クレーン用油圧シリンダの機能と選び方

クレーン作業における油圧シリンダの役割

クレーン用油圧シリンダ は現代の昇降装置の機械の心臓部です。これらは、重量持ち上げ、拡張、回転、およびコアコンポーネントのその他の重要な動作を実現する主要な吊り上げ装置として機能し、吊り上げ作業の効率、安定性、安全性を直接決定します。適切に設計された油圧シリンダーがなければ、構造的に最も健全なクレーンであっても、油圧を重荷重作業に必要な制御された強力な動きに変換することはできません。

最も基本的なレベルでは、油圧シリンダはパスカルの原理に基づいて動作します。つまり、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ます。クレーンの文脈では、これは、比較的コンパクトな油圧コンポーネントが数百トンに測定される力を生成できることを意味します。これは、機械的手段だけでは移動できない構造用鋼、プレキャストコンクリート要素、産業機械、その他の巨大な貨物を持ち上げるのに十分な力です。

クレーンの油圧シリンダと一般的な産業用シリンダの違いは、極度の負荷要件、動的な動作条件、およびアプリケーションの安全性が重視される性質の組み合わせです。リフトの途中で故障が発生すると、単に生産が停止するだけでなく、人員や貨物に差し迫った危険が生じます。このため、クレーン システムで使用される各油圧シリンダーは、優れた耐荷重能力、安定性、信頼性を根本から実現できるよう、細心の注意を払って設計され、最適化されています。

主要な機能: 持ち上げ、伸張、回転

最新のクレーンでは、いくつかの機械的に異なる機能を同時に、または協調して実行するために油圧シリンダーが必要です。それぞれの機能を理解すると、単一のクレーン プラットフォームで異なるシリンダー構成が使用される理由が明確になります。

重量挙げとブームの上昇

ラフィングシリンダーはブームの角度を制御し、クレーン本体に対してブームを上げ下げします。これらのシリンダーは、ブーム構造、荷重、加速度や風によってもたらされる動的力の合計重量に耐えます。ラフィングシリンダーは通常、大口径でショートストロークの設計で、静的保持条件下で長時間、つまり建設中に荷重を位置決めする際に一度に数時間もかかる高圧縮荷重に耐えるように設計されています。

長距離延長業務

伸縮ブームの伸長は多段油圧シリンダーによって処理され、長距離の伸長作業を正確に実行します。典型的な移動式クレーンは、一連の入れ子状のシリンダーステージを使用して、格納長さ 10 メートルから 50 メートル以上まで延長でき、各ステージは油圧で順次に延長されます。これらのシリンダは、極限の作業条件での重量物の持ち上げに容易に対応し、シリンダロッドとシールにかかるてこ力が最大になる完全伸長時でも、構造的剛性と制御された動きを維持します。

回転とアウトリガーの安定化

旋回および回転機能にはリニア シリンダーではなく油圧モーターとロータリー アクチュエーターが使用されますが、リニア シリンダーはアウトリガーの展開において重要なサポートの役割を果たします。アウトリガーシリンダーは水平に伸び、その後垂直に伸び、吊り上げ作業中にクレーンシャーシを安定させます。これらのコンポーネントは、クレーンの重量による圧縮荷重と、回転および非対称な荷重配置によって導入される横方向の力の両方に耐える必要があります。アウトリガーシリンダーの容量が不十分であることがクレーン転倒事故の主な原因となっており、これらのシリンダーが運転の安全性を直接左右することを浮き彫りにしています。

耐荷重の信頼性のための工学設計原則

過酷な作業条件下でのクレーン油圧シリンダの卓越した性能は、偶然に起こるものではありません。それは、設計および製造プロセスのあらゆる段階で行われる体系的なエンジニアリング上の決定から生まれます。吊り上げ機械に必要な耐荷重能力と安定性を実現するには、次の要素が中心となります。

• 内径と使用圧力 — シリンダーの力の出力は、ボア面積と油圧の積です。クレーンのシリンダーは通常、250 ～ 350 bar で動作し、負荷要件に応じてボア直径は 80 mm から 300 mm 以上の範囲になります。これらのパラメータを正確に指定することで、動作が遅くなったり不完全になったりする過大なサイジングや、エネルギーを無駄にして不必要な重量を追加する過大なサイジングを防ぐことができます。
• ロッド径と耐座屈性 — ピストンロッドは、シリンダーが伸びて負荷がかかったときに発生する圧縮座屈力に抵抗しなければなりません。ロッドの直径は、オイラーの座屈公式を使用して、適切な安全係数 (クレーン用途では通常 3.5 ～ 4.0) を使用して計算されます。表面の損傷やシールの摩耗を防ぐために、クロムメッキされた硬化鋼ロッドが標準装備されています。
• シール技術と漏れ防止 — 内部シールと外部シールは、数百万回のサイクルと -30°C から 80°C 以上の極端な温度にわたって油圧を保持する必要があります。マルチリップ ポリウレタンおよび PTFE 複合シール システムは、ハイスペック クレーン シリンダに使用され、ほぼゼロの漏れと延長されたサービス間隔を実現します。
• クッション性とストローク末の減速 — 油圧クッションがないと、シリンダーが完全に伸びたり縮んだりする際に突然の圧力スパイクが発生し、シール、エンドキャップ、および接続された構造が損傷します。内蔵のクッションスリーブはストロークの終わりに作動油を徐々に排出し、ピストンをスムーズに減速させ、シリンダーとクレーン構造の両方を保護します。
• 表面処理と防食 — クレーンのシリンダーは、何年も何十年も屋外で稼働します。ロッド表面の硬質クロムメッキ、外面の高ビルドプライマーとポリウレタントップコート、腐食抑制作動油はすべて、海洋、海岸、および高湿度の環境での長期耐久性に貢献します。

