油圧シリンダのストローク長が間違っていると、機械が意図した動作を完了できなくなったり、ピストンが安全な動作限界を超えたりする可能性があります。このサイズの誤差は、機械的干渉、ロッドの座屈、シールの損傷、および費用のかかる装置のダウンタイムにつながる可能性があります。
正しいストロークの選択には、必要な移動距離を測定するだけでは不十分です。エンジニアは、設置寸法、取り付けスタイル、荷重方向、利用可能なスペース、安全クリアランス、圧縮下での長いロッドの安定性も考慮する必要があります。
この記事では、正しいサイズの測定方法と選択方法を学びます。 油圧シリンダーのストローク長。 交換用および OEM 用途向けのまた、80% ルール、ロングストロークの座屈リスク、システムの信頼性を損なう可能性のある一般的なサイズ設定の間違いについても説明します。
測定基準: ストローク長は、完全に伸びた状態と完全に縮んだ状態のピン中心間の測定値の差であり、シリンダハウジングの全長ではありません。
総合的なサイズ設定: 適切なストロークの選択を単独で行うことはできません。必要な力（ボアサイズ）とコラム強度（ロッド直径）を順番に計算する必要があります。
80% ルール: 最適な安定性と寿命を実現するには、内部摩耗と側面荷重を最小限に抑えるために、動作延長を最大定格ストロークの 80% 以内に抑えることが理想的です。
座屈の軽減: ロングストロークの用途では、コラム強度に関する二次的なエンジニアリング評価が必要であり、多くの場合、圧縮荷重下での座屈を防ぐために特大のロッドまたは内部ストップチューブが必要になります。
取り付け依存性: 選択した取り付けスタイル (トラニオン対クレビスなど) は、有効ストローク容量と側面荷重応力に対するシリンダの感受性を直接変更します。
目次
ストローク長は、ピストンがシリンダーチューブ内で移動する正確な距離を表します。完全収縮から完全伸長までの範囲です。このメトリクスは、アクチュエータが生成できる最大直線運動を定義します。アウターバレルやタイロッド、組み立てたユニット全体の物理的な長さを指すものではありません。機械が特定の範囲の動作を必要とする場合、アクチュエータが必要なエンドポイントに物理的に到達できるかどうかはストローク長によって決まります。この違いを理解することで、調達時や設置時にコストのかかるサイジングの間違いを防ぐことができます。バレルの長さに基づいてアクチュエータを注文すると、実際の作動距離が不足し、機器が機械的サイクルを完了できなくなります。
流体力の設計は厳密な順序ロジックに従います。ストローク長を他の操作変数から分離することはできません。サイジング プロセスでは、システムの互換性を確保するために 3 つの異なる手順が必要です。これらの手順のいずれかをスキップすると、コンポーネントの不一致やシステム障害が発生します。
ステップ 1: 必要な力 (ボア) を計算します。まず、シリンダーが移動する必要がある荷重を決定する必要があります。この計算により、内部ボアサイズが決まります。ボアが大きいほど、所定の圧力でより多くの押圧力が生成されます。システムが受ける最大重量または抵抗を知っておく必要があります。
ステップ 2: 作業距離 (ストローク長) を決定します。力がわかれば、その荷重がどのくらいの距離まで移動する必要があるかを特定できます。これによりストローク要件が確立されます。開始位置と最終作動点の間の物理的な距離を測定します。
ステップ 3: 動作圧力 (PSI/Bar) を評価します。最後に、確立されたボアとストロークの寸法にわたって目的の出力を達成するために必要な油圧システムの圧力を評価します。ポンプは、目標サイクル時間内でストローク長に必要な量の流体を移動させるのに十分な流量と圧力を供給する必要があります。
正しいストローク長を指定するには、3 つの主な目的が重要です。まず、シリンダーは必要な負荷移動量を達成する必要があります。伸びが不完全であることは、ブームアームを持ち上げたり、金型を押したりするなど、機械が本来の機能を実行できないことを意味します。第二に、アセンブリは構造的な剛性を維持する必要があります。適切なサポートなしで過剰なストロークを行うと、ロッドのたわみやシールの損傷につながります。第三に、ユニットは機械の物理的エンベロープ内に収まる必要があります。多くの場合、スペースの制約によって最大許容収縮長が決まり、機械フレームにパッケージ化できる利用可能なストロークが直接制限されます。
