perancangan pompa roda gigi pada wheel loader

Upload: novvie-riezky-gengsoolz

Post on 06-Jul-2015

554 views

Category:

Documents


5 download

TRANSCRIPT

  • 5/8/2018 Perancangan Pompa Roda Gigi Pada Wheel Loader

    1/6

    Jurnal Sains dan Teknologi 6(1), Maret 2007: 1-4

    POMPA HIDROLIK TIPE ROD A GIGI UNTUK PENGGERAKSISTEM HIDROLIK PADA WHEEL LOADER

    KAPASITAS ANGKAT BUCKET 3 M3Herisiswanto, Romy

    Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Riau, Pekanbaru 28293ABSTRAK

    Pompa hidrolik dirancang sesuai dengan kebutuhan kerja wheel loader dengan kapasitasangkat bucket 3 rrr', Kebutuhan tekanan pompa maksimum 205 bar (205 kg/ern"), Kecepatanputar pompa roda gigi 2500 rpm, Kapasitas alir (discharge) (Qs) : 187,5 l/mnt. Bahan pompaterbuat dari: 16 MnCr 5 dengan heat treatment Cast Carburized-steel. Data-data lainnya adalahEffisiensi volumetrik pompa 1 1 v = 0,85. Effisiensi mekanis 1 1 m = 0,95. Jumlah gigi zj=12,Rasio roda gigi = 1: 1, Sudut tekan roda gigi, Ub = 28. Rancangan ini menghasilkan dimensipompa: Modul m = 6, Diameter pitch (Dp) = 72 mm Tebal roda gigi = 72 mm, Tinggipuncak (Addendum) h, = 7,5 mm, Diameter puncak roda gigi D, = 84 mm., Diameter kakiroda gigi D, = 58 mm, Jarak antara dua poros a = 72 mm. Daya Pompa hidrolik yangdibutuhkan (Np)= 106,625 HP. Analisa roda gigi dilakukan dengan referensi dari GustaveNiemann: Tegangan patah pada kaki gigi SBl, = 5,467, SB2= 5,507 (SBI dan SB2> 1,8) dantegangan permukaan tak berhingga (long live gear). SGI = 2,721, SG2= 3,001 (SGI dan SG2>1,3) dan memenuhi syarat untuk umur tidak berhingga.Kata kunci: hidrolik, pompa, roda gigi

    ABSTRACTThe hydraulic pump was designed suitable with lifting buckets capacity of wheel loader thathas 3 m' of load ability. The pressure pump maximum is 205 bar (205 kg/ern"). Rotating ve-locity of gear pump is 2500 rpm. Flow capacity (discharge) (Q) is 187.5 I/min. The material ofpump made of 16 MnCr 5 that has heat treatment Cast Carburized-steel. Another data is asfollow: pumps volumetric efficiency n, = 0.85, mechanic efficiency n., = 0.95. The number ofgear Zjis 12, gear ratio is 1:1 and angle pressure of gear (Ub) is = 28. The result of design wasproduced pump dimension as follow: module m = 6, diameter of pitch (Dp) = 72mm, gear thin= 72mm, addendum ha = 7.5 mm, diameter of peak gear Da = 84mm, diameter of gear feed D,= 58 mm and length of two shaft a = 72 mm. The power of hydraulic pump (Np) is 106.625HP. The gear was analysed that refer from Gustave Niemenn: broken tension of food geargigi SB]' = 5,467, SB2= 5,507 (SBldan SB2> 1,8) and surface tension of long live gear SGI =2,721, SG2= 3,001 (SGI dan SG2>1,3) and fulfils of requirement oflong live.Key words: gears, hydraulics, pump

    PENDAHULUANPompa merupakan komponen yang penting dan

    utama dalam rangkaian hidrolik. Pompa menghisapfluida dari tanki dan mengalirkannya ke rangkaianhidrolik (pip a, selang, katup, aktuator dan lainnya)dalam jumlah dan tekanan tertentu. Pompamendapat energi dari luar, pada umumnya dalambentuk gaya momen dan putaran. Dalam sistemhidrolik pada Wheel Loader dengan kapasitasangkat bucket 3 nr', pompa hidrolik mendapat catudaya dari prime mover (engine) yang ditransmisikanmelalui poros input pompa.

