油圧パワーユニットのサイジングガイド: 主要な計算、公式、および選択のヒント

水力発電ユニットの購入者から最もよく聞かれる質問の中で、次のような質問が際立っています。 「どのサイズが必要ですか?」 通常、シリンダーの寸法、目標昇降速度、動力源のリストが付属します。簡単に言うと、他のすべてを支配する 3 つの数値 (流量、圧力、デューティ サイクル) に基づいてユニットのサイズを決定します。流量は速度を決定し、圧力は力を決定し、デューティサイクルはユニットが放出する必要がある熱の量を決定します。ポンプ容量からモーター出力、リザーバー容量に至るまで、他のすべての選択はこれら 3 つから導き出されます。

このガイドでは、リフティング プラットフォーム、ドッキング機器、工作機械、テール リフト、その他多くの用途に直接適用できる公式、実例、選択基準を含む実際のサイジング シーケンスについて説明します。目標は簡単です。 適切なサイズのパワーユニット — 過剰に構築されたり、パワーが不足したり、過熱しやすいものではありません。

始める前に: 3 つの支配的な数字

油圧パワーユニットのサイジングを行うたびに、3 つの管理数値が減ります。毎分リットルで表される流量は、シリンダーが伸びる速度や油圧モーターが回転する速度を制御します。バールで表される圧力は、アクチュエータが伝達できる力の大きさを制御します。パーセンテージで表されるデューティ サイクルは、リザーバー、クーラー、およびコンポーネントが吸収する必要がある熱負荷を制御します。これら 3 つが決まれば、ポンプの容量、モーターの出力、バルブのサイズ、リザーバーの容積はすべて算術演算できるようになります。

500 mm のストローク、5 秒の上昇時間、20 kN の全負荷力を必要とするリフト テーブルを考えてみましょう。典型的な本能は、「安全のためにより大きなモーターを購入する」と言います。計算では別のことがわかります。流量は約 18.7 L/分、圧力は約 64 バー、正しいモーター出力は約 2.2 ～ 3 kW となります。 4 kW または 5.5 kW モーターを選択すると、コストが 30 ～ 50% 増加し、アイドル時の消費電力が増加し、通常のサイクリングでシステムが実際に生成するよりも多くの熱が発生することがよくあります。 3 つの基本的な数字から始めることで、この種の無駄が発生する前に排除されます。

主要なサイジングパラメータの概要

以下の表は、水力発電ユニットのサイジングに使用される主なパラメータをまとめたものです。これらの値は、0.5 ～ 40 L/min の範囲の一般的な産業用および移動式ユニットに適用され、昇降プラットフォーム、カーゴ リフト、テールボード、ドック レベラー、工作機械、およびロードブロッキング システムの大部分をカバーします。

実際には、最初のパスですべてのパラメーターを完全に指定する必要はありません。以下のサイジング フローはシリンダーからポンプ、モーターへと移動するため、各値が次の値をサポートします。

段階的なサイジング手順

正しいサイジング手順は常にアクチュエータと動作プロファイルから始まります。シリンダボア、ストローク、サイクルタイム、および負荷が判明するまで、ポンプ流量またはモータ出力の信頼できる数値を計算することはできません。以下の手順はその順序に従います。

ステップ 1 – シリンダーとモーションの要件を確立する

システム内の各アクチュエータの次の値を書き留めます。

• シリンダ内径(mm)とロッド径(mm)
• ストローク長さ(mm)
• 必要な延長時間 (秒) と撤回時間 (秒)
• 移動する荷重 (N または kg) (摩擦または傾斜損失を含む)

シザーリフトや傾斜機構の場合、必要なシリンダ力は単にペイロードをピストン面積で割ったものではありません。機械的リンケージはプラットフォームの角度に応じて力を増大させるため、メーカーの荷重チャートまたはフリーボディ計算を使用して、底部位置付近での最悪の場合のシリンダー荷重を見つけます。

ステップ 2 – 必要なポンプ流量を計算する

シリンダ断面積とストロークを使用して押しのけられるオイル量を取得し、必要な移動時間で割ります。

A = π × D² / 4
V＝A×ストローク
Q = V × 60 / t

ここで、A はピストン面積 (cm2)、D はシリンダ内径 (cm)、ストローク (cm)、V は押しのけ容積 (ミリリットル (cm3))、t は伸長時間 (秒)、Q は流量 (L/min) です。

