Hydraulic

BAB 3DASAR- DASAR HIDROLIK

3.1. Dasar-Dasar Hidrolik

Sistem hidrolik mempunyai peran sangat penting dalam operasi alat berat. Prinsip-prinsip dasar hidrolik digunakan ketika merancang dan mengoperasikan sistem hidrolik untuk implement atau attachment, sistem steering, sistem brake, dan sistem power train. Bahkan dalam kehidupan sehari-hari, tidak terlepas dari peralatan yang memanfaatkan prinsip-prinsip dasar hidrolik, misalnya: dongkrak dll.bPrinsip-prinsip hidrolik berlaku ketika menggunakan cairan yang bertekanan sebagai media untuk melakukan kerja. Untuk itu ada beberapa hukum yang harus dipahami dan akan dijelaskan pada pembahasan berikut.

3.1.1 Penggunaan Cairan Dalam Sistem Hidrolik

Gb. 1.1 Zat Cair

Beberapa alasan mengapa menggunakan zat cair dalam sistem hidrolik:

Cairan mengikuti bentuk wadah (tempat) dimana cairan itu berada. Ruang atau volume yang ditempati oleh zat cair tadi dinamakan displacement.

Zat cair tidak dapat dimampatkan (non-compressible)

Zat cair meneruskan tekanan ke semua arah (lihat gambar 1-2), mengikuti bentuk dari wadah. Zat cair mengalir ke segala arah melalui pipa-pipa dan hose dalam berbagai ukuran dan bentuk.

Gb. 1.2 Zat Cair Tidak Bisa DimampatkanDibandingkan dengan zat lain sebagai contoh gas, jika ditekan gas mempunyai ruangan yang lebih kecil dan displacement-nya menjadi berkurang. Itulah sebabnya zat cair (cairan) sangat cocok digunakan dalam sistem hidrolik.Gb. 1.3 Gas yang Dimampatkan3.1.2 Hukum Pascal

Menurut hukum Pascal, Tekanan yang bekerja pada suatu zat cair pada ruangan tertutup, akan diteruskan ke segala arah dan menekan dengan gaya yang sama pada luas area yang sama. Artinya, gaya yang bekerja di setiap bagian dari hidrolik oil system akan meneruskan tekanan yang sama ke segala arah di dalam sistem.

Gb. 1.4 Hukum PascalContoh soal

Seperti contoh yang terdapat pada gambar di atas, 500 Pound gaya yang bekerja pada piston kecil dengan jari-jari 2 inchi, menghasilkan tekanan sebesar 40 Pound per Square Inch (Psi). Tekanan yang sama akan mampu mendukung piston besar dengan jari-jari 3 inchi dengan berat beban 1130 Pound. Dengan rumus yang sederhana berdasarkan hukum Pascal, dapat dijelaskan hubungan antara gaya (Force), Tekanan (Pressure) dan Luas penampang (Area).

3.1..2.1 Formulasi Pascal

Force (gaya) adalah sesuatu yang menyebabkan benda diam menjadi bergerak, benda yang bergerak lurus menjadi berbelok dan sebagainya.

Gaya biasanya dinyatakan dalam:

Pounds (Lbs) Kilogram (Kg)

Newton (N)Pressure (Tekanan), adalah gaya yang bekerja pada setiap satuan luas penampang. Pressure biasanya dinyatakan dalam:

Pounds per Square Inch (Psi)

Kilogram per Centimeter Persegi (Kg/Cm)

KiloPascal (Kpa)

Area (Luas penampang/permukaan), biasanya dinyatakan dalam:

Square Inch (Inch)

Millimeter persegi (mm)

Centimeter persegi (mm)

Gb. 1.5 Formulasi PascalLuas permukaan yang berbentuk lingkaran dapat dihitung dengan rumus berikut:

Area = ( ( r

Jika jari-jari lingkaran (r) adalah 2 inch, maka:

A = 3,14 ( 2 ( 2

A = 12,5 inch

Dengan mengetahui luas area, dapat diketahui berapa besar tekanan yang mampu mengangkat beban yang ada. Jika gaya sebesar 500 Pound bekerja pada area 12,5 inch, tekanan yang terjadi adalah 40 psi.

Tekanan dapat diketahui dengan rumus:

P = F / A

P = 500 lbs/12,5 inch

P = 40 psi

Dengan demikian besar gaya yang bisa ditopang oleh piston yang besar adalah:

F = P ( A

P = 40 psi

A = belum diketahui (r = 3 inch)

F = 40 ( 28,26

A = ( ( r

F = 1130 psi

A = 3,14 ( 3 ( 3

A = 28,26 inch

3.1..2.2 KEUNTUNGAN MEKANIS

Gambar 1.6 menunjukkan bagaimana zat cair dalam sebuah sistem hidrolik menimbulkan keuntungan secara mekanis. Semua cylinder dalam keadaan tersambung, dan semua ruangan terisi dengan zat cair sebelum sistem diberikan tekanan. Cylinder dihitung dari kiri ke kanan.

Gb. 1.6 Zat Cair menimbulkan Keuntungan Mekanis

Pada saat menghitung pressure di dalam sistem, digunakan dua valve dari cylinder ke dua dari sebelah kiri.

Rumus yang digunakan adalah:

Pressure = Force

Area

Pressure = 50 lbs = 50 psi

1 in

Sekarang sudah didapatkan pressure yang ada di dalam sistem sehingga bisa dihitung force dari load untuk cylinder satu dan tiga dan piston area untuk cylinder 4. Hitung load pada cylinder satu dan tiga dengan menggunakan rumus: Force sama dengan Pressure kali Area (Force = Pressure ( Area). Hitung cylinder nomor empat piston area dengan menggunakan rumus: Area sama dengan Force dibagi Pressure (Area = Force : Pressure ).

Jawaban:

Load pada cylinder 1 adalah 250 lbs, load pada cylinder 3 adalah 150 lbs, sedangkan Area pada piston nomor 4 adalah 2 in.

I.3 OrificeBerbicara masalah hidrolik, hal yang umum dipakai adalah istilah Pump Pressure (Tekanan Pompa). Tetapi perlu diingat bahwa pompa tidak menghasilkan pressure. Pompa hanya menghasilkan Flow (aliran fluida/oli). Jika flow-nya dihambat, maka akan timbul pressure.

Pada gambar 7.a pump flow yang melalui pipa adalah 1 GPM (Gallon Per Minute). Pada gambar tersebut, tidak ada hambatan untuk mengalir melalui pipe. Oleh sebab itu pembacaan pressure adalah 0 (zero) untuk kedua gauge.

Gb. 1.7a Tanpa Orifice dan Gb. 1.7b Ada Orifice

Orifice menimbulkan hambatan terhadap pump flow. Pada saat oli mengalir melalui sebuah orifice, maka akan timbul pressure pada sisi up stream dari sebuah orifice (pressure) yang diukur pada ruangan sebelum orifice.

Pada gambar 8.b, ada sebuah orifice di dalam pipa di antara kedua gauge. Gauge pada sisi up stream dari orifice menunjukkan bahwa pressure 207 kPa (30 psi) diperlukan untuk mengirim flow sebesar 1 GPM melalui sebuah orifice. Tidak ada hambatan pada oli untuk mengalir setelah orifice. Itu sebabnya gauge pada sisi down stream (ruangan setelah orifice) menunjukan 0 (zero) kPa/psi.

3.1.3.1 Oil Flow ke Tangki di Blok

Gb. 1.8 Oil Flow ke Tangki di Blok Pada saat ujung dari pipa output-nya di-blok (plugged), maka oil flow yang menuju ke tangki juga di-blok. Positive displacement pump akan terus memompa oli pada 1 GPM dan mengisi pipa-pipa saluran. Pada saat pipa-pipa-nya terisi, hambatan terhadap flow yang mengalir ke pipa akan menghasilkan pressure. Pressure yang ditimbulkan sama dengan Hukum Pascal yang menyatakan bahwa pressure yang bekerja pada suatu ruangan zat cair akan diteruskan ke segala arah sama besar untuk masing-masing unit area yang sama. Nilai pressure dari kedua gauge adalah sama.

Pressure akan terus naik sampai pump flow dialihkan ke circuit yang lain atau ke tangki. Hal semacam ini biasanya dilakukan oleh relief valve.

Jika total pump flow tidak dialihkan ke circuit yang lain, pressure di dalam sistem akan terus naik dan menyebabkan kerusakan sistem tersebut (meledak/jebol).

I.3.2 Type Dasar CircuitAda dua type dasar dari circuit, yaitu: Series dan Parallel.

Gb. 1.9 Hambatan Serie Pada gambar di atas, pressure 620 kPa (90 psi) diperlukan untuk mengalirkan 1 GPM oli melalui circuit.

A. Hambatan SerieOrifice atau relief valve yang dirangkai serie pada hidrolik circuit akan menimbulkan resistance (hambatan) yang mirip dengan resistor yang dirangkai serie pada circuit electric dalam mana oil harus mengalir melalui masing-masing resistance. Total resistance sama dengan jumlah dari masing-masing resistance.

B. Hambatan ParallelDalam sebuah sistem dengan circuit parallel, pump oil akan mempunyai prioritas untuk mengalir melalui resistance yang paling kecil lebih dahulu.

Pada gambar di bawah pompa men-supply oli ke tiga circuit parallel. Circuit tiga mendapatkan prioritas yang paling rendah. Circuit satu mendapatkan prioritas yang paling tinggi (lihat besarnya tension/tekanan spring pada masing-masing check valve).Gb. 1.10 Hambatan Pararel Pada saat oil flow mengisi saluran di sebelah kiri dari ke-tiga valve, pump oil pressure naik ke 207 kPa (30 psi). Pump oil pressure akan membuka valve pada pada circuit satu dan oli akan mengalir melaluinya.

Pada saat circuit satu sudah terisi, pump oil pressure mulai naik. Pump oil pressure naik sampai 414 kPa (60 psi) dan membuka valve pada circuit dua. Pump oil pressure tidak dapat terus naik sampai circuit dua ter-isi penuh.

Pump oil pressure harus melebihi 620 kPa (90 psi) untuk membuka valve pada circuit tiga.

Harus ada sistem relief valve di salah satu circuit atau di pompa untuk membatasi maksimum pressure di dalam sistem.

Hydraulic

II. Komponen-Komponen HydraulicII.1 Tangki Hidrolik

II.1.1 Komponen Oil TankFungsi utama dari hydraulic oil tank adalah untuk menyimpan oli. Akan tetapi oil tank juga mempunyai beberapa fungsi lain. Oil tank harus bisa menyerap panas dan memisahkan udara dari oli.

Gb. 2.1Tangki Hidrolik

Oil tank harus cukup kuat, punya kapasitas yang cukup dan bisa memisahkan kotoran-kotoran. Hydraulic oil tank biasanya tertutup, tetapi tidak selalu.

Komponen oil tank seperti terlihat pada gambar di atas:

Fill Cap, menjaga kotoran masuk lewat lubang yang dipakai untuk mengisi dan menambahkan oli ke dalam tangki serta menjaga/menutup pressurizes tank.

Sight glass, digunakan untuk meng-check level/permukaan dari oli. Level oli seharusnya di-check saat oli masih dalam keadaan dingin. Level oli akan benar bila permukaanya di tengah-tengah sight glass.

Supply dan Return Lines, Supply lines (hose menuju pompa) memungkinkan oli mengalir dari tangki ke sistem. Return lines (saluran kembali) memungkinkan oli mengalir dari sistem ke tangki.

Drain, terletak di bagian bawah tangki. Drain (saluran pembuangan) digunakan untuk membuang oli lama dari tangki. Saluran drain juga memungkinkan air dan endapan lain dalam oli dibuang.

II.1.2 Jenis Hydraulic TankDua macam hydraulic tank adalah Pressurized dan Vented (Non-Pressurized).

Gb. 2.2 Pressurized Tank A. Pressurized Tank, pressurized tank itu tertutup sama sekali. Atmospheric pressure (tekanan udara luar) tidak akan mempengaruhi pressure yang ada di dalam tangki. Sebagaimana oli mengalir melalui sebuah system, oli akan menyerap panas dan mengembang. Oli yang mengembang ini akan menekan udara yang ada di dalam tangki. Udara yang tertekan ini akan mendorong oli keluar dari tangki dan menuju ke sistem.

