頑丈な油圧システムを使用する場合、適切な方向制御バルブを選択することが、動作の成否を左右します。 Bosch Rexroth 4WEH 16 J は、要求の厳しい産業用途において経験豊富なエンジニアが信頼するコンポーネントの 1 つです。このバルブは、故障が許されない射出成形機、金属成形プレス、および建設機械における信頼性の高いパフォーマンスによって評判を得ています。
4WEH 16 J は、ボッシュ レックスロスの電気油圧式パイロット操作方向制御弁の WEH シリーズ内の特定の構成を表します。読み方を知っていれば、この名称からかなりのことがわかります。 「16」は呼び径（NG16）を示し、CETOP 7 取付規格に対応します。 「J」はスプール機能、具体的には4ウェイ、3ポジションのクローズドセンター設計を表しています。これらの仕様が実際に何を意味するのかを理解することは、このバルブがあなたの用途に適しているかどうかを判断するのに役立ちます。
4WEH 16 J の違い
方向制御弁 4WEH 16 J は 2 段パイロットシステムを使用して動作します。このバルブは、電磁石でメインスプールを直接動かすのではなく、小さなパイロットバルブを使用して、大きなメインスプールを動かす油圧を制御します。このアプローチでは、大量の油圧流量を制御しながら、必要な電力が少なくなります。標準バージョンは 24 VDC 電源で動作するため、特別な電気インフラストラクチャを必要とせずに、ほとんどの産業用制御システムと互換性があります。
このバルブは、H バージョン構成で最大 350 bar の圧力に対応でき、これは約 5,076 psi に相当します。流量の公称最大値は毎分 300 リットルですが、実際の性能はバルブ全体の圧力降下によって異なります。これらの仕様では、4WEH 16 J はモバイル機器や軽量用途ではなく、頑丈な工業用バルブのカテゴリーに分類されます。
設置やメンテナンス手順を計画する場合、重量は重要です。このバルブは 9.84 キログラム (約 21.7 ポンド) あるため、気軽に持ち運べるものではありませんが、適切に扱えば扱い可能です。頑丈な構造は、振動、温度変動、汚染が日常的に懸念される過酷な産業環境における耐久性に貢献します。
クローズドセンター設計とシステム互換性
「J」スプール構成は、方向制御バルブ 4WEH 16 J が中立位置でどのように動作するかを定義します。電気信号が印加されていない状態でバルブが中央位置にある場合、P (圧力)、A および B (作業ポート)、T (タンク) の 4 つのポートすべてがブロックされます。このクローズドセンター配置は、最新の油圧システムにおいて特定の目的を果たします。
クローズドセンターバルブは、圧力補償型可変容量ポンプとの併用で非常にうまく機能します。バルブがすべてのポートを中立状態でブロックすると、ポンプに流量をほぼゼロに減らすよう信号を送るまでシステム圧力が上昇します。これにより、ポンプがリリーフバルブを介して流体を絶えずかき混ぜることがなくなり、エネルギーが無駄になり、過剰な熱が発生します。エネルギーコストが重要となり、環境規制が強化される時代においては、この効率性の利点は重要になります。
このトレードオフには、システム設計の複雑さが伴います。クローズドセンターシステムでは、バルブ切り替え時の圧力スパイクに細心の注意を払う必要があります。方向制御バルブ 4WEH 16 J がブロックされた中心から動作位置に移動すると、突然開くことで圧力過渡現象が発生する可能性があります。エンジニアは通常、スロットルインサート (注文システムでは「B」コードで識別される) を使用するか、メインシステムのリリーフよりも速く応答する外部ショックリリーフバルブを追加することによって、この問題に対処します。
2 段階操作の実際の仕組み
4WEH 16 J のパイロット操作設計には、2 つの異なる制御段階が含まれます。最初のステージは、ウェットピン ソレノイドによって制御される小型の WE6 タイプのパイロット バルブで構成されます。ソレノイドに通電すると、パイロットバルブが移動し、パイロット圧力が X ポートからメインスプールの端にある制御室に送られます。このパイロット圧力はセンタリングスプリングに打ち勝ち、メインスプールを動かして適切な流路を接続します。
