パワーテイクオフ

動力取出装置または動力取出装置( PTO ) は、稼働中のエンジンなどの動力源から電力を取り出し、取り付けられた装置や別の機械などのアプリケーションに 伝達する方法の 1 つです。

最も一般的なのは、トラクターやトラックに取り付けられたスプライン ドライブ シャフトであり、これを使用すると、対応するフィッティングを備えた機器にエンジンから直接電力を供給できます。

半永久的に取り付けられた動力取出装置は、産業用エンジンや船舶用エンジンにも見られます。これらの用途では通常、ドライブ シャフトとボルト ジョイントを使用して、二次装置またはアクセサリに動力を伝達します。船舶用途の場合、シャフトは消防ポンプに動力を供給するために使用されることがあります。

航空機用途では、このような補機駆動装置は定速駆動装置と組み合わせて使用​​されることがある。ジェット機には、エンジン補機に動力を供給するために使用される内部ギアボックス、外部ギアボックス、ラジアルドライブシャフト、ブリードエアの4種類のPTOユニットがある。場合によっては、航空機のパワーテイクオフシステムによって、エンジン始動時にエンジンに動力を供給することもできる。 [ ^1]コフマンスタータも参照。

パワーテイクオフが一般的になる前には、さまざまな動力伝達方法が利用可能でしたが、PTO が提供するいくつかの属性からより多くのメリットを得られるアプリケーションがありました。平ベルトは一般に、工場の蒸気エンジン、ポータブル固定エンジン、または作業の前に駐車された牽引エンジンなど、エンジンが固定されているアプリケーションでのみ有効でした。牽引エンジンや農機具を牽引する初期のトラクターなどの移動車両の場合、農機具は、牽引によって回転が伝達される車輪の 1 つから回転動力を受け取り、ローラーチェーン (たとえば、鎌のクランク) を介して分配することで回転動力を受け取ることができましたが、車両が移動を停止するとこのような伝達は停止し、作業負荷の抵抗により、たとえクリートが取り付けられていても、車輪は回転せずに横滑りする傾向があります。簡単に接続および切断できるカップリングと、角度を変えて駆動する柔軟性 (多関節式トラクターとトレーラーの組み合わせが曲がるときなど) を備えたシャフトドライブの概念は、追求すべき目標でした。

実験的なパワーテイクオフは1878年にすでに試され、その後数十年にわたって様々な自家製バージョンが作られました。^[2]  インターナショナルハーベスター社（IHC）は、1918年にモデル8-16を発表し、量産トラクターにPTOを初めて搭載しました。 ^[3] IHCのエンジニアであるエドワードA.ジョンストンは、約10年前にフランスで見た、グージスという姓のフランス人農夫兼機械工が即興で作った自家製PTOに感銘を受けました。^{[3]彼とIHCの同僚はそのアイデアを8-16に取り入れ、その機能を利用するための一連の作業機を設計しました。IHCは市場で長く孤立していたわけではなく、1年以内にPTOは}ケースモデルなど他の量産トラクターにも登場しました。 1920 年、IHC は 15-30 トラクターに PTO オプションを提供し、これはネブラスカ州のトラクター テストに提出された最初の PTO 搭載トラクターでした。PTO は 1920 年代の IHC にとって競争上の優位性となり、他の企業も最終的に PTO の実装に追いつきました。

トランスミッション内部では、ギア トレイン上の正確な位置で動力が切断されるかどうかによって、PTO を車両の移動 (地上速度) とは独立して作動できるかどうかが決まります。初期の PTO は主出力軸から切断されることが多かったため、PTO を作動させるには車両が「ギアが入っている」必要がありました。後に、いわゆるライブ PTO (LPTO) 設計によってこの点が改善され、トラクターの動きとは独立して PTO の回転を制御できるようになりました。これは、PTO で駆動する負荷のためにトラクターの動きを遅くしたり停止したりして、PTO 駆動の装置が追いつく必要がある場合に有利です。また、サイロへの充填や、圃場ではなく山や池への肥料散布機からの荷降ろしなど、トラクターを駐車したままの作業も可能になります。1945 年、カナダのオンタリオ州ブラントフォードのCockshutt Farm Equipment Ltd が、LPTO を搭載した Cockshutt Model 30 トラクターを発表しました。ライブ PTO はやがて新しい装置の標準となりました。現代のトラクターでは、LPTO は押しボタンまたはセレクター スイッチで制御されることが多く、これにより、PTO シャフトに近づく必要があるオペレーターの安全性が向上します。

