NASKAH PUBLIKASI TUGAS AKHIR
ANALISA TORQUE CONVERTER BULLDOZER SHANTUI SD16F
Disusun Sebagai Syarat Untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun oleh: ANANTYO WIDI HANDOKO NIM : D 200 100 020
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA SEPTEMBER 2014
i
ii
ANALISA TORQUE CONVERTER BULLDOZER SHANTUI SD16F Anantyo Widi Handoko, Supriyono, Subroto Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. Ahmad Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura Email:
[email protected]
ABSTRAKSI Torque Converter adalah salah satu komponen utama pada sistem penggerak hidrolik pada alat berat termasuk unit bulldozer. Cara kerja dari torque converter adalah merubah energi mekanis dari putaran engine menjadi energi kinetis (oil flow) kemudian merubahnya kembali menjadi energi mekanis pada shaft outputnya. Tujuan penelitian ini adalah menganalisa Torque Converter, pengaruh tekanan oli hidrolik terhadap kerja torque converter, dan mengidentifikasi terjadinya kasus low power pada unit bulldozer Shantui SD16F. Prosedur
pemeriksaan
pada
torque
converter
yaitu
pemeriksaan secara visual pada hidrolik sistem, elektrik sistem, dan engine. Selain itu, juga dilakukan pengukuran tekanan oli torque converter stall speed untuk mengetahui nilai stall speed pada unit bulldozer yang mengalami trouble, dan pengukuran tekanan oli pada port pressure oil untuk mengetahui besar tekanan oli yang masuk ke torque converter. Hasil dari analisa menunjukkan bahwa penyebab trouble pada torque converter adalah tersumbatnya saluran oli pada torque converter oleh gram yang terjadi akibat pump pada torque converter bergesekan dengan housing torque converter. Sedangkan penyebab terjadinya gesekan tersebut adalah rusaknya ball bearing pada torque converter.
Kata kunci: Torque converter, pressure oil, ball bearing
iii
1.1. LATAR BELAKANG Sistem penggerak pada alat berat terbagi menjadi dua, yaitu sistem penggerak hidrolik dan sistem penggerak mekanik. Sistem penggerak hidrolik mempunyai keuntungan lebih dibandingkan dengan sistem penggerak mekanis, sehingga lebih banyak digunakan pada alat berat. Beberapa keuntungan diantarnya adalah: 1. Pemindahan gaya dan daya lebih halus. 2. Pengaturan tingkat kecepatan dapat dilakukan dengan mudah. 3. Suara yang ditimbulkan saat sistem beroperasi tidak berisik seperti sistem mekanik. Torque converter adalah salah satu komponen utama pada sistem penggerak hidrolik yang berfungsi sebagai penerus tenaga atau daya dari engine ke transmisi yang menggunakan fluida oli sebagai medianya. Berdasarkan informasi dari mekanik dilapangan, Torque Converter pada unit bulldozer sering mengalami trouble (masalah). Maka berdasarkan informasi tersebut, penulis melakukan analisa pada komponen torque converter pada unit bulldozer Shantui SD16F. 1.2. TUJUAN PENULISAN Tujuan dari penulisan Tugas Akhir ini adalah: 1. Mengetahui cara kerja dari komponen-komponen yang ada pada torque converter. 2. Menganalisa pengaruh tekanan oli hidraulik terhadap kerja dari komponen Torque Converter dan juga kerja dari unit. 3. Mengidentifikasi penyebab terjadinya kasus low power pada unit yang diakibatkan trouble pada torque converter. 4. Memberikan rekomendasi tentang cara-cara pemeliharaan dan pencegahan agar trouble yang sama tidak terulang. 1.3. BATASAN MASALAH Untuk memperoleh hasil pembahasan yang lebih terarah dan jelas dalam penulisan Tugas Akhir ini, maka penulis membatasi permasalahan yang akan dibahas pada analisa Torque Converter yang mengalami trouble yang mengakibatkan unit tidak dapat bekerja secara maksimal. 2.1. LANDASAN TEORI Dr. Ing. Thomas Krist, (1991) menjelaskan bahwa hidrolika adalah ilmu yang menyangkut berbagai gerak dan keadaan keseimbangan zat cair. Hidrolika merupakan cabang dari ilmu perihal arus zat cair yang melalui pipa-pipa tertutup maupun dalam kanalkanal terbuka dan sungai-sungai. Hidrolika mengandung arti suatu
