UNIT 10 REKABENTUK LITAR HIDRAULIK OBJEKTIF Objektif Am : Merekabentuk dan menerangkan pembinaan litar asas hidraulik secara praktikal. Objektif Khusus : Di akhir unit ini anda sepatutnya dapat:- Merekabentuk dan menerangkan pembinaan litar asas hidraulik secara praktikal. Menerangkan prinsip kerja litar asas hidraulik.
INPUT 10.0 PENGENALAN P embinaan litar dalam penghasilan sistem hidraulik penting bagi menghasilkan sistem yang dapat berfungsi secara optima dan mencapai spesifikasi. Pembinaan litar bermula dengan pembinaan litar asas atau litar mudah iaitu menggunakan komponen asas seperti di bawah : Tangki pam Injap kawalan berarah Injap pelega Silinder Manakala pembinaan litar yang agak kompleks melibatkan pelbagai peralatan atau aksesori bagi meningkatkan keberkesanan sistem. Alatan tambahan yang biasa digunakan adalah seperti berikut : Injap sehala Injap kawalan aliran Injap pelega Penapis 10.1 PEMBINAAN LITAR KAWALAN Pembinaan litar kawalan terbahagi kepada empat iaitu : Litar kawalan elektrik Litar kawalan insani Litar jujukan Litar elektrik hidraulik 10.1.1 Litar Kawalan Elektrik Ianya adalah sama seperti litar pneumatik, di mana litar ini menggunakan solenoid sebagai alat untuk menukarkan kedudukan injap 4/2. Litar ini terbahagi kepada dua iaitu : litar hidraulik litar kawalan
Rajah 10.1 menunjukkan Litar Kawalan Elektrik yang hanya menggunakan satu silinder sahaja, pengawalan injap dilakukan oleh elektrikal bersolenoid kembar. Litar ini menggunakan injap pengawal tekanan untuk mengawal tekanan. Tekanan yang berlebihan akan menyebabkan minyak akan dikembalikan ke dalam tangki. Sumber: Pneumatic & Hydraulic, Oxford University, 1998 Rajah 10.1 : Litar Kawalan Elektrik 10.1.2 Litar Kawalan Insani Litar kawalan insani ialah litar yang menggunakan system hidraulik yang mengandungi injap kawalan berarah gerakan insani kembalikan pegas. Garisan yang menyambungkan antara komponen tersebut adalah simbol bagi saluran hidraulik seperti paip dan hos hidraulik. Litar kawalan insani terbahagi kepada 3 iaitu : Kili berkedudukan neutral. Kili berkedudukan kedua. Kili berkedudukan ketiga. Rajah 10.2 di bawah hanya menggunakan satu silinder sahaja dengan pengawalan injap dilakukan oleh insani. Litar ini menggunakan injap pengawal tekanan untuk mengawal tekanan. Sumber: Pneumatic & Hydraulic, Oxford University, 1998 Rajah 10.2 : Litar insani
10.1.3 Litar Jujukan Litar jujukan direkabentuk untuk mengawal jujukan operasi silinder dengan menggunakan injap jujukan. Tujuan jujukan adalah untuk menyelaraskan turutan keluar masuk omboh injap agar ianya mengikut aturan dengan betul. Jujukan diperlukan untuk sesuatu litar yang mempunyai lebih dari satu penggerak. Rajah 10.3 menunjukkan litar hidraulik yang menggerakkan lebih dari satu silinder. Rajah 10.3 (a) menunjukkan silinder yang digunakan ialah dua tindakan jenis seimbang, manakala rajah 10.3 (b) menggunakan silinder dua tindakan tidak seimbang. (a) Rajah 10.3 : Litar jujukan 1 (b) Sumber: Pneumatic & Hydraulic, Oxford University, 1998 Rajah 10.4 di bawah menunjukkan litar jujukan hidraulik (a) menggunakan penggerak jenis tandem dan dikawal secara insani dengan menggunakan injap kawalan 4/3 dan (b) menggunakan injap 4/2 bersolenoid tunggal. Sumber: Pneumatic & Hydraulic, Oxford University, 1998 (a) (b) Rajah 10.4 : Litar jujukan 2
