工場や建設機械の油圧システムを扱うとき、方向制御バルブというコンポーネントが何度も登場します。 Rexroth 4WE 6 E は産業用油圧機器で最も広く使用されているバルブの 1 つですが、それには十分な理由があります。このバルブは、作動油がシステム内をどのように移動するかを制御します。つまり、機械がどのように動き、動作するかを制御します。
4WE 6 E は、エンジニアがソレノイド作動方向切換スプールバルブと呼んでいるものです。複雑そうに聞こえますが、基本的な考え方はシンプルです。バルブのソレノイド（電磁コイル）に電気が流れると、バルブ本体内の金属製スプールが押し込まれます。このスプールの動きにより、作動油の方向が 1 つのポートから別のポートに変更され、油圧シリンダーまたはモーターが動く方向が変わります。電気が止まると、スプリングによってスプールが元の位置に戻ります。
4WE 6 E の違い
モデル名の「E」は、このバルブの設計について重要なことを示しています。これは、バルブがウェットピン ソレノイドを使用しており、電磁コイルが作動油と接触していることを意味します。この設計の選択にはいくつかの利点があります。オイルはソレノイドを冷却し、動作ノイズを低減し、コンポーネントの寿命を延ばします。ほとんどのバージョンではソレノイドを 360 度回転させることもできるため、狭いスペースでも簡単に設置できます。
このバルブは、世界のさまざまな地域で CETOP 3 または D03 とも呼ばれる NG6 規格に従っています。この標準化はあなたが思っている以上に重要です。これは、バルブが標準の取り付けプレートに適合し、油圧マニホールドを変更することなく、パーカー、ビッカース、またはアルゴ ハイトスの同様のバルブと交換できることを意味します。メンテナンス チームにとって、この互換性により、交換部品がすぐに必要な場合のダウンタイムが短縮されます。
Rexroth では、4WE 6 E の圧力を最大 350 bar (約 5,076 PSI に相当) と評価しています。最大流量容量は、DC 電源バージョンでは毎分 80 リットル、つまり毎分約 21 ガロンに達します。これらの数値により、このバルブはそのサイズの割に高性能のカテゴリーに分類されます。射出成形機から掘削機や鉱山機械の油圧システムに至るまで、あらゆるものを制御していることがわかります。
バルブの実際の仕組み
バルブ本体内でスプールが前後に動き、異なるポートを接続します。バルブには 4 つの主要ポートがあり、エンジニアは P、T、A、B とラベルを付けます。ポート P は、加圧流体を供給する油圧ポンプに接続されます。ポート T は、液体が戻るリザーバーまたはタンクに接続します。ポート A と B は、シリンダーの両側のように油圧アクチュエーターに接続します。
1 つのソレノイドに通電すると、スプールが移動して P が A に、B が T に接続されます。これにより、加圧流体がシリンダーの一方の側に送られ、もう一方の側はタンクに排出されます。もう一方のソレノイドに通電すると、接続が逆になります。ここで、P が B に接続され、A が T に接続され、シリンダーが反対方向に移動します。ソレノイドが通電されていない中心位置では、スプリング中心バージョンはスプールをすべてのポートをブロックする中立位置に保持します。
バルブには、エンジニアが「シンボル」と呼ぶさまざまなスプール構成があります。記号 E はスプリングセンタリング付き 3 位置バルブに共通です。バルブが中央位置にあると、すべてのポートがブロックされます。記号 HA はスプリングリターン付きの 2 位置バルブを表し、一方向の動作のみが必要な場合に使用されます。一部のアプリケーションでは、「OF」とマークされた戻り止めバージョンを使用しており、スプールが動くと機械的なピンがスプールを所定の位置にロックします。これらの戻り止めバルブは、位置を切り替えるために短時間の電気パルスのみを必要とするため、長期間位置を保持するシステムのエネルギーを節約します。
圧力に関する考慮事項とシステム設計
