空気圧・油圧トランスミッションの基礎知識

空気圧トランスミッション

空気圧トランスミッションは、圧縮された気体（通常は空気）を作動媒体として利用し、システムを通してエネルギーと制御信号を伝達する高度な動力伝達方法です。この技術は、加圧された気体に蓄えられた位置エネルギーを利用し、機械的な作業や制御機能を実行します。

空気圧トランスミッションの動力伝達システムは、相乗効果を発揮するいくつかの主要コンポーネントで構成されている。コンプレッサーによって生成された圧縮空気は、配管網を通り、精密な制御バルブによって調整されます。この圧縮空気は、シリンダー、ロータリーアクチュエータ、エアモータなどの空気圧アクチュエータに送られ、圧縮ガスの位置エネルギーを機械的エネルギーに効率的に変換します。この変換により、幅広い直線運動と回転運動が可能になり、空気圧システムは産業用途において非常に汎用性の高いものとなります。

空気圧システムの情報伝達面は、流体力学の原理を活用して複雑な論理演算と制御機能を実行する。これは、空気圧論理素子または流体デバイスを使用することによって達成され、空気圧制御システムとして知られているものを集合的に形成します。これらの素子には、ANDゲート、ORゲート、フリップフロップなどがあり、圧縮空気の流量と圧力を利用して制御信号を処理し、送信します。この空気圧ロジックを使用することで、電気コンポーネントを使用せずに高度な制御スキームを構築することができ、電子システムが適さないような過酷な環境や爆発性のある環境でも堅牢な性能を発揮します。

空気圧トランスミッションの特徴

空気圧システムは、通常0.3～0.8 MPa (43.5～116 PSI)という比較的低い作動圧力で作動するため、産業用途において明確な利点があります。圧縮空気の粘度が低いため、パイプラインを通過する際のエネルギー損失が最小限に抑えられ、これらのシステムは、一般的に1000メートルまでの中距離のガス供給と輸送に非常に効率的です。

空気圧システムの主な利点のひとつは、その本質的な安全性です。油圧式や電気式システムとは異なり、空気圧式のセットアップでは、漏れや部品の故障が発生した場合でも、爆発や感電の危険性はありません。この安全性は、可燃性物質や電気火花が危険な環境では特に重要です。

さらに、空気圧システムには過負荷保護機能が組み込まれています。過大な負荷がかかると、危険な圧力がかかる可能性のある油圧システムとは異なり、コンポーネントを損傷することなくシステムが停止するだけです。この特性により、システム設計がよりシンプルになり、メンテナンスの必要性が減少します。

しかし、空気圧システムには信頼性の高い圧縮空気の供給が必要であることに注意することが重要です。そのため、エアコンプレッサー、空気処理装置（湿気や微粒子の除去）、貯蔵タンクの設置とメンテナンスが必要になります。このインフラストラクチャは初期投資となりますが、システムの効率とメンテナンスの必要性が低いため、長期的には費用対効果が高いことがよくあります。

さらに、空気圧システムは優れた制御性と精度を提供するため、迅速な反復運動や繊細な力制御を必要とする用途に最適です。組立、包装、マテリアルハンドリングなどの製造工程で広く使用されており、その速度、清潔さ、適応性は、他の動力伝達方法よりも大きな利点があります。

空気圧トランスミッションの構成

空気圧トランスミッションシステムは、圧縮空気を様々な産業用途の機械エネルギーに変換するために、相乗効果を発揮するいくつかの主要コンポーネントで構成されています。主な要素は以下の通りです：

空気源：

通常、エアコンプレッサーによって供給され、周囲の空気を必要なシステム圧力まで加圧する。最近のコンプレッサーは、エネルギー効率を高めるために可変速駆動を組み込んでいることが多い。

空気圧アクチュエーター：

これらの装置は、圧縮空気の位置エネルギーを機械的な仕事に変換します。一般的なタイプは以下の通りです：

• シリンダ（リニアアクチュエータ）：単動または複動で、直線運動を提供する。
• 空気圧モーター：様々な用途に回転運動を提供します。
• エアベローズ：低摩擦で柔軟な動きを提供。

