掘削機の心臓部: 油圧ポンプの総合ガイド

I. とは何ですか彼は掘削機の「心臓」ですか？

掘削機を構成するすべてのコンポーネントの中で、油圧ポンプおそらく最も重要です。エンジンおよびコントロールバルブ（メインバルブブロック）と並んで、掘削機の「ビッグ 3」部品の 1 つを形成します。。では、なぜ掘削機は線路を駆動するために車のような機械式トランスミッションを単純に使用しないのでしょうか?その答えは、重土木作業特有の要求にあります。エンジンが油圧ポンプを駆動し、その結果得られる高圧作動油が制御バルブを通って、機械を動かす油圧モーターとシリンダーに電力を供給します。。

本質的に、油圧ポンプは機械エネルギーエンジンから油圧エネルギー（圧力と流量）その後、シリンダーとモーターによって機械的な動きに再変換されます。油圧ポンプが適切に機能しなければ、たとえ最も強力なエンジンであっても役に立たず、機械は動かなくなります。

コアタイプ: アキシャルピストンポンプおよびギアポンプ

油圧ポンプはギアポンプとピストンポンプに分類され、いずれも内容積を変化させて液圧を発生させる機能を持っています。。

ギアポンプ — 信頼できる主力製品

ギアポンプは最も単純なタイプで、しっかりとフィットしたケーシング内で回転する 2 つの噛み合うギアに依存して作動油を捕捉して移動します。。ギアが回転すると、入口に真空が生じ、流体が吸い込まれます。その後、流体はギアの周りを運ばれ、圧力を受けて出口から排出されます。。

ギアポンプの主な特徴:

• 利点：シンプルな構造、低製造コスト、小型、軽量、優れた自吸能力、高い流体汚染耐性、信頼性の高い動作。

• 短所: 流量と圧力の脈動が大きく、騒音レベルが高く、固定変位（非可変）— 出力流量は調整できません。

• 一般的な使用圧力: ギヤポンプは従来は低圧用途で使用されていましたが、現在では約 25 MPa に達することができます。。

掘削機では、ギアポンプは主に次の目的で使用されます。パイロットポンプ（コントロールバルブシステムに低圧オイルを供給します）。一部の小型掘削機やほとんどのホイールローダーのメインポンプでもあります。。

ピストンポンプ — 高圧発電所

ピストン ポンプは、最新の掘削機の高圧、高出力用途に最適な選択肢です。回転斜板によって駆動されるシリンダーボア内でのピストンの往復運動によって動作します。。

ピストンポンプの主な特徴:

• 利点: 高い使用圧力 (通常 20 ～ 40 MPa、最高圧力は 100 MPa に達します)、コンパクトな構造、高効率、便利な流量調整、および最小限の脈動。

• 短所：構造が複雑、コスト高、自吸性能が悪い(多くの場合、チャージポンプまたは高いタンク位置が必要です)。

• 可変容量機能: ギヤポンプとは異なり、ほとんどのピストンポンプは斜板角度を変更することで出力流量を変更し、負荷の変化に適応して燃料効率を向上させることができます。

現在の中型から大型の掘削機は通常、アキシャルピストンポンプ（ピストンがドライブシャフトと平行に配置されている）高い出力密度と優れた可変流量能力により。

完全な油圧ポンプアセンブリ

一般的な中型から大型の掘削機では、ピストンポンプとギヤポンプが 1 つのポンプに統合されています。油圧ポンプアセンブリ。メインポンプは、走行モーター、旋回モーター、油圧シリンダーに高圧オイルを供給するピストンポンプです。同じドライブシャフトに取り付けられた小型のギアポンプがパイロットポンプとして機能し、メインコントロールバルブに低圧オイルを供給します。。

たとえば、広く使用されている Kawasaki K3V シリーズ ポンプは、2 台のアキシャル ピストン ポンプ (それぞれの吐出量 110 mL/rev) と 1 台のパイロット ギア ポンプ (10 mL/rev) で構成されており、すべて共通のシャフトで直列に接続されています。。

