JP4724565B2 - 油圧装置 - Google Patents

Description

本発明は、重量物の搬送、昇降、移動装置に用いる油圧装置に関するものである。

従来、重量物の搬送、昇降、移動装置に用いる油圧装置としては、特許文献１に開示されているように、高熱下で使用される油圧装置に供給される水−グリコール系作動油の貯蔵タンクにおいて、タンクをパッキングを介して密閉蓋を被せて気密性を維持した構造とし、タンクの気相側壁面にタンク内圧力保持機能を有する排気装置と、不活性ガス圧入装置を取り付け、更にタンクの液相側壁面に作動油の導出口、導入口を設けた水−グリコール系作動油の貯蔵タンクが提案されている。即ち、これは、水−グリコール系作動油の貯蔵するタンクに不活性ガス供給装置とリリーフ弁を取り付けて、油圧の昇降に合わせて常時新しい不活性ガスを供給してタンク内圧力を一定に保持する機能を有した貯蔵タンクである。

上述の貯蔵タンクの基本動作を図２を以て説明する。図２において、差動油Ａが油圧機器の動作に伴い油面が下がると、ガスの圧力が低下し不活性ガスボンベから自動的に不活性ガスが供給される。また、油圧機器の作動状況によって、油面が上昇しタンク上部の空間Ｂの圧力が規定値以上に上昇すると、リリーフ弁７から大気中に余剰ガスが放出されて空間Ｂの圧力を或る一定の範囲に維持するように構成されている。

上記提案における油圧装置においては、タンク上部空間Ｂに不活性ガスを充填することで空気中の酸素と作動油の接触を回避し、作動油の酸化による変質を防止しうる。しかしながら、この提案における油圧装置には次のような問題点がある。
１）作動油Ａのレベル変動により常に新しい不活性ガスがタンク上部空間Ｂに吹き込まれ るため、防錆油や水分など作動油中に含まれる揮発性成分の消耗が激しく作動油組成 と特性の維持が不可能である。
２）油圧装置動作に伴い、ボンベ５中の不活性ガスが消耗するとタンク上部空間Ｂの圧力 が低下し、ポンプ入側圧力が不足して、キャビテーションが発生し、機器を破損する 危険性がある。
３）不活性ガス用リリーフ弁７や減圧弁６が故障すると、タンク上部空間Ｂの圧力を適正 に維持することが不可能となり、タンクの破裂やキャビテーションの原因となる。

このように、特許文献１における技術では油圧タンクおよび付属機器の管理が必要である上に、作動油特性の維持が難しいという欠点を有しており、密閉式とはいえ必ずしも密閉状態にない油圧装置といえる。

この油圧装置に用いられる動力媒体液は、一般に石油系作動油と合成作動油があるが、通常は酸化安定性、潤滑性、粘度特性、低温流動性、防錆性、抗乳化性、消泡性の観点から石油系作動油が用いられている。特に、鉄鋼製造、大型射出成形および鍛造分野などの高熱環境下での重量物の搬送、昇降、移動装置に使用される油圧装置の作動油は、設備を火災などから守る必要性から難燃性という特性が要求されている。この難燃性の特性を有する作動油としては合成系または水成性があるも、引火点がないという観点から水−グリコール系作動油が専ら使用されている。この水−グリコール系作動油は、エチレングリコール：３５〜４５％、増粘剤としてのポリグリコール：１０〜２０％、水：３５〜４５％という組成を有している。

上述したような、管理すべき作動油が防錆油などの揮発性成分を含んでいる場合、或いは水−グリコール系作動油のように成分中に３５〜４５％という多量の水分含有率である場合、成分組成含有率の管理が重要な場合、作動油の酸化防止のみならず、揮発成分の蒸発を極力防止することが極めて重要となる。油圧装置における作動油の特性の維持については従来技術でも成分の酸化防止は可能であったが、成分の一部が抜けてしまう現象を防止することは不可能であった上に、構造が複雑で維持管理に手間がかかるという欠点も有している。特に、鉄鋼製造分野における鋳造、圧延設備に付帯する油圧装置においては７００℃以上、場所によっては１０００℃近傍の高温に曝される使用環境では、特許文献１で提案されたような油圧装置では、不活性ガス供給装置、或いはリリーフ弁、減圧弁或いはシール用パッキングを通じて揮発性成分の蒸発、水分の蒸発が著しく、特許文献１で提案されたような油圧装置では使用に耐えないという欠点を有している。