4WE 6 E を使用するシステムを設計する場合、注意が必要な数値が 1 つあります。それは、タンク ポートの最大圧力です。ポート P、A、および B は 350 bar に対応できますが、ポート T は通常最大 160 bar に達しますが、一部のバージョンでは最大 210 bar に達します。この違いにより、設計上の重要な制約が生じます。特定のスプール シンボルを使用してバルブを最大使用圧力で動作させる場合、レックスロスはポート T をタンクや他のコンポーネントからの背圧を受ける可能性のある戻りラインとしてではなく、ドレン ラインとして使用する必要があると警告します。
この圧力制限は、スプールバルブの内部動作に関係しています。バルブの機能を可能にするスプールとバルブ本体間の隙間も狭いため、内部漏れが発生します。これは欠陥ではありません。これはスプールバルブの設計に固有の特性です。時間の経過とともにバルブが摩耗するにつれて、この内部漏れは徐々に増加します。漏れた液体はどこかに行かなければなりません。そのため、タンクポートの圧力制限は長期的な信頼性にとって重要です。
圧力に関連するもう 1 つの懸念は、ロッド側の面積がピストン側の面積より小さい差動シリンダーです。特定のスイッチング条件中にバルブのシンボルがロッド側の戻りをブロックする場合、面積比によりロッド チャンバー内の圧力がバルブの定格 350 bar を超えて増大する可能性があります。この現象は圧力上昇と呼ばれ、シリンダーを損傷したり、危険な故障を引き起こす可能性があります。解決策には、ディファレンシャル シリンダーのロッド側に外部リリーフ バルブを追加するか、このブロック状態を引き起こさないスプール シンボルを選択することが含まれます。
電気仕様と制御オプション
4WE 6 E は、DC 電源と AC 電源の両方で動作します。一般的な DC 電圧には、12、24、96、および 205 ボルトが含まれます。 AC バージョンは通常、110/120 または 230 ボルト、50 または 60 Hz で動作します。電気コネクタは、2 つの電源接続と 1 つのアースを含む 3 極設計の EN 175301-803 規格に従っています。ほとんどのバージョンには、ソレノイドがオフになるときの電圧スパイクから保護するための抑制ダイオードが組み込まれています。
危険区域での用途向けに、レックスロスは XE または VE1 のマークが付いた防爆バージョンを提供しています。これらのバリアントは、ヨーロッパの設置の ATEX 規格、または北米のサイトの NEC 505/クラス I ゾーン 1 の要件を満たしています。防爆ハウジングと本質安全ソレノイドにより、化学プラントや海洋石油プラットフォームなどの可燃性ガスや蒸気が存在する環境でもバルブを安全に動作させることができます。
「OF」指定の戻り止めオプションは、エネルギー効率に大きな利点をもたらします。ソレノイドを継続的に通電して位置を保持する代わりに、100 ミリ秒のパルスを送信してスプールを移動すると、機械的な戻り止めがスプールを所定の位置にロックします。これにより、発熱が低減され、ソレノイドの寿命が延長され、電力消費が削減されます。工作機械メーカーは、長時間の加工作業中にワークをしっかりと保持する必要がある油圧クランプ システムにこの機能を使用しています。
流体の適合性とシール材質
標準の 4WE 6 E には、HLP または HVLP 仕様を満たすほとんどの鉱物ベースの作動油で動作する NBR (ニトリルゴム) シールが付属しています。 NBR シールは、HFC カテゴリーの水グリコール系耐火性流体にも対応します。ただし、システムで HETG、HEES、HEPG などの生分解性作動油、または HFDU または HFDR などの合成耐火性流体を使用する場合は、注文時に FKM (フルオロカーボン) シールを指定する必要があります。
