油圧スイベル スリップ リング: 適切なデザインを選択してください

油圧スイベルとスリップ リングの組み合わせユニットを使用すると、回転中心に油圧、電力、および制御信号を送りながら、機械を連続的に回転させることができます。また、油圧スイベル スリップ リング、スリップ リング付き油圧ロータリー ユニオン、または単にスリップ リング付きロータリー ジョイントと呼ばれる同じコンポーネントが見られる場合もあります。名前が何であれ、エンジニアリング上の問題は同じです。構造が回転する間、ホースやケーブルがねじれることなく、オイルの流れと信号をきれいに保ちます。

すべてのマシンに最適な単一の設計はありません。正しい選択は、利用可能なスペース、油圧通路の数、電気回路と信号の種類、デューティ サイクル、環境への曝露、メンテナンスへのアクセス、およびコスト目標によって決まります。ほとんどの OEM 設計は、3 つのレイアウト -、分離、半統合、完全統合 - に分類され、それぞれが適切な状況における正解になります。目標は、最も複雑なユニットや最も密封されたユニットではありません。アプリケーションが決して使用しない保護や統合に費用を支払うことなく、実際の動作要件を満たす設計です。

エンジニアリングノート:油圧スイベルとスリップリングは 1 つのシステムとして指定する必要があります。油圧ポートのレイアウト、ケーブルの出口、トルク反力、熱経路、保守アクセスはすべて相互に影響します。油圧側での決定が電気側を制約することはよくありますが、その逆も同様です。

油圧スイベルとスリップリングの組み合わせユニットとは何ですか?

油圧スイベル - は油圧ロータリー ユニオン - とも呼ばれ、流体を静止構造から回転構造に移送します。高所リフト、トラック クレーン、林業用アタッチメント、回転プラットフォーム、産業用ターンテーブルなどの機械では、油圧オイルが下のシリンダー、モーター、ブレーキ、またはバルブに電力を供給し続けている間、上部構造が回転します。

電気スリップリングは電気に対しても同じ働きをします。ケーブルを巻き取ることなく、電流、センサーデータ、制御コマンド、エンコーダーフィードバック、および固定部分と回転部分の間の通信ラインを渡します。

これら 2 つの機能が 1 つの回転アセンブリを共有するように設計された場合、その結果は、スリップ リング ユニオン、スリップ リング付きロータリー ジョイント、またはスリップ リング付きロータリー ユニオンとも呼ばれる組み合わせユニット - になります。実際には、すべてのホースとワイヤーが整理され保護された状態でありながら、機械の回転部分が自由に動き続けるようになります。

回転機器に流体と電気の両方の伝達が必要な理由

ほとんどの回転機械は機械的な動き以上のものを必要とします。作業を行うためには油圧力、それに指令を与えるための電気制御、そして何が起こっているかを確認するためのフィードバック信号が必要です。

トラックに取り付けられた高所リフトに乗りましょう。{0}油圧の力でブームを上げたり伸ばしたりする一方で、オペレーターのコマンドは可動構造上のバルブや電気システムに伝達される必要があります。適切なロータリー ジョイントがないと、タレットが旋回するときにホースとワイヤがねじれ - 回転が制限され、絶縁体が擦れ、最終的には漏れや開回路が発生し、現場での手直しが必要になります。

同じロジックがモバイル機器や産業機器全体で実行されます。昇降作業台用スリップリング、トラック{0}}搭載クレーン、林業収穫ヘッド、回転掘削機アタッチメント、海洋デッキ機器、産業用回転テーブル、風力および再生可能エネルギー システム-。機械の移動距離が限られているだけの場合は、ケーブル チェーンまたはホース ループで十分な場合があります。設計で連続 360 度回転が必要な場合は、通常、油圧スイベルとスリップ リング アセンブリがよりクリーンで信頼性の高いソリューションとなります。

エンジニアリングノート:スリップ リング セクションが CAN バス、イーサネット、またはエンコーダ フィードバックを伝送する場合は、ハウジングのスタイルが固定される前に電気設計を見直してください。機械的なレイアウトが固定されると、信号の完全性を修正するのははるかに困難になります。

分離型 vs 半統合型 vs 完全統合型油圧スイベルおよびスリップ リングの設計

ほとんどの組み合わせユニットは 3 つのレイアウトに分類されます。違いは主に、スリップ リングが油圧スイベルに対して配置される場所と、スリップ リングがどれだけ囲まれているかです。

分離されたデザイン

分離レイアウトでは、油圧スイベルとスリップ リングは同じ回転システムに属しますが、スリップ リングはスイベル本体から離れたチューブ、ベース キャスティング、またはサポート ブラケットに取り付けられます。

