Saat mentransmisikan energi melalui fluida, arah aliran harus ditentukan, dan pengendalian penuh secara terus-menerus harus dipertahankan. Tanpa pengendalian penuh, energi tersebut menjadi tidak berguna atau, lebih buruk lagi, mesin dapat mengalami kerusakan. Salah satu keunggulan utama teknologi hidrolik adalah kemampuan menggunakan katup kendali hidrolik untuk mengendalikan energi secara relatif mudah.

Kontrol katup hidraulik

Katup kendali hidrolik adalah komponen mekanis yang terbuat dari badan katup dengan saluran internal yang dapat menghubungkan atau menghalangi aliran fluida, serta bagian-bagian bergerak internal. Saluran pada badan katup digunakan untuk mengalirkan minyak. Gerak bagian-bagian bergerak internal mengatur tekanan maksimum, arah aliran, dan laju aliran sistem.

Pengendalian Tekanan Sistem

Energi hidrolik dapat diterapkan ke silinder hidrolik. Ketika hasilnya berupa kerja yang berhasil, begitu silinder sepenuhnya terdorong keluar, maka kerja tersebut dianggap selesai. Pompa perpindahan positif akan terus menyerap lebih banyak energi dari penggerak utamanya. Hal ini menciptakan tekanan yang lebih tinggi pada minyak. (Catatan: hambatan minimum dalam sistem menentukan tekanan hidrolik yang diterapkan.) Saat silinder terdorong lebih jauh, kekuatan fisik sistem menjadi hambatan minimum.

Pompa akan menambah tekanan guna mengatasi hambatan ini. Orang menggunakan katup pengatur tekanan untuk menjaga tekanan sistem dalam kisaran yang aman.

Katup pengendali tekanan

Bagian-bagian bergerak internal katup pengatur tekanan beroperasi berdasarkan tekanan. Ketika tekanan sistem mencapai nilai tertentu yang telah diatur, bagian-bagian bergerak internal tersebut menghubungkan atau menghalangi salah satu saluran dalam badan katup, sehingga minyak mengalir atau dicegah mengalir ke saluran tersebut.

Konstruksi katup pengatur tekanan

Katup pengatur tekanan terdiri dari badan katup dengan saluran primer dan sekunder serta komponen bergerak internal (spool). Sambungan eksternal ke saluran-saluran tersebut disebut port primer dan port sekunder.

Cara kerja katup pengatur tekanan

Komponen bergerak internal pada katup pengatur tekanan umumnya berupa perangkat tipe spool. Ketika spool berada pada salah satu posisi ujung, saluran internal terhubung sehingga aliran dapat melewatinya. Ketika berada pada posisi ujung lainnya, saluran internal terhalang dan aliran melalui katup terputus.

Pada katup pengatur tekanan, spool diberi beban pegas ke salah satu posisi ujung. Pada posisi tertutup normal ini, saluran internal terhalang dan jalur aliran melalui katup tertutup. Jenis ini disebut katup pengatur tekanan normal-tertutup.

Katup pengatur tekanan mendeteksi tekanan di bagian bawah spool. Saluran bawah ini terhubung ke port primer. Ketika tekanan sistem naik di atas gaya pegas, spool bergerak untuk menghubungkan saluran internal, sehingga memungkinkan aliran melalui katup.

(Tekanan hidrolik yang digunakan untuk mengontrol pergerakan spool disebut tekanan pilot. Penggunaan tekanan pilot untuk mengontrol katup disebut kontrol pilot dan merupakan metode paling umum untuk mengontrol semua jenis katup hidrolik.)

Jika port primer katup pengatur tekanan jenis ini terhubung ke sisi tekanan sistem, dan ketika tekanan yang diberikan pompa terlalu tinggi, aliran dari pompa dapat dialihkan melalui katup ini ke tangki oli — katup pengatur tekanan normal-tertutup jenis ini disebut katup pelepas (relief valve).

