重工業機械を扱う場合、流体動力がシステム内をどのように移動するかを理解することが不可欠です。多くの大流量油圧システムの中心には、方向制御バルブと呼ばれる重要なコンポーネント、特に Bosch Rexroth の WH シリーズが搭載されています。これらのバルブは一見するとそれほど印象的ではないように見えますが、世界中の工場や産業現場で重大な重労働を担っています。
方向制御弁の重要性
方向制御弁を油圧作動油の交通警官と考えてください。その主な仕事は、流体の行き先を決定することであり、機械の動きを直接制御します。始動、停止、加速、油圧シリンダーの方向変更などを行うのは方向制御弁です。
WH型とは、特に油圧を利用して主流量を制御するパイロット操作式の方向制御弁を指します。これはあなたが思っている以上に重要です。高流量および大量の流体を扱う場合、単純な直動式バルブではその仕事を遂行するのに十分な力がありません。大型のバルブスプールに作用する力は非常に大きいため、パイロット操作が必要になります。
ボッシュ レックスロスは、これらの厳しい状況に正確に対処できるように WH シリーズを設計しました。これらのバルブは、最大 350 bar の圧力と 1100 リットル/分に達する流量を管理できます。それを大局的に考えると、巨大な工業用プレス、重成形装置、大型マテリアルハンドリングシステムに動力を供給するのに十分な作動油を移動させることについて話しているのです。
WHシリーズ方向制御弁の実際の動作
WH方向制御弁の特長は2段設計にあります。このシステムは、大きくて重いスプールを直接動かそうとするのではなく、小さなパイロット バルブを使用してはるかに大きなメイン バルブを制御します。それは電力増幅の動作です。
実際の動作は次のとおりです。パイロットステージでは、少量の油圧を使用して小さなバルブスプールを動かします。これにより、はるかに大きなメインスプールの端に作用する圧力差が生じます。この圧力差により、流体の力と摩擦を克服するのに十分な力が生成され、メイン スプールの位置が移動し、システム全体の流れの向きが変更されます。
WH の指定は、これが純粋な油圧パイロット制御であることを示しています。すべての制御信号は、電気ソレノイドではなく、油圧源から供給されます。このため、WH バルブは、水中用途、極端な温度、爆発性雰囲気など、電気システムに問題が発生する可能性がある環境で特に価値があります。
バルブ本体の内部には、硬化鋼スプールが前後にスライドする精密機械加工されたボアがあります。スプールには、バルブ本体のポートと並ぶランドと溝が注意深く設計されています。スプールが動くと、これらの流路が開閉し、流体が別のアクチュエータに送られるか、タンクに戻されます。
さまざまなニーズに応じたさまざまな構成
方向制御バルブにはさまざまな構成があり、専門用語を理解しておくと、適切なバルブを選択する際に役立ちます。バルブの説明に表示される数字は、ポートと位置の数を指します。
4 方 3 位置バルブ (4/3 と表記) には 4 つの流体接続と 3 つの異なる動作位置があります。通常、4 つのポートには、ポンプ供給ポート、タンク戻りポート、およびアクチュエータに接続する 2 つの作業ポートが含まれます。通常、3 つの位置には、シリンダーまたはモーターをどちらかの方向に動かすための 2 つのアクティブな位置と、中央の位置が含まれます。
センターの位置は多くの人が思っている以上に重要です。クローズドセンター構成では、バルブが中心に戻るとすべての流れが停止します。これは、固定容量型ポンプを使用する場合や、正確な位置保持が必要な場合に適しています。中央が開いているため、ポンプの流れが中立位置のタンクに戻ることができ、発熱が軽減されますが、負荷がかかるとアクチュエーターがドリフトする可能性があります。タンデムセンター構成は中間点を提供し、アクチュエータポートをブロックしながらポンプをアンロードします。
WH シリーズはこれらすべてのセンターコンディションとそれ以上のものを提供します。スプリングがスプールをニュートラルに押し戻すスプリング センタリング、または油圧でスプールを中心に保つ圧力センタリングのバルブを注文できます。一部のアプリケーションでは、最後に指示された位置にスプールを保持するスプリング オフセット構成または油圧戻り止めが必要です。
重要な技術仕様
方向制御バルブを比較する場合、特定の仕様によって、そのバルブがシステム内で実際にどのような機能を発揮できるかがわかります。 WHシリーズは呼び径NG10からNG32までをカバーしています。その公称サイズは、バルブが処理できる流量に直接関係します。
NG10 バルブは毎分 200 ～ 300 リットルを処理でき、中型の機械に適しています。 NG32 にステップアップすると、最大流量は 1100 リットル/分になります。この大きなサイズは、最大の産業用プレスや高速生産装置に指定されるものです。
350 bar の最大使用圧力定格により、WH バルブは高性能カテゴリーに分類されます。多くの産業用システムは 200 ～ 250 bar で動作するため、追加の圧力容量を確保することで安全マージンが確保され、最も要求の厳しい回路でもバルブが動作できるようになります。
