pneumatik

SILINDER  PNEUMATIK

Tujuan Khusus Pembelajaran

Peserta dapat :

1.     menyebutkan bagian-bagian silinder kerja tunggal.

2.     menjelaskan prinsip kerja silinder kerja tunggal.

3.     menyebutkan bagian-bagian silinder kerja ganda.

4.     menjelaskan prinsip kerja silinder kerja ganda.

5.     menjelaskan pemasangan silinder

6.     menyebutkan kegunaan silinder.

7.     menentukan gaya  piston silinder.

8.     menentukan kebutuhan udara yang dibutuhkan silinder

9.     menyebutkan faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan silinder.

1.1.    Pendahuluan

Aktuator adalah bagian keluaran untuk mengubah energi suplai menjadi energi kerja yang dimanfaatkan. Sinyal keluaran dikontrol oleh sistem kontrol dan aktuator bertanggung jawab pada sinyal kontrol melalui elemen kontrol terakhir.

Aktuator pneumatik dapat digolongkan menjadi 2 kelompok : gerak lurus dan  putar. :

1. Gerakan lurus (gerakan linear) :

*          Silinder kerja tunggal.

*          Silinder kerja ganda.

2. Gerakan putar :

*          Motor udara

*          Aktuator yang berputar (ayun)

Simbol-simbol aktuator linear sebagai berikut :

SIMBOL	NAMA KOMPONEN
	Silinder kerja tunggal
	Silinder kerja tunggal , piston dengan magnet tetap
	Silinder kerja ganda

Simbol aktuator gerakan putar :

SIMBOL	NAMA KOMPONEN
	Motor udara, putaran satu arah, kapasitas tetap.
	Motor udara, putaran satu arah, kapasitas bervariasi.
	Motor udara, putaran dua arah ,kapasitas bervariasi.
	Aktuator putar lintasan terbatas. Putaran dua arah.

1.2.   Silinder  Kerja  Tunggal

1.2.1   Konstruksi

Silinder kerja tunggal mempunyai seal piston tunggal yang dipasang pada sisi suplai udara bertekanan. Pembuangan udara pada sisi batang piston silinder dikeluarkan ke atmosfir melalui saluran pembuangan. Jika lubang pembuangan tidak diproteksi dengan sebuah penyaring akan memungkinkan masuknya partikel halus dari debu ke dalam silinder yang bisa merusak seal. Apabila lubang pembuangan ini tertutup akan membatasi atau menghentikan udara yang akan dibuang pada saat silinder gerakan keluar dan gerakan akan menjadi tersentak-sentak atau terhenti. Seal terbuat dari bahan yang fleksibel yang ditanamkan di dalam piston dari logam atau plastik. Selama bergerak permukaan seal bergeser dengan permukaan silinder.

Gambar konstruksi silinder kerja tunggal sebagai berikut :

Gambar 1.1 : Konstruksi Silinder Kerja Tunggal

Keterangan 1.    Rumah silinder 2.    Lubang masuk udara bertekanan 3.    Piston 4.    Batang piston 5.    Pegas pengembali

1.2.2   Prinsip Kerja

Dengan memberikan udara bertekanan pada satu sisi permukaan piston, sisi yang lain terbuka ke atmosfir. Silinder hanya bisa memberikan gaya kerja ke satu arah . Gerakan piston kembali masuk diberikan oleh gaya pegas yang ada didalam silinder direncanakan hanya untuk mengembalikan silinder pada posisi awal dengan alasan agar kecepatan kembali tinggi pada kondisi tanpa beban.

Pada silinder kerja tunggal dengan pegas, langkah silinder dibatasi oleh panjangnya pegas . Oleh karena itu silinder kerja tunggal dibuat maksimum langkahnya sampai sekitar  80 mm.