シール材質を間違えると急激な劣化やシステム故障の原因となります。メンテナンス中にシールを交換する場合は、部品を注文する前にシステムで実際に使用されている液体を確認してください。 NBR シール キットの部品番号は 3492432 ですが、FKM キットの部品番号は 3120269 です。間違ったキットを使用すると、互換性のないシールが膨張したり、ひび割れたり、分解したりして、数か月以内に再びバルブを引き裂くことになります。
レックスロスは、油圧作動油が ISO 4406 クラス 20/18/15 清浄度基準を満たさなければならないと指定しています。この 3 つの数字のコードは、さまざまなサイズ範囲での最大粒子数を示します。よりクリーンな流体により、精密機械加工されたスプールとボア表面の摩耗が軽減されます。汚染された流体は摩耗を促進し、内部漏れを増加させ、スプールの固着や不規則な動きを引き起こす可能性があります。定格 10 マイクロメートル以下のエレメントを使用した適切なフィルタを取り付けると、バルブへの投資が保護され、耐用年数が延長されます。
設置と最初の操作
バルブは、4 本のボルトを使用して標準の NG6 または CETOP 3 サブプレートに直接取り付けられます。取り付けパターンとポートの位置は ISO 4401-03-02-0-05 に従っており、メーカー間での互換性が保証されています。 O リングは各ポート接続をシールするため、挟み込みや転がりを防ぐために、取り付け中にこれらの O リングに作動油の薄い膜を塗布する必要があります。
ソレノイドはウェットピン設計を使用しているため、適切に動作するには内部空洞が作動油で満たされている必要があります。最初の起動中は、油圧ポンプを動作させながらソレノイド チャンバーから空気をパージするためにバルブを数回サイクルする必要がある場合があります。これらの空間に閉じ込められた空気は、ソレノイドの力とバルブの応答時間に影響を与えます。一部の設置では、ソレノイドハウジングに小さな通気ネジが付いており、試運転中に閉じ込められた空気を逃がすのに役立ちます。
すべての 4WE 6 E には、電力を使わずにバルブをシフトできる手動オーバーライドが含まれています。標準の非表示バージョンにアクセスするには、特別なツールが必要です。オプションのバージョンには、メンテナンス時や緊急事態時に手動操作を可能にするローレットノブまたはロック可能なマッシュルームヘッドボタンが含まれています。 2 つのソレノイド バルブでは、両方の手動オーバーライドを同時に押さないでください。機械的な衝突が発生し、内部コンポーネントが損傷する可能性があります。
フロー制御とソフトスイッチング
4WE 6 E の一部のバージョンにはスロットル インサートが付属しており、これは基本的に特定のポートに取り付けられた校正済みのオリフィスです。 「/B12」という記号は、ポート P の 1.2 ミリメートルのオリフィスを示します。これらのスロットルは最大流量を制限するだけではありません。その主な目的は、急速なバルブ切り替え中に発生する圧力スパイクと流量サージを管理することです。スロットルインサートは、流量の変化率を制御することでシステムの衝撃を軽減し、下流のコンポーネントを保護し、システム全体の寿命を延ばします。
「.73…A12」と指定された特定のモデルバリエーションには、修正されたスプール形状によるソフトスイッチングが組み込まれています。これらのバージョンは、標準のスイッチングと比較して約 85% 衝撃を軽減します。よりソフトな移行は、バルブのシフトにより不快なノイズが発生するアプリケーションや、油圧ショックにより配管接続やマニホールドが時間の経過とともに損傷するアプリケーションに役立ちます。トレードオフとして応答が若干遅くなります。これは高速アプリケーションでは重要ですが、スムーズな動作と寿命を優先するシステムでは明らかな利点があります。
一般的なアプリケーションとユースケース
4WE 6 E 方向制御バルブは、産業オートメーション全体に使用されています。射出成形機は、これらのバルブを使用して型締力とエジェクターの動きを制御します。このバルブの高い圧力定格と信頼性の高いスイッチングにより、プラスチック加工における要求の厳しいデューティ サイクルに適しています。ゴム成形装置は、プレス制御と部品の排出に同様のバルブ構成を使用します。