すべての WH 方向制御バルブは ISO 4401 規格に従って取り付けられています。この国際規格は、ポートの位置と取り付け面の加工方法を正確に定義します。なぜこれが重要なのでしょうか?それは、マニホールドや配管を変更せずに、Bosch Rexroth バルブを Parker または Eaton の同等品と交換できる可能性があることを意味するためです。この標準化により、システムの設計と保守にかかる時間と費用が大幅に節約されます。
このバルブは、摂氏マイナス 30 度からプラス 80 度の温度範囲で鉱油またはリン酸エステル作動油で動作します。この広い動作ウィンドウは、特別な温度補償を必要とせずに、ほとんどの産業環境をカバーします。
WH バルブが威力を発揮する現実のアプリケーション
重工業施設に入ると、WH シリーズ方向制御弁が稼働しているのを見つけることができるでしょう。製鉄所は、これらを使用して巨大な成形プレスを制御します。射出成形工場では、極度の圧力下で金型を閉じた状態に保持する強力なクランプ システムとしてこの製品を利用しています。
大型工作機械には、もう 1 つの一般的な用途があります。 CNC マシニング センターが重いテーブルを迅速に位置決めしたり、ワークピースをクランプしたりする必要がある場合、WH 方向制御バルブは必要な決定的で強力なスイッチング動作を提供します。バルブが高流量を処理できるということは、これらの動きが迅速に行われることを意味し、サイクルタイムが短縮され、生産性が向上します。
油圧エレベーターや昇降プラットフォームなどのマテリアルハンドリング機器も WH テクノロジーの恩恵を受けています。これらの用途では、何よりも信頼性が求められ、パイロット操作の方向制御弁のシンプルで堅牢な設計がまさにそれを実現します。
WH バルブがこれらの用途に特に適しているのは、完璧とは言えない動作条件に対する耐性です。産業用油圧システムは、より高度な比例バルブに必要な超清浄な流体状態を維持できないことがよくあります。 WH バルブは ISO 4406 20/18/15 程度の作動油の清浄度で確実に動作しますが、比例バルブには 19/16/13 以上が必要な場合があります。濾過要件の違いは、運用コストの削減とサービス間隔の延長に直接つながります。
WHバルブと競合製品の比較
産業用方向制御弁市場には、Bosch Rexroth 以外にもいくつかの主要企業が含まれています。 Eaton の Vickers 部門では、油圧パイロット操作用の DG3V-10 シリーズとソレノイド パイロット操作用の DG5V-10 シリーズを提供しています。これらは、WH および WEH バルブと直接競合し、同様の流量容量と圧力定格を提供します。
パーカー・ハネフィンは、D81VW シリーズおよびより広範な D シリーズ ラインナップの大型パイロット操作バルブを製造しています。他のバルブと同様に、これらのバルブは ISO 4401 取り付け基準に準拠しており、同等の性能を発揮します。
この競争環境で興味深いのは、トップエンドの仕様がどれほど似てきているかということです。 3 つの主要メーカーはすべて、350 bar の圧力と 1100 リットル/分の流量に対応するバルブを提供しています。これらはすべて同じ取り付け基準に従います。この収束は、互換性に対する市場の需要を反映しており、純粋なパフォーマンスの制限ではなく、納期、技術サポート、特定の構成オプションなどの二次的な要素で競争が起こる状況を生み出しています。
アジアのメーカーも ISO 4401 互換バルブを市場に参入しています。 Huade や Shanghai Lixin などの企業は、WH 互換製品を競争力のある価格で提供しており、特に急速に工業化が進んでいる地域の購入者にとって魅力的です。これらの代替品は同じブランド認知度を持っていないかもしれませんが、同じ基本的な設計原則と取り付け基準に従っています。
メンテナンスに関する考慮事項と一般的な問題
WH シリーズ方向制御バルブの大きな利点の 1 つは、メンテナンスが比較的簡単であることです。厳しい公差と複雑なフィードバック システムを備えた洗練された比例バルブとは異なり、従来のパイロット操作バルブはかなり寛容です。
最も一般的な故障モードはスプールの固着で、通常は作動油の汚染によって引き起こされます。小さな粒子がスプールとボアの間の小さな隙間に蓄積し、スムーズな動きを妨げる可能性があります。定期的な液体の交換と適切な濾過により、これらの問題のほとんどが防止されます。
通常の摩耗によりスプールとボアの間のクリアランスが増加すると、時間の経過とともに内部漏れが発生します。これは、アクチュエータの速度の低下、力の減少、発熱の増加として現れます。内部漏れが過剰になった場合、唯一の本当の解決策はバルブの交換です。通常、再構築のコストは、ほとんどのサイズで新しいバルブのコストを超えます。
通常、シールまたは継手接続部からの外部漏れは対処が容易です。多くのシールは専用工具なしで交換できます。ただし、スプール自体のシール部分が損傷している場合は交換が必要となります。