II.仕組みは? — 油圧の秘密

油圧ポンプの動作サイクルの 4 つのステップ

掘削機のすべての油圧ポンプは次の原理で動作します。パスカルの法則これは、閉じ込められた流体に加えられる圧力は全方向に均等に伝達されることを示しています。しかし、ポンプは正確にどのようにしてエンジンの回転を強力な油圧の流れに変換するのでしょうか?最も一般的なタイプであるアキシャル ピストン ポンプをモデルとして使用して、これを 4 つの重要なステップに分けてみましょう。。

ステップ 1: 機械的入力

ポンプは、カップリングまたはドライブシャフトを介して掘削機のエンジンによって直接駆動されます。エンジンが回転するとポンプのドライブシャフトが回転し、ピストンを含むシリンダーブロックが回転します。。

ステップ 2: 液体の吸入 (吸引ストローク)

シリンダーブロックが回転すると、ピストンは斜板（固定または可変角度傾斜板）の傾斜面に沿って強制的にスライドします。ピストンが斜板角度によって外側に引っ張られる回転の半分の間、各ピストンはシリンダーボア内に膨張室を形成します。この膨張により低圧ゾーンが生成され、作動油がリザーバからバルブプレートの入口ポートを通ってピストンチャンバーに引き込まれます。。

ステップ3：流体の移動と加圧（圧縮行程）

回転が続くと、ピストンは斜板によって内側に押し戻されます。各シリンダーボア内の容積が減少し、閉じ込められたオイルが加圧されます。この高圧オイルはバルブ プレートの出口ポートを通って押し出され、油圧システムに流れ込みます。。

ステップ 4: 圧力分布と戻りサイクル

加圧された流体は、高圧ホースとメイン制御バルブを通って、油圧シリンダー (ブーム、アーム、バケット用) と油圧モーター (旋回および走行ドライブ用) のアクチュエーターに送られます。これらのアクチュエータは、油圧エネルギーを、掘削機を動かす強力な機械的動きに変換します。作業完了後、オイルは戻りラインとフィルターを通って油圧タンクに戻り、再び循環できるようになります。。

このサイクルはエンジンが作動している限り継続的に繰り返され、ポンプはオペレーターが指示した機能に加圧オイルの定常流を供給します。

可変容量の背後にあるインテリジェンス

最新の掘削機の油圧ポンプを本当に際立たせているのは、可変変位機能。要求に関係なく常に同じ流量を出力する単純な固定容量型ポンプとは異なり、可変容量型ピストン ポンプは、オペレータと負荷の正確なニーズに合わせて出力流量を調整できます。

このインテリジェンスへの鍵は、斜板。斜板は、ピストンがスライドする角度の付いたディスクです。この斜板の角度（傾き）を変えることにより、各ピストンのストローク長が変化し、ポンプの容量が変化します。。

掘削機の油圧システムの主流の制御方法には次のものがあります。

• 負の流量制御：オペレータの操作レバーが中立位置にあるとき、主制御弁からのフィードバック圧力信号（Pn1/Pn2）は最大になります。この信号はポンプに次のことを指示します。減らす斜板角度を最小位置に設定すると、流量が最小限に抑えられ、燃料が節約されます。オペレーターがレバーを動かすと、フィードバック圧力が低下し、ポンプの流量が比例して増加します。。

• ポジティブフローコントロール: オペレーターのコントロールレバーからの最高パイロット圧力が感知され、信号として使用されます。増加ポンプの流れ。レバーのストロークが大きくなるほど、パイロット信号が大きくなり、ポンプが供給する流量が増加します。。

• ロードセンシング（LS）制御: この洗練されたシステムは、LS バルブのデルタ p (ΔP) スプリングを使用して、ポンプの出口圧力とアクチュエータからの実際の負荷圧力を比較します。次に、LS バルブが斜板の角度を正確に調整し、ポンプが必要な流量と圧力を正確に供給し、一定の圧力マージン (Pp = Pls + ΔP) を維持します。これにより、優れた微調整とエネルギー効率が実現します。。