第 2 段階はメインスプールの動きそのものです。パイロット圧力が制御室内に蓄積すると、スプール領域を押し、センタリングスプリングやスプールに作用する圧力に抗してスプールを移動させるのに十分な力を生成します。次に、メイン スプールはポート間の接続を開きます。通電したソレノイドに応じて、P から A と B から T、または P から B と A から T のいずれかになります。
この 2 段階の構成が適切に機能するには、5 ～ 12 bar のパイロット圧力が必要です。パイロット供給は通常、内部通路を介してメイン システムの圧力から供給されますが、特定の用途では外部パイロット供給を指定することもできます。切り替え時間は約 100 ミリ秒で、直動バルブよりも遅いですが、サイクル タイムがミリ秒ではなく秒単位で測定されるほとんどの産業機械では許容可能です。
電気要件と制御オプション
標準方向制御バルブ 4WEH 16 J 構成では、注文コードでは G24 として指定される 24 VDC ソレノイドが使用されます。ウェットピン ソレノイド設計は、コイルが作動油と直接接触することを意味します。これは冷却に役立ちますが、コイルを流体に対して密閉する必要があります。これらのソレノイドは通常、通電時に約 1.5 ～ 2 アンペアを消費します。これは、ほとんどの PLC および制御システムが容易に処理できる適度な電気負荷を表します。
このバルブは、オプションの手動オーバーライド機能を提供しており、注文システムの位置 11 で N9 としてコード化されています。この隠しタイプの手動アクチュエータを使用すると、技術者は試運転、トラブルシューティング、または緊急事態の際に手動でバルブを切り替えることができます。通常の操作中に誤ってぶつけることはありませんが、必要なときにアクセスできます。この機能は、新しいシステムをセットアップしたり、電気制御を実行せずに問題を診断したりする場合に役立ちます。
K4 構成では電気接続は DIN EN 175301-803 規格に従い、各ソレノイドに個別のコネクタを使用します。この配置により、他のソレノイドに影響を与えることなく個々のソレノイドを切断できるため、配線に柔軟性がもたらされ、トラブルシューティングが簡素化されます。一部のアプリケーションでは、制御盤のセットアップや環境保護要件に応じて代替コネクタ スタイルを指定する場合があります。
圧力定格と性能限界
H バージョンを注文すると、ポート P、A、B の最大動作圧力は 350 bar に達します。標準バージョンの定格は 280 bar ですが、これでもほとんどの産業用途に対応します。タンクポート (T) は通常、長いリターンラインや高いタンク位置からの背圧に対処しない限り、より低い圧力で動作し、多くの場合は大気圧よりわずか数バール高い圧力です。
これらの圧力定格は、瞬間的なスパイクではなく、継続的な動作限界を表します。方向制御バルブ 4WEH 16 J の位置が切り替わると、圧力過渡状態が短期間に定常状態の値を 50% 以上超える可能性があります。適切なシステム設計には、コンポーネントが損傷する前にこれらの過渡現象をキャッチするために、最大動作圧力より 10 ～ 15% 高く設定されたリリーフ バルブが含まれます。バルブ自体は定格値を超える時折の圧力スパイクに耐えることができますが、定格を超えて継続的に動作すると耐用年数が短くなります。
流量容量は、実際のアプリケーションにとって重要な方法で圧力と相互作用します。 300 l/min の公称定格は、バルブ全体での特定の圧力降下値を想定しています。より低い流量で実行している場合、圧力損失は減少します。最大流量に向かって押すと、圧力降下が増加します。これは、バルブ抵抗と負荷の両方に打ち勝つために、ポンプがより高い圧力を生成する必要があることを意味します。メーカーの流量曲線はこれらの関係を示しているため、ポンプのサイズを決定し、システム効率を見積もる際には、それを参照する必要があります。
取り付けと設置に関する考慮事項
