2方油圧バルブと3方油圧バルブの違いは何ですか?

適切な油圧バルブを選択することで、流体動力システムの良し悪しが決まります。バルブのカタログの前に立って、2 方バルブが必要か、3 方バルブが必要か迷ったことがあるのは、あなただけではありません。これら 2 つのバルブ タイプは、油圧回路において根本的に異なる目的を果たし、その違いを理解することで、時間とコストを節約し、潜在的なシステム障害を節約できます。

基本的な答えは簡単です。2 方バルブには 2 つのポートがあり、流体が流れるか停止するかを制御します (オン/オフ機能)。一方、3 方バルブには 3 つのポートがあり、流体が流れる場所を制御します (方向機能)。しかし、この単純な区別には、アプリケーションにどのバルブが属するかを決定する重要なエンジニアリングの詳細が隠されています。

油圧システムの方向制御弁を理解する

方向制御弁は、油圧システムのロジック コントローラーとして機能します。これらは、作動油がいつ動き始め、いつ停止するか、回路内のどの経路を通るかを決定します。エンジニアは、流体の流路の状態を変更するため、これらのコンポーネントをスイッチング バルブと呼ぶことがよくあります。

油圧業界では、ISO 規格に基づいた標準化された命名システムが使用されています。バルブには X/Y 形式のラベルが付けられています。X は動作ポートの数を表し、Y はポジションの数を表します。たとえば、4/3 バルブには 4 つの作動ポートと 3 つのポジションがあります。この表記システムでは、パイロット信号接続などの制御ポートは除外され、主要な流体の流れを処理するポートのみがカウントされます。

位置数 (Y) は、バルブが提供できる安定した流れ接続パターンの数を定義します。シンプルな 2/2 バルブにより、基本的なオン/オフ制御が可能です。 3/2 バルブにより流体分流機能が導入されます。広く使用されている 4/3 バルブは、専用のセンター位置で複動シリンダを管理します。 2/2 から 3/2、そして 4/3 に移行するにつれて、ますます高度化するシステム要件に適合する複雑な制御の層が追加されます。

2 方向油圧バルブ: 隔離と線形流量制御

2 方バルブは単純な流体ゲートとして機能します。単一の通路を通る流れを許可または遮断するために開閉するドアを想像してください。このバルブには 1 つの入口接続と 1 つの出口接続があり、開いているときは真っ直ぐな流路が形成され、閉じているときは完全に遮断されます。

ほとんどの 2 方向バルブは、電気機械制御にソレノイド作動を使用します。可動要素 (通常はポペットまたはスプール) は、完全に開いた状態と完全に閉じた状態の 2 つの位置の間で移動します。基本的な 2 方バルブの動作には中間点はありません。

2 方バルブのデフォルト状態は、システムの安全性にとって非常に重要です。常閉 (NC) バルブは、通電されていないときに流れをブロックし、開くには電力が必要です。この構成は、安全性が重要な絶縁アプリケーションで主流です。停電が発生すると、NC バルブが自動的に閉じ、制御されていない流体の流れやアクチュエータの予期しない動作を防ぎます。このフェールセーフ特性により、NC バルブが隔離ポイントのデフォルトの選択肢となります。

ノーマルオープン (NO) バルブは逆に動作し、通電されていないときに流れが可能になり、閉じるには電力が必要になります。エンジニアが NO バルブを選択する頻度は低くなりますが、通常は、停電中に流量を維持することがより安全な状態であるアプリケーションで使用されます。

2 方バルブの主な用途には、分離、ダンピング、計量、混合機能が含まれます。特殊なケースはチェック バルブで、これは本質的にライン圧力によって受動的に駆動される 2/2 バルブです。逆止弁は、一方向への自由な流れを許可しながら、逆流を遮断し、ポンプを保護し、特定の回路分岐内の圧力を維持します。

