トラック搭載型クレーンが車両周辺で吊り荷を移動させるには、旋回のための駆動力と強力な支持構造の両方が必要です。小型・中型のアーム式クレーンでは、ラックピニオン式のロータリーシリンダーが旋回のための駆動力を提供します。一方、スイベルベアリングが回転する上部構造を支え、吊り荷の荷重をベース部へと伝達します。

これらの部品は共に動作しますが、それぞれの役割は異なります。この違いを理解することで、部品選定、故障診断、日常メンテナンスがしやすくなります。

ラックピニオン式ロータリーシリンダーの動作原理

ラックピニオン式ロータリーシリンダーは、油圧を回転運動に変換します。

まず、加圧された作動油がラック（歯の付いた直動ロッド）に接続されたピストンを押します。ラックが直線的に動くと、その歯がピニオンと噛み合います。そして、ピニオンが出力軸を介してクレーンの旋回柱や上部旋回体を回転させます。

作動油の流れを逆にすると、ラックは反対方向に動きます。その結果、クレーンは左右どちらにも旋回できます。

ラックのストロークは固定されているため、回転角度には制限があります。設計によって、旋回可能角度は約270°から400°程度になります。360°を超えるストロークのユニットであっても、最終的には逆方向に戻す必要があり、連続して回転し続けることはできません。

ロータリーシリンダーの役割

ロータリーシリンダーは、ブーム、旋回柱、およびそれに取り付けられた装置をクレーンのベース周りに旋回させるためのトルクを供給します。これにより、オペレーターは吊り荷をトラックの横に配置したり、作業位置間で移動させたりすることができます。

主な機能は以下の通りです:

• 旋回トルクの発生: 油圧力が上部旋回体を回転させるために必要なトルクに変換されます。
• 動作の制御: 方向制御弁が左または右の旋回を選択し、流量制御により速度が設定されます。
• 精密な位置決めの補助: 適切な弁制御と正しく調整された歯の噛み合わせにより、小さく制御された動きが可能になります。
• コンパクトな空間への対応: 一体化されたアクチュエータにより、独立したモーターや減速機に必要なスペースを削減できます。

ただし、この歯車機構は機械的に自己ロックするわけではありません。位置の保持は、油圧回路、シールの状態、および取り付けられたブレーキや保持装置に依存します。

適切なデュアルカウンターバランス弁の構成は、外部からの駆動力による動きを制御し、ドリフトを減少させるのに役立ちます。弁の選定と設定は、クレーンの設計に適合している必要があります。

スイベルベアリングの役割

スイベルベアリングは、クレーンの上部旋回体と固定されたベース部との間の回転ジョイントを形成します。

クレーン用スイベルベアリングは、複合荷重を支えるように設計されています:

• アキシャル荷重（軸方向荷重）: 回転軸に沿って作用する力。
• ラジアル荷重（半径方向荷重）: 回転軸に対して直角に作用する力。
• 転倒モーメント: 吊り荷とブームの張り出しによって生じる傾斜方向の力。

また、回転を案内し、位置合わせを維持する役割も果たします。

独立したスイベルベアリングを持つ設計では、ベアリングとそのボルト締結部が吊り荷の主な荷重経路となります。これらの力は、クレーンのベース、サブフレーム、そして車両の支持構造へと伝わります。

ラックピニオン駆動装置は、主に旋回トルクを供給します。しかし、その歯や軸にも歯車にかかる力が作用します。アライメントの不良や構造物の過剰な動きは、これらの力を増大させ、駆動装置を損傷させる可能性があります。

一部のクレーンでは、独立したスイベルリングの代わりに旋回軸受とブッシュを使用しています。したがって、必ずクレーンの図面から実際の支持構造を確認してください。

なぜアーム式クレーンでこの組み合わせが使われるのか

適切なベアリング構造を持つラックピニオン式アクチュエータは、限られた角度の旋回に対してコンパクトな解決策を提供します。

駆動経路が短いため、直接的な応答が可能です。さらに、適切に設計されたシステムは、滑らかな起動、制御された反転、そして低速での位置決めを実現できます。

これらの特徴は、以下のような作業に適しています:

• 植樹や造園作業。
• ユーティリティ（電力・通信設備）のメンテナンス。
• 自治体の吊り上げ作業。
• 狭い作業場所での荷物の積み降ろし。

また、このシステムは、独立したモーターと減速機の構成よりも駆動部品が少なくて済む場合があります。ただし、総コストやメンテナンスの必要性は、アクチュエータのサイズ、制御装置、および使用サイクルに依存します。

滑らかな動きや低バックラッシは設計によってもたらされる結果であり、すべてのラックピニオンユニットに自動的に備わる機能ではありません。

ラックピニオン駆動 vs. 油圧モーター駆動

連続回転には、適切なホースの配管やロータリージョイント、さらに必要に応じて電気式スリップリングも必要です。油圧モーターだけでは、クレーン全体を無制限に回転させることはできません。

同様に、クレーンの吊り上げ能力だけでは、最適な駆動装置を決定できません。必要なトルク、リーチ、動作速度、スペース、および作業サイクルがすべて重要となります。

一般的な故障とその考えられる原因

停止後の旋回ドリフト（勝手に動く）

考えられる原因としては、ピストンシールの漏れ、制御弁や保持弁からの漏れ、弁の設定ミスなどがあります。外部からのトルクは、風、車両の傾き、または吊り荷の動きによって生じることがあります。

異音、ショック、または動きが渋い部分

潤滑不足、ベアリング軌道の損傷、取り付けボルトの緩み、および歯の噛み合わせの不均一を確認してください。ラックガイドの摩耗も、ラックの位置をずらす原因となります。

負荷時の旋回力不足

供給圧の低下、内部漏れ、戻り圧の過大、または弁の詰まりは、出力トルクを低下させる可能性があります。ベアリングの摩擦の増加も、クレーンの旋回を困難にします。

移動限界付近での強い衝撃

高速操作、緩衝装置の故障、緩衝調整の誤り、またはストッパーの損傷が、強い衝撃を引き起こす可能性があります。回路によっては、緩衝通路の詰まりも異常圧力を生じさせることがあります。

歯の欠けや破損

衝撃荷重、繰り返しのエンドストップ衝撃、歯の接触不良、または構造接続部の緩みは、歯車に過負荷をかける可能性があります。

外部への油漏れ

エンドカバーシール、オイルシール、継手、およびホースを点検してください。ラックピニオン式アクチュエータは露出したピストンロッドを持たないことが多いため、漏れ箇所は設計によって異なります。

これらの症状は、いくつかの共通した原因を持つことがあります。部品を交換する前に、メーカーの点検手順に従って故障を確定させてください。

日常点検とメンテナンス

まず、ベアリングの取り付け部やその他の荷重を支える接続部から点検を始めます。既定のサービス間隔でボルトを点検し、メーカー指定の方法と締め付けトルク（予張力）に従ってください。定められた手順なしに繰り返し締め付けると、締結部品を損傷させる可能性があります。

次に、必要に応じてベアリングと歯車の表面を給脂します。指定されたグリスを使用し、異物が混入しないように注意してください。

また、以下の点も確認してください:

• ホース、継手、カバー、およびシールからの漏れ。
• ベアリングのガタと歯車のバックラッシの変化。
• ストッパー、角度センサー、および緩衝装置。
• 承認された機能点検中の異音や動きの不均一。
• サービスマニュアルで定められた条件下での位置保持。

修理作業を行う前には、吊り荷を下ろして確実に固定し、蓄積された油圧エネルギーを遮断してください。負荷がかかった状態での保持試験は、クレーンメーカーの手順に従ってください。

クレーンに適したロータリーシリンダーの選び方

選定は、必要な旋回トルクと旋回角度から始めます。次に、使用圧力、利用可能な流量、取り付けスペース、軸接続、使用サイクル、および予想される外部荷重を確認します。

支持システムについても、ベアリングの容量、ボルトの荷重、および取り付け剛性を個別に確認する必要があります。クレーンのトン数だけでは、どちらの部品のサイズも決定できません。

シェルプポン油圧は、油圧シリンダーソリューションおよびロータリーアクチュエータ部品を提供しています。プロジェクトについてご相談がありましたら、図面、必要なトルク、回転角度、圧力、および取り付け詳細を、シェルプポンお問い合わせページからお送りください。