Bab 8: Injap Semak, Akumulator, dan Silinder Hidraulik

INJAP SEMAK

Pembinaan injap pemeriksa

Injap pemeriksa terdiri terutamanya daripada badan injap dengan pelabuhan masuk dan keluar, serta bahagian bergerak yang dikenakan daya oleh spring. Bahagian bergerak ini boleh berupa cakera, plat, atau poppet — dalam sistem hidraulik, ia paling kerap berupa bola atau tempat duduk poppet.

Cara kerja injap pemeriksa

Cecair hanya boleh mengalir melalui injap pemeriksa dalam satu arah sahaja — iaitu arah aliran bebas. Apabila tekanan sistem pada pelabuhan masuk meningkat cukup tinggi untuk mengatasi daya spring yang menekan poppet, poppet akan ditolak keluar daripada tempat duduknya dan cecair mengalir melaluinya. Ini merupakan arah aliran bebas. Apabila cecair cuba mengalir balik dari pelabuhan keluar, poppet akan ditolak ke atas tempat duduknya, menyegel laluan dan menghalang aliran songsang.

Rajah 8-1: Injap pemeriksa. Poppet yang dimuatkan oleh spring duduk di tempat duduknya apabila aliran songsang berlaku, menghalang aliran songsang sepenuhnya. Injap pemeriksa merupakan setara hidraulik bagi jalan satu hala.

Aplikasi injap pemeriksa dalam litar

Injap pemeriksa mempunyai kedua-dua fungsi kawalan arah dan tekanan — ia membenarkan aliran dalam satu arah sahaja. Dalam sistem hidraulik, injap pemeriksa biasanya digunakan sebagai injap laluan pintas, membenarkan aliran melalui komponen secara laluan pintas. Sebagai contoh, injap pemeriksa yang dipasang selari dengan injap kawalan aliran membenarkan aliran balik melalui laluan pintas injap kawalan aliran tersebut.

Injap pemeriksa juga boleh mengasingkan suatu cabang atau komponen dalam sistem. Sebagai contoh, dalam kes akumulator: injap pemeriksa menghalang akumulator daripada melepaskan tekanan balik melalui injap lega atau pam hidraulik.

Injap pemeriksa secara amnya merupakan peranti berkebocoran rendah; sebenarnya, injap ini boleh direkabentuk agar sepenuhnya bebas kebocoran. Injap pemeriksa mampu menahan beban hampir tanpa had masa. Namun, ingatlah bahawa injap pemeriksa adalah injap satu arah — untuk melepaskan beban, bahagian yang boleh bergerak mesti dipaksakan keluar dari kedudukan duduknya. Ini memerlukan jenis injap pemeriksa khas yang dikenali sebagai injap pemeriksa beroperasi pilot.

Rajah 8-2 Tiga kegunaan biasa injap pemeriksa dalam litar hidraulik: laluan pintas di sekitar kawalan aliran, pengasingan akumulator, dan ambang tekanan yang dibebankan oleh spring.

Menahan beban yang digantung

Kebanyakan komponen hidraulik jenis spool mempunyai beberapa aliran laluan pintas dalaman — ini tidak menunjukkan kualiti yang buruk, kerana kebanyakan aliran laluan pintas ini sebenarnya direkabentuk secara sengaja untuk melincirkan komponen tersebut. Namun, jika suatu sistem memerlukan silinder menahan beban yang digantung tanpa mengalami pergerakan perlahan (creeping), maka kebocoran menjadi suatu masalah. Dalam situasi ini, injap pemeriksa dengan keupayaan kedap mesti digunakan.

Injap Pemeriksa Beroperasi Pilot

Injap penetap beroperasi secara pilot membenarkan aliran bebas dalam satu arah; apabila tekanan pilot menggerakkan bahagian bergerak daripada tempat duduknya, aliran songsang juga boleh melaluinya.

Pembinaan

Seperti injap penetap biasa, injap penetap beroperasi secara pilot mempunyai badan injap dengan port masukan dan keluaran, poppet yang dipacu oleh spring (bahagian bergerak) menekan tempat duduk. Selain itu, secara langsung bertentangan dengan tempat duduk tersebut, poppet dilengkapi dengan batang tolak dan piston pilot yang dipacu oleh spring lembut. Tekanan pilot dari port pilot bertindak ke atas piston tersebut. Ruang spring di sekitar piston mempunyai port saliran.

Bagaimana ia berfungsi

Injap penetap beroperasi secara pilot membenarkan aliran bebas dari masukan ke keluaran dengan cara yang sama seperti injap penetap biasa. Aliran yang cuba memasuki dari keluaran akan menekan poppet ke tempat duduknya, menyebabkan laluan ditutup. Apabila tekanan pilot yang mencukupi bertindak ke atas piston pilot, piston tersebut bergerak dan menolak poppet penetap, mengangkatnya daripada tempat duduknya. Selagi daya yang bertindak ke atas piston pilot cukup besar, aliran boleh melalui dari keluaran ke masukan.

Rajah 8-3: Injap semakan beroperasi secara pilot. Tanpa tekanan pilot, injap ini berfungsi seperti injap semakan biasa (aliran bebas hanya ke satu arah sahaja). Apabila tekanan pilot dikenakan, aliran songsang juga dibenarkan — membolehkan pelepasan beban.

Aplikasi Litar

Dengan menggunakan satu injap semakan beroperasi secara pilot untuk menghalang aliran dari port B silinder, beban akan kekal tergantung selagi segel silinder berfungsi dengan baik dan tiada kebocoran dalam saluran, silinder, atau injap semakan tersebut. Untuk menurunkan beban, cukup dengan menghantar tekanan pilot dari saluran A ke piston kawalan.

Tekanan pilot bagi injap semakan beroperasi secara pilot diambil daripada saluran kerja silinder hidraulik — selagi tekanan dalam saluran A cukup tinggi, injap semakan kekal terbuka. Apabila beban sedang dinaikkan, minyak mudah mengalir melalui injap semakan kerana arah ini merupakan arah aliran bebas.

