BAB IV HASIL PERHITUNGAN
4.1 Perhitungan Bagian – Bagian Utama Silinder Hidrolik Pada bab ini perhitungan bagian-bagian utama silinder hidrolik difokuskan pada gaya blade lift cylinder, jumlah aliran minyak hidrolik, tebal dinding silinder, batang piston, piston dan nut piston. Seperti yang telah dijelaskan pada bab sebelumnya, bahwa prinsip kerja dari silinder hidrolik adalah untuk merubah tenaga mekanik dalam bentuk lower dan raise. Dalam hal ini silinder yang digunakan adalah jenis double acting. 4.1.1 Gaya Blade Lift Cylinder
52
53
Gaya yang dihasilkan oleh blade lift cylinder diperhitungkan berdasarkan hukum Pascal.
Ϝ = P.
(Training Centre Dept., 2011)
Dimana: = Gaya yang dihasilkan oleh tekanan fluida pada piston untuk posisi raise atau lower, = Tekanan minyak hidrolik dari gear pump sebesar 14.10 /
(Training Centre Dept., 2011)
= Luas penampang piston pada posisi Raise dan Lower, Direncanakan dimensi blade lift cylinder adalah sebagai berikut : (Shinroku Saito) = Diameter luar batang = Diameter dalam silinder G = Langkah piston L max = Panjang maximum siiinder
65. 10 11. 10
1,036 1,744
54
708. 10
L min = Panjang minimum silinder
55. 10
W = Piston nut width (ulir nut piston)
Luas penampang daerah penekanan fluida pada posisi Raise dan Lower adalah:
= =
4
(
−
)
((11. 10
) − (65. 10
))
= 62 . 10 =
4
=
= 95 . 10
4
11. 10
Sehingga gaya blade lift cylinder untuk raise dan lower dapat dihitung:
.
= (14. 10 ) = 8680
/
. ( 62. 10
)
55
= .
= (14. 10 ) = 13300
/
. ( 95 . 10
)
Pada bulidozer jenis angledozer direncanakan dengan dua buah blade lift cylinder, sehingga gaya F yang dihasilkan oleh blade lift cylinder adalah: =( . ) Dimana: Z = jumlah blade lift cylinder Jadi: =( .
)
= ((14. 10 ) = 17360
=( .
)
/
. ( 62. 10
)
).2
56
= ((14. 10 ) = 26600
/
. ( 95 . 10
)
).2
4.1.2 Jumlah Aliran Minyak Hidrolik di dalam Blade Lift Cylinder. Besarnya aliran (flow rate) minyak hidrolik (Qe) pada setiap blade lift cylinder adalah: Qe = 0,006 . .
/
(Ernest C. Fitch, hlm. 104)
Direncanakan kecepatan langkah piston didalam silinder adalah = 11,4
/
(Ernest C.Fitch, hlm. 104).
Dan area piston pada posisi raise dan lower. = 0,006 (11,4 = 424. 10
/
= 649. 10
/
= 0,006 (11,4
/
)(62. 10
)
/
)(95 . 10
)
Diketahui bahwa bulldozer ini menggunakan blade lift cylinder,
57
Z = 2 buah, sehingga jumlah pindah aliran minyak hidrolik di dalam 2 buah blade lift cylinder, dihitung berdasarkan Qe Lower (kebutuhan terbanyak). Debit gear pump yang digunakan adalah: =
.
= 2 (649. 10
/
) = 129. 10
/
4.1.3 Tebal Dinding Silinder Tebal dinding silinder (blade lift cylinder) diperhitungkan terhadap beban dari tegangan tangensial lihat Gb. 4.1. (Ernest C.Fitch , hlm. 189 – 187).
