掘削機、ブルドーザー、クレーンなどの建設機械は、重荷重と非常に高い圧力の下で動作します。 このような厳しい条件下では、 アキシャルピストンポンプ が好ましい油圧動力源です。 単純なギア ポンプやベーン ポンプとは異なり、ピストン ポンプは非常に高い圧力 (多くの場合 300 bar または 4,350 psi 以上) に耐えることができ、過度の摩耗を生じることなく大流量を供給できます。 たとえば、現代の掘削機は通常、定格が約 34 MPa (約 4,900 psi) で最高で 39 MPa 付近の高圧斜板ピストン ポンプ (多くの場合、ピストン メイン ポンプと小型のギア パイロット ポンプを備えたデュアル ポンプ設計) を使用します。 対照的に、従来のギアポンプは通常、最高約 20 ～ 30 MPa (約 3,000 ～ 4,350 psi) に達し、一般に低精度、低圧の作業に限定されます。 つまり、 建設用ピストン ポンプは、 大型機械に必要な高圧と出力密度を実現できるため選択されますが、ギア ポンプやベーン ポンプはこれらの圧力要件を満たすことができません。
ピストンポンプは、非常に厳しい機械加工公差を通じてその性能を実現します。 アン アキシャルピストンポンプのピストン、シュー、バルブプレートのクリアランスはマイクロメートルオーダーです。 この精度により、優れた体積効率が得られますが、ポンプが汚染の影響を受けやすくなります。 オイル内のわずかな汚れや水でも、ピストンやバルブプレートに傷が付く可能性があります。 このため、 現代の重機は通常、閉ループ油圧回路と非常に優れた濾過を使用しています。 閉ループ (静水圧) システムでは、オイルの大部分がピストン ポンプと油圧モーターまたはアクチュエータの間で密閉ループ内を循環し、リザーバからオイルを引き出すのは小型のチャージ ポンプだけです。 流体は継続的に再循環され、濾過されるため、作動油は外部環境からほとんど隔離されています。 この設計により、汚染物質の侵入が最小限に抑えられ、ピストン ポンプに必要な流体の清浄度が維持されます。 たとえば、閉ループ ポンプ (ほとんどの場合、ピストン タイプの可変ポンプ) では、ほとんどの流体がループ内に留まるため、小さな外部リザーバのみが必要になります。 実際、建設用ピストン ポンプは高度なフィルターと閉ループ構成によって保護されているため、過酷な動作条件下でもオイルは清浄な状態に保たれます。
図:アキシャルピストンポンプのスリッパと斜板の断面図。 このように細かく機械加工された摺動インターフェースには、損傷を避けるために非常にきれいなオイルが必要です
ほとんど ピストンポンプは 建設機械に使用される 可変容量 斜板ポンプです。 これらのユニットでは、斜板（または曲げ軸）の角度が自動的に変化し、ピストンのストロークを調整します。 その結果、ポンプの出力流量と圧力がリアルタイムの負荷需要に合わせて調整されます。 機械がアイドリングまたは軽負荷の場合、ポンプの容量は減少します。大きな力が必要な場合（掘削または持ち上げ）、変位は増加します。 この適応的な動作により、エネルギーの無駄が大幅に削減されます。 油圧ポンプ技術の概要の 1 つによると、可変容量ピストン ポンプは、 「需要が低いときに出力を低減し、消費電力を大幅に削減し 、[そして] エネルギー効率を向上させます」と述べています。 固定ポンプによく見られるリリーフバルブのバイパス損失を回避することで、 つまり、これらのポンプは、常に必要な流量のみを供給することにより、過剰な流量を最小限に抑え、発生する熱を減らし、燃料を節約します。 制御された出力により、システムへの熱的および機械的ストレスも軽減され、コンポーネントの寿命が延長され、運用コストが削減されます。
現代の建設車両は、多くの場合、複数の油圧機能 (旋回、走行、昇降、補助装置など) を同時に実行します。 1 つのピストン ポンプで、優先バルブと負荷感知バルブのシステムを介して複数のアクチュエータに電力を供給できます。 アキシャル ピストン ポンプは個別の流れパルス (各ピストン ストローク) を生成するため、本質的にオイルを非常にスムーズかつ正確に計量します。 実際、閉ループ可変ポンプは、別個の方向弁を使用しなくても、流れの方向をシームレスに反転できます。 これは、オペレータが、一方がもう一方を「枯渇」させることなく、2 つ以上の油圧機能 (スイングやブームなど) を同時に動かすことができることを意味します。 設計者はまた、 負荷感知バルブ または流れ共有回路を使用して、複数のアクチュエータが流れを要求した場合に、それぞれがポンプの最大値まで比例して共有できるようにします。 ピストン ポンプの正確な流量計量と高い剛性により、 正確な制御が可能になります。ピストン ポンプは、負荷が変化しても安定した圧力を維持し、シリンダーの速度と力の微調整を可能にします。 実際には、これは多機能機器のスムーズで予測可能な動作につながります。
たとえば、掘削機では、メインの可変ピストン ポンプが走行モーター、旋回モーター、ブーム/アーム シリンダーに直接電力を供給します。 ポンプは回路の中で最も高い圧力要求に合わせて自動的に調整し、優先バルブがスイング モーターとトラベル モーター (安定性にとって重要) に確実に流量を供給します。 一方、通常、小型の別個のギア ポンプが制御バルブに低圧パイロット オイルを供給します。 これらのシステムでは、ピストン ポンプが各アクチュエータに正確な圧力と流量を供給し、同時需要のバランスをとるのに役立ちます。この機能は、固定ギア ポンプだけでは簡単に実現できません。
