持続衝撃荷重: 低

Jul 04, 2023

世界中の重要な産業分野では、耐久性の高い材料移動およびハンドリング システムを組み込んだ大規模設備への多額の投資が続けられています。 バケットホイール掘削機やコンベアなどの鉱山用途から、リサイクル作業の金属シュレッダー、海洋用途のウインチシステムや掘削装置などでは、高トルクを提供し、厳しい要求の厳しい環境でも確実に機能する強力な低速ドライブが高い評価を得ています。要求。

これに適した駆動プラットフォームが数種類あります。 しかし、油圧ダイレクト ドライブ (HDD) がこれらのシステムに必要な性能を提供することが判明している運用が増えています。 HDD システムは、エネルギーを供給する能力と組み合わせて、「衝撃荷重」 (移動する荷物の重量と質量の突然の増加) を処理できるシステムを使用して、重い質量を可変速度で移動する必要があるアプリケーションに大きなパフォーマンス上の利点をもたらします。 - 効率的で信頼性の高いパフォーマンス — 多くの場合、1 日 24 時間、年中無休で稼働します。

HDD システムの最も一般的な用途は、低速かつ高トルクで重量物を連続的に移動させる産業用アプリケーションであり、頻繁に停止と起動を行う操作では特に高い起動トルクが必要です。 材料の移動は低速で行うことができ、通常は 0 ～ 200 回転/分 (RPM) の範囲で行われます。

これらのシステムは、「衝撃荷重」が発生する用途でも優れた性能を発揮します。つまり、大きな重量物が移動するコンベア、フィーダー、クラッシャー、または回転ドラム上に落下し、通常の動作中に荷重サイズが突然数トン変化します。 ドライブは、ドライブコンポーネントに過度の磨耗を与えることなく、衝撃荷重に応答できなければなりません。

HDD がそのようなパフォーマンスを提供できるのは、その独自の設計によるものです。特に、HDD が動作の全エネルギーを駆動しているシャフトに伝達する「ダイレクト ドライブ」であるためです。 HDD は、低速油圧モーターを心臓部に持つ密閉システムです。 最低速度でも高トルクを維持できる油圧モーターはドライブ シャフトに直接取り付けられているため、減速機、ベルト、チェーン、スプロケットは必要ありません。

油圧モーターには別個の駆動ユニットによって電力が供給され、設置場所のほぼどこにでも配置できます。 駆動ユニットには少なくとも 1 つの標準 AC 誘導モーターが含まれており、固定速度で動作し、可変容量型アキシャル ピストン ポンプを駆動します。 ドライブの速度と方向を決定するのは、ポンプからのオイルの可変流量です。

完全な HDD システムには、インテリジェント ポンプ コントローラー、作動油供給、接続ホースと配線も含まれています。 パワーユニットは、ケーブルとホースを介してシャフト上の油圧モーターに接続されています。 これにより、システム設計者はポンプ、電気モーター、コントローラーを動作軸から離れた筐体内に配置できます。 これにより、設計の柔軟性が向上し、これらのコンポーネントを過酷な動作条件から保護できます。

HDD システムは重機用途でより広く使用されています。 それにもかかわらず、同じ機能を提供するために他の駆動システムが使用されています。 従来の産業用ドライブは、一般に 2 つのプラットフォームで入手できます。1 つは中速または高速の駆動モーターで、油圧機械式または電気機械式のいずれかであり、減速機と組み合わせて低速、高トルクの動作を提供します。

油圧機械ドライブ (HMD) は、HDD と同様の基本的なトルクと速度を備えていますが、ドライブは減速機を介してシステムのドライブ シャフトに接続されています。 この構成により機械的損失が発生し、出力トルクが減少します。 正確にどれだけのトルクが失われるかは、使用するギア減速機のタイプ、減速機のギア段数、および寸法が大きすぎる要因によって異なります。

可変速 AC ドライブ (ACD) は、高速 AC 誘導モーターとギア減速機を組み合わせて、低速の運転速度を実現します。 場合によっては、モーターと減速機の間に流体カップリングを取り付ける必要があります。 ACD を制御するには、いくつかの異なる方法があります。 これらの方法では、通常、負荷の高い用途では、制御可能な速度を 0 ～ 100 Hz の範囲で制御できます。 50/60 Hz の定格周波数で動作している場合、ドライブはモーターの定格トルクの 100% で連続的に動作できます。 ただし、低速では利用可能な連続トルクが減少します。