空気制御弁：

システム制御にとって重要なこれらのバルブは、空気の流れを調整し、次のように分類される：

• 方向制御バルブ：空気の流れの方向を管理します。
• 圧力制御バルブ：圧力リリーフおよび減圧バルブを含む、システム圧力の調整。
• 流量制御バルブ：空気の流量を調整し、多くの場合、精密オリフィスを利用する。

空気圧アクセサリー：

システムの効率と寿命に不可欠：

• エアプレパレーションユニット：フィルター、レギュレーター、ルブリケーター（FRL）を組み合わせ、クリーンで安定した空気供給を確保します。
• ノイズマフラー：システムノイズを低減し、作業環境を改善します。
• クイックコネクトカップリング：コンポーネント間の迅速で確実な接続を可能にします。
• エアリザーバ：ピーク時の需要に対応し、システム圧力を安定させるために圧縮空気を貯蔵します。

センサーと計測器

• 圧力センサー：重要なポイントにおけるシステム圧力を監視します。
• フローセンサー：効率分析のために空気消費量を測定します。
• 位置センサー：アクチュエータの動きをフィードバックします。

制御システム：

• プログラマブルロジックコントローラ（PLC）またはマイクロコントローラ：高度なシステムオートメーションと、より広範な産業用制御システムとの統合を実現します。

空気圧トランスミッションの利点

空気圧トランスミッションは、媒体として圧縮空気を利用し、産業用途に多くの利点をもたらします：

1. 環境への優しさ：空気は豊富で再生可能な資源であり、使用後は環境を汚染することなく安全に排出できる。この特性により、複雑な流体処理システムが不要になります。
2. 簡素化されたインフラ：リターン・ラインが不要なため、このシステムに必要なのは単一方向のパイプライン・ネットワークだけです。このシンプルさにより、油圧システムに比べて設置コストと複雑さが軽減されます。
3. 効率的な長距離輸送空気の粘度が低く、流動エネルギーの散逸が少ないため、空気圧システムは集中給気構成や長距離材料輸送に優れています。この特性により、柔軟な工場レイアウトと集中型コンプレッサーステーションが可能になります。
4. 過酷な環境下での汎用性：空気圧システムは、幅広い運転条件下で優れた信頼性と安全性を発揮します。特殊な防火・防爆対策を必要とせず、高温、放射線、湿度、粉塵の多い環境でも効果的に機能します。
5. 迅速な応答とシンプルさ：空気圧アクチュエータは、高速オートメーションに不可欠な素早い応答時間を提供します。空気圧コンポーネントのシンプルな設計は、製造、設置、メンテナンスを容易にし、耐用年数の延長とダウンタイムの短縮に貢献します。
6. 清潔さと安定性：油圧式や機械式システムとは異なり、空気圧式パイプラインは詰まりの影響を受けにくい。圧縮空気媒体は長期間安定しているため、流体の劣化や定期的な媒体交換の必要性を心配する必要はありません。
7. 費用対効果：コンプレッサーが必要なため、初期設定費用は多額になるかもしれないが、継続的な運転費用は一般的に油圧システムより低く、特にメンテナンスと媒体の交換の面で低い。
8. 繊細な環境における安全性：食品加工、製薬、クリーンルームのアプリケーションでは、空気圧システムは、漏れが環境や製品を汚染しないため、明確な利点を提供します。

空気圧トランスミッションの欠点

空気固有の圧縮性は、空気圧システムの動的安定性に悪影響を及ぼし、変動する負荷の下で性能変動につながります。この特性は、操作精度の低下や作業速度の制限につながることが多く、特に迅速な応答時間や一貫した力出力を必要とする用途では顕著です。