iv
ilmu tentang semua proses mekanis dimana berbagai gerak dan gaya dialihkan dengan bantuan zat cair. Disini hidrolika adalah bagianbagian dari sebuah mesin atau instalasi dimana berbagai proses hidrolik berlangsung. Pada unit alat berat, arus atau aliran fluida (zat cair) bekerja melalui pipa-pipa tertutup atau sering disebut dengan sistem hidrolik. Sistem hidrolik adalah suatu sistem yang menggunakan fluida sebagai media kerjanya, dan fluida yang digunakan pada sistem hidrolik alat berat adalah oli. Sistem hidrolik bekerja menerapkan hukum Pascal yaitu,”Tekanan yang diberikan zat cair didalam ruang tertutup diteruskan zat cair itu kesegala arah dengan sama besar”. Sedangkan cara kerja dari sistem hidrolik pada alat berat yaitu merubah energi mekanis dari sumber tenaga (engine) menjadi energi kinetis (energi tekanan fluida) yang kemudian energi tersebut dirubah kembali menjadi energi mekanis pada silinder hidrolik untuk melakukan kerja. Sifat-sifat Fluida Cair Fluida cair mempunyai beberapa sifat dasar yang melekat, termasuk pada alat berat yang akan terlihat setelah fluida tersebut melewati masa kerja tertentu. Berikut beberapa sifat-sifat fluida: 1. Viskositas, adalah sifat yang dimiliki oleh semua fluida nyata. Viskositas (kekentalan) fluida besarnya dapat ditentukan melalui pengukuran terhadap tingkat hambatan yang ditimbulakan pada aliran fluida yang bersangkutan. 2. Kemampu mampatan, dalam hal ini fluida cair memiliki sifat tak termampatkan (incompressible). Karena ketika diberi tekanan, fluida cair tidak mengalami perubahan massa jenis. 3. Titik beku, adalah temperatur dimana fluida cair membeku dan berhenti mengalir. Untuk mesin-mesin yang bekerja dilapangan, pada umumnya titik beku yang diinginkan antara 20 sampai -30oC. Suatu sifat yang penting dari fluida untuk temperatur rendah adalah sifat mencair pada udara dingin. Oli Hidraulik Jumlah penggunaan sistem hidrolik yang besar dengan masing-masing persyaratan yang dibutuhkan, dapat diambil kesimpulan bahwa apa yang diartikan dengan oli hidrolik tidak hanya menyangkut satu oli hidrolik, melainkan serangkaian oli khusus. Pada prinsipnya suatu cairan tekan dalam instalasi hidrolik harus memiliki beberapa fungsi penting, diantaranya adalah:
v
1. Transmitting Power (meneruskan tenaga), berfungsi untuk meneruskan tenaga dari tempat satu ketempat yang lain. 2. Melapisi komponen sistem hidraulik yang saling berhubungan secara mekanikal antara komponen satu dengan yang lainnya (membentuk oil film). 3. Cleaning (pembersih), oli hidrolik harus berfungsi sebagai pembersih. Oli hidrolik akan membawa kotoran dari sistem yang akan dibawa ke tangki hidraulik yang kemudian kotoran tersebut akan disaring oleh oil filter pada tangki hidrolik. 4. Cooling (pendingin). Saat sistem hidrolik bekerja merubah energi mekanis menjadi energi kinetis akan menimbulkan panas. Oli hidrolik yang bergerak dalam sistem akan mentransmisikan panas tersebut ke sistem pendingin sehingga temperatur kerja tetap terjaga. 2.2. TORQUE CONVERTER Torque Converter adalah suatu komponen power train yang terletak diantara engine dan transmisi. Prinsip kerja dari Torque Converter adalah merubah tenaga mekanis dari engine menjadi energi kinetis (oil flow) dan merubahnya kembali menjadi energi mekanis pada shaft outputnya.