Vaccum relief valve mempunyai dua fungsi. Mencegah ke-vaccum-an dan juga untuk membatasi maksimum pressure di dalam tangki. Vaccum relief valve akan mencegah ke-vaccum-an dengan cara membuka dan membiarkan uadara masuk ke dalam tangki bilamana tank pressure drop sampai 3,45 kPa (.5 psi).

Pada saat pressure di dalam tangki mencapai vaccum relief valve pressure setting, maka valve akan membuka dan mengeluarkan udara yang terjebak ke luar (atmosphere). Vaccum relief valve pressure setting bisa bervariasi antara 70 kPa (10 psi) sampai 207 kPa (30 psi).

Komponen tangki yang lain adalah:

Filler Screen, mencegah kotoran yang besar masuk ke tangki pada saat tutup tangki dilepas.

Filler Tube, memungkinkan tangki diisi pada level yang benar tetapi tidak overfilled.

Baffles, mencegah return oil mengalir langsung ke bagian tangki outlet, memberikan kesempatan kepada bubble (gelembung-gelembung udara) yang ada di return oil untuk naik ke atas. Juga mencegah oli ter-aduk yang mana akan membantu menurunkan oli dari pembentukkan buih.

Ecology Drain, digunakan untuk mencegah oli tercecer pada saat membuang air dan endapan-endapan dari tangki.

Return Screen, mencegah partikel yang lebih besar masuk ke tangki, tetapi tidak bisa menyaring partikel yang halus.

B. Vented Tank

Gb. 2.3 Vented Tank

Gambar 2.3 menunjukkan Vented tank atau Non-Pressurized tank. Tangki ini berbeda dengan pressurized tank, dimana pada vented tank mempunyai breather (lubang pernapasan). Breather memungkinkan udara keluar masuk dengan bebas. Atmospheric pressure di atas oli menekan oli keluar dari tangki menuju ke sistem. Breather mempunyai screen yang mencegah kotoran masuk ke dalam tangki.

II.1.3 ISO Simbol

Gambar 2.4 memperlihatkan ISO simbol untuk vented dan pressurized hydraulic tank.

Gb. 2.4 Vented TankVented hydraulic tank simbol hanya berbentuk kotak/segi empat dengan bagian atasnya terbuka. Sementara pressurized tank simbol digambarkan dengan kotak/segi empat yang tertutup.Gambar tangki terlihat digambarkan dengan hydraulic lines untuk mempermudah pengertian).

II.1.4 Fungsi dari Hydraulic Fluid (Oil)

Fluid (Zat cair) adalah Non-Compressible. Oleh sebab itu fluid dapat men-transmit power saat itu juga dalam sebuah sistem hidrolik. Sebagai contoh, minyak tanah ter-compress sekitar 1% untuk setiap 2000 psi. Oleh sebab itu minyak tanah dapat mempertahankan volumenya secara tetap di bawah tekanan tinggi. Minyak tanah adalah zat cair pokok yang digunakan dalam pengembangan kebanyakan hidrolik oil.

Fungsi utama dari hydraulic fluid (oil) adalah:

Transmitting power

( Lubricating

Sealing

( Cooling Cleaning

Gb. 2.5 Non-Compressible FluidA. Transmitting power (Meneruskan Tenaga)

Karena hydraulic fluid tidak dapat dikompres, sekali hidrolik sistem ter-isi dengan fluida, seketika itu juga meneruskan power dari satu area ke area yang lain. Akan tetapi bukan berarti semua fluida mempunyai efisiensi yang sama dalam meneruskan power, sebab masing-masing fluida mempunyai sifat khusus sendiri-sendiri. Pemilihan hydraulic fluid yang benar tergantung dari pemakaian dan kondisi operasi.

B. Lubricating (Melumasi)

Hydraulic fluid (oil) harus bisa melumasi komponen-komponen yang bergerak dalam sebuah hidrolik sistem. Komponen-komponen yang berputar atau meluncur harus bisa berfungsi dengan baik tanpa harus bersentuhan dengan komponen yang lain. Hydraulic oil harus bisa mempertahankan oil film di antara dua permukaan untuk mencegah gesekan, panas dan keausan.

C. Sealing (Menutupi)

Banyak komponen-komponen hidrolik di-design dengan menggunakan hydraulic oil dari pada mekanikal seal dalam komponen. Viskositas (kekentalan) dari oil akan membantu menentukan kemampuannya untuk melapisi.

D. CoolingHidrolik sistem menghasilkan panas bila sedang mengubah mekanikal energi ke hidrolik energi atau sebaliknya.

Pada saat oil bergerak melalui sistem, panas akan merambat dari komponen-komponen yang lebih hangat ke cooler. Oil akan memberikan panas tersebut ke reservoir atau cooler yang telah di-design untuk menjaga oil temperature tidak melebihi batas.

E. CleaningFungsi lain dari oil adalah membersihkan. Meskipun pada hidrolik tank sudah ada screen, bukan tidak mungkin kotoran debu akan masuk ke dalam sistem. Kotoran-kotoran ini akan dibawa oleh oil ke tangki yang kemudian akan ditangkap oleh filter yang ada di dalam tangki.

Disamping fungsi-fungsi tersebut di atas oil juga bisa mencegah karat dan korosi pada komponen-komponen metal, mencegah oil membentuk buih dan oksidasi, memisahkan udara, air serta kotoran yang lain dan juga menjaga oil dari perubahan temperature yang besar.

II.1.5 Viscosity (Kekentalan)

Viskositas adalah hambatan terhadap oil untuk mengalir pada temperature tertentu. Jika zat cair mengalir dengan mudah, maka berarti mempunyai viscosity yang rendah. Zat cair yang tidak mudah mengalir, berarti mempunyai viscosity yang tinggi.

Viskositas zat cair dipengaruhi oleh temperature. Bilamana zat cair menjadi lebih panas, maka viskositasnya akan menjadi lebih rendah. Begitu juga bilamana zat cair-nya menjadi lebih dingin, maka viskositasnya akan naik.

Contoh yang sangat mudah adalah minyak sayur dimana viskositas akan berubah bila temperature-nya berubah. Bila minyak sayur ada dalam kondisi dingin, maka dia akan terasa kental dan lambat untuk dituangkan. Setelah dipanaskan, maka minyak tersebut akan menjadi lebih encer dan mudah dengan cepat dituangkan.

II.1.6 Viscosity IndexViscosity Index (VI) adalah ukuran kekentalan zat cair seiring dengan berubahnya temperature. Jika zat cair relative tetap di berbagai temperature, maka dikatakan zat cair tersebut mempunyai Viskosity Index (VI) yang tinggi. Jika zat cair menjadi lebih kental pada temperature rendah dan sangat encer pada temperature tinggi, maka zat cair tersebut mempunyai Viscosity Index yang rendah. Pada kebanyakan hydraulic system, fluida dengan Viscosity Index yang tinggi diperlukan daripada fluida dengan Viscosity Index yang rendah.

II.1.7 Petroleum OilSemua petroleum oil akan menjadi lebih encer seiring dengan kenaikan temperature. Sebaliknya, jika temperature turun akan menjadi lebih kental. Jika viskositas terlalu rendah, maka akan ada banyak kebocoran melalui seal dan lewat sambungan-sambungan. Jika viskositas terlalu tinggi maka kemungkinan operasinya menjadi lebih berat sehingga memerlukan extra power untuk mendorongnya melalui system. Viskositas dari petroleum oil dinyatakan dengan SAE (Society of Automotive Engineers) numbers: 5W, 10W, 20W, 30W, 40W, dan lain-lain. Semakin kecil angkanya, dapat mengalir dengan baik pada temperature rendah. Semakin besar angka-nya, semakin kental dan diperuntukkan buat temperature tinggi.

II.1.8 Fluida Tahan Api

Ada tiga macam fluida tahan api: Water-glycol, water oil emulsion dan synthetic.

Water-glycol fluid, berisi 35% sampai 50% air (water inhibit burning), glycol (synthetic chemical hampir menyerupai antifreeze) dan water thickener. Additive ditambahkan ke dalam fluida untuk memperbaiki lubrikasi dan untuk mencegah karat, korosi dan berbuih. Water-glycol fluid lebih berat dibanding dengan oil dan bisa menyebabkan pump cavitation pada kecepatan tinggi. Fluida ini bisa bereaksi dengan metal tertentu dan seal dan tidak bisa digunakan/dicampur dengan beberapa tipe cat.

Water oil emulsion, paling mahal dari semua fluida tahan api. Jumlah yang sama dari air (40%) juga dipakai sebagaimana pada water-glycol untuk mencegah pembakaran. Water-oil digunakan dalam hidrolik oil system pada umumnya. Additive bisa ditambahkan untuk mencegah karat dan buih.

Synthetic oil, dibuat dengan proses reaksi kimia dengan komposisi khusus untuk menghasilkan senyawa yang terencana dan mempunyai sifat-sifat yang bisa diprediksi. Synthetic oil secara spesifik diramu untuk dipakai pada temperature tinggi dan juga temperature rendah.

Kondisi-kondisi tertentu mungkin memerlukan synthetic fluid tersebut untuk mendapatkan spesifikasi yang diperlukan. Fire resistic sinthetic fluid tidak mudah terbakar dibanding dengan oil dan lebih cocok digunakan di area dengan pressure dan temperature tinggi.

Beberapa kali fire resistant fluid bereaksi dengan polyurethane seal, untuk itu harus menggunakan seal yang khusus.

II.1.9 Oil Life

Hidrolik oil tidak pernah aus. Digunakannya filter untuk menyaring partikel-partikel dan bahan kimia akan sangat berguna bagi umur dari oil. Akan tetapi, pada akhirnya oil akan menjadi terkontaminasi, dan itu harus diganti. Pada machine-machine konstruksi, oil diganti secara teratur pada interval waktu yang ditentukan.

Kontaminasi di dalam oil juga bisa digunakan sebagai indikator dari keausan yang tinggi dan masalah-masalah lain yang akan muncul. Salah satu program yang menggunakan oil yang sudah terkontaminasi sebagai sumber informasinya adalah Schedule Oil Sampling Program (S(O(S)

II.2 Hydraulic PumpGb. 2.6 Hydraulic Pump Hydraulic Pump mentransfer mechanical energy ke hydraulic energy. Ini adalah suatu alat yang mengambil energy dari satu sumber (engine, electric motor, dll) dan mentransfer energy tersebut menjadi bentuk hydraulic. Pompa mengisap oil dari tangki dan mendorongnya ke dalam sebuah hydraulic system yang disebut sebagai Flow. Semua pompa menghasilkan oil flow dengan cara yang sama. Proses vacuum akan terjadi pada pump inlet. Atmospheric pressure yang lebih tinggi akan mendorong oil melalui inlet passage dan masuk ke dalam pump inlet chamber. Gear-gear yang ada di dalam pompa akan membawa oil ke pump outlet chamber. Volume dari chamber akan mengecil saat chamber tersebut mendekati outlet. Hal ini akan memperkecil ukuran chamber dan mendorong oil keluar melalui outlet passage. Pompa hanya menghasilkan flow (gallon per menit, liter per menit, cubic centimeter per revolution, dll) yang akan digunakan di hydraulic system. Pompa tidak menghasilkan atau menyebabkan pressure. Pressure disebabkan oleh hambatan terhadap aliran. Hambatan dapat disebabkan oleh flow melalui hose, orifice, fitting, cylinder, motor atau apapun yang ada di dalam system yang menghalangi flow menuju ke tangki. Ada dua pompa: Positive dan Non-Positive displacement pump.Gb. 2.7 Hydraulic MotorHydraulic motor mentransfer hydraulic energy menjadi mechanical energy. Hydraulic motor menggunakan oil flow yang sedang di tekan ke dalam hydraulic system oleh pompa dan mentransfernya menjadi rotary motion untuk menggerakkan peralatan yang lain seperti final drive, diffrential, transmission, wheel, fan, pompa yang lain dan lain-lain.