方向制御バルブ 4WEH 16 J は ISO 4401-07-07-0-05 規格に準拠しており、CETOP 7 取り付け面との互換性が保証されています。この標準化は、取り付けマニホールドを再設計することなく、異なるメーカーのバルブを代替できる可能性があることを意味しますが、代替を試みる前にすべての仕様が一致していることを確認する必要があります。取り付けボルトのパターン、ポートの位置、およびエンベロープ全体の寸法は、数十年にわたって存在してきた業界標準に従っています。
設置には、バルブをマニホールドにボルトで固定するだけでなく、いくつかの要素に注意する必要があります。注文コードの位置 12 で示されるパイロット供給構成により、パイロットおよびドレンオイルがシステムをどのように流れるかが決まります。デフォルト構成では、外部パイロット供給と外部ドレンを使用し、バルブの内部通路をタンクラインの背圧から隔離します。この設定は、タンクラインに他のコンポーネントからの高圧がかかる可能性がある用途に最適です。
代替構成には、外部ドレインを備えた内部パイロット電源 (コード E) または完全に内部の電源とドレイン (コード ET) が含まれます。完全内蔵オプションでは配管が簡素化されますが、バルブがタンクラインの背圧に敏感になります。タンクラインの圧力が数バールを超えると、パイロットの動作が妨げられ、シフトが鈍くなったり、不完全になったりする可能性があります。ほとんどのエンジニアは、簡略化された配管よりも信頼性が重要な重要なアプリケーションには外部ドレイン (Y ポート) 構成を好みます。
温度と流体の適合性
標準シール材料の動作温度範囲は -20°C ～ +80°C です。この範囲はほとんどの産業環境をカバーしますが、極度に低温の設置では加熱システムや代替シールコンパウンドが必要になる場合があります。上限の80℃は連続使用温度を表します。 90°C またはそれよりわずかに高い温度に短時間上昇しても、すぐにバルブが損傷することはありませんが、高温が続くとシールの劣化が促進され、内部漏れが増加します。
方向制御弁 4WEH 16 J には、HL グレードや HLP グレードなどの石油ベースの作動油に適した NBR (ニトリルゴム) シールが標準装備されています。アプリケーションに耐火性流体、合成エステル、または高温での動作が含まれる場合は、位置 14 の V コードを使用して FKM (フルオロエラストマー) シールを指定する必要があります。FKM は最高 120°C の温度に対応し、より広範囲の化学薬品に耐性がありますが、コストが高く、圧縮永久歪特性が異なる場合があります。
流体の清浄度はバルブの寿命に直接影響します。スプールとボアの間の隙間（通常は 5 ～ 15 マイクロメートル）が狭いため、汚染粒子が固着、過度の摩耗、または不安定な動作を引き起こす可能性があります。 ISO 4406 16/13 以上の清浄度レベルを目標とします。これには、ベータ比 75 以上で 10 マイクロメートル範囲のろ過が必要です。定期的なオイル分析は、故障を引き起こす前に汚染の問題を発見するのに役立ちます。
スプールのセンタリング方法を理解する
標準の方向制御バルブ 4WEH 16 J 構成では、スプリングのセンタリングが使用されます。これは、両方のソレノイドの通電を切ると、機械的なスプリングがスプールを中立位置に押し戻すことを意味します。このアプローチにより、継続的な電力を必要とせずに、信頼性の高いセンタリングと確実な位置決めが可能になります。スプリングは摩擦や残留圧力の不均衡を克服するのに十分な力を生成し、システムが完全に対称でなくてもスプールが確実に中心位置に到達するようにします。
油圧センタリングは、位置 05 の H コードで示され、スプリングの代わりにパイロット圧力を使用してスプールをセンタリングに保持します。このオプションは、スプリングのセンタリングによって一時的な力が加わったときにスプールがわずかにドリフトする可能性がある、高い慣性負荷を伴うアプリケーションに適しています。油圧センタリングでは、位置決めがより堅固になり、衝撃荷重に対する耐性が向上しますが、センタリングを機能させるにはパイロット圧力が必要です。油圧センタリング時にパイロット圧が抜けると、スプールが確実にセンタに戻らなくなる場合があります。
