33-99 No. Jl. Mufu E, Distrik Gulou, Nanjing, Tiongkok [email protected] | [email protected]
33-99 No. Jl. Mufu E, Distrik Gulou, Nanjing, Tiongkok [email protected] | [email protected]
Katup periksa terutama terdiri dari badan katup dengan port masuk dan port keluar, serta bagian bergerak yang diberi beban pegas. Bagian bergerak tersebut dapat berupa cakram, pelat, atau poppet—dalam sistem hidrolik, bagian ini paling sering berupa bola atau seat poppet.
Fluida hanya dapat mengalir melalui katup periksa dalam satu arah—yaitu arah aliran bebas. Ketika tekanan sistem di port masuk meningkat cukup tinggi untuk mengatasi gaya pegas yang memberi beban pada poppet, poppet akan terdorong menjauh dari seat-nya sehingga fluida mengalir melaluinya. Ini disebut arah aliran bebas. Ketika fluida berusaha mengalir kembali dari port keluar, poppet akan didorong ke seat-nya, menutup saluran sepenuhnya dan menghalangi aliran balik.
Gambar 8-1 Katup periksa. Poppet yang dimuat pegas duduk pada seat-nya ketika aliran berbalik, sehingga menghalangi aliran balik secara sempurna. Katup periksa merupakan setara hidrolik dari jalan satu arah.
Katup periksa memiliki fungsi pengendalian arah dan tekanan — katup ini hanya memperbolehkan aliran dalam satu arah. Dalam sistem hidrolik, katup periksa umumnya digunakan sebagai katup by-pass, sehingga memungkinkan aliran melewati komponen tertentu. Sebagai contoh, katup periksa yang dipasang paralel dengan katup pengatur aliran memungkinkan aliran balik melewati katup pengatur aliran tersebut.
Katup periksa juga dapat mengisolasi cabang atau komponen tertentu dalam suatu sistem. Sebagai contoh, pada akumulator: katup periksa mencegah akumulator mengosongkan muatannya kembali melalui katup pengaman atau pompa hidrolik.
KEAMANAN: Ketika katup periksa digunakan dalam rangkaian akumulator, rangkaian tersebut harus dilengkapi mekanisme untuk secara otomatis melepaskan tekanan akumulator ketika mesin dimatikan.
Katup periksa umumnya merupakan perangkat dengan kebocoran rendah; bahkan, katup ini dapat dirancang agar benar-benar bebas kebocoran. Katup periksa mampu menahan beban hampir tanpa batas waktu. Namun, perlu diingat bahwa katup periksa adalah katup satu arah—untuk melepaskan beban, bagian yang bergerak harus dipaksa keluar dari tempat duduknya. Hal ini memerlukan jenis katup periksa khusus yang disebut katup periksa beroperasi pilot.
Gambar 8-2 Tiga penggunaan umum katup periksa dalam rangkaian hidrolik: bypass di sekitar pengatur aliran, isolasi akumulator, dan ambang tekanan pegas.
Sebagian besar komponen hidrolik tipe spool memiliki aliran bypass internal tertentu—hal ini tidak menunjukkan kualitas buruk, karena sebagian besar aliran bypass tersebut justru dirancang secara khusus untuk melumasi komponen. Namun, jika suatu sistem memerlukan silinder untuk menahan beban tergantung tanpa terjadi creep (pergeseran lambat), maka kebocoran menjadi masalah. Dalam situasi ini, harus digunakan katup periksa dengan kemampuan penyegelan.
Katup periksa beroperasi pilot memungkinkan aliran bebas dalam satu arah; ketika tekanan pilot mendorong bagian yang dapat bergerak dari tempat duduknya, aliran balik juga dapat melewati katup tersebut.
Seperti katup periksa biasa, katup periksa beroperasi pilot memiliki badan katup dengan port masuk dan port keluar, poppet (bagian yang dapat bergerak) yang dimuati pegas terhadap tempat duduknya. Selain itu, tepat di seberang tempat duduk tersebut, poppet dilengkapi batang dorong dan piston pilot yang dimuati pegas lunak. Tekanan pilot dari port pilot bekerja pada piston tersebut. Rongga pegas di sekitar piston memiliki port pembuangan.
Katup periksa beroperasi pilot memungkinkan aliran bebas dari port masuk ke port keluar dengan cara yang sama seperti katup periksa biasa. Aliran yang berusaha masuk dari port keluar akan mendorong poppet menempel pada tempat duduknya, sehingga menutup saluran. Ketika tekanan pilot yang cukup bekerja pada piston pilot, piston tersebut bergerak dan mendorong poppet pengunci, mengangkatnya dari tempat duduknya. Selama gaya yang bekerja pada piston pilot cukup besar, aliran dapat melewati katup dari port keluar ke port masuk.
Gambar 8-3 Katup periksa beroperasi pilot. Tanpa tekanan pilot, katup ini berfungsi seperti katup periksa biasa (aliran bebas hanya satu arah). Dengan tekanan pilot yang diberikan, aliran balik juga diizinkan—memungkinkan pelepasan beban.
Menggunakan satu katup periksa beroperasi pilot untuk menutup aliran dari port B silinder menjaga beban tetap tergantung selama segel silinder masih efektif, tanpa kebocoran pada saluran, silinder, atau katup periksa. Untuk menurunkan beban, cukup berikan tekanan pilot dari saluran A ke piston pengendali.
Tekanan pilot untuk katup periksa beroperasi pilot diambil dari saluran kerja silinder hidrolik—selama tekanan di saluran A cukup tinggi, katup periksa tetap terbuka. Saat beban diangkat, oli dengan mudah mengalir melalui katup periksa karena arah tersebut merupakan arah aliran bebas.
Dalam beberapa situasi, beban yang terpasang pada batang piston silinder harus dikunci dalam keadaan diam. Untuk mencapai hal ini, katup penahan berpenggerak pilot dapat dipasang pada masing-masing saluran kerja silinder—katup penahan berpenggerak pilot ini menutup aliran keluar dari silinder. Selama segel silinder tetap efektif dan tidak terjadi kebocoran di mana pun, beban dapat dipertahankan pada posisinya.