ピストンポンプは初期費用が高く、複雑です。 ギアポンプやベーンポンプと比べて、より精密な機械加工と堅牢な材料が必要であり、可動部品が多いため製造コストが高くなる可能性があります。 ただし、過酷な使用では、その 耐久性と効率性が長期にわたって効果を発揮します。 有名なポンプ メーカーは、ピストン ポンプが 「連続使用の高圧負荷下でも効率と長寿命を実現する」と述べています。 言い換えれば、高品質のピストンポンプは、適切なメンテナンスを行えば何万時間も稼働することができます。 可変ピストンは負荷に合わせて流量を調整するため、常に流体をバイパスする固定ポンプよりも不必要なストレスを受けることが少なくなります。 この制御された操作により 「油圧コンポーネントの磨耗が軽減され」 、保守間隔が長くなります。
油圧ポンプの専門家は、トータルのライフサイクルコストを考慮するようアドバイスしています。ギヤポンプの方が初期コストは低いかもしれませんが、信頼性が重要である場合には、 機械の耐用年数にわたって高級ピストン (プランジャー) ポンプの方が経済的です 。 実際には、重機のフリートは、ダウンタイムを最小限に抑え、サイクルを再構築するため、ピストン ポンプのより高い初期コストを受け入れます。 その結果、ピストン ポンプは購入時には高価ですが、多くの場合、装置の耐用年数全体にわたってメンテナンスや交換のコストが低くなります。 調達専門家やメンテナンス プランナーにとって、計算の結果、通常、ピストン ポンプの寿命と持続的な効率が価格差を上回ることがわかります。
要約すると、 ピストン ポンプは 、比類のない高圧能力、効率、制御性により、掘削機や建設機械に最適なポンプです。 その設計は重機で遭遇する極端な負荷と圧力に対処しますが、ギアポンプやベーンポンプは信頼性を犠牲にすることなく同じ圧力定格に到達することはできません。 最新のシステムは、閉ループ回路と堅牢な濾過を使用することで、ピストン ポンプのクリーンなオイルの必要性を軽減します。 可変容量ピストンポンプは、負荷に合わせて出力を調整し、無駄や熱をカットすることで、性能をさらに最適化します。 最後に、初期投資は高くなりますが、ピストン ポンプの耐用年数と信頼性が長いため、ライフサイクル コストが削減され、稼働率が向上します。 油圧ポンプの比較では 、要求の厳しい建設用途では「建設ピストン ポンプ」が最も効果的なソリューションであることが一貫して示されています。
建設機械は高負荷、高圧の環境で動作します。ピストン ポンプは通常 30 ～ 35 MPa を超える非常に高い圧力に耐えることができますが、ギア ポンプやベーン ポンプははるかに低い圧力範囲に限定されます。したがって、要求の厳しいエンジニアリング用途において、より高い出力密度、より強力な出力トルク、およびより優れた安定性を実現するピストン ポンプが選択されます。
ピストンポンプは精密に機械加工された内部コンポーネントのため、よりクリーンな作動油を必要としますが、最新の建設機械は閉じた油圧回路と多段階濾過システムを使用しています。これらの設計は、ほこり、湿気、固体粒子がシステムに侵入するのを防ぎ、過酷な屋外環境でもピストンポンプが確実に動作することを可能にします。
可変ピストンポンプは、リアルタイムの負荷条件に基づいて容量を自動的に調整します。ポンプは負荷が軽い場合は出力が低下し、負荷が増加するとそれに応じて吐出量が増加します。これにより、油圧損失が減少し、発熱が最小限に抑えられ、燃料消費量が削減され、機械動作中の不必要なエネルギーの浪費が防止されます。
はい。高精度の流量供給と安定した圧力出力により、1 つのピストン ポンプで複数の油圧アクチュエータに同時に供給できます。ピストンポンプを負荷感知バルブおよび優先制御システムと組み合わせると、アクチュエータを枯渇させることなく流量を比例的に分配することができ、安定した多機能制御が保証されます。
ピストン ポンプは初期購入コストが高くなりますが、通常、耐用年数が長く、内部漏れが少なく、体積効率が高く、継続的な高圧負荷下でも信頼性が高くなります。これらの利点により、ダウンタイム、オーバーホールの頻度、長期的な運転コストが削減され、建設機械のライフサイクル全体にわたってピストン ポンプがより経済的になります。
掘削機は、走行、旋回、掘削、持ち上げ、微調整などの複合動作を頻繁に行います。これらの動作には、高速応答、高圧、正確な流量制御が必要です。ピストンポンプは閉ループ構造、容量制御、高剛性、安定した出力によりこれらの要件を満たしており、掘削機システムに最適な油圧ポンプ設計となっています。
主な比較基準には、最大システム圧力、効率、内部漏れ、制御精度、負荷変化時の適応性が含まれます。ピストン ポンプは、これらすべてのカテゴリにおいてギア ポンプやベーン ポンプよりも優れた性能を発揮するため、建設機械の油圧動力源として好まれています。
閉ループ油圧回路は、ポンプとアクチュエータの間の密閉された流路内に作動油を保持します。オイルが外部環境と接触することはほとんどなく、濾過によって汚染物質が継続的に除去されます。これにより、オイルの純度が維持され、精密部品が保護され、ピストン ポンプの長期安定性が保証されます。
