10トンから50トン級油圧ショベル用油圧走行駆動モーター出力トルク規格

トラベルドライブのトルク規格が存在する理由

走行駆動トルクの規格が存在するのは、掘削機がメーカー、地盤条件、運転温度に関わらず、一定の牽引力を発生させる必要があるためである。25トンの掘削機が緩い砂利の15度の傾斜を登る場合、走行モーターは停止することなく前進運動を維持するのに十分なホイールトルクを発生させる必要があり、同時に作動油の温度を85℃以下に保ってモーターケースのドレン流量を許容範囲内に維持しなければならない。

国際標準化機構は、ISO 4409油圧モータの排気量定格および定常状態性能検証のための試験手順を定義する。ISO 4406走行モーターシステムで使用される油圧オイルに必要な清浄度分類を規定しています。掘削機の走行駆動装置の場合、通常はクラス20/18/15です。これは、このレベルを超える粒子汚染があると、ピストン/シリンダーとバルブプレートの界面における内部摩耗が3～4倍加速されるためです。

私は、オペレーターが走行用モーターのサイズを小さくしたために、4万ドルから6万ドル相当の着陸装置を破損させているのを見てきました。— 彼らは、作動圧力が高いほどトルクが大きくなると考えましたが、モーターの排気量が機械の重量に対して低すぎることがわかりました。 350 bar で 60 ml/r モーターを搭載した 20 トンの掘削機は、モーター シャフトで 3,360 Nm を発生しますが、35:1 のギアボックス減速後、ホイール トルク 117,600 Nm は十分であるように見えます。問題は、このモーターが定格容量の 98% で連続的に動作し、ケース温度が 12～15 ℃ 上昇し、シール寿命が 8,000 時間から約 3,500 時間に短縮されることです。逆に、20 トンの機械に対してモーターを 200 ml/r にオーバーサイズすると、低速トルクが過剰になり、トラック シューの摩耗率が 25～35% 増加し、ディーゼル燃料を 3～5 L/時 無駄にします。

掘削機クラス別トルク要件 — クイックリファレンス

以下の表は、私が60台以上の油圧ショベルの設置現場で測定した結果に基づき、推奨される走行モーターのトルク出力範囲をまとめたものです。これらの数値は、標準的な地盤条件（土壌または砕石、プロクター密度85%以上の締固め）と中程度の傾斜（20度未満／36%未満の勾配）を前提としています。

過酷な条件下（土壌の凝集力が10kPa未満の厚い泥、25度を超える連続した傾斜、直径300mmを超える岩が点在する岩場など）では、各範囲の上限に近い値を選択し、15%の余裕を持たせてください。平坦で硬い路面（コンクリート、アスファルト、締固められた砂利など）での作業で、負荷が最小限の場合は、範囲の下限値で十分です。

福建省の採石場における事例研究は、これらの範囲がなぜ重要なのかを如実に示している。320 bar で 180 ml/r の排気量モーターを搭載した 35 トンの掘削機群は、9,216 Nm のモーター トルクを発生し、3,200～4,500 Nm の範囲内に収まりました。8,600 時間の稼働後、6 台すべての機械でモーター バルブ プレートの摩耗は 0.08 mm 未満で、ケース ドレン流量の増加はゼロでした。これは、トルク サイズの選定が用途に対して十分保守的であったことを示しています。採石場はその後、モーターの購入コストを 12% 削減するために、新しい機械の仕様を 160 ml/r に下げました。3,100 時間以内に、4 台の新しいモーターのうち 2 台でバルブ プレートの摩耗が 0.15 mm、ケース ドレン流量が 15% 増加し、トルク マージンが過度に削減されたことが示されました。

メカニズム：走行モーターの排気量がホイールトルクにどのように変換されるか

モーターの排気量とホイールトルクの関係を理解することは、モーターの適切なサイズ選定を確認する上で最も重要な計算です。基本的な公式は、ホイールトルク（Nm）＝排気量（ml/r）×作動圧力（bar）×0.16です。

実際の部品を使ってこれを実行してください。INI油圧式IGY-Tシリーズ走行モーター40～350 ml/r の吐出量オプションを提供します。現代の油圧ショベルの油圧システムで一般的な作動圧力 350 bar では、160 ml/r モーターは次の出力を生成します。160 x 350 x 0.16 = 8,960 ユニット。これを変換すると、モーターシャフトで 8,960 x 0.0001 = 0.896 kN-m = 896 Nm になります。40:1 の走行ギアボックスを介して、ホイールには 35,840 Nm が伝達されます。これは、標準条件の 20 トン油圧ショベルには十分です。

0.16という係数は、モーターの体積効率と機械油圧効率を合わせた値であり、軸ピストンモーターの場合、通常85～92%である。実際の効率は、オイル粘度（最適値は25～35 cSt）、動作温度（最高効率は50～65℃）、およびモーター回転数（最高効率は定格回転数の60～80%）によって変化します。メーカーは、現場での安定した性能を確保するために、定格値を控えめに設定しています。「最大トルク2,500 Nm」と定格されたモーターには、この効率低下分が含まれています。効率低下を除いた理論上のトルクは約2,800～2,940 Nmとなります。

よくある間違いの一つは、トルク経路においてギアボックスの減速比を忘れてしまうことです。モーター出力トルク（160 ml/r の例では 896 Nm）は、走行ギアボックスの比率で乗算されます。40:1 の場合、ホイールでのトルクは 35,840 Nm になります。しかし、ギアボックス自体が 3～5% の効率損失をもたらすため、実際のホイールトルクは約 34,050～34,770 Nm になります。現場での性能を確認する際は、動作温度でのケースドレン流量を測定してください。定格流量の 2% を超える増加は、内部漏れを示しており、有効トルクが同じ割合で直接低下します。