Untuk penguncian beban secara mutlak, harus digunakan silinder pengunci khusus yang dilengkapi perangkat kunci mekanis. Penguncian mekanis merupakan metode paling aman untuk menahan beban.
Akumulator menyimpan tekanan hidrolik. Tekanan hidrolik ini merupakan energi potensial yang dapat diubah menjadi energi kerja (aliran dan tekanan).
Akumulator dapat dibagi menjadi tiga jenis: akumulator bertekanan gravitasi, akumulator bertekanan pegas, dan akumulator bertekanan cairan/gas. Perbedaan utama terletak pada cara akumulator mempertahankan gaya kerja terhadap minyak yang disimpan.
Akumulator berbeban gravitasi menggunakan berat benda berat yang bekerja pada piston atau plunger untuk mempertahankan gaya kerja pada minyak yang disimpan. Beban tersebut dapat terbuat dari bahan berat apa pun — besi, beton, atau bahkan air. Akumulator berbeban gravitasi umumnya sangat besar, kadang-kadang mampu menampung ratusan galon. Akumulator ini melayani beberapa sistem hidrolik secara bersamaan dan digunakan dalam pabrik penggilingan (rolling mills) serta sistem hidrolik terpusat.
Karakteristik yang diinginkan dari akumulator berbeban gravitasi adalah kemampuannya menyimpan minyak pada tekanan yang relatif konstan — baik wadah dalam keadaan penuh maupun hampir kosong, tekanan yang tersimpan pada dasarnya tidak berubah. Hal ini karena gaya yang bekerja pada minyak adalah gravitasi (berat), yang bersifat konstan — tidak peduli berapa banyak minyak yang terdapat di dalam akumulator, gaya yang diberikan tetap sama.
Karakteristik yang tidak diinginkan dari akumulator beban gravitasi adalah terjadinya kejut. Ketika akumulator beban gravitasi tiba-tiba berhenti selama aliran keluaran yang cepat, inersia dari beban berat menciptakan lonjakan tekanan yang signifikan dalam sistem. Hal ini dapat menyebabkan kebocoran pada pipa dan sambungan serta dapat menyebabkan kelelahan logam yang mengarah pada kegagalan komponen lebih awal.
Gambar 8-6 Akumulator beban gravitasi. Beban konstan menghasilkan tekanan konstan tanpa memandang volume oli. Digunakan dalam sistem industri skala besar seperti hidrolik pabrik baja.
Akumulator pegas menggunakan pegas yang bekerja pada piston untuk mempertahankan gaya pada minyak yang disimpan. Akumulator pegas umumnya lebih kecil daripada tipe gravitasi, dengan kapasitas hanya beberapa galon. Akumulator jenis ini biasanya melayani satu sistem hidrolik dan umumnya beroperasi pada tekanan rendah. Ketika minyak bertekanan memasuki akumulator pegas, tekanan minyak yang tersimpan ditentukan oleh seberapa besar pegas dikompresi. Ketika piston bergerak ke atas dan mengompresi pegas sejauh 10 inci (25,4 cm), tekanan yang tersimpan lebih tinggi dibandingkan ketika pegas dikompresi sejauh 4 inci (10,2 cm).
Untuk mencegah kebocoran oli menumpuk di rongga pegas, rongga pegas dilengkapi lubang pembuangan agar kebocoran dapat mengalir keluar. Akumulator berpegas tidak boleh dibuang ke luar menuju reservoir, karena hal ini akan menyebabkan oli berbusa. Baik ujung pipa pembuangan berada di atas maupun di bawah permukaan cairan reservoir, akumulator tetap akan menghasilkan busa saat beroperasi — ketika akumulator mengalirkan fluida secara cepat, oli di atas piston tidak mampu mengikuti pergerakan piston, sehingga terbentuk ruang hampa parsial di dalam rongga pegas yang menyebabkan udara terpisah dari oli. Saat akumulator terisi kembali, piston bergerak naik dan mendorong oli yang mengandung udara kembali ke reservoir. Kehadiran gelembung udara di dalam reservoir tidak diinginkan, sehingga akumulator berpegas umumnya tidak dibuang ke luar.
Untuk akumulator berpegas dengan saluran pembuangan eksternal pada rongga pegas, jika segel piston aus, diperlukan penanganan segera. Jika perbaikan tidak dilakukan tepat waktu, pekerjaan pembersihan mungkin diperlukan.
Gambar 8-7 Akumulator pegas-muat. Gaya pegas—dan dengan demikian tekanan yang tersimpan—meningkat seiring pergerakan piston ke atas. Digunakan pada sistem berukuran kecil dan bertekanan rendah.
Akumulator cairan/gas merupakan jenis yang paling umum digunakan dalam sistem hidrolik industri. Akumulator ini memanfaatkan gas terkompresi untuk mempertahankan gaya kerja pada minyak yang disimpan.
KEAMANAN: Dalam sistem industri yang menggunakan akumulator cairan/gas, selalu gunakan gas nitrogen kering. Jangan pernah menggunakan udara terkompresi, karena campuran uap gas/minyak bersifat eksplosif.
Akumulator cairan/gas dibagi menjadi tiga jenis—jenis piston, jenis diafragma, dan jenis kantong—berdasarkan perangkat yang digunakan untuk memisahkan gas dari minyak.
Akumulator tipe piston terdiri dari silinder dan piston yang dapat bergerak dengan cincin penyegel elastis. Ruang bagian atas piston diisi dengan gas bertekanan. Ketika minyak diisi ke dalam silinder, gas tersebut mengalami kompresi. Saat minyak dikeluarkan dari akumulator, tekanan gas menurun. Ketika seluruh minyak telah dikeluarkan, piston mencapai ujung langkahnya dan menutup port keluar, sehingga menjaga gas tetap berada di dalam akumulator.
