掘削機のコントロールバルブの振動減衰と取り付け: シールを破壊する揺れを修正する
すべての掘削機整備士は、同じことが起こっているのを見てきました。コントロールバルブを再構築し、すべてのボルトを仕様どおりに締めて、マシンに取り付け直すと、500 時間以内にフィッティングから再びオイルがにじみ出ます。 Oリングは問題ないようです。ポートは損傷していません。それで、何が間違っていたのでしょうか？
答えはほとんどの場合、振動です。具体的には、バルブをボルトで固定する前に誰も振動を抑えなかったという事実です。
制御バルブはポンプ出口に直接設置されています。つまり、メインポンプからのあらゆる圧力パルス、ディーゼルエンジンからのあらゆる燃焼ノック、そしてバケットが岩にぶつかったときのあらゆる衝撃が、衝撃波をバルブボディに直接送り込みます。適切に絶縁しないと、バルブに汚れたオイルが滴るずっと前に、振動によってボルトが緩み、鋳物に亀裂が入り、シール表面が破壊されます。
標準的な取り付けが現実世界の振動下で失敗する理由
ほとんどの工場のバルブ取り付けセットアップでは、作業現場ではなくテストベンチ用に設計された剛性スチール製ブラケットとゴム製グロメットが使用されています。ゴムは数回の熱サイクル後に硬化します。ブラケットは負荷がかかると曲がります。すべてを固定するボルトには、エンジンが点火するたびに、ねじ山の摩擦が固定に必要な値を下回るまで、締め付け、緩め、締め付け、緩めという交互の応力がかかります。
一般的な掘削機のメインポンプのポンプ圧力脈動の周波数は、エンジン速度とポンプ容量に応じて 40 ～ 120 Hz の間にあります。その範囲は、ほとんどのバルブ取り付けブラケットの固有共振周波数と一致します。共振により振動は 3 ～ 5 倍に増幅されます。したがって、ソースで 0.02 mm の動きを測定するポンプ パルスは、バルブでは 0.1 mm になります。これはボルトを数週間で疲労させるのに十分です。
ホースに起因する振動は無視されている 2 番目の問題です。ブームが揺れたり、キャブが回転したりするたびに、ポンプとバルブを接続する高圧ホースが激しく揺れます。このホースは鞭のように機能し、運動エネルギーをバルブの入口ポートに直接伝達します。パイプ接続が堅い場合、あらゆる衝撃が吸収されずに伝達されるため、この問題はさらに悪化します。
実際に機能する防振システムの構築
適切なアイソレータの材料と配置の選択
すべてのゴムが同じというわけではありません。ほとんどの機械に標準装備されている柔らかいゴム製ブッシュは、作動油のミストやエンジンの熱にさらされると急速に劣化します。 2,000 時間以内に、振動を吸収するのではなく伝達する硬質プラスチックに変化します。
連続油暴露および摂氏 120 度までの温度に耐えられるニトリルゴムまたはポリウレタンのマウントを使用してください。デュロメーターは約 60 ～ 70 ショア A である必要があります。高周波振動を吸収するのに十分な柔らかさでありながら、底付きすることなくバルブの重量を保持できるほど十分な硬さがあります。
アイソレータはバルブ取付フランジの下に 2 箇所、アクチュエータ端に 1 箇所の 3 箇所に配置します。アクチュエータの端は、ソレノイドまたはレバー アセンブリによって集中質量が追加される場所であるため、非常に重要です。アクチュエータの下にある 1 つのアイソレータにより、アセンブリ全体が取り付けボルト上で揺れるのを防ぎます。
間隔も重要です。アイソレータはバルブの取り付けポイントにできるだけ近づけてください。理想的には各ボルト穴から 25 mm 以内に配置してください。アイソレータをバルブから遠くに取り付けると、ブラケットがマウントとバルブの間で曲がり、減衰効果のほとんどが失われます。車のサスペンションのようなものだと考えてください。スプリングは車軸の途中ではなく、車輪のすぐ近くにある必要があります。