• 総電力（定電力）制御: 両方のメインポンプ (P1 + P2) の作動圧力を合計して斜板を調整する制御モードです。両ポンプの合計吸収動力をほぼ一定に保ち、エンジン出力を失速させずに最大限に活用します。負荷がどんなに重くても、ポンプはエンジンの出力範囲内に収まるように排気量を調整します。。

これらのインテリジェントな制御システムにより、掘削機は必要なとき（硬い土の掘削など）には強力であり、アイドリング時や軽作業時には燃料効率も高くなります。

Ⅲ．障害についてパニックにならないでください — 一般的な問題とその特定方法

油圧ポンプは、高圧、連続デューティサイクル、汚染への曝露などの極端な条件下で動作します。警告サインを理解すれば、致命的な障害や高価なダウンタイムを回避できます。

問題 1: 油圧力の損失 / 性能の低下

これは最も一般的な苦情です。掘削機は動きますが、すべてが「弱い」ように感じます。ブームの上昇が遅く、バケットの破壊力が不足し、サイクル時間が長くなります。

一般的な原因と解決策:

油圧力の喪失掘削機では突然作業が停止する可能性があります。主な原因には、ポンプコンポーネントの磨耗、内部バルブの漏れ、流体量の不足などが含まれます。油圧ポンプが故障すると、適切な圧力が発生しません。症状には、アクチュエータの動作が遅い、または弱い、動作が不安定、ポンプ領域から聞こえる鳴き声などがあります。。

問題 2: キャビテーション — サイレントポンプキラー

朝、掘削機を始動すると、甲高い砂利のような叫び声ポンプエリアから来て、すぐに止めてください。その音はキャビテーションであり、毎秒継続して油圧ポンプを破壊します。多くの整備士はベアリングの故障と誤診しますが、キャビテーションは機械的な摩耗の問題ではなく、流体力学の問題です。。

キャビテーションとは何ですか?

キャビテーションは、供給ラインが供給できる速度よりも速くポンプが作動油を引き込もうとするときに発生します。これが起こると、オイル中に微細な真空気泡が形成されます。これらの気泡がポンプの高圧側に通過すると、激しく内破し、文字通り内部コンポーネントから微細な金属の塊を吹き飛ばします。。

ポンプを非難する前の 3 つの重要なチェック:

1. 油圧タンクのサクションストレーナを確認してください。シリンダーシールの故障による破片がポンプに詰まっていると、ポンプにオイルが供給されなくなります。

2. 作動油レベルを確認してください- ブームを一番下まで下げ、レベルゲージを完全に固定した状態。オイル不足が主な原因です。

3. 吸引ラインの O リングを確認してくださいタンクからポンプまで。ピンホール漏れでもオイルではなく空気を吸い込み、同様のキャビテーション損傷を引き起こします。

空気漏れを修正するかストレーナを掃除し、システムから空気を抜きます。そうすれば、悲鳴を上げるようなノイズが消え、ポンプを節約できます。

問題 3: 異音 (ゴシゴシ、キュルキュル、ノッキング)

健全な油圧ポンプは、騒音を最小限に抑えて動作する必要があります。ゴシゴシ音、鳴き声、またはノック音が聞こえ始めたら、それは何かが間違っていることを強く示しています。。

• 研削音: 通常、磨耗したギア (ギア ポンプ内の) またはベアリングを示します。潤滑不足または過度の摩耗により、金属部品が互いにこすれる。

• うなり声や高音の騒音: 多くの場合、キャビテーション (上記のとおり) またはエアレーション (漏れからシステムに入る空気) によって引き起こされます。。

• ノック音: 内部コンポーネントの緩みまたは破損、または重大なキャビテーションが発生している可能性があります。

診断: これらの異音に気付いた場合は、問題が完全な故障に発展する前に、ただちにシステムの空気漏れを検査し、液体レベルを確認し、損傷した部品を交換してください。。これらの騒音は、多くの場合、キャビテーション、つまり作動油内で気泡が形成され、圧力によって崩壊し、内部コンポーネントに損傷を与える状態によって発生します。。

