Sistem Hidrolik Forklift [PDF]

Citation preview

BAHAN AJAR (HAND OUT)



Matakuliah



: Teknologi Alat Berat



SKS : 3 SKS



Sub Bahasan



: Sistem hidrolik yang menyangkut Pompa, control valve dan silinder hidrolik pada forklift



Program Studi



: Pendidikan Teknik Otomotif



Pertemuan ke



: 3



Dosen



: Wagino, S. Pd



Kode : OTO 017



Wawan Purwanto, S. Pd, MT



Learning Outcomes (Capaian Pembelajaran) Mata Kuliah terkait KKNI : 1. 2. 3. 1.



Mengenal komponen sistem hidrolik Kerja komponen sistem hidrolik Fungsi-fungsi komponen sistem hidrolik Analisis Keterkaitan kerja antara satu komponen dengan komponen sistem hidrolik lainnya pada sebuah sistem



Soft skill/ Karakter : Teliti dan bekerja keras untuk dapat mempelajari sistem hidrolik pada forklift yang dapat mengembangkan pengetahuan dan daya analisa mahasiswa



Materi : 1. 2. 3. 4.



Komponen-komponen hidrolik pada sebuah forklift Kerja komponen sistem hidrolik pada sebauh forklift Fungsi-fungsi komponen sistem hidrolik Analisa keterkaitan kerja antara suatu komponen dengan komponen lain pada sistem hidrolik



1. Komponen sistem hidrolik



a. Pompa oli hidrolik



Pompa hidrolik berguna untuk mengalirkan oli dari tangki menuju komponen hidrolik yang membutuhkan. Pompa hanya bertugas untuk menghasilkan aliran (flow) dan tidak menghasilkan tekanan (pressure). Terdapat banyak jenis pompa di pasaran. Pompa dipilih



sesuai dengan



penggunaannya. Berapa besar flow yang dibutuhkan ? berapa besar tekanan yang mampu bekerja pada pompa ? apakah pompa jenis fixed displacement (volume alir tetap) atau variable displacement (volume alir berubah-ubah) yang dibutuhkan ? Pompa yang paling sederhana adalah pompa tangan. Saat piston ditarik keluar, terjadi vakum di depan piston. Akibatnya check valve membuka dan oli mengalir masuk dari tangki dan mengisi silinder. Saat piston ditekan, tekanan akan menutup check valve pada sisi input dan membuka check valve pada sisi output dan menyebabkan oli didorong keluar dari slinder.



Pompa hidrolik digolongkan menjadi 2 : a. Positive pump : yaitu pompa yang desainnya menyebabkan tingkat kebocoran (pumping loss) rendah dan akan selalu mengalirkan oli selama bekerja. Model pompa seperti ini biasanya dipasangkan pada sistem open centre. Penghentian aliran keluaran selama pompa bekerja akan menyebabkan kerusakan pada pompa. Contoh : gear pump, piston pump. b. Non-positive pump : Yaitu pompa yang desainnya menyebabkan tingkat kebocoran (pumping loss) tinggi, penghentian aliran oli keluaran selama pompa bekerja tidak menyebabkan kerusakan pompa. a. Positive pump



Positive pump atau pompa positif menurut jumlah volume yang diberikan terbagi atas 2 macam sesuai dengan aplikasi di mesin, yaitu: 1) Fixed Displacement (Volume alir tetap)



Gear pump model fixed displacement Salah satu gear digerakkan oleh sumber tenaga /power take off (yaitu engine, transmisi, converter atau lainnya ). Gear yang lain merupakan idler gear. Saat pompa berputar, kedua gear akan berputar berlawanan arah. Geargear tersebut menarik oli pada sisi inlet diantara gigi-giginya dan housing pompa. Oli terbawa berkeliling dan didorong keluar dari pompa menuju sistem. Gear pump merupakan jenis pompa fixed displacement Jika tekanan terbangkit dalam sistem, terdapat beban satu sisi pada shaft penggerak dari gear. Inilah yang menjadi penyebab mengapa housing gear pump selalu beralur pada sisi inlet. Pada saat membongkar pompa, alur ini terlihat seperti kerusakan



yang disebabkan kontaminasi. Padahal, bentuk tersebut telah



didesain sedemikian rupa. Gear pump merupakan jenis pompa yang murah dan awet. Akan tetapi, kurang efisien untuk menghasilkan tekanan tinggi dibandingkan piston pump.



Champion motor grader



menggunakan



pompanya hingga gear pump bekerja



unloading valve pada



seperti pompa tipe variable



displacement. Fixed displacement vane pump Komponen utama dari vane pump adalah cam ring, rotor, drive shaft dan vane. Komponen-komponen ini



berada di dalam



housing



dimana



terdapat pressure plate



yang menekan di kedua sisi cam ring dan rotor.