Akumulator tipe diafragma berbentuk bola yang dibentuk dengan mengikat dua belahan hemisfer logam. Ruang internalnya dibagi oleh diafragma karet sintetis—ruang bagian atas diisi dengan gas. Ketika minyak bertekanan memasuki ruang lainnya, gas tersebut mengalami kompresi. Setelah seluruh minyak dikeluarkan, diafragma menutup port keluar dan menjaga gas tetap berada di dalam akumulator; diafragma tidak akan terdorong keluar melebihi ketebalannya.
Akumulator tipe kantung terdiri dari cangkang logam dan kantung karet sintetis di dalamnya. Kantung tersebut diisi dengan gas. Ketika oli memasuki cangkang, gas di dalam kantung dikompresi, sehingga oli mengalir keluar dari cangkang. Ketika seluruh oli telah dikeluarkan, tekanan gas berusaha mendorong kantung melewati lubang keluar — namun ketika kantung bersentuhan dengan katup duduk di lubang keluar, oli di dalam cangkang secara otomatis tersegel.
Gambar 8-8 Tiga jenis akumulator fluida/gas. Semua jenis ini menggunakan nitrogen terkompresi untuk menyimpan energi hidrolik. Jenis piston (atas), jenis diafragma (tengah), dan jenis kantung (bawah) berbeda dalam cara pemisahan antara gas dan oli.
Akumulator dapat menjalankan beberapa fungsi dalam sistem hidrolik: menyuplai aliran, mempertahankan tekanan, dan menyerap kejut.
Pemasokan aliran adalah salah satu kegunaan akumulator. Akumulator yang terisi penuh merupakan sumber energi potensial hidrolik. Ketika sistem membutuhkan aliran lebih besar daripada yang dapat disuplai pompa, energi yang tersimpan dalam akumulator dapat digunakan untuk menghasilkan aliran sistem. Sebagai contoh, jika suatu mesin dirancang sedemikian rupa sehingga waktu kerja aktualnya sangat singkat selama siklus operasinya, pompa berkapasitas kecil dapat mengisi akumulator dalam jangka waktu tertentu. Ketika mesin beroperasi, katup arah beralih ke posisi kerja dan akumulator segera mengalirkan oli bertekanan ke aktuator sesuai kebutuhan. Metode penggunaan akumulator bersama pompa kecil ini menyimpan daya puncak—dengan kata lain, metode ini menggantikan aliran/daya besar dari pompa/motor besar dalam waktu singkat dengan pompa/motor kecil yang bekerja rata-rata selama periode yang lebih panjang.
Akumulator dapat digunakan untuk mempertahankan tekanan. Ketika pompa/motor mengalirkan fluida ke bagian lain sistem, akumulator dapat mempertahankan tekanan pada salah satu cabang sirkuit.
Ketika sistem memerlukan silinder penjepit A untuk kembali, silinder penjepit B harus mempertahankan tekanan. Saat katup arah A berpindah posisi, tekanan pada pompa hidrolik dan saluran silinder A turun dengan cepat, sedangkan tekanan pada silinder B dipertahankan oleh akumulator, yang telah menyimpan cukup minyak bertekanan untuk mengkompensasi kebocoran pada saluran silinder B.
Dalam aplikasi lain, silinder kerja di dekat tungku mengalami suhu lingkungan tinggi yang menyebabkan minyak mengembang secara termal. Akumulator menyerap peningkatan volume tersebut dan mempertahankan tekanan pada tingkat yang relatif konstan. Tanpa akumulator, kenaikan tekanan pada saluran akan tak terkendali dan dapat menyebabkan pecahnya rumah komponen, pipa, atau sambungan.
Gambar 8-10 Akumulator untuk pemeliharaan tekanan. (Atas) Memelihara tekanan pada satu cabang sirkuit sementara pompa melayani cabang lainnya. (Bawah) Menyerap perubahan volume akibat ekspansi termal minyak di dekat sumber panas.
Akumulator cairan/gas juga dapat digunakan untuk menyerap kejutan sistem. Kejutan dalam sistem hidrolik dapat disebabkan oleh inersia beban yang terhubung ke silinder atau motor, atau oleh pemutusan aliran secara mendadak atau perpindahan arah katup yang cepat, yang menimbulkan kejutan akibat inersia fluida. Akumulator dalam rangkaian dapat menyerap sebagian kejutan tersebut dan mencegah penyebarannya ke seluruh sistem.
Gaya mekanis eksternal juga dapat menciptakan kejutan hidrolik. Beban yang terhubung ke silinder hidrolik dengan kecenderungan memantul mendorong piston kembali, sehingga menimbulkan kejutan hidrolik. Akumulator yang dipasang pada saluran silinder, jika diisi tekanan secara tepat, membantu mengurangi efek kejutan tersebut. Jika diisi tekanan secara tidak tepat, akumulator justru dapat menyebabkan tekanan berlebih.
Karena akumulator cairan/gas menggunakan gas terkompresi untuk menyimpan tekanan minyak, sifat-sifat gas memengaruhi kinerja akumulator. Ketika akumulator cairan/gas diisi ulang, gas tersebut dikompresi dan suhunya meningkat. Pada tekanan konstan, gas panas menempati ruang yang lebih besar dibandingkan gas dingin.
Proses isotermal menggambarkan kondisi operasi akumulator ketika suhu gas dipertahankan konstan. Selama pengisian, operasi isotermal berarti gas dikompresi cukup lambat sehingga seluruh panas yang dihasilkan oleh kompresi sepenuhnya terdispersi. Proses adiabatik menggambarkan kondisi operasi akumulator ketika suhu gas berubah. Selama pengisian, kondisi adiabatik berarti gas dikompresi begitu cepat sehingga seluruh panas tetap terperangkap.
Untuk akumulator cairan/gas yang diisi ulang hingga tekanan yang sama, proses isotermal mampu menyimpan lebih banyak minyak dibandingkan proses adiabatik.
