シリンダ力の計算方法: 公式、例、実践的なヒント

油圧シリンダーは、最も単純な意味で力を倍増するものです。小さなポンプと適度な口径で、乗組員が手で動かすことができないような荷重を移動させることができます。この乗算の背後にある演算は、1 つの式、1 つの面積計算、および 2 つの単位変換という短いものですが、まさにここにサイジングの間違いのほとんどが隠れています。クレーンのブームシリンダー、シザーリフト、またはパイプ設置用のジャッキシリンダーをチェックする場合でも、同じわずかな手順で信頼できる答えが得られます。

核となる関係を一行で表現

力は、圧力に圧力が作用する面積を乗じたものに等しい: F = P × A。圧力は単位面積あたりの油圧作動油の押し込み量であり、ピストン面積は作動油がどれだけの表面を押さなければならないかを表します。 1 を 2 倍にすると、力も 2 倍になります。両方を2倍にすると4倍になります。

メートル法を実践する場合、最も明確な組み合わせはメガパスカルと平方ミリメートルです。 1 メガパスカルは 1 平方ミリメートルあたり 1 ニュートンであるため、結果は直接ニュートンに換算され、1,000 で割るとキロニュートンになります。帝国の慣例では、平方インチ当たりのポンドに平方インチを乗算すると、まったく変換せずに力のポンドが得られます。

システム間で変換するときに最も頻繁に遭遇する値は次のとおりです。

• 1 bar = 0.1 MPa = 100 kPa、およそ 14.5 psi
• 1 MPa = 10 bar、およそ 145 psi
• 1 平方インチ = 645.16 平方ミリメートル
• 1 キロニュートンはおよそ 224.8 ポンドの力です
• 1 トンの力は約 9.81 キロニュートンです

始める前に単位を書き留めてください。私たちが目にする間違った答えのほとんどは、間違った公式ではありません。それらは、メガパスカルを期待する方程式に入力されるバー、またはセンチメートルを期待する方程式に入力されるミリメートルです。

プッシュとプルが一致することはほとんどありません

伸長ストロークでは、ポンプの全圧力がボア領域全体に作用するため、その領域は π/4 × D² (D はボア直径) になります。後退ストロークでは、流体はロッドの周囲のリング状の領域のみを見るため、有効領域は π/4 × (D² − d²) となり、d はロッドの直径になります。ロッドは圧力が届かない金属を占めています。

20 MPa で動作する 70 mm のロッドを備えた内径 100 mm のシリンダーを考えてみましょう。フルボア面積は約 7,854 mm² で、およそ 157 kN の推力が得られます。環状の面積は約 4,006 mm² で、およそ半分に相当する約 80 kN の引っ張り力が与えられます。権威を持って荷物を持ち上げるシリンダーは、同じ荷物を引き戻さなければならないときは、非常におとなしいかもしれません。

これは、サイクル中に作業荷重の方向が反転する場合、たとえば、押したり引いたりする折りたたみアーム、プラットフォームを上だけでなく下に保持する必要があるレベリング シリンダー、抵抗に抗して格納する必要があるスタビライザー レッグなどの場合に重要になります。強い方ではなく、弱い方のサイズです。

真似できる実際の例

機械が 8 トンの重量を安定して上昇させる必要があり、ポンプのリリーフが 20 MPa に設定されているとします。ここでは、お客様との手順を説明します。

1. 荷重を換算すると、8トン×9.81＝約78.5kNとなります。
2. 作業マージンを追加します。係数 1.5 はシールの摩擦、背圧、およびホースと継手の小さな圧力損失をカバーし、約 118 kN になります。
3. 圧力で割って必要な面積を求めます: 118,000 N ÷ 20 N/mm² = 5,900 mm²。
4. ボアを元に戻します。(4 × 5,900 ÷ π) の平方根は約 86.7 mm なので、次に大きい標準サイズは 90 mm となり、6,362 mm² となり、フル圧力で約 127 kN になります。
5. ロッドエンドとストロークを確認してください。後退中に荷重が引っ張られる場合は、環状領域を確認してください。ストロークが長く、荷重が圧縮性である場合は、ボアを受け入れる前にロッドの座屈を確認してください。細いロッドでは、シリンダーの理論推力を大幅に下回って破損する可能性があります。

最後のステップは、理論と実践が出会うところです。ロッドが圧縮下で円柱のように動作し、ストローク長が大きくなるにつれて安全荷重が急激に低下するため、シリンダーが十分に強力であっても、間違ったシリンダーである可能性があります。

理論から実際に得られる力まで

F = P × A の数値は理論上のものです。実際の出力はもう少し低くなりますが、その理由を知る価値があります。シールの摩擦、ガイドの摩擦、オイルをタンクに押し戻すのに必要な圧力はすべて影響を受けます。ほとんどの可動機械では、理論上の数値に 0.85 ～ 0.95 の効率を適用すると、より大きなシリンダーとより高い圧力がその範囲の下限に近づくことで現実に近づきます。