空気圧システムの作動圧力は比較的低く、通常0.5～0.7 MPa (72～101 psi)であるため、高い出力とトルクを発生させる能力が制限されます。この制限により、特に油圧式や電気機械式の代替品と比較した場合、空気圧式システムは高荷重用途や大きな動力伝達を必要とする作業には適していません。

空気圧による制御信号伝送は、光速またはそれに近い速度で動作する電子システムや光学システムに比べ、応答時間が長くなります。この固有の待ち時間により、空気圧制御は、高速で複雑な伝送システムや、高度なロボット工学や精密製造プロセスのようなリアルタイムの応答性が要求されるアプリケーションにはあまり効果的ではありません。

空気圧システムは、主に排気サイクル中の圧縮空気の急速な膨張により、大きな騒音を発生することがよくあります。この騒音公害は、職場環境において懸念事項となる可能性があり、防音対策や作業者の個人保護具を追加する必要が生じる可能性があります。

油圧トランスミッション

油圧トランスミッションは、液体を作動媒体としてエネルギーと制御を伝達するものである。

油圧トランスミッションの基本原理

油圧システムは、流体力学の力を利用して、産業用アプリケーションにおいて効率的にエネルギーを変換、伝達、適用します。その中核である油圧ポンプは、流体媒体（通常は鉱物油）を加圧することにより、機械的エネルギーを油圧エネルギーに変換します。この加圧された流体はエネルギーキャリアとして機能し、最小限の損失でかなりの距離を動力を伝達することができます。

システムの循環ネットワークは、コントロールバルブ、アキュムレーター、高圧パイプラインなど、精密に設計されたコンポーネントで構成されています。これらの要素が協調して作動油の流量、圧力、方向を調整します。制御された流体は、直線運動用のシリンダーや回転出力用のモーターなどの油圧アクチュエーターに導かれ、そこで油圧エネルギーが機械的な力と運動に再変換されます。

この汎用性の高い動力伝達方式は、正確な直線往復運動と滑らかな回転運動の両方を可能にし、重機から繊細なロボットまで幅広い用途に最適です。作動媒体は、非圧縮性、潤滑特性、熱安定性などの点から鉱物油が一般的です。しかし、環境に優しい生分解性流体は、特定の用途で人気を集めています。

油圧システムは、ベルト、チェーン、ギアといった従来の機械的な伝達要素に比べ、より高い出力密度、よりスムーズな動作、複雑な経路での力の伝達能力など、いくつかの利点があります。さらに、力と速度の制御に優れているため、最新の製造装置や移動装置には欠かせないものとなっています。

油圧トランスミッションシステム

油圧システムは、多くの産業用途、特に金属成形プロセスにおいて重要なコンポーネントです。油圧システムは、動力を伝達し、動きを正確に制御するために、相乗効果を発揮するいくつかの重要な要素で構成されています：

油圧ポンプ：

流体を加圧することで機械エネルギーを油圧エネルギーに変換するシステムの心臓部。

油圧制御バルブ：

作動油の流れと方向を調整し、アクチュエータの動きを正確に制御する。

油圧アクチュエータ：

水力エネルギーを機械的な力と運動に変換する。これには以下が含まれる：

• 油圧シリンダー：クランプやプレスなどの作業に直線運動を提供する。
• 油圧モーター：連続回転が必要な用途に回転運動を発生させる。

補助部品：

システムの効率性と信頼性を高めるために不可欠なもの：

• パイプライン：作動油をシステム全体に送る。
• アキュムレーター：エネルギーを蓄え、圧力の変動を緩和する。
• フィルター：システムコンポーネントを保護するために汚染物質を除去します。
• 熱交換器：最適な流体温度を維持します。

プレスブレーキ は、金属成形における油圧トランスミッションの有効活用の一例である。これらの機械は、金属板の精密な曲げ加工に必要な大きな力を発生させるために、油圧力を活用しています。曲げストローク全体を通して制御された可変の力を提供するシステムの能力は、複雑な形状を製造する際の精度と再現性を保証します。