PTO とそれに関連するシャフトやユニバーサル ジョイントは、農業や工業における事故や怪我の一般的な原因です。全米安全評議会によると、1997 年に米国でトラクター関連の死亡事故の 6% が PTO に関連していました。ゆるんだ衣服がシャフトに引き込まれると事故が発生する可能性があり、多くの場合、着用者の骨折、四肢の喪失、その他の永久的な障害、または死亡につながります。2009 年 4 月 13 日、元メジャー リーグ ベースボールのスター、マーク フィドリッチが PTO 関連の事故で死亡しました。「彼はトラックの作業中に衣服がトラックのパワー テイクオフ シャフトに絡まったようです」と、ジョセフ アーリー ジュニア地方検事は声明で述べています。 [4]農業関連の怪我の頻度と重症度を軽減するための多くの取り組みにもかかわらず、これらの事故は依然として発生しています。^{[5 ]}

一部の機器では、PTOシャフトを覆うために軽量で自由に回転する保護プラスチックガードが採用されています。^{[6] [7]} 一部の国ではこれが義務付けられています。^[要出典] 英国では、健康安全局のガイダンスがリーフレットに記載されています。^[8]

農業用PTOは寸法と速度が標準化されています。PTOのISO規格はISO 500 ^[9]であり、2004年版では3つの部分に分割されています。

1. ISO 500-1一般仕様、安全要件、マスターシールドおよびクリアランスゾーンの寸法
2. ISO 500-2ナロートラックトラクター、マスターシールドとクリアランスゾーンの寸法
3. ISO 500-3主な PTO 寸法とスプライン寸法、PTO の位置。

オリジナルタイプ（タイプ1と指定）は、毎分540回転（rpm）で動作することを要求します。540rpmで回転するシャフトには6つのスプラインがあり、直径は1です。+3 ⁄ 8インチ（35 mm）。 ^[10]

より高出力のアプリケーションをサポートする2つの新しいタイプは、1000 rpmで動作し、シャフトのサイズが異なります。^[10]農家は通常、これら2つのタイプを「大型1000」または「小型1000」と呼んで区別し、タイプ1は一般に「540」と呼ばれています。すべての新しいタイプ（2、3、4）はインボリュートスプラインを使用し、タイプ1はストレートスプラインを使用します。^[9]

インチ単位のシャフトは円形、長方形、正方形、またはスプライン型であり、メートル単位のシャフトは星型、ベル型、またはフットボール型である。^[11]

^{[10] [9]}

農機具の馬力要件がますます高まり、農業用トラクターに高馬力エンジンが搭載されるようになったため、さらに大型のタイプ (タイプ 4 として指定) が ISO 500 に追加されました。このタイプは、低いトルク レベルでの動力伝達を可能にするために、1300 rpm の高速回転で動作します。シャフトには 22 個のスプラインがあり、外径は 57.5ミリメートル(mm) です。最大 450キロワット(kW)、つまり約 600馬力(hp)の PTO 動力に対応します。

4つのタイプはすべて、トラクターの運転席から後ろを振り返ると反時計回りに回転します。トラクターの後ろに立ってシャフトを直接見ると、時計回りに回転します。^[10]

1948 年型ランドローバーなどの初期の機器では、10 スプライン タイプが使用されていました。通常は 6 スプライン アダプターが付属していました。農業機械メーカーは、シャフトで利用可能な瞬間電力の指標である公称 PTO 電力仕様を提供するのが通例です。新しいトラクターには、540/540E や 1000/1000E オプションが装備されている場合があり、これによりトラクターは、必要な毎分回転数を維持するために低いエンジン速度で干草レーキやテッダーなどの特定の低電力要求機器に電力を供給できるため、燃料消費量が少なくなり、エンジンへの負荷が減り、効率が向上し、コストが削減されます。

