Download - 3. sistem hidrolik forklift.doc
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 Kode : OTO 017
Pertemuan ke : 3
Dosen : Wagino, S. Pd
Wawan Purwanto, S. Pd, MT
Learning Outcomes (Capaian Pembelajaran) Mata Kuliah terkait KKNI :
Materi :
1. Komponen-komponen hidrolik pada sebuah forklift 2. Kerja komponen sistem hidrolik pada sebauh forklift 3. Fungsi-fungsi komponen sistem hidrolik4. Analisa keterkaitan kerja antara suatu komponen dengan komponen lain pada
sistem hidrolik
1. Mengenal komponen sistem hidrolik2. Kerja komponen sistem hidrolik 3. Fungsi-fungsi komponen sistem hidrolik 1. 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
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. Gear-
gear 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 unloading valve pada
pompanya hingga gear pump bekerja 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 saat beban normal dan
meminimalkan flow saat tidak ada penggunaan.
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 lubang-
lubang 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 aktuator-
aktuator 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.