Katup pengendali arah terdiri dari badan katup dengan saluran internal dan bagian yang dapat bergerak yang disebut spool. Spool dapat menghubungkan atau menghalangi saluran-saluran internal tersebut. Untuk sebagian besar katup hidrolik industri standar, spool berbentuk silindris—jenis ini disebut katup pengendali arah tipe spool, atau secara sederhana disebut katup spool. Katup spool merupakan jenis katup pengendali arah yang paling banyak digunakan dalam sistem hidrolik industri. Bab ini menjelaskan jenis-jenisnya, konstruksinya, prinsip kerjanya, serta metode pengendaliannya.

Katup Pengendali Arah Empat Jalur

Jenis katup pengendali arah pertama yang perlu dipertimbangkan adalah katup dengan empat saluran internal: saluran tekanan, saluran kembali (tangki), dan dua saluran kerja. Katup ini disebut katup pengendali arah empat jalur—dinamai demikian karena memiliki empat saluran berbeda dalam badan katupnya. Katup pengendali arah empat jalur mengatur silinder hidrolik atau motor hidrolik agar dapat membalik arah geraknya.

Fungsi katup empat jalur dalam suatu rangkaian

Semua katup arah terdiri dari badan katup dan spul bergerak internal. Spul memiliki setidaknya dua posisi—dua posisi ujung. Kedua posisi ini ditunjukkan dalam simbol grafis katup arah dengan dua kotak terpisah. Pada masing-masing kotak, panah digunakan untuk menunjukkan cara saluran internal badan katup terhubung ketika spul berada pada posisi tersebut. Saat menggambarkan katup arah dengan simbol grafis, kedua kotak tersebut harus dihubungkan bersama. Ketika memasangnya dalam suatu rangkaian, tepat satu kotak yang harus terhubung ke dalam rangkaian. Dengan demikian, ketika aktuator bergerak ke satu arah, jalur aliran internal dalam katup arah akan tampak jelas. Ketika kotak lain dalam simbol tersebut perlu menunjukkan aktuator bergerak ke arah berlawanan, cukup geser kotak lain tersebut secara mulus ke dalam rangkaian.

Katup arah yang hanya memiliki dua posisi spul disebut katup dua-posisi.

Gambar 10-1 Katup pengarah empat arah. Simbol dua kotak mewakili dua posisi spool. Hanya satu kotak yang terhubung ke rangkaian pada satu waktu; pergeseran spool mengganti kotak mana yang aktif, sehingga membalikkan gerak silinder.

Fungsi Rangkaian Katup Empat Arah

Ketika spool berada pada salah satu posisi ujungnya, saluran tekanan terhubung ke saluran kerja A, dan saluran kembali terhubung ke saluran kerja B. Ketika spool beralih ke posisi ujung lainnya, saluran tekanan terhubung ke saluran kerja B, dan saluran kembali terhubung ke saluran kerja A. Pergantian posisi ujung spool mengubah arah aliran minyak ke dalam silinder hidrolik, sehingga batang silinder maju atau mundur.

Katup Pengarah Tiga Arah

Katup arah tiga jalur memiliki tiga saluran internal: saluran tekanan, saluran kembali, dan satu saluran kerja. Fungsinya adalah: ketika spool berada pada salah satu posisi ujung, saluran kerja akan ditekan; sedangkan ketika berada pada posisi ujung lainnya, tekanan pada saluran kerja akan dilepaskan. Dengan kata lain, katup tiga jalur beralih antara pemberian tekanan dan pelepasan tekanan pada satu saluran kerja saja.

Fungsi rangkaian katup tiga jalur

Katup tiga jalur dapat mengendalikan aktuator satu arah kerja, seperti silinder plunger dengan pegas pengembali. Dalam aplikasi semacam ini, ketika katup tiga jalur berada pada satu posisi, minyak bertekanan dialirkan ke ujung silinder yang bebas batang; sedangkan ketika beralih ke posisi lainnya, aliran masuk ke aktuator terhalang, dan saluran aktuator terhubung ke saluran kembali di dalam badan katup, sehingga batang silinder dapat bergerak mundur akibat gaya gravitasi atau gaya pegas.

Ketika katup tiga arah berada pada posisi yang menghubungkan saluran kerja ke saluran kembali, silinder plunger yang dipasang secara vertikal dapat menarik kembali di bawah pengaruh gravitasi, sedangkan batang silinder dengan pegas pengembali menarik kembali di bawah gaya pegas.

