移動式クレーンの油圧装置

　油圧装置は、｢密封した容器中に静止している液体の一部に加えた圧力は、液体のすべての部分にそのままの力で伝わる。｣というパスカルの原理(Pascal Blate　1623～1662)を応用しています。
　図のビストンの面積が１cm²と10cm²のシリンダを組合わせた容器のＡに10Ｎの力を加えると、Ｂに伝わる力は100Ｎになります。ピストンが伝える力の大きさは、ピストンの面積に比例して拡大され、面積比が１対10であれば10倍の力が得られます。更に力を加えた場合は、伝わる力も同じ比率で増大します。圧力は、Pa又はN/mm²で表します。

ピストンＢに伝わる力＝	ピストンＢの面積	×ピストンＡに加える力

	ピストンＡの面積

　流量と流速には、「油が管路を流れる時の任意の断面を通る流量は、どの断面も一定」という連続の法則があります。図の断面積Ａ1と断面積Ａ2の流速をＳ1、Ｓ2とすると、Ａ1× Ｓ1＝Ａ2×Ｓ2の式が成立します。

油圧装置の長所と短所

　油圧技術の発達により、近年の移動式クレーンの各装置には油圧の機構が多く用いられています。これは、移動式クレーンの原動機として油圧装置が如何に優れているかという証でもあります。油圧装置には多くの長所がありますが、短所もあるため、装置の構造や取扱いについて十分に理解する必要があります。

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油圧装置の長所

1.		機械式や電気式に比べて小型で単純構造の装置にできます。
2.		力の大きさ、速度、方向を小さな力で容易に操作できます。
3.		機械式に比べて振動が少なく、作動がスムーズです。
4.		無段変速や遠隔操作ができます。
5.		リリーフ弁によって装置の破壊を防ぐことができます。
6.		分岐回路を設けることで、配管や作動油の分流が自由にできます。
7.		油圧機器を自由に配置することができます。

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油圧装置の短所

1.		配管が面倒です。
2.		作動油は高圧になるほど油漏れが生じやすい。
3.		ごみやさびに弱い。
4.		作動油は可燃性です。
5.		作動油は温度によって機械効率が変化します。

油圧装置の仕組み

　移動式クレーンの基本的な油圧装置は、次の図に示す通りです。エンジンの動力によって油圧ポンプが回転すると、作動油タンクから吸い込まれた作動油が圧油となり、方向切換弁を経て油圧シリンダ又は油圧モータに導かれ、それぞれ往復又は回転運動に変えられます。駆動後の圧油は、低圧になって作動油タンクに戻ります。装置にはリリーフ弁 (安全弁) を取付け、油圧が設定以上の圧力を超えると弁が開いて作動油タンクに作動油を逃がし、一定の油圧が得られるように油圧回路を保護しています。また、ジブの起伏シリンダに取付けているカウンタバランス弁は、ジブを倒す時のジブの降下速度が早くなり過ぎないように戻りの油量を調整しています。

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方向切換弁

1.	方向切換弁の操作レバーを後に引くと、作動油がシリンダ①側に流れてピストンが右に動く。
2.	操作レバーを前に押すと、作動油がシリンダ②側に流れてピストンが左に動く。
3.	押された圧油側は、切換弁を経て油タンクに戻る。

油圧装置の構成

油圧装置は、次の装置等で構成されています。

油圧発生装置	油圧ポンプ	ねじポンプ
		歯車ポンプ
		ベーンポンプ
		プランジャポンプ
油圧駆動装置	油圧シリンダ	単動形
		複動形
		特殊形
	油圧モータ	歯車モータ
		ベーンモータ
		プランジャモータ
油圧制御装置	圧力制御弁	リリーフ弁
		減圧弁
		シーケンス弁
		カウンタバランス弁
		アンロード弁
	流量制御弁	絞り弁
	方向制御弁	パイロットチェック弁
		逆止め弁
		方向切換弁
付属機器	作動油タンク、圧力計
配管類	管、継手、シール

油圧発生装置

　油圧発生装置には、油圧ポンプが用いられています。油圧ポンプは、エンジン等の原動機の動力で駆動させ、油タンクの作動油を吸い込んで加圧した圧油を吐出す装置です。油圧ポンプを機構別に分類すると、ねじポンプ、歯車ポンプ、ベーンポンプ、プランジャポンプ等があります。歯車ポンプ又はプランジャポンプは、移動式クレーンのジブの起伏、伸縮、巻上げ等の動力源として使用されます。ねじポンプは、エンジンの補機として潤滑油ポンプや燃料ポンプに使用されています。

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歯車ポンプ (ギヤポンプ)

　歯車ポンプは、ギヤケース内で２つの歯車が噛み合っています。その歯車の回転による吸引力で油を吸込口から取込んで吐出口へ吐出すという単純な構造で、その種類には歯車の噛み合い形式の違う内接式と外接式がありますが、移動式クレーンには外接式歯車ポンプが用いられています。