ストローク長とともにボアとロッドの直径を測定することが必須です。破損したユニットを交換する場合、ストロークのマッチングだけでは不十分です。ボアは力の出力を決定し、ロッドの直径はコラムの強度を決定します。ストロークが適切でロッドのサイズが小さいシリンダーを交換すると、新しいユニットが圧縮荷重によって座屈する可能性があります。機械的な互換性を確保するために、常にこれら 3 つの次元をまとめて把握してください。デジタル ノギスを使用してロッドの直径を正確に測定してください。1 インチの違いによって構造の完全性が変化するためです。
完全に折りたたむことから始めます 油圧シリンダー。システム内に油圧が残っていないことを確認してください。ユニットがまだ取り付けられている場合は、機器をロックアウトしてタグアウトします。ユニットを安定した面に平らに置きます。頑丈なスチール巻尺を使用して、基端取り付けピンの正確な中心を見つけます。ロッドエンド取り付けピンの正確な中心までテープを伸ばします。このピン中心間の距離を記録します。これは、シリンダが機械内で占有する絶対最小の物理的スペースを表します。ピンホールの端から測定しないでください。常に死点から測定してください。
次に、ロッドを機械的限界まで安全に伸ばします。ロッドを完全に引き出すには、圧縮空気または手動の力を使用する必要がある場合があります。ピストンがヘッドグランドに突き当たって底に突き当たっていることを確認します。完全に伸ばしたら、ピン間の測定を繰り返します。ベースピンの中心からロッドピンの中心までを測定します。この値を正確に記録してください。ユニットが重すぎて手動で拡張できない場合は、ショップクレーンを使用するか、同伴してください。ただし、内部のピストンシールが損傷しないように、優しく力を加えてください。
実際のストロークを決定するには、単純な数学的計算が必要です。露出したロッドの長さの推定には、デッド スペースやグランド内に引き込まれないネジ部分が含まれることが多いため、これに依存しないでください。標準的な公式を使用します。
伸びた長さ – 縮んだ長さ = ストロークの長さ
たとえば、伸びた長さが 84.5 インチで、縮んだ長さが 48.5 インチの場合、実際のストロークは正確に 36.0 インチになります。注文書を送信する前に、必ず計算を再確認してください。
システム アーキテクチャにメートル法 (ミリメートル) またはインペリアル (インチ) 単位が必要かどうかを確認してください。これらのユニットを混在させると、重大な調達エラーが発生します。 50mm のストロークは 2 インチのストローク (1.968 インチ) に相当しません。メーカーのコンフィギュレータにデータを入力する際は、指定された単位規格を厳守することで、互換性のない部品の注文を防ぐことができます。相手先商標製造業者 (OEM) のマニュアルを調べて、機械のネイティブ測定システムを確認してください。
アウターバレルを測定すると、不正確なサイズ設定につながります。シリンダー ハウジングには、ベース キャップ、ヘッド グランド、内部ピストンの厚さが含まれます。この「デッド長」は直線運動には寄与しません。バレル長に基づいてシリンダーを注文すると、実際のストロークは必要なストロークよりも大幅に短くなります。これにより作動が不完全になり、新しいユニットを廃棄して交換品を注文する必要があります。
内部スペーサーまたは外部の機械的ストップにより、理論上のストロークと実際の動作ストロークの間に差異が生じます。シリンダーの理論上の能力は 30 インチですが、内部のストップ チューブにより実際の移動量は 26 インチに制限される場合があります。交換ユニットを測定するときは、新しいシリンダーが正確な動作パラメータに一致していることを確認するために、常にこれらのリミッターを確認してください。測定中にストップチューブを見逃した場合、新しいシリンダーが過度に伸びて、機械のリンケージが引き裂かれる可能性があります。
測定パラメータ |
正しい方法 |
よくある間違い |
エラーの結果 |
|---|---|---|---|
収縮長さ |
完全に折りたたんだときのピンの中心からピンの中心までを測定します。 |
アウターバレルのみの計測です。 |
シリンダーが機械フレームに収まりません。 |
延長長さ |
完全に伸ばしたときのピン中心からピン中心までを測定します。 |
目に見えるロッドの長さに基づいて推測します。 |