PTO設計の最初の業界標準は、1927年4月にASAE（アメリカ農業技術者協会）によって採用されました。PTOの回転速度は536±10rpmと指定され、方向は時計回りでした。速度は後に540rpmに変更されました。^[12]

トラックのトランスミッションには、PTO を取り付けるための場所が 1 つ以上あります。PTO は別途購入する必要があり、トランスミッションの物理的インターフェイスを互換性のある PTO と一致させるように注意する必要があります。PTO サプライヤーは通常、トランスミッションのメーカー、モデル、シリアル番号の詳細を要求します。トランスミッションの周囲の物理的スペースに PTO を取り付けることができるかどうかも確認する必要があります。PTO は、メイン トランスミッション クラッチと、PTO 自体で動作するリモート コントロール メカニズムを使用して接続および解除されます。通常、PTO を接続するためにエア バルブが使用されますが、機械的なリンケージ、電気または油圧メカニズムもオプションです。

ほとんどのUnimog には、フロントおよび/またはリア PTO と油圧装置、および 3 点ヒッチ システムが搭載されています。

ユニットは、ユニットを通じて適用できる連続トルクと断続トルクに応じて定格が決定され、モデルによって「PTO シャフトの回転とエンジン RPM の比率」が異なります。

ほとんどの場合、PTO は油圧ポンプに直接接続されます。これにより、油圧流体システムを介して機械力を車両周辺の任意の場所に伝達し、油圧モーターによって回転力または直線力に変換することができます。一般的な用途は次のとおりです。

• 消防車や給水車の水ポンプを動かす
• カーペット洗浄用のトラック搭載型温水抽出機の運転（真空ブロワーと高圧溶液ポンプの駆動）
• セメントなどの乾燥材料を移動させるために使用される送風機システムに電力を供給する
• 車両統合型エアコンプレッサーシステムへの電力供給^[13]
• ダンプトラックの荷台を上げる
• 電気保守担当者やケーブルテレビ保守担当者が使用するバケットトラックの機械アームの操作
• レッカー車のウインチの操作
• ゴミ収集車の圧縮機を操作する
• ブーム/グラップルトラックの操作
• トラックに搭載されたツリースペードとリフトマストアセンブリの操作

スプリット シャフト PTO は、トラックのドライブ シャフトに取り付けられ、PTO に電力を供給します。このようなユニットは、車両のドライブ シャフトを 2 つの部分に分割する追加のギアボックスです。

• エンジンの動力をスプリットシャフト PTO に伝達するギアボックス側のシャフト。
• 推進力を車軸に伝える車軸向きのシャフト。

ユニット自体は、エンジンの動力を車軸に面したシャフトまたは追加の PTO 出力シャフトのいずれかに独立して振り分けるように設計されています。これは、歯付きクラッチまたはドッグ クラッチなどの 2 つの独立したクラッチによって行われ、ドライブラインが完全に停止している場合にのみ操作できます。メイン ギアボックスはギアの選択によって回転速度を変更するため、車両の移動中は PTO を操作することはできません。

4x4 車両では、スプリット シャフト PTO ギアボックスによって後部ドライブ シャフトのみが使用されるため、PTO 操作中に前部車軸ドライブ シャフトを完全に切り離した状態に保つには、車両の 4x4 ドライブ スキームが選択可能な 4WDタイプである必要があります。

消防車のポンプなど、油圧ポンプ以外のものを PTO に直接接続することも可能です。

「サンドイッチ」タイプの分割シャフト ユニットは、エンジンとトランスミッションの間に取り付けられ、道路整備車両、消防車両、オフロード車両で使用されます。このユニットは、エンジン シャフトから直接駆動力を受け取り、エンジンの全パワーを PTO に供給することができます。通常、これらのユニットには独自の潤滑システムが付いています。サンドイッチ取り付けスタイルのため、ギアボックスはエンジンから離れた位置に配置され、ドライブラインを取り付けに対応させる必要があります。

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• 農業機械
• トラクター
• 二輪トラクター
• Ｖ２Ｌ

• Pripps, Robert N.; Morland, Andrew (写真家) (1993)、『Farmall Tractors: History of International McCormick-Deering Farmall Tractors 』、Farm Tractor Color History Series、オセオラ、ウィスコンシン州、米国: MBI、ISBN 978-0-87938-763-1。

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