2 方バルブを選択する場合、エンジニアは最大流量 (ガロン/分またはリットル/分で測定) と最大作動圧力 (PSI または bar で測定) に焦点を当てます。これらのバルブは高流量での遮断を処理することが多いため、開いたバルブ全体での圧力降下を最小限に抑えることが重要です。この要件により、多くの 2 ウェイ設計は、最小限の制限で最大の内部流量領域を提供するポペット構造を目指しています。

ただし、2 方バルブには固有の制限があります。外部の助けがなければ、タンクへの液体の戻りを管理できません。 2 方向バルブを使用して単動シリンダを制御する場合は、流体を排出するために別のリリーフ バルブまたはドレン バルブを追加する必要があります。この制限により、3 方バルブはアクチュエータ制御のためのより統合されたソリューションになります。

3 方油圧バルブ: 方向制御とアクチュエータ管理

3 番目のポートを追加すると、バルブが単なるゲートから交通制御装置に変わります。 3 方バルブには、圧力 (P)、仕事量 (A)、タンク (T) の 3 つの特殊なポートが備わっています。 ISO 命名規則では、これらのバルブは 3/2 (3 ポート、2 ポジション) として識別されます。これは、バルブが 2 つの異なる流れ接続パターンを提供することを意味します。

2 方バルブの主な用途には、分離、ダンピング、計量、混合機能が含まれます。特殊なケースはチェック バルブで、これは本質的にライン圧力によって受動的に駆動される 2/2 バルブです。逆止弁は、一方向への自由な流れを許可しながら、逆流を遮断し、ポンプを保護し、特定の回路分岐内の圧力を維持します。

3/2 方向制御バルブの最も一般的な用途は、単動油圧シリンダーの管理です。これらのシリンダは、油圧を利用して一方向に伸長し、内部のばねまたは外部負荷を使用して収縮します。 3 方バルブは、2 つの位置を通じて両方の動作を調整します。

伸長位置では、バルブ スプールが移動して P を A に接続し、T を分離します。圧力がシリンダー チャンバー内に蓄積し、バネまたは負荷の力に打ち勝ってピストンを外側に動かします。バルブがリセット位置 (通常はバネで戻る) に戻ると、A を T に接続し、P を分離します。シリンダー チャンバーの圧力は T ポートを通ってタンクに排出され、バネまたは負荷の位置エネルギーがピストンを押し戻しながら流体をタンクに移動させます。

この統合された供給および排気制御により、3 方バルブが 2 つの別々の 2 方バルブから分離されます。バルブのリセット位置で A-to-T 経路を確実に作動させることが、決定的な機能要件です。この排気経路がなければ、バネ力に関係なくリトラクト機構は機能しません。 3 方バルブにより、アクチュエータはあらゆる条件下で安全かつ迅速に初期位置に戻ることができます。

高圧方向制御バルブは通常スプール構造を使用しますが、L ポートまたは T ポートのロータリー設計によって 3 ウェイ機能を実現することもできます。これらの構造は、流体経路における混合および方向転換の動作を管理するのに特に適しています。

システムの観点から見ると、3 方バルブは 2 つの別個の 2/2 遮断バルブの機能を 1 つのコンポーネントに結合し、単一の制御信号を通じて流体の供給と戻りの両方を管理します。この構造的統合により、分流または単動制御に複数の 2 方向バルブを使用する場合と比較して、費用対効果が向上し、配管が簡素化されます。

直接比較: 2 方バルブと 3 方バルブの主な違い

Hệ thống điều khiển đưa ra quyết định tái tạo dựa trên tín hiệu áp suất từ ​​các cổng làm việc. Trong quá trình hạ cần trên máy xúc, các cảm biến phát hiện thấy áp suất đầu thanh ở cổng B tăng lên do trọng lực đang đẩy xuống. Tín hiệu áp suất này chỉ ra rằng chất lỏng ở đầu thanh chứa năng lượng có thể phục hồi được. Bộ điều khiển kích hoạt quá trình tái tạo, điều khiển dòng hồi lưu áp suất cao này để bổ sung nguồn cung cấp cho máy bơm thay vì lãng phí nó qua van tiết lưu. Cách tiếp cận này đồng thời tăng tốc độ và giảm lãng phí năng lượng, giải quyết hai mục tiêu hiệu suất bằng một chiến lược kiểm soát.