Dalam aplikasi hidrolik industri, katup tiga arah jarang ditemukan. Jika fungsi tiga arah diperlukan, biasanya digunakan katup empat arah dengan salah satu saluran kerja diblokir.

Gambar 10-3 Katup arah tiga arah mengendalikan silinder satu-arah (dengan pegas pengembali). Salah satu posisi memberikan tekanan; posisi lainnya menghubungkan silinder ke tangki dan memungkinkan pegas menarik kembali batangnya.

Katup Arah Dua Arah

Katup arah dua arah hanya memiliki dua saluran—kedua saluran ini dapat dihubungkan atau diputuskan oleh spool. Ketika spool berada pada salah satu posisi ujung, saluran aliran melalui katup terbuka; ketika berada pada posisi ujung lainnya, saluran tersebut tertutup.

Fungsi rangkaian katup dua arah

Katup arah dua arah berfungsi sebagai saklar hidup/mati dalam suatu rangkaian. Fungsi ini digunakan dalam banyak sistem sebagai kunci pengaman (safety interlock), atau untuk mengisolasi dan menghubungkan berbagai komponen di dalam sistem.

Peringkat dan Spesifikasi Katup Arah

Katup kontrol arah yang digunakan dalam sistem hidrolik industri tersedia dalam beberapa ukuran dasar: 1/4 inci, 3/8 inci, 1/2 inci, 3/4 inci, dan 1-1/4 inci (6,35 mm, 9,5 mm, 12,7 mm, 19,05 mm, dan 31,75 mm). Dalam aplikasi industri, katup-katup ini umumnya dinilai berdasarkan kapasitas aliran rata-ratanya, bukan berdasarkan ukuran port-nya. Contoh kapasitas terukur adalah: 3–10 gpm (11,37–37,9 lpm), 10–20 gpm (37,9–45,48 lpm), 40 gpm (75,8 lpm), 80 gpm (303,2 lpm), dan 160 gpm (379 lpm). Pada kapasitas terukur tersebut, penurunan tekanan dari P ke A atau dari B ke T kira-kira sebesar 40 psi (2,76 bar).

Spool Katup Arah

Spul katup arah empat arah yang telah kita lihat adalah poros dengan tiga bagian silindris berdiameter besar yang disebut landasan. Jarak antar ketiga landasan yang sama mengidentifikasi spul ini sebagai spul tiga landasan. Sebagian besar katup arah hidrolik industri menggunakan spul dua landasan atau empat landasan. Katup aliran berperingkat lebih rendah biasanya menggunakan spul dua landasan; sedangkan spul empat landasan lebih umum digunakan pada katup berperingkat aliran yang lebih besar.

Gambar 10-5 Spul katup arah. Spul dua landasan umum digunakan pada katup berukuran lebih kecil; spul empat landasan pada katup berukuran lebih besar. Jumlah dan posisi landasan menentukan saluran mana yang terhubung atau terblokir pada setiap posisi spul.

Katup Empat Arah yang Dipasang pada Subplate

Katup pengarah empat arah yang dijelaskan di atas memiliki empat port. Biasanya, port tekanan dan port kembali berada di satu sisi badan katup, sedangkan dua port kerja berada di sisi berseberangan. Susunan port semacam ini sangat mirip dengan simbol grafis katup pengarah. Untuk memudahkan pemasangan, sebagian besar katup pengarah hidrolik industri menggunakan desain yang dipasang pada pelat dasar (subplate): badan katup dikencangkan dengan baut ke pelat dasar yang terhubung ke saluran sistem. Port katup yang dipasang pada pelat dasar terletak di permukaan bawah badan katup.

Penggerak Katup Pengarah

Kita telah mengetahui bahwa spool katup pengarah dapat diposisikan di salah satu ujung atau ujung lainnya. Perpindahan spool dapat dilakukan secara mekanis, elektris, hidrolik, pneumatik, atau manual.

Operasi manual

Katup pengarah yang digerakkan oleh tenaga otot disebut katup yang dioperasikan secara manual. Terdapat berbagai jenis perangkat pengoperasian manual, antara lain tuas, tombol tekan, dan pedal kaki. Mekanisme pengoperasian mekanis yang paling umum adalah pin cam yang bagian atasnya dilengkapi roda bergulir—ketika cam pada aktuator bergerak ke bawah dan menekan roda bergulir tersebut, spool berpindah ke posisi lain. Dalam pengoperasian manual, urutan aksi dan pengendalian katup pengarah harus ditentukan berdasarkan niat operator. Jika katup pengarah harus berpindah pada posisi aktuator tertentu, maka dapat digunakan katup pengarah yang dioperasikan secara mekanis.

