油圧シリンダーのキャビテーション

油圧シリンダーのキャビテーションは、あらゆる油圧システムにとって悪夢であり、最終的に油圧システム内の重要な (そして高価な) コンポーネントを破壊する連鎖的な一連の損傷問題につながります。ほとんどの人はキャビテーションの問題をポンプとモーターに関連付けますが、キャビテーションは油圧シリンダーの問題でもあります。キャビテーションによる損傷を最小限に抑えたり、なくしたりするためには、キャビテーションがどのように機能し、どのような損傷をもたらすかについての知識が出発点となります。ただし、キャビテーションの問題に対処する最も賢明な方法は、予防措置を講じることです。

キャビテーションの定義

キャビテーションの最も簡単な説明は、液体内の気泡内に閉じ込められたガスの存在です。ポンプやシリンダーなどの油圧システムやコンポーネントの場合、関係する液体は圧力を伝達する作動油です。油圧シリンダーでは、流体によって伝達される圧力が、ボタンを押すだけで数千ポンドを動かすことができる線形作動に使用されます。明らかに、非常に高いプレッシャーが関係しています。

溶存ガスまたは蒸気で満たされた気泡は、流体の温度に対して圧力が飽和蒸気の圧力に近づくと形成および成長し始めます (たとえば、流体の局所的な沸騰があります)。円柱の場合、気泡が形成されるために必要なのは、流体が大気圧を下回ることだけです。

これらの気泡が崩壊 (または内破) すると、騒音、熱、重大な表面損傷、および効率と生産性への悪影響が生じます。基本的に、気泡は強力な機械的衝撃を発生させ、マイクロジェットが近くの金属に影響を与えます。内破は、気泡が低圧の領域に達したときに発生し、気泡内の蒸気が凝縮します。金属は、キャビテーション浸食、キャビテーション摩耗、またはキャビテーション孔食として知られるプロセスで摩耗し始めます。

作動油内に空気が閉じ込められた場合にも、キャビテーションが発生することがあります (エアレーションとして知られる現象)。圧力が上昇すると (たとえば、ロッドが油圧シリンダーのエンド キャップに近づくと)、気泡が激しく破裂します。油圧シリンダーでは、キャビテーションは、ピストンが急速に伸びているとき、特に過負荷を止めようとしているときに、ピストンのキャップ側で最も頻繁に発生します。また、ロッドの端に重い引張荷重がかかっているときにロッドが下を向いている場合にも発生します。これは真のキャビテーションではないと主張する専門家もいますが、その効果は同じです。

キャビテーションの認識

油圧シリンダーのキャビテーションを検出する最も簡単な方法の 1 つは音です。キャビテーションの気泡が破裂すると、激しいガタガタ音として聞こえます。また、キャビテーションの影響を受けた部品の表面に穴が開いていることに気付くでしょう。油圧シリンダーの場合、ロッドの表面とシリンダーの内面に見られます。

キャビテーションによる問題

キャビテーションは、油圧システム全体および油圧シリンダー内で複数の問題を引き起こす可能性があります。これらには、重要な表面の摩耗の加速、シールの故障、不要な熱の発生、作動油の品質の低下、および潤滑の問題が含まれます。

表面摩耗の加速

キャビテーションによって引き起こされる最も深刻な問題の 1 つは、孔食として知られる表面摩耗です。蒸気の泡はほぼ分子レベルで内破し、信じられないほど小さな領域に途方もない量の力を放出することに注意してください。これは高い応力につながります — それらの泡に隣接する表面から金属を除去するのに十分な高い応力.その結果、表面の孔食や内部で生成された汚染という形で摩耗が大幅に加速されます。表面から除去された金属粒子はシステム内にとどまり、さらに多くのキャビテーション バブルの形成を引き起こす可能性があります。

時期尚早のシールの失敗

また、多くのアプリケーション、特に油圧シリンダーでは、表面仕上げが重要な要素になる可能性があることに注意してください。油圧シリンダに適したシールを選択する場合、ロッドの表面仕上げが重要です。キャビテーションによりロッドに穴が開いていると、シールの摩耗が早まります。シールが摩耗し始めると、作動油が漏れ (性能が低下)、ほこりや湿気などの環境汚染物質が内部に侵入する可能性があります。