Diameter dalam dari cam ring berbentuk oval. Saat rotor berputar, vane-vane terdorong ke arah luar oleh gaya sentrifugal, dengan tekanan oli di bagian belakang vane. Beberapa desain dilengkapi dengan spring penekan



di



belakang vane. vane-vane



menggesek dinding sebelah dalam cam ring dan



mempertahankan kontaknya. Saat vane-vane menggelincir ke arah luar, ruangan yang terbentuk antara rotor, vane dan housing berubah-ubah, dimana ukurannya besar saat melalui inlet port hingga oli akan mengisi ruangan tersebut. Ketika rotor mendekati outlet port, ruangan tersebut mengecil dan menekan oli keluar menuju outlet port.



Axial piston pump Komponen utama dari piston pump adalah : shaft, swash plate, cylinder block, piston-piston, dan valve plate.Saat shaft berputar, piston mulai bergerak



maju mundur di dalam silinder, karena swash plate berposisi



menyudut terhadap drive shaft. Saat piston bergerak keluar dari silindernya, terjadi isapan hingga oli dari tangki terhisap masuk ke dalam silinder melalui slot-slot pada valve plate. Saat piston bergerak masuk , oli di dalam silinder terdorong keluar melalui slot-slot pada valve plate dan menuju sistem.



Swash plate dari Axial piston pump tertentu memiliki posisi yang tetap. Oleh karenanya pompa tersebut akan memompakan oli dengan jumlah yang sama setiap putarannya ( pada RPM yang tetap ). Jenis ini disebut jenis fixed displacement. Namun, kebanyakan swash plate dari axial piston pump dapat bergerak untuk merubah sudutnya. Makin tegak posisi swash plate terhadap garis vertikal, makin pendek langkah piston hingga makin kecil flow yang terbangkit. Dan makin besar sudut swash plate terhadap garis



vertikal, makin panjang langkah piston dan makin besar flow yang terbangkit. Jenis pompa ini disebut variable displacement. swash plate



dapat pula



didesain untuk mengubah arah pemompaan (maju atau mundur). Dengan bentuk yang sama, axial piston pump dapat pula digunakan sebagai motor. Tetapi kali ini bukan oli yang didorong keluar saat drive shaft berputar, namun oli yang bertekanan yang menyebabkan perputaran pada driveshaft. Motor



dapat pula berjenis fixed displacement



atau variable



displacement. Juga dapat didesain agar menghasilkan gerakan maju mundur. Axial piston pump dan motor banyak digunakan pada aplikasi seperti: 1. Propel motor pada excavator dan hydrostatic loader 2. Piston pump pada ecavator. 3. Swing motor pada excavator 4. Hydraulic and steering pump pada loader dan artculated hauler 5. Front wheel drive pada motor grader. Karena aksial piston pump dan motor dapat beroperasi pada tekanan tinggi, lebih dari 5000 psi, maka dibuat sangat teliti. Ha ini menyebabkan harganya cukup tinggi dibandingkan gear pump atau vane pump. Pekerjaan perbaikan juga menjadi lebih sulit



karena



kotoran kecil saja dapat



menyebabkan masalah besar dan memperpendek usia kerjanya. 2) Variable Displacement ( Volume alir dapat dirubah ) Variable displacement piston pump Variable displacement piston pump banyak digunakan dalam sistem hidrolik sebagai pompa utama (main pump). Digerakkan langsung oleh engine. Pada Volvo excavator, digunakan tandem main pump yang mengkonsumsi tenaga engine hingga 70%. Untuk mencegah terjadinya engine stall, pompa dilengkapi dengan kontrol debit (flow control) yang bekerja dengan mendeteksi beban (load) yang akan mengurangi flow pompa saat beban



maksimum,



meng-optimal-kan



flow



meminimalkan flow saat tidak ada penggunaan.



saat



beban



normal



dan



b. Control valve Control valve merupakan komponen sistem hidrolik yang berfungsi untuk mengontrol aliran hidrolik pada sistem secara parsial ( sebagian ) atau keseluruhan, a. Pengaturan arah aliran ( flow ) oli dari pompa menuju aktuator hidrolik. b. Pengaturan pressure maksimum pada sistem. c. Fungsi-fungsi regenerasi ( pemanfaatan flow pengembalian oli ). d. Fungsi pengamanan beban kejut ( shock dan kavitasi ).