問題 4: 過熱

過度の熱は、油圧ポンプに問題があることを示す明らかな兆候です。過熱は多くの場合、コンポーネントの磨耗、作動油レベルの低下、または換気不良による摩擦の増加によって発生します。ポンプが通常よりも高い温度で動作すると、シール、ガスケット、可動部品の摩耗が促進され、早期故障につながります。。

主要な指標:

• 作動油温度が常に 80°C (176°F) 以上

• ポンプハウジングが熱くて触れられない

• 油の変色や焦げ臭

• 長時間稼働後のパフォーマンスの低下

原因:

• 内部漏れにより熱が発生します（高圧オイルが小さな隙間を通って押し込まれるため）

• 液面が低いと冷却能力が低下します

• 熱交換器の詰まりまたは冷却システムの故障

• 作動条件に対するオイル粘度が不適切

問題 5: 作動油の漏れ

作動油の漏れは、ポンプの故障の兆候であるだけでなく、システムのパフォーマンスに影響を与える重大な危険でもあります。機器の下に水たまりが形成されているのに気づいたり、シール、継手、またはポンプ ハウジングの周りに液体が染み出ているのが見える場合、それは明らかな警告です。。

これらの領域を確認してください:

• ポンプ シャフト シール (最も一般的な漏れ箇所)

• 接続金具とホース継手

• ポンプハウジング接合面（Oリング破損）

• ポンプ本体に目に見える亀裂や損傷がある場合

問題6: 可変容量制御の失敗

PLSフィードバック回路の閉塞、LSバルブスプールの固着、PCバルブスプールの固着、PC-EPC電磁コイルの焼損など、メインポンプの出力流量を調整するコントロールバルブ群に異常が発生すると、メインポンプが定流量状態で固着する場合があります。低流量状態に陥った場合、機械は弱く感じられます。高流量状態でスタックすると、エンジンに過負荷がかかる可能性があります。

故障診断の「3ステップ法」

の原則に従ってください「単純なものから複雑なものへ、外部から内部へ」:

1. 音を聞いてください：キャビテーション → 高音の叫び声や砂利音。ベアリング/ギアの磨耗 → 研削音。内部損傷→リズミックノッキング。

2. 基本を確認する：作動油レベル、フィルタの状態、目に見える漏れ、油温、油の品質（金属粒子や乳白色の外観を確認）。

3. 機器を使って測定する: 圧力計を使用してメインシステムの圧力をテストします (最新の掘削機では通常 32 ～ 35 MPa)。流量計を使用して実際のポンプ出力を測定します。メーカーの仕様と比較してください。

高度な診断の場合は、故障が疑われるコンポーネント (リリーフバルブなど) を既知の正常なコンポーネントと交換することで、問題を迅速に確認できます。。

IV.使用率 30%、メンテナンス 70% — 完全なケア ガイド

統計によると、およそ油圧システムの故障の 70% はオイルの汚染または不適切な操作が原因です、油圧ポンプのメンテナンス費用が超過します機械メンテナンス費用総額の30%。適切にメンテナンスされた油圧ポンプは信頼性が高いだけでなく、放置された油圧ポンプよりも大幅に寿命が長くなります。

日常のメンテナンス: 詳細が寿命を決定します

オイルレベルと品質のチェック

• オイルレベル: 毎日作業を開始する前に、油圧タンクの油面が約覗き窓の3分の2。オイルが少ないとキャビテーションが発生する可能性があります。油分が多すぎると異常な温度上昇を引き起こす可能性があります。

• 油の品質：白濁、乳化（乳白色）、気泡の有無を目視で確認します。異常が認められた場合は直ちにオイルを交換してください。通常の作動油は透明な琥珀色で、特有の石油臭があります。。

• 油温：作動中は作動油の温度を維持する必要があります。80℃以下。暑い季節には、冷却システムの点検を強化し、必要に応じて補助冷却装置の追加を検討します。

シーリングとパイプラインの検査

• ポンプ本体の接合面、シャフトシール、およびすべてのパイプ接続を毎日検査します。清潔なティッシュを使用して拭き取り、吸込口フランジのシールを中心に微小な漏れがないか確認してください。。

