機械が無負荷のとき、油圧シリンダーは通常のように伸縮しますが、作業負荷がかかると遅くなったり、停止したり、位置を保持できなくなることがあります。これはシリンダー自体が欠陥があることを必ずしも意味するわけではありません。力の損失は、ポンプ、リリーフバルブ、方向バルブ、ホース、シリンダーシール、または機械のリンクに起因する場合があります。.

シリンダーの力は主にピストンの圧力差と有効ピストン面積に依存します。利用可能な圧力が低下したり、オイルがピストンをバイパスしたり、戻り側に過剰な圧力がかかったりすると、シリンダーの使用可能な出力力が減少します。機械的なバインディングや不利なリンク幾何学も、負荷に達する力をさらに減少させることがあります。.

真の原因を特定するには、荷重下での圧力測定が必要です。システムをテストする前にシリンダーやポンプを交換すると、元の問題を解決せずに不必要な修理費用がかかる可能性があります。.

なぜ油圧シリンダーは荷重下で力を失うのか？
油圧シリンダーは通常、必要な圧力がピストンに達していない、オイルがピストンやバルブを通じて内部で漏れている、戻り側の背圧が圧力差を減少させている、または機械的抵抗がシリンダーの出力の一部を吸収しているために、荷重下で力を失います。.

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油圧シリンダーの力はどのように生成されるか

シリンダーの力、油圧、および有効ピストン面積との間の簡略化された理論的関係は次のとおりです：

F=P×A F=P \times A

どこでだ：

• F  = 理論的なシリンダーの力
• P  = 油圧
• /  = 効果的なピストン面積

シリンダーの伸長時、圧力は通常完全なピストン面積に作用します：

A_p=\frac{\pi D^2}{4}

引き戻しの際、ピストンロッドは利用可能な面積の一部を占めます：

A_{\text{annular}}=\frac{\pi(D^2-d^2)}{4}

したがって、従来の単ロッドシリンダーは、同じ圧力で通常、引き戻し力よりも伸長力を生成します。この違いは正常であり、故障と混同すべきではありません。.

これらの計算は理論的な力を表しています。実際の機械での力は、シール摩擦、圧力損失、戻り側圧力、および機械効率によって低下します。AISOARの既存のガイドがその根本を説明しています。 油圧シリンダー力の計算 およびそれらの関係 荷重容量と圧力定格.

圧力が力を決定し、流量が速度を決定する

圧力と流れは油圧システム内で異なる機能を持ちます。シリンダー面に作用する圧力は力を生み出し、油流はシリンダーがどれだけ早く動くかを決定します。.

流量が不十分だと、シリンダーが遅く動くことが一般的です。圧力が不十分だと荷重を克服できません。ただし、制限、磨耗したポンプ、バルブの漏れは圧力と流れの両方に影響を与える可能性があるため、機械は同時に遅くて弱くなることがあります。.

最も有用な観察は、シリンダーが荷重に遭遇したときに必要な圧力に達するかどうかです。圧力計は、技術者がポンプが十分な圧力を生成しているか、または故障がシステムの他の部分にあるかを判断するのに役立ちます。. Enerpacは、圧力計を重要なトラブルシューティングツールとして特定しています。.

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荷重下で油圧シリンダーが弱くなる主な理由

1. システム圧力が低すぎる

シリンダーに到達する圧力が荷重を克服するのに必要な圧力よりも低い場合、ピストンは遅くなるか停止します。シリンダーは、内部摩擦を克服するために必要な力が少量であるため、荷重がなくても通常通り動くことがあります。.

低圧は、磨耗したポンプ、不十分なポンプ駆動速度、吸引ラインの制限、不適切な油のレベルや空気がポンプ入口に入ることから生じる可能性があります。過度のポンプ摩耗は内部漏れを引き起こし、需要が増加したときに圧力を維持するポンプの能力を低下させます。.

油の粘度もポンプの性能に影響を与えます。粘度が高すぎる油は、特に冷起動時に吸引問題を引き起こす可能性があり、高温で薄くなりすぎた油は、ポンプ、バルブ、シリンダーシールを通じて内部漏れを増加させる可能性があります。.

2. リリーフバルブが早すぎる時間に開く

圧力リリーフバルブは油圧回路内の最大圧力を制限します。システム圧力が設定値に達すると、バルブはアクチュエーターから油を逸らしてシステムを過負荷から保護します。.

リリーフバルブが荷重に必要な圧力の下に調整されている場合、汚染され、磨耗し、部分的に開いたまま固定されると、油はシリンダーが十分な力を発揮する前にタンクに戻ります。油圧油が急速に加熱される間、シリンダーはほぼ同じ荷重で停止する可能性があります。.