これは、機械構造がすでにロータリー ジョイントを保護している場合にうまく機能します。スリップリングを別々に取り付けると、ハウジングが単純になり、カスタム加工が少なくなり、スイベル内の電気セクションを密閉する必要がなくなるため、通常はコストが削減されます。また、スリップ リングへのアクセス、カバー、交換が容易になり、油圧による熱が接点から遠ざかるのを防ぎます。多くの回路を備えた背の高いスリップ リングは、多くの場合、この方法でパッケージ化するのが簡単です。トレードオフは、軸方向のスペースと追加の取り付け金具です。-電気部分の保護が不十分なため、ジョイントが屋外に放置され、洗い流し、スプレー、または破片にさらされる場合、分離された設計は間違った判断となります。

半-統合された設計

半統合型レイアウトでは、スリップ リングは油圧スイベルの真上または真下に取り付けられますが、独自のカバーは維持されます。-これは中間点であり、電気セクションにアクセスできるままでありながら、分離した設計よりもコンパクトで取り付けが簡単です。

通常、コストは他の 2 つの中間であり、主な設計リスクは細部にあります。- ユニットの回転時にワイヤにストレスがかからないよう、ケーブル出口と張力緩和を慎重に計画する必要があります。アプリケーションが完全に密閉された耐洗浄性のパッケージを本当に必要とする場合、これが正しい選択であることはほとんどありません。-

完全に統合された設計

完全に統合されたレイアウトでは、スリップ リングは油圧スイベル構造の内部に存在するか、油圧スイベル構造にしっかりと組み込まれています。その結果、堅牢でコンパクトですが、より専門化されたものになります。

この保護は本物であり、それは密閉されたハウジング、露出したインターフェースの減少、保護されたケーブル出口、より高い保護などの特定の機能によってもたらされます。スリップリングのIP定格、耐腐食性の素材。-そのため、接合部に泥、破片、雨、洗い流し、海水がかかる場合や、スペースが非常に狭くてできるだけきれいなパッケージが優先される場合には、このスタイルが自然な選択となります。これらの保護主張の背後にある分類とテスト方法は、国際規格で定義されています。IEC 60529、粉塵や水の侵入に対する IP コードを定めています。

追加の保護は無料ではありません。密閉性とより緊密な統合により、設計と製造のコストが上昇し、サービスへのアクセスが難しくなり、将来の電気的変更がより制限されます。スリップ リングに多くの回路が搭載されている場合、密閉エンクロージャが大きくなり高価になる可能性があります -。機械がすでに接続部を保護している場合は、通常、軽量で保守しやすい設計が賢明な選択です。

最も統合されたユニットが自動的に最良になるわけではありません。密閉型設計は、保護されたアプリケーション用に過剰に構築される可能性があります。また、マシン フレームがすでに保護を行っている場合は、分離型設計の方が信頼性が高く、経済的な解決策となる可能性があります。{1}

油圧通路、回路、信号要件を指定する方法

優れた選択は、ほとんどの場合、優れた仕様です。レイアウトを比較する前に、5 つの質問に答えてください。

ステップ 1: ローテーション要件を定義する

まずはモーションから。回転は 360 度連続して行われますか? それとも前後に回転しますか?継続的ですか、それとも断続的ですか?最高速度はどれくらいで、1日何時間くらい回るでしょうか？衝撃、振動、横荷重、位置ずれはありませんか?クレーンの低速旋回と高速回転テーブルでは、ベアリング、シール、接触材料、熱、耐用年数に対して非常に異なる要求が課されます-。そのため、回転プロファイルがその後のほぼすべての決定を決定します。

ステップ 2: 油圧要件の確認

流体側を定義します: 油圧通路の数。媒体（作動油、水、冷却剤、または空気）。動作圧力とピーク圧力。温度;流量;ポートサイズとネジ山。シールの互換性。許容漏れ。そして汚染のリスク。油圧スイベルは、シャフトを通る単なる穴のセットではありません - 内部通路、シール、ベアリング、表面仕上げ、および圧力定格はすべて実際の用途に一致する必要があります。

ステップ 3: 電気要件と信号要件を確認する

スリップリング部も同様の詳細でご指定ください。回路の数、回路ごとの電流と電圧、およびどの回路が電力と信号を伝送するかをリストします。信号タイプを特定します - アナログ、デジタル、CANバス、イーサネット、エンコーダ、ビデオ、熱電対、センサーのフィードバック -、シールドの必要性、ノイズ感度、コネクタまたはケーブルの出口の要件、ハーネスの保護-。単純なバルブ制御にはまったく問題ないスリップ リングでも、機密データには適さない場合があります。コミュニケーションとフィードバックのラインについては、遅れて発見するのではなく、早めに話し合う必要があります。

エンジニアリングノート:従来の CAN バスは最大約 1 Mbit/s で動作し、かなりの量の電気ノイズを許容します。高速イーサネットとエンコーダのフィードバックは、はるかに寛容ではありません。これらについては、ハウジングが承認される前に、接点の材質、回路の分離、およびシールドを決定する必要があります。