バルブの代わりにブラケットを曲げるように設計する
バルブ本体ではなく、取り付けブラケット自体が動きを吸収するコンポーネントである必要があります。これは、意図的なフレックスゾーン、つまり制御された動きを可能にする薄いセクションまたは長穴を備えたブラケット設計を使用することを意味します。
一般的なアプローチは、ブラケットに大きめのボルト穴を使用することです (通常はボルトの直径より 2 mm 大きい)。このクリアランスにより、負荷がバルブのネジ山に伝わることなく、振動時にブラケットがわずかに移動することができます。バルブ側では、バルブが自身の取り付け面に対して所定の位置にロックされるように、標準サイズの穴を使用します。
一部のショップでは、ブラケットとバルブ フランジの間にゴム製パッドが付いた小さなスチール製タブを溶接しています。タブは曲がるのに十分な薄さですが、静荷重に耐えるのに十分な厚さがあります。振動が加わると、タブが曲がり、ゴムが圧縮され、エネルギーが鋳物に伝わるのではなく、熱として放散されます。
バルブ本体にボルトで固定する硬いクランプ式ブラケットは避けてください。これらにより点荷重が発生し、コンパクトな機械のアルミニウム製ハウジングに亀裂が生じます。バルブの底面全体に沿って接触するクレードル型マウントを使用して、クランプ力をフランジ全体に分散させます。
振動が起こりやすい設置のためのボルトとファスナーの戦略
ボルトの自然緩みを事前に防止
スレッドロックコンパウンドは防御の第一線ですが、すべてのスレッドロックが同じ方法で振動に対処できるわけではありません。中強度の嫌気性スレッド ロッカー (除去に熱を必要とする種類) は、コントロール バルブ ボルトに最適です。ネジ山ギャップ内で硬化し、ポンプの脈動による交互負荷に耐える強固な結合を形成します。
ネジロック剤は雄ネジにのみ塗布してください。座面に置くと実効トルクの表示が変わり、誤った締め付け感を感じます。最初の 3 ～ 4 本のネジ山を薄く均一に塗布するだけで十分です。余分なコンパウンドがオイル ギャラリーに押し込まれ、詰まりの原因となります。
最も振動の多い場所 (通常は吸気ポート取り付けボルトやアクチュエータ保持ボルト) には、機械的ロックを追加します。ノルトロックワッシャーまたはスプリットロックワッシャーも機能しますが、掘削機のバルブで最も信頼性の高い方法は、安全ワイヤーをボルトの頭を通してフランジに開けた穴に通すことです。時代遅れですが、醜いですが、機能します。メンテナンスチェックには必ずワイヤーを引っ張ってボルトが回っていないことを確認することが含まれます。
サービスマニュアルに記載されている星形パターンでボルトを締めますが、5 分間放置した後、最終トルクの 75% で 2 回目のパスを追加します。これにより、最大のクランプ荷重を加える前に、ゴム製アイソレータが圧縮位置に落ち着くことができます。ドウェルを省略すると、トルクを加えた後にアイソレーターが反発し、クランプ力が最大 20% 減少します。
取り付けられたバルブに対する熱サイクルの影響の管理
機械が冷えた状態で始動して暖まるたびに、バルブ鋳造物が膨張します。アルミニウム製ハウジングはスチール製ブラケットよりも膨張し、1 度あたり約 2 倍になります。この膨張差により、あらゆる取り付け点にせん断応力が発生します。
ブラケット設計では少なくとも 1 つのスライド マウント ポイントを使用します。スロットとボルトの配置により、バルブは一方向に自由に拡張でき、他の 2 点でバルブを所定の位置に保持できます。スライドポイントがないと、膨張力がボルトの予圧と闘い、バルブの高温側のすべての留め具が徐々に緩みます。