Contoh numerik: Akumulator piston awalnya memiliki tekanan gas 500 psi (34,48 bar) dan suhu 70°F (21°C). Jika diisi hingga 1.000 psi (68,97 bar) melalui proses adiabatik (cepat), suhu dan tekanan naik bersamaan. Pada tekanan 1.000 psi (68,97 bar), aliran oli berhenti; suhu mencapai 150°F (65,6°C) dan akumulator menyimpan 135 in³ (2.215,65 cm³) oli. Jika diisi secara isotermal (lambat), suhu tetap konstan pada 70°F (21°C) sepanjang proses; pada tekanan 1.000 psi (68,97 bar) aliran oli berhenti dan akumulator menyimpan 150 in³ (2.458,5 cm³) oli.
Gambar 8-12 Perbandingan pengisian isotermal versus adiabatik. Pengisian lambat (isotermal) menyimpan lebih banyak oli dibandingkan pengisian cepat (adiabatik) pada tekanan akhir yang sama, karena suhu tetap lebih rendah sehingga gas menempati ruang yang lebih kecil.
Selama pelepasan minyak, gas mengembang dan mendingin. Pada tekanan konstan, gas yang lebih dingin menempati ruang yang lebih kecil dibandingkan gas yang lebih hangat. Dalam praktiknya, operasi akumulator umumnya bersifat adiabatik—bukan isotermal. Pada bagian-bagian berikutnya, perhatian utama bukanlah seberapa banyak minyak yang dapat disimpan oleh akumulator, melainkan seberapa banyak minyak yang dikeluarkannya sebelum tekanan turun ke tingkat yang lebih rendah, yang sangat dipengaruhi oleh tekanan pra-muatan.
Ketika akumulator benar-benar kosong dari minyak, tekanan gas yang diisikan ke akumulator cairan/gas disebut tekanan pra-muatan. Tekanan ini secara signifikan memengaruhi volume efektif dan kinerja penyerap kejut akumulator.
Akumulator cairan/gas yang digunakan untuk menghasilkan aliran sistem atau mempertahankan tekanan biasanya beroperasi antara tekanan kerja maksimum dan minimum. Ketika terisi penuh dengan minyak, akumulator mencapai tekanan kerja maksimum. Saat dibutuhkan, tekanan kerja turun, akumulator mengalirkan minyak hingga mencapai tekanan minimum yang lebih rendah. Volume minyak yang dikeluarkan akumulator antara tekanan kerja maksimum dan minimum disebut volume efektif.
Tekanan pra-pengisian memengaruhi volume efektif. Contoh: sebuah akumulator cairan/gas berkapasitas 231 in³ (3.786 cm³) dalam suatu sistem menggunakan pompa kecil untuk mengisi minyak hingga tekanan sistem sebesar 2.000 psi (137,9 bar). Untuk menyuplai aliran, tekanan dibiarkan turun hingga 1.500 psi (103,4 bar). Tekanan pra-pengisian yang dipilih menentukan jumlah minyak yang dapat disediakan akumulator ke sistem.
Dari tabel kinerja, akumulator berkapasitas 231 in³ (3.786 cm³) dengan tekanan awal (precharge) 100 psi (6,89 bar) mampu menyimpan 210 in³ (3.441,9 cm³) minyak pada tekanan pengisian isotermal 1.000 psi (batas atas = nilai isotermal). Pada tekanan 1.500 psi (103,4 bar), akumulator ini menyimpan 202 in³ (3.310,8 cm³), sehingga menghasilkan aliran sebesar 8 in³ (131 cm³) antara kedua tekanan tersebut. Akumulator dengan tekanan awal rendah ini mampu menyimpan banyak minyak, tetapi menghasilkan sangat sedikit.
Dengan meningkatkan tekanan awal menjadi 1.000 psi (68,96 bar), akumulator menyimpan 93 in³ (1.524,3 cm³) pada tekanan 2.000 psi (137,9 bar) dan 59,5 in³ (975 cm³) pada tekanan 1.500 psi (103,4 bar), sehingga menghasilkan aliran sebesar 33,5 in³ (594,1 cm³). Tekanan awal yang lebih tinggi memang menyimpan lebih sedikit minyak, tetapi menghasilkan jauh lebih banyak. Dengan tekanan awal 1.400 psi (96,6 bar), jumlah minyak yang tersimpan minimum, namun jumlah minyak yang dihasilkan maksimum.
Gambar 8-13 Tabel kinerja akumulator (kapasitas 231 in³). Tekanan awal yang lebih tinggi menghasilkan lebih banyak minyak per siklus dalam batas tekanan tertentu, tetapi menyimpan total minyak yang lebih sedikit. Pilih tekanan awal berdasarkan volume efektif yang dibutuhkan, bukan kapasitas total.
Output volume efektif dari akumulator harus dikontrol melalui laju aliran. Untuk pemeliharaan tekanan, laju aliran yang dikontrol ditentukan oleh kebocoran yang perlu dikompensasi. Pada akumulator yang digunakan untuk menyuplai minyak bertekanan, ketika katup arah hilir berpindah posisi, output volume efektif menjadi terlalu cepat. Oleh karena itu, akumulator jenis ini sering dilengkapi dengan katup pengatur laju aliran dan katup penahan bypass pada port masuk/keluarnya.
Ketika akumulator cairan/gas digunakan sebagai peredam kejut, tekanan pramuatnya umumnya diatur sedikit di atas tekanan kerja maksimum dalam rangkaian (diatur sekitar 100 psi / 6,896 bar di atas tekanan kerja maksimum yang ditentukan oleh pengatur tekanan lepas). Jika tekanan kerja maksimum ditentukan oleh pengatur tekanan lepas, maka tekanan pramuat dapat diatur sekitar 100 psi di atas pengaturan tekanan lepas tersebut.
Tekanan pra-pengisian pada akumulator cairan/gas memengaruhi kemampuan penyerapan kejutnya. Dalam sistem hidrolik, kejut disebabkan oleh gaya mekanis eksternal yang bekerja pada silinder atau motor, mengakibatkan kenaikan tekanan yang cepat, atau oleh inersia cairan ketika katup hidrolik ditutup secara mendadak.