スプリングと油圧センタリングのどちらを選択するかにはトレードオフが関係します。スプリングのセンタリングは簡単で、システムのシャットダウン シーケンス中でも機能します。油圧センタリングは、動的負荷下での位置安定性を向上させますが、パイロット圧力の利用可能性への依存性が追加されます。特定の荷重特性で油圧センタリングの安定性を高める必要がない限り、ほとんどの産業用途ではスプリング センタリングが使用されます。
スイッチングダイナミクスと圧力スパイクへの対処
方向制御弁４ＷＥＨ１６Ｊの１００ミリ秒という切り替え時間は、２段階のパイロット動作を反映している。この遅延には、パイロット バルブが移動する時間、パイロット圧力が制御室内に蓄積される時間、およびメイン スプールが新しい位置に移動する時間が含まれます。人間の感覚では 100 ミリ秒は速く聞こえるかもしれませんが、これは 1,800 RPM で動作するモーターの数百回転、または高速で動作するシリンダーの実質的な動きに相当します。
この切り替え間隔中に、新しい流路が完全に開く前に流路が閉じるため、圧力が急上昇する可能性があります。重大度は、ポンプ流量、アキュムレータ容量、負荷慣性などのシステムのダイナミクスによって異なります。エンジニアは、これらの過渡現象を管理するためにいくつかの手法を使用します。 B12 (1.2 mm オリフィス) などのコードを備えたスロットリング インサートは、シフト中の流れを制限し、移行を遅くし、圧力スパイクを軽減します。外部ショックバルブは、通常の動作圧力よりもわずかに高い圧力に設定されており、過渡現象を吸収するために一時的に開くことがあります。
別のアプローチには、注文システムの位置 13 で S または S2 コードを使用してパイロット バルブの特性を調整することが含まれます。これらの変更により、パイロット バルブの形状が変更され、パイロット圧力の上昇速度が変化し、メイン スプールのシフト速度に影響を与えます。シフトを遅くすると圧力スパイクは軽減されますが、サイクル時間が長くなります。適切なバランスを見つけるには、特定のアプリケーションでテストする必要があり、多くのエンジニアは、過渡現象に問題があることが判明した場合に変更を追加する前に、標準構成から始めます。
代替バルブタイプとの比較
方向制御バルブ 4WEH 16 J は、工業用バルブ市場でさまざまな代替品と競合します。 Eaton Vickers は、CETOP 7 取り付け (ビッカースの命名法ではサイズ 8 と呼ばれます) を使用し、同様の圧力定格を処理する DG5V-8-H シリーズを提供しています。 Parker の D41VW シリーズと Moog の D66x バルブも、同じアプリケーション領域をターゲットとしています。各メーカーは、わずかに異なる機能とパフォーマンス特性を提供します。
流量定格はメーカーによって異なりますが、その理由の一部は定格基準の違いです。一部のメーカーは、より低い圧力降下での最大流量を見積もっており、そのため仕様がより印象的に見えますが、実際の性能は反映されていません。バルブを比較するときは、最大流量値だけに依存するのではなく、動作圧力での実際の流量曲線を調べる必要があります。 4WEH 16 J の 300 l/min 定格は控えめであり、一般的なアプリケーションでは達成可能です。
納期は実際的な考慮事項を表します。 4WEH 16 J は、一部の構成ではリードタイムが 21 週間に及ぶ可能性があるため、事前に計画を立て、重要なスペアを在庫に保管しておく必要があります。代替サプライヤーはより短いリードタイムを提供する可能性があり、生産に不可欠なアプリケーションには適格なバックアップ ソースを提供することが合理的です。代替バルブが取り付け寸法、流量、定格圧力、応答特性を含むすべての仕様に適合していることを確認してください。
メンテナンス要件と耐用年数
適切なメンテナンスにより、方向制御弁 4WEH 16 J の耐用年数が大幅に延長されます。定期的なオイル交換とフィルター交換により、スプールとボアの間の狭い隙間に汚れが蓄積するのを防ぎます。ほとんどの油圧システムは 2,000 ～ 4,000 時間の運転ごとにオイルを交換することで恩恵を受けますが、実際のスケジュールは動作条件とオイル分析の結果によって決まります。