外接式ギヤポンプ

歯車ポンプの長所と短所

長
所

1		小型軽量で故障が少ない。
2		構造が簡単で丈夫である。
3		保守が容易である。

短
所

1		高圧なものや大容量のものは製作できない。
2		騒音や振動を発生することがある。

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ベーンポンプ

　ベーンポンプは、ロータに10数個のすり割を設け、これに対してベーンが直角に取付けられています。駆動軸の回転によってベーンが駆動し、ロータが半回転するごとに吸込口側の油が吐出口へ運ばれます。
　ベーンポンプには、１回転当りの吐出量が一定の定容量形と、吐出量を変えられる可変容量形があります。可変容量形は、偏心量を調整する機構を組込み、１回転当たりの吐出量を変化させています。

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プランジャポンプ (ピストンポンプ)

　プランジャポンプは、駆動軸の回転でシリンダ内のプランジャ(ピストン)を往復運動させて油の吸込みと吐出しを行う構造で、プランジャの配列の違いによりラジアル形とアキシャル形に分類されます。移動式クレーンには、アキシャル形斜板式のプランジャポンプが多く使用されています。

構造によるプランジャポンプの分類
ラジアル形
アキシャル形	斜板形	固定斜板式
		回転斜板式
	斜軸式(コネクチングロッド式)

プランジャポンプの長所と短所
長所	大容量の脈動の少ない圧油が得らる。
	ポンプ効率が良く、20～30Ｎ／mm²の高圧が容易に得られる。
	シリンダとプランジャのしゅう動部が長いため、油漏れが少ない。
	可変容量形のポンプは、吐出量を加減することができるため、絞り弁、流量調節弁を使用して流量を加減する必要がない。
短所	構造が複雑で、部品が多い。

ラジアル形プランジャポンプ

　ラジアル形は、駆動軸に対して放射線状に配したプランジャ(ピストン)が、シリンダブロックに挿入されています。駆動軸の回転によるプランジャの往復運動に伴ってポンプ作用が行われます。

アキシャル形プランジャポンプ

　アキシャル形は、プランジャがシリンダブロックの中心線と平行に往復運動を行う形式のポンプで、斜板はカムの働きを行います。プランジャと斜板(カムプレート)が、ある角度をなしていて、駆動軸が回転すると、斜板がプランジャに近づいたり遠ざかったりします。その結果、プランジャが往復運動を行ってポンプとして作動します。

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固定斜板式

　駆動軸と一体となったシリンダブロックが回転し、プランジャが固定斜板によって往復運動を行ってポンプ作用が行われます。

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回転斜板式

　駆動軸と一体となった斜板を回転させることで、プランジャがカムプレートに近づいたり遠ざかったりします。この往復運動によって、ポンプ作用が行われます。

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斜軸式 (コネクチングロッド式)

　駆動軸に対して傾斜したシリンダブロックが駆動軸と共に回転することでピストンがシリンダ穴に対して往復運動し、ポンプ作用が行われます。

油圧駆動装置

　油圧駆動装置は、油圧ポンプから送り出された圧油を機械的な動力に変える装置で、直線運動を行う油圧シリンダと回転運動を行う油圧モータがあります。

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油圧シリンダ

　油圧シリンダは、油圧ポンプから送られてきた圧油の力で直線運動を行わせる装置で、単動形、複動形、特殊形等があります。

1.		単動形
		作動油の出入口がシリンダの一方にしかなく、圧油の力で伸ばし、縮める時はジブの自重又はスプリングの力等を利用しています。

2.		複動形
		シリンダの両側に作動油の出入口を設け、方向切換弁によって圧油の流れる方向を変えて伸縮させています。移動式クレーンのアウトリガやジブの起伏用油圧シリンダには、一般に複動形片ロッド式シリンダが使用されています。

3.		特殊形 (テレスコピック形)
		シリンダの内部に別のシリンダを有し、圧油によって順次シリンダが伸びる構造です。

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油圧モータ

　油圧モータの構造は油圧ポンプと同じです。ただし、その使用方法が異なっています。油圧ポンプは原動機の動力で駆動軸を回転させますが、油圧モータは圧油を油圧モータに押し込むことで駆動軸を回転させています。つまり、作動油の流体エネルギーをトルクに変えるものが油圧モータです。油圧モータには、歯車モータ、ベーンモータ、プランジャモータ(ピストンモータ)があり、移動式クレーンの巻上げ、旋回に用いられる油圧モータには一般にプランジャモータが使用されています。プランジャモータには、プランジャの配列の違いにより、ラジアル形とアキシャル形があり、ラジアル形プランジャモータはプランジャが回転軸に対して直角方向に配列されており、アキシャル形プランジャモータはプランジャが回転軸と同一方向に配列されています。