シリンダーを強化するためだけにリリーフバルブの設定を単純に引き上げないでください。シリンダー、ポンプ、バルブ、ホース、フィッティングは、提案された圧力に対してすべて評価を受ける必要があります。圧力の要求は、まず実際の荷重と有効ピストン面積から計算する必要があります。.

3. ポンプが荷重下で圧力を維持できない

磨耗した油圧ポンプは、低抵抗下で見かけ上正常な動きを生み出す可能性がありますが、シリンダーが作業荷重に遭遇すると圧力を維持できなくなります。内部ポンプクリアランスが圧力が上昇すると、より多くの油がバイパスすることを許可します、特に油が熱いときは。.

この問題を特定するために、ポンプ出口の近くで圧力を測定し、シリンダー入口の圧力と比較してください。制御されたテスト中にポンプ圧力がリリーフバルブ設定に達しない場合、ポンプ、その駆動システム、入口ライン、リリーフ回路を検査してください。.

ポンプの問題は、シリンダー速度だけから診断すべきではありません。大きなシリンダーは、利用可能な流量が低ければ健康なポンプでも遅く動く可能性がありますが、十分な圧力がかかると期待される力を発揮できるはずです。.

4. 油がピストンシールをバイパスする

ピストンシールは、シリンダー内の2つの圧力室を分離します。これらのシールが磨耗したり、切断されたり、過熱されたり、汚染によって損傷されたりすると、油が圧力室から反対側の室にバイパスする可能性があります。.

シリンダーは、漏れ量がポンプの流量に比べて比較的少ないため、負荷なしで動き続けることがあります。しかし、負荷がかかると、圧力が上昇し、損傷したシールを通ってより多くのオイルがバイパスします。その後、シリンダーはゆっくりと動いたり、停止したり、制御バルブがニュートラルに戻った後にドリフトしたりします。.

内部ピストン漏れは、シリンダーの外に目に見えるオイルを常に生じさせるわけではありません。一般的な症状には以下が含まれます：

• オイルが熱くなるにつれて力が減少する
• 負荷の下での動きが著しく遅くなる
• 位置を保持するのが困難
• 伸長と収縮の間での性能の不均等
• 負荷が動かないにもかかわらず圧力が存在する

シリンダーバイパステストまたは制御ポート隔離テストは、内部漏れを確認するのに役立ちます。閉じ込められた油圧と支持されていない荷重は危険であるため、これらのテストは訓練された作業員がシリンダーメーカーの承認した手順を使用してのみ実施するべきです。.

5. 制御バルブが内部で漏れています

オイルは方向制御バルブ、比例バルブ、カウンターバランスバルブ、または負荷保持バルブを通じてバイパスすることもあります。摩耗したバルブスプールや汚染されたバルブシートは、圧力のかかったオイルがシリンダーに入る代わりにリターンラインに逃げることを許す可能性があります。.

この状態は、損傷したピストンシールに似ていることがあります。両方の故障は、圧力損失、弱い動き、および負荷のドリフトを引き起こす可能性があります。そのため、バルブ回路を評価せずにシリンダーのみをテストすると、誤った診断につながる可能性があります。.

実用的な場合は、両方のシリンダーポートで圧力を測定し、回路セクションを体系的に分離してください。確認された外部油圧供給でシリンダーが正しく機能する場合は、問題は機械のバルブ、ポンプ、または配管にある可能性が高いです。.

6. 過剰なリターンサイドバックプレッシャーは使用可能な力を減少させる

シリンダーの力は、単に入口圧力だけでなく、ピストンを挟む圧力差に依存します。排気側で高圧が発生すると、それは意図した動きの方向に対抗します。.

伸長のための概算の純力は次のとおりです：

F_{\text{net}}=(P_{\text{cap}}\times A_p)-(P_{\text{rod}}\times A_{\text{annular}})-F_{\text{friction}}

制限されたリターンフィルター、サイズ不足のホース、ブロックされたクイックカプラー、部分的に移動したバルブ、または誤って調整されたカウンターバランスバルブが過剰なバックプレッシャーを引き起こす可能性があります。供給ポートに圧力計がある場合、ピストン間の圧力差が不十分でも、圧力が十分であるように見えることがあります。.

負荷の下で両方のシリンダーポートを測定することは、ポンプ圧力のみを測定するよりもはるかに正確な診断を提供します。.

7. ホース、カプラー、またはポートがオイルの流れを制限する

損傷したホースライニングは、明らかな外部損傷なしに内部で崩壊する可能性があります。クイックカプラーは接続されているように見えることがありますが、部分的に閉じたままで、汚染されたフィッティングやバルブがオイルパスを制限する可能性があります。.

制限は通常、動きが遅いことに関連付けられますが、シリンダーが動作している間に表面的な力の損失にも寄与する可能性があります。制限されたコンポーネントを通る圧力が低下するため、アクチュエータで利用可能な圧力は、ポンプ近くで測定された圧力よりも低くなる可能性があります。.

