DESIGN OF HYDRAULIC CIRCUIT

Pada bab sebelumnya kita telah belajar mengenai komponen-komponen system hidraulik dan fungsinya masing-masing. Pada bab 12 ini kita akan belajar mengenai diagram atau sirkuit hidraulik yang sudah mencakup komponen-komponen system hidraulik dan cara kerja system tersebut.
Ada beberapa factor yang dipertimbangkan dalam merancang sirkuit hidraulik, diantaranya adalah :
1. Fungsi keamanan (Safety of desired function)
2. Fungsi performance (Performance of desired function)
3. Efisiensi operasi (Efficiency of operation)
Dalam diagram system hidraulik sebenarnya ada 4 komponen utama yang dibutuhkan yaitu :
1. Hydraulic power pack : pump, drive motor, mechanical couplings, oil reservoir, strainers, filters, coolers.
2. Hydraulic control elements : directional control valve, pressure control valve, flow control valve, one-way valves, servo valves.
3. Power drive unit : cylinders, motor
4. System accessoris : pipe, accumulator, booster, related mechanical elements,etc
12.1 Perancangan sistem hidraulik
Dalam merancang system hidraulik untuk merepresentasikan komponen-komponen hidraulik diperlukan symbol-simbol yang sesuai standar ISO yaitu IS:7513-1974. Berikut simbol-simbol komponen hidraulik



Gambar 1. Simbol-simbol komponen hidraulik
Berikut contoh gambar mesin dari mesin gerinda :

Gambar 2. Gambar mesin sirkuit hidraulik dari mesin gerinda
Gambar di atas cukup sulit untuk dipahami dan dibedakan beberapa jenis komponen dan fungsinya. Oleh karena itu dibuat symbol untuk mempermudah dalam merancang dan memahami kerja system hidraulik. Berikut gambar sirkuit hidraulik dari mesin gerinda :

Gambar 3. Sirkuit hidraulik mesin gerinda
Gambar di bawah menunjukkan contoh sirkuit hidraulik pada mesin bubut

Gambar 4. Sirkuit hidraulik mesin bubut CNC
12.1.1 Double acting cylinder dan directional control valve
Gambar di bawah ini menunjukkan silinder hidraulik tipe double acting yang dikontrol dengan directional control valve 4/2.

Gambar 5. Pengontrolan silinder double acting
Pada gambar di atas oli dari tanki (reservoir) akan disaring oleh filter sebelum masuk ke pompa. Motor listrik berputar maka pompa hidraulik juga ikut berputar dan tekanan pada pompa menjadi rendah. Akibatnya oli dari tanki mengalir ke pompa disebabkan vakum dari pompa, tekanan pada tanki lebih tinggi dibanding tekanan pada pompa. Pompa hidraulik berfungsi menghasilkan energy hidraulik berupa oli bertekanan dan debit (p, Q). Pada gambar di atas menunjukkan bahwa directional control valve (DCV) dalam keadaan open center. Maka oli akan mengalir menuju cap end dari silinder dan oli pada silinder akan didorong keluar menuju tanki. Pada gambar di atas terdapat pressure relief valve yang berfungsi mengatur tekanan oli. Jika tekanan oli pada system melewati tekanan yang diset pada pressure relief valve maka oli bertekanan akan membuka aliran pressure relief valve dan oli mengalir ke tanki melalui pressure relief valve. Jika spool pada directional control valve digeser maka aliran oli akan berubah dan alirannya akan menyilang. Oli bertekanan dari pompa akan mengalir menuju ke rod end silinder dan oli dari cap end silinder didorong menuju tanki. Pengaturan spool pada directional control valve dapat diatur dengan beberapa macam aktuatornya. Berikut adalah gambar pengatur dari directional control valve diantaranya tombol, tuas, pedal, cam, hidraulik, pneumatik dan solenoid (dari atas ke bawah)

Gambar 6. Beberapa jenis aktuator directional control valve

Berikut adalah contoh directional control valve yang diatur dengan solenoid.

