築している場合でも、機械が意図したとおりに動作するかどうかは、オイルを導くバルブによって決まります。

まずは流量と圧力の数値から始めます。あなたのサーキットに合ったセンターコンディションをご確認ください。マニュアル、ソレノイド、比例弁のどれがオペレータの環境に適しているかを決定します。次に、オイルの清浄度レベルを確認します。これら 4 つのパラメータは、信頼性の高い回路と慢性的な問題との間の重大な違いのほとんどをカバーします。

油圧ユニットをご指定の場合は、ポンプ、タンクと併せてバルブグループも必ずご検討ください。方向制御バルブは両方と相互作用し、どこかで不一致が発生すると、熱、騒音、または制御不能が発生します。