金属加工における最新の油圧システムには、クローズドループ制御、比例バルブ、デジタルインターフェースなどの高度な機能が組み込まれていることが多く、精度、エネルギー効率、自動化された生産プロセスとの統合が強化されています。

油圧トランスミッションシステムの構成部品

油圧システムはいくつかの重要な部品で構成され、それぞれがエネルギーの効率的な変換と伝達において重要な役割を果たしている：

油圧ポンプを中心とするパワーコンポーネントは、システムの心臓部として機能する。機械エネルギーを流体の運動エネルギーに変換し、圧力と流量の両方を発生させます。これらのポンプは、加圧された油を油圧システム全体に供給し、主要な動力源として機能します。

油圧シリンダーやモーターを含むアクチュエーターは、システムの筋肉として機能する。これらは、ほぼ等温のプロセスを通じて、油圧エネルギーを機械エネルギーに変換します。油圧シリンダーは、リフティングやプレスのような作業に理想的な直線往復運動を生み出します。一方、油圧モーターは回転運動を発生させ、連続的な回転力を必要とする用途に適しています。

制御エレメントはシステムの神経系を形成する。このカテゴリには、油圧回路内の流体圧力、流量、および方向を調整および調節するように設計されたさまざまなコンポーネントが含まれます。これらの要素は、アクチュエータが指定された要件に従って正確に動作することを保証し、複雑で協調的な動きを可能にします。

補助コンポーネントは、見過ごされがちだが、システムの完全性とパフォーマンスにとって極めて重要である。このカテゴリーには以下が含まれる：

• 液体の貯蔵と放熱のためのリザーバー（燃料タンク
• 流体の清浄度を維持し、汚染を防止するオイルフィルター
• 確実な流体伝送のためのパイプと継手
• 動作温度を管理するクーラー
• システム監視用圧力計およびセンサー

作動媒体は、通常は特殊な作動油であり、システムの生命線として機能する。この作動油は、エネルギー伝達の主要な役割を果たすだけでなく、可動部品の潤滑、熱の放散、汚染物質の除去も行います。作動油の選択は、システムの効率、コンポーネントの寿命、および全体的な性能に大きく影響します。

油圧トランスミッションシステムの作動原理

簡単な油圧グラインダーの例である：

電気モーターが油圧ポンプを駆動し、リザーバーからオイルを汲み上げて機械エネルギーを油圧エネルギーに変換します。この加圧された作動油は、システム全体の動力媒体として機能します。

作動液は流量制御弁（絞り弁）と方向制御弁（反転弁）を通って油圧シリンダの左室に入る。この作用によってピストンが強制的に動き、テーブルを右に駆動する。同時に、右室の作動液は置換され、リザーバに戻ります。

方向制御弁が移動すると、作動油はシリンダの右室に入るように方向転換される。これによりピストンが左方向に移動し、テーブルが後退する。

油圧シリンダーの移動速度は、流量調整バルブの開度を調整することで正確に制御できます。これにより、研削加工速度を微調整することができます。

システム圧力は、圧力リリーフバルブ（オーバーフローバルブ）を使用して調整され、安定した力を維持し、過剰な圧力からシステムを保護します。

油圧システムの回路図では、さまざまなコンポーネントを表すために機能記号として知られる標準化された記号が使用されます。これらの記号は、複雑な油圧回路とその機能を明確かつ簡潔に示すものである。

この油圧トランスミッションシステムは、流体動力の原理を例証するものであり、油圧エネルギーをいかに効率的に制御し、精密機械加工に応用できるかを示すものである。

基本回路

典型的な油圧トランスミッションシステムは、特定の機能を達成するために協働するさまざまな油圧部品で構成されている。

油圧トランスミッションシステムは、いくつかの基本回路から構成され、それぞれが特定の制御機能をもっている。これらの基本回路を組み合わせることにより、アクチュエータの動作方向、作動圧力、動作速度を制御することができる。