1.2.3   Kegunaan

Menurut konstruksinya silinder kerja tunggal dapat melaksanakan berbagai fungsi gerakan , seperti :

·                menjepit benda kerja

·                pemotongan

·                pengeluaran

·                pengepresan

·                pemberian dan pengangkatan.

1.2.4.   Macam-Macam Silinder Kerja Tunggal

Ada bermacam-macam perencanaan silinder kerja tunggal termasuk :

*           Silinder membran (diafragma)

*               Silinder membran dengan rol

1.3   Silinder  Ganda

1.3.1   Konstruksi

Konstruksi silinder kerja ganda adalah sama dengan silinder kerja tunggal, tetapi tidak mempunyai pegas pengembali. Silinder kerja ganda mempunyai dua saluran (saluran masukan dan saluran pembuangan). Silinder terdiri dari tabung silinder dan penutupnya, piston dengan seal, batang piston, bantalan, ring pengikis dan bagian penyambungan. Konstruksinya dapat dilihat pada gambar berikut ini :

Gambar 1.2 : Konstruksi Silinder Kerja Ganda
Keterangan :
1. Batang / rumah silinder 2. Saluran masuk 3. Saluran keluar 4. Batang piston	5. Seal 6. Bearing  7. Piston

Biasanya tabung silinder terbuat dari tabung baja tanpa sambungan. Untuk memperpanjang usia komponen seal permukaan dalam tabung silinder dikerjakan dengan mesin yang presisi. Untuk aplikasi khusus tabung silinder bisa dibuat dari aluminium , kuningan dan baja pada permukaan yang bergeser dilapisi chrom keras. Rancangan khusus dipasang pada suatu area dimana tidak boleh terkena korosi.

Penutup akhir tabung adalah bagian paling penting yang terbuat dari bahan cetak seperti aluminium besi tuang. Kedua penutup bisa diikatkan pada tabung silinder dengan batang pengikat yang mempunyai baut dan mur.

Batang piston  terbuat dari baja yang bertemperatur tinggi. Untuk menghindari korosi dan menjaga kelangsungan kerjanya, batang piston harus dilapisi chrom.

Ring  seal  dipasang pada ujung tabung untuk mencegah kebocoran udara. Bantalan penyangga gerakan batang piston terbuat dari PVC, atau perunggu. Di depan bantalan ada sebuah ring pengikis yang berfungsi mencegah debu dan butiran kecil yang akan masuk ke permukaan dalam silinder. Bahan  seal pasak dengan alur ganda :

*           Perbunan                untuk  - 20° C           s/d       +   80° C

*           Viton                                   untuk  - 20° C            s/d       + 190° C

*           Teflon                      untuk  - 80° C           s/d       + 200° C

Ring O normal digunakan untuk seal diam.

1.3.2   Prinsip Kerja

Dengan memberikan udara bertekanan pada satu sisi permukaan piston (arah maju) , sedangkan sisi yang lain (arah mundur) terbuka ke atmosfir, maka gaya diberikan pada sisi permukaan piston tersebut sehingga batang piston akan terdorong keluar sampai mencapai posisi maksimum dan berhenti. Gerakan silinder kembali masuk, diberikan oleh gaya pada sisi permukaan batang piston (arah mundur) dan sisi permukaan piston (arah maju) udaranya terbuka ke atmosfir.

Keuntungan silinder kerja ganda dapat dibebani pada kedua arah gerakan batang pistonnya. Ini memungkinkan pemasangannya lebih fleksibel. Gaya yang diberikan pada batang piston gerakan keluar lebih besar daripada gerakan masuk. Karena efektif permukaan piston dikurangi pada sisi batang piston oleh luas permukaan batang piston

Silinder aktif adalah dibawah kontrol suplai udara pada kedua arah gerakannya. Pada prinsipnya panjang langkah silinder dibatasi, walaupun faktor lengkungan dan bengkokan yang diterima batang piston harus diperbolehkan. Seperti silinder kerja tunggal, pada silinder kerja ganda piston dipasang dengan seal jenis cincin O atau membran.