II.2.1 Positive Displacement PumpAda 3 (tiga) type dari Positive displacement pump:

Gear

Vane

Piston

Positive displacement pump mempunyai clearance diantara komponen-komponen-nya lebih kecil. Ini akan mengurangi kebocoran dan menghasilkan efficiency yang lebih baik saat digunakan pada high pressure hydraulic system. Output flow pada positive displacement pump pada dasarnya sama untuk setiap putaran pompa. Positive displacement pump dikelompokkan menjadi dua berdasarkan kontrol output dan konstruksi pompa.

Gb. 2.8 Komponen Positive Displacement Pump

Komponen Positive Displacement Pump adalah: (1) Seal Retainer, (2) Seal, (3) Back Up Seal, (4) Isolation Plates, (5) Spacer, (6) Drive Gear, (7) Idle Gear, (8) Housing, (9) Mounting, (10) Flange Seal, (11) Balance Plates.

II.2.1.1 Gear Pump

Pompa gear terdiri dari beberapa komponen seperti gambar di atas. Bearing dipasang pada housing dan flange mounting-nya di sisi gear-gear-nya untuk mendukung gear shaft selama berputar.

Gear pump termasuk positive displacement pump. Gear pump menghasilkan jumlah oil yang sama pada setiap putaran dari input shaft. Pump output dikontrol dengan merubah kecepatan dari putaran. Pressure operasi maksimum dari gear pump dibatasi sampai 4000 psi. Pembatasan pressure ini dilakukan karena adanya ketidakseimbangan hydraulic yang menjadi sifat dan ada pada gear pump design. Ketidakseimbangan hydraulic akan menghasilkan beban pada satu sisi pada shaft yang dilawan oleh bearing dan roda gigi yang bersentuhan dengan housing. Gear pump menghasilkan volumetric efisiensi di atas 90% pada saat pressure tetap berada pada range operasi yang diijinkan.

A. Gear Pump FlowOutput flow dari sebuah pompa gear ditentukan oleh kedalaman gigi dan lebar gigi. Banyak dari produsen gear pump men-standard-kan pada kedalaman gigi dan profil yang ditentukan oleh jarak garis tengah antara gear shaft (1.6, 2.0, 2.5, 3.0). Dengan standard yang mengacu pada kedalaman gigi dan profil, perbedaan flow dari pompa praktis ditentukan oleh lebar gigi.

Gb. 2.9 Gear Pump FlowPada saat pompa berputar, oli dibawa diantara roda gigi dan housing dari sisi inlet menuju ke sisi outlet dari pompa. Arah perputaran drive gear shaft ditentukan oleh lokasi dari inlet dan outlet port. Pada kebanyakan gear pump, diameter inlet port lebih besar dari pada outlet port. Pada bidirectional pump dan bidirectional motor, ukuran inlet dan outlet port akan sama.

B. Gear Pump ForceOutlet flow dari sebuah gear pump dihasilkan dengan mendorong oil keluar dari roda gigi pada saat bertemu di sisi outlet. Hambatan pada oil flow akan menghasilkan pressure pada sisi outlet. Ketidakseimbangan dari gear pump lebih disebabkan karena pressure yang ada di outlet port lebih tinggi dari inlet port. Pressure yang lebih tinggi pada outlet port ini akan mendorong gear ke arah sisi inlet port. Dengan demikian maka shaft bearing akan menerima sebagian besar beban untuk mencegah keausan yang berlebihan antara puncak roda gigi dan housing-nya. Pada pressure yang lebih tinggi, gear shaft akan sedikit miring ke arah roda gigi. Hal ini akan memungkinkan kontak antara shaft dan bearing yang akan mengakibatkan shaft menjadi sedikit bengkok bila terjadi pressure yang tidak balance.

Oli yang bertekanan juga diarahkan diantara sealed area dari pressure balance plate dan housing-nya. Ukuran dari sealed area diantara pressure balance plate dan housing-nya adalah apa yang membatasi jumlah force yang menekan plate terhadap ujung daripada gear.

C. Pressure Balance PlateAda dua tipe pressure balance plate yang digunakan di gear pump. Tipe ini menggunakan isolation plate, back up untuk seal, seal mirip seperti angka 3 dan sebuah retainer.

Tipe kedua mempunyai sebuah groove (alur) seperti angka 3 pada permukaanya dan lebih tebal dari tipe pertama.

Gb. 2.10 Pressure Balance Plate

D. Gear Pump with PocketGb. 2.11 Gear Pump with Pocket

Gear pump dengan housing yang di-machining dengan pocket untuk roda gigi-nya mempunyai radius dari pocket wall menuju dasar pocket-nya. Isolation plate atau pressure balance plate yang digunakan di pocket harus mempunyai chamfer supaya masuk dengan pas ke pocket-nya. Menggunakan isolation plate, seal retainer atau pressure balance plate dengan ujung yang tajam di dalam housing pocket akan menekan pressure balance plate ujung-ujung roda giginya dan akan menyebabkan kerusakan.

II.2.1.2 Vane PumpsVane pumps termasuk Positive displacement pumps. Pump output-nya bisa fixed dan juga bisa variable. Keduanya menggunakan komponen yang umum. Masing-masing pump mempunyai housing (1), Cartridge (2), mounting plate (3), mounting plate seal (4), cartridge seal (5), cartridge back-up rings (6), snap ring (7), serta input shaft dan bearing (8). Cartridge terdiri dari support plate (9), ring (10), flex plate (11), slotted rotor (12), dan vane (13).

Gb. 2.13 Komponen Vane PumpsSlotted rotor diputar oleh input shaft. Vane bergerak masuk dan keluar pada slot yang ada di dalam rotor dan menge-seal pada ujung luarnya terhadap cam ring. Ring yang ada di dalam fixed pump displacement berbentuk elips, sedangkan ring yang ada didalam variable pump displacement berbentuk lingkaran/bundar. Flex plate menutup sisi dari rotor dan ujung-ujung vane-nya. Dalam beberapa design pressure rendah, support plates dan housing menge-seal sisi dari rotating rotor dan ujung-ujung vane. Support plate digunakan untuk mengarahkan ke passage-passage yang ada di dalm housing. Housing juga berfungsi sebagai support untuk komponen-komponen yang lain dari vane pump, mengarahkan flow masuk dan keluar vane pump.

A. Vanes

Vane pertama sekali ditahan terhadap cam ring dengan centrifugal force yang dihasilkan oleh putaran rotor. Bilamana flow-nya naik, pressure yang dihasilkan dari hambatan terhadap flow itu sendiri diarahkan menuju passage di dalam rotor di bawah vane (1). Ini terlihat pada gambar sebelah kiri. Oli yang bertekanan yang ada di bawah vane ini akan berusaha menjaga vane supaya tetap bersentuhan dengan cam ring (sealing proccess). Untuk mencegah vane supaya tidak terlalu keras menekan cam ring, vane-nya dichamfer di bagian belakang untuk mendapatkan balancing pressure melewati ujung bagian luar (arah panah).Gb. 2.14 VanesB. Flex Plates

Oli yang sama juga diarahkan di antara flex plate dan support plate untuk menutup/menge-seal sisi dari rotor dan ujung dari vane. Ukuran dari seal area di antara flex plate dan support plate adalah apa yang mengontrol force yang menekan flex plate terhadap sisi dari rotor dan ujung dari vane. Seal dengan bentuk yang lonjong harus dipasang di support plate dengan salah satu sisi bundar ke dalam pocket dan sisi plastik yang rata terhadap flex plate.

Gb. 2.15 Flex Plates

C. Vane Pump Operation

Gb. 2.16 Komponen Vane PumpPada saat rotor berputar di dalam cam ring-nya, vane keluar masuk di dalam rotor slot untuk menjaga sealing terhadap ring-nya. Pada saat vane bergerak keluar dari slotted rotor, terjadi perubahan volume diantara vane-nya. Semakin besar jarak antara ring dan rotor, semakin besar pula volume yang ditimbulkan. Volume yang membesar akan menimbulkan sedikit ke-vaccum-an yang memungkinkan inlet oil ditekan menuju ke ruang di antara vane oleh tekanan atmosphere atau tank pressure. Bilamana rotor terus berputar, maka jarak antara ring dan rotor juga akan semakin kecil. Hal ini mengakibatkan volume yang ada juga akan semakin mengecil. Hal ini memungkinkan oil ditekan keluar dari segment rotor menuju ke outlet passage dari pompa.

D. Balanced Vane Pump

Gb. 2.17 Balanced Vane Pump Balanced vane pump mempunyai cam ring berbentuk elips. Bentuk seperti ini memungkinkan jarak antara rotor dan cam ring membesar dan mengecil pada setiap satu kali putaran. Dua inlet dan dua outlet masing-masing berhadap-hadapan sehingga bisa menyeimbangkan gaya yang timbul terhadap rotor. Design seperti ini tidak memerlukan bearing-bearing dan housing yang besar untuk men-support komponen-komponen yang berputar. Operating pressure maksimum untuk vane pump berkisar antara 4000 psi. Vane pump yang dipakai pada hydraulic system mempunyai operating pressure sekitar 3300-psi atau kurang.

E. Variable Vane PumpVariable output vane pump dikontrol dengan menggeser ring maju dan mundur sesuai dengan pusat rotor-nya. Variable output vane pump jarang penggunaanya. Jika ada kebanyakan dipakai aplikasi mobile hydraulic.

Gb. 2.18 Variable Vane PumpII.2.1.3 Piston Pumps

Terlihat pada gambar di bawah, adalah piston pumps dimana mempunyai komponen-komponen seperti: head (1), housing (2), shaft (3), piston (4), port plate (5), barrel (6) dan swashplate (7).

Gb. 2.19 Komponen Piston Pump

Dua design piston pump yang dikenal adalah:

Axial Piston Pump Radial Piston PumpKedua pompa ini merupakan Positive displacement pump, dan mempunyai efisiensi yang tinggi. Output dari kedua pompa ini bisa fixed (tetap) dan juga bisa variable (berubah-ubah).

Gb. 2.20 Axial Piston PumpA. Straight Housing Axial Piston PumpGambar di atas memperlihatkan masing-masing Positive Displacement Fixed Output Axial Piston Pump dan Positive Displacement Variable Output Axial Piston Pump. Dalam pandangan umum, kedua pompa tersebut sering dibicarakan orang dengan sebutan Fixed Displacement Pump dan Variable Displacement Pump.

Pada fixed displacement Axial Piston Pump, piston bergerak lurus maju dan mundur parallel dengan shaft-nya.

Pada variable displacement Axial Piston Pump atau motor, swashplate atau barrel dan port plate-nya juga bergerak maju dan mundur merubah sudutnya sendiri terhadap shaft-nya. Perubahan sudut ini membuat pump flow bervariasi antara minimum dan maksimum setting meskipun shaft speed-nya konstan.

Pada pompa yang lain, saat piston bergerak mundur, oil mengalir melalui intake menuju ke piston. Pada saat pompa berputar, piston akan bergerak maju, oil kemudian didorong cellar menuju ke system. Kebanyakan piston pump yang digunakan pada mobile equiptment adalah Axial Piston Pump.

Gb. 2.21 Angled Housing Axial Piston Pump (Bent Axis)Fixed displacement Axial Piston Pump and motor dapat dibuat dengan housing yang lurus/axial (Gb. 2.20) dan housing yang bengkok/bent axis (Gb. 2.21).

Piston pump dengan housing yang lurus (seperti yang terlihat pada gambar 2.20 kiri), piston ditahan oleh fixed swashplate. Sudut dari swashplate akan menentukan jarak piston bergerak keluar masuk pada barrel chamber. Semakin besar sudut dari swashplate semakin besar pula jarak pergerakan piston dengan demikian pump output per revolution juga akan lebih besar.