アクチュエータが負荷を過度に伸ばしたり、伸ばしすぎたりします。 |
ストローク長さ |
伸びた長さから縮んだ長さを引きます。 |
バレルの長さがストローク長と等しいと仮定します。 |
必要な機械的移動量が大幅に不足している。 |
単位規格 |
OEM 仕様に基づいて、mm またはインチのいずれかを厳密に使用してください。 |
インペリアル整数に相当する四捨五入メトリック。 |
取り付けピンがクレビス ブラケットと一致しません。 |
新しいアプリケーションを設計するには、機械的負荷の必要な移動距離をアクチュエータの直線運動にマッピングする必要があります。運動学的解析は、荷重が空間内をどのように移動するかを判断するのに役立ちます。負荷が直線で移動する場合、ストローク長は負荷の移動量と正確に一致します。ただし、シリンダーがレバー、ベル クランク、またはピボット アームを操作する場合、直線運動は角運動に変換されます。このような場合、短いストロークで大きなスイープアークを生成する可能性があります。バケットローダーを考えてみましょう。15 インチのストロークはバケットの 90 度の回転に変換される可能性があります。 CAD ソフトウェアまたは物理モックアップを使用して正確なジオメトリを計算し、バインディングなしでストロークが正しい角度で回転することを確認する必要があります。
シリンダーが完全に収縮した状態と完全に伸長した状態の両方で利用可能な物理スペースを評価します。機械フレームには厳しい空間制限があります。溶接構造とタイロッド構造の違いを考慮する必要があります。溶接設計は一般に、所定のストロークに対してよりコンパクトな収縮長を提供するため、モバイル機器に最適です。タイロッド設計では、突き出たロッドやかさばるエンドキャップにより、より多くのクリアランスが必要になることがよくありますが、産業環境での整備は容易です。選択したストローク長が、動作範囲全体にわたってホース、ワイヤーハーネス、またはその他の機械コンポーネントに干渉することなく、動作範囲内に収まるようにしてください。
エンジニアリングのベスト プラクティスでは、日常的な拡張を最大定格ストロークの 80% に制限することが規定されています。サイクルごとにシリンダーを絶対的な機械的限界まで押し込むと、摩耗が加速します。ピストンが繰り返しヘッドグランドに対して底に達すると、衝撃荷重が発生し、シール、摩耗バンド、および内部コンポーネントが劣化します。通常の動作ストロークが 80% のしきい値内に収まるようにシステムを設計すると、機器の動作寿命が大幅に延長されます。この予備容量は、予期しない負荷変動に対する機械的バッファとして機能します。
予備ストローク長を維持すると、最大作動伸長時のピストンとヘッドグランド間の距離が増加します。この距離により、重要な内部ベアリングサポートが提供されます。ロッドが完全に伸びると、側面荷重が増大し、内部の摩耗バンドに対してレバーのように作用します。 20% のリザーブを維持することで、ピストンをバレルのより深くに保持できます。この幅広いスタンスにより、横からの荷重に抵抗し、ロッドの傷を防ぎ、早期のシールの摩耗を軽減します。内部座面の間隔が離れるほど、重い負荷がかかった状態でアセンブリ全体の剛性が高まります。
オイラーの列の式は、ロングストロークのアプリケーションを評価する際の流体動力設計に直接適用されます。ストローク長が増加すると、押し荷重時の座屈リスクが指数関数的に増加します。長くて細いロッドは、圧縮されると柱のように機能します。わずかな横荷重や位置ずれでも、ロッドが永久に曲がってしまう可能性があります。ロッドの直径、ストローク長、取り付けスタイルに基づいて臨界座屈荷重を計算する必要があります。直径 2 インチのロッドは、12 インチのストロークで簡単に 10,000 ポンドを押すことができます。そのストロークを 48 インチに拡張すると、同じ 2 インチのロッドが 4,000 ポンドの荷重の下で濡れたヌードルのように曲がります。動作荷重が臨界座屈しきい値を超えると、致命的な故障が差し迫っています。
ストローク長は、圧縮（押し出し）用途における重大な故障点を表します。荷重を押すとロッドには厳しい圧縮応力がかかるため、座屈が最大の懸念事項となります。逆に、ストロークが長いと、張力（引っ張り）用途では構造上のリスクが少なくなります。荷物を引っ張るとき、ロッドは張力がかかったケーブルのように機能します。自然に整列し、曲がりに耐えます。したがって、ロングストロークのサイジングには、プル用途よりもプッシュ用途の方がはるかに厳密なエンジニアリング検証が必要です。ストロークの長い引っ張り用途では、より小さなロッド直径を使用できることが多く、重量とスペースを節約できます。
