油圧システムを使用する場合、安全性とパフォーマンスのためには両方向の流体の流れを制御することが重要になります。パイロット操作逆止弁 SV は、開くように指示されるまで逆流を遮断しながら一方向の自由な流れを許可することにより、まさにこの目的を果たします。このスマートなバルブ設計は、荷重保持と制御されたリリースが必要な現代の油圧アプリケーションでは不可欠になっています。
パイロット式逆止弁SVは、一般的な逆止弁とは異なり、独自の制御機構を備えています。従来の逆止弁は単に逆流を防止するだけですが、SV バージョンでは必要に応じてブロック機能を無効にできるパイロット制御ポートが追加されています。この一見単純な追加により、バルブは受動的なコンポーネントから能動的な制御要素に変わります。
基本設計を理解する
パイロット操作逆止弁 SV は、連携して動作するいくつかの重要なコンポーネントで構成されています。メイン ポペット バルブは、ポート A からポート B への一次流路を処理します。流体がこの方向に流れると、圧力によって軽いバネに抗してポペットが押し開かれ、ほぼ無制限に通過できます。標準的な NG10 サイズのバルブの場合、圧力損失は通常、100 リットル/分で約 4 bar になります。
逆方向では、別のストーリーが語られます。ポート B で圧力が上昇し、ポート A に逆流しようとすると、ポペットはシール面にしっかりと固定されます。実際には、システム圧力がこのシールを形成するのに役立ち、圧縮されたスプリングが余分な力を加えます。この設計により、最大使用圧力 315 bar においても漏れ量が 0.1 ミリリットル/分未満に抑えられます。
パイロット制御メカニズムはポート X を使用してブロッキング機能をオーバーライドします。パイロット圧力が制御ピストンに到達すると、反対の負荷圧力にもかかわらず、メインポペットをシートから押し出すのに十分な力が発生します。確実に開くために必要なパイロット圧力は通常、負荷圧力よりも約 5 bar 高くなります。
プレッシャーエリアがパフォーマンスを決定する仕組み
パイロット操作逆止弁 SV の有効性は、弁内の異なる圧力領域間の関係に大きく依存します。エンジニアはこれらの領域を A1 から A4 として指定し、それぞれの力の平衡方程式における特定の目的を果たします。
領域 A1 は、負荷圧力にさらされるメイン ポペット面を表します。サイズ 10 のバルブの場合、これは約 1.33 平方センチメートルになります。領域 A2 はパイロット ポペット表面を示し、通常は A1 の 4 分の 1 のサイズです。制御ピストン領域 A3 は、負荷圧力とばね張力からの合成力に打ち勝つのに十分な大きさでなければなりません。通常、小型バルブの場合は 2 ～ 3.8 平方センチメートルの範囲です。
力のバランスにより、バルブが開くタイミングが決まります。負荷圧力に A1 と A2 の間の有効面積の差を乗算し、さらにばね力を加えた値は、領域 A3 に作用するパイロット圧力によって克服されなければなりません。この数学的関係により、さまざまな負荷条件にわたって予測可能な動作が保証されます。
2 つの主要な構成タイプ
パイロット操作逆止弁には SV 構成と SL 構成があり、それぞれ異なる回路要件に適しています。 SV タイプは、パイロット チャンバーがポート A に戻る内部ドレン ルーティングを備えています。このコンパクトな設計は、ポート A がタンクまたは低圧に接続されている場合にうまく機能し、設置が簡単になり、外部接続が最小限に抑えられます。
SL 構成では、別個の外部ドレン ポート Y が追加されます。この構成は、ポート A にパイロットの動作を妨げる大きな圧力がかかる場合に必要であることがわかります。制御チャンバーの排水を独立して経路指定することにより、バルブは予圧または加圧された A ポートでも確実に動作します。 A3 より小さい環状領域 A4 が、SL バルブの有効制御領域を決定します。
SV と SL のどちらを選択するかは、回路設計によって異なります。ポート A が大気圧付近にある場合は、通常はより単純な SV バージョンで十分です。ポート A に大きな圧力がかかる場合、または別の加圧コンポーネントに接続される場合、SL 構成によりパイロットの不要な干渉が防止されます。