Akumulator dapat menyerap sebagian minyak bertekanan kejut yang dapat dikompresi dan ditransfer olehnya. Suatu saluran yang dilengkapi akumulator menjadi kompresibel di atas tekanan tertentu. Jika tekanan pra-pengisian akumulator terlalu rendah, akumulator tersebut sudah menyimpan sejumlah minyak sebelum kejut terjadi, sehingga hanya mampu menyerap 4 inci³ (65,6 cm³). Jika tekanan pra-pengisian sebesar 2.500 psi (172,4 bar) — terlalu tinggi — tekanan naik hingga mencapai hampir 2.800 psi (193 bar) sebelum menyerap 4 inci³. Untuk peredam kejut, tekanan pra-pengisian sangat penting.
Akumulator cairan/gas diisi dengan gas hingga tekanan pra-pengisian yang sesuai hanya sekali. Artinya, tekanan pra-pengisian yang sama tidak dapat dipertahankan secara tak terbatas. Saat akumulator beroperasi, gas terkompresi bocor melalui katup gas — kemungkinan disebabkan oleh kegagalan katup gas atau penyegelan yang buruk, atau masalah pada dudukan inti katup berbentuk kerucut di dalam tempat dudukan katup. Tekanan gas juga berkurang secara bertahap selama pengeluaran minyak pada akumulator jenis kantong udara (bladder) dan diafragma — kondisi ini biasanya terjadi secara mendadak, menyebabkan material diafragma karet sintetis pecah. Pada akumulator jenis piston, selama proses pengeluaran, gas yang telah diisi dapat bocor melewati segel yang aus dari area piston. Penurunan bertahap tekanan pra-pengisian dapat mengindikasikan adanya akumulator tipe piston yang mengalami tingkat keausan tertentu.
Tekanan pra-pengisian yang tepat sangat penting untuk kinerja akumulator cairan/gas, sehingga harus diperiksa secara berkala. Diperlukan perangkat pengisian yang dilengkapi dengan manometer untuk memeriksa tekanan pra-pengisian. Perangkat ini terutama terdiri dari chuck pengisian, katup pembuang, dan manometer.
Prosedur pemeriksaan: kosongkan seluruh oli dari akumulator, lepas tutup pelindung (biasanya terletak pada katup gas di bagian atas). Dengan pegangan chuck ditarik sepenuhnya, pastikan katup pembuang dalam keadaan tertutup. Hubungkan chuck pengisian ke katup gas akumulator, kencangkan mur sayap chuck, dan pastikan koneksi ke katup gas andal. Putar sekrup chuck hingga inti katup gas akumulator tertekan sepenuhnya; baca tekanan pada manometer — ini merupakan tekanan pra-pengisian akumulator.
Jika pra-pengisian benar, putar pegangan chuck ke luar untuk menutup katup gas akumulator, buka katup pembuangan untuk mengurangi tekanan perangkat pengisian, longgarkan mur sayap chuck, lepas perangkat dari akumulator, dan pasang kembali tutup pelindung katup gas.
Jika tekanan pra-pengisian terlalu tinggi, buka katup pelepas untuk mengurangi tekanan berlebih. Jika tekanan pra-pengisian perlu ditingkatkan, pertama-tama tarik pegangan chuck untuk menutup katup gas akumulator, buka katup pelepas guna mengurangi tekanan pada perangkat pengisian, lalu tutup katup pelepas, dan hubungkan perangkat pengisian ke tabung nitrogen. Putar pegangan chuck ke dalam untuk menekan sepenuhnya inti katup gas akumulator, lalu buka katup tabung nitrogen agar gas masuk secara perlahan ke dalam akumulator. Ketika manometer menunjukkan tekanan yang diinginkan, tutup katup gas. Setelah manometer menunjukkan tekanan pra-pengisian yang benar, tutup katup tabung nitrogen, tarik pegangan chuck untuk menutup katup gas akumulator, buka katup pelepas, kemudian lepaskan selang pengisian fleksibel dan perangkat pengisian.
Gambar 8-15 Pemeriksaan dan penyetelan tekanan pra-pengisian akumulator. (Atas) Segel piston yang aus menyebabkan kehilangan tekanan pra-pengisian secara bertahap. (Bawah) Perangkat pengisian nitrogen standar — selalu gunakan nitrogen kering, jangan pernah menggunakan udara bertekanan.
Dalam rangkaian hidrolik tipikal dengan akumulator, ketika akumulator terisi penuh dan tidak ada bagian sistem yang beroperasi, aliran pompa/motor harus dilepaskan ke tangki pada tekanan serendah mungkin. Dalam rangkaian yang ditunjukkan, katup pembuang digunakan untuk melepas beban. Begitu akumulator terisi hingga tekanan pengaturan katup pembuang, katup tersebut membuka dan mengalihkan aliran pompa ke tangki.
Biasanya jenis pelepasan beban semacam ini hanya dapat bertahan beberapa detik, karena selalu terdapat kebocoran di hilir katup periksa. Akumulator harus mengkompensasi kebocoran ini — tekanan secara bertahap menurun — katup pembuang secara bertahap menutup, dan bukaan ke tangki menjadi semakin kecil, hingga tekanan akumulator turun di bawah tekanan pembukaan katup. Saat katup menutup, pompa/motor harus menghasilkan daya lebih besar untuk mengisi ulang akumulator hingga mencapai tekanan pengaturan katup pembuang.
Untuk memastikan pompa/motor benar-benar tidak berbeban sebelum akumulator diisi ulang, saklar tekanan dapat digunakan. Dalam rangkaian tersebut, saklar tekanan mendeteksi tekanan akumulator dan mengirim sinyal pensaklaran listrik pada titik tekanan yang telah ditentukan. Sinyal listrik tersebut dikirim ke katup solenoid dua arah normal-tertutup — katup solenoid ini dapat mengontrol katup pengaman beroperasi pilot untuk melepaskan beban. Ketika akumulator terisi hingga mencapai pengaturan tekanan saklar tekanan, relay mengirim sinyal ke katup solenoid guna melepaskan beban katup pengaman dan mengalihkan aliran pompa/motor ke tangki melalui katup pengaman.
