油圧アキュムレータ
およびリフトシリンダー回路
エネルギー貯蔵・高速応答・ライドコントロール

充電
段階

リフトシリンダーの要求サイクルとサイクルの間に、ポンプはアキュムレータを最小圧力（P1）から最大圧力（P2）まで充電します。ポンプは定格流量で運転され、小型ポンプでもサイクル間隔中にアキュムレータを完全に充電できます。蓄えられたオイル量は、次のリフトシリンダーの要求に利用できるエネルギー量を表します。アキュムレータがリフトシリンダーを適切にサポートするためには、次の要求が発生する前にポンプがアキュムレータを完全に再充電できるだけの十分な長さのサイクル間隔が必要です。

要求
段階

リフトシリンダが流量を要求すると、アキュムレータはバルブと配管抵抗によってのみ制限される速度で吐出します。吐出開始後数秒間は、ポンプの定格出力の5～10倍に達する可能性があります。ポンプも同時に流量を供給しますが、ピーク需要の大部分はアキュムレータによって供給されます。アキュムレータの圧力がP2からP1に向かって低下するにつれて、吐出速度は低下し、ポンプの供給量が増加します。アキュムレータが空になるにつれて、リフトシリンダへの圧力供給は徐々に低下します。

プレッシャー
制限

アキュムレータの吐出時に圧力が低下するということは、ストロークが進むにつれてリフトシリンダにかかる力が小さくなることを意味します。これは、ストローク全体を通して一定の力を維持する必要がある用途において特に重要な考慮事項です。一定の力が必要な場合は、アキュムレータの圧力範囲P2/P1を、リフトシリンダが全負荷でストロークを完了するために必要な最小圧力P1よりも高い圧力に設定する必要があります。P2/P1比が広いほど使用可能なエネルギーは増えますが、圧力変動も大きくなります。一方、P2/P1比が狭いほど力は安定しますが、蓄積エネルギーは少なくなります。

回路
要件

プラットフォームが上昇している間は、ポンプモーターが数時間停止していた場合でも、アキュムレータは常に最低限必要な圧力まで充填されていなければなりません。アキュムレータは、緊急降下指令（手動プッシュボタンまたは自動停電検出）があった場合にのみ開くソレノイドバルブを介してリフトシリンダに接続されています。流量は流量制御バルブを通して計測され、制御された降下速度を実現する必要があります。アキュムレータからリフトシリンダの戻りラインへの制御されていない吐出は、プラットフォームが制御不能な速度で危険な速度で降下する原因となります。

音量
必須

アキュムレータは、リフトシリンダを最大高さから床面まで下げるのに十分な量のオイルを供給する必要があります。この量は、キャップ端面積に最大ストロークを乗じた値に等しくなります。V_cylinder = A × stroke。内径100 mm、ストローク1200 mmのリフトシリンダの場合、V_cylinder = (π/4 × 0.1²) × 1.2 = 9.4リットルとなります。アキュムレータは、少なくともこの量のオイルを供給しつつ、下降中ずっと流量制御弁を開くのに必要な最小圧力以上の圧力を維持する必要があります。そのため、ガスの膨張と圧力維持を考慮して、アキュムレータの総容量は通常、必要なオイル量の2～3倍になります。

監視
要件

EN 280では、非常用アキュムレータに圧力スイッチを設置し、アキュムレータ圧力が完全な緊急降下に必要な最低圧力を下回った場合に、オペレーター席で視覚または聴覚アラームを発することを義務付けています。これにより、オペレーターは緊急降下機能が必要となる状況が発生する前に、その機能が損なわれていることを把握できます。アキュムレータ圧力は、各プラットフォームの点検時に最低圧力以上であることを確認しなければなりません。アキュムレータ圧力が低い場合は安全上の不適合となり、機械を使用する前に解決する必要があります。

①

必要な使用済みオイル量： ΔV = 8リットル

②

気体の法則係数（断熱、n = 1.4）： 比率 = (P2/P1)^(1/1.4) = (200/160)^0.714 = 1.25^0.714 = 1.175

③

P1（最小作動圧力）におけるガス量： V_gas_P1 = ΔV / (1 − 1/比率) = 8 / (1 − 1/1.175) = 8 / 0.149 = 53.7リットル

④

事前充電からの蓄電池総容量： V_total = V_gas_P1 × (P1/P0)^(1/n) = 53.7 × (160/140)^(1/1.4) = 53.7 × 1.143^0.714 = 53.7 × 1.101 = 59.1リットル → 60リットルの蓄電池を選択してください

⑤

検証： P2 = 200 bar の場合、ガス量 = 60 × (140/200)^(1/1.4) = 60 × 0.7^0.714 = 60 × 0.744 = 44.6 リットル。使用可能なオイル = 60 − (60 × (140/160)^0.714) = 60 − 53.7 = 6.3 リットル。8 リットルの余裕を確保するために、65 リットルのアキュムレータに調整します。V_total ≈ 65 リットル。 選択済み：65リットルブラダーアキュムレーター、P0 = 140 bar、P2 = 最大200 bar