負荷の下でシリンダーが動作する間に、疑わしい制限の前後で圧力測定を比較してください。 substantialな圧力差は、制限または誤ってサイズ設計されたコンポーネントを示します。.

8. シリンダーは実際の負荷に対してサイズが不十分である

シリンダーは正しく動作している可能性がありますが、ボアサイズが実際の負荷とシステム圧力に対して小さすぎるために、機械を移動できないことがあります。これは、負荷が増加した、機械のジオメトリが変わった、または交換用シリンダーの有効面積が元のものよりも小さい場合によく発生します。.

必要なシリンダーの力は、負荷の公称重量以上である必要があります。摩擦、加速、衝撃荷重、リンクジオメトリ、および適切な設計マージンも考慮する必要があります。.

通常の運転中に救済バルブが常に開いている必要があるシリンダーは、アプリケーションに正しくマッチしていません。コンポーネントの定格を超える圧力を増加させることは、サイズ不足のシリンダーに対する受け入れ可能な解決策ではありません。.

9. リンクジオメトリが荷重の力を減少させる

ピストンロッドで生成される力は、機械が提供する有効な力と常に等しいわけではありません。レバー、ピボットアーム、およびはさみ機構は、ストローク全体で機械的利点を変化させます。.

リフティング機構は、動作の開始時に機械的利点が低い可能性があります。そのため、シリンダーは最初の数ミリメートルの伸長中に最高の力を必要とする場合がありますが、負荷自体は変わっていません。.

最も不利なリンク角度で必要なシリンダーの力を計算してください。ストロークの中点だけでなく、ピボット位置やシリンダーの取り付け位置も元の機械図面に対して確認する必要があります。.

10. 不一致または側方荷重が機械的抵抗を生み出す

油圧シリンダーは主に軸方向の力を伝達するために設計されています。ロッド、荷重、およびシリンダー中心線が一致していない場合、横方向の力がピストンロッド、グランド、ベアリング、およびシールに作用します。.

これにより摩擦が増加し、シリンダーが弱く見えることがあります。長期にわたる側方荷重は、不均一なベアリング摩耗、損傷したシール、バレルのスコアリング、または曲がったピストンロッドを引き起こすこともあります。.

Enerpacは、側方荷重、不適切なシリンダーサポート、および不正確な荷重接触がシリンダーの損傷や性能低下の重要な原因であると特定しています。シリンダーを安定させ、荷重に対して適切に整列させることを推奨します。. Enerpacシリンダー安全ガイダンス.

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力を失う油圧シリンダーを診断する方法

最も安全で侵襲の少ないチェックから始めます。油圧回路を調査する前に、吊り下げられた荷重をサポートまたは機械的にブロックしてください。圧力を確認するためにホース、フィッティング、またはシリンダーポートを緩めないでください。.

ステップ1：実際の荷重と必要な力を確認する

荷重の重量、動作方向、およびリンクジオメトリを確認してください。利用可能な作動圧力と有効なピストン面積を使用して理論的なシリンダー力を計算します。.

単一ロッドシリンダーは異なる伸長および収縮力を生み出すことを忘れないでください。収縮中に小さい環状面積からのフルボア伸長力を期待することで問題が引き起こされていないことを確認してください。.

ステップ2：制御された条件下で症状を観察する

荷重なしでシリンダーを運転し、その後安全な制御荷重下で運転します。問題が伸長中、収縮中、または両方向で発生するかどうかを記録します。.

また、オイルが加熱するにつれて状態が悪化するかどうかも記録してください。温度に敏感な性能低下は、多くの場合、ポンプ、バルブ、またはピストンシールを通じた内部漏れの増加を示唆しています。.

ステップ3：ポンプおよびシリンダーでの圧力を測定する

ポンプの出口およびシリンダーポートに適切に評価された圧力計を取り付けます。機械が制御された荷重下で動作しているときのみ読み取りを観察します。.

以下のパターンは有用な手がかりを提供します：

圧力測定値は、機械設計値と比較する必要があります。高い測定値が自動的に正しいわけではなく、一見低い測定値は負荷が少ない力を必要とする場合には正常である可能性があります。.

ステップ4：リリーフバルブとバルブ回路を確認する

リリーフバルブの設定が承認されたシステム仕様と一致することを確認します。バルブに汚染、動作の不安定、リターン通路周辺の過剰な熱がないか検査します。.

方向弁、荷重保持弁、およびバランス弁を内部漏れや不適切な調整のために確認してください。負荷を支えている間は荷重制御弁を分解したり調整したりしないでください。.

ステップ5：内部シリンダーの漏れテスト

適切な圧力がシリンダーに達しても、力または荷重保持性能が悪い場合は、承認された方法を使用してピストンシールの漏れをテストしてください。.