Gambar 7-2 Katup pengatur tekanan normal-tertutup (operasi relief valve). Pegas menahan spool dalam posisi tertutup hingga tekanan sistem melebihi pengaturan pegas, kemudian spool bergeser dan membuka jalur ke tangki.

Gambar 7-3 Sirkuit hidrolik sederhana dengan pengendalian tekanan (katup pelepas). Ketika silinder mencapai akhir langkahnya, katup pelepas terbuka dan mengalihkan aliran pompa kembali ke tangki, sehingga membatasi tekanan maksimum sistem.

Pengendalian Arah Aktuator

Setelah silinder hidrolik sepenuhnya terdorong keluar, silinder tersebut harus ditarik kembali agar pekerjaan dapat dilakukan lagi. Oleh karena itu, silinder yang perlu bergerak dalam dua arah biasanya menggunakan silinder hidrolik dengan dua buah port—yaitu silinder kerja ganda. Arah aliran harus dibalik secara bersamaan.

Silinder hidrolik kerja ganda

Silinder hidrolik kerja ganda memiliki satu port di masing-masing ujung larasnya, sehingga minyak dapat masuk dan keluar, memungkinkan piston bergerak ke kedua arah (kerja ganda). Untuk membedakan kedua port pada silinder kerja ganda, kami memberi label satu port sebagai "A" dan port lainnya sebagai "B".

Katup kontrol arah

Bagian-bagian bergerak internal pada katup pengendali arah berfungsi menghubungkan atau menghalangi saluran internal badan katup, sehingga mengendalikan arah aliran minyak.

Konstruksi Katup Pengendali Arah

Katup pengendali arah khas memiliki empat saluran internal dalam badan katup dan sebuah spool geser yang dapat menghubungkan atau menghalangi saluran-saluran tersebut.

Cara Kerja Katup Pengendali Arah

Ketika spool berada pada salah satu posisi ujung, 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 A, dan saluran kembali terhubung ke saluran kerja B. Pergantian arah spool mengubah arah aliran minyak masuk ke silinder hidrolik.

Ketika batang silinder sepenuhnya memanjang dan menarik kembali sesuai kebutuhan, pekerjaan selesai. Ketika spool beralih ke posisi ujung lainnya, minyak mengalir ke sisi lain silinder — dan batang silinder menarik kembali.

Gambar 7-4 Katup pengendali arah dalam rangkaian silinder dua-arah. Perpindahan spool membalikkan arah aliran minyak, yang pada gilirannya membalikkan gerak silinder.

Pengendalian Kecepatan Aktuator

Dalam banyak aplikasi, kecepatan kerja aktuator harus dikendalikan—dan terkadang dikendalikan secara sangat presisi. Seperti dijelaskan sebelumnya, kecepatan aktuator (silinder, motor hidrolik) secara langsung berkaitan dengan laju injeksi minyak—kecepatan aktuator ditentukan oleh laju aliran masuk.

Karena perpindahan pompa dapat tetap konstan, dimungkinkan untuk memilih laju aliran pompa berdasarkan kecepatan aktuator yang dibutuhkan. Pendekatan ini hanya layak diterapkan pada sistem yang menggunakan satu aktuator.

Biasanya, dalam suatu sistem hidrolik terdapat lebih dari satu aktuator. Jika sistem memerlukan masing-masing silinder hidrolik beroperasi secara independen, laju aliran pompa harus dipilih berdasarkan silinder hidrolik terbesar yang membutuhkan kecepatan paling tinggi. Artinya, aktuator yang lebih kecil akan bergerak lebih cepat, yang mungkin tidak diinginkan. Untuk mengurangi aliran yang masuk ke aktuator-aktuator ini atau aktuator lainnya, harus digunakan katup pengatur aliran.

Kran Kontrol Aliran

Saat menggunakan katup pengatur aliran, selalu dimungkinkan untuk mengurangi aliran dari pompa menuju aktuator.

