Tren Utama Silinder Aksi Tunggal vs Ganda dalam Teknik Mesin

Dalam teknik mesin, silinder berfungsi sebagai komponen inti dari mesin torak, dengan prinsip operasinya secara langsung memengaruhi keluaran daya dan efisiensi sistem. Berdasarkan bagaimana fluida kerja berinteraksi dengan piston, silinder biasanya dikategorikan sebagai aksi tunggal atau aksi ganda. Memahami kedua jenis silinder ini—mekanisme kerja, aplikasi, dan evolusinya di berbagai jenis mesin—sangat penting bagi para profesional teknik mesin.

Silinder aksi tunggal memiliki desain yang relatif sederhana di mana fluida kerja memberikan gaya hanya pada satu sisi piston. Ini berarti piston menghasilkan daya hanya dalam satu arah, sementara gerakan kembalinya bergantung pada gaya eksternal seperti resistensi beban, pegas, gerakan yang disinkronkan dari silinder lain, atau inersia roda gila. Keuntungan dari desain ini termasuk kesederhanaan struktural, biaya manufaktur yang lebih rendah, dan perawatan yang lebih mudah.

Silinder aksi tunggal banyak digunakan dalam berbagai mesin torak. Dalam mesin pembakaran dalam seperti mesin bensin dan diesel, silinder aksi tunggal hampir secara universal diadopsi. Mereka juga muncul dalam mesin pembakaran luar seperti mesin Stirling dan beberapa mesin uap. Selain mesin, silinder ini umumnya digunakan dalam pompa dan aktuator hidrolik.

Pengoperasian silinder aksi tunggal sangat mudah. Ketika fluida kerja (udara atau uap terkompresi) memasuki silinder, ia mendorong piston dalam satu arah untuk menghasilkan daya. Ketika pasokan fluida berhenti atau habis, gaya eksternal mengembalikan piston ke posisi awalnya. Misalnya, dalam silinder aksi tunggal pneumatik dasar, udara terkompresi memasuki salah satu ujung untuk mendorong piston ke depan, sementara pegas internal mengembalikannya saat tekanan udara dilepaskan. Silinder semacam itu ideal untuk aplikasi yang membutuhkan gerakan cepat dan intermiten seperti pukulan atau klem pneumatik.

• Mesin Pembakaran Dalam: Mesin bensin dan diesel menggunakan silinder aksi tunggal sebagai konfigurasi standar, di mana tekanan pembakaran mendorong piston ke bawah sementara rotasi poros engkol dan gerakan silinder lain memfasilitasi pengembalian.
• Mesin Stirling: Beberapa versi dari mesin pembakaran luar ini menggunakan desain aksi tunggal dengan pegas atau penyeimbang untuk pengembalian piston.
• Pompa: Silinder aksi tunggal menggerakkan piston pompa untuk transfer fluida, dicontohkan oleh pompa air manual.
• Aktuator Hidrolik: Ini menghasilkan dorongan satu arah yang kuat untuk aplikasi seperti dongkrak.

Tidak seperti rekan-rekan aksi tunggal mereka, silinder aksi ganda memungkinkan fluida kerja untuk secara bergantian memberi tekanan pada kedua sisi piston, memungkinkan pembangkitan daya dua arah untuk kontrol dan efisiensi yang unggul. Desain ini membutuhkan saluran batang di salah satu ujung silinder dengan mekanisme penyegelan seperti kotak isian untuk mencegah kebocoran fluida.

Meskipun lazim dalam mesin uap, silinder aksi ganda kurang umum dalam jenis mesin lain tetapi banyak digunakan dalam sistem hidrolik dan pneumatik yang membutuhkan pembangkitan gaya dua arah, seperti pada ekskavator dan derek.

Silinder aksi ganda beroperasi melalui dua port yang diposisikan di sisi piston yang berlawanan. Fluida yang memasuki satu port menggerakkan piston sementara keluar dari port yang berlawanan, dengan proses berbalik ketika arah aliran fluida berubah. Dalam versi pneumatik, udara terkompresi yang memasuki salah satu ujung mengontrol arah dan kecepatan gerakan piston secara tepat.

• Mesin Uap: Ini umumnya menggunakan silinder aksi ganda untuk peningkatan keluaran daya dan efisiensi, dengan masuknya uap bergantian menggerakkan rotasi poros engkol.
• Aktuator Hidrolik: Penting untuk peralatan yang membutuhkan gaya dua arah seperti ember ekskavator dan boom derek.
• Aktuator Pneumatik: Digunakan dalam sistem otomatis untuk mengontrol lengan mekanik dan katup.

Mesin uap awal seperti mesin atmosfer dan balok sebagian besar menggunakan silinder aksi tunggal, cocok untuk aplikasi gaya satu arah seperti pemompaan tambang. Namun, pengembangan mesin balok putar James Watt menyoroti pentingnya silinder aksi ganda untuk pengiriman daya yang lebih halus dalam penggerak mekanis. Mesin bertekanan tinggi Richard Trevithick kemudian menetapkan desain aksi ganda sebagai standar mesin uap, meskipun beberapa varian kecepatan tinggi memperkenalkan kembali prinsip aksi tunggal dengan kepala silang terintegrasi yang menghilangkan batang piston—konsep yang menyerupai desain mesin pembakaran dalam.

Tidak seperti mesin uap, hampir semua mesin pembakaran dalam menggunakan silinder aksi tunggal dengan piston terintegrasi yang berisi pin pergelangan tangan batang penghubung. Ini menghilangkan kepala silang dan batang piston sambil memfasilitasi pelumasan bak mesin yang efektif—kritis untuk pendinginan piston dan mencegah panas berlebih lokal.

Mesin bensin dua langkah kecil menggunakan kompresi bak mesin, menggunakan bagian bawah piston sebagai kompresor udara sambil mempertahankan klasifikasi aksi tunggal untuk pembangkitan daya. Mesin gas awal seperti desain Étienne Lenoir tahun 1860 awalnya meniru konfigurasi aksi ganda mesin uap tetapi dengan cepat beralih ke desain aksi tunggal karena pertimbangan beban bantalan dan persyaratan ruang bakar.

Pengecualian penting termasuk mesin gas yang sangat besar untuk peniup tungku ledak dan mesin diesel aksi ganda dua langkah laut Burmeister & Wain tahun 1930-an, dengan beberapa unit menghasilkan 24.000 tenaga kuda. Namun, desain pembakaran dalam aksi ganda tetap jarang, dengan kegagalan penting seperti mesin H.O.R. pada kapal selam AS tahun 1930-an yang mendorong penggantian dengan unit aksi tunggal konvensional.

Silinder hidrolik—aktuator mekanis yang ditenagai oleh oli bertekanan—melayani berbagai aplikasi terutama dalam peralatan konstruksi, mesin manufaktur, dan proyek teknik sipil, memanfaatkan prinsip aksi tunggal dan ganda berdasarkan persyaratan operasional.

Silinder aksi tunggal dan aksi ganda mewakili dua solusi teknik mesin fundamental, masing-masing menawarkan keuntungan berbeda untuk aplikasi tertentu. Sementara desain aksi tunggal unggul dalam aplikasi satu arah yang hemat biaya, varian aksi ganda memberikan kontrol dan efisiensi yang unggul untuk operasi dua arah. Kemajuan teknologi yang berkelanjutan memastikan inovasi berkelanjutan dalam desain silinder, memberikan solusi daya yang semakin efisien dan andal di seluruh industri.