解凍機能
標準のパイロット操作逆止弁は、高負荷下で開くと重大な圧力スパイクを引き起こす可能性があります。閉じ込められた圧力が突然解放されると、油圧ショックが発生し、コンポーネントにストレスがかかり、騒音が発生します。この問題に対処するために、メーカーは A タイプの減圧バリアントを開発しました。
デコンプ機構には、メインポペットの少し前で開く小型ボールバルブが組み込まれています。これにより、制御容積内の圧力低下を制御でき、通常は圧力降下を 50 bar 未満に制限します。サイズ 10 のバルブの場合、制御容積は約 2.5 立方センチメートルで、完全に開く前に減圧する必要があります。
減圧プロセスによりバルブの応答に短時間の遅れが生じますが、システムのストレスは大幅に軽減されます。この機能は、大型のシリンダーや高い慣性負荷を伴うアプリケーションで特に役立ちます。応答時間とスムーズな動作の間のトレードオフについては、システム設計時に慎重に検討する必要があります。
サイズ範囲と流量容量
パイロット操作逆止弁 SV シリーズは、ISO 5781 規格に準拠し、サイズ 06 から 32 まであります。各サイズの指定は、公称ポート直径 (ミリメートル) を約 1.6 で割ったものにほぼ対応します。この標準化により、エンジニアはバルブ容量と取り付け要件を迅速に見積もることができます。
サイズ 06 および 10 のバルブは、毎分最大 150 リットルの流量に対応し、重量は 0.8 ～ 1.8 キログラムです。これらのコンパクトなユニットは狭いスペースに適合し、小型から中型のシリンダに信頼性の高い荷重保持を提供します。 1.2 ～ 2.5 立方センチメートルの控えめな制御容積により、素早い応答時間が可能になります。
中サイズ 16 および 20 は、1 分あたり 150 ～ 300 リットルの流量に対応します。それに応じて物理的な寸法も増加し、サイズ 20 のバルブの重量は約 7.8 キログラムになります。 5 ～ 10.8 立方センチメートルのより大きな制御容積では、より多くのパイロット オイルが必要になりますが、それに比例してより大きな流れ力に対応します。
サイズ 25 および 32 のバルブは、流量が毎分 550 リットルに達するヘビーデューティ用途に対応します。これらの大型バルブの重量は 8 ～ 12 kg あり、堅牢な取り付けが必要です。 12 ～ 19.27 立方センチメートルの制御容積により、最大負荷圧力に対しても適切なパイロット力が確保されます。
インストールに関する考慮事項
適切に取り付けることで、長い耐用年数と信頼性の高い動作が保証されます。パイロット操作逆止弁 SV は通常、ISO 5781 インターフェイス規格に従ってサブプレートに取り付けられます。シールガスケット周囲の漏れ経路を防ぐために、取り付け面には最大 1 マイクロメートルの粗さが必要です。
バルブ本体を変形させることなく適切なシールを実現するには、取り付けボルトを正しく締め付ける必要があります。標準仕様では、75 ニュートン メートル、摩擦係数 0.14 が必要です。サイズ 10 のバルブには長さ 50 ミリメートルの M10 ボルトが 4 本必要ですが、サイズ 32 には長さ 85 ミリメートルの M10 ボルトが 6 本必要です。トルク配分が不均一であると、取り付け面が歪み、シールの完全性が損なわれる可能性があります。
パイロット操作の逆止弁は重力ではなく圧力に依存するため、一般に方向は重要ではありません。ただし、調整機能がある場合は、その取り付け位置に簡単にアクセスできるようにする必要があります。外部ラインの配線を最小限に抑えるために配管接続を計画するときは、パイロット ポートとドレン ポートの位置を考慮してください。
作動油の要件
パイロット操作チェックバルブ SV は、HL または HLP 仕様を満たす標準的な鉱物ベースの作動油で確実に機能します。動作粘度の範囲は 2.8 ～ 500 平方ミリメートル/秒ですが、最適な性能は 40 ℃で 16 ～ 46 センチストークスの間で発生します。粘度が低いと圧力降下は減少しますが、漏れが増加する可能性があり、粘度が高いとその逆になります。