    Dimensi atau ukuran pompa haruslah presisiagar mendapatkan kerja yang sesuai denganfungsinya, untuk itu perlu direncanakan dan

    dihitung sesuai dengan kaedah dan rumus yang ada.Dalam rancangan pompa hidrolik untuk penggeraksistem hidrolik pada alat berat "Wheel Loader"dengan kapasitas 3 m' dilakukan untuk mendapatkanukuran yang presisi dan menghasilkan pompa yangefesien dan tahan lama.BAHAN DAN METODEJenis-jenis pompa hidrolikPompa hidrolik dibedakan atas 2 jenis utama, yaitu:1. Positif DisplacementKerj a pompa berdasarkan pada energi statik(potensial), yang termasuk jenis adalah pomparoda gigi (gear pump), Pompa sudu (vane pump),Pompa piston (piston pump).

  • 5/8/2018 Perancangan Pompa Roda Gigi Pada Wheel Loader

    2/6

    Jurnal Sains dan Teknologi 6(1), Maret 2007: 1-5

    2. Non-Positif DisplacementKerj a pompa perdasarkan pada energi kinetik,yang termasuk dalamjenis ini adalah pompa sen-trifugal. (Schmitt, 2000).

    Pada umumnya sistem hidrolik menggunakan pompapositive displacement. Maka pada sistem inidigunakan pompa hidrolik positive displacementdengan type pompa roda gigi hubungan luar(External Gear Pump).Keuntungan- keuntungan pompa roda gigi (Schmitt,2000):1. Mampu memberikan takanan tinggi hingga 3600

    psi (250 bar).2. Memiliki range putaran yang besar, yaitu: 400 sl

    d 6000 rpm.3. Mampu memberikan kapasitas alir yang cukup

    besar hinga 285 lImenit.4. Bentuknya sederhana sehingga mudah dibuat dan

    dirawat.5. Volume pompa relatif kecil sehingga tidak ban-

    yak memerlukan tempat.6. Efisiensi cukup tinggi.

    Prinsip kerja Pompa roda gigiPompa terdiri dari pasangan roda gigi, yaitu rodagigi penggerak (driver) yang disebut dengan rotor,roda gigi ini digerakkan oleh engine, yang berputarmenggerakkan roda gigi pengikut (idler). Disebab-kan diantara gigi-gigi dan rumah pompa terdapatruang yang diisi oleh fluida, dimana fluida yang ter-perangkap di ruang ini terbawa dari bagian inputyang berputar ke bagian output roda gigi. Fluidaberikutnya akan terbawa lagi oleh gigi-gigi ini, danakan menekan fluida tersebut hingga keluar melaluilubang keluaran (output). Hal ini akan berlangsungkembali secara terus menerus selama roda gigiberputar. Adapun komponen-komponen pompa rodagigi tersebut ditampilkan pada Gambar 1.

    T\f 'tP. lir ll~ngir l'I 'h .=.r l1. :t~.lm:,::.a : W ~ i '; . : ; ~ ~ ~: : ~ l : ~ : : I z . ' : ~ t ', C d ol ~g _

    Gambar 1. Bagian-bagian pompa roda gigi

    METODOLOGIDalam perancangan pompa nu Iangkah-langkahyang dilakukan adalah:1. Untuk menghitung dimensi pompa harusdiketahui beberapa faktor (variabel), antara lain:a. Tekanan maksimum pompa, tekanan setting

    relief valve (Pp ) pada rangkaian hidrolik iniadalah: 205 kg/em' (2710 psi).

    b. Kecepatan putaran roda gigi, putaranmaksimum roda gigi (n.) : 2500 rpm.

    c. Kapasitas Pompa., kapasitas alir pompa(discharge) (Q s) : 187,5 lImnt =49,54 gpm.

    d. Bahan pompa terbuat dari: 16 Mner 5dengan heat treatment Cast Carburized-steel.

    e. Data-data lainnya diperlukan adalah: Effisiensi volumetrik ( r y v ) antara 0,7 sid0,9 (Ketagurov, 1990). Diperkirakan r y v =0,85.