Gambar 8-16 Rangkaian pelepasan beban akumulator. (Atas) Katup pembuangan sederhana — melepaskan beban ke tangki ketika tekanan akumulator mencapai nilai yang ditetapkan, tetapi cenderung berulang (berkisar). (Bawah) Saklar tekanan dengan katup pengaman beroperasi pilot — menjamin pelepasan beban penuh serta pengendalian rentang tekanan yang presisi.
Setelah akumulator diisi daya, katup pelepas tekanan diferensial dapat menggantikan saklar tekanan dan katup solenoid untuk melepaskan katup pengaman dan mengurangi beban pompa/motor. Katup pelepas tekanan diferensial adalah katup hidrolik yang dirancang khusus untuk aplikasi akumulator. Seperti namanya, katup ini menggunakan perbedaan tekanan untuk mengurangi beban pompa/motor.
Katup pelepas tekanan diferensial terdiri dari katup pengaman beroperasi pilot, katup periksa, dan piston diferensial dalam satu badan katup. Badan katup memiliki tiga port: port tekanan, port kembali, dan port akumulator.
Di dalam katup pelepas tekanan diferensial, katup penahan dan katup pengatur tekanan yang dioperasikan secara pilot berfungsi secara normal. Minyak keluaran pompa dapat mengisi akumulator melalui katup penahan. Piston diferensial berada berseberangan dengan spool katup pengatur tekanan pilot dan dapat bergerak bebas di dalam lubangnya. Kedua ujung piston terpapar pada luas permukaan yang sama terhadap tekanan. Saat akumulator sedang diisi, tekanan di kedua sisi piston hampir sama (mengabaikan penurunan tekanan melalui katup penahan), sehingga piston tidak bergerak. Ketika tekanan pada spool katup pilot cukup besar, spool pilot didorong lepas dari tempat duduknya—sebagaimana telah diketahui, pergerakan pilot ini dapat membatasi tekanan di rongga pegas katup utama. Karena rongga pegas katup utama dan salah satu ujung piston diferensial berada dalam kondisi pembatasan tekanan, maka piston bergerak menuju spool katup pilot, mendorong spool pilot sepenuhnya lepas dari tempat duduknya, sehingga secara efektif melepaskan tekanan kontrol pada rongga pegas spool utama, membuka katup pengatur tekanan (relief valve), serta melepas beban pompa/motor. Secara bersamaan, katup penahan menutup sehingga minyak akumulator tidak dapat dibuang melalui katup pengatur tekanan.
Luas penampang piston diferensial yang terpapar tekanan 15% lebih besar daripada luas spool katup pilot. Karena gaya = tekanan × luas, maka gaya yang menjaga spool katup pilot tetap terangkat dari tempat duduknya 15% lebih besar daripada gaya yang mengangkat spool katup pilot tersebut. Artinya, pegas harus menerima gaya tambahan lebih dari 15% dari sumber lain agar spool katup pilot dapat kembali duduk di tempat duduknya — atau tekanan sistem harus turun sebesar 15% sebelum spool katup pilot dapat kembali duduk di tempat duduknya.
Hal ini memastikan bahwa katup pelepas tekanan diferensial mempertahankan pompa/motor dalam kondisi tidak beban setelah pengisian akumulator hingga tekanan turun sebesar persentase tetap — umumnya sekitar 15% dari pengaturan tekanan katup pilot. Sebagai contoh, jika katup pilot diatur pada 1.000 psi (69 bar), maka pelepasan beban terjadi antara 1.000 psi (69 bar) dan 850 psi (59 bar); jika katup pilot diatur pada 2.000 psi (138 bar), rentang pelepasan beban adalah 2.000 psi (138 bar) hingga 1.700 psi (117 bar).
Dalam setiap aplikasi, agar energi kerja hidrolik dapat melakukan pekerjaan yang berguna, energi tersebut harus diubah menjadi energi mekanis. Silinder hidrolik mengubah energi hidrolik menjadi gerak mekanis linear.
Silinder hidrolik terdiri dari tabung (barrel), piston bergerak dengan cincin segel fleksibel yang terhubung ke batang piston (piston rod), serta dua tutup ujung (end caps). Tutup ujung ini dapat dipasang dengan cara ulir, flens, ditarik melalui (drawn-over), atau dilas ke tabung. Pada silinder hidrolik industri, sambungan ujung batang piston yang menggunakan baut (bolted rod-end connections) umumnya digunakan. Ketika batang piston bergerak, komponen yang bertugas membentuk segel disebut 'kit segel batang piston' atau 'cincin penuntun yang dapat dilepas' (detachable guide ring), yang berfungsi menuntun dan menopang batang piston.
Ujung yang dilengkapi batang piston disebut 'ujung batang' (rod end); ujung lainnya tanpa batang disebut 'ujung buta' (blind end). Port masuk (inlet) dan port keluar (outlet) terletak pada tutup ujung batang dan tutup ujung buta.
Agar beroperasi dengan baik, segel panduan piston dan batang piston pada silinder hidrolik harus memiliki segel yang andal. Segel umum yang digunakan pada piston silinder hidrolik meliputi segel bibir, cincin piston besi cor, atau unit segel satu arah/dua arah. Bahan dan komponen segel harus dikonfirmasi kompatibel dengan fluida kerja serta kondisi operasional.
Segel batang piston bertingkat merupakan jenis segel batang piston yang efektif, terdiri dari segel utama dengan permukaan segel bagian dalam berbentuk bibir, penghapus (wiper) yang secara terus-menerus bersentuhan dengan permukaan batang piston selama operasi serta mengikis minyak kerja dari permukaan batang piston. Segel debu sekunder mengumpulkan sisa minyak yang ditinggalkan oleh segel utama, dan saat batang piston ditarik kembali, membersihkan kotoran apa pun yang menempel pada batang piston.