Pada bent axis piston pump (Gb. 2.20 kanan), piston tersambung ke input shaft dengan linkage atau ujung spherical piston yang pas masuk ke dalam socket-nya pada plate. Plate-nya sendiri merupakan bagian yang tidak terpisahkan dari shaft. Sudut housing terhadap poros pusatnya akan menentukan jarak piston bergerak keluar masuk pada barrel chamber. Semakin besar sudut daripada housing, akan semakin besar pula pump output yang dikeluarkan per revolution. Output flow dari fixed displacement piston pump tergantung kecepatan engine. Output flow hanya bisa dirubah dengan merubah speed dari input shaft-nya.

Pada housing lurus fixed displacement piston motor, swashplate angle akan menentukan speed dari output shaft-nya. Pada bent axis fixed displacement piston motor, sudut daripada housing terhadap pusat poros menentukan speed dari output shaft motor. Piston pump yang lebih kecil bekerja pada pressure 10.000 psi. Piston pumps yang digunakan pada hydraulic system bekerja pada pressure di bawah 7000 psi.

B. Radial Piston PumpPada Radial Piston Pump (Gb. 2.22), piston bergerak maju dan mundur membentuk sudut 90-derajat terhadap shaft-nya. Pada saat cam follower berputar turun pada cam ring, piston akan bergerak mundur. Atmospheric pressure atau charge pump mendorong oil melalui inlet valve port dan menggerakkan pergerakkan piston. Pada saat cam follower berputar naik pada cam ring, piston akan bergerak maju. Oil kemudian ditekan keluar dari cylinder melalui outlet port.

Gb. 2.22 Radial Piston PumpInternal Gear PumpInternal gear pump (Gb. 2.23) mempunyai pinion gear kecil pada bagian dalam (drive gear) yang akan menggerakkan ring gear besar (outer gear). Ring gear-nya sendiri mempunyai pitch yang sedikit lebih besar dari pada pinion gear.

Ada satu komponen yang diam yang menyerupai sabit (crescent) yang terletak di bawah pinion gear di antara pinion gear dan ring gear. Inlet dan outlet port terletak juga terletak pada ujung crescent ini.

Gb. 2.23 Internal Gear Pump Pada saat pompa berputar, gigi dari pinion dan ring gear tidak bertemu saat berada pada sisi inlet port. Maka ruang yang kosong di antara gigi akan menjadi lebih besar, ruangan ini kemudian diisi oleh inlet oil. Oil dibawa di antara roda gigi pinion gear dan crescent, roda gigi ring gear dan crescent menuju ke outlet port. Pada saat roda gigi melewati outlet port, ruang kosong di antara gigi akan mengecil dan roda gigi akan kembali bersentuhan. Kejadian ini akan menekan oil keluar dari antara roda gigi dan menuju keluar.

Internal gear pump biasa digunakan sebagai charging pump pada piston pump yang besar.

Conjugate Curve PumpGb. 2.24 Conjugate Curve PumpConjugate curve pump (Gambar di atas), yang juga biasa disebut dengan GEROTOR pump. Inner dan outer komponen berputar bersama-sama dengan housing. Pemompaan dihasilkan dengan cara lobe dari komponen inner dan outer masing-masing melakukan kontak/bersentuhan selama berputar. Pada saat komponen inner dan outer berputar, komponen inner akan berputar berkeliling di dalam komponen bagian luar. Inlet dan outlet port terletak di ujung cover dari housing. Oil masuk melalui inlet dan dibawa menuju outlet dan dikeluarkan saat lobe-nya bertautan.

Modified dari gerotor pump dipakai di banyak steering system hand metering unit (HMU). Saat digunakan di HMU, outer gear-nya akan tetap diam sementara inner gear-nya berputar.

Axial Propeller Pump

Axial propeller pump berbentuk seperti kipas angin listrik, diikat pada pipa yang lurus dan mempunyai propeller blade (sudu-sudu). Oil diisap dengan cara menggerakkan/memutar sudu-sudu.

Gb. 2.25 Axial Propeller PumpII. 2.2 Non-Positive Displacement Pump

Non-positive displacement pump mempunyai clearance yang lebih besar antara komponen yang diam dan komponen yang bergerak dibandingkan dengan positive displacement pump. Extra clearance ini memungkinkan oil ditekan kembali di antara komponen-komponen-nya bila outlet pressure (resistant to flow-nya) meningkat. Non-positive displacement pump mempunyai efisiensi yang lebih rendah bila dibandingkan dengan positive displacement pump karena output flow dari pompa akan turun secara drastis bila outlet pressure naik. Non-positive displacement pump adalah juga centrifugal impeller pump. Pompa semacam ini biasa digunakan pada aplikasi dengan pressure rendah seperti water pump.

II.2.2.1 Centrifugal Impeller Pump

Centrifugal impeller pump terdiri dari dua komponen dasar yaitu: impeller (2) yang diikat pada input shaft (4) dan housing (3). Impeller mempunyai sebuah cakram dengan sudu-sudu yang melengkung (1) yang dicetak pada sisi input-nya.

Gb. 2.26 Centrifugal Impeller Pump

Oil memasuki bagian tengah dari housing (5) di dekat input shaft dan mengalir ke impeller. Sudu-sudu impeller yang melengkung akan mendorong oil keluar terhadap housing. Housing-nya sendiri dibentuk sedemikian rupa untuk mengarahkan oil menuju ke outlet port.

II.3 VALVE

Pada sistem hidrolik, valve berfungsi untuk:

Mengatur pressure Mengatur flow Mengatur arah

II.3.1 PRESSURE CONTROL VALVEPressure control valve digunakan untuk mengontrol pressure di dalam sebuah circuit atau system. Fungsi valve akan tetap sama meskipun design-nya dirubah. Contoh dari pressure control valve termasuk di dalamnya adalah: relief valve, sequence valve, pressure reducing valve, pressure differential valve, dan unloading valve.

Gb. 2.27 Simple Pressure Relief valve Pada Cracking PressureII.3.1.1 Relief ValveHydraulic system di design untuk bisa beroperasi pada tingkat pressure tertentu. Melebihi level yang sudah ditentukan dapat merusak system komponen disamping juga sangat berbahaya bagi personnel. Relief valve menjaga pressure pada batasan yang sudah ditentukan dengan membuka dan mengalirkan kelebihan oil ke circuit yang lain atau dialirkan kembali ke tangki.

A. Simple Relief ValveGambar di atas memperlihatkan simple relief valve pada cracking pressure position.

Simple relief valve (juga disebut direct acting relief valve) akan tetap dalam kondisi tertutup karena adanya kekuatan spring. Spring tension di-set pada relief pressure setting. Akan tetapi bukan berarti valve akan membuka pertama sekali pada relief pressure setting.

Apabila kondisinya berkembang, yang menyebabkan hambatan terhadap oil untuk mengalir, maka kelebihan oil flow akan menyebabkan pressure naik. Kenaikkan pressure ini akan dirasakan oleh relief valve. Pada saat gaya dari pressure bisa mengatasi relief valve spring, valve tersebut akan melawan spring dan mulai membuka. Pressure yang diperlukan untuk memulai membuka valve disebut dengan cracking pressure. Valve akan membuka secukupnya saja untuk membiarkan oil mengalir melalui valve.

Relief Pressure SettingSeiring dengan naiknya hambatan pada oil untuk mengalir, naik pula volume dari oil karena terlalu banyak. Hal ini akan menaikkan pula circuit pressure. Dengan naiknya pressure yang ada dalam circuit, akan mengatasi tension spring dan relief valve akan membuka lebih jauh lagi.

Proses ini akan terjadi berulang-ulang sampai full pump flow dialirkan melalui relief valve. Inilah yang disebut dengan relief pressure setting.

Simple relief valve biasa digunakan pada circuit yang mempunyai volume full pump flow-nya rendah, atau digunakan pada circuit yang memerlukan respon yang cepat. Ini membuat simple relief valve ideal dipakai untuk membebaskan pressure yang tiba-tiba atau berfungsi sebagai safety valve.

B. Pilot operated Relief valve, CLOSE Position

Pilot operated Relief valve bisa mengatasi pressure yang tinggi pada system dengan tekanan spring yang relatif lebih kecil. Pilot operated Relief valve terdiri dari: unloading valve, unloading valve spring, pilot valve dan pilot valve spring.

Pilot operated Relief valve, CLOSE PositionPilot operated relief valve sering dipakai pada system yang memerlukan volume oil yang banyak dan perbedaan yang kecil antara cracking pressure dan full flow pressure.

Pada pilot operated relief valve, pilot valve (simple relief valve) dipakai untuk mengontrol unloading valve (main valve).

Pilot valve mempunyai ukuran yang lebih kecil dan tidak bisa mengatasi volume oil flow yang besar. Oleh sebab itu menjadi lebih presisi. Perbedaan antara pilot valve cracking pressure dan maksimum pressure dijaga pada tingkat yang minimum. Spring pada pilot valve berukuran lebih kecil dan memungkinkan pengontrolan pressure.Gb. 2.28 Pilot Operated Relief Valve, CLOSE PositionUnloading valve mempunyai ukuran yang cukup besar untuk mengatasi sebagian besar oil flow pada maksimum relief pressure yang sudah ditentukan. Unloading valve menggunakan oil pressure untuk menjaga valve-nya tetap tertutup. Oleh sebab itu kita tidak perlu menggunakan unloading valve spring yang begitu kuat dan keras. Hal ini memungkinkan unloading valve mempunyai opening pressure yang lebih presisi.

Oil mengalir menuju relief valve housing melalui unloading valve orifice, dan mengisi ruangan pada unloading valve spring. Oil yang berada pada ruangan unloading valve beraksi pada area pilot valve. Ini memungkinkan pilot valve dengan spring yang kecil mengontrol pressure yang besar. Pada saat oil pressure dalam system meningkat, oil dengan pressure yang sama juga berada pada ruangan unloading valve spring. Oleh sebab itu oil pressure yang berada pada kedua sisi unloading valve akan sama. Gaya gabungan antara oil pressure dengan unloading valve spring akan menjadi lebih besar dari oil pressure yang berada pada bagian bawah dari unloading valve. Dengan demikian gaya gabungan antara spring dengan oil pressure pada bagian atas unloading valve akan membuat valve menutup.

Pilot operated Relief valve, OPEN PositionGb. 2.29 Pilot Operated Relief Valve, OPEN PositionPada saat system oil pressure mencapai relief valve spring setting (gb. 2.29), maka pilot valve membuka. Dengan membukanya pilot valve, oil yang berada pada ruangan unloading valve spring akan di-drain ke tangki. Bukaan dari pilot valve lebih besar dari orifice yang ada pada unloading valve. Dengan demikian oil yang keluar ke tangki lewat pilot valve akan lebih cepat dibanding yang masuk dari orifice unloading valve. Hal ini membuat oil pressure pada unloading valve spring drop dan memungkinkan oil pressure yang besar di bagian bawah unloading valve berusaha mendorong valve ke atas. Oli yang berlebihan di drain ke tangki melalui throttling hole yang ada pada unloading valve. Lubang throttling hole memungkinkan unloading valve membuang oil sesuai keperluan untuk menjaga relief pressure yang diperlukan.

Gb. 2.30 Relief valve ISO Symbol, CLOSED

Gambar di atas memperlihatkan Relief valve ISO symbol, memperlihatkan satu kotak dengan valve tunggal pada posisi menutup/CLOSED. System pressure dirasakan melalui pilot line pada bagian atas kotak dan mendorong valve (tanda panah) terhadap spring. Pada kondisi normal operasi, pump flow di-blocked oleh valve (normally closed).

Gb. 2.31 Relief valve ISO Symbol, OPENRelief valve symbol terlihat pada gambar 2.31, memperlihatkan satu kotak dengan valve tunggal pada posisi OPEN. Saat gaya dari system pressure mengatasi gaya spring, symbol panah akan bergerak ke bawah (valve membuka) dan menghubungkan saluran oli dari pompa ke tangki. Oli kemudian mengalir menuju ke tangki.

Gambar 2.32 menunjukkan symbol dari ISO schematic untuk variable relief valve. Variable relief valve merupakan single envelope valve dengan tanda panah pada spring. Tanda panah tersebut menunjukkan bahwa spring tension-nya bisa di-adjust.