Gambar 7. DCV dengan kontrol solenoid

12.1.2 Velocity control
Pada sirkuit system hidraulik juga diperlukan suatu komponen pengatur kecepatan aliran oli dengan menggunakan flow control valve. Pada gambar di bawah ini kecepatan oli menuju tanki dipercepat alirannya dengan menggunakan throttle valve.

Gambar 8. Throttle valve dalam sirkuit hidraulik
Gambar di bawah menunjukkan kecepatan aliran oli menuju silinder diatur dengan flow control valve jenis pressure compensate flow control.

Gambar 9. Flow control valve sebagai pengatur kecepatan fluida sebelum masuk silinder
Untuk mengatur kecepatan aliran fluida, flow control valve dapat diletakkan pada posisi sebelum oli masuk ke silinder dan setelah keluar dari silinder.
• Meter –in circuit untuk mengontrol kecepatan aliran menuju aktuator.

Gambar 10. Meter –in circuit
Dalam hal ini, ada pressure drop akibat efek throttling dari flow control valve dan panas yang disebabkan throttling diteruskkan ke aktuator.
• Meter –out circuit untuk mengontrol kecepatan aliran dari aktuator (silinder).

Gambar 11. Meter-out circuit
Dalam hal ini tidak ada pressure drop menuju silinder dan panas akibat throttling diteruskan menuju tanki.
• By pass control
Untuk dua kasus di atas dapat dihubungkan secara paralel. Kecepatan oli menuju dan keluar dari silinder dapat diatur dengan satu buah flow control valve. Berikut gambarnya :

Gambar 12. By pass control or bleed of circuit
12.2 Regenerative circuit
Adalah kecepatan dan tekanan fluida dalam dua arah pergerakan silinder sama. Dengan membuat area piston rod (batang piston) setengah dari area piston , maka perbandingan antara batang piston dan area piston adalah 2:1 sehingga gaya yang dihasilkan saat silinder extend dan retract adalah sama.
Berikut contoh perhitungan regenerative circuit





12.3 Penggunaan Check Valve dalam Sirkuit Hidraulik
Check valve berfungsi untuk mengatur arah aliran fluida hanya satu arah saja. Pada gambar di bawah check valve diletakkan pada posisi oli sebelum dan setelah melewati pompa hidraulik.
12.3.1 Pump inlet line
Check valve diletakkan sebelum oli masuk ke dalam pompa agar oli tidak bisa kembali lagi ke tanki.
12.3.1 Pump outlet line
Check valve diletakkan setelah oli keluar ke dalam pompa agar oli tidak bisa kembali lagi ke pompa.

(a) (b)
Gambar 13. (a) pump inlet line (b) pump outlet line
12.3.3 Check valve sebagai penahan posisi silinder
Check valve bisa berfungsi menahan posisi silinder, digabung dengan directional control valve dengan posisi close maka akan menutup aliran fluida menuju tanki dan kembali ke pompa seperti pada gambar di bawah.

Gambar 14. Check valve sebagai penahan posisi silinder
12.3.4 Pilot operated check valve
Namun ada juga check valve yang dapat mengalirkan fluida dalam dua arah yang dinamakan dengan pilot operated check valve. Pada pilot operated check valve ini terdapat pegas.

Gambar 15. Pilot operated check valve
Pada gambar di atas, oli dapat mengalir menuju silinder. Namun tidak dapat mengalir balik secara langsung. Agar oli dapat mengalir balik maka oli akan mendorong bola atau pin penahan aliran yang terdapat di dalam check valve sehingga oli dapat mengalir balik.
12.4 Pemilihan pompa
Pemilihan pompa dalam sirkuit hidraulik tergantung dua factor yaitu tekanan maksimum dan debit aliran maksimum. Ada 3 alternatif dalam pemilihan pompa yaitu :
1. A single fixed-displacement pump atau
2. Two fixed-displacement pump in tandem atau
3. A single fixed-displacement pump with a suitable accumulator
Dalam sirkuit hidraulik, menggunakan dua pompa untuk mengurangi daya rata-rata. Jika pompa dengan debit 200 liter per menit dan tekanan 100 bar. Maka daya yang disuplai adalah (200x100)/612 kW = 32.3 kW. Jika menggunakan dua pompa, daya sistem akan berkurang. Ambil pompa 1 dengan debit 150 liter per menit dan pompa kedua debitnya 50 liter per menit dan tekanan 100 bar. Maka daya yang tersimpan adalah (50x100)/612 kW = 8.17 kW. Gambar di bawah ini menunjukkan skematik susunan pompa dan katup unloading dalam sistem hi-lo.