Dalam beberapa situasi, beban yang dipasang pada batang piston silinder mesti dikunci dalam keadaan tidak bergerak. Untuk mencapai tujuan ini, injap periksa kendali pilot boleh dipasang pada setiap saluran kerja silinder — injap periksa kendali pilot ini menghalang aliran keluar dari silinder. Selagi segel silinder masih berfungsi dengan baik dan tiada sebarang kebocoran di mana-mana, beban boleh dikekalkan dalam kedudukan tetap.

Pengumpul hidraulik

Akumulator menyimpan tekanan hidraulik. Tekanan hidraulik ini merupakan tenaga keupayaan yang boleh ditukar kepada tenaga kerja (aliran dan tekanan).

Jenis-jenis akumulator

Akumulator boleh dibahagikan kepada jenis berbeban graviti, berbeban spring, dan jenis cecair/gas. Perbezaan utama terletak pada cara akumulator mengekalkan daya kerja terhadap minyak yang disimpan.

Akumulator berbeban graviti

Akumulator berbeban graviti menggunakan berat objek berat yang bertindak pada omboh atau pengacip untuk mengekalkan daya kerja pada minyak yang disimpan. Berat ini boleh diperbuat daripada sebarang bahan berat — besi, konkrit, atau malah air. Akumulator berbeban graviti secara amnya sangat besar, kadangkala mampu menampung ratusan gelen. Ia melayani pelbagai sistem hidraulik secara serentak dan digunakan dalam kilang penggilingan dan sistem hidraulik pusat.

Ciri yang diingini bagi akumulator berbeban graviti ialah ia menyimpan minyak pada tekanan yang relatif tetap — sama ada bekas penuh atau hampir kosong, tekanan yang disimpan pada asasnya tidak berubah. Ini disebabkan daya yang bertindak ke atas minyak adalah graviti (berat), yang bersifat malar — tidak kira berapa banyak minyak yang terdapat dalam akumulator, daya yang dikenakan kekal sama.

Ciri tidak diingini bagi akumulator berbeban graviti ialah penghasilan kejutan. Apabila akumulator berbeban graviti dihentikan secara tiba-tiba semasa aliran keluar yang cepat, inersia beban berat menghasilkan lonjakan tekanan yang ketara dalam sistem. Ini boleh menyebabkan kebocoran paip dan sambungan serta menyebabkan kelesuan logam yang membawa kepada kegagalan komponen lebih awal.

Rajah 8-6: Akumulator berbeban graviti. Berat tetap menghasilkan tekanan tetap tanpa mengira isipadu minyak. Digunakan dalam sistem industri besar seperti hidraulik kilang keluli.

Akumulator berbeban spring

Akumulator berbeban spring menggunakan spring yang bertindak pada omboh untuk mengekalkan daya pada minyak yang disimpan. Akumulator berbeban spring secara umumnya lebih kecil daripada jenis graviti, dengan kapasiti beberapa gelen. Akumulator ini biasanya melayani satu sistem hidraulik sahaja dan kebiasaannya beroperasi pada tekanan rendah. Apabila minyak bertekanan memasuki akumulator berbeban spring, tekanan minyak yang disimpan ditentukan oleh sejauh mana spring dimampatkan. Apabila omboh bergerak ke atas dan memampatkan spring sebanyak 10 inci (25.4 cm), tekanan yang disimpan adalah lebih tinggi berbanding apabila spring dimampatkan sebanyak 4 inci (10.2 cm).

Untuk mengelakkan minyak yang bocor daripada terkumpul di dalam rongga spring, rongga spring dilengkapi dengan lubang saliran supaya minyak bocor dapat dialirkan keluar. Akumulator berjenis spring tidak sepatutnya disalirkan secara luaran ke takungan, kerana ini akan menyebabkan minyak menjadi berbuih. Sama ada hujung paip saliran berada di atas atau di bawah aras cecair dalam takungan, akumulator akan sentiasa menghasilkan buih semasa beroperasi — apabila akumulator mengeluarkan aliran dengan cepat, minyak di atas piston tidak mampu mengikuti pergerakan piston, menyebabkan terbentuknya vakum separa di dalam rongga spring dan seterusnya udara terpisah daripada minyak. Apabila akumulator diisi semula, piston bergerak ke atas, menolak minyak yang mengandungi udara kembali ke takungan. Gelembung udara dalam takungan tidak diinginkan; oleh itu, akumulator berjenis spring biasanya tidak disalirkan secara luaran.

Bagi akumulator berjenis spring yang mempunyai saluran saliran luaran untuk rongga spring, jika segel piston haus, tindakan segera diperlukan. Jika tidak dibaiki pada masa yang sesuai, kerja pembersihan mungkin perlu dijalankan.

Rajah 8-7: Akumulator berpemberat spring. Daya spring — dan oleh itu, tekanan tersimpan — meningkat apabila omboh bergerak ke atas. Digunakan dalam sistem berskala kecil dan tekanan rendah.

Akumulator cecair/gas

Akumulator cecair/gas merupakan jenis yang paling biasa digunakan dalam sistem hidraulik industri. Ia menggunakan gas mampat untuk mengekalkan daya kerja pada minyak yang disimpan.

Akumulator cecair/gas dibahagikan kepada tiga jenis — jenis omboh, jenis diafragma, dan jenis beg — bergantung pada peranti yang digunakan untuk memisahkan gas daripada minyak.

Akuulator jenis omboh

Akumulator jenis piston terdiri daripada satu laras dan satu piston yang boleh bergerak dengan cincin penyegat elastik. Ruang di atas piston diisi dengan gas termampat. Apabila minyak diisi ke dalam laras, gas tersebut dimampatkan. Apabila minyak dikeluarkan daripada akumulator, tekanan gas menurun. Apabila semua minyak telah dikeluarkan, piston mencapai hujung langkahnya dan menutup port keluaran, menyimpan gas di dalam akumulator.