Kontrol pilot

Spool katup pengarah juga dapat dipindahkan menggunakan tekanan pilot pneumatik atau hidrolik. Untuk spool empat landasan, tekanan pilot bekerja pada landasan spool di kedua posisi ujungnya. Untuk spool dua landasan, tekanan pilot bekerja pada satu piston pilot.

Kontrol Solenoid (Elektromagnetik)

Cara paling umum untuk mengontrol katup arah adalah dengan menggunakan solenoid (elektromagnet). Solenoid adalah perangkat elektromekanis yang mengubah energi listrik menjadi gaya dan gerak mekanis linear. Aktuator yang sesuai dalam sistem hidrolik adalah silinder hidrolik.

Solenoid tipe kering

Dari dua jenis solenoida, tipe kering merupakan desain yang lebih awal. Solenoida ini bekerja berdasarkan prinsip elektromagnetik dasar dan terdiri dari inti besi berbentuk "T", kumparan, serta rangka berbentuk "C". Karena bentuk inti besi dan rangka yang mengelilingi kumparan, tipe ini kadang disebut sebagai elektromagnet "CT". Besi merupakan konduktor magnetik yang baik, sedangkan udara memiliki konduktivitas magnetik yang buruk. Prinsip kerja solenoida tipe kering adalah: medan magnet menarik inti besi ke dalam kumparan, sehingga mengurangi hambatan magnetik besar yang disebabkan oleh celah udara di pusat kumparan. Saat inti besi bergerak masuk, celah udara secara bertahap berkurang, gaya dorong elektromagnetik meningkat, dan gaya elektromagnetik ketika inti besi berada di dalam kumparan menjadi lebih besar dibandingkan ketika berada di luar kumparan.

Solenoida tipe basah

Solenoid tipe basah merupakan desain yang relatif lebih baru di bidang hidrolik industri. Dibandingkan dengan desain celah udara, keunggulan solenoid basah adalah pembuangan panas yang lebih baik serta penghilangan segel batang dorong yang dapat menyebabkan kebocoran pada solenoid tipe kering, sehingga meningkatkan keandalan.

Konstruksi solenoid tipe basah

Solenoid tipe basah terdiri atas kumparan, rangka persegi panjang, batang dorong, armatur (inti besi), dan tabung penuntun. Kumparan terbungkus dalam rangka persegi panjang; keduanya disegel bersama menggunakan plastik. Susunan ini memiliki lubang tembus yang membentang melalui pusat kumparan dan kedua sisi rangka—lubang ini dipasang mengelilingi tabung penuntun. Tabung penuntun menampung armatur. Tabung penuntun dipasang dengan cara dipres ke badan katup arah; rongga internal tabung penuntun terhubung ke saluran kembali katup arah, sehingga armatur terendam dalam minyak sistem—karena itulah disebut "armatur basah".

Cara kerja solenoid tipe basah

Ketika arus mengalir melalui kumparan, kumparan tersebut menghasilkan medan magnet yang diperkuat oleh lintasan magnetik besi berbentuk persegi panjang di sekitar kumparan serta armatur di pusat kumparan. Ketika arus diberikan pada kumparan armatur basah, armatur yang dapat bergerak berada sebagian di luar kumparan. Medan magnet yang dihasilkan oleh arus menarik armatur ke dalam, sehingga menekan batang dorong yang terhubung secara mekanis dengan spool katup, menggeser katup arah. Saat spool bergeser, armatur sepenuhnya memasuki kumparan, sehingga memfokuskan seluruh medan magnet kumparan ke dalam lintasan magnetik besi.

Besi adalah konduktor magnetik yang baik, sedangkan minyak pelumas yang mengelilingi armatur dan batang dorong memiliki konduktivitas magnetik yang sangat buruk. Prinsip kerja solenoid tipe basah adalah: medan magnet menarik armatur ke dalam untuk mengurangi celah udara besar di pusat kumparan. Saat armatur bergerak masuk, celah tersebut berangsur-angsur berkurang, gaya dorong elektromagnetik meningkat, dan ketika armatur sepenuhnya berada di dalam kumparan, gaya elektromagnetik menjadi lebih besar dibandingkan di luar.