温度制限はシールの材質によって異なります。標準のニトリルゴムシールは摂氏マイナス 30 ～ プラス 80 度に耐え、ほとんどの産業環境に適しています。高温または合成流体を含む用途には、攻撃的な媒体に耐えながら、マイナス 20 ～ プラス 80 度の温度に耐えるフルオロカーボン シールが役立ちます。 HETG のような生分解性流体には、多くの場合、フルオロカーボン シールも必要です。
流体の清浄度はバルブの寿命と信頼性に直接影響します。 ISO 4406 20/18/15 の推奨汚染レベルは、4 マイクロメートル以上の粒子が 1 ミリリットルあたり 5000 個以下、6 マイクロメートル以上の粒子が 1300 個以下、14 マイクロメートル以上の粒子が 320 個以下であることを意味します。 Bosch Rexroth 規格 RE 50070 に準拠した適切な濾過により、これらの制限が維持され、早期の摩耗が防止されます。
一般的なアプリケーション シナリオ
建設機械は、パイロット操作逆止弁の最大の市場の 1 つです。掘削機のブームシリンダーには、オペレーターが制御を解除したときにアームが落下するのを防ぐために、信頼性の高い荷重保持が必要です。シリンダの各ポートに設けられたパイロット式逆止弁SVがこの安全機能を提供します。オペレーターが制御レバーを操作すると、方向制御弁からのパイロット圧力によって逆止弁が開き、制御された下降が可能になります。
射出成形機は、型締シリンダーを固定するためにこれらのバルブを使用します。多くの場合 100 キロニュートンを超える膨大な力が関与するため、漏れのない荷重保持が要求されます。冗長構成の 2 つのパイロット操作逆止弁は、EN ISO 13849 規格による安全カテゴリ 3 を満たしています。 1 つのバルブが故障した場合、メンテナンスで問題が解決されるまで、2 つ目のバルブが負荷サポートを維持します。
昇降装置アプリケーションでは、パイロット操作の逆止弁と流量制御弁を組み合わせて、荷物をスムーズに下降させます。逆止弁は制御不能な落下を防ぎ、別個のスロットル弁が解放率を測定します。この構成は、クレーンおよびホイストの安全システムに関する ANSI B30.5 要件を満たしています。パイロット信号はオペレーターの制御バルブから送信され、下降動作に先立って意識的な動作が行われるようにします。
性能特性
パイロット操作逆止弁 SV による自由流れ方向の圧力降下は、サイズと流量によって異なります。毎分 400 リットルを通過するサイズ 32 のバルブは、通常、約 20 bar の圧力損失を示します。この比較的低い抵抗により、負荷が頻繁に上下する通常の動作中にバルブが効率的に動作します。
パイロット圧力比は制御特性を決定します。減圧のないバルブの場合、確実に開くには、パイロット圧力は負荷圧力に 2 ～ 5 bar を加えたものに等しくなければなりません。減圧バージョンはより多くの変動を示し、流量とバルブの状態に応じてプラスまたはマイナス 10 bar の散乱帯域を示します。この変化は、メインポペットが動く前にボールバルブが圧力を逃がす際の段階的な開放プロセスを反映しています。
迅速な負荷解放が必要なアプリケーションでは、応答時間が重要になります。パイロット圧力を加えてから最大流量に達するまでのタイムラグは、制御量とパイロット流量容量によって異なります。小型のバルブは 50 ミリ秒未満で応答しますが、大型のユニットでは 100 ～ 200 ミリ秒を必要とする場合があります。減圧を追加すると、この時間はわずかに増加しますが、ほとんどの産業用途には許容範囲内です。
クラッキング圧力のオプション
パイロット操作逆止弁 SV のスプリング予圧によって、フリーフロー方向のクラッキング圧力が決まります。通常、メーカーは 4 つの標準オプションを提供しています。小さいサイズの場合は 1.5、3、6、および 10 bar、大きいバルブの場合は 2.5、5、7.5、および 10 bar です。この調整可能な機能により、バルブを特定の回路要件に適合させることができます。
