油圧ショベルの製品カタログで旋回スピードとか旋回トルクとか書いてあるけどどんな計算しているんだろうとか、単純にカタログ値を他のメーカーと比較していいのかなとか気になりませんか？
そんな訳で、今回は油圧ショベルの旋回性能の簡単な計算ツールを掲載します。
旋回性能ってどんなこと計算してるの
旋回性能といっても計算することは多岐にわたるが、今回は製品カタログに掲載されている旋回スピードと旋回トルクについて記載します。
まず、旋回スピードとはその製品の旋回最高スピードのことを指します。加速域をすぎて最高スピードに達した等速度直線運動時のスピードとして計算します。
次に旋回トルクですが、その製品が出しうる最高の旋回トルクを指します。旋回システムの最高圧力に達した静的な最高トルクとして計算します。
計算するためには以下のようなパラメータが必要になります。
- 油圧ポンプ最大流量（旋回時）
- 旋回システムの最高圧力
- 旋回モータの押しのけ容積
- 旋回装置の総減速比
- 旋回モータの容積効率
- 旋回装置の機械効率
- 旋回モーターの数量
今回はまずは旋回トルクの計算について紹介していきます。
油圧ポンプ最大流量（旋回時）
油圧ショベルの旋回時の油圧ポンプの最大流量は、油圧ショベルの旋回操作時には、掘削時や走行時の流量に比べて少ないことが多いです。
一般的に２ポンプシステムを採用している油圧ショベルにおいて、旋回時の油圧ポンプ最大流量は１ポンプ最大流量となります。
旋回モーター
油圧モーターは、油圧を利用して回転運動を発生させます。油圧モーターには、ベーンモーター、ギアモーター、ピストンモーターなどの種類があります。
油圧ショベルの旋回モーターではピストンモーターが多く使用されています。
メーカーのカタログから押しのけ容積、定格圧力、最高回転数などの仕様を知ることができます。
旋回システムの最高圧力はこの旋回モーターのリリーフ弁（上記定格圧力）の圧力のことを指します。
減速比
減速比とは、入力側の回転数と出力側の回転数の比率を表します。例えば、入力側の歯車が15枚、出力側の歯車が30枚の場合、減速比は2になります。
減速比が大きいほど、出力側の回転数は入力側よりも低くなりますが、出力トルクは増加します。
つまり、減速比が大きいほど、出力側の力が強くなります。
旋回システムの総減速比とは旋回減速機の減速比。および減速機と（旋回ベアリングの）旋回ギヤとのギヤ比により求めます。
効率（損失）
油圧モーターの効率には、容積効率と機械効率があります。容積効率は、油圧モーター内部ですきま等からの漏れなどによる容積的な損失が発生することであり、ポンプの理論的吐出量と実際の吐出量との比を表します。機械効率は、摩擦損失や回転体の油中撹拌抵抗や各油路の管路損失による実出力トルクと理論出力トルクの比を表しています。
減速機の機械効率は、歯車の形状や材質、潤滑状態、歯車の精度などによって異なりますが、一般的には90%程度とされています。
計算ツール（旋回トルク）
旋回トルクの計算式は以下の通りです
$$T=\frac{q*P*i*η*n}{2000π}$$
- q: 旋回モーター押しのけ容積 [cm^3]
- P:旋回システム最高圧力[MPa]
- i:旋回装置の総減速比 [-]
- η:機械効率 [-]
- n:旋回モーター数量 [-]
では下記フォームに各パラメータの数値を入力し計算してみてください。
まとめ
以上、今回は油圧ショベルの旋回性能のうち、旋回トルクの計算方法と計算ツールの紹介をしました。
減速比や効率はメーカー、製品、使用条件により変わります。
設計にたずさわる方は本内容を参考にぜひ自分で試しに計算してみてください。
旋回速度の計算についてはこちらの記事で紹介してますので併せてご覧ください。
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