Akumulator jenis diafragma

Akumulator jenis diafragma adalah satu sfera yang dibentuk dengan mengikat dua hemisfera logam bersama-sama menggunakan bolt. Ruang dalaman dibahagikan oleh satu diafragma getah sintetik — ruang bahagian atas diisi dengan gas. Apabila minyak bertekanan memasuki ruang lain, gas tersebut dimampatkan. Setelah semua minyak dikeluarkan, diafragma menutup port keluaran dan mengekalkan gas di dalam akumulator; diafragma tidak akan didorong keluar melebihi ketebalannya.

Akumulator jenis kantung

Akumulator jenis kantung terdiri daripada kulit logam dan kantung getah sintetik dalaman. Kantung tersebut diisi dengan gas. Apabila minyak memasuki kulit, gas dalam kantung dimampatkan, dan minyak mengalir keluar dari kulit. Apabila semua minyak telah dikeluarkan, tekanan gas cuba menolak kantung melalui lubang keluar — tetapi apabila kantung menyentuh injap tapak di lubang keluar, minyak di dalam kulit secara automatik tersegel.

Rajah 8-8: Tiga jenis akumulator cecair/gas. Semua jenis ini menggunakan nitrogen termampat untuk menyimpan tenaga hidraulik. Jenis piston (atas), jenis diafragma (tengah), dan jenis kantung (bawah) berbeza dari segi cara pemisahan gas dan minyak.

Aplikasi litar akumulator

Akumulator boleh menjalankan beberapa fungsi dalam sistem hidraulik: membekalkan aliran, mengekalkan tekanan, dan menyerap hentakan.

Membekalkan aliran

Pembekalan aliran adalah salah satu kegunaan akumulator. Akumulator yang bercas merupakan sumber tenaga keupayaan hidraulik. Apabila sistem memerlukan aliran yang melebihi kapasiti pam, tenaga yang disimpan dalam akumulator boleh digunakan untuk menghasilkan aliran sistem. Sebagai contoh, jika sebuah jentera direka supaya masa operasi sebenar sangat singkat dalam kitaran tugasnya, sebuah pam berubahsai kecil boleh mengisi akumulator untuk jangka masa tertentu. Apabila jentera beroperasi, injap arah berpindah ke kedudukan kerja dan akumulator serta-merta menghantar minyak bertekanan ke aktuator sebagaimana diperlukan. Kaedah penggunaan akumulator bersama pam kecil ini menyimpan kuasa puncak — dengan kata lain, ia menggantikan aliran/kuasa besar dari pam/motor besar dalam jangka masa pendek dengan pam/motor kecil yang beroperasi secara purata dalam jangka masa yang lebih panjang.

Menjaga tekanan

Akumulator boleh digunakan untuk menjaga tekanan. Apabila pam/motor menghantar aliran ke bahagian lain sistem, akumulator boleh mengekalkan tekanan pada satu cabang litar.

Apabila sistem memerlukan silinder pengapit A untuk kembali, silinder pengapit B mesti mengekalkan tekanan. Apabila injap arah A berubah kedudukan, tekanan dalam pam hidraulik dan saluran silinder A turun dengan cepat, manakala tekanan dalam silinder B dikekalkan oleh akumulator, yang telah menyimpan minyak bertekanan yang mencukupi untuk mengimbangi kebocoran dalam saluran silinder B.

Dalam aplikasi lain, sebuah silinder kerja yang terletak berhampiran dapur pemanas mengalami suhu persekitaran yang tinggi, menyebabkan minyak mengembang secara terma. Akumulator menyerap penambahan isipadu ini dan mengekalkan tekanan pada tahap yang relatif tetap. Tanpa akumulator, peningkatan tekanan dalam saluran akan tidak terkawal dan boleh menyebabkan pecah pada rumah komponen, paip atau sambungan.

Rajah 8-10 Akumulator untuk pengekalan tekanan. (Atas) Menyengkang tekanan pada satu cabang litar sementara pam melayani cabang lain. (Bawah) Menyerap perubahan isipadu akibat pengembangan terma minyak berhampiran sumber haba.

Menyerap hentakan

Akumulator cecair/gas juga boleh digunakan untuk menyerap kejutan sistem. Kejutan dalam sistem hidraulik boleh disebabkan oleh inersia beban yang disambungkan kepada silinder atau motor, atau oleh pemutusan aliran secara tiba-tiba atau penukaran arah katil secara pantas, yang menghasilkan kejutan akibat inersia cecair. Akumulator dalam litar tersebut boleh menyerap sebahagian daripada kejutan itu dan menghalangnya daripada merebak ke seluruh sistem.

Daya mekanikal luaran juga boleh mencipta kejutan hidraulik. Beban yang disambungkan kepada silinder hidraulik dengan kecenderungan melantun akan menolak piston ke belakang, menyebabkan kejutan hidraulik. Akumulator yang dipasang pada saluran silinder, jika diisi dengan tekanan yang betul, membantu mengurangkan kesan kejutan tersebut. Jika diisi dengan tekanan yang tidak betul, ia juga boleh menyebabkan tekanan berlebihan.

Pengisian isoterma dan adiabatik

Memandangkan akumulator cecair/gas menggunakan gas mampat untuk menyimpan tekanan minyak, sifat-sifat gas mempengaruhi prestasi akumulator. Apabila akumulator cecair/gas diisi semula, gas tersebut dimampatkan dan suhunya meningkat. Pada tekanan malar, gas panas menempati ruang yang lebih besar berbanding gas sejuk.

Proses isoterma menggambarkan keadaan operasi akumulator apabila suhu gas dikekalkan pada nilai malar. Semasa proses pengisian, operasi isoterma bermaksud gas dimampatkan dengan cukup perlahan sehingga semua haba yang dihasilkan oleh pemampatan dapat disebar sepenuhnya. Proses adiabatik menggambarkan keadaan operasi akumulator apabila suhu gas berubah. Semasa proses pengisian, operasi adiabatik bermaksud gas dimampatkan dengan begitu pantas sehingga semua haba terkandung di dalamnya.

Bagi akumulator cecair/gas yang diisi semula pada tekanan yang sama, proses isoterma menyimpan lebih banyak minyak berbanding proses adiabatik.