方程式の有用な形式は次のとおりです。正味の力 = (拡張圧力 × ボア面積) − (戻りライン圧力 × 環状面積) − 摩擦。中期は忘れられがちですが、リターンフローやカウンターバランスバルブが制限されているサーキットでは重要になる可能性があります。

プレッシャーにも注意が必要です。リリーフバルブの設定は上限であり、約束するものではありません。高速伸長中は、流量要求がポンプを上回り、システム圧力が低下する可能性があるため、必要なときに利用できる力がカタログの計算値よりも低くなる可能性があります。アウトリガーシリンダーなど、長期間荷物を保持するシステムは、移動能力だけでなく保持能力もチェックする必要があります。

ボアサイズと理論推力が一目でわかる

以下の表は、一般的なボア サイズの健全性を簡単にチェックするための表です。値は伸長ストロークの全ボア領域を想定し、摩擦を無視しているため、作業能力ではなく上限として扱います。

これらの数値が実際のマシンでどのように展開されるか

式は普遍的ですが、入力は普遍的ではありません。トラックに搭載されたクレーンでは、ラフィング シリンダーの仕事はブームを作業半径に保持することであり、それが感じる力はフックに吊り下げられた荷物だけでなくブームの角度にも依存します。ブームが上昇するとシリンダーのモーメントアームが変化するため、同じ揚力でも非常に異なる圧力が要求される可能性があります。そのため、ラフィングシリンダーは、ボアと同じくらい慎重に形状と取り付けによって指定されます。

トラック用クレーン 油圧ラフィングシリンダー 機能: ブーム角度の調整: ラフィングシリンダーの伸縮により、ブームを上下に傾けることができ、さまざまな高さでの吊り上げニーズに対応します。 製品を見る→

シザーリフトはその対極に位置します。リフティングシリンダーは、プラットフォームが上昇するにつれてメカニカルアドバンテージが連続的に変化するリンケージを介して動作するため、最大のロッド力は、フルハイトではなく、完全に折りたたまれた位置付近に現れることがよくあります。大きなボア、適度な圧力、短いストロークが一般的であり、リフト曲線のいくつかのポイントで計算を繰り返す必要があります。

シザーリフト高所作業台油圧リフティングシリンダー スムーズな上昇と下降を実現するダンピングホールを備えた単動式リフティングシリンダー、さらにシザーリフトプラットフォームの計算に適したボア、ロッド、ストローク範囲を詳細に説明します。 製品を見る→

パイプジャッキは計算を限界まで押し上げます。メインジャッキングシリンダーは、土壌の抵抗や壁の摩擦に抗してパイプを地面に打ち込み、長いストロークにわたって数百トンの推力を与えることがよくあります。ここでの力の割り当ては、まず地面の状態、次に油圧によって設定され、シリンダーは座屈することなくその推力を繰り返し供給する必要があります。これらの要件がさまざまな範囲でどのように異なるかがわかります。 杭打ち機用油圧シリンダー .

パイプジャッキングマシン油圧メインジャッキングシリンダー 強力な推力、安定した推進力、正確な伸長制御を実現するパイプ推進用の中核動力源であり、過酷な連続作業に耐える高圧耐性と密閉性を備えています。 製品を見る→

避けるべき間違い

• ボア領域をリトラクトストロークに使用すると、通常のロッド比で引っ張る力が 30 ～ 50% 過大になります。
• リリーフバルブ圧力を継続的に利用可能な作動圧力として扱います。
• カウンターバランスバルブまたはメーターバルブを備えた回路での戻りライン圧力を忘れます。
• 荷重のみを考慮したサイジングであり、ロングストロークの圧縮用途でのロッドの座屈は無視されます。
• 1 つの計算内で bar、メガパスカル、psi を混合します。
• シールの摩擦、温度による粘度の変化、耐用年数にわたる摩耗の余地を残しません。

デザイナーから寄せられた質問

式の最も短いバージョンは何ですか?

力（ニュートン）は、圧力（メガパスカル）と面積（平方ミリメートル）を掛けたものに等しい。それ以外はすべて変換と修正です。

測定した力が計算された力と異なるのはなぜですか?

通常は、制限の下流で取得される摩擦、背圧、またはゲージの読み取り値です。ポンプではなく、負荷がかかっているシリンダーポートの圧力を確認してください。

どのくらいのマージンを追加すればよいですか?

安定した産業用負荷の場合、1.25 ～ 1.5 が適切な開始点です。衝撃荷重、屋外での使用、または安全性が重要な保持機能については、より高いレベルに引き上げてテストで確認してください。

当社は 2004 年以来、浙江省で油圧シリンダを製造してきました。力に関する質問のほとんどは、設計の開始時ではなく、設計の途中でエンジニアから寄せられます。数値をもう一度確認したい場合は、負荷、ストローク、予想される圧力、シリンダーの取り付け方法をお送りください。通常、選択したボアが快適か限界かを判断するには、それだけで十分です。シリンダをアプリケーションに適合させるための詳細な背景については、次のメモを参照してください。 油圧シリンダを選択する際の重要な設計上の考慮事項 続行するには良い場所です。