Seperti dijelaskan di atas, oli yang terakumulasi di rongga antara segel utama dan segel debu dapat kembali ke lubang silinder selama langkah retraksi — hal ini normal. Namun, jika panjang langkah silinder sangat besar (10 kaki / 3,05 m atau lebih), oli yang terakumulasi di rongga segel bisa cukup banyak sehingga melebihi kapasitas segel batang piston. Dalam situasi ini dan bila terdapat kelebihan oli di rongga segel, rongga segel batang piston harus dilengkapi sambungan pembuangan eksternal.
Gambar 8-18 Detail konstruksi silinder. Tutup ujung batang piston berisi rakitan segel batang piston. Untuk silinder dengan langkah panjang, dipasang port pembuangan guna mencegah oli melampaui kapasitas segel.
Ketika energi hidrolik menggerakkan piston silinder hingga mencapai akhir langkah (akhir perjalanan silinder), inersia oli menimbulkan guncangan — yang dikenal sebagai "guncangan hidrolik." Jika energi tersebut cukup besar, guncangan ini dapat merusak silinder hidrolik.
Untuk melindungi silinder hidrolik dari kejutan berlebihan, perangkat peredam kejut dapat dipasang. Perangkat peredam kejut dapat memperlambat gerak piston silinder di dekat akhir langkahnya. Perangkat peredam kejut dapat dipasang pada salah satu ujung atau kedua ujung silinder hidrolik.
Sebuah perangkat peredam kejut terdiri atas katup jarum pengatur aliran dan tombak peredam kejut yang dipasang pada ujung buta piston, serta selubung peredam kejut pada batang piston. Perangkat-perangkat ini berfungsi sebagai sumbat pada masing-masing ujung.
Saat piston silinder hidrolik mendekati akhir langkahnya, tombak peredam atau selubung peredam menghalangi saluran oli normal. Hal ini memaksa oli mengalir hanya melalui katup jarum. Sebagian oli bertekanan pada pengaturan katup pengaman mengalir keluar melalui katup jarum. Aliran sisanya yang melewati katup jarum menentukan laju perlambatan silinder. Penyetelan katup jarum menentukan laju perlambatan piston. Pada langkah kembali, aliran masuk ke dalam silinder melalui satu katup satu arah (tidak ditampilkan) untuk melewati katup jarum, sehingga kecepatan balik tidak terpengaruh.
Terkadang panjang langkah silinder hidrolik harus dibatasi oleh kontrol eksternal. Dengan memasang sekrup penghenti yang dapat diputar masuk dan keluar pada badan silinder, langkah dapat disetel terlebih dahulu. Setiap jenis penyetel langkah harus diverifikasi sesuai dengan persyaratan gaya pengereman, tumbukan, benturan, serta efek dimensi.
Gambar 8-19 Bantalan silinder, penyetel panjang langkah, gaya pemasangan, dan jenis beban. Bantalan melindungi silinder pada akhir langkah; gaya pemasangan menentukan seberapa baik silinder mampu menahan bebannya.
Silinder hidrolik memiliki berbagai gaya pemasangan, antara lain: flens, tumpuan poros (trunnion), dudukan sisi (side-lug mounts), sekrup garis tengah (centerline screws), cincin dudukan ganda (double lug rings), batang pengikat (tie-rods), dan dudukan las (weld mounts). Dudukan garis tengah (center-lug mounts) atau dudukan las merupakan desain yang sangat baik karena menghasilkan kesalahan perataan operasi silinder seminimal mungkin.
Silinder hidrolik dapat mengubah energi hidrolik menjadi gerak mekanis lurus atau linier. Namun, karena pemilihan rangkaian mekanis (mechanical linkages), silinder juga dapat menghasilkan berbagai jenis gerak mekanis lainnya.
Silinder hidrolik dapat memindahkan berbagai jenis beban dalam banyak aplikasi. Secara umum, beban yang didorong oleh batang piston disebut beban dorong (push loads); sedangkan beban yang ditarik oleh batang piston disebut beban tarik (pull loads).
Tabung penghenti adalah selubung logam padat yang dipasang pada batang piston. Ketika batang piston silinder berlangkah panjang sepenuhnya terentang, tabung penghenti memisahkan piston dan selubung pemandu dengan jarak tertentu. Selubung pemandu batang piston adalah bantalan yang menopang batang piston selama operasi silinder. Selubung ini dirancang untuk menahan beban tertentu. Selubung pemandu batang piston—selain berfungsi sebagai poros—juga merupakan titik tumpuan beban bagi batang piston. Pada silinder berlangkah panjang yang terhubung ke beban, batang piston tanpa pemandu kaku cenderung melengkung ke bawah saat sepenuhnya terentang, atau lenturan dapat terjadi di area selubung pemandu, sehingga menimbulkan beban samping yang merusak selubung pemandu batang piston.
Fungsi tabung penghenti adalah memisahkan piston dan selubung pemandu dengan jarak tertentu ketika batang piston sepenuhnya terentang, guna mengurangi beban pada selubung pemandu batang piston.
Silinder hidrolik tersedia dalam berbagai jenis. Di bawah ini adalah beberapa jenis silinder yang umum digunakan; jenis-jenis tersebut juga akan muncul dalam rangkaian aplikasi tertentu pada pelajaran-pelajaran selanjutnya.
Gambar 8-20 Jenis silinder hidrolik. Setiap jenis cocok untuk aplikasi tertentu: teleskopik untuk langkah panjang dalam ruang terbatas, tandem untuk gaya tinggi dalam diameter lubang terbatas, dan batang ganda untuk gaya/kecepatan yang sama pada kedua arah.
Jenis yang paling umum dalam hidrolik industri adalah silinder batang tunggal dua-arah. Untuk jenis ini, hal-hal utama yang perlu diperhatikan adalah laju aliran maksimal yang diizinkan (gpm) dan tekanan maksimal yang diizinkan (psi), serta gaya mekanis dan gerak batang piston yang dihasilkan.