さまざまなクレーン プラットフォームで使用されるシリンダーの種類

クレーンのタイプが異なれば、油圧シリンダーに対する要求も異なります。以下の表は、一般的なクレーン プラットフォームを主シリンダー構成とパフォーマンスの優先順位にマッピングしています。

各構成は、そのクレーンの作業領域の特定の機械的要求を反映しています。コンパクトな輸送位置に折りたたむトラック搭載クレーンには、固定半径で静荷重を何時間も保持するクローラー クレーンとは根本的に異なるシリンダー形状が必要です。シリンダーの仕様をクレーンのプラットフォームに適合させることは、信頼性が高く安全な性能を実現するための前提条件です。

人員と貨物を守るメンテナンスの実践

最も堅牢に設計されたクレーン油圧シリンダーであっても、耐用年数を通じて性能を維持するには体系的なメンテナンスが必要です。これらのシリンダーは安全性が重要なコンポーネントであるため、メンテナンスは任意ではありません。メンテナンスは作業中の昇降機械のスムーズな動作を保証し、人員と貨物の両方を効果的に保護する直接的な運用上の義務です。

定期検査間隔

毎日の運転前チェックでは、ロッドの表面状態、目に見えるシールの完全性、およびロッドのシールやポート接続部で作動油がにじみ出ていないことを確認する必要があります。ロッドの傷、孔食、クロム剥離は直ちに調査する必要があります。表面の損傷はシールの摩耗を促進し、負荷がかかると突然の圧力損失につながる可能性があります。メーカーが指定した間隔での正式な定期検査には、圧力試験、シール交換の評価、取り付けピンとクレビス付属品の構造検査が含まれる必要があります。

作動油の管理

流体の汚染は、シールの早期故障やシリンダー内部の摩耗の主な原因です。磨耗したコンポーネントや不適切な濾過による微粒子汚染は、シリンダー内で研磨剤スラリーとして作用し、シールを劣化させ、ボア表面に傷を付けます。高効率の戻りラインフィルターと定期的な液体サンプリング分析を使用して、油圧作動油を ISO 清浄度クラス 16/14/11 以上に維持することは、シリンダーの耐用年数を延ばし、計画外のダウンタイムを削減するための最も効果的なメンテナンス介入です。

保管および輸送中のロッドの保護

クレーンをシリンダを縮めた状態で保管または輸送する場合、シリンダバレル内でロッド表面が保護されます。輸送中に延長または部分的に延長した状態の場合は、衝撃による損傷やクロム表面の湿気による腐食を防ぐために、保護スリーブまたはプラスチック製のロッド カバーを適用する必要があります。この簡単な予防策により、クレーンが保管期間を経て使用に戻った直後に発生する現場での故障の大部分を防ぐことができます。

クレーン用油圧シリンダの選択: 調達の重要な基準

クレーン用途の交換用またはアップグレード用シリンダーを調達するには、出荷されるコンポーネントの物理的寸法を単に一致させるだけではなく、運用要件に照らして体系的に評価する必要があります。選択プロセスの指針となるのは次の基準です。

• 安全率を考慮した定格負荷容量 — 動的な吊り上げ荷重に適用される最小安全率 2.5:1 を使用して、動作圧力におけるシリンダの定格出力力がクレーンの最大荷重表の要件を満たしていることを確認します。
• ストローク長さと取付形状 — ストロークはクレーンの設計された動作範囲に正確に一致する必要があります。偏差は、クレーンの元の設計が想定していたブーム角度制限、延長範囲、および機械的利点の比率に影響します。
• 使用温度範囲 — 特に標準シールコンパウンドが定格範囲外で機能する可能性がある北極での作業や暑い砂漠気候において、展開環境の極端な周囲温度に対するシール材料の適合性を確認します。
• メーカー認証とトレーサビリティ — 吊り上げ用途の場合、クレーンの OEM 保証要件および DNV、ロイズ、または国家標準化団体によって設定された第三者の検査基準を満たすために、シリンダーには材料証明書、圧力試験記録、および寸法検査報告書の文書を添付する必要があります。
• スペアパーツとシールキットの入手可能性 - シールと摩耗部品を許容可能なリードタイム内に調達できないシリンダーは、運用上のリスクを生み出します。特に輸入品や独自の設計の場合、サプライヤーに依頼する前に部品の入手可能性を確認する

適切に指定され、認定されたクレーン油圧シリンダーに投資し、アプリケーションが要求する基準に維持することは、最終的には、中断のない吊り上げの生産性、規制順守、クレーンの作業半径内を通過するすべての人と荷物の安全への投資となります。