10.1.4 Litar Elektro Hidraulik Dalam litar elektro hidraulik, injap kawalan arah dengan solenoid kembar atau tunggal digerakkan oleh suis penghad digunakan untuk mendapatkkan operasi. Rajah 10.5 menunjukkan kawalan injap dilakukan secara elektrikal. Penggerak yang digunakan ialah silinder dua tindakan. Bagi rajah 10.5 (a) injap kawalan arah jenis 4/2 satu solenoid digunakan manakala rajah 10.5 (b) injap kawalan jenis 4/3 dua solenoid digunakan. Sumber: Pneumatic & Hydraulic, Oxford University, 1998 (a) (b) Rajah 10.5 : Litar Elektro-Hidraulik 1 Rajah 10.6 (a) menggunakan silinder dua tindakan sebagai penggerak dan injap 4/2 satu solenoid sebagai injap kawalan manakala rajah 10.5 (b) pula menggunakan motor sebagai penggerak dan injap kawalan 2/2 satu solenoid sebagai injap kawalan. Sumber: Pneumatic & Hydraulic, Oxford University, 1998 Rajah 10.6 : Litar Elektro-Hidraulik 2
10.2 Gabungan litar-litar kawalan Litar-litar kawalan boleh digabungkan bersama untuk mewujudkan suatu litar kawalan yang menepati kehendak pengguna mengikut kesesuaiannya. Rajah 10.7 hingga 10.11 di bawah menunjukkan contoh-contoh litar tersebut. Contoh 10.1 Rajah 10.7 (a) menunjukkan penggunaan dua silinder dua tindakan dan dua buah motor hidraulik jenis anjakan tetap ianya dikawal dengan injap 4/2 bersolenoid tunggal secara elektrikal, manakala rajah 10.7 (b) menunjukkan penggunaan dua silinder dua tindakan dan dikawal alirannya. (a) (b) Rajah 10.7 : (a) Penggunaan dua silinder dua tindakan dan dua buah motor hidraulik jenis anjakan tetap ianya dikawal dengan injap 4/2 bersolenoid tunggal secara elektrikal, (b) Penggunaan dua silinder dua tindakan dan dikawal alirannya.
Contoh 10.2 Rajah 10.8 di bawah menunjukkan motor hidraulik jenis anjakan berubah digunakan sebagai penggerak dan dua buah injap pelega digunakan. Injap kawalan 3/2 bersolenoid tunggal berpegas digunakan untuk mengawal arah pusingan motor hidraulik tersebut. Rajah 10.8 : Motor hidraulik jenis anjakan berubah digunakan sebagai penggerak Contoh 10.3 Rajah 10.9 di bawah menunjukkan litar yang menggunakan motor hidraulik sebagai penggerak tetapi rajah 10.9(a) menggunakan injap kawalan 4/2 secara insani manakala rajah 10.9(b) pula menggunakan injap kawalan 4/3 bersolenoid berkembar atau dikenali juga sebagai injap terbuka. Rajah 10.9 : (a) Penggunaan injap kawalan 4/2 secara insani, (b) Penggunaan injap kawalan 4/3 bersolenoid berkembar atau dikenali juga sebagai injap terbuka.
Contoh 10.4 Litar menunjukkan penggunaan dua buah motor hidraulik sebagai penggerak dan kedua-dua buah motor tersebut masing-masing dikawal oleh injap 4/3 solenoid berkembar jenis injap sistem terbuka. Rajah 10.10 : Penggunaan dua buah motor hidraulik sebagai penggerak
Contoh 10.5 Rajah 10.11 menunjukkan penggunaan dua buah motor hidraulik sebagai penggerak dan kedua-dua buah motor tersebut masing-masing dikawal oleh injap 4/3 solenoid berkembar. Kedua-dua injap 4/3 solenoid berkembar itu pula dikawal alirannya. Rajah 10.11 : Penggunaan dua buah motor hidraulik dan injap 4/3 solenoid berkembar
UNIT 11 MASALAH-MASALAH UTAMA DALAM SISTEM HIDRAULIK OBJEKTIF Objektif Am : Mengenalpasti masalah-masalah dalam sistem hidraulik. Objektif Khusus : Di akhir unit ini anda sepatutnya dapat:- Menyatakan masalah-masalah utama sistem hidraulik. Menyelesaikan masalah-masalah berkaitan sistem hidraulik.