Contoh berangka: Akumulator piston pada mulanya mempunyai tekanan gas 500 psi (34.48 bar) dan suhu 70°F (21°C). Jika diisi sehingga mencapai 1,000 psi (68.97 bar) melalui proses adiabatik (pantas), suhu dan tekanan meningkat bersama-sama. Pada 1,000 psi (68.97 bar), minyak berhenti memasuki akumulator; suhu menjadi 150°F (65.6°C) dan akumulator menyimpan 135 inci padu (2,215.65 cm³) minyak. Jika pengisian dilakukan secara isotermik (perlahan), suhu kekal pada 70°F (21°C) sepanjang proses; pada 1,000 psi (68.97 bar), aliran minyak berhenti dan akumulator menyimpan 150 inci padu (2,458.5 cm³) minyak.

Rajah 8-12: Pengisian isotermik berbanding adiabatik. Pengisian perlahan (isotermik) menyimpan lebih banyak minyak berbanding pengisian pantas (adiabatik) pada tekanan akhir yang sama, kerana suhu kekal lebih rendah dan gas menempati ruang yang lebih kecil.

Pelepasan isotermik dan adiabatik

Semasa pelepasan minyak, gas mengembang dan menyejuk. Pada tekanan malar, gas yang lebih sejuk menempati ruang yang lebih kecil berbanding gas yang lebih panas. Dalam amalan, operasi akumulator secara umumnya adalah adiabatik — bukan isotermik. Dalam bahagian-bahagian seterusnya, kebimbangan utama bukanlah berapa banyak minyak yang boleh disimpan oleh akumulator, tetapi berapa banyak minyak yang dihasilkannya sebelum tekanan turun ke tahap yang lebih rendah, yang dipengaruhi secara ketara oleh tekanan pra-isikan.

Tekanan Pra-Isikan

Apabila akumulator benar-benar kosong daripada minyak, tekanan gas yang diisikan ke dalam akumulator cecair/gas ialah tekanan pra-isikan. Tekanan ini memberi kesan ketara terhadap isipadu berkesan dan prestasi penyerapan hentaman akumulator.

Kesan Tekanan Pra-Isikan terhadap Isipadu Berkesan

Pemampung bendalir/gas yang digunakan untuk menghasilkan aliran sistem atau mengekalkan tekanan biasanya beroperasi antara tekanan kerja maksimum dan minimum. Apabila pemampung diisi penuh dengan minyak, ia mencapai tekanan kerja maksimum. Apabila diperlukan, tekanan kerja turun dan pemampung mengeluarkan minyak sehingga mencapai tekanan minimum yang lebih rendah. Isipadu minyak yang dikeluarkan pemampung antara tekanan kerja maksimum dan minimum dikenali sebagai isipadu berkesan.

Tekanan pra-cas mempengaruhi isipadu berkesan. Contoh: sebuah pemampung bendalir/gas berisipadu 231 inci padu (3,786 cm³) dalam suatu sistem menggunakan pam kecil untuk mengisi minyak sehingga mencapai tekanan sistem iaitu 2,000 psi (137.9 bar). Untuk membekalkan aliran, tekanan dibenarkan turun sehingga 1,500 psi (103.4 bar). Tekanan pra-cas yang dipilih menentukan jumlah minyak yang dibekalkan pemampung kepada sistem.

Daripada jadual prestasi, akumulator berkapasiti 231 in³ (3,786 cm³) dengan pra-cas 100 psi (6.89 bar) boleh menyimpan 210 in³ (3,441.9 cm³) minyak pada cas isoterma 1,000 psi (had atas = nilai isoterma). Pada 1,500 psi (103.4 bar), ia menyimpan 202 in³ (3,310.8 cm³), menghantar 8 in³ (131 cm³) antara dua tekanan tersebut. Akumulator dengan pra-cas rendah ini menyimpan banyak minyak tetapi hanya menghantar sangat sedikit.

Dengan meningkatkan pra-cas kepada 1,000 psi (68.96 bar), akumulator menyimpan 93 in³ (1,524.3 cm³) pada 2,000 psi (137.9 bar) dan 59.5 in³ (975 cm³) pada 1,500 psi (103.4 bar), menghantar 33.5 in³ (594.1 cm³). Pra-cas yang lebih tinggi menyimpan kurang minyak tetapi menghantar jauh lebih banyak. Dengan pra-cas 1,400 psi (96.6 bar), jumlah minyak yang disimpan adalah minimum manakala jumlah minyak yang dihantar adalah maksimum.

Rajah 8-13: Jadual prestasi akumulator (kapasiti 231 in³). Tekanan pra-cas yang lebih tinggi menghantar lebih banyak minyak setiap kitaran dalam had tekanan yang diberikan, tetapi menyimpan jumlah minyak keseluruhan yang lebih kecil. Pilih tekanan pra-cas berdasarkan isi padu berkesan yang diperlukan, bukan kapasiti keseluruhan.

Mengawal output isipadu berkesan

Output isipadu berkesan suatu akumulator harus dikawal melalui aliran. Untuk mengekalkan tekanan, aliran yang dikawal ditentukan oleh kebocoran yang perlu dikompensasi. Bagi akumulator yang digunakan untuk membekalkan minyak bertekanan, apabila injap arah hiliran berubah kedudukan, output isipadu berkesannya terlalu laju. Oleh sebab itu, akumulator-akumulator ini kerap dilengkapi dengan injap kawalan aliran dan injap imbas semula (bypass check valves) pada port masukan/keluarannya.

Apabila akumulator cecair/gas digunakan sebagai penyerap kejut, pra-casnya biasanya ditetapkan sedikit di atas tekanan kerja maksimum dalam litar (ditetapkan kira-kira 100 psi / 6.896 bar di atas tekanan maksimum yang ditetapkan oleh injap lega). Jika tekanan kerja maksimum ditetapkan oleh injap lega, pra-cas boleh ditetapkan kira-kira 100 psi di atas tetapan injap lega.