Q01

リフトシリンダー回路のアキュムレータを交換する必要があります。ピーク流量性能を向上させるために、より大型のアキュムレータを取り付けることは可能でしょうか？

はい、大型のアキュムレータは使用可能なオイル容量を増やすことでピーク流量を向上させますが、交換前にいくつかの制約があります。まず、機械の取り付け部と配管接続部は特定のサイズにしか対応できない場合があります。利用可能な物理的なスペースを確認してください。次に、アキュムレータの安全弁（回路に取り付けられている場合）は、オイル容量の増加に合わせて再定格が必要になる場合があります。大型のアキュムレータは故障時に多くのオイルを放出する可能性があり、潜在的な危険性が高まります。3つ目に、アキュムレータの総容量が大幅に増加すると、ポンプとモーターの再充電時間が長くなる場合があります。次のリフトシリンダの要求が発生する前に、サイクル間隔が満充電に達するのに十分であることを確認してください。4つ目に、PED分類が変わる可能性があります。同じ圧力でより大きな容器を使用すると、より高いPEDカテゴリに移行し、異なるレベルの適合性評価が必要になる場合があります。大型ユニットを取り付ける前に、これら4つの考慮事項すべてを確認してください。これらの制約が満たされていれば、大型のアキュムレータはリフトシリンダ自体を変更することなく、ピーク流量性能を簡単に向上させることができます。

Q02

AWP緊急降下回路のアキュムレータのプリチャージを点検したところ、ガス側にオイルが混入していることが分かりました。これは何を示しているのでしょうか？

アキュムレータのガス側にオイルが混入している場合は、分離要素（ブラダーまたはダイヤフラム）が故障していることを明確に示しています。オイルと窒素が分離されなくなっているためです。アキュムレータはエネルギー貯蔵装置として機能しなくなり、直ちに使用を中止する必要があります。AWP緊急降下アキュムレータの場合、これは機械の緊急降下機能が使用できないことを意味します。アキュムレータを交換して緊急機能を確認するまで、作業員が昇降した状態で機械を操作してはなりません。ブラダーを交換するには、オイル側を完全に減圧し、ガスバルブから窒素を排出し、アキュムレータを分解し、故障したブラダーを取り外して廃棄し、新しいブラダー（元のブラダーと同じ材質とサイズ）を取り付け、再組み立てし、指定された事前充填圧力まで窒素を再充填し、回路に再接続する前に事前充填を確認します。サービス施設から離れた場所に設置された高所作業車（AWP）の緊急降下システムには、必ず予備のアキュムレータブラダーを携行してください。2年ごとの点検間隔では、特に高頻度使用の場合、点検の間にブラダーが故障しないとは限りません。

Q03

フォワーダーのライドコントロールは作動しているのですが、それでもブームが荒れた地面で激しく跳ね上がります。アキュムレーターが故障したのでしょうか？

ライドコントロール作動時に激しく跳ねる場合、最も一般的な原因は、窒素プリチャージ圧力がリフトシリンダー作動圧力に対して高すぎることです。つまり、アキュムレータが硬すぎてブームが動かなくなっています。これは、ある負荷条件でプリチャージが正しく設定されているにもかかわらず、機械がそれよりもかなり軽い負荷で使用される場合に発生します。低い作動圧力でブームリフトシリンダーの負荷が軽いということは、アキュムレータのガススプリングが圧縮しようとする力に対して硬すぎることを意味します。プリチャージを確認してください。現在の負荷で公称リフトシリンダー作動圧力の90%を超えている場合、ライドコントロールは効果がありません。プリチャージを、最も軽い典型的な負荷での最小リフトシリンダー作動圧力の60～70%に下げてください。二次的な原因としては、ライドコントロールソレノイドバルブが部分的に閉じていることが考えられます。バルブスプールの動きを確認して、ライドコントロールが作動しているときにバルブが完全に開いていることを確認してください。最後に、アキュムレータのチェックバルブが閉じたままになっていないことを確認してください。閉じたままになっていると、上昇時のバウンド中にブームが伸びなくなり、左右非対称の片側だけの乗り心地になります。

Q04

既存のリフトシリンダー用アキュムレータを、ピーク流量供給と緊急降下という複数の機能に同時に使用することは可能でしょうか？

技術的には可能ですが、両方の機能が共有アキュムレータから十分なエネルギーを受け取れるように、慎重なサイズ選定と回路設計が必要です。共有の主なリスクは、ピーク流量需要イベントによってアキュムレータが完全に、または部分的に放電され、その後の緊急降下イベントに必要な圧力と容量が不足することです。安全に共有するには、アキュムレータのサイズを両方の要件の合計にする必要があります（大きい方のサイズではありません）。さらに、回路には、ピーク流量機能によってアキュムレータが緊急降下に必要な最小圧力以下に低下するのを防ぐ最小圧力スイッチを含める必要があります。圧力が緊急最小値まで低下すると、優先弁がピーク流量回路を遮断し、残りのエネルギーを緊急降下専用に確保します。この優先回路設計は、個別の専用アキュムレータよりも複雑で、優先弁に新たな単一障害点が生じます。緊急降下機能が安全上重要な人員輸送プラットフォームでは、メインシステムによって充電され、他のすべての需要から隔離された、緊急降下専用のアキュムレータを使用するのが、最も推奨され、最も信頼性の高い方法です。ピーク流量需要は、安全機能を損なうことなく、リフトシリンダ回路内の独立したアキュムレータによって処理されます。