    Effisiensi mekanis ( r y v ) antara 0,95 sid0,97 (Ketagurov, 1990)

    Diperkirakan r y m = 0,95. Jumlah gigi, (Zl) antara 6 sid 12.(Ketagurov, 1990)

    Dipilih 12 Rasio roda gigi = 1: 1 Sudut tekan roda gigi, ab = 28

    Variabel-variabel di atas diperlukan untukmenghitung dimensi dasar dari roda gigi antaralain:a. Modul (Ketagurov, 1990), m = (0,24 sid 0.44)

    Qsl/2

    b. Diameter pitch (Sularso & Suga, K., 1999), D,=m.z (mm)

    c. Tebal roda gigi (Sularso & Suga, K., 1999), b= D, sid D, + 8

    Gambar 2. Profil roda gigi2

  • 5/8/2018 Perancangan Pompa Roda Gigi Pada Wheel Loader

    3/6

    d. Tinggi puncak (addendum)h, =k . m + cp (mm) (Sularso & Suga, K.,1999)

    e. Tinggi kaki roda gigi (dedendum)h, = k. m + Ck (mm) (Sularso & Suga, K.,1999)

    f. Diameter puncak roda gigiD, =D, + 2 h, (mm) (Sularso & Suga, K.,1999)

    g. Diameter kaki roda gigiD, =D, - 2. h, (mm) (Sularso & Suga, K.,1999)

    h. Jarak antara dua poros, a=(Dp] + D p2)/ 21. Daya hidrolik yang dibutuhkan (Hozbock,

    1977), N, =5,83 . 10-4 .fk . P, . Qs (HP)J. Daya actual, N =Npl 1 1 t (HP) (Hozbock,1977).

    Rejeksi Zat Organik Air Gambut (Syarfi & Herman)

    2. Analisa kekuatan pompa disesuaikan denganmaterial yang digunakan. Analisa dilakukanterhadap tegangan permukaan agar memenuhisyarat untuk umur tidak berhingga bagi roda gidi(long live gear) untuk pompa tersebut.

    HASIL DAN PEMBAHASAN1. Hasil Perhitungan dimensi dasar dari rodagigiBerdasarkan komponen-komponen dan rumus-rumus yang telah diketahui, maka hasilperhitungan dilihat pada Tabel 1 di bawah ini.

    2. Analisa Kekuatan Roda GigiBahan pompa terbuat dari: 16 Mner 5 denganheat treatment Cast Carburized-steel (Niemann,2004) dengan sifat-sifat:Tegangan tarik maksimum ( C ib ) : 80 sid 100 kglmrr r '

    Tabell. Hasil perhitungan dimensi pompa

    No Komponen perhitungan Rumus HasH KeteranganPerhitungan1 Modul m = (0,24 sid 0.44) x Qsll2 m = 6 Qs Kapasitas alirpompa (llmnt)2 Diameter pitch (Dp) Dp=m.z Dp= 72mm .z : jumlah gigi3 Tebal roda gigi (b)[6] b = D, sid (D, + 8) b=72mm4 Tinggi puncak h, =k.m+cp . h, =6mm. k: faktor tinggi

    (Addendum) (ha) (Sularso kepala roda gigi& Suga, K., 1999) cp Kelonggaranpuncak.gigi =

    5 Tinggi kaki roda .. h, = k. m + Ck .h, = 7,5 mm ck Kelonggaranlgl(Dedendum) (hd) (Sularso puncak.gigi = 0,25& Suga, K., 1999)

    6 Diameter puncak roda D, = D, + 2 h, D;> 84 mmglgl (Da) (Sularso &Suga, K., 1999)

    7 Diameter kaki roda gigi D, = D, -2. h, D, =58 mm(Dj). (Sularso & Suga, K.,1999)

    8 Jarak antara dua poros a = (Dp] + D p2 )/ 2 .a =72mm

    9 Daya hidrolik yang Np = 5,83 . 10-4 .fk . Pp. o , Np = 86,1 HP fk: angka keamanan =dibutuhkan (Hozbock, 1,11977) P, : Tekanan setting

    valve = 2710 psio; Kapasitas alir =49,54 gpm

    10 Daya aktual (N) N = Np/( 1 7 v + 1 7 m ) N = 106,625 HP(Hozbock, 1977)

    3

  • 5/8/2018 Perancangan Pompa Roda Gigi Pada Wheel Loader

    4/6

    Jurnal Sains dan Teknologi 6(1), Maret 2007: 1-5Tabel 2. Analisa kekuatan Roda Gigi (Niemann, 2004)

    No.