建設およびモバイル機器には、掘削機のアーム回路、ブルドーザーのブレード制御、クレーン ブーム機能に 4WE 6 E が組み込まれています。流量に比べてバルブのサイズがコンパクトなので、混雑した移動式油圧システムのスペースを節約できます。標準化された取り付けにより、機器メーカーはマニホールドを再設計することなく複数のサプライヤーから調達できます。
工作機械メーカーは、これらのバルブを研削盤、フライスセンター、自動生産ラインに設置します。戻り止めバージョンは、電力を継続的に消費することなく位置を確実に保持する必要がある治具やクランプ システムで特にうまく機能します。無人加工作業では、パルス駆動のディテント バルブによるエネルギーの節約と発熱の削減によるメリットが得られます。
トラブルシューティングとメンテナンス
4WE 6 E が正しく動作しない場合、通常、いくつかの一般的な問題によって問題が説明されます。シフトが遅かったり、一貫性がなかったりする場合は、フルードが汚染されていて、スプールがボア内に固着している可能性があります。システムフィルターの差圧インジケーターをチェックすると、濾過が汚染物質の生成に追いついているかどうかがわかります。フィルターの交換期限が過ぎている場合は、それが最初の修理です。
電気的な問題は、シフトが完全に失敗したり、バルブの動作が弱く躊躇したりして現れます。ソレノイドが通電されている間に、バルブコネクタの供給電圧を確認してください。電圧が低いとソレノイド力が低下し、応答が遅くなります。コネクタ ピンが緩んでいると動作が断続的になり、診断が困難になります。ほとんどのバルブに組み込まれている抑制ダイオードは、ショートしたり開いたりして、ソレノイドの動作に影響を与える可能性があります。
バルブの耐用年数を超えて内部漏れが増加すると、最終的にはシールの交換またはバルブの交換が必要になります。バルブが位置を保持しているはずのときに、油圧シリンダーが負荷により下向きに移動することに気付いた場合は、内部漏れが原因である可能性があります。漏れがひどくない場合は、外部の負荷保持バルブを取り付ける方が、バルブを交換するよりも簡単に修正できる場合があります。重要な位置保持用途の場合、外部逆止弁またはパイロット操作逆止弁は、方向弁の状態に関係なく確実な荷重保持を提供します。
ウェットピン ソレノイド設計にはメンテナンス上の利点があり、システムを排出したり、作動油を損失したりすることなくコイルを交換できます。電気コネクタを外し、ソレノイドアセンブリのネジを外し、コイルを交換するだけです。このフィールド保守性により、修理中のダウンタイムが削減されます。交換用コイルを注文する際は、定格電圧とコネクタのタイプの両方が設置場所と一致していることを確認してください。
サイズ設定と選択に関する考慮事項
適切な方向制御バルブを選択するには、いくつかのパラメータをアプリケーション要件に適合させる必要があります。まずは圧力から始めましょう。システムが 350 bar を超えて動作する場合、4WE 6 E は機能しません。流量容量は、アクチュエータの速度要件と照らし合わせて確認する必要があります。 1 分あたり 80 リットルのバルブは机上では十分なように思えるかもしれませんが、その限界近くで動作している場合、バルブ全体の圧力降下が増加し、発熱が問題になります。
デューティサイクルとスイッチング周波数について考えてください。継続的にスイッチを切り替えるアプリケーションは、熱質量が大きいため熱をより適切に処理できる AC ソレノイドの恩恵を受けます。 DC ソレノイドは断続的な使用に適しており、より速い応答時間を実現します。システムが動作せずに長期間位置を保持する必要がある場合は、戻り止め構成を指定してソレノイドの連続通電を排除します。
スプール記号は、中央位置と各端位置でのバルブ機能を決定します。油圧回路図のシンボルを注意深く調べて、各ポート接続構成がアクチュエータに与える影響を理解してください。記号 E (すべてのポートが中央でブロックされている) は、停止したアクチュエータが外力に抵抗する必要がある用途に適しています。中央の P-to-T 記号は自由循環を提供し、アイドル期間中の発熱を軽減します。機能要件に一致するシンボルを選択してください。