HDD システムには、他のシステムと比較して固有の利点がいくつかあります。 ギア駆動ソリューションでは、電気モーター、ギア減速機、カップリングが被駆動シャフトに機械的に接続されているため、多くの場合、機械の周囲にかなりのスペースが必要になります。 ダイレクトドライブははるかにコンパクトです。 同様に重要なのは、HDD システムの全出力の 97% 近くが、被駆動シャフトを回転させるために直接適用されることです。 ギア駆動ソリューションは、大きな衝撃荷重による急激な速度変化の場合にも、高い追加トルクを生成します。 これらを補償しないと、故障やそれに伴うダウンタイムによって多大なコストが発生する可能性があります。 ダイレクトドライブではこのリスクが排除されます。

これは、通常の動作中に過酷な衝撃荷重を受ける可能性のある機器を保護するのに役立ちます。 たとえば、多くの採掘コンベヤは ACD ドライブを使用して、大量の材料をプロセス内で移動させます。 このようなタイプのドライブが始動すると、始動時の慣性がすぐにベルトに加わり、時間の経過とともにベルトに負担がかかり、故障につながる可能性があります。

対照的に、HDD は起動直後にゼロ速度で最大のトルクを提供します。 これにより、採掘オペレーターは 1 RPM から非常に細かい増分で速度をゆっくりと上げることができるため、ベルトに負担がかからず、材料が効率的に輸送されます。

油圧モーターはシンプルで頑丈な設計なので、内部のカムやその他のモーター要素に負担をかけることなく、繰り返し始動、停止、逆転することができます。 これにより、オペレータは、HDD が駆動するマシンの負荷や作業要件に合わせてモーション シーケンスを設計し、必要に応じて何度でも停止および起動することができます。 ギア減速機を使用する ACD または HMD の場合、同じ回数の始動と停止を実行するには、ドライブをすぐに摩耗させることなくこれらの条件に対処できるようにギアボックスの寸法を大きくする必要があり、ギアボックスの寸法を大きくすると高価な解決策になる可能性があります。

HDD システムは、ギアボックスを組み合わせたドライブ ソリューションと比較して、優れた速度と方向制御も提供します。 ポンプからのオイルの可変流量がドライブの速度と方向を決定するため、速度と方向の制御が電気モーターの制限によって損なわれることはありません。 また、油圧モーターの慣性モーメントが低いため、応答はほぼ瞬時になります。

HDD テクノロジーは、テクノロジー固有の耐衝撃負荷に加えて、過負荷保護も提供してマシンを保護し、最大の稼働時間を保証します。 HDD は調整可能な圧力制限機能を備えており、過負荷状態で最大トルクを超えることを防ぎます。 長時間の加速サイクルや過負荷状態では、必要に応じてポンプを破壊することにより、最大トルクの超過が防止されます。

これにより柔軟性が高まり、オペレーターはさまざまな生産要件や運用要件に対応できるようになります。 たとえば、リサイクル業者がある日、シュレッダーでプラスチックを細断していて、そのプロセスのために HDD の最大圧力を下げることを選択するかもしれません。 数日後、その同じ機械が金属の細断に使用される可能性がありました。 この場合、より多くのトルクが必要になることがわかっているため、ドライブに負担をかけずに許容最大圧力を高めるための簡単な制御変更が可能です。

重機のエンドユーザーが運用に HDD システムを導入できる方法はいくつかあります。 ドライブシャフトに取り付けるモーターを提供できる油圧モーターのサプライヤーがいくつかあります。 したがって、可変速ドライブ、油圧ポンプ、コントローラ、その他の駆動コンポーネントを入手し、システムを起動するようにプログラムするのは、エンド ユーザーまたは油圧システム インテグレータにかかっています。

一部の油圧サプライヤーは、完全なソリューションをターンキー パッケージで提供しています。 一部のサプライヤーは、専門家の推奨事項、設置サポート、効果的な修理サービスを提供しています。 専門のサプライヤーと提携することで、システムのライフサイクル全体にわたって HDD テクノロジーの利点を最大限に発揮できるように、適切なドライブのセットが設計され、頑丈な機器の各部分に取り付けられるようになります。

この記事は、Bosch Rexroth (ペンシルベニア州ベツレヘム) の大型油圧ドライブ販売および運用マネージャー、Brian Howell によって執筆されました。 詳細については、ここを参照してください。

この記事は、Motion Design Magazine 2022 年 10 月号に初めて掲載されました。

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