Gb. 2.32 Variable Relief Valve ISO SymbolII.3.1.2 Sequence ValveSequence valve, basic-nya adalah series pilot relief valve dengan circuit tambahan. Sequence valve dipakai saat dua circuit disuplai oleh satu pompa dan ada circuit yang diprioritaskan.

Gb. 2.33 Sequence Valve, CLOSE Position

Close position, sequence valve mem-block pump oil flow ke circuit 2 sampai circuit 1 penuh. Pada saat pump oil mengisi circuit 1 dan sequence valve, maka oil pressure akan mulai naik. Peningkatan pressure ini dirasakan lewat circuit pada bagian bawah unloading valve dan juga pada ruangan unloading valve spring.Gb. 2.33 Sequence Valve, OPEN PositionGambar 2.33 merupakan gambar Sequence Valve, OPEN Position. Pada saat pressure pada ruangan unloading valve spring melebihi setting dari pilot valve spring, maka pilot valve-nya akan membuka. Dengan terbukanya pilot valve, maka oil dalam ruangan unloading valve spring akan dibuang ke tangki. Hal ini membuat oil pressure dalam ruangan unloading valve spring drop. Gaya dari system pressure yang lebih tinggi akan mendorong unloading valve terhadap spring yang memungkinkan oli dialirkan ke circuit 2. Sequence valve akan tetap terbuka sampai pompa dimatikan, atau pressure di circuit 1 drop lebih rendah dari setting spring pada sequence valve.

Gb. 2.34 Sequence Valve ISO SymbolCara kerja sequence valve sama dengan relief valve. Pada relief valve ruangan spring spring biasanya dihubungkan dengan drain. Pada sequence valve, outlet passage terhubung dengan circuit ke dua. Karena circuit ke-dua selalu bertekanan selama sequence valve membuka, ruangan pilot valve spring harus dihubungkan dengan drain/tangki.

II.3.1.3 Pressure Reducing ValveGb. 2.35 Pressure Reducing Valve, Normally OpenPressure reducing valve menghasilkan system pressure yang berlainan yang di-supply oleh pompa yang sama. Maksimum pressure yang ada di system dijaga oleh sebuah relief valve. Pressure reducing valve sendiri mengontrol oil pressure yang ada pada controlled oil circuit (lihat gambar). Pressure reducing valve adalah Normally Open Valve. Sistem Operasi

Pump Start-upGambar 2.35 memperlihatkan Pressure Reducing Valve pada posisi Normally Open. Pada kondisi pump start-up, kekuatan spring akan menahan valve spool dan piston ke kanan. Supply oil mengalir lewat pressure reducing valve spool menuju ke controlled oil circuit (sisi downstream dari valve). Supply oil yang menuju ke controlled oil circuit juga mengalir melalui passage ke piston chamber di sisi sebelah kanan dari valve spool. Semua perubahan pressure yang ada pada controlled oil circuit akan dirasakan juga di piston chamber. Pada kondisi pump start-up, supply oil dan controlled oil mempunyai pressure yang sama.

Normal Operating ConditionGambar berikut menunjukkan pressure reducing valve pada kondisi operasi normal.

Gb. 2.36 Pressure Reducing Valve, Normal OperationPada saat oil pressure di controlled oil pressure meningkat, maka oil pressure di piston chamber juga naik. Kenaikkan pressure pada piston chamber akan membuat piston bergerak ke kiri menekan valve dan spring force. Pada saat valve spool bergerak ke kiri, maka valve spool akan menghambat supply oil yang lewat valve dan akan menurunkan controlled oil pressure.

Pergerakkan dari valve spool menghasilkan variable orifice antara supply oil dan controlled oil circuit. Variable orifice memungkinkan oil flow banyak dan sedikit sesuai dengan yang diperlukan guna mengontrol pressure pada controlled oil circuit. Oil dalam spring chamber harus di drain ke tank. Peningkatan pressure dalam spring chamber akan meningkatkan pula setting dari valve. Pressure Reducing Valve ISO SymbolGambar 2.37 menunjukkan ISO symbol dari pressure reducing valve. ISO symbol menggunakan single envelope untuk mewakili posisi dasar dari pressure reducing valve.

Gb. 2.37 Pressure Reducing Valve Symbol

Pump oil flow mengalir melalui NORMALLY OPEN valve melalui controled oil circuit. Controlled oil circuit pressure dirasakan lewat pilot line dan menggerakkan valve (panah) terhadap spring. Pada saat controlled pressure bisa mengatasi spring force, valve (panah) akan bergerak ke bawah dan menghambat oil flow mengalir menuju ke controlled oil circuit. Upstream pressure bisa jadi terus meningkat. Akan tetapi downstream pressure tidak akan naik melebihi pressure reducing valve setting.

Pada saat pressure controlled oil circuit turun, spring force akan menggerakkan panah ke atas ke posisi membuka. Valve akan selalu mengatur oil flow untuk menjaga controlled oil circuit.

II.3.1.4 Pressure Differential Valve

Gb. 2.38 Pressure Differential Valve

Pada gambar 2.38 dan 2.39, spring menggunakan gaya 50 Psi. Supply oil pressure harus melebihi 50 psi untuk mengatasi spring force dan menggerakkan valve spool.

Sistem Operasi

Pump Start-upPressure differential valve berfungsi menjaga perbedaan pressure yang tetap antara dua circuit. Pada saat pump start-up dan bilamana pressure di primary circuit kurang dari 50 psi, spring force akan menjaga valve spool ke kanan. Oil flow yang ke secondary circuit akan di-blocked. Perubahan pressure pada primary circuit akan dirasakan oleh valve spool.

Gb. 2.39 Pressure Differential Valve, Normal OperatingNormal Operating ConditionPada saat primary circuit sudah terisi, maka pressure mulai naik. Saat primary circuit pressure naik lebih dari 50 psi, primary pressure bisa mengatasi differential spring force sebesar 50 psi sehingga bisa menggerakkan differential valve ke kiri. Supply oil kemudian mengalir ke secondary circuit. Supply oil juga mengalir melalui passage ke differential valve spring chamber.

Saat secondary circuit sudah terisi, maka pressure mulai naik. Pressure ini juga akan dirasakan di dalam differential valve spring chamber. Kombinasi antara pressure oil dan spring force akan berusaha menggerakkan spool ke kanan dan berusaha untuk menutup aliran oli ke secondary circuit. Akan tetapi kenaikan pressure pada primary circuit berusaha memuat valve tetap terbuka. Pressure akan naik di kedua sisi primary dan secondary circuit sampai relief valve open dan membuang oli ke tangki.

Pressure differential valve akan menentukan posisi yang menjaga perbedaan pressure sebesar 50 psi antara primary dan secondary circuit pada pressure di atas 50 psi.

Pressure Differential Valve ISO SymbolGb. 2.40 Simbol ISO untuk Pressure Differential ValvePressure differential valve ISO symbol (Gb. 2.40) adalah kombinasi antara symbol pressure relief valve dengan pressure reducing valve.

Pressure dari inlet dirasakan oleh valve dan melawan spring force sebagaimana terjadi pada pressure relief valve. Outlet pressure dirasakan oleh valve dan bekerja bersama spring force. Perbedaan inlet dan outlet pressure selalu sama dengan gaya spring pada valve spool tanpa memperdulikan perbedaan pressure pada inlet port. Sebagai contoh, gaya sebesar 50 psi akan menghasilkan pressure differential antara inlet dan outlet pressure sebesar 50 psi juga. Spring bisa diubah-ubah sesuai kebutuhan untuk mendapatkan pressure differential.

II.3.2 Directional Control ValveDirectional control valve digunakan untuk mengarahkan ke circuit yang lain dalam hydraulic system. Kapasitas maksimum dari flow dan pressure drop melalui valve merupakan pertimbangan-pertimbangan utama. Directional control valve bisa dioperasikan secara manual, hydraulic, pneumatic dan electronic control. Faktor-faktor ini kebanyakan ditentukan selama initial system design. Directional control valve digunakan untuk mengarahkan oli ke actuator dalam hydraulic system.

Gb. 2.41 Spool ValveValve body-nya sendiri di-bor, di honing dan kadang-kadang dilakukan heat treatment. Inlet dan outlet port di-bor dan di bikin ulir. Valve spool-nya di machining dan dibuat dari baja tingkat tinggi, digosok dan dilakukan heat treatment. Ada valve spool yang dilapisi dengan chrome. Pada saat disassemble, hanya valve sajalah yang merupakan komponen yang bergerak.

II.3.2.1 Spool Valve

Valve spool, Gb. 2.41 terdiri dari land dan groove. Spool land mem-blocked oil flow melalui valve body. Posisi dari spool bila tidak diaktifkan disebut normal position.

Pada saat sebuah open center valve berada pada normal position, supply oil mengalir melalui valve dan kembali ke tank. Pada saat sebuah close center valve berada pada normal position, supply oil di-blocked oleh valve spool.

Open Center Directional Control Valve in HOLD PositionGambar berikut memperlihatkan gambar potongan untuk sebuah open center directional control valve pada posisi HOLD.

Gb.2.42 Open Center Directional Control Valve in HOLD PositionPada posisi HOLD, pump oil mengalir menuju valve body, di sekitar valve spool dan kemudian kembali ke tangki. Pump oil juga mengalir menuju load check valve. Saluran di belakang load check diisi dengan blocked oil. Blocked oil dan load check valve spring menjaga load check valve tetap tertutup. Valve spool juga mem-blocked oil yang berada di saluran untuk mengalir menuju ke rod end dan head end dari cylinder.

Open Center Directional Control Valve in RAISE Position Gambar 2.42 memperlihatkan valve spool pada posisi sekejap bergerak ke posisi RAISE. Pada saat valve spool digerakkan ke posisi RAISE, valve spool mem-blocked oil ke tangki. Akan tetapi, pump oil flow mengalir ke load check valve. Valve spool juga menghubungkan antara oil yang berada di cylinder head end di belakang load check valve dan cylinder rod bersama-sama menuju ke tangki. Load check valve mencegah oil yang berada di cylinder head end mengalir ke pump oil passage. Pump oil flow yang di blocked menyebabkan pump oil pressure naik.

Gb. 2.42 Open Center Directional Control Valve in RAISE Position Gambar 2.43, kenaikan pressure pada pump oil mengatasi pressure di belakang load check valve (membuat load check valve tidak duduk). Pump oil mengalir melewati load check valve dan valve spool menuju ke cylinder head end.Oil di dalam cylinder rod end mengalir melewati valve spool menuju ke tank.

Gb. 2.43 Open Center Directional Control Valve, RAISE Position

Directional Control Valve ISO Symbol

Gb. 2.44 Basic Envelope

Basic EnvelopeSymbol dasar valve ISO seperti terlihat pada gambar di atas, terdiri dari satu atau lebih basic envelope. Jumlah envelope yang digunakan mewakili jumlah posisi dimana valve tersebut bisa digerakkan.

Gb. 2.45 Valve Port

Valve PortTerlihat pada gambar di atas adalah valve port yang tersambung pada working lines. Valve dengan dengan dua port biasa disebut sebagai two-way valve. Valve bisa punya beberapa posisi dan port sesuai kebutuhan. Akan tetapi kebanyakan valve position berada pada range satu sampai tiga, untuk valve port berada pada range dua sampai enam.

Flow Path

Pada gambar 2.46 berikut, garis dan panah yang berada di dalam sebuah envelope, pada dasarnya dipakai untuk mewakili flow path dan arah di antara port.

Gb. 2.46 Flow PathThree Position ValveGambar 2.47 memperlihatkan tiga ISO symbol dari three position valve. Pada three position valve, kotak yang tengah adalah posisi NEUTRAL atau HOLD position. Pada saat valve tidak sedang melakukan kerja, maka valve yang dipakai adalah valve yang tengah atau berada pada HOLD position. Tergantung design dari spool, posisi tengah melayani beberapa tujuan. ISO symbol yang di atas mewakili closed center valve. Pada saat berada di HOLD position, close center spool block semua oil flow.

ISO symbol yang di tengah mewakili tandem center valve. Saat berada pada posisi HOLD, tandem center valve mem-block oil flow pada titik A dan B, dengan demikian menghubungkan pompa dengan tangki.

