2019年2月8日更新
ジム・ウッドラフ
レビュー担当者：Michelle Seidel、B.Sc.、LL.B.、MBA
油圧および空気圧装置は私たちの周りにあります。 それらは、私たちが毎日目にする製造、輸送、土木設備、および一般的な車両で使用されています。
油圧および空気圧システムのいくつかの例は何ですか？
あなたの車のブレーキは油圧で作動します。 あなたの家を毎週通過するごみ収集車は、水力を使ってごみを圧縮します。 整備士は、車の下側で作業するときに油圧リフトを使用します。
空気圧システムも同様に普及しています。 トラックやバスは空気作動式ブレーキを使用しています。 スプレー塗装業者は、圧縮空気を使用して塗料を広げます。 朝、削岩機の音にイライラしたことはありますか？ これは、圧縮空気を使用して一生懸命働いている空気圧機械です。
油圧システムとは何ですか？
1647年、フランスの数学者ブレーズパスカルは、パスカルの法則として知られる流体力学の原理を開発しました。 閉じ込められた流体の任意のポイントに圧力が加えられると、圧力はコンテナ内のすべてのポイントで等しく増加すると記載されています。 この原理は複雑に聞こえるかもしれませんが、油圧システムの操作の基礎です。
面積が2平方インチのピストンがあり、100ポンドの入力力を受ける中空シリンダーがあるとします。 これにより、1平方インチあたり50ポンド（100ポンド/ 2平方インチ）の圧力が発生します。
この圧力は、油圧トランスミッションシステムによってアクチュエータと呼ばれる別のシリンダーに渡されます。このシリンダーには、6平方インチの面積のピストンがあります。 50 psiで、このシリンダーの出力力は300ポンド（50 psi X 6平方インチ）になります。
パスカルの法則は油圧システムにどのように適用されますか？
パスカルの法則は、油圧システムに利点をもたらします。 小さなデバイスへの最小限の入力は、より大きなアクチュエータでより大きな力の出力をもたらす可能性があります。 これは、重いワークロードを処理するのに十分な出力力を乗算する簡単な方法です。
油圧システムは最大数千psiの圧力で動作できるため、アクチュエータの出力力は非常に大きくなる可能性があります。 このより高い力の出力により、機械式アクチュエータは、土工などの重い持ち上げ、押し込み、移動のタスクを実行する能力を備えています。
油圧システムはどのように機能しますか？
油圧システムは、トランスミッションネットワークを使用して、油圧アクチュエータを駆動する加圧流体を運びます。 油圧作動油は、電気モーターやガス/ディーゼルエンジンなどの原動機によって駆動されるポンプから圧力を取得します。 加圧されたオイルはろ過され、測定され、トランスミッションシステムを通ってアクチュエータに押し出されて何らかのアクションを実行します。 その後、流体は低圧下でリザーバーに戻り、そこで洗浄およびろ過されてからポンプに戻ります。
油圧システムは、鉄鋼や自動車産業などの製造および生産プラントで、あらゆるタイプの機械設備を操作するために使用されます。 それらは、鉱業、土工、建設などの業界で材料を移動、押し、持ち上げるために使用されます。
油圧システムの基本コンポーネントは何ですか？
油圧オイル –油圧作動油は非圧縮性で、引火点が低くなっています。
貯水池 –リザーバーはシステムの液体を保持します。 流体を膨張させるためのスペースがあり、液体に同伴された空気を逃がし、液体を冷却するのに役立ちます。 流体はリザーバーからポンプに流れ、配管ネットワークを通ってポンプに押し出され、最終的にはリザーバーに戻ります。
フィルタリングデバイス –通常、小さな金属粒子やその他の異物が液体に侵入します。 油圧システムは、これらの異物を除去するためにいくつかのフィルターとストレーナーを使用しています。 流体汚染は、油圧システムの問題の最も一般的な原因の1つです。