Luas permukaan piston dan luas permukaan piston efektif umumnya dibahas khusus untuk silinder batang tunggal dua-arah. Luas permukaan piston besar adalah luas penampang penuh piston yang terpapar tekanan di ujung buta silinder (sisi tanpa batang). Luas permukaan kecil efektif (luas annular) adalah luas permukaan piston yang terpapar tekanan di sisi batang piston, karena batang piston menempati sebagian dari luas permukaan piston tersebut. Oleh karena itu, luas permukaan kecil efektif umumnya lebih kecil daripada luas permukaan besar.
Kecepatan ekstensi batang piston silinder hidrolik ditentukan oleh seberapa cepat fluida mengisi ujung buta silinder. Kecepatan batang piston umumnya dinyatakan dalam ft/menit atau m/menit:
Kecepatan batang (ft/menit) = Laju aliran (gpm) × 19,25 ÷ Luas piston (in²)
*Kecepatan batang (m/detik) = Laju aliran (Lpm) × 0,167 ÷ Luas piston (cm²)
* Jika menghitung dalam satuan m/detik dan hasilnya kurang dari 0,1 m/detik, nyatakan hasilnya dalam mm/detik.
Contoh: sebuah silinder dengan luas piston 10 in² (64,5 cm²) menerima aliran 5 gpm (18,95 lpm). Kecepatan batang = (5 × 19,25) ÷ 10 = 9,63 ft/menit (49 mm/detik). Dengan aliran dua kali lipat (10 gpm / 37,9 lpm), kecepatan batang menjadi dua kali lipat, yaitu 19,25 ft/menit (97,33 mm/detik).
Selama retraksi batang piston, aliran masuk ke ujung batang. Pada laju aliran masuk yang sama, kecepatan retraksi lebih cepat daripada kecepatan ekstensi — gunakan luas piston kecil (annular) dalam rumus.
Contoh: Aliran sebesar 10 gpm (38 l/menit) memasuki ujung batang silinder dengan luas area besar 10 in² (65 cm²) dan luas area kecil 8 in² (52 cm²). Kecepatan penarikan = (10 × 19,25) ÷ 8 = 24,06 ft/menit (0,12 m/detik).
Kecepatan batang (ft/menit) = Laju aliran (gpm) × 19,25 ÷ Luas area kecil (in²)
Kecepatan batang (m/detik) = Laju aliran (Lpm) × 0,167 ÷ Luas area kecil (cm²)
Dengan laju aliran masuk yang sama, silinder dua-arah satu-batang menarik lebih cepat daripada mengembang.
Selama penarikan, aliran memasuki ujung batang dan keluar dari ujung buta. Aliran keluar lebih besar daripada aliran masuk — dapat dihitung menggunakan rumus yang sama seperti gpm (l/menit), tetapi dengan menggunakan luas area piston besar. Contoh: 10 gpm memasuki ujung batang pada kecepatan 24,06 ft/menit: aliran keluar = (24,06 × 10) ÷ 19,25 = 12,5 gpm (46 L/menit).
Seperti ditunjukkan, gaya yang dihasilkan oleh silinder hidrolik merupakan fungsi dari tekanan hidrolik yang bekerja pada luas penampang piston silinder. Jika suatu silinder tertentu memerlukan gaya keluaran maksimum yang lebih besar daripada nilai saat ini, hal ini sering kali dapat diatasi dengan meningkatkan tekanan ke tingkat yang proporsional. Dalam beberapa situasi, tekanan sistem dan ukuran silinder tidak memungkinkan penggunaan silinder berukuran lebih besar—silinder tandem dapat mengatasi masalah ini.
Silinder tandem terdiri dari dua atau lebih silinder yang dipasang secara seri. Batang pistonnya dihubungkan satu sama lain sehingga membentuk satu batang piston bersama. Segel batang piston di antara silinder-silinder tersebut memungkinkan masing-masing silinder beroperasi secara double-acting. Ketika ukuran silinder dibatasi oleh ruang tersedia dan dimensi mesin, meskipun tekanan yang dihasilkan pompa/motor relatif rendah, gaya keluaran mekanis yang sama tetap dapat diperoleh.
Contoh: Pemasangan mesin terbesar memungkinkan luas penampang piston sebesar 10 in² (64,5 cm²). Tekanan maksimum untuk mengatasi hambatan beban hanya 500 psi (34,48 bar). Penambahan tekanan 500 psi (34,48 bar) pada sisi luas efektif 8 in² (51,6 cm²) dengan tekanan balik menghasilkan gaya sebesar 781 psi (53,86 bar). Dalam rangkaian tandem dengan dua silinder, masing-masing beroperasi pada tekanan 500 psi (34,48 bar) dengan luas penampang 10 in² dan luas efektif 8 in², maka output gabungan jauh lebih besar.
RUMUS UTAMA – BAB 8
|
Rumus |
Persamaan |
Catatan |
|
Kecepatan ekstensi batang |
v = Q × 19,25 ÷ A_large |
Q dalam gpm, A dalam in², v dalam ft/min |
|
Kecepatan retraksi batang |
v = Q × 19,25 ÷ A_small |
Gunakan luas annular (kecil) |
|
Kecepatan batang (SI) |
v = Q × 0,167 / A |
Q dalam Lpm, A dalam cm², v dalam m/s |
|
Pengosongan sisi buta |
Q_out = v × A_large / 19,25 |
Lebih banyak aliran keluar daripada masuk selama penarikan |
|
Gaya silinder |
F = P × A |
F dalam lbs, P dalam psi, A dalam in² |
Selamat datang di HOVOO, pabrik segel Cina. Produksi segel PU, Karet dan PTFE. Segel tersebut mencakup O-ring, segel piston, segel batang, Gray ring dan segel gas.
EN
AR
CS
DA
NL
FI
FR
DE
EL
IT
JA
KO
NO
PL
PT
RO
RU
ES
SV
TL
IW
ID
LV
SR
SK
VI
HU
MT
TH
TR
FA
MS
GA
CY
IS
KA
UR
LA
TA
MY