Kesan pra-cas terhadap penyerapan kejut

Tekanan pra-cas sistem pemejalan cecair/gas mempengaruhi keupayaannya menyerap hentaman. Dalam sistem hidraulik, hentaman disebabkan oleh daya mekanikal luaran yang bertindak ke atas silinder atau motor, menyebabkan peningkatan tekanan yang mendadak, atau disebabkan oleh inersia cecair apabila injap hidraulik ditutup secara tiba-tiba.

Pemejalan boleh menyerap sebahagian minyak hentaman yang boleh dimampatkan dan dipindahkan olehnya. Suatu saluran yang dilengkapi pemejalan menjadi boleh dimampatkan apabila melebihi tekanan tertentu. Jika tekanan pra-cas pemejalan terlalu rendah, ia sudah menyimpan sejumlah minyak sebelum hentaman tiba, maka ia hanya mampu menyerap 4 inci padu (65.6 cm³). Jika tekanan pra-cas adalah 2,500 psi (172.4 bar) — terlalu tinggi — tekanan meningkat sehingga hampir 2,800 psi (193 bar) sebelum menyerap 4 inci padu. Bagi penyerap hentaman, tekanan pra-cas adalah sangat penting.

Kehilangan tekanan pra-cas

Akumulator cecair/gas diisi dengan gas pada tekanan pra-isian yang sesuai sekali sahaja. Ini bermaksud tekanan pra-isian yang sama tidak dapat dikekalkan secara tak terhad. Apabila akumulator beroperasi, gas termampat akan meresap melalui injap gas — kemungkinan disebabkan kegagalan injap gas atau kedapannya yang lemah, atau masalah pada bahagian teras injap berbentuk kon yang duduk pada tempat duduk injap. Tekanan gas juga berkurang secara beransur-ansur semasa pelepasan minyak bagi akumulator jenis kantung dan diafragma — ini biasanya berlaku secara mendadak, menyebabkan bahan diafragma getah sintetik pecah. Bagi akumulator jenis piston, semasa proses pelepasan, gas yang telah diisi boleh terlepas melalui segel yang haus dari kawasan piston. Kehilangan tekanan pra-isian secara beransur-ansur boleh menunjukkan bahawa akumulator jenis piston mengalami tahap haus tertentu.

Memeriksa tekanan pra-isian

Tekanan pra-cas yang betul adalah penting untuk prestasi akumulator cecair/gas, oleh itu ia perlu diperiksa secara berkala. Peranti pengisian yang dilengkapi tolok tekanan diperlukan untuk memeriksa tekanan pra-cas. Peranti ini terutamanya terdiri daripada pengapit pengisian, injap pelupusan, dan tolok tekanan.

Prosedur pemeriksaan: keluarkan semua minyak daripada akumulator, buka penutup pelindung (biasanya terletak pada injap gas di bahagian atas). Dengan pemegang pengapit ditarik sepenuhnya, pastikan injap pelupusan ditutup. Sambungkan pengapit pengisian ke injap gas akumulator, ketatkan nat bersayap pengapit, dan pastikan sambungan yang mantap ke injap gas. Putar skru pengapit ke dalam sehingga teras injap gas akumulator tertekan sepenuhnya; baca tekanan pada tolok — ini merupakan tekanan pra-cas akumulator.

Jika pra-cas adalah betul, putar pemegang cekam ke luar untuk menutup injap gas akumulator, buka injap pelupusan untuk mengurangkan tekanan peranti pengisian, longgarkan nat bersayap cekam, keluarkan peranti daripada akumulator, dan pasang semula penutup pelindung injap gas.

Jika pra-cas adalah terlalu tinggi, buka injap pelupusan untuk melepaskan tekanan berlebihan. Jika pra-cas perlu ditingkatkan, tarik dahulu pemegang cekam untuk menutup injap gas akumulator, buka injap pelupusan untuk mengurangkan tekanan pada peranti pengisian, kemudian tutup injap pelupusan, sambungkan peranti pengisian ke silinder nitrogen. Putar pemegang cekam ke dalam untuk menekan sepenuhnya teras injap gas akumulator, buka injap silinder nitrogen supaya gas masuk secara perlahan ke dalam akumulator. Apabila tolok menunjukkan tekanan yang diinginkan, tutup injap gas. Setelah tolok menunjukkan pra-cas yang betul, tutup injap silinder nitrogen, tarik pemegang cekam untuk menutup injap gas akumulator, buka injap pelupusan, kemudian lepaskan tiub pengisian fleksibel dan peranti pengisian.

Rajah 8-15: Memeriksa dan menetapkan pra-cas akumulator. (Atas) Segel piston yang haus menyebabkan kehilangan pra-cas secara beransur-ansur. (Bawah) Kit pengisian nitrogen piawai — sentiasa gunakan nitrogen kering, jangan sekali-kali menggunakan udara termampat.

Mengosongkan pam hidraulik dalam litar akumulator

Dalam litar hidraulik tipikal dengan akumulator, apabila akumulator telah sepenuhnya diisi dan tiada bahagian sistem yang beroperasi, aliran pam/motor harus dialihkan ke takungan pada tekanan serendah mungkin. Dalam litar yang ditunjukkan, injap buang digunakan untuk mengosongkan beban. Apabila akumulator mencapai tekanan tetapan injap buang, injap buang akan terbuka dan mengarahkan aliran pam ke takungan.

Secara umumnya, jenis pengosongan beban ini hanya boleh bertahan beberapa saat sahaja, kerana sentiasa wujud kebocoran di hulu injap pemeriksa. Akumulator mesti menampung kebocoran ini — tekanan secara beransur-ansur menurun — injap buang secara beransur-ansur menutup, dan bukaan ke takungan menjadi semakin kecil sehingga tekanan akumulator jatuh di bawah tekanan pembukaan injap. Apabila injap menutup, pam/motor mesti menghasilkan lebih banyak kuasa untuk mengisi semula akumulator hingga mencapai tekanan tetapan injap buang.