クラッキング圧力が低いと、通常動作時のエネルギー損失が最小限に抑えられますが、高負荷時にはわずかな逆漏れが発生する可能性があります。絶対的なシール性能よりも効率を優先するアプリケーションでは、多くの場合、1.5 または 2.5 bar 設定が指定されます。バネ力が減少するということは、バルブを逆に開くために必要なパイロット圧力も減少することを意味します。
クラッキング圧力が高いと、極端な条件下でのシールが向上し、圧力変動による意図しない開口が防止されます。建設重機や安全性が重要な用途では、6 または 10 バール設定が頻繁に使用されます。より強力なバネ力により、シールの破損に対する安全性が高まりますが、前方圧力降下と必要なパイロット圧力の両方が増加します。
代替バルブタイプとの比較
シンプルな逆止弁はパイロット操作バージョンよりもコストが大幅に安くなりますが、逆開放機能がありません。負荷をかけた状態での漏れ量は 5 ～ 10 ミリリットル/分であり、長期間の位置保持が必要な用途には受け入れられません。パイロット操作逆止弁 SV は、放出制御機能を追加しながら漏れ性能を 50 倍改善します。
カウンターバランスバルブは、統合された圧力リリーフと流量制御により、同様の負荷保持を提供します。これらのバルブは、重力が動きを補助する垂直シリンダーなどの過負荷に対して効果的に機能します。ただし、通常、パイロット操作の逆止弁よりもコストが高く、両方向に追加の圧力降下が発生します。パイロット操作逆止弁 SV は、一方向の自由な流れが重要な場合に優れています。
ダブルパイロット操作逆止弁は、安全性が重要な用途に冗長負荷保持を提供します。各バルブは独立して全負荷をサポートでき、より高い安全カテゴリーを満たします。コストと複雑さの増加は、規制やリスク評価によって冗長性が要求される場合にのみ意味を持ちます。シングルパイロット操作逆止弁は、適切なサイズとメンテナンスが行われていれば、ほとんどの産業用途に十分です。
サイズ設定と選択プロセス
正しいパイロット操作逆止弁 SV サイズの決定は、流量要件から始まります。同時操作も含めて、バルブを通過する両方向の最大流量を計算します。この流れを許容可能な圧力降下 (自由流れ方向の場合は通常 20 bar 未満) で処理できるバルブ サイズを選択してください。
作動圧力がバルブの最大定格 315 bar 以内に収まっていることを確認してください。安全係数を含めて、バルブの急速な閉鎖やポンプのデッドヘッドによる圧力スパイクを考慮してください。パイロット圧力源は、一貫した開口性能を確保するために、最大負荷圧力を少なくとも 5 bar 上回る圧力を確実に供給する必要があります。
ポート A の条件に基づいて、SV 構成と SL 構成のどちらかを選択します。このポートがタンクに接続されている場合、または加圧されていない場合は、より単純な SV 設計が適切に機能します。ポート A に大きな圧力がかかる場合、または他のコンポーネントに供給される場合は、外部ドレン付きの SL バージョンを指定してください。 Y ポートを適切なサイズの配管を通してタンクに配線します。
潜在的な圧力ショックを評価して、減圧が必要かどうかを決定します。大量のトラップされたボリュームまたは敏感なコンポーネントを備えたシステムは、A タイプ バージョンの恩恵を受けます。通常の産業サイクルでは、わずかな応答遅延が問題を引き起こすことはほとんどありません。解凍のない標準バージョンはコストが低く、衝撃荷重が問題にならないアプリケーション向けに応答が速くなります。
注文コードの読み取り
メーカーは体系的な指定コードを使用して、パイロット操作の逆止弁の構成を指定します。 SV 10 PA1-4X のような一般的なコードは、個別の要素に分割されます。最初の文字はバルブの種類を示し、SV は内部ドレン、SL は外部ドレンを表します。次の数字はサイズ指定を示し、この場合は 10 です。
次の位置は取り付けスタイルを示し、P はサブプレートを示し、G はネジ付きポートを示します。文字 A は、解凍が含まれる場合に表示されます。それ以外の場合、この位置は空白になります。数字は 1 ～ 4 のクラッキング圧力の選択を表し、増加するスプリング プリロード オプションに対応します。
接尾辞 4X は現行シリーズの世代を識別し、設計の改善と仕様の更新を示します。多くの場合、末尾のスラッシュはシール材質などの追加オプションの前にあり、V は標準のニトリルではなくフルオロカーボンを示します。これらのコードを理解することは、要件をサプライヤーと正確に伝達し、正しい構成を確実に受け取るのに役立ちます。