1.3.3.   Pemasangan Silinder

Jenis pemasangan silinder ditentukan oleh cara cara gerakan silinder yang ditempatkan pada sebuah mesin atau peralatan . Silinder bisa dirancang dengan jenis pemasangan permanen jika tidak harus diatur setiap saat. Alternatif lain, silinder bisa menggunakan jenis pemasangan yang diatur, yang bisa diubah dengan menggunakan perlengkapan yang cocok pada prinsip konstruksi modul. Alasan ini adalah penyederhanaan yang penting sekali dalam penyimpanan, lebih khusus lagi dimana silinder pneumatik dengan jumlah besar digunakan seperti halnya silinder dasar dan bagian pemasangan dipilih secara bebas membutuhkan untuk disimpan.

Pemasangan silinder dan kopling batang piston harus digabungkan dengan hati-hati pada penerapan yang relevan, karena silinder harus dibebani hanya pada arah aksial. Secepat gaya dipindahkan ke sebuah mesin, secepat itu pula tekanan terjadi pada silinder. Jika sumbu salah gabung dan tidak segaris dipasang, tekanan bantalan pada tabung silinder dan batang piston dapat diterima. Sebagai akibatnya adalah :

*           Tekanan samping yang besar pada bantalan silinder memberikan indikasi bahwa pemakaian silinder meningkat.

*           Tekanan samping pada batang piston akan mengikis bantalan

*           Tekanan tidak seimbang pada seal piston dan batang piston.

Tekanan samping ini sering mendahului faktor pengurangan perawatan silinder yang sudah direncanakan sebelumnya. Pemasangan bantalan silinder yang dapat diatur dalam tiga dimensi membuat kemungkinan untuk menghindari tekanan bantalan yang berlebihan pada silinder. Momen bengkok yang akan terjadi selanjutnya dibatasi oleh penggesekan yang bergeser pada bantalan. Ini bertujuan bahwa silinder diutamakan bekerja hanya pada tekanan yang sudah direncanakan, sehingga bisa mencapai secara maksimum perawatan yang sudah direncanakan.

Gambar di bawah menunjukkan cara pemasangan silinder.

Gambar 1.3 : Cara pemasangan silinder

1.3.4    Kegunaan

Silinder pneumatik telah dikembangkan pada arah berikut :

·                Kebutuhan penyensoran tanpa sentuhan (menggunakan magnit pada piston untuk mengaktifkan katup batas /limit switch dengan magnit )

·                Penghentian beban berat pada unit penjepitan dan penahan luar tiba-tiba.

·                Silinder rodless digunakan dimana tempat terbatas.

·                Alternatif pembuatan material seperti plastik

·                Mantel pelindung terhadap pengaruh lingkungan yang merusak, misalnya sifat tahan asam

·                Penambah kemampuan pembawa beban.

·                Aplikasi robot dengan gambaran khusus seperti batang piston tanpa putaran, batang piston berlubang untuk mulut pengisap.

1.3.5   Macam-Macam Silinder Kerja Ganda

SIMBOL	NAMA KOMPONEN
	Silinder kerja ganda
	Silinder kerja ganda dengan batang piston sisi ganda.
	Silinder kerja ganda dengan bantalan udara tetap dalam satu arah.
	Silinder kerja ganda dengan bantalan udara tunggal , dapat diatur pada satu sisi.
	Silinder kerja ganda dengan bantalan udara ganda , dapat diatur pada kedua sisi.
	Silinder kerja ganda dengan bantalan udara ganda , dapat diatur pada kedua sisi dan piston bermagnet.

1.3.5.1 Silinder Dengan Peredam Diakhir Langkah

Jika silinder harus menggerakkan massa yang besar, maka dipasang peredam di akhir langkah untuk mencegah benturan keras dan kerusakan silinder. Sebelum mencapai posisi akhir langkah, peredam piston memotong langsung jalan arus pembuangan udara ke udara bebas. Untuk itu disisakan sedikit sekali penampang pembuangan yang umumnya dapat diatur. Sepanjang bagian terakhir dari jalan langkah , kecepatan masuk dikurangi secara drastis.