Untuk memastikan pam/motor sepenuhnya dibebankan sebelum mengisi semula akumulator, sebuah suis tekanan boleh digunakan. Dalam litar tersebut, suis tekanan mengesan tekanan akumulator dan menghantar isyarat elektrik untuk beralih pada titik tekanan yang ditetapkan. Isyarat elektrik ini dihantar ke sebuah injap solenoid dua hala biasanya tertutup — injap solenoid ini boleh mengawal injap lega beroperasi pilot untuk membuka beban. Apabila akumulator diisi sehingga mencapai tetapan tekanan suis tekanan, relai menghantar isyarat ke injap solenoid untuk membuka beban injap lega dan mengarahkan aliran pam/motor ke takungan melalui injap lega.

Rajah 8-16: Litar pembukaan beban akumulator. (Atas) Injap buang ringkas — membuka beban ke tangki apabila akumulator mencapai tekanan yang ditetapkan, tetapi cenderung berkitar. (Bawah) Suis tekanan dengan injap lega pilot — memastikan pembukaan beban penuh dan kawalan jalur tekanan yang tepat.

Injap pembukaan beban berbeza tekanan

Selepas akumulator diisi, injap pelepasan tekanan beza boleh menggantikan suis tekanan dan injap solenoid untuk melepaskan injap lega dan menurunkan beban pam/motor. Injap pelepasan tekanan beza ialah injap hidraulik yang direka khas untuk aplikasi akumulator. Seperti namanya, injap ini menggunakan perbezaan tekanan untuk menurunkan beban pam/motor.

Pembinaan

Injap pelepasan tekanan beza dibina daripada injap lega beroperasi pilot, injap sekatan, dan omboh beza dalam satu badan injap. Badan injap mempunyai tiga port: port tekanan, port pulangan, dan port akumulator.

Bagaimana ia berfungsi

Di dalam injap pelepasan tekanan beza, injap periksa dan injap lega beroperasi secara normal. Minyak keluaran pam boleh mengisi akumulator melalui injap periksa. Piston beza terletak bertentangan dengan spul injap lega pilot dan boleh bergerak bebas dalam lubangnya. Kedua-dua hujung piston terdedah kepada kawasan tekanan yang sama. Apabila akumulator sedang diisi, tekanan di kedua-dua sisi piston adalah hampir sama (dengan mengabaikan jatuhan tekanan melalui injap periksa), maka piston tidak bergerak. Apabila tekanan pada spul injap pilot cukup tinggi, spul pilot ditolak keluar dari tempat duduknya — seperti yang telah diketahui, pergerakan pilot ini boleh menghadkan tekanan dalam rongga spring injap utama. Oleh kerana rongga spring injap utama dan satu hujung piston beza berada dalam keadaan tekanan terhad, piston bergerak ke arah spul injap pilot, menolak spul pilot sepenuhnya keluar dari tempat duduknya, secara berkesan melepaskan tekanan kawalan pada rongga spring spul utama, menyebabkan injap lega dibebaskan, serta membebaskan pam/motor. Injap periksa secara serentak menutup supaya minyak akumulator tidak dapat dialirkan keluar melalui injap lega.

Luas piston pembezaan yang terdedah kepada tekanan adalah 15% lebih besar daripada luas spul injap pilot. Memandangkan daya = tekanan × luas, daya yang mengekalkan spul pilot jauh dari tempat duduknya adalah 15% lebih besar daripada daya yang mengangkat spul pilot. Ini bermaksud spring tersebut mesti menerima daya yang lebih besar daripada 15% dari sumber lain untuk mengembalikan spul pilot ke tempat duduknya — atau tekanan sistem mesti turun sebanyak 15% sebelum spul pilot boleh kembali ke tempat duduknya.

Ini memastikan injap lepas tekanan pembezaan mengekalkan pam/motor dalam keadaan tidak berbeban selepas pengecasan akumulator sehingga tekanan turun sebanyak peratusan tetap — secara umumnya sekitar 15% daripada tetapan injap pilot. Sebagai contoh, jika injap pilot ditetapkan pada 1,000 psi (69 bar), proses lepas beban berlaku antara 1,000 psi (69 bar) hingga 850 psi (59 bar); jika injap pilot ditetapkan pada 2,000 psi (138 bar), julat lepas beban ialah dari 2,000 psi (138 bar) hingga 1,700 psi (117 bar).

Silinder Hidraulik — Pembinaan dan Operasi Terperinci

Dalam sebarang aplikasi, untuk tenaga kerja hidraulik melakukan kerja yang berguna, tenaga tersebut mesti ditukar kepada tenaga mekanikal. Silinder hidraulik menukar tenaga hidraulik kepada gerakan mekanikal linear.

Pembinaan silinder

Silinder hidraulik terdiri daripada satu laras, satu omboh bergerak dengan cincin pengedap fleksibel yang disambungkan kepada satu batang omboh, dan dua penutup hujung. Penutup hujung boleh dipasang secara berskru, berflens, ditarik-melintasi, atau dikimpal pada laras. Silinder hidraulik industri biasanya menggunakan sambungan hujung batang yang diketatkan dengan bolt. Apabila batang omboh bergerak, ia dikenali sebagai set pengedap batang omboh atau cincin panduan boleh tanggal yang memandu dan menyokong batang omboh.

Hujung yang mempunyai batang omboh dipanggil "hujung batang"; hujung lain tanpa batang dipanggil "hujung buta." Inlet dan outlet port terletak pada penutup hujung batang dan penutup hujung buta.

Segel

Untuk operasi yang betul, segel panduan omboh dan rod omboh silinder hidraulik mesti mempunyai segel yang boleh dipercayai. Segel biasa yang digunakan pada omboh silinder hidraulik ialah segel bibir, cincin omboh besi tuang, atau unit segel arah tunggal/dua arah. Bahan dan komponen segel perlu disahkan sesuai dengan cecair kerja dan keadaan operasi.