Gambar 1. Power train Torque converter Keterangan: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Engine Torque Converter U-Joint Transmission Final Drive Steering clutch Steering Break
vi
Prinsip Kerja Komponen Torque Converter Berikut gambar skematik komponen utama dari torque converter.
Gambar 2. Skematik komponen utama torque converter Pada umumnya torque converter terdiri dari tiga komponen utama, yaitu: 1. Pump / impeller (pompa), dipasang atau dihubungkan dengan flywheel oleh drive case dan digerakkan langsung oleh engine. Ketika engine berputar, maka pump juga akan ikut berputar sesuai dengan putaran engine sehingga oli hidrolik yang ada didalam torque converter akan ikut terlempar karena gaya sentrifugal dan bentuk dari konstruksi pump itu sendiri.
Gambar 3. Pump torque converter 2. Turbin (runner), terpasang pada output shaft dan berfungsi merubah energi kinetis menjadi energi mekanis pada shaft output.
Gambar 4. Turbin torque converter
vii
3. Stator, terpasang pada shaft yang tetap pada housing yang berfungsi mengarahkan oil flow dari sudu-sudu pump sesuai dengan putaran pump, sehingga oil flow yang masih mempunyai tenaga kinetis akan membantu mendorong dan memperingan kerja pump dan selanjutnya akan memperbesar tenaga kinetis dari outlet pump berikutnya.
Gambar 5. Stator torque converter
Selain tiga komponen utama ada beberapa komponen pendukung lain seperti: 1. Torque converter relief valve yang berfungsi untuk membatasi tekanan maksimum yang akan masuk ke dalam torque converter sebesar 0.7-0.9 Mpa. Letak torque converter relief valve berada di sisi inlet dari toque converter.
Gambar 6. Relief valve
viii
2. Regulator valve, yang berfungsi mencegah terjadinya gelembunggelembung udara pada oli didalam torque converter akibat perbedaan tekanan udara didalam torque converter dan udara luar. Tekanan regulator valve sebesar 0.2-0.4 Mpa.
Gambar 7. Regulator valve 3. Scavenging pump, berfungsi untuk mengembalikan oli dari torque converter case ke transmission case. Scavenging pump digerakkan oleh roda gigi yang ada pada sisi pump torque converter dan selalu bekerja apabila engine dijalankan.
Gambar 8. Scavenging pump 4. Bearing (bantalan gelinding), berfungsi menumpu shaft pump torque converter sehingga gerakan putaran shaft menjadi lebih halus, aman, dan usia pakai shaft lebih lama.
Gambar 9. Bearing
ix
Usia pakai bearing secara teoritis dapat dihitung dengan rumus: a. Faktor kecepatan (fn) fn = (33.3 / n)1/3 dimana: n= kecepatan putar engine (rpm) b. Faktor umur (fh) fh = fn · C/P dimana: C=kapasitas nominal bantalan dinamis P=daya kerja maksimum c. Umur nominal bearing (Lh) Lh = 500 · (fh)3 Sirkuit Hidrolik
Gambar 10. Sirkuit hidraulik Keterangan: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Transmission oil case Strainer Transmission oil pump Transmission oil filter Transmission control valve Relief valve Pump (Impeller) Turbine (runner) Stator Torque converter temp gauge Torque converter regulator valve Oil coolar
x
13 Torque converter oil case 14 Scavenging pump 15 Oil filter by pass valve Dalam torque converter, impeller berfungsi memompa dan mendapatkan pasokan oli dari transmission oil case yang disuplai oleh transmission oil pump melalui transmission control valve. Pressure yang masuk ke torque converter dibatasi oleh torque converter relief valve dan pressure yang keluar dari torque converter dibatasi oleh regulator valve.
xi
3.1. PROSEDUR PEMERIKSAAN TORQUE CONVERTER LOW POWER Diagram Alir Prosedur Pemeriksaan MULAI
PEMERIKSAAN VISUAL
1. 2. 3. 4.
