2015 Fiscal Year Research-status Report
作動油中の気泡の分離除去による油圧動力伝達システムの高強度化
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26420086
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| Research Institution | Hosei University |
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Principal Investigator |
田中 豊 法政大学, デザイン工学部, 教授 (70179795)
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2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 油圧 / 気泡 / キャビテーション / 流れの可視化 / CFD / 旋回流 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，無動力の油中気泡分離除去技術を開発し，建設機械や自動車，重作業機械等に用いられる油圧による動力伝達システムを高強度化，長寿命化する．研究代表者らが提案する気泡分離除去装置には旋回流れが利用されている．この旋回流を生成する機構を最適化することで，油中気泡の分離除去技術を高性能化し，油圧駆動システムへの気泡混入による動力伝達ロスや騒音，作動油の劣化を低減する．また，気泡分離除去装置を中心としたシステム化により，油圧動力伝達システムの小形化，高圧・高性能化と，トータルメンテナンスコストの極小化を同時に実現する．
平成27年度は，前年度に明らかとなった高性能な気泡分離除去装置の設計指針を用いて，実回路に適用可能な高性能な気泡分離除去装置を試作した．また高精度な測定が可能なコリオリ式流量計を用いて，油中気泡の分離除去性能を詳細に測定し，装置の性能を定量的に示した．さらに油中気泡の除去がキャビテーションの発生に与える影響を把握するため，可視化用高圧容器を試作し，キャビテーション噴流の様子を可視化して，高速度カメラを用いて撮影解析することにより，装置の分離除去性能を定量的に測定した．また気泡分離除去回路内のキャビテーション流れの数値解析モデルの構築を行い，作動油や気泡の流れの詳細な数値解析を実施した．
測定実験や数値解析の結果を定量的に比較分析し，前年度に提案した評価指標や設計手順を用いて製作した気泡の分離除去装置は，非常に高性能な油中気泡の分離除去効果を発揮し，キャビテーションの発生を大幅に抑えることができることが定量的に確認された．
研究成果の一部は，1編の査読付き印刷論文，2件の国際会議，5件の国内学会と1つの展示会において発表・報告された．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究の目的は，無動力の油中気泡分離除去技術を開発し，建設機械や自動車，重作業機械等に用いられる油圧による動力伝達システムを高強度化，長寿命化することである．
研究計画の前半では，気泡分離除去回路を用いて油圧駆動システムを模擬した回路による流れの可視化実験と条件を合わせた流れの数値解析をおこない，その両者を比較することで，数値解析の妥当性と有効性を検証し，様々な条件で計算した数値解析結果を基に気泡分離除去回路の設計手法を確立することであった．また計画の後半では，確立された設計手法を用いて，高圧の油圧駆動システムを模擬した負荷回路を対象に，作動油中の気泡分離除去回路を設計製作し，高圧キャビテーション壊食の測定実験や油の劣化測定実験などを通して，気泡分離除去回路の有効性を検証することであった．
平成27年度）は，前半で明らかとなった設計手順を用いて，実験用実回路に適用可能な高性能な気泡分離除去装置を製作し，流れの可視化による測定実験を行うとともに，詳細な流れの数値解析を実施した．その結果，高性能な油中気泡の分離除去装置はキャビテーションの発生を大幅に抑制できることが確かめられた．従って研究はおおむね順調に進展していると自己評価する．
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度に確立した設計手法を用いて，平成27年度は高圧（45 MPa）の油圧駆動システムを模擬した負荷回路を対象にした高性能な油中気泡の分離除去装置の設計と試作を行い，様々な実験条件に対応した実験回路による油中気泡量の精密な測定を行い，油中気泡の分離除去性能を評価した．また気泡分離除去回路を通す場合と通さない場合において，油圧駆動システムで発生するキャビテーション騒音や壊食現象の比較を行い，気泡分離除去回路による騒音や壊食の低減効果を実験的に明らかにした．また種々の条件によるキャビテーションが発生する条件下での流れの数値解析を行い，実験結果と比較検証した．
今後は実機の運転パターンを想定して，作動油に空気を吹き込みながら連続運転し，気泡分離除去回路を通す場合と通さない場合において，一定時間ごとに採取した作動油の標本により，油の劣化度合いの違いを定量的に明らかにし，気泡分離除去装置の効果を検証する．また油の剛性や強度を示す体積弾性係数の違いを明らかにする。さらに実験および数値解析で，その効果が明らかとなった気泡分離除去回路を実機の建設機械（中型油圧ショベル）に搭載し，フィールド実験を通して，その効果を検証する．
積極的な作動油中の気泡の分離除去技術の確立と実機への搭載のための設計手法の確立は，今後益々高まる油圧動力伝達システムの小形化・高圧化と省エネルギー化への要求を満足するためのシステムの高強度化（パワーアップ）と小形化・長寿命化に必要となる革新的な技術であることを明らかにする．
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| Causes of Carryover |
2016年4月18日～19日に開催された日本機械学会機素潤滑設計部門講演会で成果を発表するにあたり，その申込に伴う参加登録料等の支払いが年度をまたぐことになり，その支払い分としての残額が生じた．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
出張旅費や宿泊費と合わせて2016年4月に執行する計画である．
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Research Products
(9 results)