Segel berbilang lapisan pada rod omboh merupakan jenis segel rod omboh yang berkesan, terdiri daripada segel utama dengan permukaan segel dalaman berbentuk bibir, pengelap yang sentiasa bersentuhan dengan permukaan rod omboh semasa operasi dan mengikis minyak kerja dari permukaan rod omboh. Segel habuk sekunder mengumpul minyak baki yang ditinggalkan oleh segel utama, dan semasa penarikan rod omboh, mengelap sebarang bahan asing yang melekat pada rod omboh.

Saluran pembuangan rongga segel

Seperti yang diterangkan di atas, minyak yang terkumpul dalam rongga antara segel utama dan segel habuk boleh kembali ke lubang silinder semasa langkah penarikan — ini adalah normal. Namun, jika langkah silinder terlalu panjang (10 kaki / 3,05 m atau lebih), minyak yang terkumpul dalam rongga segel mungkin cukup banyak untuk melebihi kapasiti segel batang piston. Dalam situasi ini dan apabila terdapat minyak berlebihan dalam rongga segel, rongga segel batang piston harus dilengkapi sambungan saluran pembuangan luar.

Rajah 8-18 Butiran pembinaan silinder. Tutup hujung batang mengandungi susunan segel batang piston. Untuk silinder berlangkah panjang, satu lubang saluran pembuangan ditambahkan untuk mengelakkan minyak daripada membanjiri segel.

Hentakan hidraulik

Apabila tenaga hidraulik menggerakkan piston silinder hingga ke akhir langkah (akhir perjalanan silinder), inersia minyak menjadi hentakan — yang dikenali sebagai "hentakan hidraulik." Jika tenaga ini cukup besar, hentakan ini boleh merosakkan silinder hidraulik.

Peranti kusyen

Untuk melindungi silinder hidraulik daripada kejutan berlebihan, peranti penyangga boleh dipasang. Peranti penyangga boleh mengurangkan kelajuan omboh silinder apabila hampir mencapai akhir langkah. Peranti penyangga boleh dipasang di salah satu hujung atau kedua-dua hujung silinder hidraulik.

Pembinaan peranti penyangga

Peranti penyangga terdiri daripada injap jarum pengawal aliran dan tombak penyangga yang dipasang pada hujung buta omboh, serta selongsong penyangga pada batang omboh. Peranti-peranti ini bertindak sebagai sumbat di setiap hujung.

Cara kerja penyangga

Apabila omboh silinder hidraulik menghampiri hujung langkah, tujah penyangga atau sarung penyangga menghalang saluran minyak keluar secara normal. Ini memaksa minyak mengalir melalui injap jarum sahaja. Sebahagian tekanan minyak pada tetapan injap lega terlepas melalui injap jarum. Aliran yang tersisa melalui injap jarum menentukan kadar nyahpecutan silinder. Pelarasan injap jarum menentukan kadar nyahpecutan omboh. Semasa langkah pulang, aliran memasuki silinder melalui satu injap sekatan (tidak ditunjukkan) untuk melintasi injap jarum, maka kelajuan balik tidak terjejas.

Pelarasan langkah

Kadang kala panjang langkah silinder hidraulik perlu dibataskan oleh kawalan luaran. Dengan memasang skru penghenti yang boleh diketati masuk dan keluar pada badan silinder, langkah tersebut boleh dilaras terlebih dahulu. Sebarang jenis pelaras langkah mesti disahkan berdasarkan keperluan terhadap daya penghentian, perlanggaran, hentaman, dan kesan dimensi.

Rajah 8-19: Bantal silinder, penyesuai strok, gaya pemasangan, dan jenis beban. Bantal melindungi silinder pada akhir strok; gaya pemasangan menentukan sejauh mana silinder mampu mengendalikan beban yang ditanggungnya.

Gaya pemasangan silinder hidraulik

Silinder hidraulik mempunyai pelbagai gaya pemasangan, termasuk: flens, trunyon, pendakap sisi-baji, skru garis tengah, cincin baji berganda, batang pengikat, dan pendakap kimpalan. Pendakap garis tengah atau pendakap kimpalan merupakan reka bentuk yang sangat baik kerana menghasilkan ketidakselarian operasi silinder yang minimum.

Gerakan mekanikal

Silinder hidraulik boleh menukar tenaga hidraulik kepada gerakan mekanikal garis lurus atau linear. Walau bagaimanapun, disebabkan pemilihan sambungan mekanikal, silinder juga boleh memberikan pelbagai jenis gerakan mekanikal.

Jenis beban

Silinder hidraulik boleh menggerakkan pelbagai jenis beban dalam pelbagai aplikasi. Secara umumnya, beban yang ditolak oleh batang piston dipanggil beban tolak; manakala beban yang ditarik oleh batang piston dipanggil beban tarik.

Tiub penghenti

Tiub berhenti ialah selongsong logam pepejal yang dipasang pada batang piston. Apabila batang piston silinder stroke panjang sepenuhnya dikeluarkan, tiub berhenti memisahkan piston dan selongsong panduan dengan jarak tertentu. Selongsong panduan batang piston ialah bantalan yang menyokong batang piston semasa operasi silinder. Ia direka untuk menanggung beban tertentu. Selongsong panduan batang piston — selain berfungsi sebagai aci — juga merupakan titik tumpuan beban bagi batang piston. Bagi silinder stroke panjang yang disambungkan kepada beban, batang piston tanpa panduan kaku cenderung mengendur apabila sepenuhnya dikeluarkan, atau kelengkungan boleh berlaku pada selongsong panduan, menyebabkan beban sisi yang merosakkan selongsong panduan batang piston.

Fungsi tiub berhenti ialah memisahkan piston dan selongsong panduan dengan jarak tertentu apabila batang piston sepenuhnya dikeluarkan, seterusnya mengurangkan beban pada selongsong panduan batang piston.

Jenis Silinder

Silinder hidraulik terdapat dalam pelbagai jenis. Di bawah ini ialah beberapa jenis silinder yang biasa digunakan; jenis-jenis ini juga akan muncul dalam litar aplikasi tertentu dalam pelajaran seterusnya.

