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.