Memahami Akumulator: Jenis, Fungsi, dan Struktur

I. Prinsip kerja akumulator

Dalam sistem hidraulik, akumulator adalah perangkat yang menggunakan prinsip keseimbangan gaya untuk mengubah volume oli yang bekerja, sehingga menyimpan dan melepaskan energi hidraulik.

Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1, akumulator pada dasarnya terdiri dari empat bagian: cangkang, piston, gas nitrogen dengan kemurnian tinggi (atau mungkin pegas) di atas piston, dan oli yang bekerja yang terhubung ke sistem di bawah piston. Proses kerja dapat dibagi menjadi dua tahap: penyimpanan dan pelepasan energi.

1-Shell
2-Piston
3-Gas nitrogen dengan kemurnian tinggi (atau mungkin pegas)
4-Minyak yang berfungsi

1. Tahap penyimpanan energi

Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1a, akumulator berada dalam kondisi penyimpanan pra-energi, di mana oli yang bekerja dan gas nitrogen dengan kemurnian tinggi (atau gaya pegas) di atas dan di bawah piston berada dalam kondisi seimbang. Gas nitrogen dengan kemurnian tinggi berada dalam kondisi pra-mengisi daya (atau pegas dalam kondisi pra-mampat), dan volume oli kerja adalah V₁.

Ketika tekanan sistem meningkat, tekanan oli yang bekerja juga meningkat, mendorong piston ke atas, dan oli yang bekerja di dalam sistem masuk ke dalam akumulator (volume meningkat menjadi V₂) hingga kondisi seimbang tercapai, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1b.

Pada saat ini, volume oli yang bekerja (V₂- V₁) memasuki akumulator untuk disimpan. Tahap ini disebut tahap penyimpanan energi. Selama tahap ini, akumulator menyimpan tekanan dan volume tertentu (V₂- V₁) dari minyak yang bekerja.

2. Tahap rilis

Ketika sistem hidrolik melakukan operasi pembukaan atau penutupan, tekanan sistem lebih rendah daripada tekanan oli kerja di dalam akumulator. Di bawah tekanan gas (atau gaya pegas), piston didorong ke bawah, dan oli yang bekerja dibuang ke dalam sistem hingga kondisi seimbang tercapai, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1c. Tahap ini disebut tahap pelepasan. Selama tahap ini, bagian dari oli kerja yang disimpan dalam tahap penyimpanan energi dibuang ke dalam sistem.

Dari penjelasan di atas, dapat dilihat bahwa selama ada perubahan tekanan sistem, tekanan oli yang bekerja di akumulator juga berubah. Menurut prinsip keseimbangan gaya, piston bergerak, dan volume oli yang bekerja pun berubah. Penyimpanan dan pelepasan energi yang berulang-ulang ini mencapai tujuan akumulator.

II. Klasifikasi akumulator

Dalam sistem hidrolikSecara umum, akumulator dibagi menjadi tipe bermuatan gas dan tipe pegas berdasarkan substansi yang bekerja pada oli kerja. Setiap jenis akumulator memiliki bentuk yang berbeda berdasarkan strukturnya. Klasifikasi spesifiknya adalah sebagai berikut:

III. Struktur akumulator yang khas

1. Akumulator bermuatan gas

Prinsip kerja akumulator bermuatan gas adalah menggunakan gas nitrogen dengan kemurnian tinggi yang telah diisi sebelumnya di dalam akumulator untuk menyeimbangkan dengan oli bertekanan yang dimasukkan ke dalam akumulator oleh pompa hidraulik. Ketika sistem membutuhkan oli, oli dibuang di bawah tekanan gas. Akumulator bermuatan gas dibagi menjadi tipe terisolasi dan tipe kontak langsung.

Akumulator terisolasi: Akumulator terisolasi mengacu pada akumulator yang memiliki pemisah antara gas dan cairan di dalam akumulator, sehingga gas tidak mudah bercampur dengan cairan. Akumulator jenis ini secara efektif memanfaatkan kompresibilitas gas dan oleh karena itu banyak digunakan. Berdasarkan bentuk pemisahnya, akumulator ini dibagi lagi menjadi akumulator fleksibel dan non-fleksibel.