Gb. 2.47 Three Position ValveISO symbol yang di bawah mewakili open center valve. Saat berada pada posisi HOLD, open center valve akan menghubungkan semua port ke tank.

Three Position, Six way, Open Center, Manual Controlled ValveGambar 2.48 kiri memperlihatkan three position, open center, manual controlled valve pada HOLD position. Pump oil mengalir di sekitar valve spool ke tangki. Oil yang berada dalam cylinder di block di control valve spool.

Gb. 2.48 HOLD PositionThree Position, Six way, Close Center, Pilot Controlled ValveGambar 2.48 kanan, memperlihatkan three position, six way, close center, pilot controlled valve. Saat di posisi HOLD, semua oil flow di blocked pada control valve spool.

Directional Control Valve ActuatorGambar 2.49, memperlihatkan ISO symbol untuk beberapa directional control valve actuator.

Gb. 2.49 Directional Control Valve ActuatorII.3.2.2 Rotary ValveRotary valve seperti terlihat pada gambar 2.50 bawah, terdiri dari round plug dengan passage atau channel. Channel yang ada di plug terhubung dengan port pada valve body. Daripada shifting ke kanan atau ke kiri, valve-nya berputar.

Pada diagram yang kiri, valve terhubung dengan pump ke cylinder rod end. Oil di head end mengalir ke tank. Pada saat valve berputar 90, pump terhubung ke head end dan oil di rod end mengalir ke tank.

Gb. 2.50 Rotary ValveRotary valve yang terlihat di atas adalah four-way valve. Akan tetapi rotary valve juga bisa two-way atau three-way. Rotary valve digunakan di low pressure operation.

II.3.2.3 Check ValveFungsi dari check valve adalah mengalirkan oil ke satu arah, tetapi mem-block aliran oil dari arah berlawanan. Check valve kadang-kadang juga disebut one way check valve.

Kebanyakan check valve terdiri dari spring dan valve seat yang berbentuk tirus sebagaimana terlihat pada gambar 60 di atas. Akan tetapi bola yang bulat juga dipakai disamping valve seat yang tirus. Dalam beberapa circuit, check valve bisa mengambang dengan bebas (tidak mempunyai spring).

Lihat valve di sebelah kiri (Gb. 2.51). Saat pump oil pressure bisa mengatasi pressure di belakang check valve ditambah spring force, check valve akan membuka dan membiarkan oil mengalir ke implement system.

Lihat valve di sebelah kanan (Gb. 2.51). Saat pump oil pressure kurang dari oil pressure di implement, check valve akan menutup dan mencegah implement oil mengalir kembali melalui valve.

Gb. 2.51 Check ValveII.3.2.4 Pilot Operated Check ValvePilot operated check valve berbeda dengan simple check valve, dimana pilot operated check valve memungkinkan oli mengalir melalui valve pada arah yang berlawanan.

Forward FlowGambar 2.52 bagian atas memperlihatkan kepada kita sebuah pilot operated check valve. Pilot operated check valve terdiri dari sebuah check valve, pilot valve dan rod. Pilot operated check valve membiarkan oli mengalir dengan bebas dari control valve ke cylinder

Flow BlockedSaat oil flow dari control valve berhenti, maka check valve akan duduk sebagaimana terlihat pada Gb. 2.52 bawah bagian kanan. Oil dari cylinder menuju control valve di-blocked pada check valve.

Pilot operated check valve kebanyakan sering digunakan di system operasi dimana terdapat drift problem. Pilot operated check valve menahan drift pada toleransi yang sangat kecil.

Gb.2.52 Pilot Operated Check Valve Forward Flow dan Flow BlockedGb. 2.53 Pilot Operated Check Valve Reverse Flow Reverse FlowGambar 2.53 di atas memperlihatkan oil flow dari cylinder ke control valve.

Pada saat flow diperlukan, pilot oil dikirim ke pilot valve oil chamber. Pilot oil pressure menggerakkan pilot valve dan rod ke kanan dan membuka check valve. Cylinder oil mengalir melalui check valve menuju ke control valve dan kemudian ke tangki.

Perbandingan pressure antara load pressure dan pilot pressure dirancang sesuai dengan valve-nya. Perbandingan pressure-nya 3 : 1. Pressure yang diperlukan untuk membuka check valve sama dengan 1/3 dari load pressure. Load pressure sebesar 600 psi memerlukan pilot pressure sebesar 200 psi untuk bisa membuka check valve.

Check Valve ISO SymbolPada gambar 2.54, A dan B menampilkan simple check valve pada OPEN dan CLOSE position.

Symbol C melambangkan shuttle valve. Shuttle valve atau resolver valve memungkinkan dua circuit yang terpisah untuk men-supply oil ke circuit yang ke-tiga dengan tetap menjaga dua circuit yang terpisah terisolasi dari yang lain. Symbol D melambangkan pilot operated check valve.

Gb. 2.54 Check Valve ISO SymbolII.3.2.5 Make-up Valve

Make-up valve seperti gambar 2.55, terlihat mirip check valve. Make-up valve biasanya ditaruh di circuit antara implement dan tangki. Pada saat operasi normal, pump atau cylinder oil akan mengisi ruangan di belakang make-up valve. Pressure di dalam cylinder akan menjaga valve tetap CLOSED. Pada cylinder pressure sekitar 2-psi lebih rendah dari tank pressure, make-up valve akan OPEN. Oil dari tangki akan mem-by pass pump dan mengalir secara langsung melalui make-up valve menuju ke cylinder.

Gb. 2.55 Make-up ValveMake-up valve dipakai untuk mencegah cavitation. Sebagai contoh, pada saat loader bucket berada pada posisi RAISED, dan operator menggerakkan control ke posisi FULLY LOWER, maka gaya gravitasi bumi pada bucket ditransmit melalui cylinder piston ke return oil. Kenaikan pressure pada return oil akan menaikkan flow dari cylinder. Pada saat cylinder pressure memindahkan return oil lebih cepat dari pada pompa yang dapat mengirimkan oil untuk memindahkan piston, maka akan terjadi kevaccuman di cylinder dan saluran-salurannya. Kevaccuman dapat menyebabkan cavitation pada cylinder dan saluran-salurannya. Pada saat pressure di dalam cylinder dan salurannya turun sampai 2-psi kurang dari tank pressure, maka make-up valve akan membuka dan memungkinkan tank oil mengalir melalui make-up valve menuju ke saluran dan ke cylinder. Langkah ini akan mencegah cavitation di dalam cylinder dan saluran-salurannya.

II.3.2.6 SOLENOID ACTUATED CONTROL VALVE Solenoid ActuatorPada sebuah solenoid actuator, medan electromagnet akan menggerakkan armature yang mana akan dipakai untuk menggerakkan push pin. Push pin akan menggerakkan valve spool.

Gb. 2.56 Solenoid ActuatorAda dua solenoid actuator yang populer yaitu air gap dan wet armature.

A. Air gap SolenoidSebuah air gap solenoid diperlihatkan pada gambat 2.56 di atas. Saat coil mendapatkan arus, akan timbul medan electromagnet. Seperti halnya medan magnet akan ditimbulkan bilamana arus listrik mengalir melalui sebuah kawat. Bila kawatnya lurus, maka medan magnet-nya akan relatif kecil. Bilamana kawatnya dililit menjadi sebuah coil, maka medan electro-magnetic akan menjadi lebih kuat. Medan magnet tersebut akan membentuk garis-garis lingkar di sekeliling coil. Semakin besar jumlah lilitan, medan magnet semakin kuat.

Saat aliran arus listrik melalui coil tetap, medan electro-magnet akan menjadi sangat kuat seperti yang terjadi pada magnet permanen. Medan electro-magnet akan menarik armature. Armature akan menggerakkan push pin dan push pin akan menggerakkan valve spool di dalam control valve.

Air gap solenoid dilindungi oleh sebuah cover. Air gap solenoid juga mempunyai fasilitas manual override. Manual override memungkinkan valve diaktifkan secara manual bilamana solenoid-nya rusak. Sebuah metal pin kecil ditaruh di cover. Posisi dari pin sejajar dengan armature. Pada saat pin ditekan kedalam cover, maka pin secara mechanical akan menggerakkan armature. Kemudian armature akan menggerakkan push pin yang man akan menggerakkan spool.

B. Wet Armature SolenoidWet armature solenoid (gb. 2.57) merupakan komponen yang relatif baru dalam hydraulic system. Wet armature solenoid terdiri dari frame yang berbentuk persegi panjang, coil, tube, armature, push pin dan manual override. Coil dan frame persegi panjang dibungkus dalam sebuah plastik. Tube-nya masuk pas ke dalam sebuah lubang yang melalui pusat coil dan dua sisi frame-nya. Armature-nya sendiri diletakkan di dalam tube dan terendam oleh hydraulic fluid dari directional valve. Hydraulic fluid merupakan konduktor yang lebih baik dari medan electro-magnet dibandingkan dengan udara. Oleh karena itu wet armature solenoid mempunyai force yang lebih besar dibandingkan dengan air gap solenoid.

Pada coil diberikan arus listrik, akan timbul medan electro-magnet. Medan electro-magnet akan menggerakkan armature. Armature akan menggerakkan push pin dan push pin akan menggerakkan valve spool di dalam control valve.

Pada sebuah wet armature solenoid, manual override terletak pada ujung tube yang juga merupakan housing dari armature dan push pin. Manual override digunakan untuk mengecheck pergerakkan dari directional valve spool.

Gb. 2.57 Wet Armature SolenoidApabila terjadi kerusakan solenoid karena spool-nya jammed, maka pergerakkan spool dapat dicheck dengan mendorong masuk manual override. Manual override juga bisa digunakan untuk memutar actuator tanpa meng-energize keseluruhan electrical control system.

Solenoid Controlled, Spring Offset, Pilot Operated, Two Position, 4-way Directional Control ValveGambar berikut (2.58) memperlihatkan Solenoid Controlled, Spring Offset, Pilot Operated, Two-Position, 4-way Directional Control Valve.

Solenoid controlled, spring offset, pilot operated, two position, directional control valve tidak selamanya dipasang dengan dua solenoid.

Solenoid digunakan untuk menggerakkan pilot valve spool. Valve spool kembali ke posisinya semula dengan sebuah spring. Saat system-nya di design untuk oil flow yang lebih besar, maka dengan sendiri akan dipakai valve dengan ukuran yang lebih besar. Gaya utama diperlukan untuk menggerakkan valve spool yang besar. Solenoid diperlukan untuk menimbulkan jumlah gaya yang juga besar. Pada tipe valve seperti ini, sebuah solenoid controlled pilot valve yang relatif lebih kecil di taruh di atas main valve spool yang lebih besar. Saat shifting diperlukan, oil yang bertekanan akan mengalir dari small solenoid controlled pilot valve ke sisi yang lain dari valve spool yang lebih besar.

Gb. 2.58 Solenoid Controlled, Spring Offset, Pilot Operated,

Two Position, 4-way Directional Control Valve Solenoid Controlled, Pilot Operated, Three Position, 4-way Directional Control ValveGambar 2.59 memperlihatkan Solenoid Controlled, Pilot Operated, Three Position, 4-way Directional Control Valve. Pilot valve dicontrol oleh dua solenoid valve. Pilot valve juga mempunyai sebuah spring yang terletak pada masing-masing ujung dari valve spool. Bilamana tak satupun solenoid yang energize, maka valve spool spring menahan valve spool pada posisi CENTER. Saat pilot valve berada pada posisi CENTER, pilot oil flow yang menuju ke control valve yang lebih besar di blocked. Spring yang berada pada ke-tiga posisi directional control valve akan mengembalikan posisi control spool ke posisi center.

Gb. 2.59 Solenoid Controlled, Pilot Operated, Three Positions,

4-way Directional Control ValveCentering spring kebanyakan diartikan untuk men-center posisi directional valve spool. Control valve mempunyai spring yang terletak pada ujung masing-masing spool. Pada saat pilot pressure dialirkan ke salah satu ujung dari pada valve spool, maka valve spool akan bergerak dan menekan spring pada ujung yang lainya. Pada saat pilot pressure di-drain, spring akan mengembalikan spool ke posisi center.