基本回路はその制御機能から、圧力制御ループ、速度制御ループ、方向制御ループの3種類に分けられる。

圧力制御回路

圧力制御弁は、システム全体またはローカルレンジの圧力回路を制御するために使用されます。

圧力制御回路はその機能から、圧力調整、圧力変更、圧力解放、圧力安定化の4つの回路に分けられる。

速度制御ループ

このループは、作動油の流量を調整することによってアクチュエータの流量を制御する。速度制御ループの機能は、速度制御回路と同期ループの2つの部分に分けられる。

方向制御ループ

このループは油圧媒体の流れ方向を制御する。方向制御弁は、1つのアクチュエータの移動方向を制御し、正と負の両方向に移動または停止できるようにするもので、整流子回路として知られている。

作動エレメントが停止したとき、負荷やその他の外的要因による外部リークを防止する回路をロッキングループと呼ぶ。

油圧駆動

油圧トランスミッションは、作動媒体として液体を使用し、液体の運動エネルギーによってエネルギーを伝達する。

インペラは、エンジン（内燃機関、モーター、タービンなど）から入力される回転速度とトルクを変換し、回転軸を介して機械の稼動部分を駆動する。 出力軸.

流体とインペラは、入力シャフト、出力シャフト、およびシェル内で相互に作用し、運動量のモーメントに変化を生じさせてエネルギーを伝達する。

油圧トランスミッションは、流体圧ベースの油圧トランスミッションとは原理、構造、性能が大きく異なる。

油圧駆動装置の入力軸と出力軸は、液体を介して作動媒体に接続されているだけであり、構成部品間の非直接接触は非剛性伝達をもたらす。

油圧駆動の特徴

自動適応性

油圧トルクコンバータは、外部負荷の変化に応じて出力トルクを自動的に増減させることができ、速度もそれに対応して増減するため、広い範囲で無段階の速度制御を実現します。

防振

インペラ間の作動媒体は液体であるため、両者の接続は硬くなく、エンジンや外部負荷からの衝撃や振動を吸収することが可能です。これにより、安定した始動、加速、均一な運転を実現し、部品の寿命を延ばすことができます。

浸透性能

ポンプの回転速度が一定で負荷が変化すると、入力軸（すなわちポンプホイールまたはエンジン軸）が変化する。

さまざまなタイプの油圧エレメントを使用することで、さまざまな作業機械のエンジンの要件に適合させることができ、機械的出力と経済的性能を向上させることができます。

油圧駆動の基本原理

元の動力源（内燃機関、モーターなど）は、ポンプホイールを回転させ、作動流体の速度と圧力を増加させ、機械エネルギーを液体の運動エネルギーに変換する。

運動エネルギーを得た作動液はタービンに衝突し、タービンにエネルギーを放出する。

油圧トランスミッション装置

油圧トランスミッションは、液体の運動エネルギーを利用してエネルギーを伝達するもので、一般的には油圧カプラー、油圧トルクコンバーター、油圧機械部品が含まれる。

①  油圧カプラー

油圧カプラは、油圧カップリングとも呼ばれ、動力源（通常はエンジンまたはモーター）を作業機械に接続して回転動力を供給するために使用される機械装置である。

油圧カプラーは自動車のオートマチック・トランスミッションのほか、船舶や重工業でも広く使われている。

②  トルクコンバーター

油圧トルクコンバータは、ポンプホイール、タービン、ガイドホイールで構成される油圧エレメントです。エンジンとトランスミッションの間に設置され、作動油を媒体としてトルクの伝達と変換、速度の調整、切り離し機能を提供します。

油圧駆動の応用

近代機械における油圧トランスミッションの使用は20世紀初頭に始まり、主に船舶の動力装置や、"キャビテーション "に悩まされる高出力・高速の蒸気タービンやガスタービンによる速度制限の問題を解決するためのプロペラ間の伝達機構として使用された。

今日、油圧トランスミッションは、自動車、トラクター、建設機械、鉄道機関車、戦車装甲車、石油 ボーリング 機械、吊り上げ・運搬機械、ファン、ポンプ、その他の設備。