競合他社と相互参照
Rexroth 4WE 6 E は主要な製品ですが、他のメーカーも機能的に同等のバルブを製造しています。パーカーの D1VW009CNT シリーズは、同様の圧力および流量定格で直接交換機能を提供します。現在 Eaton の一部となっている Vickers は、NG6 サブプレートに直接交換できる DG4V-3-8C シリーズを製造しています。 Argo Hytos は、別の交換可能なオプションとして RPE3-063C11 を提供します。
このメーカー間の互換性により、調達部門に柔軟性が与えられます。主要サプライヤーが長いリードタイムや在庫不足に直面している場合でも、油圧システムを再設計することなく代替手段が存在します。これらのメーカー間の価格競争は購入者に利益をもたらしますが、レックスロスの広範な販売ネットワークと技術サポートは、価格の割増を正当化することがよくあります。
異なるメーカーのバルブを置き換える場合は、スプールのシンボルが名目上だけでなく機能的に一致していることを確認してください。あるメーカーが「シンボル E」と呼ぶものは、別のメーカーのバージョンとはポート接続が微妙に異なる場合があります。相互参照の置換を最終的に行う前に、各メーカーのカタログにある詳細なポート接続図を確認してください。
価格設定と調達戦略
4WE 6 E の市場価格は、地域、構成、購入量によって異なります。北米では、個別に購入した標準構成の価格は約 140 ドルになると予想されます。インド市場では価格が ₹7,799 ～ ₹9,203 の間で表示されますが、マレーシアの代理店では約 RM196.50 が表示されます。これらの変動は、現地の流通コスト、輸入関税、市場の競争を反映しています。
ほとんどの代理店の最小注文数量は 1 個からなので、少量の購入が現実的です。標準構成の場合、リードタイムは通常 7 ～ 10 日かかりますが、一般的な電圧とシンボルの組み合わせは販売代理店の在庫から出荷されることがよくあります。あまり一般的ではない構成では、工場での受注生産が必要な場合、数週間かかる場合があります。
重要なスペアの在庫を管理するメンテナンス部門の場合は、予期せぬ障害に対する保険として、よく使用される構成を 1 つまたは 2 つストックしておくことを検討してください。バルブの耐用年数が長いため、スペアが何年も棚に置かれる可能性がありますが、スペアを在庫しておくコストは、機器のダウンタイムのコストと比較すると最小限で済みます。システムで標準以外の液体を使用する場合は、在庫に FKM シールなどの特別な構成が含まれていることを確認してください。
最終的な推奨事項
Rexroth 4WE 6 E 方向制御バルブは、コンパクトな業界標準パッケージで信頼性の高い性能を提供します。 350 bar の圧力定格と 80 リットル/分の流量により、NG6 サイズクラスの強力な能力を提供します。ウェットピン ソレノイド設計により、性能と保守性のバランスが取れており、標準化された取り付けにより、油圧システム全体での幅広い互換性が保証されます。
これらのバルブを指定または保守するときは、最も重要な詳細に注意してください。シールの材質を油圧作動油の化学的性質に合わせてください。過度の圧力降下や発熱を避けるために、バルブのサイズは控えめに設定してください。位置保持アプリケーションでのエネルギー節約のための戻り止めバージョンを検討してください。適切な回路設計により、デフシリンダーを圧力上昇から保護します。
バルブの仕組み、その限界、競争環境にどのように適合するかを理解することは、選択、メンテナンス、トラブルシューティングについてより適切な決定を下すのに役立ちます。 4WE 6 E は、あらゆる用途に完璧なわけではありませんが、その設計範囲内で、産業用油圧機器全体で広く採用されている理由となる実証済みの性能を提供します。