Jangan sekali-sekali menutup baut pengatur secara penuh sebab akan mengakibatkan batang piston tidak dapat mencapai posisi akhir gerakannya. Pada gaya yang sangat besar dan percepatan yang tinggi, harus dilakukan upaya pengamanan khusus. Pasanglah peredam kejut luar untuk memperkuat daya hambat.

Konstruksi silinder kerja ganda dengan bantalan udara sebagai berikut :

Gambar 1.4 : silinder kerja ganda dengan bantalan udara

1.4    Karakteristik Silinder

Karakteristik penampilan silinder dapat ditentukan secara teori atau dengan data-data dari pabriknya. Kedua metode ini dapat dilaksanakan, tetapi biasanya untuk pelaksanaan dan penggunaan tertentu, data-data dari pabriknya adalah lebih menyakinkan.

1.4.1  Gaya Piston

Gaya piston yang dihasilkan oleh silinder bergantung pada tekanan udara, diameter silinder dan tahanan gesekan dari komponen perapat. Gaya piston secara teoritis dihitung menurut rumus berikut :

                       

Untuk silinder kerja tunggal :

                              

Untuk silinder kerja ganda :

 

·         langkah maju            

·                 langkah mundur               

Keterangan :

F	=	Gaya piston  ( N )
f	=	Gaya pegas  ( N )
D	=	Diameter piston ( m )
d	=	Diameter batang piston ( m )
A	=	Luas penampang piston yang dipakai (m2 )
p	=	Tekanan kerja  ( Pa )

Pada silinder kerja tunggal, gaya piston silinder kembali lebih kecil daripada gaya piston silinder maju karena pada saat kembali digerakkan oleh pegas . Sedangkan pada silinder kerja ganda, gaya piston silinder kembali lebih kecil daripada silinder maju karena adanya diameter batang piston akan mengurangi luas penampang piston. Sekitar 3 - 10 % adalah tahanan  gesekan. Berikut ini adalah gaya piston silinder dari berbagai ukuran pada tekanan 1 - 10 bar.

Diameter	Tekanan Kerja  ( bar )
Piston	1	2	3	4	5	6	7	8	9		10
( mm )	Gaya Piston  ( kgf )
6	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0	1,2	1,4	1,6		1,8		2,0
12	1	2	3	4	5	6	7	8		9		10
16	2	4	6	8	10	12	14	16		18		20
25	4	9	13	17	21	24	30	34		38		42
35	8	17	26	35	43	52	61	70		78		86
40	12	24	36	48	60	72	84	96		108		120
50	17	35	53	71	88	106	124	142		159		176
70	34	69	104	139	173	208	243	278		312		346
100	70	141	212	283	353	424	495	566		636		706
140	138	277	416	555	693	832	971	1110		1248		1386
200	283	566	850	1133	1416	1700	1983	2266		2550		2832
250	433	866	1300	1733	2166	2600	3033	3466		3800		4332

Silinder pneumatik tahan terhadap beban lebih. Silinder pneumatik dapat dibebani lebih besar dari kapasitasnya. Beban yang tinggi menyebabkan silinder diam.

1.4.2    Kebutuhan Udara

Untuk menyiapan udara dan untuk mengetahui biaya pengadaan energi, terlebih dahulu harus diketahui konsumsi udara pada sistem. Pada tekanan kerja, diameter piston dan langkah tertentu, konsumsi udara dihitung sebagai berikut :

 

Untuk mempermudah dan mempercepat dalam menentukan kebutuhan udara, tabel di bawah ini menunjukkan kebutuhan udara persentimeter langkah piston untuk berbagai macam tekanan dan diameter piston silinder.