Solenoid FailureKebanyakan kerusakan dari solenoid actuator saat valve stuck. Valve spool yang stuck akan mencegah armature menutup secara benar. Kebanyakan valve stuck disebabkan oleh contamination. Kotoran seperti endapan lumpur, bram, dan partikel yang lain akan tersangkut antara spool dan bore yang menyebabkan spool-nya macet. Juga, partikel oil yang ter-oksidasi bisa menimbulkan bahan yang melengket yang dapat menyumbat clearance antara spool dan dinding bore sehingga menyebabkan macet terhadap bore-nya. Lumpur, bram, dan partikel yang lain bisa dicegah dengan menggunakan filter. Penggunaan oil yang benar dan penggantian filter yang teratur dapat membantu mengurangi problem.

Pada saat valve stuck dan solenoid di-energize, solenoid coil menerima aliran arus listrik yang konstan yang akan menghasilkan panas yang berlebihan. Solenoid tidak di-design untuk meniadakan panas yang berlebihan, akibatnya coil-nya bisa terbakar. Problem overheating sering terjadi pada saat temperature udara luar yang cukup tinggi atau terjadi system low voltage.

Solenoid rusak karena temperature udara luar yang cukup tinggi bisa di control dengan meningkatkan aliran udara melalui solenoid. Temperature dari oli hydraulic dapat diturunkan supaya lebih banyak panas yang diserap dari solenoid melalui hydraulic system.

Kadang-kadang, design valve yang berbeda bisa dipasang pada saat beroperasi di cuaca yang sangat panas. Harus dibuat pengaturan yang cukup bagus untuk membuat sistem beroperasi pada temperature yang lebih rendah.

Pada saat voltage ke coil terlalu rendah, medan electromagnet tidak cukup kuat untuk menarik armature. Cuma, pada saat spool-nya stuck, arus listrik akan terus mengalir melalui coil. Aliran arus listrik yang konstan ini bisa menimbulkan panas yang berlebihan.

Faktor lain juga mempengaruhi operasi dan umur dari solenoid actuator. Solenoid actuator bisa rusak bilamana terjadi perputaran arus listrik yang berlebihan, seperti short circuit frekwensi dan voltage yang salah.

Spring Offset, Solenoid Controlled, Two positions, 4-way ValveISO symbol pada gambar 2.60 bagian atas, memperlihatkan spring offset directional control valve yang terlihat pada normal position. Pump oil mengalir ke A dan oli di B mengalir ke tangki.

Pada saat solenoid di energize, solenoid akan menggerakkan valve terhadap spring. Pump oil kemudian mengalir ke B dan oil di A mengalir ke tangki.

Gb. 2.60 ISO Symbol Solenoid Controlled Pilot Operated, Spring Centered, Three Position, 4-way, Closed-Centerd valve.

Di ISO symbol gambar 2.60 bagian bawah, solenoid controlled pilot operated, spring centered, three position, 4-way, closed centerd valve terlihat pada posisi normal. 4-port semuanya di blocked di valve. Bila solenoid di sebelah kanan di-energize, pump oil mengalir ke A dan oil di B mengalir ke tangki.

Hydraulic

III. I S O SYMBOL

Tujuan dari digunakannya graphic symbol adalah untuk mendapatkan pengertian yang menyeluruh dari fluid power system. Teknik ini bertujuan untuk standarisasi dengan memakai simbol-simbol, suatu cara untuk mendapatkan pengertian yang lebih mudah dalam cara menerangkan komponen dari fluid power system. Hal ini dilakukan dengan menggunakan basic simbol geometri seperti: lingkaran, bujur sangkar, persegi panjang, segi tiga, busur, panah, garis, titik, tanda silang.

Gb. 3.1 Graphic Fluid Power SymbolsBerikut ini menggambarkan secara jelas bagaimana fungsi komponen di bandingkan dengan konstruksi aktual yang ditekankan dengan menggunakan symbol dasar. Simbol memperlihatkan fungsinya dengan menggambarkan sambungan-sambungan, saluran-saluran, dan fungsi komponen yang di wakilkan. Masing-masing simbol digambarkan pada keadaan normal, diam, atau kondisi netral.

Saat anda mempelajari simbol, perhatikan bagaimana simbol-simbol ini tersambung untuk memperlihatkan komponen aktual yang akan membentuk piktorial. Kita dapat membandingkan graphic simbol dengan peta jalan. Setiap garis, lingkaran, kotak, ataupun simbol geometric yang lain merupakan suatu bagian komponen yang nyata dan semuanya disambung bersama-sama sehingga akan memperlihatkan bagaimana fungsinya, dan bagaimana dia dirancang sebagai sirkuit yang lengkap.

Pada dasarnya, graphic simbol digunakan untuk menggambarkan fluid power sistem dengan memecah komponen dalam bentuk seperti berikut ini:

1. Konduktor (fluid)

2. Menyimpan energi dan menyimpan fluid

3. Fluid conditioner (heater, coolers, filters, dll).

4. Linier devices (silinder).

5. Controls (manual, electrical spring, dll).

6. Rotary devices (pumps dan motors).

7. Instruments dan accessories.

8. Valves.

III.1 INTRODUCTION

III.1.1. Pandangan Umum

Fluid power system digunakan untuk men-transmit dan mengkontrol power melalui penggunaan fluida yang bertekanan (zat cair atau gas) di dalam circuit yang tertutup

Tipe dari simbol-simbol tersebut biasanya digunakan dalam penggambaran circuit diagram untuk fluid power sistem yaitu Pictorial, Cutaway, dan Graphic.

Pictorial symbol, bagus sekali untuk menunjukan komponen yang saling berhubungan. Hal ini sulit di lakukan untuk mendapatkan standard dari sebuah fungsi dasar.

Cutaway symbol, menekankan tentang konstruksi. Simbol ini sangatlah komplek untuk digambarkan dan fungsinya juga tidak kelihatan secara nyata.

Graphic symbol, menekankan fungsi dan cara operasi dari sebuiah komponen. Simbol ini mudah untuk digambarkan. Fungsi komponen dan cara operasinya jelas sekali kelihatan. Graphic symbol mampu melampaui kendala bahasa dengan demikian bisa mem-promote pengertian yang menyeluruh terhadap fluid power system.

III.1.2. Ruang Lingkup dan Tujuan

Standard ini menampilkan sebuah system graphic symbol untuk fluid power diagram.

Bentuk dasar dari simbol tersebut adalah:

Lingkaran

Segitiga

Garis

Kotak

Busur

Titik

Persegi panjang

Panah

Silang

Simbol dengan menggunakan kata-kata dan singkatan dihindarkan. Simbol dapat melampaui kendala bahasa yang juga akan ditampilkan di sini.

Fungsi komponen disamping dari pada konstruksi-nya ditekankan dengan sebuah symbol.

Arti dari operating fluid power komponen terlihat merupakan satu bagian dari simbol tersebut (bilamana ada).

Standard ini memperlihatkan kepada kita suatu basic symbol, menerangkan prinsip, dan menggambarkan gabungan dari simbol yang sedang ditampilkan. Simbol gabungan dapat direncanakan untuk fluid power komponen dengan menggabungkan basic symbol tersebut.

III.2. Aturan-aturan SymbolA. Simbol memperlihatkan sambungan-sambungan, tempat aliran dan fungsi dari komponen. Simbol bisa menunjukkan kondisi yang terjadi selama transisi dari rangkaian yang satu ke yang lainnya. Simbol tidak menunjukkan konstruksi, juga tidak menunjukkan nilai seperti pressure, flow rate dan setting komponen yang lainnya.

B. Simbol tidak menunjukkan lokasi dari sebuah port, petunjuk shifting dari spool atau posisi dari control element yang ada pada komponen nyata.

C. Simbol bisa diputar atau dibalik tanpa merubah artinya, kecuali dalam hal Lines untuk reservoir, vented manifold, accumulator dan receiver.

D. Line TechniqueBikin supaya tebal garis tetap sama. Tebal garis tidak akan merubah arti dari symbol.

Solid Line(Main line conductor, outline dan shaft)

Dash Line

(Pilot line untuk control)

Dotted Line

(Saluran Drain)

Center Line

(Enclosure Outline)

Instrument Line

(Indicator, Recorder, Sensor)

Line Crossing

(Tidak Berhubungan)

Atau

Lines Joining

Atau

E. Basic symbol bisa terlihat dalam beberapa ukuran. Ukuran-ukuran tersebut bisa ber-variasi guna memperjelas suatu kasus.

Lingkaran dan setengah lingkaran

Lingkaran besar dan kecil, bisa digunakan

untuk menyatakan bahwa satu komponen

merupakan komponen utama/main,

dan komponen yang lain merupakan pelengkap

Segitiga

Panah

Bujur sangkar dan persegi panjang

F. Huruf kombinasi yang digunakan sebagai satu bagian dari graphic simbol tidak perlu berupa singkatan.

G. Panah yang melewati sebuah symbol pada kira-kira 45 menunjukan bahwa komponen tersebut bisa di-adjust/variabel.

) (

H. Panah dengan posisi parallel pada sisi dari sebuah simbol, berada di dalam simbol, menunjukkan komponen tersebut merupakan pressure compensate.

) (

I. Garis yang pada ujungnya ada sebuah titik melambangkan sebuah thermometer

J. Rotating shaft dilambangkan dengan panah yang menunjukkan arah putaran.

III.3 KONDUKTOR, FLUIDIII.3.1 Line, Working (Utama)

III.3.2 Line, Pilot (untuk control)

III.3.3 Line, Drain

III.3.4 Line, untuk Instrument

// // //

(Measuring, recording, sensing)

III.3.5 Arah Aliran

Pneumatic Hydraulic

III.3.6 Line dengan hambatan

yang tetap sama

III.3.7 Line, FlexibleIII.3.8 Station, Testing, Measurement,

atau Power Take-Off

Plugged Port

III.3.9 Quick Disconnect Tanpa check valve:

Tersambung:

Tidak Tersambung:

Dengan Dua Check Valve:

Tersambung:

Tak Tersambung:

III.3.10 Rotating CouplingIII.4 PENYIMPAN ENERGI DAN PENYIMPAN FLUIDA

III.4.1 ReservoirVented:

Pressurizes:

Catatan: Reservoir biasanya digambar pada posisi horizontal. Semua lines masuk dan keluar reservoir dari bagian atas.

Contoh:

Reservoir dengan Connecting Lines

Di atas fluid level:

Di bawah fluid level:

Terlihat garis yang masuk atau keluar di bawah reservoir dipakai hanya bilamana sambungan pada bagian bawah merupakan circuit pokok.

III.4.2 Accumulator

Accumulator, Spring Loaded Accumulator, Gas Charged

Accumulator, Weighted

III.4.3 Receiver, untuk udara dan gas

III.5 FLUID CONDITIONER

Sebuah alat untuk mengontrol

karakter fisik dari fluida

III.5.1 Heat Exchanger Heater

Segitiga di dalam menun-

jukkan pemberian panas.

Segitiga yang di luar menunjukkan

media pemanas, yaitu zat cair.

Segitiga yang di luar menunjukkan

media pemanas, yaitu gas.

CoolerSegitiga yang di dalam menunjukkan

pelepasan panas.

Temperature Controller

Temperature di-maintain di antara

dua batasan yang telah ditetapkan

III.5.2 Filter-Strainer

III.5.3 Separator

Dengan Manual Drain

Dengan Automatic DrainIII.5.4 Filter-Separator

Dengan Manual Drain

Dengan Automatic Drain

III.5.5 Dessicator (Chemical Dryer)III.6 Cylinder Single Acting

Double Acting

Double Rod end

Fixed Cushion

Adjustable Cushion

III.7 CONTROLS

III.7.1 SpringIII.7.2 Manual

Digunakan sebagai symbol umum

tanpa menunjuk type secara khusus.