原動機 –流体ポンプの駆動には、電気モーターまたはガス駆動ディーゼルエンジンが使用されます。
ポンプ –ポンプはリザーバーから流体を引き出し、圧力調整バルブを通過させて、トランスミッションネットワークからアクチュエーターに送り出します。
コネクタ –パイプ、チューブ、およびフレキシブルホースで構成されるネットワークは、流体を機械式アクチュエータに輸送します。
バルブ –さまざまなバルブが、流体の流れの量、圧力、および方向を制御します。
アクチュエータ –アクチュエータは、作業動作を実行するデバイスです。 それらは、油圧モーターのように回転式にすることも、シリンダーのように線形にすることもできます。
油圧システムの利点は何ですか？
油圧システムには、空気圧やその他のタイプの機械式駆動システムに比べて、次のような多くの利点があります。
- 小さなコンポーネントを使用して、一定の出力で大きな力を伝達します。
- 正確な位置決めが可能なアクチュエーターを備えています。
- 重い初期負荷の下で起動することができます。
- 流体は圧縮性がなく、流量はバルブで正確に制御できるため、さまざまな負荷の下で均一でスムーズな動きを生み出します。
- 空気圧システムと比較して、適度な速度で一貫した電力を供給します。
- 圧力、方向および流量制御バルブで制御および調整が簡単です。
- 熱を簡単かつ迅速に放散します。
- 暑い環境でうまく機能します。
油圧システムのデメリットは何ですか？
- ポンプ、バルブ、伝送ネットワーク、およびアクチュエータは高価です。
- 漏れで職場を汚染し、事故や火災の原因となる可能性があります。
- 高速でのサイクリングには適していません。
- 油圧作動油は汚れの汚染に敏感であり、定期的にテストする必要があります。
- 高圧ラインの破裂は怪我を引き起こす可能性があります。
- 油圧作動油の性能は温度変化の関数であり、粘度の変化を引き起こす可能性があります。
油圧作動油の種類は何ですか？
最も一般的な油圧作動油は、圧縮率が低いため、鉱油、ポリアルファオレフィン、リン酸エステルをベースにしています。 水は低温で凍結し、高温環境で沸騰する可能性があるため、適切ではありません。 水も腐食や錆を引き起こす可能性があります。
油圧作動油には4つの目的があります
- 導体線を介してアクチュエータに動力と力を伝達し、仕事の動きを実行します。
- 回路内のコンポーネント、デバイス、バルブ、およびアクチュエータに注油します。
- システム内のホットスポットから熱を逃がすことにより、クーラントとして機能します。
- 可動部品間の隙間を密閉して、効率を高め、過剰な漏れによる熱を減らします。
油圧作動油の特性は何ですか？
油圧作動油の特性と特性の一部は次のとおりです。
粘度 -粘度は、流体の流れに対する内部抵抗です。 温度が上がると上昇します。 許容可能な油圧作動油は、ピストン、バルブ、およびポンプで良好なシールを提供できなければなりませんが、液体の流れを妨げるほど厚くてはなりません。
粘度の高い液体は、電力損失や動作温度の上昇につながる可能性があります。 液体が薄すぎると、可動部品が過度に摩耗する可能性があります。
化学的安定性 -油圧作動油は化学的に安定している必要があります。 酸化に耐え、高温などの過酷な動作条件下で安定している必要があります。 高温で長時間運転すると、流体の耐用年数が短くなる可能性があります。
引火点 -引火点は、流体が炎と接触して発火またはフラッシュするのに十分な量の蒸気に変わるときの温度です。 油圧作動油は、燃焼に抵抗し、常温で蒸発度が低いため、高い引火点が必要です。
ファイアポイント -発火点は、炎にさらされたときに発火して燃焼し続けるのに十分な量の流体が気化する温度です。 引火点と同様に、許容可能な油圧作動油は高い引火点を持っている必要があります。
空気圧システムとは何ですか？