HIDROLIK SISTEM ELEKTRIK SISTEM COOLING SISTEM ENGINE
BAIK
RUSAK
PERBAIKAN
PROSES PENGUKURAN
1. PENGUKURAN TORQUE CONVERTER STALL SPEED 2. PENGUKURAN PADA PORT PRESSURE OIL
RUSAK
PERBAIKAN BAIK PROSES DISASSEMBLY TORQUE CONVERTER
PROSES PEMERIKSAAN TORQUE CONVERTER
ANANLISA DAN LANGKAH PERBAIKAN
Gambar 3.1.Flow Chart Prosedur Pemeriksaan Torque Corventer
xii
3.2. TAHAPAN PEMERIKSAAN Langkah pemeriksaan dan pengukuran yang dilakukan adalah: 1. Pemeriksaan secara visual pada unit terutama pada cooling system, hydroulik system, electrical system, dan engine. 2. Melakukan pengukuran torque converter stall speed dan pengukuran tekanan oli pada port pressure oil. Proses Pengukuran Stall Speed dan Tekanan Oli Proses pengukuran tekanan oli pada torque converter bertujuan supaya tekanan oli pada sistem hidrolik torque converter diketahui besarnya. 1. Pengukuran stall speed, dimana pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui nilai stall speed pada unit yang mengalami trouble. Standard dari stall speed adalah 1600±70 rpm. 2. Pengukuran tekanan oli pada port pressure oil yang bertujuan untuk mengetahui nilai tekanan oli yang akan masuk ke torque converter.
Gambar 12. Port pressure oil pada bulldozer Shantui SD16F Keterangan gambar: A: Port tekanan oli steering kanan B: Port tekanan oli steering kiri C: Port tekanan oli rem kanan D: Port tekanan oli rem kiri E: Port pengecekan oli yang masuk ke torque converter F: Port pengecekan oli yang keluar dari torque converter G: Port pengecekan tekanan oli transmisi Pengukuran tekanan torque converter relief valve (oli yang masuk ke torque converter). Nilai standard yaitu 0.4-0.6 Mpa (low speed) dan 0.7-0.9 Mpa (high speed). Hasil dari pengukuran yaitu 0.5 Mpa (low speed) dan0.72 (high speed). Pengukuran tekanan torque converter regulator valve (oli yang keluar dari torque converter). Nilai standard yaitu 0.1-0.3 Mpa (low speed) dan 0.2-0.4 Mpa (high speed). Sedangkan hasil pengukuran yaitu 0.1 Mpa pada high speed.
xiii
Hasil Dari Pemeriksaan Hasil pemeriksaan secara visual dari unit pada sistem hidrolik, sistem elektrikal, sistem pendingin semua dalam kondisi normal. Sedangkan hasil dari pengukuran tekanan oli pada sistem hidraulik didapati nilai pressure dari torque converter regulator valve berada dibawah standard yang seharusnya 0.2-0.4 Mpa pada high speed, yang didapat saat dilakukan pengukuran hanya 0.1 Mpa. 4.1. ANALISA TORQUE CONVERTER Analisa Kerusakan Torque Converter Dari hasil pemeriksaan secara visual dan pengukuran tekanan oli hidrolik yang telah dilakukan, dapat diambil kesimpulan bahwa terjadi kerusakan pada komponen torque converter. Dan setelah dilakukan disassembly dapat diketahui bahwa pump torque converter mengalami scratce parah yang menyebabkan gram. Gram tersebut menutupi saluran oli sehingga sirkulasi oli pada sistem hidraulik terganggu.