メンテナンス要件
定期的な点検により、パイロット式逆止弁は確実に機能します。 5000 運転時間ごとに作動油の汚染レベルをチェックし、清浄度が ISO 4406 20/18/15 を超えている場合はフィルタ エレメントを交換します。流体の品質が低下すると、シールの摩耗が促進され、研磨粒子によって座面が損傷する可能性があります。
バルブ本体周囲の外部漏れは通常、交換が必要なシールの劣化を示しています。内部漏れは、バルブが位置を保持する必要があるときに、緩やかな負荷ドリフトとして現れます。バルブを取り外して分解し、ポペット座面の摩耗や汚れの埋め込みを検査します。軽度の研磨で軽度の損傷であればシールを修復できますが、深い傷はポペットの交換が必要になります。
パイロット制御の問題は、開くのが遅い、または荷重を解放できないという形で現れます。動作中に圧力計を使用して、適切なパイロット圧力がポート X に到達していることを確認します。圧力が低い場合は、パイロット ラインのサイズが小さすぎる、長すぎる、または制限が原因である可能性があります。パイロットポペットとコントロールピストンに固着の原因となる汚れや損傷がないか点検してください。
一般的な問題のトラブルシューティング
パイロット操作逆止弁 SV が遮断方向に漏れる場合、いくつかの原因を調査する必要があります。ポペットとシートの間に溜まった汚染粒子により、完全に閉じることができなくなります。きれいなオイルでシステムを洗い流すことで破片が除去される場合がありますが、分解して徹底的な洗浄が必要な場合があります。再発を防ぐために、液体のろ過が仕様を満たしていることを確認します。
繰り返しの衝撃やキャビテーションによる損傷によるポペットシートの摩耗により、洗浄では修復できない漏れ経路が生じます。メンテナンス中に座面に浸食や機械的損傷の兆候がないか調べてください。シート交換用コンポーネントはほとんどのバルブで利用できますが、広範囲の損傷の場合はバルブの完全な交換が必要になる場合があります。減圧タイプのバルブを取り付けると、早期摩耗の原因となる衝撃力が軽減されます。
適切なパイロット圧力にもかかわらずバルブが開かない場合、制御ピストンに付着した汚れが原因で発生することがよくあります。液体の劣化や取り込まれた汚れによってスラッジが形成されると、ピストンの動きが制限される可能性があります。溶剤洗浄による完全な分解により、通常は機能が回復します。汚染の蓄積を防ぐために、液体のろ過を改善し、交換間隔を短縮することを検討してください。
安全上の考慮事項
パイロット操作逆止弁 SV は、多くの用途で重要な安全機能を果たします。故障すると、負荷が制御不能に降下したり、機器が損傷したり、オペレータが負傷したりする可能性があります。安全性が重要な回路には、機械の安全性を確保するために、EN ISO 13849 などの該当する規格に従って、冗長バルブまたはバックアップ システムを組み込む必要があります。
定期的な機能テストにより、実際の負荷条件下で適切に動作することが検証されます。これには、ドリフトや予期しない動きを監視しながら負荷を循環させることが含まれます。機器をサービスに戻す前に、テスト結果を文書化し、異常を調査します。完全な故障が発生する前に、性能が低下したバルブを交換してください。
パイロットの圧力損失は、意図しない負荷の解放を引き起こす可能性があるため、重大な危険をもたらします。すべての通常動作中にパイロット圧力が利用可能な状態に保たれるように回路を設計してください。信頼性を高めるために、メイン システムから独立した別のパイロット圧力源を使用することを検討してください。パイロット圧力が安全最低値を下回った場合にオペレーターに警告する圧力スイッチを取り付けてください。
経済的考慮事項
パイロット操作逆止弁 SV は、単純な逆止弁よりも約 2 ～ 3 倍のコストがかかりますが、実質的に優れた性能を発揮します。この価格割増により、正確な制御、最小限の漏れ、および延長された耐用年数が得られます。信頼性の高い荷重保持を必要とするアプリケーションの場合、コストの増加は代替品と比較して健全な投資となります。