• ほこりや破片がシステムに侵入して汚染を引き起こすのを防ぐために、ブリーザキャップとサクションストレーナを定期的に清掃してください。。

異音・振動監視

• 起動中に、次のことを観察します。3～5秒金属の摩擦音がないか確認します。全負荷運転中は、周期的なノック音に注意してください (ピストンの摩耗の早期警告である可能性があります)。。

• 車載コンピュータに故障コードや異常な油圧変動が表示された場合は、すぐに機械を停止してくださいそして調査してください。

定期メンテナンススケジュール

追加の注意事項:

• 油圧ブレーカーアタッチメントを使用すると、作動油の劣化が早くなりますので、交換間隔を短くするそれに応じて。

• 作動油または油圧コンポーネントを交換した後は、必ずシステムから空気を抜きますキャビテーションによる損傷を防ぎます。防水性に注意し、深い水中では使用しないでください。。

• フィルターエレメントに鉄や銅の粒子が吸着していないか定期的に検査してください。金属の破片は内部摩耗の早期警告です。。

作動油の選択

適切な作動油を選択することは、ポンプの寿命にとって非常に重要です。

• 推奨タイプ: HM46 耐摩耗性作動油 (粘度指数 ≥ 130)、できれば OEM メーカーの指定ブランドのもの。

• 粘度に関する考慮事項: ほとんどの地域では、冬には 46# グレード、夏には 68# グレードを使用します。極寒地では低粘度グレードをご検討ください。

• 混ぜないでください互換性のない添加剤は化学反応やオイルの劣化を引き起こす可能性があるため、異なるブランドの油圧オイルを使用しないでください。。

正しい操作方法: 「ポンプを破壊する」行為を避ける

1. コールドスタートウォームアップ: 低温環境 (<5°C) では、少なくともアイドル状態です。10分油温が25℃以上になるまでは無負荷で使用し、その後徐々に負荷を加えていきます。これにより、コールドスタートによるポンプの損傷が防止されます。。

2. 新しいポンプの慣らし運転：新しいポンプを取り付けた後、約1時間運転してください。3ヶ月。この期間中は全負荷運転を避け、油温と騒音の変化を注意深く監視してください。。

3. システム圧力を任意に調整しないでください：単なる過圧10% するとポンプの寿命が 50% 短縮される可能性があります。常にメーカー指定の圧力設定を使用してください。

4. 清潔に保ってください: オイルを補充する場合は、専用のフィルターファンネルを使用してください。修理中は、ほこりやゴミの侵入を防ぐため、作業エリアを防塵布で覆ってください。。

5. オイルが少ない状態で運転しないでください: 適切なオイルを使用せずにポンプを動作させることは、キャビテーションや過熱によってポンプを破壊する最も早い方法の 1 つです。。

早期摩耗の警告信号

これらに注意してください早期の摩耗シグナル:

V. 油圧ポンプの交換 — 完全なステップバイステップガイド

油圧ポンプが寿命に達した場合、または重大な故障が発生した場合は交換が必要です。これは慎重な手順を必要とする重要な修理です。部品代と人件費のコストは次のとおりです。1,500to1、500tああ4,000ドルポンプのサイズと掘削機のモデルに応じて。

ステップ 1: 準備と安全性

• 掘削機を駐車してください平らで堅い地面十分な作業スペースを確保してください。

• エンジンを切り、バッテリーを外します完全な電気的安全性を確保するために。

• 必要な工具をすべて準備します: レンチ、ドライバー、ドレンパン、クリーニングクロス、新しいシール/O リング、交換用ポンプ。

ステップ 2: 油圧システムの水を抜く

• 油圧タンクのキャップを開けて、作動油をすべて抜きますタンクから。使用済みオイルはリサイクルのために適切に収集し、決して捨てないでください。。

• エンジンを停止した状態でコントロールレバーを操作して、油圧システム内の残留圧力を解放します。

ステップ 3: 油圧ラインの接続を外す

• レンチを使用して、油圧ホースをポンプに接続しているボルトを緩めて取り外します。を置きますその下のドリップパン残った液体をキャッチする接続。

• 各油圧ラインを慎重に外し、正しく再接続できるように明確にラベルを付けます (ラインを混同すると重大な損傷を引き起こす可能性があります)。

• 作業環境を清潔に保ちます不純物がシステムに侵入するのを防ぎます。

ステップ 4: 古い油圧ポンプを取り外す

• 適切なレンチを使用してポンプの取り付けボルトを取り外します。

• 古いポンプを慎重に持ち上げて掘削機から取り外します。重さに注意してください—油圧ポンプは重量のあるコンポーネントであり、不適切な取り扱いをすると怪我をする可能性があります。。