ステップ 4: スペース、取り付け、環境保護を確認する

多くの場合、機械的な梱包によって最終的なレイアウトが決まります。最大外径と高さ、貫通穴の要件、取り付け方向、ケーブル{2}出口方向、ホース-の配線スペース、設置とサービスのためのアクセスを確認してください。次に、泥、水、粉塵、塩水噴霧、衝撃、高圧洗浄などの暴露について正直に話してください。-密閉されたタレット内に埋め込まれたジョイントは、分離型または半一体型のスタイルを使用できます。-オープンに取り付けられたジョイントは、完全に密閉された設計を正当化する可能性があります。このステップをスキップすると実際のコストがかかります。- 数回の洗浄サイクル後に腐食したコネクタや、回転中に信号がドロップした場合は、ほとんどの場合、コンポーネントの故障ではなく、パッケージングと保護の問題です。{10}}

ステップ 5: コスト、保守性、リスクのバランスを取る

サウンドデザインは、不必要な複雑性を持たずに要件を満たします。過剰な設計は、コスト、高さ、リードタイム、メンテナンスの困難さを増大させます。- -設計下では、漏れ、電気ノイズ、ケーブルの損傷、シールの破損、ダウンタイムが発生します。有益な質問は「どのユニットが最も強いのか?」ということではありません。しかし、「システムの総コストを最小限に抑えながら、必要なパフォーマンス、保護、アクセス、信頼性を実現できる設計はどれでしょうか?」ブラケット、現場配線、調整作業、メンテナンスのダウンタイムを含めると、最低単価が勝つことはほとんどありません。

アプリケーション-ベースの選択例

同じ 3 つのレイアウトが、機器の種類を問わず何度も表示されます。いくつかの代表的なケースを次に示します。これにより、トレードオフがどのように影響するかがわかります。-文書化された油圧-電気ロータリー ジョイント プロジェクト.

トラック-搭載型高所リフト

ロータリー ジョイントは通常、保護されたタレット内に設置されるため、汚染のリスクは中程度であり、最も重要なのは回路数、サービスへのアクセス、およびコストです。ここでは、分離型または半一体型の油圧スイベルがうまく機能します。-接合部を過度に密閉すると、構造自体が既に保護を行っているため、コストが増加し、メンテナンスが困難になりますが、実際の利益は得られません。

林業収穫責任者

ここの環境は、-の泥、木くず、衝撃、そして絶え間ない振動にさらされています。完全に統合された密閉ユニットは、接点やシールへの単一の汚染経路によってヘッドが使用できなくなる可能性があるため、コストがかかります。保護性と堅牢性は保守性を上回ります。

マリンデッキクレーンまたはウインチ

実際に水が内部に侵入しない場合でも、塩水噴霧、湿気、腐食が影響を及ぼします。耐食性材料を使用した密閉または完全に統合された設計がより安全な仕様であり、材料の適合性は浸入定格と同じくらい重要です -エンクロージャは水の浸入を防ぎ、塩化物が豊富な雰囲気でも腐食します-。の船舶用回転機器に使用される腐食-保護方法選択時に検討する価値があります。

用意する仕様データ

見積もりをリクエストする前に、要件を 3 つのグループに分類すると役立ちます。以下の表は、アプリケーションに合わせて絞り込むための典型的な例とともに、確認事項をリストしたものです - これらは開始点であり、固定された制限ではありません。

油圧側

電気面

機械側

よくある選択の間違い

単価だけで選ぶ

追加のブラケット、現場配線、調整、または頻繁なサービスが必要になると、最も安価なユニットでも設置コストが最も高くなります。品目ではなく、システムの合計コストを比較してください。

電源回路と信号回路を同じように扱う

電源回路と高感度信号には異なるニーズがあります。権利がなければシールドと接触-材料の選択、分離、またはルーティングの際、データ ラインはノイズを拾い、回転時のみに - がドロップアウトすることが多いため、障害を追跡するのが困難になります。

過剰な-シェルタージョイントの統合

保護されたアプリケーション上で完全に密閉された設計は、ほとんどの場合、コストとサービスの困難を伴います。保護を実際の暴露に合わせてください。

環境暴露を過小評価する

ジョイントに水、破片、腐食、または高圧洗浄が見られる場合、基本的なカバーでは十分ではありません。開始時に保護を決定します。現場での故障後にそれを改造すると、はるかに費用がかかります。

油圧側と電気側を分離して設計する

ポートのレイアウト、ケーブルの出口、トルクの反応、熱、サービスへのアクセスはすべて相互作用します。別々のパーツとして選択されたため、マシン上で互いに戦う傾向があります。

最終的な考え

油圧スイベルとスリップ リングの組み合わせユニットの選択は、カタログで選択するものではなく、技術的な決定です。適切な設計は、機械がどのように回転するか、スイベルが搬送する必要がある媒体は何か、スリップ リングが保護する必要がある信号は何か、環境がジョイントをどの程度脅かしているかによって決まります。スペースに余裕のある保護された機器は、多くの場合、分離されたレイアウトで最適に機能します。厳重な梱包は半統合を指します。-過酷な用途、湿った用途、またはコンパクトな用途には、完全に統合されたユニットが必要です。まず実際の動作条件を定義し、次にパフォーマンス、保護、設置、メンテナンス、およびシステムの総コストを考慮してレイアウトを比較検討します。