作業例: 500 mm のストロークを持つ 63 mm ボアのシリンダーは 5 秒で伸ばさなければなりません。 A = π × 6.3² / 4 = 31.17 cm²。 V = 31.17 × 50 = 1558 mL。 Q = 1558 × 60 / 5 = 18.7 L/分内部漏れと摩耗に対して 10 ～ 15% のマージンを追加します: 設計流量 ≈ 21 L/min。

ステップ 3 – 動作圧力の決定

圧力は力を面積で割ったもので、bar で表されます。方向制御弁、逆止弁、配管による圧力降下を含めます。これにより、通常、コンパクトなパワーユニットでは 5 ～ 10 bar が追加されます。

p (バール) = F (N) / A (cm²) / 10

同じシリンダーを使用する場合: p = 20,000 N / 31.17 cm² / 10 = 64.2 bar。バルブ損失があると、設計圧力は約 70 bar になります。リリーフバルブを 80 bar に設定します。これは、作動圧力より約 15 ～ 20% 高い値です。

ステップ 4 – ポンプ容量とモーター出力の選択

特定のモーター速度で、ギア ポンプの容量は次のように計算されます。

Vg (cm3/rev) = Q (L/min）×1000 / (n (rpm) × η _v )

1450 rpm AC モーターと典型的なモーターの体積効率が 0.92 であると仮定します。 ギアポンプ : Vg = 21 × 1000 / (1450 × 0.92) = 15.7 cm3/rev.次の標準サイズである 16 cm3/rev を選択し、約 21.3 L/min を供給します。

モーターの出力は流量と圧力から決まります。

P (kW) = p (bar) × Q (L/min) / (600 × η _t )

総合効率 (ポンプ モーター) が約 0.85 の場合: P = 70 × 21.3 / (600 × 0.85) = 2.92 kW。を選択してください 3kW ACモーター 、2.2 kW を超える次の標準サイズ。

以下の表は、この正確な方法を使用した 4 つの実際の例を示しています。すべての値は 1450 rpm AC モーターを想定しており、12% の流量マージンが含まれています。

この出力範囲に適合する既製のソリューションを求めて、多くの購入者は専用の昇降プラットフォーム電源ユニットを直接求めます。これらのユニットは、ポンプ、バルブ グループ、リザーバー、モーターを 1 つのアセンブリに統合しており、コンポーネントの不一致のリスクを排除します。

圧力補償機能を備えた一体型リフティングプラットフォームパワーユニット ポンプ、モーター、バルブブロック、タンクを組み合わせたプラットフォーム昇降ユニットです。圧力補償バルブは負荷が変化しても下降速度を一定に保ち、モーターとタンクのオプションはさまざまなデューティサイクルに適しています。 製品を見る→

ステップ 5 – リザーバーのサイズを調整する

一般的な経験則: 断続的な産業用途では、リザーバーは ポンプ流量の 2 ～ 3 倍 1分あたり;連続使用の場合は3〜5回使用してください。実際の例では、21 L/min のポンプには、連続作業の場合は 40 ～ 60 L のリザーバーが必要で、短サイクルのモバイル用途の場合は 20 L のタンクが必要です。リザーバーは空気分離器とヒートシンクの両方の役割を果たすため、サイズが小さすぎると泡立ちやオイルの急速な劣化が発生します。

ステップ 6 – バルブとマニホールドの選択

• リリーフバルブ： 作動圧力に 15 ～ 20% を加えた値に設定し、モーターの最大能力では決して設定しないでください。
• 方向制御弁: 公称容量はポンプ流量以上である必要があります。圧力降下曲線を確認してください。
• パイロット式逆止弁： シリンダのドリフトを防ぐため、リフト回路に使用することを強くお勧めします。
• バルブブロックのレイアウト: 穴を開けた通路は短く真っ直ぐに保ちます。急な曲げは不要な圧力損失と熱を発生させます。