Konstruksi katup pengatur aliran

Katup pengatur aliran khas terdiri atas badan katup dan bagian yang dapat digerakkan. Dalam contoh kami, bagian yang dapat digerakkan tersebut adalah jarum penyetel berujung meruncing. Karena jarum tersebut sebenarnya tidak bergerak selama operasi (jarum telah diatur sebelumnya pada posisi tertentu), maka lebih tepat menyebut bagian yang dapat digerakkan pada katup pengatur aliran ini sebagai "dapat disetel" ketimbang "bergerak".

Cara kerja katup pengatur aliran

Dalam sistem hidrolik, katup pengatur aliran selalu bekerja bersama dengan katup pengatur tekanan (katup pelepas). Katup pengatur aliran merupakan suatu hambatan. Hambatan ini menyebabkan pompa hidrolik menghasilkan tekanan yang lebih tinggi. Tekanan ini dapat menyebabkan sebagian aliran dari pompa membuka katup pelepas, sehingga mengurangi aliran melalui katup pengatur aliran dan mencapai aktuator.

Gambar 7-5: Rangkaian pengatur aliran. Katup jarum membatasi aliran ke silinder. Aliran berlebih dari pompa dialirkan melalui katup pelepas ke tangki. Besarnya bukaan katup jarum menentukan kecepatan silinder.

Sistem Hidrolik Sederhana

Semua komponen yang diperkenalkan di atas dapat membentuk suatu sistem hidrolik sederhana. Karena energi hidrolik dalam sistem ini dapat dikendalikan, sistem ini mampu melakukan pekerjaan yang bermanfaat.

Sistem hidrolik banyak digunakan di berbagai bidang, mulai dari aerospace, pesawat terbang, dan peralatan militer hingga peralatan industri, mesin berjalan, dan peralatan baja. Prinsip kerja sistem hidrolik pada semua aplikasi tersebut sama seperti yang dijelaskan di atas. Satu-satunya perbedaan antar berbagai "jenis" sistem hidrolik terletak pada komponen-komponen yang digunakan.

Pada bab-bab berikutnya, kami akan membahas berbagai jenis komponen secara mendetail — komponen-komponen tersebut digunakan dalam sistem hidrolik industri. Untuk menjelaskan cara menggunakan komponen-komponen ini, kami juga akan merancang beberapa rangkaian hidrolik dasar.

Simbol Grafis Hidrolik

Dalam pembahasan sebelumnya mengenai komponen hidrolik dan sistem dasar, semua penjelasan disampaikan secara grafis — menggunakan gambar penampang untuk menunjukkan secara visual gerak internal komponen. Metode ini bermanfaat untuk menjelaskan permasalahan, namun tidak praktis dari sudut pandang pekerjaan sehari-hari.

Seperti bidang teknis lainnya, hidrolika juga menggunakan simbol grafis untuk merepresentasikan komponen dan sistem. Berbagai komponen hidrolik serta sistem sederhana yang telah dibahas sebelumnya semuanya dapat direpresentasikan dengan menggunakan simbol grafis hidrolik dan pneumatik standar ANSI Y32.10 atau ISO 1219.

Selain komponen-komponen yang telah dibahas sebelumnya, komponen penyusun sistem hidrolik juga mencakup motor listrik, filter hidrolik, dan sebagainya. Sistem hidrolik umumnya digerakkan oleh motor listrik. Selain itu, untuk mempertahankan tingkat kebersihan yang wajar, sistem hidrolik harus menggunakan filter hidrolik guna melindungi minyak dari kontaminasi.

Gambar 7-7 Simbol grafis hidrolik standar (ANSI Y32.10 / ISO 1219). Simbol-simbol ini digunakan pada semua diagram skematik rangkaian hidrolik, bukan gambar penampang.

Gambar 7-8 Sebuah rangkaian hidrolik sederhana lengkap yang ditampilkan dengan menggunakan simbol grafis standar. Inilah cara rangkaian hidrolik digambarkan dalam praktik rekayasa.