3 方バルブの専用タンク (T) ポートは、必要な流体の減圧に不可欠です。この戻り経路がなければ、スプリングリターンシリンダーは機能できません。一方、2 方バルブは、最小限の圧力損失と最大限のシール完全性で流路を作成または削除するという、より単純な役割に優れています。

バイパス回路やアクチュエータ制御など、流体の方向変更が必要なアプリケーションの場合、通常、単一の 3 方バルブは、2 つ以上の 2 方遮断バルブを使用する場合と比較して、経済性とスペース効率に優れています。一部の多目的 3 方バルブは、未使用の 3 番目のポートを差し込むことで一時的に 2 方バルブとして機能することもできるため、スペアパーツの在庫とメンテナンスの物流が簡素化されます。

ISO 1219-1 規格は、流体力システムの汎用シンボルを提供します。グラフィックシンボルは機能の違いを即座に伝えます。 2/2 シンボルは、直線 (オープン) またはブロックされたライン (クローズ) を示します。 3/2 シンボルは、2 つの位置ボックス内に 2 つの完全な内部フロー パス図を表示し、P→A や A→T などのパスが表示されるリダイレクト機能を確認する必要があります。

2/2 または 3/2 のどちらでも、アクチュエータのシンボル (スプリング リターン、ソレノイド制御、レバー操作) がポジション ボックスの側面に取り付けられ、作動方法を示します。 3 方バルブの場合、流体動力工学では P、A、および T ポートの特定の指定が必須です。 P 接続と T 接続を逆にすると、ポンプが損傷したり、タンクが過圧になる可能性があり、3 ウェイ設計における重要な方向の特異性が強調されます。対照的に、2 方向バルブは遮断を実行するため、その P1 および P2 ポートは通常汎用であり、流れの反転は通常許容されるか、遮断機能とは無関係です。

バルブの内部構造: ポペットとスプールの設計

バルブ (ポペットまたはスプール) の物理的な構造によって、漏れ、速度、圧力保持能力などの性能特性が決まります。 2 方向または 3 方向の機能には、さまざまな構造が適しています。

ポペットバルブは、シール要素 (ディスクまたはコーン) をバルブシートにしっかりと押し付けて、ほぼ完全なバリアを形成します。この構造により、優れた密閉性が実現し、ポペット バルブは圧力保持や絶対的な隔離が必要な用途に最適です。ポペットバルブの内部漏れ率は極めて低いです。ストロークが短く、流体の障害が最小限に抑えられているため、ポペット バルブは応答時間が速く、高流量に対応できます。

ポペット設計は通常、閉じたクロスオーバーを提供します。これは、スイッチング中に流体経路間の瞬間的な相互作用や同時の開放が存在しないことを意味します。この特性は、正確な制御が要求されるアプリケーションにとって重要です。ただし、ポペットバルブは通常アンバランスです。入口圧力はシールを補助しますが、供給圧力がなくなると、下流圧力によってバルブが開く可能性があります。このため、ポペットバルブは下流圧力を長期間維持する必要がある用途には適していません。さらに、ポペットバルブはバネ張力と流体圧力に打ち勝つ必要があるため、通常、動きを開始するためにより大きな作動力を必要とします。

スプール バルブは、バルブ本体内で軸方向に移動する複数のシール ランド (ピストン) を備えたシャフトで構成されています。シールは、正確な製造公差と O リングなどの動的シールに依存します。スプール構造は本質的に複数の接続を同時に管理するように設計されており、3 ウェイ (P、A、T) およびより複雑な 4/3 または 5/2 システム機能を実装するための構造要件となります。