Gambar 10-9 Solenoid tipe basah. Armatur direndam dalam minyak hidrolik (karenanya disebut "basah"), sehingga menghilangkan segel dinamis batang dorong. Pendinginan lebih baik dan keandalan lebih tinggi dibandingkan tipe kering.

Dengung AC

Di Amerika Serikat, daya pengendali industri biasanya berupa arus bolak-balik (AC). Arus AC di Amerika Serikat berayun dari nol ke puncak positif, kembali melalui nol ke puncak negatif, lalu kembali ke nol sebanyak 60 kali per detik (60 Hz). Ketika arus berada pada puncak positif atau negatif, medan magnet dan gaya elektromagnetik mencapai nilai maksimum. Saat arus menurun hingga mencapai nol, medan magnet dan gaya tersebut juga berkurang, sehingga beban solenoid yang dikembalikan oleh pegas (biasanya spool katup yang dikembalikan oleh pegas) mendorong inti besi atau armatur keluar. Ketika medan dan gaya kembali meningkat, keduanya menarik kembali inti besi atau armatur ke dalam. Gerakan ini menghasilkan suara dengung, berdengung, atau getaran solenoid — dikenal sebagai dengung AC.

Cincin hubung singkat (koil bayangan)

Untuk mengurangi dengung AC dan meningkatkan gaya dorong solenoid, digunakan cincin hubung-singkat (koil bayangan) sebagai kompensasi. Pada solenoid tipe kering, cincin hubung-singkat berupa cincin tembaga yang terpasang pada rangka berbentuk-C. Pada solenoid tipe basah, cincin tersebut berupa cincin tembaga di ujung batang dorong tabung panduan. Ketika solenoid beroperasi, cincin ini menginduksi arus yang tertinggal dibandingkan arus kerja yang diberikan. Dengan demikian, ketika medan magnet utama kumparan berada pada nilai minimumnya, medan magnet dari cincin hubung-singkat tetap cukup kuat untuk menahan inti besi atau armatur, sehingga dengung AC berkurang secara signifikan.

Arus eddy

Medan magnetik AC berdenyut dapat menciptakan arus bocor kecil di dalam solenoida — yaitu arus pusaran (eddy currents), yang mengalir dalam sirkuit-sirkuit kecil di sepanjang jalur magnetik besi, sehingga mengonsumsi daya dan menghasilkan panas, serta menurunkan gaya dorong keluaran solenoida. Untuk meminimalkan efek arus pusaran, digunakan laminasi logam tipis dalam pembuatan kerangka C dan inti besi solenoida tipe kering. Laminasi logam tersebut diisolasi satu sama lain oleh lapisan oksida. Medan magnet dengan mudah melewati jalur magnetik normal laminasi, namun karena adanya lapisan isolasi, arus pusaran tidak dapat mengalir antar-laminasi. Karena kerangka C dibuat dengan menumpuk laminasi-laminasi terisolasi, struktur ini umumnya disebut sebagai "tumpukan kerangka C" (C-frame stack). Pada solenoida tipe basah, minimisasi arus pusaran dilakukan dengan menggunakan laminasi besi terisolasi untuk kerangka persegi panjang, tetapi pendekatan ini tidak berlaku untuk armatur karena solenoida tipe basah memiliki daya yang lebih besar daripada tipe kering. Dari sudut pandang ketahanan, pembuatan armatur dari laminasi tidak layak — pada solenoida tipe basah, armatur berbentuk kepingan padat.

Arus masuk solenoida

Listrik AC pada kumparan solenoida menghasilkan gaya elektromagnetik yang menggeser spul katup arah, namun juga menghasilkan panas, sehingga pada akhirnya membakar kumparan solenoida. Semakin besar arus yang mengalir melalui kumparan solenoida, semakin tinggi kecenderungan kumparan solenoida mengalami kegagalan. Jika solenoida tidak bergerak untuk menutup celah udara, kumparan akan membawa arus sangat tinggi, menyebabkan kelebihan panas. Berbeda dengan sistem hidrolik di mana aliran relatif konstan, pada sistem listrik biasa arus berkaitan dengan hambatan — hambatan lebih tinggi berarti arus lebih rendah dan panas lebih sedikit. Karena panas secara signifikan memengaruhi masa pakai solenoida, tujuannya adalah menggunakan arus sekecil mungkin sambil tetap menghasilkan gaya penggeseran yang cukup. Hal ini dicapai dengan merancang kumparan yang memiliki impedansi AC (hambatan reaktif) yang memadai.