    Tegangan kaki efekt if

    Rumus

    10)

    twl- 7,683 kg/nun"tw, ~7,626 kg/nun"

    Keteranganomponen Anali saTor si pada Roda G ig i M~716520Nln

    HasilPerhitungan

    M~ 3050 kg.em Q" Kapasitas alir pompa (lImnt).n=putaran pompa

    Keliling (gaya tangensial) U- 2M!D, U-847,2 kg

    Gaya kel ili ng per leba r r oda g ig i u= 11,77 kglrnm

    4 Intensitas beban nominal B- U/(B.D,) B-0,163kglrnm'

    Kecepatan keliling Jf.D;nV=---60 10-3v - 9,425 mldt

    Faktor- faktor kesalahan roda gigi Kesalahan gigi teoritisf,~ g- (3 + 0,3.m + 0,2 (D,)ll')

    Kesalahan gigi saat pernbuatan :fg =gR. bl12

    Kesa lahan a rab g ig i :fRW~ 0,75.fR + gR.U.C, (m)

    f 2~11, 03 mfRW =8,273 ill

    Dipilih yang paling besar,Yaitu: f=f,

    Untuk kecepatan keliling v = 9,42 mldet,ma ka :Pelurnasan : Splash lubricationPerrnukaan : Fine finished shavedQualitas DIN 3962 : 7g,~2 -g.~1,3

    Faktor-faktor pernbebanan Beban dinamik

    Udyn=U. C-s+O,26. f

    CD~ 1,431Udyn =u. C>, + 0,26. fC,: Faktor kejut : ~ 1,5.~ : Over lap rasioUntuk roda g ig i l uru s b .,=0, sehingga~~O

    Faktor distribusi beban T- 0,352 Cz : Faktor pasangan bahan roda gigi untukpas angan roda g ig i baja dan baja , Cz=1

    Intensitas Beban Efektif Bw-Bs. CD .CT.C Bw= 0 ,406 kg/mnr' CT - 1,176 (dengan interpolasi tabe1221l9)

    10 Kontak rasio x -1,668

    11 Kontak rasio efektif s . . = [l+C S -1) m+VI4]m+ jl4v :Kecepatan kel il ingf :faktor kesalahan.m: modul

    12 Faktor tegangan kaki Pada gigi penggerak: .q, l - 0,677.q" ~ 0,772

    13 Profil perubahan gigi

    Pada gigi digerakkan

    .xr +X2 -1,147

    .xr ~ 0,563

    . X, ~ 0,584

    14 Faktor karena perubahan profil gigi

    1 , 4q ~I= - ; - (- + - 0 , 4 - - - : : - )

    80x+x=3_5-1 2 - (z I Z

    15 Faktor tegangan kaki efektif

    i + 1

    qwl -1,489q , ~ 1 ,478

    16 twl - Zl . qwl . Bwtw2 =Z2 qw2 .n,

    4

  • 5/8/2018 Perancangan Pompa Roda Gigi Pada Wheel Loader

    5/6

    Jurnal Sains dan Teknologi 6(1), Maret 2007: 1-5Tabel2. Analisa kekuatan Roda Gigi (Niemann, 2004) (sambungan)

    HasilNo Komponen Analisa Rumus KeteranganPerhitungan17 Faktor keamanan terhadap patah SBi - 5,467 tn - Tegangan ker ja yang d ii ji nkan bahan ,

    pada kaki gigi SB = TD tn ~ 42 kg-nun"T wi SB2 ~ 5,507

    18 Fak to r sudu t t ekan , unt uk a=02i! ( 1 0 G 1

    y,-0,910{y= I-. . 2. lg G ( . ~O

    19 Faktor tekanan permukaan efektif Yw i ~ y,. Yb/y, Yw i - 2,675 rnenginterpo lasi tabel 22/26Y w 2 =v.. Y b Yw2 ~ 2,41 y,~2,41 YB= 1