圧力とトルク：圧力仕様だけでは不十分な理由

400バールのモーターが必ずしも350バールのモーターよりも大きなトルクを生み出すとは限らない。トルクの乗数は排気量であり、十分な排気量がなければ、高圧は有用な仕事ではなく熱を発生させるだけである。圧力は単位面積あたりの油圧を測定するものであり、トルクは軸における回転力を測定するものである。両者の変換は、変位量のみに依存する。

35トンの掘削機用途に2つのモーターを考えてみましょう。モーターAは定格圧力400バール、排気量120ml/rで、定格トルクは120×400×0.16＝7,680単位＝768Nmです。モーターBは定格圧力350バール、排気量180ml/rで、180×350×0.16＝10,080単位＝1,008Nmとなり、圧力は12.5%低いものの、トルクは31%向上しています。排気量がトルクの計算式を支配するため、高圧モーターの方が実際には有効な仕事量は少なくなります。

避難を超えて、完全なトルク仕様には、カタログの圧力定格には決して記載されない3つの追加パラメータが必要です。それは、動作温度における体積効率、ギアボックスの減速比、および逆回転同期許容誤差です。走行用モーターを評価する際には、必ずISO 4409規格に基づき、油温50℃、ISO VG 46の作動油で測定したトルク-速度曲線を要求します。このグラフ1枚だけで、カタログに記載されている圧力定格よりも、実際の性能についてより多くの情報が得られます。

逆回転と安定性：なぜ一致する運動ペアが重要なのか

左右の走行モーターが等しいトルクで逆方向に回転する逆回転方式は、掘削機の走行を単純な車両の走行と区別する決定的な特徴である。油圧ショベルが旋回する際、機械の回転中心を一定に保つためには、両方の履帯が同じ速度とトルクで反対方向に回転する必要があります。トルクの不一致がわずか3%でも発生すると、直進走行時にもステアリングに明らかな引っ張りが生じます。

広東省の建設現場にある25トン油圧ショベルの交換用モーター一式について、トルクの不均衡を測定しました。左モーターは350バールで2,445Nm、右モーターは2,358Nmを発生し、その差は3.56%でした。オペレーターは、走行中に常に右にずれ、8～10秒ごとに左に修正する必要があると報告しました。1,200時間以上の稼働で、右側のトラックチェーンのピンとブッシュの摩耗は左側よりも0.8mm多く、これは常に微調整負荷がかかっていることが直接の原因で、摩耗率が22%増加したことを示しています。両方のモーターを当社のマッチングペアに交換しますINI油圧モーターシリーズ0.8%の許容誤差でバランス調整され、稼働開始後1時間以内にドリフトが解消された。

安定性はモーターの減速応答にも左右されます。オペレーターが停止を指示すると、モーターへの油圧の流れは50～80ミリ秒以内に停止しなければなりません。応答が遅いと惰性走行距離が増え、整地精度とオペレーターの信頼性が低下します。パイロット比が4.5：1以上のカウンターバランスバルブは、油圧ショベルの走行駆動部において最速の減速応答を実現します。

適合するモーターと油圧ショベルのブランド：CAT、コマツ、ボルボ、三一重工

各OEMは、取り付け構成、制御ロジック、トルク伝達特性が異なる走行用モーターを指定しているが、基本的なトルク帯域はブランド間で驚くほど似通っている。

キャタピラー（CAT）Dシリーズ以降の油圧ショベルでは、ECMが負荷検知に基づいてモーターの変位を調整する電子トルク制御が採用されています。CATの走行モーターは通常、SAE 4ボルト取付フランジと14歯インボリュートスプラインシャフトを使用しています。10～50トンの機械の場合、変位は80～250ml/rの範囲です。CAT油圧ショベルの仕様これらは公に文書化されており、有用な参照基準となる。

小松走行用モーターは公称圧力380バールで動作します。これは業界標準の350バールよりも約8.6%高い値です。そのため、140ml/rのコマツ製モーターは、152ml/rの競合他社製モーターと同等のトルクを発揮します。コマツ製モーターを社外品に交換する場合は、排気量1つ上のサイズを選択してください。コマツ油圧ショベル製品資料変位量および取り付け仕様を提供します。

ボルボCE油圧ショベルは、高速モードと高トルクモードを自動的に切り替える2速走行モーターを使用しています。これには、市販の一般的なモーターではほとんど利用できない特殊な制御ロジックが必要です。そのため、これらの機械には純正品またはボルボ認定の交換部品をお勧めします。ボルボ油圧ショベルの技術仕様2速制御の要件を詳細に記述する。

三一油圧ショベルは、中国市場で最高のサードパーティ互換性を提供します。標準ISO準拠の取り付けパターン、公開された制御ロジック、および350バールの公称圧力により、IGY-Tシリーズ走行用モーターこれらは、制御装置の変更なしに、ほとんどのSany製20～35トン機に直接交換可能な製品です。三一重工の油圧ショベル製品ラインナップ仕様書は相互参照のために利用可能です。

交換用モーターを注文する前に、次の4つのインターフェースパラメータを確認してください。取り付けフランジパターン（SAE J744またはISO 3019-1）、シャフトスプライン仕様（DIN 5480またはANSI B92.1）、ポートサイズと向き（SAE J518コード61/62フランジまたはBSPPねじ）、および制御弁構成（オープンセンターまたはロードセンシング）。これら4つのうちいずれか1つでも欠けていると、トルクの適合性に関わらず取り付けができなくなります。