INPUT 11.0 PENGENALAN S esuatu ciptaan manusia sebenarnya tidak 100 % sempurna, di mana kekurangannya pasti terdapat samada secara langsung atau tidak langsung. Dengan mengkaji dan mengetahui kekurangan tersebut, penambahbaikan akan meningkatkan lagi kecekapan sesuatu sistem. 11.1 PERMASALAHAN DALAM SISTEM HIDRAULIK Terdapat beberapa masalah yang telah dikenalpasti dalam sistem hidraulik yang boleh mengganggu sistem tersebut, di mana sebahagiannya adalah seperti yang dihuraikan di bawah :- 11.1.1 Kesan Beban Lebih Ke Atas Pam Kebanyakkan pam digunakan atau beroperasi dibawah keupayaan maksimum untuk memastikan ia tahan lama. Apakah akan terjadi apabila digunakan terus menerus ke tahap maksimum. Ia akan memberi kesan kepada ketahanan galas pam tersebut. Sebagai contoh, sekiranya sebuah pam direkabentuk untuk mengepam pada tekanan 150 bar dan mempunyai jangka hayat galas 4800 jam. Sekiranya pam tersebut digunakan untuk mengepam bendalir dengan tekanan 300 bar, ia akan memberi kesan kepada ketahanan pam. Jangkahayat galas = Jangkahayat Galas Dahulu yang baru (Tekanan Baru/Tekanan lama) 3 = 4800 = 600 jam (300/150) 3 T1 = P2 T2 P1 3 Pengiraan di atas menunjukkan dengan menggandakan tekanan dari 150 bar ke 300 bar, jangkahayat pam akan berkurangan dari 4800 jam ke 600 jam sahaja. Semasa pam beroperasi perkara-perkara yang boleh
menyebabkan peningkatan tekanan mestilah diambil kira. Peningkatan tekanan pada pam mungkin disebabkan oleh penyelengaraan yang tidak betul, pam lebih beban atau saluran hidraulik tersumbat. 11.1.2 Kesan Kelajuan Lebih Ke Atas Pam. Dengan menambah kelajuan maksimum pam, jangkahayat galas pam akan berkurangan. Katakan pam seperti dalam contoh pertama digandakan kelajuannya kepada dua kali, pengiraan seperti berikut menunjukkan pengurangan jangkahayat pam. Katakan jangkahayat biasa pam ialah 4800 jam. Dengan menggandakan dua kali kelajuan pam, jangka hayat pam akan berkurangan sebanyak separuh dari jangkahayat asal. Oleh itu kelajuan maksimum bagi pam mestilah dipatuhi untuk memerlukan ketahanan pam. Jangkahayat Baru Galas = Jangkahayat Lama x Kelajuan Lama Pam Kelajuan Baru Pam = 4800jam x 2000pus/min = 2400 jam 4000pus/min T1V1 = T2V2 11.1.3 Kesan Peronggaan Ke Atas Pam Peronggaan pam merupakan satu masalah yang terjadi disebabkan penyenggaraan pam yang tidak betul. Peronggaan terjadi apabila bendalir tidak memenuhi semua ruang pam. Ini bermakna terdapat ruang yang dipenuhi oleh udara yang akan memberi kesan kepada kecekapan operasi pam. Peronggaan terjadi apabila kelajuan bendalir yang dikeluarkan oleh pam terlalu laju manakala saluran masuk ke pam tersumbat. Apabila pam terus beroperasi maka terjadilah peronggaan di dalam pam. Apabila perkara ini berterusan, kawasan peronggaan akan diisi oleh wap bendalir yang terhasil disebabkan perbezaan tekanan dan suhu.