DC 電源またはコンパクトなマシン用にユニットのサイズを決定する場合、同じ公式が適用されますが、モーター速度が異なります (通常、DC モーターの場合は 2800 ～ 4000 rpm)。ポンプの容量は高速になると小さくなるため、モーター電流はバッテリーまたはオルタネーターの容量と比較して確認する必要があります。の 油圧システムの基本的な動作原理 電源に関係なく同じです。

デューティサイクル、油温、効率

デューティ サイクルは、1 つの動作期間中にポンプが実際に圧力下のオイルを供給する時間の割合です。 30 秒間動作し、その後 30 秒間アイドル状態になるマシンのデューティ サイクルは 50% です。 1 時間に 3 回持ち上げるドック レベラーのデューティ サイクルは 2% に近くなります。関係は次のとおりです。

デューティ サイクル (%) = t _に /(t _に t _オフ ) × 100

ギアポンプパワーユニットの効率は通常 80 ～ 90% です。残ったエネルギーは熱に変わります。 85% の効率で 2.68 kW の水力発電を生成するユニットの場合、約 0.4 kW を廃棄する必要があります。自然対流を備えた 40 L のリザーバーでは、最大 40°C の周囲条件で油の温度を約 70°C 以下に保ちます。デューティサイクルが 50% を超える場合は、オイルクーラーを追加するか、リザーバー容量をさらに 20 ～ 30% 増やしてください。

油圧式カーゴリフト、パーキングリフト、ロングストロークリフティングコラムなどの連続運転機械は、多くの場合、 油入パワーユニット 、モーターとポンプがリザーバーに水没して動作する場所。この設計は静かに動作し、熱をオイルに直接放散し、別個のタンクとフレームよりも占有スペースが少なくなります。

アキュムレータ式省エネ水力発電所 マシニング センターなどの長時間圧力を保持するアプリケーション向けに設計されたこのステーションは、アキュムレータを使用してアイドル期間中にモーターを停止し、電力使用量、騒音、熱を削減しながら機器の寿命を延ばします。 製品を見る→

AC、DC、または油入: サイズの違い

コア流量と圧力の式は、すべてのパワーユニットタイプで同一です。違いは、モーター速度、消費電流、熱管理に現れます。

AC電源ユニット

AC ユニットは 1450 rpm (4 極、50 Hz) または 1740 rpm (4 極、60 Hz) で動作します。これらは、安定した主電源を備えた産業用機器 (昇降プラットフォーム、工作機械、コンベア、ドック機器など) のデフォルトの選択肢です。前のセクションのサイズ表は、AC ユニットに直接適用されます。

DC電源ユニット

DC ユニットは 12 V、24 V、または 48 V バッテリーで動作し、テール リフト、パレット トラック、移動式昇降プラットフォーム、セルフ ダンピング トレーラーで使用されます。 DC モーターは 2800 ～ 4000 rpm で回転するため、特定の流量に対するポンプ容量は AC ギア ポンプの約半分になります。モーター電流は重要なチェックです。

I (A) = P (W) / (U (V) × η _モーター )

24 V システムの 1.5 kW モーターは約 74 A を消費します。バッテリー ケーブルの断面積、ヒューズ定格、およびコンタクタのサイズはすべて、その電流に適合する必要があります。アプリケーションが非常に断続的で、スペースが狭い場合、多くの場合、コンパクトな DC モーター ポンプ ステーションが最もクリーンなパッケージング ソリューションとなります。

小型複動シリンダ用DCマイクロパワーユニット 狭いスペース用に設計されたこの DC ユニットは、カートリッジ ソレノイド バルブを介して複動油圧シリンダーに電力を供給します。 12 ～ 48 V のオプションとコンパクトなパッケージにより、船舶、自動車、物流機器における断続的なタスクに適しています。 製品を見る→

油入電源ユニット

油浸ユニットは、ポンプ、モーター、バルブをリザーバー内に直接配置します。これらは従来のユニットよりも静かでコンパクトであるため、油圧リフティングコラム、対テロボラード、駐車場リフト、および油圧貨物エレベーターの選択肢として確立されています。モーターはオイル内にあるため、熱は流体に直接伝達され、連続サイクル中の冷却が向上します。モーターの熱がキャビネット内に放射されるのではなく、オイルに直接投入されるため、これらのユニットのリザーバー サイズは 3 ～ 5 ルールが示唆するものよりも小さくなる可能性があります。

よくあるサイズ間違いとその回避方法

油圧機器購入者をサポートする私たちの経験では、6 つの間違いが他の間違いよりも頻繁に発生します。それぞれに予測可能な症状と簡単な予防法があります。

よくある質問

油圧パワーユニットのサイズを決める際に最も重要なパラメータは何ですか?