Impedansi memiliki dua komponen: resistansi murni dari bahan konduktor terhadap aliran elektron — tembaga memiliki resistansi lebih rendah dibandingkan aluminium — dan efek impedansi yang dihasilkan oleh medan elektromagnetik di sekitar lilitan kumparan. Medan magnetik ini menghambat atau membatasi arus yang masuk ke dalam kumparan. Semakin kuat medan tersebut, semakin kecil arus yang mengalir pada lilitan kumparan solenoid.

Ketika solenoid pertama kali dialiri arus, inti besi bergerak atau armatur berada sebagian di luar kumparan, sehingga menciptakan celah udara yang besar di pusat kumparan. Pada posisi ini, medan magnetik tidak terlalu kuat; hambatan terhadap arus berasal terutama dari resistansi konduktor murni, menghasilkan arus masuk mendadak (inrush current) yang besar pada lilitan kumparan. Saat inti besi atau armatur bergerak masuk, celah udara secara bertahap menutup dan arus menurun. Ketika inti besi atau armatur sepenuhnya duduk pada posisi akhirnya, impedansi mencapai nilai maksimum dan arus bolak-balik (AC) menjadi minimum.

Arus masuk puncak saat solenoid pertama kali dialiri arus beberapa kali lebih besar daripada arus tahanan ketika inti besi atau armatur sepenuhnya terpasang. Jika terjadi gangguan mekanis yang mencegah inti besi atau armatur terpasang sempurna, arus yang sangat besar mengalir ke kumparan—menghasilkan panas berlebih. Pada solenoid tipe kering tanpa pelindung, hal ini melelehkan komponen plastik di ujung kumparan; sedangkan pada solenoid tipe kering terlindung atau tipe basah, hal ini menyebabkan segel plastik menggelembung. Pada kedua jenis tersebut, isolasi kawat terbakar seketika, dan dalam waktu satu atau dua menit kumparan mengalami hubung singkat—inilah yang terjadi ketika spool macet sehingga menghalangi pergeseran solenoid.

Gambar 10-10 Solenoid AC: arus masuk versus arus tahanan. Saat pertama kali dialiri arus, celah udara besar memungkinkan arus masuk tinggi (beberapa kali arus tahanan). Setelah terpasang sempurna, impedansi meningkat dan arus menurun. Spool yang macet (celah tidak pernah tertutup) menyebabkan arus masuk terus-menerus—yang menjamin kegagalan kumparan akibat kepanasan.

Solenoid dengan rating kontinu

Solenoid dengan peringkat kontinu dapat tetap teraliri arus dalam waktu lama tanpa mengalami kepanasan berlebih. Kemampuan solenoid dalam mendispersikan panas cukup memadai untuk menghilangkan sebagian besar panas yang dihasilkan oleh arus pengunci (holding current) yang lebih kecil melalui kumparan. Sebagian besar katup arah hidrolik industri menggunakan solenoid dengan peringkat kontinu.

Batasan Solenoid

Katup arah yang dikendalikan solenoid memiliki beberapa keterbatasan. Pertama, solenoid konvensional tidak dapat digunakan di lingkungan basah atau eksplosif. Kedua, ketika masa pakai katup arah harus sangat panjang, solenoid yang dikendalikan secara elektrik biasanya juga dihindari. Mungkin kekurangan terbesar solenoid adalah gaya perpindahan yang dapat dihasilkannya terbatas. Faktanya, untuk katup arah berukuran besar, gaya perpindahan yang diperlukan cukup besar. Untuk katup berukuran besar (1/4" atau 3/8" / 6,35 mm atau 9,5 mm), katup arah solenoid biasanya dipasang di bagian atas, dan selama proses perpindahan, aliran dari katup kecil diarahkan ke sisi yang sesuai pada spool katup besar. Jenis ini disebut katup arah pilot yang dioperasikan dengan solenoid.

Kegagalan solenoid

Panas merupakan penyebab utama kegagalan solenoid pada katup arah langsung, yang biasanya disebabkan oleh macetnya solenoid, suhu lingkungan yang tinggi, atau tegangan rendah (gaya perpindahan tidak cukup untuk menempatkan inti besi atau armatur secara sempurna).