空気圧システムは油圧システムに似ていますが、動力を伝達するために流体の代わりに圧縮空気を使用します。 それらは、エネルギーを制御し、モーションデバイスを作動させるために、一定の圧縮空気源に依存しています。
製造工場では、圧縮空気を使用して空気圧ドリルやプレスを駆動し、物体を持ち上げて材料を移動します。 製造工場では、空気圧機械を使用して、溶接、ろう付け、成形作業用の未完成品を保管しています。
空気圧システムのコンポーネントは何ですか？
エアコンプレッサ - エアコンプレッサーは、大気から空気を吸い込み、加圧して、圧縮空気をタンクに貯蔵し、トランスミッションシステムに放出します。
プライムドライバー -電気モーターやガスエンジンなどのプライムドライバーは、エアコンプレッサーに電力を供給します。
制御装置 -バルブは圧力を調整し、流れと方向を制御します。
エアタンク -タンクは、機械装置に供給するために圧縮空気を保持します。
アクチュエータ -これらは、圧縮空気からエネルギーを受け取り、それを機械的な動きに変換するデバイスです。
伝送システム -パイプとチューブのネットワークは、圧縮空気をアクチュエータに輸送します。
空気圧システムの利点は何ですか？
効率 - 空気の供給は無料で無制限です。 圧縮空気は保管、輸送が簡単で、費用のかかる処理なしで環境に放出できます。
シンプルなデザイン -空気圧システムの構成とコンポーネントはシンプルなデザインで、メンテナンスが簡単です。 それらはより耐久性があり、簡単に損傷することはありません。
より高速で動作する機能 -空気圧システムは、包装生産ラインなどで、より高速なサイクルでアクチュエータを操作できます。 直線運動と振動運動は、圧力調整バルブを使用して流量と圧力を制御することにより、簡単に調整できます。
清潔さ -環境を汚染する油圧作動油が漏れるリスクはありません。 空気圧システムは、高レベルの清浄度を必要とする職場で好まれます。 排気装置は、大気中に放出されている空気を浄化します。
低コスト -空気圧コンポーネントは安価であり、圧縮空気は製造エリアで広く利用できます。 メンテナンスコストは、油圧システムと比較して低くなっています。
より安全に操作 -空気圧システムは、火災や爆発の危険がなく、可燃性の環境で安全に使用できます。 空気圧コンポーネントは、過負荷時に過熱したり、発火したりすることはありません。
過酷な環境でも機能できる -ほこり、高温、腐食環境は、油圧システムに比べて空気圧システムへの影響が少なくなります。
空気圧システムの欠点は何ですか？
電力の削減 -空気圧システムは通常、150 psi未満で動作し、アクチュエータで提供される総力が少なくなります。 空気圧シリンダーは通常小さく、重い負荷を処理する力がありません。
うるさい -エアコンプレッサーはより多くのノイズを生成し、圧縮空気はアクチュエーターから放出されるときにノイズが多くなります。
大まかな動き -空気は圧縮性であるため、空気圧アクチュエータの動きが粗くなる可能性があり、システムの動きの精度が低下します。 ピストン速度が不均一です。 油圧の動きがスムーズになります。
空気の前処理が必要 -使用する前に、空気は水やほこりの粒子を除去するための処理が必要です。 これを行わないと、制御装置と可動コンポーネントの間の摩擦が増加して部品が摩耗し、時期尚早の修理または交換が必要になります。
油圧システムと空気圧システム
油圧アクチュエータは、大きな力を必要とする操作に適しています。 それらは頑丈で、同じサイズのピストンを備えた空気圧アクチュエータよりも最大25倍の力を生み出すことができます。 油圧システムは、最大4,000psiで動作することもできます。 空気圧アクチュエータは通常150psi未満です。
空気損失と圧力損失の圧縮性は、空気圧システムの効率を低下させます。 アクチュエータが動いていないときでも、ライン内の圧力を維持するために、コンプレッサーは継続的に作動する必要があります。 油圧システムは、ポンプを作動させなくても一定の圧力を維持できます。