Gambar: 4.1. Distribusi Tegangan pada Tegangan Tangensial Bahan yang digunakan untuk dinding silinder hidrolik adalah baja cor (sc. 49) ( Sularso, Ir. MSME, Kiyokatsu Suga, hlm. 335). Dasar
58
pemilihan baja cor ini karena: Mempunyai kekerasan yang baik, meskipun berukuran besar tetapi kekerasan merata dan strukturnya seragam. Tahan terhadap temperatur kerja dari blade lift
cylinder dan tidak
mudah terjadi perubahan (kekuatan tank dan kekuatan mulur tetap). Tebal dinding silinder adalah untuk material silinder = 55. 10 sehingga:
= =
2
0,11 2
+ −
= 37. 10
− 1
5500000 5500000
(
/ /
dan /
yaitu tegangan maximum (KHURMI, R-S, hlm. 186)
. KHURMI, R − S, ℎ + 1400000 − 1400000
/ /
184) − 1
= 3,75
Dimana: =
= diameter dalam silinder
= tegangan tarik yang diijinkan (max) = tegangan/tekanan kerja maximun di
dalam silinder hidrolik.
59
Tebal dinding silinder hidrolik harus mampu terhadap kemungkinan belah (Circumferential stress) dan
kemungkinan putus (Longitudinal
stress) .
= =
/
(14. 10
(KHURMI, R-S, hlm. 176)
/ )(11. 10 2 (37. 10 )
= 2081081,08 = =
.
(
= 208,10
/ .
) /
(KHURMI, R-S, hlm.178)
/ ( .
= 1040540,54
)( /
. )
)
= 104,054
/
Dimana: = Tegangan belah(Circumferential stress) = Tegangan putus (Longitudinal stress)
60
= Tekanan kerja maximum di adalam silinder = Diameter dalam silinder = Tebal dinding silinder
4.1.4 Perhitungan Batang Piston (Piston Rod) Bahan yang digunakan untuk batang piston adalan baja paduan khusus untuk konstruksi mekanik. Sebagai unsur paduan untuk baja paduan yang dipergunakan bagi konstruksi mekanik adalah Mn–Cr ( Tata Surdia, Ms, Met.E. Prof. Ir, hlm. 84-85) Baja paduan ini mempunyai kelebihan sebagai berikut: 1. Mempunyai kekerasan yang merata, strukturnya seragam (jika ditemper), kekuatan baja paduan ini lebih tinggi dan keuletannya lebih baik. 2. Karena mempunyai mampu keras yang baik tidak perlu pendinginan cepat pada saat pengerasannya, hal ini menyebabkan rendahnya 3. Tegangan sisa.
61
Berdasarkan perencanaan diatas (lihat point 1 Bab IV) batang piston mempunyai diameter 0,065 Panjang batang piston adalah panjang minimum silinder ditambah dengan panjang ulir nut piston; = 0,708 = 0,763
+ 0,055
Beban kritis yang terjadi pada batang piston akibat tekanan di kedua ujung pipetnya ( =
. .
): (Shigley, joseph Edward, ℎ
Dimana:
= Modulus elastisitas bahan (psi) = 30. 105 psi I = momen inersia batang piston (inch)
. 299)
62
=
65 64 25.4
= 2,11
ℎ
L = Panjang batang piston (inch) = 0,763 m = 30 inch 1 lbf = 0,454 kgf Sehingga:
=
4.
. 30, 10 . 2,11 30
= 83190 = 37734
f f
4.1.5 Perhitungan Piston Bahan piston digunakan baja kecepatan tinggi (SS-55) atau dapat juga
63
digunakan baja paduan Mn (Tata Surdia, Ms, Met.E. Prof. Ir, hlm. 84 – 85) Tebal minimum piston diperhitungkan terhadap tegangan geser yang terjadi pada luas penampang piston, blade lift cylinder adalah pada posisi Lower. Tebal piston minimum, (t) =
=
2
. .
(
,
.
,
,
. 339)
Dimana : = beban maximum = beban kritis maximum yang terjadi pada silinder. = 37734 kgf = diameter batang psiton = 0,065 mm = 65 mm
τᵅ
= tegangan geser yang digunakan dari bahan (kgf/mm2) = 0,5 . τ ᵅ kgf/mm2 (Sularso, Ir. MSME, Kiyokatsu Suga, hlm 240)
σa
= Tegangan tarik yang diijinkan =
kgf/mm2
64
σy
= batas mulur bahan = 22 kgf/mm2
Sf
= Safety factor (factor keamanan) =2
= Jadi: σa
22 = 11 2
/
²
= 0,5 . 11 = 5,5 kgf/mm2
Sehingga: >
.