WH バルブではパイロット供給圧力に特に注意が必要です。パイロット回路はメインスプールの位置を制御するため、パイロット圧力に問題があるとバルブの機能に直接影響します。メインポンプからの内部パイロット供給を使用する場合でも、別のソースからの外部パイロット供給を使用する場合でも、その圧力は安定しており、信頼性の高いシフトのために適切な圧力を維持する必要があります。
高品質の方向制御バルブの初期コストはかなり高額に思えるかもしれません。ミッドレンジの Bosch Rexroth アセンブリの価格は約 450 ドルで、大規模またはより複雑な構成の場合はさらに高価になります。ただし、総所有コストは信頼性と耐用年数に大きく依存します。 WH バルブは、最小限の配慮で長年にわたって信頼性の高い動作を続けることで維持されています。
方向制御技術の未来
油圧バルブ業界は立ち止まっていません。 2 つの主要なトレンドが状況を再構築していますが、どちらもまだ WH スタイルのバルブを時代遅れにするものではありません。
比例方向制御バルブは、単純なオンオフ切り替えではなく、連続的に可変の流量制御を提供します。入力信号を変化させることで、アクチュエータの速度と力を正確に制御できます。これは、スムーズな動きや正確な位置決めを必要とするアプリケーションに大きな利点をもたらします。ただし、比例バルブにはよりクリーンな作動油が必要であり、定期的な校正が必要であり、一般に購入とメンテナンスのコストが高くなります。
デジタル油圧技術は、アプローチにおけるより根本的な変化を表しています。 WH シリーズや比例バルブのようなアナログ バルブを使用する代わりに、デジタル油圧システムは高速切り替えオン/オフ バルブのアレイを使用します。これらのバルブを急速にパルスすることにより、システムはオンオフコンポーネントのシンプルさと堅牢性を維持しながら、比例バルブに匹敵するかそれを超える正確な制御を実現できます。
デジタル油圧システムは、従来のシステムに固有のスロットル損失の多くを排除することで、大幅なエネルギー節約を約束します。このテクノロジーは、1 つのバルブが故障した場合でも複数の小さなバルブで補償できるため、冗長性も組み込まれています。デジタルバルブは精密比例バルブよりも製造が簡単であるため、生産量が増加すると、生産コストが大幅に低下する可能性があります。
これらの進歩にもかかわらず、従来の WH 方向制御弁は重要な利点を維持しています。これらは、あまり洗練されていない制御電子機器を必要とし、比例バルブよりも汚染に強く、ISO 4401 規格に基づいて構築された既存のシステムにシームレスに統合されます。連続制御を行わずに堅牢な大流量スイッチングを必要とするアプリケーションでは、WH バルブが最もコスト効率の高いソリューションとなります。
ボッシュ レックスロスは、これらの競合する圧力を認識し、コネクテッド油圧戦略を開発しました。このアプローチでは、従来の油圧コンポーネントにセンサーとデジタル インターフェイスを追加し、システムを完全に再設計することなく、それらをインダストリー 4.0 環境に導入します。統合された圧力センサーと位置監視を備えた WH バルブは、基本的なスイッチング機能を実行しながら、予知保全のための貴重なデータを提供できます。
正しいバルブの選択
従来の WH 方向制御バルブと新しいテクノロジーのどちらを選択するかは、特定のアプリケーション要件によって異なります。正確な速度制御や複雑な動作プロファイルを必要とする新しいシステムの場合、コストやメンテナンスの要求が高くなりますが、比例バルブやデジタル油圧装置が合理的です。
既存のシステムの交換部品としては、通常、WH バルブが最も実用的な選択肢となります。これらは標準の ISO 4401 取り付けパターンに組み込まれ、既存のパイロット回路と連携して動作し、実証済みの信頼性を提供します。サプライヤーの選択は、優れた技術サポートと、調整可能なスイッチング時間や圧力センタリングなど、必要な特定の構成オプションを提供する企業に焦点を当ててください。
汚染制御の達成が困難または不可能な場合、従来のパイロット操作式方向制御弁は明らかに比例式の代替弁よりも優れた性能を発揮します。鉱業、林業、解体業などの業界は、多くの場合、このカテゴリに分類されます。 WH バルブのより大きな内部クリアランスとシンプルな設計は、より高度な制御をすぐに破壊してしまう条件に耐えます。
重要なのは、最新のオプションを自動的に選択するのではなく、バルブ技術を実際のシステムのニーズに適合させることです。 WH シリーズ方向制御弁は実際の問題を効果的に解決するため、数十年にわたり生産され続けています。連続可変制御よりもシンプルさ、堅牢性、大流量容量を重視するアプリケーションが存在する限り、これらは産業システムにサービスを提供し続けます。
これらのバルブがどのように機能するのか、何が優れているのか、代替品がより適切に機能する可能性がある場所を理解することは、特定の油圧システムについて情報に基づいた決定を下すのに役立ちます。既存の機器を保守している場合でも、新しい設備を設計している場合でも、WH 方向制御バルブは、高出力流体制御アプリケーション向けの実績のある信頼性の高いソリューションとして検討に値します。