過剰な発熱

気泡の内破は高温にもつながり、時には 5,000°F に達することもあります。さらに、表面が損傷すると、流体が流れるときに摩擦が増加します。この摩擦は、システムの損失と効率の低下だけでなく、不要な熱の発生にもつながります。これは、過剰な熱がキャビテーションの強力な指標となる理由の 1 つです。

体液の質の低下

キャビテーションが原因で高温になる可能性があるため、油圧作動油は劣化する可能性が非常に高くなります (作動油の品質が全体的に低下します)。過度の熱と高温は、流体を通常よりも急速に劣化させ、存在する添加剤に深刻な影響を与え、流体の粘度を低下させます。

潤滑不足

作動油内に気泡が存在すると、潤滑が不足し、金属同士の接触や早期摩耗が発生する可能性もあります。このタイプの摩耗は、キャビテーション内破や爆発から直接生じるものとは異なる形態をとります:孔食ではなく、金属部品の動きと一致するパターンの摩耗のように見えます.

キャビテーションの防止

キャビテーションを防止する手段の一つに温度管理があります。作動油の粘性が高すぎると、圧力低下がさらに問題になります。この粘度の増加は、作動油の温度が理想的でない場合に発生する可能性があります。さらに、高温と低圧の組み合わせもキャビテーションを引き起こす可能性があるため、作動油が理想的な動作温度にできるだけ近くなるように注意する必要があります。場合によっては、直射日光から油圧パイプを断熱するだけで済みます。

配管損失はキャビテーションの原因となり、フィッティングの使用が多すぎる、パイプ ライナーやサクション パイプがつぶれている、ガスケットがパイプ内に突き出ている、交換用のポンプがシステムに対して容量が大きすぎる、またはポンプの蓄積などの問題が原因で発生する可能性があります。パイプの内面の固体。

油圧シリンダーに特に適用できるキャビテーションを防止するもう 1 つの方法は、油圧システムに空気が入るのを防ぐことです。たとえば、油圧システムと一部のコンポーネントは、システム内に閉じ込められた空気を解放するために、充填 (または再充填) 後に適切に排出する必要があります。システムに追加の流体を追加する場合は、飛沫や攪拌を防ぐために静かに導入する必要があります。これらの両方により、流体に空気が混入する可能性があります。さらに、不適切に設計された油圧リザーバーは、油圧油内の空気の閉じ込めを不注意に助長する可能性があります。

作動油内に汚染粒子が存在すると、キャビテーション気泡が形成される出発点となる可能性があるため、作動油を清潔に保ち、システムに汚染物質がないようにすることは、優れた出発点になる可能性があります。これには、必要に応じて油圧フィルターを交換し、システムに入る作動油をろ過し、漏れが検出されたらすぐに対処することが含まれます。

キャビテーションによる損傷の修復

部品がキャビテーションによる表面損傷を経験した場合、修理は多くの場合、失われた原因になります。ロッドやシリンダーなどの円形形状の部品の場合、ロッドやシリンダーは非常に厳しい表面条件と幾何公差を満たさなければならないため、研磨が機能しないことが発見されるまでに、ピッチング損傷が深すぎることがよくあります。損傷がすぐに発見されない限り、損傷したコンポーネントを交換する方が賢明です。キャビテーションの副作用として損傷したシールの場合、シールのリップを交換するだけで十分な場合があります。

結論

キャビテーションは非常に多くの損傷を引き起こします。孔食の形での表面摩耗の加速、シールの早期故障、不要な熱の発生、作動油の品質低下、潤滑不足によるさらなる摩耗などです。キャビテーションに対処する最善の方法は、キャビテーションを防止するための対策を講じることです。一度キャビテーションが機器 (油圧シリンダーを含む) の表面に大混乱をもたらすと、不可能ではないにしても修復が非常に困難になる可能性があるためです。キャビテーションに対する予防措置は、最も賢明な行動方針であり、多くの場合、基本的なメンテナンスの原則 (システムから空気を抜く、作動油をろ過するなど) を含めることができます。油圧シリンダーがガタガタ音を立て始めたり、通常よりも熱くなったりしたら、すぐに点検してください。

MAC油圧

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