軸ピストンポンプの動作原理

作成日 05.17

軸ピストンポンプの動作原理 1

(l) 直軸軸ピストンポンプの動作原理と重要なポイントは図Bに示されています。直軸軸ピストンポンプ（スルーシャフト構造）では、プランジャー3がシリンダーブロック4の均等に分布したプランジャーホールに取り付けられ、プランジャー3のヘッドにはスリッパー2が取り付けられています。戻り機構（図には示されていません）により、スリッパーの底部は常にスワッシュプレート1の表面に近接しています。スワッシュプレートの表面はシリンダーブロック平面（A-A平面）に対して傾斜角γを持っています。伝動軸6がシリンダーブロックを介してプランジャーを回転させると、プランジャーはプランジャーホール内で直線的な往復運動を行います。プランジャーの動きと油吸引経路と油圧経路の切り替えが正確に連携するように、シリンダーブロックのポート端面とポンプの油吸引チャネルおよび油圧チャネルの間に固定ポートプレート50が配置され、ポートプレートには2つのアークチャネル（ウエスト型ポートウィンドウ）が開かれています。バルブプレートの前面はシリンダーブロックの端面と密接に接続され、相対的にスライドします。一方、バルブプレートの背面では、2つのウエスト型バルブウィンドウがそれぞれポンプの油吸引回路と油圧回路に接続される必要があります。

シリンダーブロックが図Bに示された方向に回転すると、プランジャーは上死点（0°位置に対応）から0°から180°の範囲内で伸び始め、プランジャーキャビティの体積は下死点（180°位置に対応）まで連続的に増加します。このプロセスでは、プランジャーキャビティはちょうどバルブプレート5のオイル吸引ウィンドウと接続され、オイルがプランジャーキャビティに連続的に吸引されます。これがオイル吸引プロセスです。シリンダーブロックが連続的に回転するにつれて、180°から360°の範囲内で、プランジャーはスワッシュプレートの制約の下で下死点から引き戻し始め、プランジャーキャビティの体積は上死点まで連続的に減少します。このプロセスでは、プランジャーキャビティはちょうどポートプレート5のオイル圧ウィンドウと接続され、オイルがオイル圧ウィンドウを通じて排出されます。これがオイル圧プロセスです。シリンダーブロックの1回転ごとに、各プランジャーは半サイクルのオイル吸引と半サイクルのオイル圧を行います。ピストンポンプが原動機によって駆動され、連続的に回転する場合、オイルを連続的に吸収し、圧力をかけることができます。

ストレートシャフト軸ピストンポンプの動作原理については、以下の点に注意する必要があります。

① 可変問題 スワッシュプレートとシリンダー軸との間の傾斜角がγであり、ポンプの排気量は傾斜角に関連しているため、スワッシュプレートの傾斜角が調整できない場合、定量ポンプにすることができます。スワッシュプレートの傾斜角が調整可能な場合、プランジャーストロークの長さを変更できるため、ポンプの排気量を変更できます。つまり、可変排気量ポンプを作成し、スワッシュプレートの傾斜角の方向を変更することで、油の吸引と圧力の方向を変更できます。つまり、双方向ポンプ、可変ポンプになります。

スワッシュプレートの外部寸法と支持形状は、可変排量ポンプの外部寸法と重量に直接影響します。スワッシュプレートには、トラニオン型とブラケット型の2つの典型的な構造があります。前者のトラニオンの反力R1 [図C（a）]は、プランジャーアセンブリの合力Fの作用点から遠く離れています。十分な剛性と強度を持つためには、スワッシュプレートのサイズを大きくする必要があるため、スワッシュプレートがスイング中に占めるスペースが増加します。後者のトラニオンの反力R1 [図C（b）]とプランジャーアセンブリの合力Fとの距離は非常に小さく設計できます。近年、スワッシュプレートの剛性の問題は基本的に存在せず、同時に形状も小さくなっているため、スイング中に占めるスペースが減少し、ポンプの重量が大幅に減少しています。

② フリクションペア軸ピストンポンプには、典型的なフリクションペアが3組あります：プランジャーヘッドとスワッシュプレート；プランジャーとシリンダーボア；ポートプレートとシリンダーフェイス。これらのフリクションペアの主要部品は、高い相対速度と高い接触圧力の摩擦条件下にあるため、摩擦と摩耗はポンプの体積効率、機械効率、作業圧力、耐用年数に直接影響を与えます。

③ プランジャーとスワッシュプレートの接触形式には、ストレート軸軸ピストンポンプのプランジャーヘッドとスワッシュプレートの間に2種類の接触形式があります：点接触と面接触。ボールヘッド点接触軸ピストンポンプの構造はシンプルですが、ポンプが作動しているとき、ピストンヘッドとスワッシュプレートの接触点には大きな押し出し圧力がかかります。例えば、プランジャーの直径 d = 20 mm、スワッシュプレートの傾斜角 γ = 20 °、作動圧力 P = 32 MPa の場合、プランジャーヘッドによって生じる押し出し力は f = 10.7 kN に達することがあります。押し出し力を減少させるためには、ピストン直径 D とポンプ作動圧力 P を制限する必要があるため、点接触軸ピストンポンプは高圧および大流量の状況では使用できません。このため、面接触ピストンポンプが登場し、ほとんどのスワッシュプレート軸ピストンポンプ製品で広く使用されています。

図Dに示すように、表面接触プランジャーポンプは通常、プランジャー6のボールヘッドにスリッパ（スリッパとも呼ばれる）2を装備しており、シリンダー孔内の圧力油はプランジャーとスリッパの間の小穴を通ってスリッパオイル室に流れ込み、スリッパとスワッシュプレートの接触面の間に静水圧推力支持を形成します。これにより、プランジャーとスワッシュプレートの間の潤滑面接触が生じ、プランジャーとスワッシュプレートの摩耗と摩擦損失が大幅に減少し、ポンプの作動圧力が大幅に増加します。しかし、その構造は複雑でもあります。図Dに示すように、ほとんどのボールとソケットのスリッパおよびプランジャーボールヘッドは、転がりとボールラッピングプロセスによってヒンジ接続されています。さらに、接続ロッドスリッパ[図e（a）]があり、これは基本的にボールソケットスリッパと同じですが、スリッパ1にボールヘッドが作られており、コラムがシリンダーボアにより深く挿入されるようになっており、接続部分の強度と抗汚染能力を向上させています。スワッシュプレートの一端の支持面には、いくつかの同心溝3が作られており、補助支持面を形成して接触特定圧力を低減します。図e（b）は、プレロード装置を示しており、初期状態（シャットダウンなど）でボールヒンジの接合面に大きな汚染物質が入るのを避け、抗汚染能力を向上させることができます。

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