Gambar 13. Pump scratce akibat gesekan Penyebab dari scratce pada pump torque converter adalah rusaknya bearing pada shaft torque converter yang mengakibatkan pump torque converter oblak (endplay besar). Analisa Bearing Pada Shaft Torque Converter Penyebab utama dari kerusakan torque converter adalah bearing yang rusak, sedangkan usia dari unit saat trouble masih sedikit (hour meter=557,8 jam). Bearing yang digunakan pada shaft torque converter bulldozer Shantui SD16F adalah jenis deep groove ball bearing open type. Dan jika dihitung dalam hari dan jam kerja perhari adalah 16 jam kerja, maka usia bearing: = 557,8 = 34,8 ℎ ℎ ℎ = 16 bearing berumur 34,8 hari, sedangkan standard usia bearing dapat dihitung secara teoritis dengan data yang diperoleh dari katalog bearing “NTN” dan katalog produk bulldozer Shantui SD16F.
xiv
Kapasitas nominal dinamis (C) Kapasitas nominal statis (Co) Diameter dalam (d) Diameter luar (D) Daya kerja maksimum (P) Kecepatan putar kerja rata-rata (n) Kecepatan putar kerja maksimal (nmax) Tabel 1. Data bearing Kode Nilai C
7300 kgf
Co
4600 kgf
d
55 mm
D
120 mm
P
120 Kw
n
1850 rpm
nmax
2500 rpm
1. Faktor kecepatan (fn) fn = (33.3 / n)1/3 fn = (33.3 / 1850)1/3 fn = 0.26
(Sularso, hal:136)
jika digunakan pada putaran maksimal kerja: fn(max) = (33.3 / nmax)1/3 fn(max) = (33.3 / 2500)1/3 fn(max) = 0.24 2. Faktor umur (fh) fh = fn · C/P (Sularso, hal:136) fh = (0.26) · 7300/120 fh = 15.8 jika digunakan pada putaran maksimal kerja: fh(max) = fn(max) · C/P fh(max) = (0.24) · (1630/120) fh(max) = 14.6 3. Umur nominal bearing (bantalan gelinding) (Lh) Lh = 500 · (fh)3 (Sularso, hal:136) 3 Lh = 500 · (15.8) Lh = 1979654.68 jam Jika digunakan pada putaran maksimal kerja: Lh(max) = 500 · (fh(max))3 Lh(max) = 500 · (3.26)3 Lh(max) = 1552872.8 jam
xv
4. Umur bearing jika 16 jam kerja perhari dan putaran kerja rata-rata:
16
ℎ
×
1979654.7 /ℎ × 365ℎ
ℎ ℎ
/ ℎ
ℎ
= 33.6 ℎ
Tabel 2. Hasil PerhitunganUsia bearing n (putaran engine) (rpm) 1850 1850 2500 2500
fn (faktor kecepatan)
fh (faktor umur)
0.26 0.26 0.24 0.24
15.82 15.82 14.59 14.59
Lh (umur nominal) (jam) 1979654.6 1979654.6 1552872.8 1552872.8
Jam kerja perhari (jam) 16 24 16 24
Usia bearing (tahun) 33.6 22.5 26.3 17.7
Dari tabel diatas dapat dilihat bahwa usia pakai bearing apabila digunakan pada putaran kerja maksimal dari engine dan jam kerja perhari maksimal, bearing masih bisa bertahan selama 17 tahun 7 bulan dengan asumsi pembebanan dinamis (C=7300 kgf) dan statis (Co=4600 kgf) atau sesuai standard dari produsen bearing. Jadi kerusakan pada usia pakai bearing yang tergolong singkat dapat mengindikasikan karena adanya pembenanan yang melebihi kapasitas atau bahkan kualitas bearing yang digunakan tidak sesuai dengan kualitas yang ditentukan untuk digunakan pada shaft torque converter. Karena dilihat dari konstruksinya, bearing pada shaft torque converter hanya menerima beban radial dari putaran engine.