シールの摩耗は、油圧バルブの主な寿命制限要因となります。シールが劣化すると内部漏れが増加し、動作が遅くなり、効率が低下し、最終的には完全にシフトできなくなります。 NBR シールは通常、中程度の温度のきれいなオイル中で 10,000 ～ 20,000 時間持続します。 FKM シールは、特に NBR が急速に劣化する高温では、より長く持続する可能性があります。シフト時間の増加やシリンダーのドリフトを監視すると、シールの摩耗が示唆され、今後のメンテナンスの必要性が示唆されます。
すべての摩耗コンポーネントを含むシール キット (一部の構成では部品番号 R900306345) が利用可能です。バルブを再構築するには、清潔な作業条件、適切な工具、および清潔さへの注意が必要です。多くの運用では、生産時間中に再構築された予備のバルブと交換し、定期メンテナンス期間中に故障したバルブを再構築することが好まれます。このアプローチにより、ダウンタイムが最小限に抑えられ、技術者が適切な洗浄と検査に必要な時間を確保できるようになります。
一般的な問題のトラブルシューティング
方向制御弁 4WEH 16 J がシフトしない、またはシフトが不完全な場合、いくつかの潜在的な原因が存在します。電気面から始めて、ソレノイドが適切な電圧と電流を受け取っていることを確認します。マルチメーターはコネクタの電圧を確認でき、電流測定によりコイルが開いていないか短絡していないかを確認できます。手動オーバーライド (N9) を使用すると、電気制御が機能していない場合でも、バルブが機械的にシフトできるかどうかをテストできます。
パイロット圧力が不十分であると、変速が鈍くなったり、不完全になったりします。 X ポートの圧力を測定し、5 ～ 12 bar の範囲内にあることを確認します。パイロット圧力が低い場合は、パイロット フィルタの詰まり、パイロット供給ラインの制限、またはパイロット バルブ自体の問題が原因である可能性があります。タンクラインの背圧が高いと (内部ドレン構成の場合)、パイロット信号に逆らうことによって実効パイロット圧力が低下する可能性があります。
汚染に関連した固着は、通常、断続的な問題、またはバルブが一方の方向に変化し、もう一方の方向には変化しないこととして現れます。汚染が疑われる場合は、オイルの清浄度をチェックし、フィルターに異常なゴミがないか調べてください。柔らかい木槌でバルブ本体を軽くたたきながらソレノイドに繰り返し通電すると、固着したバルブを解放できる場合がありますが、これは一時的な解放にすぎません。永久的な修正を行うには、適切な洗浄または交換が必要になります。
コストの考慮と調達戦略
方向制御バルブ 4WEH 16 J の市場価格は、構成、数量、サプライヤーに応じて通常 1,300 ドルから 2,000 ドルの範囲です。特別なシール、油圧センタリング、応答特性の変更などのカスタム オプションにより、価格がより高額になります。大量購入により割引が確保されることが多く、販売代理店との関係を確立することで、価格設定と納期の両方を向上させることができます。
一部の構成ではリードタイムが延長されるため、調達を慎重に計画する必要があります。生産に不可欠なアプリケーションの場合、資本コストがかかるにもかかわらず、予備のバルブを在庫に保管しておくことが合理的です。操業のダウンタイムのコストを計算します。1 時間の生産損失が予備バルブのコストを超える場合、在庫のビジネス ケースは単純になります。一部の事業では、予防交換として稼働中にローテーションする再構築バルブのプールを維持しています。
支払いオプションはサプライヤーと地域によって異なります。インドなどの市場の一部の販売代理店は、コストを時間の経過とともに分散する EMI (均等月賦) プランを提供しており、キャッシュ フロー管理に役立ちます。標準的な期間は、正味 30 日または正味 60 日です。大規模な注文や継続的な関係の場合、トータルバリューパッケージの一部として、有利な支払い条件を交渉することが理にかなっています。
システム統合のベストプラクティス
