油圧ポンプの主なパラメータと一般的な問題

2025.03.14

油圧ポンプの主なパラメータと一般的な問題

1.6.5 油詰まり現象と除去対策

（1）容積式油圧ポンプの作動プロセスは、一般的に3段階に分かれています。まず、オイル吸入室の容積の増加によって発生する真空によって液体が吸入され（オイル吸入段階）、次にオイル排出室の容積の減少によって液体がシステムに排出されます（オイル排出段階）。ここでは主に、閉じ込められたオイルの現象とその除去対策を分析します。

油圧ポンプの基本的な作動原理によれば、油圧ポンプが中間段階にあるとき、その作動キャビティはオイル吸入キャビティと吐出キャビティの間の過渡的なシール領域にあり、シール領域にオイルの一部を閉じ込めて閉じ込めオイル量を形成します。油圧ポンプの回転に伴い、スクイザーの動きによって閉じ込められたオイル量が周期的に変化します。閉じ込められたオイル量が減少すると、油圧が上昇し、ベアリングやポンプの他の部品に追加の周期的な負荷がかかり、衝撃や騒音が発生し、オイルが加熱されます。閉じ込められたオイル量が増加すると、オイルが補充されないため圧力が低下し（局所真空）、キャビテーションやキャビテーションが発生する可能性があります。これが閉じ込められたオイルの現象です。閉じ込められたオイルは有害な現象で、油圧ポンプの効率を低下させ、ポンプの耐用年数を短くするため、排除するよう努めなければなりません。

油溜り現象を解消するためには、構造上必要な除荷措置を講じる必要があります。原則としては、容積効率を確保することを前提として、油溜り容積の圧力変化を油吸入口と油排出口の接続時の圧力にできるだけ合わせることです。

（２）アンロード対策 油圧ポンプの作動空洞は中期段階の吸入空洞と吐出空洞の間にあるため、負圧カバー、ゼロカバー、正圧カバーの３つの状況が考えられます。

① 負蓋は正開とも呼ばれ、作動室がオイル吸入室と吐出室の間にある場合、作動室がそれらと連通することを意味します。このとき、作動室は閉じ込められたオイルを生成しませんが、大きな内部漏れを生成し、容積効率を低下させるため、負蓋構造は一般的に使用されません。

②ゼロカバーはゼロオープニングとも呼ばれ、作動キャビティがオイル吸入キャビティとオイル排出キャビティの間にあるときに、作動キャビティがちょうど密閉され、オイル吸入キャビティとオイル排出キャビティがちょうど分離されている状態を指します。 この場合、作動室内の油圧は、オイル吸入圧力からオイル排出圧力まで上昇するか、オイル排出圧力からオイル吸入圧力まで段階的に低下するため、圧力ショックとノイズが発生し、オイルが閉じ込められる現象です。

③ 正カバーは負開放とも呼ばれ、作動空洞が一定時間密閉された状態を指し、必然的に油閉じ込め現象が発生します。ただし、油閉じ込め現象を合理的に利用すれば、圧力の段差現象を排除できます。そのため、この種の正カバー構造とこの構造に基づくアンロード対策は油圧ポンプで一般的に使用されており、具体的な構造はポンプの種類によって異なります。

例えば、ギアポンプはポンプの前後に、エンドカバーの内面の排出溝が閉じ込められたオイルエリアに対応しており、アキシャルピストンポンプは三角形の溝またはオイル穴のあるバルブプレートにあります。

1.6.6 脈動流

油圧ポンプの運動学によれば、ほとんどのポンプの瞬間流量は理論上一定ではなく（スクリューポンプを除く）、流量脈動があります。流量脈動は油圧部品およびシステムの性能と寿命に直接影響を及ぼします。瞬間流量の変動振幅が大きいほど、油圧アクチュエータの動作安定性が悪くなります。マルチポンプ給油システムの場合、脈動同期により振幅が増加し、性能が悪化する可能性があります。瞬間流量脈動は圧力脈動も引き起こし、油圧ポンプとモーターの伝動軸、ベアリング、パイプ、ジョイント、シールなどに疲労損傷を引き起こします。また、瞬間流量の脈動周波数がリリーフバルブの固有周波数に近いか一致すると、バルブの共振現象も引き起こされる可能性があります。

流れの脈動は一般的に流れの不均一係数、すなわち

(1-16)

ここで、(qinst) max は油圧ポンプの理論上の最大瞬間流量です。

(qinst) min - 油圧ポンプの理論上の最小瞬間流量。

流量不均一係数 δ が小さいほど、流量脈動が小さくなり、理論的な瞬間流量品質が向上します。

流量脈動の周波数は、ポンプの速度やスクイザーの数（ギアポンプのギア歯数、ベーンポンプのブレード数、プランジャーポンプのプランジャー数など）などの構造パラメータに関連しています。異なるタイプのポンプ、または同じタイプで異なる幾何学的サイズのポンプでは、流量脈動が異なります。

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