Gambar 14. Konstruksi Torque Converter 4.2. LANGKAH PERBAIKAN Setelah dilakukan proses analisa dan telah diketahui penyebab utama kerusakan adalah rusaknya bearing yang menyebabkan beberapa komponen lain juga mengalami kerusakan,
xvi
maka langkah selanjutnya dilakukan perbaikan penggantian part yang mengalami kerusakan.
dengan
cara
Tabel 3. Penggantian Komponen Komponen O-ring Ball Bearing Gasket Pump Assy O-ring
Part Number GB3452-1-82 GB276-82 16Y-02A-00027 16Y-11-00001 07000-63040
Qty 2 1 1 1 1
5.1. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Dari hasil pembahasan pada bab sebelumnya, maka penulis dapat mengetahui berbagai komponen dan cara kerja dari torque converter unit bulldozer Shantui SD16F sebagai berikut: a) Cara kerja dari Torque Converter adalah merubah energi mekanik dari Engine (input shaft) menjadi enegi kinetis (oil flow) yang kemudian dirubah kembali menjadi energi mekanik pada output shaftnya. b) Tekanan oli hidrolik pada Torque Converter berpengaruh sebagai sumber tenaga hidrolik yang akan digunakan untuk sistem berikutnya. Contohnya oli pada Regulator Valve, ketika tekanan oli pada regulator valve kurang dari standar yang ditentukan (OMM), maka regulator valve tidak akan bekerja, sehingga aliran oli hidrolik tidak dapat diteruskan ke sistem Torqflow Transmission tidak akan maksimal. c) Tersumbatnya regulator valve yang menyebabkan tekanan oli tidak sesuai standar dari OMM (Operational Maintenance Manual) dimana standar pressure regulator valve adalah 0.2-0.4 Mpa (high speed) dan 0.1-0.3 Mpa (low speed), dan juga tersumbatnya saluran oli lainnya akibat adanya gram dari pump torque converter yang bergesekan dengan housing torque converter. Sehingga oli tidak dapat diteruskan ke torqflow transmission yang mengakibatkan unit menjadi low power. Dan penyebab utama dari trouble tersebut adalah rusaknya bearing yang mengakibatkan pump torque converter menjadi besar end play-nya (oblak). Rusaknya bearing tersebut karena kualitas bearing yang tidak sesuai dengan standar untuk digunakan pada torque converter bulldozer SHANTUI SD16F. Saran
xvii
Untuk menjaga performa dan kondisi bulldozer Shantui SD16F selalu dalam keadaan yang baik, maka harus dilakukan perawatan secara berkala dengan mengikuti petunjuk dari buku operasional dan perawatan manual (OMM=Operational Maintenance Manual). Hal ini dilakukan agar unit bulldozer Shantui SD16F selalu dalam keadaan: 1. Siap pakai (high avability) 2. Kemampuan prima (best performance) 3. Biaya perbaikan dan perawatan lebih hemat (reseneble repair cost).
xviii
DAFTAR PUSTAKA
Isya
Ansyari (2013). Sejarah Singkat http://learmine.blogspot.com/2013/05/sejarah-singkatbulldozer.html#ixzz2yJ7iqMAV, 28 JUNI.
Bulldozer.
Krist, Dr. Ing. Thomas. 1991. Hidraulika, Cetakan ke-1. Jakarta : Erlangga. Makrup, Lalu. 2001. Dasar-Dasar Analisis Aliran di Sungai dan Muara. Jogjakarta : UII Press. Niemann, G. 1994. Elemen Mesin. Jakarta : Erlangga. Stolk, Ir. Jac (IRWE), Ir. C. Kros : Hendarsin H., Abdul Rachman A. (Alih Bahasa). 1993. Elemen Mesin, Elemen Konstruksi dari Bangunan. Jakarta Pusat : Erlangga. Suga, Kiyokatsu, Ir. Sularso, MSME. 1997. Dasar Perencanaan Dan Pemilihan Elemen Mesin. Jakarta : PT. Pradnya Paramita. Team Pengembang Vokasi. 2013. Basic Trouble Shooting. Surakarta : Sekolah Vokasi. Team Pengembang Vokasi. 2013. Torqflow Drive System. Surakarta : Sekolah Vokasi. Team Pengembang Vokasi. 2013. Hydraulic System. Surakarta : Sekolah Vokasi. Yuwono, Ir. Nur. 1984. Hidrolika. Jogjakarta : PT. Hanindita.
xix
xx