また、上述した鉄鋼製造分野における鋳造、圧延設備に付帯する油圧装置は高温半製品を搬送する台車上にこの油圧装置が搭載される。その数は高温半製品の搬送台車の数だけ必要となり、その数は膨大なものとなる。そのために、上述した問題が派生した場合にはそのメンテナンスに膨大なコストと手間がかかるという問題も抱えている。

実開昭６１−１８４１０１号公報

本発明は、完全密閉式の油圧タンク構造とすることにより高温下での使用においても揮発性成分の蒸発、水分の蒸発を防止し、しかも一旦タンク内に気体を充填・封入した後は気体の入替を不要とした全く新規な油圧装置を提供するものである。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その要旨は次のとおりである。
（１）油圧装置の水−グリコール系作動油を貯蔵する油圧タンクにおいて、前記油圧タンク本体内に貯蔵された水−グリコール系作動油とこの水−グリコール系作動油に接し充填・封入された気体で構成される密閉式タンクとして構成し、前記油圧タンクの水−グリコール系作動油にかかる圧力が水−グリコール系作動油に含有される揮発成分（水分を含む）の蒸気圧以上の圧力に常時維持されていることを特徴とする油圧装置。
（２）前記気体が、空気、窒素ガスおよび不活性ガスの少なくとも１種であることを特徴とする（１）記載の油圧装置。
（３）前記油圧タンクが、加圧気体封入式の密閉油圧タンクであることを特徴とする（１）記載の油圧装置。

本発明によれば、油圧装置の作動油の清浄度と特性が維持され、油圧装置の安定稼働が可能となるばかりでなく、従来方式では困難とされていた高温雰囲気内での移動機械、搬送機械への水−グリコール系作動油の適用が可能となり、火災防止などの防災上の信頼性が高まると共に、油圧装置作動油のメンテナンスを簡便にすることが可能となる。

本発明について図面を以て詳細に説明する。

図１は、本発明による油圧装置の概略構成図である。図１において、油圧タンク１は外気に対して密閉もしくは密閉可能な構造としている。この油圧タンク１の上部壁には、作動油補給口９、ガス補給口１０を設け、必要に応じて点検ハッチ（図示せず）を設けているが、全て外気に対してはバルブ、パッキンなどの密閉手段により密閉、もしくは密閉可能な構造としている。この油圧タンク１の内部には作動油Ａ（水−グリコール系作動油）が貯蔵されており、上部にはタンク上部空間Ｂがあり、この上部空間Ｂには気体を封入してある。この気体は、空気、窒素ガスおよび不活性ガスの何れか１種でよいが、通常は空気で十分である。即ち、油圧タンク１の内部に作動油Ａを貯蔵後、上部空間Ｂに空気を封入すれば、作動油Ａは一旦空気で酸化されるも、その後の追加酸化の恐れはなくなる。

作動油Ａは、油圧タンク１に接続された油圧ポンプ４によりアクチュエーター（図示せず）への行き配管２を介してアクチュエーターに供給され、また、アクチュエーターからの戻り配管３を介して油圧タンク１に戻るようになっている。油圧装置稼働中は、作動油の油面は各機器の固有の最高油面１１から最低油面１２の間で変動する。本発明における油圧タンク１は、油圧装置稼働中は完全密閉状態であるため、油圧タンク１の上部空間Ｂの気体、具体的には空気の圧力は油面レベルによって変動する。上部空間Ｂの圧力と油面レベルの関係は、レベル変動が穏やかで等温変化であり、タンク上部空間Ｂの気体が理想気体であると仮定すれば、近似的に下記式により表すことができる。

ＰＬ＝Ｖｈ×Ｐｈ／ＶＬ
ここで、Ｖｈは最高油面レベル時のタンク上部空間Ｂの気体体積、Ｐｈはこの時の圧力を表し、ＶＬは最低油面レベル時のタンク上部空間Ｂの気体体積、ＰＬはこの時の圧力、である。

一方、作動油の最低油面時の作動油の自重による圧力Ｐｄは、Ｐｄ＝Ｈ×ρ、で表すことができる。ここで、Ｈは作動油の最低油面からポンプまでの高さ、ρは作動油の密度、である。

次に、油圧装置の運転条件として、油圧装置運転中は常時下記条件が満足されるように設定する。

Ｐｖ＜ＰＬ＋Ｐｄ−Ｐｆ
ここで、Ｐｆはタンク１から油圧ポンプ４までの作動油の圧力損失である。

即ち、油圧装置が停止状態で作動油のレベルが最高油面レベル１１にある状態で、タンク上部空間Ｂの気体圧力Ｐｈが下記式を満足する範囲に設定し、気体を封じ込めてしまえば、その後は何も管理する必要はなくなるのである。