Pengaturan arah aliran oli Pada fungsi ini, control valve dilengkapi dengan valve spool, yang berupa batang logam dengan cerukan-cerukan dan alur pada permukaannya, yang berada di dalam valve housing. Valve housing ini memiliki lubanglubang serta pembuluh untuk tempat mengalirnya oli, sedang valve spool berfungsi sebagai gerbang ( seperti pintu air ), yang mengarahkan oli yang mengalir di dalam pembuluh-pembuluh, untuk diteruskan menuju aktuatoraktuator hidrolik. Posisi control valve



Step 1 : netral. Pada posisi ini oli hasil pemompaan dialirkan kembali ke tangki ( pada sistem open centre ).jalur-jalur yang menuju silinder ditutup hingga tidak ada aliran oli menuju atau kembali dari silinder. Piston tidak dapat bergerak keluar (extend ) atau bergerak masuk ( retract ) karena oli terjebak di kedua sisi piston. Step 2 : Naik. Pada posisi ini oli hasil pemompaan akan disalurkan menuju positive side (piston side) silinder, dan oli pada sisi negative side (rod side) akan dialirkan kembali ke tangki. Step 3 : Turun. Pada posisi ini hasil pemompaan akan disalurkan menuju negative side (rod side ) silinder, dan oli dari positive side ( piston side ) akan dialirkan kembali ke tangki. Control valve spool ada yang digerakkan langsung oleh tangan



operator ( direct control ), ada pula yang digerakkan oleh tenaga hidrolik (remote control). Bagian-bagian control valve Control Valve spool Control valve spool didesain sedemikian rupa dimana di bagian memanjangnya terdapat alur-alur dengan diameter kecil sebagai jalur aliran oli dan bagian dengan diameter besar sebagai penyekat. Di salah satu ujung dipasangkan sebuah baut untuk mengikat spring dan spring holder



Control valve housing Control valve housing dibuat dengan alur-alur sebagai oil passage ( saluran oli ) dimana di bagian ujung-ujung dipasangkan port-port sebagai saluran penghubung ke komponen-komponen hidrolik lainnya (pompa, silinder kerja dll). Gambar di samping mengilustrasikan potongan control valve housing untuk memperlihatkan jalur-jalur tersebut.



Prinsip kerja control valve



Control valve disusun dari control valve spool, spring, spring holder dan control valve housing. Control valve spool meluncur dengan halus di dalam control valve housing, namun tetap memiliki kerapatan yang baik. Pada gambar di atas diperlihatkan posisi spool dalam keadaan netral, terletak pada tengah-tengah housing karena dorongan dari spring dan spring holder. Menggunakan spring tunggal namun dapat bekerja ganda (bolak-balik). Spring ini berfungsi untuk mengembalikan spool ke posisi netral setelah suatu kerja dilakukan. Bagian dari spool dengan diameter kecil digunakan sebagai bagian penyaluran oli (oil passage) sedangkan bagian spool dengan diameter besar digunakan untuk penyekatan oli (oil sealing). Pada saat spool meluncur di dalam housing, terjadi perubahan hubungan antara saluran-saluran (passages) yang menimbulkan perubahan aliran distribusi oli dari pompa menuju silinder kerja.



A



B



Pada gambar diperlihatkan saat lubang B mendapat pressure dari pilot valve. Pressure tersebut menghasilkan gaya dorong terhadap spool untuk bergerak ke kiri melawan gaya spring dengan bantuan spring holder B. Pada saat ini saluran oli dari pompa terhubung dengan positive side dari silinder kerja, menyebabkan oli disuplaikan untuk menggerakkan piston ke arah kanan. Pada saat yang sama, negative side dari silinder kerja terhubung dengan tangki melalui saluran di dalam control valve housing. Oli dari negative side akan di-drain ke tangki. Pada saat lubang B mendapat pressure dari pilot valve, lubang A terhubung dengan pilot valve yang dalam keadaan netral dan terhubung dengan tangki. c. Silinder Silinder kerja berguna untuk mengubah flow oli hidrolik menjadi gerakan mekanis berupa gerak translasional. Gerak mekanis ini dapat digunakan untuk berbagai aplikasi seperti boom, arm, bucket, steering, lock dan lain-lain. Silinder kerja terdiri dari piston, piston rod, piston seal dan silinder. Silinder kerja memiliki dua ruang yang disekat oleh piston dan piston seal. Sisi dimana terdapat piston rod disebut negative side atau rod side, dan sisi dimana tidak terdapat piston rod disebut positive side. Positive side selalu digunakan untuk aplikasi dimana dibutuhkan gaya yang lebih besar, sedangkan negative side hanya digunakan untuk pengembalian. Hal ini disebabkan luas penampang efektif pada positive side lebih besar dibandingkan negative side, karena dikurangi luas penampang yang dipasangkan piston rod.



Piston rod dan permukaan sebelah dalam dari silinder dilapisi chrome untuk memperhalus gerakan meluncurnya serta meningkatkan ketahanan aus pada permukaan dan seal serta suhu tinggi. Untuk mengurangi kejutan atau benturan saat piston mencapai langkah maksimumnya (maximum stroke), piston tertentu didesain dengan perlengkapan peredam kejutan yang disebut cushion. Dengan dilengkapi dengan cushion, flow oli yang keluar dari sisi silinder tertentu akan berkurang kelajuannya dengan memperkecil saluran pengeluaran hingga kecepatan gerak piston dapat dikurangi secara signifikan ketika piston akan mencapai akhir langkahnya.