.
. ,
> 67,2
Dari perhitungan di atas, direncanakan tebal piston = 70 mm, dengan diameter piston = 110 mm. Piston pada lift cylinder untuk bulldozer dilengkapi dengan piston
65
valve (lihat Gambar. 4.2) sebanyak 4 komponen, masing-masing berukuran: valve 62 mm satu buah; valve 59 mm dua buah: valve 56 satu buah (KOMATSU LTD, hlm. 6-36-38).
4.1.6 Perhitungan Nut Piston Nut piston direncanakan bekerja menahan beban seperti batang piston (Gambar. 4.3). Mur (nut) direncanakan mempunyai ukuran sebagai berikut: (KHURMI, R-S., hlm. 310 – 324). w
= lebar jarak lintas nut piston = 55 mm
p
= pitch = 4 mm
z
= jumlah ulir
=
d
=
= 13,75 → jumlah ulir diambil 14.
= Nominal Ǿ nut = D, nominal diameter bolt
66
= 36 mm dp
= diameter efeective atau diameter pith nut dan bolt. = 33,402 mm. = minor diameter 31,670 untuk nut dan 31093 untuk bolt = Stress area = 817 mm2 = tensile strees yang diijinkan = 420 kgf/cm2 = 3431,4 kgf
Tegangan geser pada ulir nut
adalah:
Tegangan pada permukaan baut: = 294 . ( KHURMI, R-S., hlm 322) = 284 . 3,6 = 1022,4 kgf
67
=
Dimana:
. = Tegangan initial pada baut = diameter nominal baut
= =
.
.4
1022,4 .4 (3,167)²
= 129,8 kgf/cm2 Bahan nut, digunakan baja paduan Mn – cr, baja paduan khusus untuk konstruksi mekanik (Tata Surdia, Ms, Met.E. Prof. Ir., hlm. 84 – 85)
68
Gambar: 4.2 Piston
69
Gambar 4.3 Piston nut (Pengikat Piston) pada silinder hidrolik.
70
Keterangan: = diameter ulir nut = 36 mm B
= w = 1,6 d = 56 mm = tebal nut Piston = 1,2 d = 43 mm
71
4.2
Perhitungan Bagian – Bagian Utama Pompa Hidrolik 4.2.1 Dimensi Pompa Hidrolik. Dimensi pompa hidrolik type gear pump ini terdiri dari sepasang roda gigi dengan dimensi seperti terlihat pada gambar 4.4. Pompa hidrolik ini direncanakan menggunakan jenis external gear pump dengan pressure balancing type gear pump (KOMATSU LTD). Standard dimensi dari pada hydraulic gear pump (KOMATSU LTD, hlm. 3-14-3-15) yang direncanakan ini adalah sebagai berikut :
Gambar 4.4 Dimensi Hidraulic Gear Pump.
72
Keterangan: = Gear Width = 40 mm L
= Gear Casing Width = 130 mm
E
= Side Clearance = 0,1 = 0,15 mm
F˷ Ǿ
= Clearance between casing dan bushing = 84 mm
M
= Modul roda gigi = 3,5 mm
K–J
= Clearance between bearing and shaft. = 36 mm
73
Gear backlash, standard clearance = 0,19 − 0,31 A
= Over all length of bracket side bushing = 42,5 mm
C
= Over all length of cover side bushing = 44,5 mm
J
= Shaft diameter = 36 mm
F
= Casing Inside Diameter (ID) = 84 mm
D
= Seal plate thickness = 7 mm
τ
= tegangan tarik = 18 kgf.m
74
ᶮ
= Effisiensi volumetric pompa pada tekanan 140
/
= 93% pada putaran 2000 rpm dan 88% pada putaran 1000rpm. 4.2.2 Kapasitas Pompa Besarnya kapasitas pompa gear dapat dihitung sebagai berikut (Krist, Thomast, Dr. Ing Hidrolika, hlm. 35 – 37) Jumlah gigi gear, Z. = Dimana: Do
2
= H = Gear Outside Diameter = 84 mm
M
= modul roda gigi = 3,5 mm.