ストップ チューブは、シリンダー バレルの内側に取り付けられた金属製のカラーで、ピストンとヘッド グランドの間に位置します。ロッドが完全に伸びるのを物理的に妨げます。これにより、内部ベアリング面間の最小距離が増加し、コラムの安定性が大幅に向上します。標準的な経験則では、40 インチを超えるストロークが 10 インチになるごとに、ストップ チューブの長さを 1 インチ追加することが推奨されています。ストロークが 60 インチの場合、しきい値を 20 インチ超えているため、2 インチのストップ チューブが必要になります。ストップチューブはハウジングの収縮後の長さを長くしますが、ストロークの長い押し込み用途に不可欠な剛性を提供します。
必要ストローク長さ |
推奨ストップチューブ長さ |
収縮長への影響 |
|---|---|---|
40インチまで |
0 インチ (通常は必要ありません) |
変化なし |
41～50インチ |
1インチ |
ハウジングに 1 インチ追加 |
51～60インチ |
２インチ |
ハウジングに 2 インチ追加 |
61～70インチ |
3インチ |
ハウジングに 3 インチ追加 |
空間的な制約によりストップ チューブを使用できない場合は、ロッドの直径を大きくすることが次善の緩和策です。太いロッドは本質的に慣性モーメントが大きくなり、曲がりに対する耐性がはるかに高くなります。これにより、必要なストローク長を変えたり、ハウジングの収縮長さを長くしたりすることなく、コラムの強度が向上します。ただし、ロッドが大きくなるとピストンの後退側の有効面積が減少します。これにより、引っ張る力が減少し、後退速度が増加し、機械のサイクルタイムが変化します。必要なリトラクトのダイナミクスに対してカラムの強度のバランスを取る必要があります。
フロント フランジ、リア フランジ、延長タイロッドなどの堅固な取り付けスタイルにより、シリンダーが完全に静止した状態に保持されます。これらのマウントはストロークの延長にうまく対応しますが、完全な直線的な位置合わせが必要です。荷重経路に逸脱があると、重大な横荷重が発生します。ロングストロークの用途では、ほんのわずかなずれでもロッドがヘッドグランドに固着し、数時間でロッドシールが破壊されます。固定マウントは、荷重が外部レール、トラック、または頑丈なリニア ベアリング上で厳密にガイドされる用途に最適です。
後部クレビスとセンター トラニオンを含むピボット マウントにより、ロッドが伸びるときにシリンダ ボディが旋回できます。ロングストローク用途でのわずかな円弧運動にも対応し、微小なミスアライメントを自然に吸収します。ただし、ピボット マウントではピボット ポイントを慎重に計算する必要があります。後部クレビス マウントはピボット ポイントをシリンダーの先端に配置するため、サポートされていないコラムの長さが最大になり、座屈のリスクが増大します。センタートラニオンマウントはピボットポイントを荷重に近づけ、サポートされていない長さを効果的に短縮し、長いストロークでの耐座屈性を大幅に向上させます。
マウントの選択により、全長の収縮長が直接変化します。フロント フランジ マウントは通常、ピン間の同等の最短距離を提供し、固定された機械エンベロープ内で利用可能なストロークを最大化します。後部クレビス マウントにより、アセンブリ全体にクレビス ブラケットとピン アイの長さが追加されます。厳しい空間制約で作業する場合は、特定の取り付け金具の設置面積を考慮する必要があります。マウントは、ハウジングが周囲のフレームワークに干渉する前に、機械に取り付けることができる最大ストロークに直接影響します。
標準的なストローク増分に基づいて設計すると、財務上およびリードタイム上で大きなメリットが得られます。メーカーは通常、2 インチ、4 インチ、10 インチなどの標準サイズ、または 50 mm、100 mm、250 mm などの標準メートル相当の原材料および機械加工済みコンポーネントを在庫しています。既製サイズを注文すると、カスタム加工セットアップが不要になり、初期製造コストが削減され、納期が大幅に短縮されます。ほとんどの産業用途では、標準ストロークに対応するように機械設計を調整する方が、工場でカスタム構築を要求するよりもはるかに効率的です。