スプール バルブは一貫した応答時間を提供し、下流側の圧力を維持するのにポペット バルブよりも適しています。ただし、複数のポート間の接続と分離を同時に管理する必要があるため、スプール バルブにはスプール ランドでの内部漏れ (スプール プランジャーと本体ボアの間を通過する少量の流体) が固有に存在します。ポペットバルブの確実なシールと比較して、スプールバルブは通常、内部漏れ率が高くなります。

スプールバルブの内部漏れ率が高いということは、圧力を維持するためにポンプが継続的に動作しなければならないことを意味し、エネルギーを浪費し、タンク内で過剰な熱を発生させます。長期間の隔離（2方向機能）を必要とする単純なアプリケーションの場合、ポペットバルブの漏れのない優れた閉鎖は、エネルギー効率に大きな利点をもたらします。ポペットバルブは、シールを助ける圧力差を克服するためにより高い作動力を必要としますが、3 ウェイおよび 4/3 システムで使用されるスプール設計には、通常、必要な切り替え力を最小限に抑えるために圧力バランス機能が組み込まれており、システム圧力の変動に関係なく一貫した性能が保証されます。

2/2 または 3/2 のどちらでも、アクチュエータのシンボル (スプリング リターン、ソレノイド制御、レバー操作) がポジション ボックスの側面に取り付けられ、作動方法を示します。 3 方バルブの場合、流体動力工学では P、A、および T ポートの特定の指定が必須です。 P 接続と T 接続を逆にすると、ポンプが損傷したり、タンクが過圧になる可能性があり、3 ウェイ設計における重要な方向の特異性が強調されます。対照的に、2 方向バルブは遮断を実行するため、その P1 および P2 ポートは通常汎用であり、流れの反転は通常許容されるか、遮断機能とは無関係です。

適切なバルブの選択: アプリケーションガイドライン

最適なバルブを選択するには、ポートと位置の数だけではない要素を評価する必要があります。エンジニアは、最大流量、最大作動圧力、流体経路要件、および作動方法を評価する必要があります。

圧力制限はポートによって異なることが多いため、注意してください。たとえば、戻り (T) ポートの圧力定格は通常、作業 (A/B) ポートまたは圧力 (P) ポートよりもはるかに低くなります。あるメーカーの仕様では、P ポートの最大動作圧力は 3,625 PSI ですが、T ポートの最大動作圧力はわずか 725 PSI です。これらの違いを無視すると、システム障害が発生したり、危険な状態が発生したりする可能性があります。

適切なシステム統合は、SAE O リング ポートなどの標準化されたポート接続に依存し、堅牢で漏れのないシールを確保し、詰まりを防ぎます。標準のポート命名法を一貫して使用してください。P は圧力供給、T はタンク戻り、A/B はアクチュエータに接続する作業ポートです。

重要な隔離ポイント、安全遮断機能、または極度に低い内部漏れと高速応答時間が交渉の余地のない要件の場合は、2 方向バルブ (できればポペット構造) を選択してください。 2 方バルブは基本的な線形流量制御要素であり、その利点はシンプルさ、信頼性、強力なシールにあります。

単動油圧アクチュエータの制御、流体経路の変更、または入力流量の選択/混合が必要なシステムには、3 方向バルブ (できればスプール構造) を選択してください。統合された P-A-T 制御機能はアクチュエータ管理の中核要件であり、コンパクトで経済的かつ機能的に完全なソリューションを提供します。

油圧システムにおける 2/2 バルブと 3/2 バルブの役割は異なり、互換性はありません。それらの違いは、単に 1 つの追加ポートではなく、それらが処理するシステム ロジックと流体管理の複雑さです。これらの基本的な違いを理解することで、アプリケーションに適したバルブを確実に指定でき、コストのかかる再設計やシステム パフォーマンスの問題を回避できます。