方向制御バルブ 4WEH 16 J を油圧システムに統合するには、バルブ自体を超えたいくつかの要素に注意を払う必要があります。クローズドセンター設計は、システム圧力に応じて流量を減少させることができる可変容量ポンプとの組み合わせで最適に機能します。固定容量型ポンプは、中立状態のリリーフバルブを通る連続的な流れを必要とするため、エネルギーが無駄になり、熱が発生します。固定ポンプに行き詰まっている場合は、オープンセンターバルブ設計の方が適切かどうかを検討してください。
マニホールドの設計は性能と保守性に影響を与えます。バルブをマニホールドに直接移植すると配管が簡素化されますが、マニホールドから水を抜き、複数の接続を切断する必要があるため、バルブの交換がより複雑になります。一部の設計では、他の油圧接続を維持したままバルブを取り外すことができるサンドイッチ プレートまたはサブプレートを使用します。トレードオフとして、追加コストと若干の設置量の増加が伴います。
回路保護については慎重に検討する必要があります。方向制御バルブ 4WEH 16 J と並列に接続された直動リリーフバルブは、メインシステムリリーフよりも早く圧力過渡現象を捉えることができます。このショックバルブは、通常の動作を妨げず、過渡時にすぐに開くように、通常の動作圧力より約 30 ～ 50 bar 高く設定します。流量は短期間のスパイクにのみ対応する必要があるため、比較的小さなバルブでも問題なく機能します。
応用例とユースケース
射出成形機は、4WEH 16 J の一般的な用途です。これらの機械では、型締力と射出圧力を提供する大型油圧シリンダーの信頼性の高い制御が必要です。クローズドセンター設計は、現代の成形機で通常使用される可変ポンプ システムによく適合します。秒単位で測定されたサイクル時間は、バルブの 100 ミリ秒のスイッチング速度にペナルティなしで対応します。
金属成形プレスは方向制御バルブを使用してラムを位置決めし、成形動作を制御します。プレス用途では、比較的低速で大きな力がかかることが多く、これは圧力は高くても流量は中程度であることを意味します。 H バージョン 4WEH 16 J の 350 バールの圧力定格は、これらの負荷を快適に処理します。堅牢な構造は、プレス環境で一般的な衝撃荷重や振動に耐えます。
掘削機やローダーなどの建設機械は、特定の用途でこれらのバルブを使用する場合がありますが、モバイル機器では、異なるバルブ構成を備えた荷重感知システムがより一般的に使用されます。コンクリート ポンプやマテリアル ハンドラーなどの定置式建設機械は、4WEH 16 J の機能の恩恵を受けることができます。重要な考慮事項には、バルブの特性をアプリケーションのサイクル タイム、負荷プロファイル、環境条件に適合させることが含まれます。
最終的な決定を下す
方向制御バルブ 4WEH 16 J を選択するには、その特性がアプリケーション要件に適合するかどうかを評価する必要があります。クローズドセンター設計、パイロット操作、CETOP 7 取り付けにより、特定のタイプのシステムに適しています。可変容量ポンプを使用していて、高い圧力容量が必要で、応答時間に対応できる場合、このバルブは真剣に検討する価値があります。
注文コード システムでは、適切な構成を選択するために細心の注意が必要です。位置 01 は圧力定格 (350 bar の H) を決定し、位置 10 は電圧 (24 VDC の G24) を設定し、位置 12 はパイロット供給構成を制御します。時間をかけてこれらのコードを理解し、テクニカル サポートに相談することで、遅延や潜在的な互換性問題につながる注文ミスを防ぐことができます。
初期購入価格だけでなく、総所有コストも考慮してください。クローズドセンター設計によるエネルギー効率の向上、メンテナンス要件、予想される耐用年数、およびスペアパーツの入手可能性を考慮します。初期コストは高くなりますが、信頼性が高く、エネルギー消費量が低いバルブは、多くの場合、耐用期間中には安価になることがわかります。 4WEH 16 J は産業用途での実績を確立しており、予期せぬ問題のリスクを軽減し、長期的なパフォーマンスに自信をもたらします。