標準的なサイジングにより、将来のメンテナンスと調達が簡素化されます。標準シリンダーが現場で故障した場合、複数のベンダーから直接のドロップイン交換品を見つけるのは簡単です。この互換性により、機器のダウンタイムが最小限に抑えられ、生産ラインの稼働が維持されます。非常に独自のストローク長を中心に機械を設計すると、カスタムの再注文サイクルに縛られてしまいます。標準ストロークにより、メンテナンス チームは専門的な製造と出荷に何週間も待つことなく、交換部品を迅速に現地で調達できます。
特定のシナリオでは、カスタム加工が必須になります。非常に制約の多い OEM 機器には、標準的な増分に対応するための物理スペースが不足していることがよくあります。特注の鉱山掘削機、特注の航空宇宙試験リグ、船舶用ステアリングギアなどの特殊な重機は、正確な運動学的動作を実現するために正確なストローク長を必要とします。このような場合、標準ストロークを強制的に設計に組み込むと、機械の機能と安全性が損なわれます。機構が完璧に動作することを保証するには、必要な正確な移動量をインチ単位で指定する必要があります。
カスタムのストローク長を指定するには、初期のエンジニアリングおよび製造コストが高くなります。エンジニアは、新しい寸法図面を作成し、標準以外の長さの柱の強度を検証し、内部公差を調整する必要があります。機械工は特注のバレルとロッドを切断する必要があり、旋盤での専用のセットアップ時間が必要です。ただし、これらの初期費用は、得られる運用効率によって正当化されることがよくあります。完璧に最適化されたストロークにより、荷重の正確な位置決めが保証され、外部の機械的停止の必要性がなくなり、専用機械の寿命全体にわたって性能が最大化されます。
正しい油圧シリンダのストローク長を選択するには、必要な機械的移動量と構造の安定性、力の要件、および空間的制約とのバランスをとる必要があります。これらの変数のいずれかを無視すると、機器の早期故障、ロッドの曲がり、または運用の非効率が発生します。決定フローは簡単です。必要な力を計算し、空間的制約を正確に測定し、必要な移動量を計算し、荷重下での座屈リスクを評価し、適切な取り付けスタイルを選択し、最後に標準サイズかカスタムサイズかを選択します。
最適なパフォーマンスと安全性を確保するには、次の手順を実行してください。
メーカーの荷重表を参照して、選択したストロークとロッド直径が座屈することなく予想される圧縮力に耐えられることを確認してください。
特にストロークが 36 インチを超えるプッシュ用途の場合は、すべてのカラム強度の計算を流体動力エンジニアと検証してください。
特定の取り付けスタイルの寸法図を確認して、収縮した長さが機械の物理的エンベロープ内に収まることを確認してください。
横荷重や水平方向のたわみがリスクとして知られているロングストローク用途には、内部ストップチューブを実装してください。
A: ボアとはシリンダーチューブの内径であり、シリンダーが発揮できる最大の力を決定します。ストロークは、内部ピストンが完全に後退してから完全に伸長するまで移動する正確な距離であり、直線的な動作範囲を決定します。
A: ストローク長は、シリンダが完全に伸びたときのベースピンの中心とロッドピンの中心の間の距離を測定し、シリンダが完全に縮んだときのピン間の距離を引くことによって計算します。
A: ストロークを一致させるとシリンダは正しい終点に到達しますが、ボアは押圧力に一致する必要があります。ロッドの直径は、シリンダーが重荷重時の座屈を防ぐのに十分なコラム強度を確保するために重要です。
A: はい、シリンダーを分解し、ピストンとヘッドグランドの間に内部ストップチューブやスペーサーを取り付けることでストロークを短くすることができます。これにより、伸長は制限されますが、新しい作業ストロークに比べて全体の収縮長さが増加します。
A: ストロークが長すぎると、シリンダが伸びすぎて機械の機械的リンケージを損傷する可能性があります。さらに、ストロークが長くなると、ロッドが座屈する危険性が高まり、格納されたハウジングにより多くの物理的スペースが必要になります。
A: ストップチューブは、ロッドが完全に伸びるのを防ぐ内部の金属カラーです。通常、40 インチを超えるロングストロークの押し込み用途では、内部ベアリング間の距離を増やすことが必要で、これによりコラムの安定性が向上し、座屈が防止されます。