• Silinder batang-tunggal: silinder mempunyai batang piston yang menonjol dari satu hujung sahaja.
• Silinder batang-dua: silinder mempunyai satu piston dan batang piston yang menonjol dari kedua-dua hujung.
• Silinder dwi-beraksi: dalam jenis ini, tekanan hidraulik bertindak secara bergantian pada kedua-dua sisi piston silinder, menyebabkan batang piston melaras dan menarik balik.
• Silinder teleskopik: badan silinder mempunyai beberapa bahagian teleskopik yang boleh memberikan langkah panjang daripada panjang tertarik yang pendek.
• Silinder tandem: silinder terdiri daripada dua atau lebih silinder secara bersiri. Batang-batang piston disambungkan bersama membentuk satu batang piston sepunya. Segel batang piston dipasang di antara silinder-silinder, membolehkan setiap silinder beroperasi secara dwi-beraksi.
• Silinder dwi-barel: silinder terdiri daripada sekurang-kurangnya dua baril, membolehkan setiap silinder beroperasi secara dwi-beraksi.

Rajah 8-20: Jenis-jenis silinder hidraulik. Setiap jenis sesuai untuk aplikasi tertentu: teleskopik untuk langkah panjang dalam ruang terhad, tandem untuk daya tinggi dalam diameter lubang terhad, dan dua batang untuk daya/ kelajuan yang sama dalam kedua arah.

Operasi Silinder Dua-Arah dengan Satu Batang Piston

Jenis yang paling biasa digunakan dalam hidraulik industri ialah silinder dua-arah dengan satu batang piston. Bagi jenis ini, aspek utama yang perlu diperhatikan ialah kadar aliran yang dibenarkan (gpm) dan tekanan (psi), serta daya mekanikal yang dihasilkan dan gerakan batang piston.

Luas permukaan piston dan luas permukaan piston berkesan

Luas permukaan piston dan luas permukaan piston berkesan biasanya dibincangkan bagi silinder dua-arah dengan satu batang piston. Luas permukaan piston besar merujuk kepada luas keratan rentas penuh piston yang terdedah kepada tekanan di hujung buta silinder (sisi tanpa batang). Luas permukaan kecil berkesan (luas anular) pula merujuk kepada luas permukaan piston yang terdedah kepada tekanan di sisi batang, kerana batang piston mengambil sebahagian daripada luas permukaan piston tersebut. Oleh itu, luas permukaan kecil berkesan umumnya lebih kecil daripada luas permukaan besar.

Kelajuan pemanjangan batang piston

Kelajuan pemanjangan batang piston silinder hidraulik ditentukan oleh kelajuan cecair mengisi hujung buta silinder. Kelajuan batang piston biasanya dinyatakan dalam ft/min atau m/min:

Contoh: sebuah silinder dengan luas piston 10 in² (64.5 cm²) menerima kadar aliran 5 gpm (18.95 lpm). Kelajuan batang = (5 × 19.25) ÷ 10 = 9.63 ft/min (49 mm/s). Dengan kadar aliran dua kali ganda (10 gpm / 37.9 lpm), kelajuan batang menjadi dua kali ganda iaitu 19.25 ft/min (97.33 mm/s).

Kelajuan penarikan batang piston

Semasa penarikan batang piston, aliran memasuki hujung batang. Pada kadar aliran masukan yang sama, kelajuan penarikan lebih laju daripada kelajuan pemanjangan — gunakan luas piston kecil (berbentuk anulus) dalam formula.

Contoh: Aliran 10 gpm (38 l/min) memasuki hujung batang silinder dengan luas besar 10 in² (65 cm²) dan luas kecil 8 in² (52 cm²). Kelajuan penarikan = (10 × 19.25) ÷ 8 = 24.06 ft/min (0.12 m/s).

Dengan kadar aliran masukan yang sama, silinder dwi-tindakan berbatang tunggal menarik lebih laju daripada mengembang.

Aliran keluar semasa penarikan

Semasa penarikan, aliran memasuki hujung batang dan keluar dari hujung buta. Aliran keluar adalah lebih besar daripada aliran masukan — ia boleh dikira dengan formula yang sama seperti gpm (l/min), tetapi menggunakan luas piston besar. Contoh: 10 gpm memasuki hujung batang pada kelajuan 24.06 ft/min: aliran keluar = (24.06 × 10) ÷ 19.25 = 12.5 gpm (46 L/min).

Faktor-faktor yang mempengaruhi daya output silinder

Seperti yang ditunjukkan, daya yang dihasilkan oleh silinder hidraulik adalah fungsi tekanan hidraulik yang bertindak pada luas permukaan piston silinder. Jika suatu silinder tertentu perlu menghasilkan daya keluaran maksimum yang melebihi nilai semasa, sering kali penyelesaiannya ialah meningkatkan tekanan ke tahap yang sepadan. Dalam beberapa situasi, tekanan sistem dan saiz silinder tidak membenarkan penggunaan silinder yang lebih besar — silinder tandem dapat menyelesaikan masalah ini.

Litar silinder tandem

Silinder tandem terdiri daripada dua atau lebih silinder yang disusun secara bersiri. Batang piston dihubungkan bersama untuk membentuk satu batang piston sepunya. Segel batang piston di antara silinder-silinder membolehkan setiap silinder beroperasi secara dwi-arah. Apabila saiz silinder terhad oleh ruang dan saiz jentera, walaupun tekanan yang dihasilkan oleh pam/motor adalah relatif rendah, daya keluaran mekanikal yang sama masih boleh diperoleh.

Contoh: Pemasangan mesin terbesar membenarkan keluasan piston 10 inci² (64.5 cm²). Tekanan maksimum yang diperlukan untuk mengatasi rintangan beban hanyalah 500 psi (34.48 bar). Menambahkan tekanan 500 psi (34.48 bar) pada sisi keluasan berkesan 8 inci² (51.6 cm²) bersama dengan tekanan balik menghasilkan daya 781 psi (53.86 bar). Dalam litar tandem dengan dua silinder, masing-masing beroperasi pada tekanan 500 psi (34.48 bar) dengan keluasan 10 inci² dan keluasan berkesan 8 inci², hasil gabungan jauh lebih besar.