Macetnya solenoid

Spul yang macet mencegah inti besi atau armatur duduk sepenuhnya, sehingga kumparan solenoid terus-menerus menarik arus masuk (inrush current) yang sangat tinggi. Solenoid tidak mampu menghilangkan panas berlebih yang dihasilkan, sehingga pada akhirnya kumparan terbakar. Meskipun aliran berlebih melalui katup dapat menyebabkan macetnya solenoid, gangguan mekanis terhadap pergerakan spul merupakan penyebab macet yang lebih umum. Kontaminan (seperti endapan lumpur, serpihan logam, pasir inti, dan pita PTFE) dapat menyebabkan spul macet, atau spul juga bisa macet akibat burr antara spul dan badan katup. Partikel hasil oksidasi minyak dan lapisan vernis minyak dapat menumpuk pada spul, sehingga celah antara spul dan badan katup menghilang—vernisk minyak dapat dihilangkan dengan pembersihan menggunakan pelarut. Pelat pemasangan yang bengkok juga dapat menyebabkan macetnya solenoid—ketika baut pemasangan dikencangkan, badan katup mungkin sedikit melengkung, membatasi pergerakan spul dan menyebabkan kumparan terbakar. Persyaratan kerataan pelat pemasangan umumnya berada dalam kisaran 0,0003–0,0005 inci (0,00762–0,0127 mm).

Untuk solenoid tipe kering, saat inti besi solenoid ditarik ke dalam kumparan, terjadi keausan antara inti besi dan rangka-C. Saat membongkar jenis solenoid ini, disarankan untuk memasang kembali inti besi pada posisi aslinya. Jika tidak, bagian yang aus tidak dapat sejajar dengan benar, inti besi tidak dapat duduk sepenuhnya, dan solenoid mengeluarkan suara dengung — menandakan kegagalan yang hampir terjadi.

Kadang-kadang, kedua solenoid pada katup arah dua-solenoid dapat dialiri arus secara bersamaan — artinya satu inti besi atau armatur duduk sepenuhnya, sedangkan yang lain macet. Akibatnya, salah satu kumparan solenoid terbakar. Pengaliran arus secara bersamaan pada kedua solenoid biasanya disebabkan oleh kegagalan perangkat kontrol listrik atau kesalahan pemasangan kabel.

Suhu lingkungan tinggi

Ketika arus menarik inti besi solenoid atau armatur ke dalam, panas yang dihasilkan harus didispersikan dari kumparan. Jika suhu udara di sekitarnya terlalu tinggi, dispersi panas menjadi sulit dan kumparan berisiko terbakar. Kondisi ini dapat terjadi jika ventilasi buruk atau peralatan beroperasi di dekat sumber panas.

Tegangan rendah

Untuk solenoid 110 V, 60 Hz, ketika tegangan jaringan turun hingga sekitar 100 V, gaya elektromagnetik yang dihasilkan tidak cukup kuat untuk memposisikan sepenuhnya inti besi atau armatur ke posisi akhir desain dalam rentang waktu yang ditentukan. Akibat waktu arus puncak (inrush current) yang memanjang, solenoid beroperasi pada suhu lebih tinggi, sehingga pada akhirnya menyebabkan kegagalan. Terkadang tanda awal terbakarnya kumparan berupa suara dengung atau getaran. Masalah tegangan rendah sering terjadi di banyak lingkungan pabrik pengguna daya. Jika dicurigai adanya tegangan rendah, perusahaan listrik dapat memasang meter pencatat selama 24 jam untuk memeriksa kondisi aktual.

Katup Pengarah Tiga-Posisi

Dalam contoh-contoh sebelumnya, telah dibahas katup arah dua posisi (dengan dua posisi ujung). Dalam beberapa aplikasi, digunakan katup arah tiga posisi. Posisi tengah ketiga merupakan posisi netral atau transisi. Simbol grafis katup arah tiga posisi terdiri dari tiga kotak — kotak tengah mewakili posisi tengah dan koneksi internal saat spool berada pada posisi tengah.

Katup arah tiga posisi dengan pusat pegas

Jenis katup arah tiga posisi yang paling umum adalah tipe berpusat pegas. Katup ini memiliki pegas di kedua ujungnya untuk menahan spool pada posisi tengah ketika tidak ada solenoid yang dialiri arus.

Gambar 10-12 Katup arah tiga posisi berpusat pegas. Pegas menahan spool pada posisi tengah ketika kedua solenoid tidak dialiri arus. Posisi tengah menentukan apa yang terjadi pada beban silinder ketika mesin dihentikan.