Tabel : Kebutuhan udara silinder pneumatik  persentimeter langkah dengan fungsi tekanan kerja dan diameter piston.

Diameter	Tekanan Kerja  ( bar )
Piston	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
( mm )	Kebutuhan udara ( q ) dalam liter/cm langkah
6	0,0005	0,0008	0,0011	0,0014	0,0016	0,0019	0,0022	0,0025	0,0027	0,0030
12	0,002	0,003	0,004	0,006	0,007	0,008	0,009	0,010	0,011	0,012
16	0,004	0,006	0,008	0,010	0,011	0,014	0,016	0,018	0,020	0,022
25	0,010	0,014	0,019	0,024	0,029	0,033	0,038	0,043	0,048	0,052
35	0,019	0,028	0,038	0,047	0,056	0,066	0,075	0,084	0,093	0,103
40	0,025	0,037	0,049	0,061	0,073	0,085	0,097	0,110	0,122	0,135
50	0,039	0,058	0,077	0,096	0,115	0,134	0,153	0,172	0,191	0,210
70	0,076	0,113	0,150	0,187	0,225	0,262	0,299	0,335	0,374	0,411
100	0,155	0,231	0,307	0,383	0,459	0,535	0,611	0,687	0,763	0,839
140	0,303	0,452	0,601	0,750	0,899	1,048	1,197	1,346	1,495	1,644
200	0,618	0,923	1,227	1,531	1,835	2,139	2,443	2,747	3,052	3,356
250	0,966	1,441	1,916	2,392	2,867	3,342	3,817	4,292	4,768	5,243

Kebutuhan udara dihitung dengan satuan liter/menit (l/min) sesuai dengan standar kapasitas kompresor. Kebutuhan udara silinder sebagai berikut :

 

                       

Keterangan :

Q	=	kebutuhan udara silinder   ( l/min )
q	=	kebutuhan udara persentimeter langkah piston
s	=	panjang langkah piston  ( cm )
n	=	jumlah siklus kerja per menit

1.4.3   Kecepatan Piston

Kecepatan piston rata-rata dari silinder standar berkisar antara 0,1-1,5 m/s  (6 - 90 m/min). Silinder khusus dapat mencapai kecepatan 10 m/s. Kecepatan silinder pneumatik tergantung :

*        beban  ( gaya yang melawan silinder ),

*        tekanan kerja,

*        diameter dalam dan panjang saluran antara silinder dan katup kontrol arah,

*        ukuran katup kontrol arah yang digunakan.

Kecepatan piston dapat diatur dengan katup pengontrol aliran  dan dapat ditingkatkan dengan katup pembuang cepat  yang dipasang pada sistem kontrol tersebut.  Kecepatan rata-rata piston tergantung dari gaya luar yang melawan piston (beban) dan ukuran lubang aliran dapat dilihat seperti pada tabel berikut :

Diameter	Lubang	Beban dalam %
Piston	Masuk	0	20	40	60	80
mm	mm	Kecepatan Piston dalam mm/detik
25	4	580	530	450	380	300
35	7	980	885	785	690	600
50	7	480	440	400	360	320
70	7	230	215	200	180	150
70	9	530	470	425	380	310
100	7	120	110	90	80	60
100	9	260	230	205	180	130
140	9	130	120	110	90	70
140	12	300	260	230	200	170
200	9	65	60	55	50	40
200	12	145	130	120	105	85
200	19	330	300	280	250	215
250	19	240	220	185	165	115

1.4.4    Langkah Piston

Langkah silinder pneumatik tidak boleh lebih dari 2 m,  sedangkan untuk silinder rodless jangan lebih dari 10 m. Akibat langkah yang panjang, tekanan mekanik batang piston dan bantalan menjadi terlalu besar. Untuk menghindari bahaya tekanan, diameter batang piston pada langkah yang panjang harus sedikit lebih besar.