バルブサイズが大きくなると、価格差も大きくなります。減圧機能と外部ドレン機能を備えたサイズ 32 のバルブは、基本的な同じサイズのチェック バルブのコストが 10 倍を超える場合があります。ただし、パイロット操作の設計により、カウンターバランスバルブや別個のロック機構などの追加のコンポーネントが不要になる場合があります。個々のコンポーネントの価格ではなく、システム全体のコストを評価します。
エネルギー効率は、バルブの寿命全体にわたる運用コストに影響します。フリーフロー方向の圧力損失が低いため、多くの代替品と比較して消費電力が削減されます。 100 リットル/分でシステム圧力が 5 bar 低下すると、継続的に約 100 ワットが節約されます。これらの節約は、頻繁にサイクルするアプリケーションで大幅に蓄積されます。
環境適応力
最新のパイロット操作逆止弁は、環境保護の観点から人気が高まっている生分解性作動油に対応しています。 HETG 仕様を満たす流体 (植物油ベース) には、標準のニトリルの代わりにフルオロカーボン シールが必要です。この互換性により、パフォーマンスや信頼性を犠牲にすることなく、環境に配慮した運用が可能になります。
極端な温度は、流体の粘度変化やシール材料の特性を通じてバルブの動作に影響を与えます。寒い環境では粘度が増加し、圧力降下が増大し、応答が遅くなる可能性があります。フルオロカーボンシールは、寒冷地用途ではニトリルよりも低温に耐えます。高温により粘度が低下し、シールの劣化が促進されるため、保守間隔を短くする必要があります。
腐食環境では、標準の亜鉛メッキを超える特殊な表面処理が必要になる場合があります。海洋用途では、多くの場合、硬質陽極酸化処理または特殊なコーティングによる追加の腐食保護が指定されます。適切な保護と期待寿命を確保するために、過酷な使用に耐えるバルブを選択する場合は、メーカーと環境条件について話し合ってください。
今後の展開
センサーの統合は、パイロット操作逆止弁の新たなトレンドを表しています。内蔵の圧力トランスデューサーにより、負荷圧力、パイロット圧力、漏れをリアルタイムで監視できます。このデータにより、完全な障害が発生する前に劣化を特定することで、予知保全が可能になります。ワイヤレス接続により、大規模な設備全体で重要なバルブを遠隔監視できるようになります。
マイクロプロセッサが組み込まれたスマートバルブは、動作条件に基づいて特性を自動的に調整する可能性があります。積載重量に応じてクラッキング圧力を可変することで、安全性を維持しながら効率を最適化できます。自己診断機能により、メンテナンス担当者に問題の発生を警告し、トラブルシューティング手順を案内します。
材料科学の進歩により、シール性能の向上と耐用年数の延長が約束されます。新しいポリマー化合物は、より優れた耐摩耗性と幅広い化学的適合性を提供します。特殊なコーティングにより摩擦が軽減され、粒子の付着が防止されます。これらの開発により、信頼性が向上すると同時に、所定の流量容量に対してバルブのサイズを縮小できる可能性があります。
結論
パイロット操作逆止弁 SV は、信頼性の高い荷重保持と制御されたリリースを必要とする油圧システムに不可欠な制御を提供します。逆止弁の遮断能力と方向弁の制御性を組み合わせた独自の設計です。動作原理、適切なサイジング、メンテナンス要件を理解することで、アプリケーションを確実に成功させることができます。
適切な構成を選択するには、流量、圧力レベル、回路設計などのシステム要件を注意深く分析する必要があります。標準 SV バージョンと外部ドレイン SL バージョンのどちらを選択するかは、ポート A の条件によって異なります。減圧機能は、圧力衝撃に敏感な用途に役立ちます。材料オプションはさまざまな流体や環境条件に対応します。
定期的なメンテナンスと検査により、バルブの耐用年数全体にわたって性能が維持されます。流体の品質を監視し、漏れをチェックし、パイロット機能を検証することで、問題を早期に発見します。安全性が重要なアプリケーションでは、テストと文書化に特に注意を払う必要があります。パイロット操作逆止弁は、適切な使用と手入れにより、機器と人員を保護する信頼性の高いサービスを長年にわたって提供します。