テストは油の圧縮性、熱膨張、バルブの漏れ、およびシリンダー設計を考慮に入れる必要があります。孤立したポートで観察された油は、テスト設定とピストンの位置が適切に制御されていない限り、ピストンバイパスを証明するものではありません。.

ステップ6：機械的アライメントを検査する

機械が安全にされた後にのみ荷重を切り離してください。ピン、ブッシュ、スライド、ベアリング、およびリンクアームに対して、固着、摩耗、または変形がないか検査します。.

ピストンロッドの片側に磨かれた箇所、不均一なシールの摩耗、曲がったマウントブラケットおよび損傷したピンを探します。これらの兆候は、機械的力がシリンダーの中心線の外で作用している可能性を示します。.

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圧力、流量、漏れ：簡単な比較

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シリンダーはいつ修理または交換すべきか？

テストで摩耗したピストンシール、損傷したロッドシール、摩耗したベアリングや修理可能なバレルの損傷が確認された場合、修理が適切である可能性があります。シリンダーは、汚染コントロールと安全な減圧手順が確立された後にのみ分解するべきです。.

ロッドがひどく曲がっている場合、バレルが深くスコアされている場合、溶接された取り付け構造がひび割れている場合、または以前の修理で重要な寸法が変更されている場合、交換がより適切かもしれません。カスタマイズされたシリンダーの場合、交換は確認済みの図面、圧力、負荷、ストローク、取り付け寸法、および適用の幾何学に基づくべきです。.

機械が弱いからといってシリンダーを交換しないでください。実際の故障がポンプ、リリーフバルブ、制御バルブ、または機械的連結である場合、新しいシリンダーは同じ性能問題を示すでしょう。.

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よくある質問

なぜ私の油圧シリンダーは負荷なしで動くが、負荷がかかると停止するのか？

負荷なしで動くには比較的少ない圧力が必要です。シリンダーが抵抗に遭遇すると、必要な力を生み出すために圧力が十分に増加しなければなりません。ポンプ、リリーフバルブ、または回路がこの圧力を維持できない場合、またはオイルが内部でバイパスする場合、シリンダーは停止します。.

油圧シリンダーが圧力を持ちながらも不十分な力を発揮することはありますか？

はい。ポンプ付近で測定された圧力は、シリンダーピストンにかかる有効圧力と同じでない可能性があります。バルブ損失、戻り側バックプレッシャー、内部リーク、および機械的摩擦が、荷重に対する利用可能な力を減少させることがあります。.

低い油圧流量はシリンダーの力を低下させますか？

低流量は主にシリンダーの速度を低下させます。ただし、摩耗したポンプや厳しい制限がある場合、オイルが流れている間に必要な圧力を維持できず、シリンダーが遅くて弱いように見えることがあります。.

ポンプまたはシリンダーに故障があるかどうかはどうやって判断できますか？

制御された荷重の下でポンプ出口とシリンダーポートの圧力を測定します。ポンプが指定された圧力を発生できない場合は、ポンプ、吸引ライン、リリーフバルブを調査してください。正しい圧力がシリンダーに到達するが、荷重を保持または移動できない場合は、内部シリンダーリーク、バルブリーク、および機械的バインディングを調査してください。.

熱い油圧オイルはシリンダーの力を失わせることがありますか？

はい。オイル温度が上昇すると、粘度が低下します。過度の温度は、摩耗したポンプのクリアランス、バルブスプール、およびピストンシールを介した内部リークを増加させ、荷重下での力を維持するシステムの能力を低下させることがあります。.

シリンダーが弱いときにリリーフバルブの圧力を上げるべきですか？

荷重の要件とシステムの状態が確認されるまで、そうすべきではありません。承認された定格を超えて圧力を上げることは、シリンダー、ポンプ、バルブ、ホース、または機械構造に損傷を与える可能性があり、深刻な安全リスクを生じる可能性があります。.

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結論

荷重下で力を失う油圧シリンダーは、自動的に故障したシリンダーとは限りません。この問題は、システム圧力不足、不正に動作するリリーフバルブ、ポンプの摩耗、ピストンシールのバイパス、バルブの漏れ、過剰な背圧、制限されたライン、または機械的抵抗によって引き起こされる可能性があります。.

最も信頼性の高い診断は、実際の荷重と必要なシリンダーの力から始まり、その後両方のシリンダーポートでの圧力測定が続きます。回路の絶縁と内部漏れのテストは、その後、シリンダーの問題をポンプ、バルブ、または機械の問題から区別できます。.

AISOAR油圧は、農業機械、建設機器、物資ハンドリングシステム、特殊車両、および産業機械用の標準およびカスタマイズされた油圧シリンダーを製造しています。ボアサイズ、ロッド直径、ストローク、取り付け構成、シール、ポート、バルブ、および表面処理は、作業圧力、荷重、および作業環境に応じて設計できます。.