Sehingga:
=
. ,
= 12 pcs
75
Diameter lingkaran kaki roda gigi, = 1,3 .
:
= 1,3 . 12 . 3,5 mm = 54
Jarak antara gigi (pitch), : =
=
.
. 3,5 mm
= 11
Kemampuan volumetric pompa mempunyai afisiensi (pada tekanan kerja 140 kgf/cm2) sebesar 93% dengan putaran maximum sebesar 1850 rpm. jadi besarnya kapasitas gear pump adalah:
= =
− 84
− 54
−
. . . 10 −
/
40 = 8859,16 /
. 1850 . 0,93 . 10
/
76
Jika kebutuhan minyak hidrolik pada lift cylinder adalah = 8859,16 /
maka dengan debit gear pump seperti tersebut diatas dapat mencukupi kebutuhan aliran fluida pada balde lift cylinder. 4.2.3 Daya Pompa. Besarnya daya yang dibutuhkan untuk menggerakan gear pump dengan debit,
= Dimana:
= 8859,16 /
. 450
adalah:
(Training Centre Dept. ℎ
. 3 − 09)
Np
= Daya mesin penggerak pompa.
P
= Tekanan minyak hidrolik hasil pengukuran 140 kgf/cm2
Qp
= Debit pompa hidrolik, 8859,16 /
= 147,65 /
Sehingga: =
147,67 /
.140 450
= 45,48
/
77
Jadi data pompa dengan perhitungan seperti diatas adalah: Type pompa Debit Daya Putaran Tekanan
= Gear pump = 147,65 / = 45,48 = 1850 = 140
/
4.2.4 Konstruksi Pompa Pompa hidrolik direncanakan menggunakan konstruksi jenis external gear pump, secara umum pompa jenis ini sering digunakan pada alat-alat berat yang menggunakan sistem hidrolik sebagai attachment. Konstruksi external gear pump pada jenis ini menggunakan side plate guna mengurangi side clearancenya. Side plate ini dimaksudkan untuk memperkecil terjadinya internal leakage sehingga berdasarkan ini untuk pompa hidrolik dengan klasifikasi PAL/R dan bertekanan 140 dapat digolongkan menjadi
/
pressure balancing type gear pump.
78
Secara detail konstruksi dari pompa hidrolik dan unsur-unsurnya akan ditunjukan pada Gambar. 5.2 (KOMATSU LTD., hlm. 6-2 – 6-3). Bagian pompa hidrolik jenis gear pump ini adalah:
Gambar 4.5 Konstruksi Pompa Hidrolik
79
Keterangan : 1. Bracket
13. U - Ring
2. Case
14. Pin
3. Cover
15. Collar
4. ,5. Gear
16, 17. 0-Ring
6,7,8,9. Bushing Assembly
18. Bolt
10. Pin
19. Waster, Spring
11. Plate
20. Plig
12. Ring
21. Seal
22. Ring
23. Plate
Filename: Directory: Template:
12. BAB 4 hasil revisi 2 satuan siOK_5FEA33.docx C:\Users\PRIMA\AppData\Local\Temp
C:\Users\PRIMA\AppData\Roaming\Microsoft\Templates\Nor mal.dotm Title: Subject: Author: user Keywords: Comments: Creation Date: 7/15/2014 9:24:00 PM Change Number: 19 Last Saved On: 7/20/2014 10:29:00 AM Last Saved By: Ivan Total Editing Time: 557 Minutes Last Printed On: 7/20/2014 3:08:00 PM As of Last Complete Printing Number of Pages: 28 Number of Words: 2,102 (approx.) Number of Characters: 11,036 (approx.)
