油圧ホースの膨張を防ぐ:エキスパートガイド

寄稿編集者、Josh Cosford 著

ホースを拡張するということさえ知らなかったはずですよね?確かに、油圧ホースは主に柔軟で柔らかい合成ゴムで作られていることがわかります。実際、ゴムを使用する最大のポイントは、文字通りにも比喩的にも、配管ルーティングのオプションに柔軟性を追加することです。ゴム製のインナーチューブとカバー層は、ホースサンドイッチの補強肉に対するあまり美味しくないパンです。この組み合わせは強力かつ柔軟ですが、拡張の影響を受けないわけではありません。

ホースの拡張は、スチール、合成繊維、または織物の補強層で裏打ちされているにもかかわらず、圧力下でチューブの内径が増加すると発生します。補強材は少し伸びますが、ホースの拡張は直線的かつ放射状です。チューブが圧力を受けて圧縮される間にホースがわずかに長くなり、オイルと補強材の間に挟まれて内径が効果的に増加します。

内側の補強層のタイプは、ホースの膨張を抑えることに最も大きな影響を与えます。

ホースの膨張はいくつかの理由から、特に高圧で動作する精密なモーション制御アプリケーションでは悪い知らせです。高速、高精度のアクチュエータを備えたシステムでは、ホースの長さが長いと作動油に弾性が加わり、実効体積弾性率（油の圧縮抵抗）が低下します。高精度の用途では、圧力スパイクを軽減し、高周波動作時の減衰を実現するために、ホースによる剛性の低下を少しでも抑えることが良い場合があります。

しかし、ここで良いことを考えすぎてしまうのは簡単です。ホースの膨張は性能の低下、コントロールの低下、さらにはゴム自体の変形によって内部摩擦が発生するため、熱の増加につながるからです。サーボバルブ制御のアプリケーションは、標準的な油圧装置のようには機能しません。ピストンの両側には常に圧力がかかり、1 つのポートをタンクに排出する絶対圧力だけでなく、差動を制御することによって動作が行われます。これにより、アクチュエータは加速しやすく、正確に制御しやすい張力状態に保たれます。

圧力はキャップポートと作業ポートの間で毎秒数十回循環する可能性があり、そのたびにホースのチューブが膨張して性能が低下します。ゴムは圧縮するたびにエネルギーを蓄積し、圧力状態が変化するとエネルギーを放出します。しかし、それを軽減する方法はあり、それを排除する極端な方法さえあります。

一部のホース構造タイプは膨張しやすいため、機械の設計段階でより強力なホースを選択することから始めることができます。編組ホースは柔軟性が高く、特に R17 の等圧特性 (通常、すべてのサイズの定格は 4,000 psi) を考慮すると、最新バージョンの 100R17 編組ホースは古い 100R2 構造よりも優れています。究極の耐膨張性を実現するには、4 層または 6 層の補強を施した 100R12 または 100R13 の螺旋巻きホースを選択してください。スパイラル巻きは、編組補強よりも半径方向の力をよりよく抑えることができ、外側への柔軟性を少し排除します。

そして当然のことながら、ホースが短いほど、拡張する全体の面積が小さくなります。アクチュエータを取り付けるときは、バルブをできるだけアクチュエータの近くに取り付けるようにしてください。これにより、ゴムの表面積が減少するだけでなく、加速する必要があるバルブとシリンダーの間の余分なオイルの塊が排除されるため、システムの応答性が向上します。

最後に、ホースの膨張を完全になくすには、ホースを取り外すだけです。油圧ホースよりもはるかに硬い高張力鋼管を使用してアクチュエータを配管できます。または、サーボまたは比例バルブをシリンダーに直接取り付けます。これには、両方の作業ポートへの配管を短時間で行うだけで済みます。バルブの作業ポートがシリンダーの作業ポートから等距離にある場合に役立ち、両方向で等しい流体量を維持できます。

ホースの拡張は興味深いトピックであり、私がここで説明したよりもさらに深く掘り下げることができます。コンプライアンスの影響は、前述のオイルの体積弾性率、負荷質量、バルブのダイナミクスなどのさまざまなパラメーターを含めてモデル化できます。微分積分が苦手な場合は、わざわざ調べる必要はありません。重要なのは、ホースの拡張を高性能設計に組み込む必要があり、必要に応じて途中で停止する必要があるということです。

こちらもおすすめ: