油圧ショベル制御弁のロードセンシング機能の選択

油圧ショベルにおけるロードセンシング技術の理解

ロードセンシング技術は、特に油圧ショベルの油圧システムにおいて重要な革新です。実際の負荷要件に応じて油圧作動油の流れと圧力を動的に調整することにより、エネルギー消費の最適化と操作精度の向上を目指しています。油圧ショベルでは、ブーム、アーム、バケット、旋回モーターなどの複数のアクチュエータが、複雑な作業中に同時に作動します。ロードセンシングは、各アクチュエータが必要な量の油圧電力を確実に受け取るようにし、エネルギーの無駄を防ぎ、スムーズで協調のとれた動きを保証します。

ロードセンシングの基本原理は、ポンプの吐出口と負荷との間に一定の圧力差を維持することです。これは、ロードセンシングポンプとロードセンシング制御弁の組み合わせによって実現されます。ロードセンシングポンプは、アクチュエータの圧力を監視するロードセンシング制御弁からのフィードバックに基づいて、その吐出量を調整できます。負荷が変化すると、制御弁はポンプに流量を増減させる信号を送り、圧力差が設定範囲内に維持されるようにします。

ロードセンシング機能の選択に影響を与える要因

エネルギー効率要件

ロードセンシング機能を選択する際の主な考慮事項の1つは、エネルギー効率です。油圧ショベルは高出力機械であり、かなりの量の燃料を消費します。ロードセンシング技術は、不要なオーバーフロー損失を排除することにより、エネルギー消費を大幅に削減できます。従来の油圧システムでは、固定容量ポンプが継続的に作動油を供給し、余分な作動油はリリーフバルブを介してタンクに戻されることが多く、エネルギーの無駄が生じます。

対照的に、可変容量ポンプを備えたロードセンシングシステムは、アクチュエータが必要とする量の作動油のみを供給します。たとえば、油圧ショベルが待機モードにある場合や軽負荷作業を実行している場合、ポンプは吐出量を減らし、消費電力を最小限に抑えます。ロードセンシング機能を選択する際は、油圧ショベルの典型的な作業条件に基づいて、さまざまな構成の省エネの可能性を評価することが不可欠です。

操作精度と制御

精度と制御は、特に地下ユーティリティの近くでの掘削や高精度での材料の積み込みなどの繊細な作業を実行する場合、油圧ショベルにとって不可欠です。ロードセンシング機能は、この精度を達成する上で重要な役割を果たします。一定の圧力差を維持することにより、システムは、負荷変動に関係なく、各アクチュエータへの流量がバルブ開度に直接比例することを保証します。

これは、オペレーターがブーム、アーム、バケットの動きを細かく制御できることを意味します。たとえば、グレーディング作業中にバケットの位置を微調整する場合、ロードセンシングシステムはスムーズで応答性の高い流れを提供し、正確な制御を可能にします。ロードセンシング機能を選択する際は、さまざまな作業に必要な制御レベルを考慮し、必要な精度を提供できるシステムを選択してください。

複数アクチュエータの協調

油圧ショベルは、掘削と旋回を同時に行うなどの複雑な作業中に、複数のアクチュエータが調和して動作する必要があることがよくあります。ロードセンシング機能は、これらのアクチュエータ間の適切な協調を確保するために不可欠です。ロードセンシングシステムでは、各アクチュエータに独自の圧力補償バルブがあり、バルブオリフィス全体で一定の圧力差を維持します。

これにより、アクチュエータは互いに干渉することなく独立して動作できます。たとえば、ブームが重い負荷を持ち上げているときに旋回モーターが油圧ショベルを旋回させている場合、ロードセンシングシステムは両方のアクチュエータが適切な流量と圧力を確実に受け取るようにし、一方のアクチュエータが他方のアクチュエータを「飢えさせる」のを防ぎます。ロードセンシング機能を選択する際は、さまざまな負荷条件で複数アクチュエータを協調させるシステムの能力を評価してください。

ロードセンシングシステムのタイプとその選択基準

バルブフロント補償ロードセンシングシステム

バルブフロント補償ロードセンシングシステムでは、圧力補償バルブが主制御バルブの上流に配置されています。このシステムは構造が比較的単純で、アクチュエータの総流量要求が通常ポンプの最大流量容量よりも小さい用途に適しています。

このシステムの主な利点は、コスト効率とメンテナンスの容易さです。ただし、総流量要求がポンプの容量を超えると、「フロー飽和」と呼ばれる現象が発生するという制限があります。フロー飽和中、負荷の小さいアクチュエータはより多くの流量を受け取りますが、負荷の大きいアクチュエータは流量の減少を経験する可能性があり、その性能に影響を与えます。バルブフロント補償ロードセンシングシステムを選択する際は、油圧ショベルの典型的な負荷条件を考慮し、通常の作業条件下での最大流量要求を満たすのに十分なポンプ容量があることを確認してください。

バルブリア補償ロードセンシングシステム（LUDV）

バルブリア補償ロードセンシングシステムは、LUDV（負荷独立流量分配）としても知られ、バルブフロント補償システムの改良版です。このシステムでは、圧力補償バルブが主制御バルブの下流に配置されています。

LUDVシステムは、より優れたフロー飽和防止性能を提供します。総流量要求がポンプの容量を超えると、すべてのアクチュエータは比例して等しい流量の減少を経験します。これにより、各アクチュエータは速度は低下するものの、動作を継続でき、それらの間の一定レベルの協調を維持できます。高負荷および複数アクチュエータの条件で頻繁に動作する油圧ショベルの場合、LUDVシステムはより安定した信頼性の高いパフォーマンスを提供するため、より適切な選択肢です。

高度な電子ロードセンシングシステム

電子制御技術の開発に伴い、高度な電子ロードセンシングシステムが登場しました。これらのシステムは、電子センサーと制御ユニットを従来の油圧ロードセンシングコンポーネントと統合しています。電子センサーは、圧力、流量、バルブ位置などのさまざまなパラメータをリアルタイムで監視できます。

その後、制御ユニットはこれらのデータを処理し、ポンプの吐出量とバルブの動作を正確に調整できます。高度な電子ロードセンシングシステムは、より高いレベルの精度、柔軟性、および適応性を提供します。さまざまな作業モードとタスクのパフォーマンスを最適化するようにプログラムできます。たとえば、オペレーターの入力と負荷条件に基づいて流量配分を調整して、エネルギー効率と操作パフォーマンスの最適なバランスを達成できます。高度な電子ロードセンシングシステムを選択する際は、油圧ショベルの既存の電子アーキテクチャとの互換性、およびシステムプログラミングとメンテナンスの技術サポートの利用可能性を考慮してください。