3 つの最も重要なパラメータは流量、圧力、デューティ サイクルですが、通常は流量が最初に計算されます。流れが間違っている場合、アクチュエータの速度も間違っており、いくら圧力を設定しても修正できません。まず流れを正しく整えてから、モーターとリザーバーに移動する前に圧力とデューティ サイクルを確認します。

計算された流量にどれくらいのマージンを加えるべきですか?

新しいギア ポンプ システムでは、10 ～ 15% のマージンが妥当です。シリンダーのシールが古い場合、パイプの配管が長い場合、またはポンプの使用時間が 10,000 時間を超えている場合は、さらに追加します。余分な流量によりモーターの出力とコストが増加するため、将来の容量を計画していない限り、20% を超えないようにしてください。

2 台の異なるマシンに同じ電源ユニットを使用できますか?

両方のマシンが同じ流量、圧力、デューティ サイクルを必要とする場合のみ。低速で力の強いプレスに適したサイズのユニットは、高速で力の弱いリフト テーブルには適合しない可能性があります。 2 つのタスクに 1 台のユニットを使用すると、速度か力のどちらかを妥協する必要があり、通常は 1 台のマシンのパフォーマンスが低下します。

モーターのサイズが少し小さい場合はどうなりますか?

モーターに過電流が流れ、発熱し、熱過負荷保護が作動します。連続運転ではモータ巻線温度が定格クラス以上に上昇し、絶縁寿命が短くなります。ひどい場合にはモーターが完全に焼損し、それに伴う振動やキャビテーションによりポンプも損傷する可能性があります。

パワーユニットにはギアポンプとピストンポンプのどちらを選択すべきですか?

ギア ポンプは、50 ～ 200 bar の用途および最大約 40 L/min の流量に対応する標準的な選択肢です。シンプルでコスト効率が高く、中程度の汚染にも耐性があります。ピストン ポンプは、200 bar を超える場合、または比例流量制御と可変容量が必要な場合に価値を発揮します。ほとんどのリフティングおよびクランプ用途では、ギア ポンプがコストと信頼性の適切なバランスになります。

寒い天候でパワーユニットが圧力を高めるのに時間がかかるのはなぜですか?

冷たいオイルの粘度ははるかに高く、-20°C で 400 cSt を超える場合もあります。ポンプはリザーバーからオイルを引き出すのに苦労し、キャビテーションが発生し、圧力の上昇が遅くなります。一般的な解決策は 2 つあります。寒冷地向けに 32 cSt の粘度グレードに切り替えるか、リザーバーに電気浸漬ヒーターを追加して始動前にオイルを温めます。

事前注文の最終チェックリスト

油圧パワーユニットのメーカーに仕様を送信する前に、次のチェックリストを確認してください。

• リンケージ損失を含む最悪の動作点でのシリンダー力を検証
• 全サイクルタイムをチェック（伸長、収縮、停止）
• 体積効率が必要な流量を超えた後のポンプ流量
• 油圧力だけでなくシステム全体の効率を考慮してモーター出力を選択
• リザーバー容量はデューティサイクルと周囲温度に一致します
• リリーフバルブの設定は作動圧力より 15 ～ 20% 高い
• ポンプタイプに適した濾過レベル（10～25μm）
• DC 電流引き込みをバッテリーとヒューズの定格に対してチェック
• 極端な周囲条件向けに計画された冷却またはオイルヒーター

適切なサイズの油圧パワーユニットは、意図した速度と力を提供し、安定した油温で動作し、エネルギーを無駄にしません。これらの計算に数分を費やすことで、通常、その後のトラブルシューティングにかかる​​時間を数週間節約できます。特定のシリンダーおよびサイクル要件にパワーユニットを適合させるためのサポートが必要な場合は、当社のエンジニアリングチームが数値を確認し、AC、DC、または油浸シリーズから適切なユニットを推奨します。