Ｐｖ＜（Ｖｈ×Ｐｈ／ＶＬ）＋Ｈ×ρ−Ｐｆ
Ｐｈ＞（Ｐｖ−Ｈ×ρ＋Ｐｆ）×ＶＬ／Ｖｈ
また、タンク上部空間Ｂに封じ込める気体は、上述したように、空気、窒素ガスおよび不活性ガスの何れか１種でよいが、不活性ガスであればそれに越したことはないが、空気で十分である。その理由は、不活性ガスはタンク内部の酸化防止に有効であるが、仮に、作動油Ａの体積とタンク上部空間Ｂの体積比を０．８：０．２とし、作動油Ａと空気との比重比を０．８５：０．００１５とすると、タンク内の作動油Ａと空気との重量比は２０００倍以上となる。更に、空気中の酸素の比率が２１％であることを考えると、その重量比は１００００倍以上となり、仮に初期に空気が封入されたとしても、直ぐに消費されてしまい、その後の酸化は起きないと考えられるからである。

図１に示す本発明による油圧タンク内に水−グリコール系の作動油と空気を封入した油圧装置と図２に示す従来の油圧タンク内に水−グリコール系の作動油を貯蔵し、タンク内圧力保持機能を有する排気装置、不活性ガス圧入装置、タンクの液相側壁面に作動油の導出口、導入口を設けた油圧装置とを搭載した搬送台車をそれぞれ製鉄所の熱間圧延ライン後面に配置し、熱間圧延して巻き取られたホットコイル（コイル温度：約７００℃、コイル単重：約２０トン）を高温状態のまま乗せて、数百メートル先の冷間圧延工場まで搬送した。この搬送は数十回／日行った。約１ケ月この状態で作業を継続した。その結果、従来の油圧装置では、油圧タンク内の水−グリコール系の作動油の成分を分析調査したところ、常時７００℃近傍の高温状態に曝され、それが長期の使用にわたるため、上記排気装置、不活性ガス圧入装置を通じて水分の蒸発、グリコール中成分の揮発が起こり、作動油中の水分が５０％程度まで蒸発しており、そのために作動油組成が変化していることが判明した。

このために、従来の油圧装置では、油圧タンク内の水−グリコール系作動油への水分補給、防錆剤の補給を行い、初期の作動油組成：エチレングリコール：３５〜４５％、増粘剤としてのポリグリコール：１０〜２０％、水：３５〜４５％に調整し直した。この分析調査・補給には少なくとも２週間を要する。その間に油圧装置の稼働は停止することになる。

この油圧装置を搭載したコイル搬送台車は、実際の熱間圧延ラインでは少なくとも１５〜２０台配置されているため、従来方式の油圧装置では大量かつ頻繁に分析・補給作業が要求され、煩雑でしかもメンテナンスコストが著しく浪費されることとなった。

一方、本発明による油圧装置においては、油圧タンクが密閉状態に構成されているために、作動油中の水分の蒸発、作動油の揮発が起こることはなかった。そのため、長期にわたる高温状態での使用にも何らメンテナンスが不要であった。

本発明による油圧装置の概略構成を示す断面図である。 従来の油圧装置の概略構成を示す断面図である。

符号の説明

１ タンク本体
２ アクチュエーターへの行き配管
３ アクチュエーターからの戻り配管
４ 油圧ポンプ
５ 不活性ガスボンベ
６ 減圧弁
７ リリーフ弁
８ 圧力計
９ 作動油補給口
１０ ガス補給口
１１ 作動油の最高油面
１２ 作動油の最底油面
Ａ 作動油
Ｂ タンク上部空間
Ｈ 油面の下限からポンプまでの高さ

Claims (3)

1. 油圧装置の水−グリコール系作動油を貯蔵する油圧タンクにおいて、前記油圧タンク本体内に貯蔵された水−グリコール系作動油とこの水−グリコール系作動油に接し充填・封入された気体で構成される密閉式タンクとして構成し、前記油圧タンクの水−グリコール系作動油にかかる圧力が水−グリコール系作動油に含有される揮発成分（水分を含む）の蒸気圧以上の圧力に常時維持されていることを特徴とする油圧装置。
2. 前記気体が、空気、窒素ガスおよび不活性ガスの少なくとも１種であることを特徴とする請求項１記載の油圧装置。
3. 前記油圧タンクが、加圧気体封入式の密閉油圧タンクであることを特徴とする請求項１記載の油圧装置。

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