• 古いポンプをきれいな場所に置きます。汚染を防ぐために、掘削機の開いているポートをすべて覆います。

ステップ 5: 新しい油圧ポンプを取り付ける

• インストール前に、油圧システムのフィルターとストレーナーを掃除する破片がないことを確認します。ポンプの接続面と O リングにきれいな作動油を薄く塗布します。。

• 新しいポンプを位置決めし、取り付けボルトで固定します。トルクレンチを使用してメーカー指定のトルクで対角線で締め付けます。。

• すべての接続に新しい O リングを使用して、すべての油圧ホースを対応するポートに再接続します。各ホースが正しいポートに接続されていることを再確認してください。

ステップ 6: システムの再充填とエア抜き

• 油圧タンクに、正しい仕様の新鮮できれいな油圧オイルを充填します。圧力ゲージを監視して圧力が正常であることを確認しながら、タンクフィラープラグを徐々に開いてオイルがシステムにスムーズに流れるようにします。。

• 重要なステップ：詰め替え後、システムからすべての空気を抜きます。アキシャルピストンポンプのコンポーネントは、作動前に作動油を完全に満たし、空気をすべて排出する必要があります。長期間シャットダウンした後は、システムが油圧ラインから排出されている可能性があるため、オイルのプライミングとエア抜き作業を行ってください。

• エンジンを停止した状態で、コントロール レバーを数回操作して、シリンダーとラインから空気を排出します。

ステップ 7: 起動とテスト実行

• エンジンを始動し、アイドリングさせます。ポンプを稼働させます。ローアイドルで数分オイルを循環させ、すべての空気を確実に排除します。

• エンジン回転数を徐々に上げて、油圧システムの動作を観察します。異音、振動、漏れがないか確認してください。。

• 基本的な機械の動作 (ブームを上げる、アームを伸ばす、バケットをカールさせる、スイング、移動) を実行し、スムーズで応答性の高い動作を観察します。。

• 最初の循環後に作動油レベルを再確認し、必要に応じて補充してください。

ステップ 8: 最終検査とクリーンアップ

• 異常が見つからない場合は、エンジンを停止し、すべての接続部に漏れがないか最終的な目視検査を行ってください。

• 作業場所を掃除したり、古いポンプと使用済み作動油は適切に処分してください。。

運用とメンテナンスのマントラ

油圧ポンプを適切に保守および操作するには、次の点に注意してください。

運用上のマントラ:
コールドスタートでウォームアップし、ゆっくりと安定してロードします。
決して過圧にしないでください。ポンプの寿命はそのままです。
オイルを清潔かつ満タンに保ち、フィルターを時間通りにチェックしてください。
手入れをしたポンプは、その寿命を全開に保つことができます。

メンテナンスマントラ:
油は生命線です。油を清潔に保ち、冷たく保ちます。
奇妙なノイズに耳を傾け、小さな障害が支配する前に見つけてください。
毎日レベルをチェックし、スケジュールに従ってオイルを交換します。
ポンプを敬意を持って扱ってください。そうすれば、ポンプの信頼性は維持されます。

油圧ポンプはまさに掘削機の心臓部。エンジンの生の機械動力を正確で強力な油圧力に変換し、現代の掘削機を信じられないほど有能な機械にしています。この重要なコンポーネントがどのように機能するかを理解し、トラブルの兆候を早期に認識し、規律あるメンテナンス ルーチンに従うことで、掘削機のパフォーマンスを今後何年にもわたって最高の状態に保つことができます。