(Contoh: kaki, tungkai, lengan)

III.7.3 Push Button

III.7.4 Push-Pull Lever

III.7.5 Pedal

Hydraulic

IV. Load Sensing/ Pressure Compensated

Gb. 4.1 Backhoe Loader

Load sensing/Pressure compensated banyak digunakan di sejumlah unit Caterpillar. Beberapa diantaranya adalah 416-446 Backhoe Loader, Challenger 65, Track Type Tractor seri H, Motor Grader seri G, 916-936 Wheel Loaders.

Gb.4.2 Basic SystemIV.1 Basic System (Open Center)

Dimulai dengan pembahasan basic sistem yang terdiri dari:

(1) Reservoir/ tank(2) Fixed Displacement Pump(3) Pressure Tap

(4) Open Center, Lever Actuated control valve(5) Double-acting hydraulic cylinderPada System Open Center, aliran oli mengalir menuju control valve setiap saat, apakah langsung ke tangki ataukah ke cylinder. Volume oil flow yang besar & konstan dapat menghasilkan panas (apabila ada restriction). Panas dapat mengurangi umur component.

Dengan memakai control valve yang besar dapat meminimalkan restriction, demikian juga dengan memakai cooler dapat mengurangi efect panas yang muncul. Namun hal ini tidak praktis dan mahal, serta componentnya juga terlalu besar apabila dipasang pada mesin.

IV.1.1 Relief Valve

Gb.4.3 Relief ValveDengan sistem yang sederhana seperti di atas dapat dihasilkan High system pressure yaitu pada saat cylinder rod full extend atau full retract ataupun pada saat cylinder mendapat beban berat. Untuk proteksi terhadap sistem tersebut, maka ditambah suatu komponen yaitu: Main Relief Valve. Satu kekurangan system ini adalah pada saat system berada pada high pressure, maka muncul panas yang tinggi sehingga mengurangi umur komponen

Ada dua masalah lain yang berhubungan dengan sistem ini:

(1) Sticky Gerak kontrol spool keras/lengket

(2) Speed Cylinder (kecepatan gerak cylinder) bervariasi terhadap speed engine atau berubah sesuai beban kerja (hal ini menyebabkan jumlah aliran juga berubah).

Gb.4.4 Flow Forces Flow Force (Gaya Aliran)

Sticky control valve (keras/lengket) biasanya disebabkan oleh gaya aliran (flow force). Flow force adalah gaya yang bekerja pada control spool. Hal ini diasumsikan sebagai kecenderungan gaya untuk tetap mempertahankan spool pada posisi terbuka selama ada flow yang melewati orifice yang dibuat oleh besar-kecilnya bukaan spool. Besarnya Flow Force tersebut berbanding proporsional terhadap jumlah aliran (flow) dan pressure differensial sebelum dan sesudah spool land.

Dengan kata lain, flow atau pressure differensial naik maka kecenderungan force mempertahankan spool untuk tetap terbuka juga naik. Vector gaya, yang bekerja paralel terhadap centerline dari control valve, adalah gaya yang berusaha mempertahankan stem tetap terbuka. Pada contoh diatas, semakin besar spool menutup suply oli (semakin kecil ukuran orifice), semakin besar pressure differensial antara suplay dan workport, dan semakin besar gaya yang mempertahankan spool untuk tetap terbuka.

Sebagai illustrasi, apabila anda sedang menutup pintu terhadap hembusan angin. Sementara anda menutup pintu berarti anda membuat restriction terhadap hembusan angin. Semakin rapat pintu mulai tertutup, semakin kuat gaya yang bekerja terhadap anda. Apa yang anda rasakan adalah efek flow dan pressure yang bekerja pada orifice, dan dikenal sebagai flow force Centering Spring

Gb.4.5 Centering Spring

Hydraulic control valve akan sangat bermanfaat apabila control spoolnya dapat kembali ke posisi semula secara otomatis. Hal ini dapat dilakukan dengan menambahkan spring di bawah spool untuk menutup orifice pada saat operator me-release lever.

Perlu diingat, semakin besar flow atau sistem pressure maka akan semakin besar flow force, dan semakin berat centering spring berusaha mengembalikan spool ke posisi semula.

Efeknya control lever menjadi agak berat, sehingga menyebabkan operator cepat fatiq/ bosan.

Variasi Kecepatan CylinderPada contoh circuit diatas, kecepatan cylinder ditentukan oleh jumlah aliran yang melalui spool/orifice. Hal ini dapat dipengaruhi oleh speed engine, beban kerja, displacement lever dan output pompa.

Apabila operator berusaha membuat kecepatan cylinder relatif tetap selama speed engine berubah atau beban kerja berubah-ubah, maka si operator harus secara terus menerus merubah posisi lever untuk menjaga supaya pressure differensial pada spool/orifice relatif sama. Dari teori basic hydraulic diketahui, ketika pressure differensial pada spool/ orifice konstan, jumlah aliran yang melewati orifice/spool juga sama. Problem ini membuat operator cepat lelah.

IV.2 Pressure Compensation (Close Center System)Untuk menjawab kedua problem fatiq tersebut maka ditambahkanlah Pressure Reducing Valve, yang berfungsi mengatur jumlah aliran. Doble check valve berfungsi untuk merasakan pressure workport, baik pada rod end maupun head end cylinder dan mengirimkan pressure workport tersebut ke pressure reducing valve. Pressure ini disebut sinyal pressure dan selalu sama dengan workport pressure.

Note: Pressure reducing valve tersebut, sering disebut pressure compensator, Flow control Valve, Flow compensator, sementara double check valve kadang disebut Shuttle Valve atau Ball Resolver

Gb. 4.6 Pressure Compensation

Dari schematic di atas dapat ditentukan bahwa pressure reducing valve menyensing pressure workport. Pressure ini akan bekerja bersama spring pressure reducing valve untuk mengontrol downstream pressure. Downstream pressure sama dengan workport pressure ditambah pressure spring. Apabila pressure ke main control spool sama dengan workport pressure ditambah nilai spring, berarti bahwa pressure differential (perbedaan antara pressure supply ke main control spool dan workport pressure) main control spool sama dengan nilai spring.

Apabila spring mempunyai nilai 50 psi, maka nilai 50-psi ini mengontrol maksimum differensial pressure pada main control spool, dan akan mengurangi gaya aliran (flow force) pada spool sehingga membuat lever menjadi lebih ringan.

Pressure reducing valve ini akan meniadakan pengaruh variasi engine speed terhadap cylinder speed. Sebagaimana engine speed naik, pump flow juga naik, sehingga meningkatkan pump supply pressure. Pressure reducing valve akan memberi reaksi terhadap kenaikan pump supply pressure dan membatasi input flow (aliran masuk), hal ini berfungsi untuk memelihara differensial pressure yang sama pada spool. Dengan begitu, diharapkan terjadi konstan flow ke cylinder. Sebaliknya, juga akan terjadi aksi yang sama pada penurunan engine speed.

Valve ini juga berfungsi meniadakan efek perubahan beban pada cilinder. Sehingga variasi beban kerja tidak mempengaruhi kecepatan implement, akibatnya kecepatan implement akan konstan.

Contoh kasus:

Diasumsikan workport pressure 500 psi. Pressure ini bekerja bersama pressure spring sebesar 50 Psi di dalam pressure reducing valve dan menghasilkan 550 psi di dalam main control spool.

Pressure diferensial/ perbedaan pressure pada main control spool adalah 50 psi yang mana merupakan nilai dari spring itu sendiri.

Apabila workport pressure meningkat menjadi 1000 Psi. Pressure ini akan bekerja bersama pressure (nilai) spring (50 Psi) di dalam pressure reducing valve dan menghasilkan 1050 Psi pada main control spool.

Pressure diferensial/ perbedaan pressure pada main control spool adalah 50 Psi yang juga merupakan nilai dari spring.

Sekalipun load/ beban berubah, pressure diferensial pada main control spool tetap sama, yang berakibat jumlah flow akan tetap konstan.

Definisi Pressure Compensation:Sistem kontrol yang menghasilkan kecepatan implement yang konstan untuk setiap posisi displacement lever.

Hal ini dilakukan dengan menjaga perbedaan pressure yang tetap pada main control spool oleh spring pressure reducing valve (yang digunakan untuk mengatur aliran).

Pada sistem Pressure Compensasi ada dua perbedaan pressure (Pressure Differensial), yaitu:

Pertama, pressure differensial pada pressure reducing valve itu sendiri. Perbedaan pressurenya bervariasi tergantung perbedaan pressure supply pompa dengan workport pressure (plus nilai spring)

Kedua, pressure differensial pada main control spool, yang dibatasi dan dikontrol oleh spring pada pressure reducing valveContoh:

Suatu implement memerlukan 5-gpm dan berkembang 1000 Psi pada workportnya. Pompa fixed displacement mempunyai kemampuan mensuplai 30 gpm. Nilai spring pada pressure reducing valve 50 psi, maka spring plus workport pressure akan membatasi pressure downstream yang menuju main control stem sebesar 1050 Psi. Selama implement tidak memerlukan supply penuh, maka pressure pump supply akan naik sebesar 2700 Psi dan kelebihan flow akan dikembalikan ke tanki melalui main relief valve.

Perbedaan pressure pertama terjadi pada pressure reducing valve, yakni sebesar 2700 Psi 1050 Psi sama dengan 1650 Psi

Perbedaan pressure kedua adalah 1050 Psi 1000 Psi sama dengan 50 Psi dan merupakan nilai spring dari pressure reducing valveApabila cylinder digerakkan dengan pelan, berarti operator sedikit membuka closed center control spool, dan hanya sebagian kecil flow pompa yang diijinkan ke cylinder. Dengan pompa fixed displacement, pressure pompa pasti akan naik dan kelebihan flownya akan di drain ke tanki. Jumlah flow yang besar dan pressure yang tinggi pada relief valve akan secara cepat berakibat panas, akibatnya memperpendek umur componen.

Untuk mengurangi akibat panas tersebut perlu ditambahkan oil cooler, disamping itu ada dua pilihan lain, yaitu:

Dapat menambahkan Flow Control atau dump valve pada system Mengganti Fixed Displacement Pump dengan Variable Displacement pumpIV.3 Load Sensing (Close Center System)

Dengan menggunakan Flow Control (Dump) valve atau variable displacement pump (disertai valve pengatur pompa untuk mengatur sistem flow) akan diperoleh pressure yang diinginkan, hal ini dikenal dengan istilah Load Sensing.

Definisi Load Sensing:Sistem kontrol yang menjaga pressure supply pompa pada nilai tetap di atas nilai sistem pressure tertingginya

Jaringan sinyal diperlukan, yang berfungsi mengirim pressure workport tertinggi (sensing beban) kembali ke Flow Control (Dump) Valve atau control valve pompa.

Di dalam jaringan sinyal ada beberapa double check valve, yang dikenal dengan Resolver atau Shuttle Valve Flow Control Dump Valve Flow Control Dump valve saat ini banyak ditambahkan pada sistem

Gb. 4.7 Flow Control ValveContoh kasus:

Implement memerlukan 5 gpm dan mengembangkan 1000 Psi pada workportnya.Fixed Displacement Pump dapat mensuplai 30 gpm. Spring di dalam flow control valve/ Dump valve mempunyai nilai 200 Psi, maka harga spring plus workport pressure sebesar 1200 Psi ini bertindak mengature pressure suplai pompa dan membatasinya sebesar 1200 ke sistem.

Kelebihan flow yang tidak diperlukan oleh implement di drain ke tanki. Nilai perbedaan pressure antara workport pressure dan pressure yang boleh masuk ke sistem adalah 200 Psi sama dengan nilai spring pada flow control valve. Nilai ini adalah Nilai Margin Pressure, yang akan memberikan respon implement yang lebih baik.

Pada kasus ini, return suplai pompa ke tanki terjadi pada pressure setting di bawah setting main relief pressure. Sehingga akan mengurangi panas yang timbul dan memperpanjang umur component.

Sekarang yang menjadi masalah besar adalah adanya wasted hydraulic horsepower (Hp Hydraulic yang terbuang).

Suatu sistem dimana pompa selalu mensuplai maksimum flow tanpa memperhatikan keperluan implement. Kelebihan flow didrain ke tangki, ini yang disebut wasted energy (energi yang terbuang) Variable Displacement PumpKita dapat mengurang