Masalah peronggaan ini akan menjadi rumit disebabkan kejatuhan tekanan pada kawasan peronggaan akan menyebabkan ianya diisi oleh udara yang sedia terdapat didalam bendalir. Pam akan mengalami kerosakan apabila peronggaan yang terdapat di dalam minyak (tekanan rendah) bertemu dengan bendalir bertekanan tinggi. Kerosakan adalah disebabkan oleh getaran pam yang terhasil. Getaran pam boleh mengakibatkan kehausan pada komponen pam dan ia boleh merosakkan pam tersebut. 11.1.4 Kebocoran Sistem Pada tanggapan ramai, sistem hidraulik adalah kotor dan kerap bocor. Dengan rekabentuk dan pemasangan dan penyenggaraan yang sempurna, secara amnya kebocoran sistem boleh dikawal dan selalu juga dapat dihapuskan. Jika semua litar bocor, kita tentu tidak berani menaiki kapal terbang. Kebocoran bendalir hidraulik berlaku secara dalaman dan luaran komponen. Kebocoran dalaman yang keterlaluan akan mengurangkan kecekapan sistem dan menjana haba yang boleh merosakkan bendalir. Sedikit kebocoran dalaman adalah disengajakan dalam komponen sebagai pelincir, kawalan pemampas dan lain-lain. Kebocoran luaran bukan hanya mengotorkan tetapi juga membahayakan. Bendalir boleh merosakkan komponen tersebut. Kosnya tinggi bukan hanya bendalir hilang yang terpaksa diganti tetapi menambahkan masa rosak dan prestasi juga merosot. 11.1.5 Masalah-Masalah Lain Terdapat beberapa masalah yang timbul selain daripada masalah yang telah dibincangkan di atas. Masalah-masalah lain adalah seperti di bawah.
11.1.5.1 Masalah Yang Berlaku Pada Silinder Kebocoran Luar Minyak keluar melalui pengelap Kebocoran Dalam Minyak mengalir melalui kelegaan antara piston dan silinder apabila tekanan diberikan. Creeping Bila dikenakan tekanan, piston akan balik ke dalam keadaan asal. Ini adalah disebabkan oleh kebocoran dalam juga. Creeping juga berlaku pada injap kawalan arah pada silinder 2 hala. Sluggish Disebabkan oleh udara yang ada dalam silinder itu. Udara boleh dimampat, maka sluggish akan berlaku. Kelikatan yang tidak sesuai digunakan juga akan menyebabkan sluggish ini. 11.1.5.2 Masalah Disebabkan Oleh Bendalir Bendalir berasaskan sintetik dikelaskan sebagai sebatian kimia yang boleh menyebabkan kerosakan kedap minyak ( oil seal ) yang diperbuat dari getah asli. Ia menyebabkan getah asli itu menjadi lembut dan kembang. Bendalir berasaskan air ialah bendalir tahanapi kerana apabila bendalir itu disentuh dengan punca penyala stim yang dikeluarkan dari air akan mengasingkan udara dari sebahagian pelincir yang mudah terbakar dan juga mengasingkan pelincir dari permukaan yang panas seterusnya menghalang kebakaran. Masalah bendalir berasaskan air dan minyak Mudah berkarat disebahagian sistem yang diperbuat dari besi. Menyebabkan kehausan pada aci, silinder dan komponen lain kerana kekurangan pelinciran. Kemungkinan menjadi beku di kawasan yang bercuaca sejuk Peralatan yang besar diperlukan.