Akumulator fleksibel, seperti akumulator kandung kemih, digunakan dalam sistem hidraulik, sedangkan akumulator tidak fleksibel, seperti akumulator piston dan piston diferensial, paling sering digunakan dalam sistem hidraulik.

(1) Akumulator kandung kemih

Prinsip kerja akumulator kandung kemih didasarkan pada hukum Boyle, dan struktur tipikalnya ditunjukkan pada Gambar 2.

Katup 1-inflasi
2-Shell
3-Kandung Kemih
Katup 4-Jamur
Perakitan bodi 5-katup
Penjepit 6-setengah bulat
7-Kacang
8-Paking
Cincin 9-O
10-Mur pengencang

Sebelum digunakan, pertama-tama isi kandung kemih 3 dalam akumulator dengan nitrogen pada tekanan yang telah ditentukan, kemudian gunakan pompa hidrolik untuk mengisi akumulator dengan oli. Di bawah aksi oli bertekanan, katup jamur 4 didorong terbuka, dan oli masuk ke dalam wadah, menekan kandung kemih. Ketika tekanan di ruang gas dan ruang minyak sama, kandung kemih dalam keadaan seimbang, dan tekanan di akumulator adalah tekanan pompa. Ketika sistem membutuhkan oli, kandung kemih mengembang di bawah tekanan gas, secara bertahap memeras oli.

Keuntungan dari akumulator jenis ini adalah: ruang gas dan ruang minyak dipisahkan oleh kandung kemih, memastikan penyegelan yang andal tanpa kebocoran di antara keduanya; kandung kemih memiliki inersia rendah, responsif, strukturnya ringkas, ukurannya kecil, ringan, mudah dirawat, dan sering digunakan dalam sistem hidraulik dengan akumulator kandung kemih bervolume kecil untuk menyerap denyut tekanan atau sebagai penyangga. Ini juga digunakan dalam situasi dengan daya dan tekanan operasi rendah untuk menyimpan energi dalam sistem hidraulik.

Struktur tipikal akumulator kandung kemih ditunjukkan pada Gambar 2a. Terdiri dari katup inflasi 1, cangkang 2, kandung kemih 3, dan katup jamur 4. Cangkang 2 adalah bejana tekan dengan bukaan di bagian atas untuk mengakomodasi katup inflasi 1. Kandung kemih 3 yang tertutup sepenuhnya, terbuat dari karet sintetis, ditekan ke batang katup, membentuk ruang tertutup.

Setelah kandung kemih dimasukkan melalui bukaan di ujung bawah cangkang, kandung kemih dipasang ke bagian atas cangkang dengan mur pengencang 10. Rakitan badan katup 5 dijepit oleh sepasang klem setengah bundar 6 yang dipasang di dalam bukaan cangkang, mengamankan bahu badan katup 5. Itu dipasang di bagian bawah cangkang, dan dengan cincin-O 9 dan paking 8, itu dikencangkan dengan mur 7.

Fungsi katup jamur 4 dalam rakitan badan katup 5 adalah untuk mencegah kandung kemih mengembang keluar dari cangkang ketika semua oli habis. Akumulator jenis ini memiliki cincin-O pada bukaan cangkang. Ketika tekanan internal cangkang meningkat hingga mencapai tekanan ledakan, bukaan cangkang mengembang terlebih dahulu, menyebabkan cincin-O terjepit, melepaskan tekanan oli dengan aman.

Di atas menjelaskan akumulator kandung kemih dengan struktur tipe A. Akumulator jenis ini tidak nyaman untuk penggantian kandung kemih. Oleh karena itu, bagian atas cangkang dan kandung kemih dirancang dengan struktur "open-top", seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2b, yang disebut sebagai akumulator kandung kemih tipe B.