Gambar 16. Schematic diagram of hi-lo system

12.4.1 Isolasi aliran
Dalam sirkuit hi-lo pump, check valve diletakkan di antara pompa untuk mengisolasi high pressure flow dari low pressure flow agar tidak merusak komponen low pressure flow. Berikut adalah gambar flow isolation

Gambar 17. Flow isolation
12.5 Beberapa sirkuit dasar
12.5.1 Tandem centre valve
Berikut gambar skematik diagram hidraulik yang terdapat 3 directional control valve dalam keadaan tandem centre yang disusun berdekatan.

Gambar 18. Application tandem centre valve
12.5.2 Sequential operation
Berikut gambar diagram hidraulik yang terdapat 4 bauh silinder yang disusun berangkai

Gambar 19. Bank of cylinders operated by single 4/3 tandem centre valve
12.5.3 Closed centre valve
Gambar di bawah menunujukkan directional control valve dalam keadaan closed centre

Gambar 20. Use of closed centre valve

12.5.4 Indirect control
Pada gambar di bawah directional control valve diatur secara tidak langsung atau menggunakan solenoid.

Gambar 21. Indirect control
12.5.5 Clamping force
Untuk peralatan mesin yang besar membutuhkan clamping force yang tinggi.

Gambar 22. Clamping circuit
12.6 Hydrocopying circuit
Gambar di bawah adalah diagram hydro-copying circuit untuk mesin sekrap.

Gambar 23. Hydro-copying circuit
Berikut adalah gambar diagram hidraulik dari mesin freis yang mana perpindahan dalam 3 koordiant X,Y,Z diatur dengan motor hidraulik. Poros motor dihubungkan ke machined precision screw spindles agar perpindahan meja dan pahat berlangsung halus

Gambar 24 Three coordinate cpy milling machine
12.7 Servo controlfor extrusion press
Gambar di bawah ini menunjukkan diagram hidraulik dari alat ekstrusi yang dikontrol dengan pengontrolan servo. Throttle valve yang mengatur kecepatan ram ekstrusi dikontrol dengan oil cylinder yang digerakkan oleh katup servo dan unit kontrolnya. Kecepatan feedback ram diatur oleh ram velocity tranducers seperti tachometer dan cylinder position tranducer.

Gambar 25. Servo controlled extrusion press circuit
12.8 Accumulator circuit
Diagram di bawah menunjukkan penggunaan akumulator dalam sistem hidraulik. Untuk loading dan unloading akumulator diatur menggunakan pressure switch.


Gambar 26. Accumulator circuit
12.9 Microprocessor Control in a Hydraulic System
Pada gambar di bawah ini solenoid dari directional control valve diatur dengan programmable digital control system.

Gambar 27. Four cylinder sequencing circuit and microcomputer system
12.10 Functional Diagram
Functional diagram berfungsi untuk memudahkan dalam menangani troubleshooting, machine maintenance, servicing dan repair work. Gambar di bawah ini adalah tipe-tipe dari functional diagram.

Gambar 28. Type of functional diagram
12.10 Electrical Control of Hydraulic Systems
Pengontrolan solenoid dari directional control valve dapat diatur dengan rangkaian listrik. Gambar di bawah menunjukkan sirkuit hidraulik dan rangkaian listrik pengatur solenoid.

Gambar 29. (a) sirkuit hidraulik (b) rangkaian listrik pengontrol solenoid
Gambar di bawah ini adalah diagram hidraulik yang mana solenoid dari directional control valve diatur dengan relay.

Gambar 29. Diagram hidraulik dengan relay