Panduan mengatasi masalah bendalir Berdasarkan masalah yang disebabkan oleh bendalir di atas, berikut adalah panduan yang perlu diambilkira untuk pemilihan sesuatu bendalir sebagai bahantara. 1. Kelikatan Dinamik (Kelikatan Mutlak) Kelikatan Dinamik = Tegasan Ricih (N/m 2 ) Kadar Kericihan (M/s/m) v δv μ = δv/ δy δy θ θ = Sudut Ricih 1 poise = 100 sentipoise = 1gm/cm.s 1 kg/ms = 1000gm/100cm.s = 10 gm/cm.s 1kg/ms = 10 poise Kelikatan Dinamik (μ) = v / y = unit N s/m 2 centistoke 1 kg/ms = 1 N saat/m = 10 poise
2. Kelikatan Kinematik Kelikatan Kinamatik = Kelikatan Mutlak Ketumpatan = μ ρ 3. Indeks Kelikatan Adalah satu ukuran bagi perubahan keadaan pengaliran dengan perubahan suhu bendalir. Bendalir yang mempunyai kelikatan yang tinggi adalah sesuatu bendalir yang stabil iaitu kelikatannya berubah sedikit dengan perubahan suhu. Angka biasa bagi kelikatan ialah 0 100. 4. Modula Pukal ( Bulk Modulus ) Kelikatan C B A Modula Pukal = dρ dv/v = - vdρ dv tanda (-) menunjukkan tekanan Suhu 11.1.5.2 Sifat Bendalir Hidraul Yang Baik Berikut disenaraikan kriteria untuk memilih bendalir bagi digunakan sebagai bahantara yang terbaik : Tidak boleh dimampatkan Pada umumnya ia boleh dimampatkan sedikit tetapi pada tekanan yang tinggi. Mesti mempunyai indeks kelikatan yang tinggi Minyak hidraul mempunyai indeks kelikatan yang tinggi tidak kurang daripada 80. Indeks kelikatan yang sesuai bagi sesuatu minyak hidraul ialah 100 tetapi dengan penambahan bahan kimia, indeks kelikatan yang lebih tinggi boleh dicapai.
Mempunyai sifat perasingan bauran. Dalam operasi sistem hidraul, lembapan akan diserap oleh minyak hidraul. Ia adalah disebabkan oleh kebocoran pengalir haba dan juga mendapan. Apabila air bercampur dengan minyak, bauran akan terhasil. Ini adalah satu keburukan dan mesti dielakkan. Minyak hidraul mestilah mengandungi sifat pemelowapan supaya ia boleh mengasingkan bahan air itu. Mestilah mempunyai sifat pencegah karat Sebenar sifat pencegah karat yang baik tanpa sebarang penambahan pencegahan pengoksidanan, ini adalah sebab kejadian sesuatu oksidanan yang menyaluti dipermukaan logam dan menghalang kejadian oksida, oleh itu bahan pencegah karat hendaklah ditambah. Mempunyai sifat pelinciran dan kekuatan lapisan Untuk menghalang kehausan, lapisan minyak amatlah perlu untuk mengasingkan kedua-dua komponen yang bergerak bersama. Lapisan minyak akan melicinkan permukaan komponen tersebut. Mempunyai sifat pencegah buih Pada umumnya minyak galian tidak ada keupayaan menjadi buih. Cara yang terbaik untuk menghalang kejadian buih ialah dengan menggunakan minyak yang mempunyai kestabilan kimia yang tinggi dan mengurangkan udara dari sistem. Mempunyai kestabilan kimia Suhu yang tinggi akan merosakkan kestabilan kimia di dalam minyak hidraul. Ini akan menyebabkan kejadian oksida dan menghasilkan gam dan kotoran. Mempunyai sifat pencegah toksid Ia tidak akan membahayakan kulit kita apabila tersentuh. Tidak merosakkan penyendal/kedap Bahantara yang dipilih mestilah tidak merosakkan penyendal / kedap dimana ianya tidak akan memendekkan jangka masa hayat komponen tersebut.
Mempunyai sifat senang dipam Bendalir yang mempunyai ketumpatan bandingan yang tinggi adalah sukar dipam dan senang terjadi perongaan dan kesukaran dalam pengaliran. Tahan lama, tidak berubah sifat kimianya semasa disimpan Bendalir mestilah bersifat tahan lama dan tidak berubah sifat kimianya dalam jangkamasa yang panjang. Tidak mudah terbakar Bendalir yang dipilih mestilah tidak mudah terbakar. Harga yang berpatutan Bendalir yang dipilih mestilah mudah diperolehi dan kosnya berpatutan.