(2) Akumulator piston

Akumulator piston menggunakan piston untuk memisahkan oli dan nitrogen, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3. Keuntungan dari akumulator jenis ini adalah: struktur yang sederhana dan masa pakai yang lama. Namun, piston memiliki inersia tinggi dan resistensi gesekan penyegelan, yang mengakibatkan respons yang buruk; membutuhkan presisi pemesinan yang tinggi dan sulit untuk disegel, sehingga tidak cocok untuk menyerap denyut dan guncangan hidraulik.

1-Piston
2-Silinder
Silinder 3-inflasi

Dalam sistem hidraulik, struktur ini umumnya digunakan untuk penyimpanan energi. Akumulator piston yang umum digunakan untuk penyimpanan energi dalam sistem hidrolik ditunjukkan pada Gambar 4.

2. Akumulator pegas

Akumulator jenis ini menggunakan kekuatan pegas yang bekerja pada piston untuk menyeimbangkan tekanan oli, menyimpan energi tekanan. Tekanan yang dihasilkan oleh akumulator tergantung pada kekakuan dan kompresi pegas.

Jenis yang umum termasuk pegas kompresi heliks dan pegas cakram. Akumulator pegas kompresi heliks ditunjukkan pada Gambar 5. Akumulator jenis ini memiliki struktur yang sederhana dan relatif responsif, dengan masa pakai tergantung pada umur pegas.

1-Shell
2-Pegas
3-Piston
4-Ruang minyak
5-Sampul

Akumulator ini digunakan untuk penyimpanan energi dan penyangga dalam sistem berkapasitas kecil, tekanan rendah, dan frekuensi siklus rendah, dan umumnya tidak digunakan dalam sistem hidraulik. Dalam sistem hidraulik, akumulator pegas cakram biasanya digunakan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6.

Piston Penyimpanan 1-Energi
Lubang 2-Posisi
Cincin 3-Pendukung
4-Perumahan
Pegas Cakram 5-Penyangga
Set Pegas 6-Cakram

3. Fungsi Akumulator

Akumulator adalah perangkat yang digunakan untuk menyimpan energi tekanan dari fluida hidraulik, yang dapat melepaskan energi ini untuk melakukan pekerjaan yang berguna saat dibutuhkan. Fungsi utamanya dalam sistem hidraulik adalah sebagai berikut:

(1) Menyimpan Energi Hidraulik

Penggunaan utama akumulator dalam mekanisme hidrolik. Ketika laju aliran yang diperlukan sangat bervariasi pada berbagai tahap siklus kerja sistem hidraulik, akumulator sering digunakan bersama dengan pompa yang lebih kecil untuk membentuk sumber oli. Jika sistem membutuhkan laju aliran yang kecil, akumulator menyimpan kelebihan aliran dari pompa hidraulik; jika sistem membutuhkan laju aliran yang besar untuk waktu yang singkat, akumulator melepaskan cairan hidraulik yang tersimpan untuk memasok oli ke sistem bersama dengan pompa hidraulik.

Selain itu, ketika pompa hidraulik berhenti memasok oli ke sistem, akumulator menyediakan oli bertekanan yang tersimpan ke sistem untuk mengkompensasi kebocoran sistem atau mempertahankan tekanan sistem yang konstan. Akumulator ini juga dapat digunakan sebagai sumber energi darurat jika terjadi kegagalan pompa hidraulik.

(2) Menyerap Guncangan dan Denyut Tekanan

Penggunaan sekunder akumulator dalam mekanisme hidraulik. Dalam sistem hidraulik, akumulator digunakan untuk menyerap tekanan kejut yang dihasilkan oleh perubahan mendadak pada kecepatan aliran fluida (seperti ketika katup pengarah tiba-tiba bergeser atau beban silinder hidraulik tiba-tiba berhenti bergerak), sehingga mengurangi nilai puncak kejutan tekanan.

Denyut aliran pompa hidraulik dapat menyebabkan kecepatan gerakan beban dan denyut tekanan yang tidak merata. Oleh karena itu, sistem yang membutuhkan kecepatan beban yang relatif seragam harus memasang akumulator yang sesuai di outlet pompa untuk meningkatkan stabilitas operasi sistem.