Kondisi tengah

Empat konfigurasi posisi tengah yang umum ada. Pilihan kondisi tengah menentukan perilaku sirkuit ketika katup arah berada pada posisi tengah (tidak ada solenoid yang dialiri arus):

Gambar 10-13 Empat konfigurasi posisi tengah. Pilihan tergantung pada kebutuhan sirkuit: apakah silinder harus mempertahankan posisi, mengapung bebas, atau apakah pompa harus dibebaskan (unload) ketika katup berada pada posisi tengah.

Katup arah proporsional

Katup arah standar beralih di antara posisi diskret (terbuka/tertutup). Katup arah proporsional memungkinkan spool diposisikan di mana saja di antara sepenuhnya terbuka dan sepenuhnya tertutup, dengan hubungan halus antara sinyal input listrik dan posisi spool serta laju aliran. Hal ini memungkinkan pengendalian variabel kontinu terhadap arah dan laju aliran menggunakan satu katup.

Katup arah yang dioperasikan secara pilot

Untuk aplikasi aliran besar di mana gaya solenoid tidak cukup untuk menggeser langsung spool utama, digunakan desain katup yang dioperasikan secara pilot. Katup pilot berukuran kecil yang dikendalikan oleh solenoid mengarahkan tekanan pilot untuk menggeser spool utama yang lebih besar. Desain dua tahap ini memungkinkan solenoid kecil mengendalikan laju aliran yang sangat besar — katup pilot melakukan pemindahan, sedangkan tekanan pilot melakukan pekerjaan menggerakkan spool utama.

Gambar 10-14 Katup arah yang dioperasikan secara pilot. Katup pilot berukuran kecil yang dikendalikan oleh solenoid (bagian atas) mengalirkan tekanan pilot untuk menggeser spool utama yang besar (bagian bawah). Desain ini memungkinkan solenoid kecil mengendalikan katup arah utama berkapasitas aliran tinggi.

Katup arah solenoid proporsional

Dalam perangkat pengendali, sinyal pembalik arah dan sinyal masukan masuk secara bersamaan. Sinyal "kesalahan" yang dihasilkan antara keduanya menggerakkan perangkat pengendali untuk memberikan energi secara proporsional ke salah satu solenoid, yaitu "A" atau "B." Ketika solenoid diaktifkan, ia mengubah sinyal tersebut menjadi gaya. Solenoid proporsional yang terpusat di dalam badan katup, bersama dengan pegas bias katup pilot, mengubah tekanan kendali tersebut menjadi posisi spool pilot. Sensor posisi (LVDT) terhubung langsung ke spool katup utama, fungsinya adalah memberikan umpan balik otomatis ke spool pilot.

Katup arah berbeda tekanan (pengendalian motor torsi)

Katup arah berbeda tekanan merupakan tipe tiga tahap—dengan katup pilot sebagai tahap pertama dan katup utama sebagai tahap kedua. Katup pilot lebih kompleks, terdiri dari motor torsi, pegas, pipa jet, serta spool yang dapat disetel dilengkapi tutup ujung pilot dan LVDT. Tahap kedua (katup utama) memiliki kesamaan dengan katup arah beroperasi pilot lainnya.

Konstruksi katup pilot tahap pertama

Katup pilot terdiri dari motor torsi, pipa jet, spool dengan pegas kiri dan kanan, serta komponen serupa lainnya. Pipa jet mengarahkan tekanan kontrol ke salah satu ujung spool. Katup pilot memiliki jenis yang mirip dengan katup arah berpusat pegas.

Katup utama tahap kedua

Tahap kedua (katup utama) mirip dengan jenis katup arah proporsional lainnya dan tidak akan diulang di sini.

Pengoperasian katup pilot

Arus sinyal kontrol listrik mengalir melalui belitan motor torsi di antara dua solenoida. Perbandingan dan perbedaan sinyal listrik menentukan arah medan magnet motor torsi. Bergantung pada solenoida mana yang memiliki sinyal lebih kuat, pipa jet diarahkan untuk menekan salah satu ujung spool pilot. Secara bersamaan, keluaran perangkat kontrol meningkatkan aliran ke salah satu sisi spool katup arah hingga nilai proporsionalnya, secara bertahap meningkatkan aliran ke sisi tersebut hingga nilai proporsional tercapai.

Konsep Kunci — Bab 10