    20 Faktor viskositas, untuk Vso - 200.(V)~,4 Vso- 81,53 cSt

    21 Faktor kecepatan 0,6 y,-1,25Yv=O,7\ 1- 8/v222 Tegangan permukaan KD - yo YH Yv . y s . Ko KD- 5,887 kg/nun" - Y o: F aktor bahan dan untuk bahan baja, yo 10 Y H : Fak to r keke ra san, untuk bahan pas angan

    dengan kekerasan sarna, YH=1- Ys: faktor viskosi tas dapat rnenginterpolas i tabel

    22/26ys ~ 0,942

    - 1 < 0 : faktor keamananerdasarkan bahan, Ko =5

    23 Faktor keamanan terhadap tegangan K So. - 2,721 Sa> 1 ,3, Seh ingga per encanaan r oda g ig i cukupperrnukaan SGi= n aman terhadap tegangan permukaan d a nnW + 3'wi (i-i) Sm ~ 3,001 rnernenuhi syarat untuk urnur tidak berhingga(long live gear).

    Tegangan tarik yang diijinkan ( C iD : 42 kg/mnr'Faktor keamanan (Ko) : 5Analisa kekuatan Roda Gigi menggunakanmetode Gustave Niemann. Torsi Gaya keliling Intensitas beban nominal Kecepatan keliling Faktor-faktor kesalahan roda gigi Faktor Pembebanan. Faktor keamananpermukaan.

    terhadap teganganBerdasarkan komponen-komponen dan rumus-rumus yang telah diketahui, maka hasilperhitungan dianalisa dan ditabulasikan dalamTabel2.

    PEMBAHASAN1. Dari analisa kekuatan dalam perancanganterhadap maka terlihat bahwa roda gigi cukupaman terhadap patah (dapat dilihat dari analisano. 17), sehingga memenuhi persyaratan umumtak berhingga, dimana persyaratan untuk ituadalah SBl.SB> 1,8 (Niemann, 2004).Faktor kemanan terhadap patah SBl= 5,467 danSB2 = 5,507 dimana SBI dan SB2 > 1,8(Niemann, 2004) Terlihat bahwa SBl.SB2jauhlebih besar dari 1,8. sehingga perancanaan roda

    gigi ini cukup aman terhadap patah sehinggamemenuhi persyaratan umur tak berhingga.

    2. Dalam rancangan roda gigi ini juga amanterhadap faktor tegangan permukaan, dimanaSo > 1,3 (Niemann, 2004), terlihat dari hasilanailisa no. 23, didapat faktor teganganpermukaan untuk roda gigi penggerak, SOl =2,72 dan faktor tegangan permukaan roda gigiyang digerakkan, SOl =3,01, Dari kedua faktortegangan permukaan ini dihasilkan > 1,3,Sehingga perencanaan roda gigi cukup amanterhadap tegangan permukaan dan memenuhisyarat untuk umur tidak berhingga (long livegear).

    3. Daya hidrolik yang dibutuhkan (N, ) = 86,1HP.

    4. Daya aktual (N) = 106,625 HP.KESIMPULAN DAN SARANDari Perancangan ini didapatkan ukuran roda gigiuntuk pompa hidrolik sebagai berikut:a. Modul (m) = 6b. Diameter pitch (Dp) = 72 mmc. Tebal roda gigi (b) = 72 mmd. Tinggi puncak h,= 6 mm.e. Diameter puncak (Da) = 84 mmf. Diameter kaki (Dd)= 58 mmg. Jarak antara dua poros a = 72 mm

    5

  • 5/8/2018 Perancangan Pompa Roda Gigi Pada Wheel Loader

    6/6

    Jurnal Sains dan Teknologi 6(1), Maret 2007: 1-5Analisa kekuatan roda gigi didapatkan untukpompa hidrolik tersebut sebagai berikut: Torsi Roda Gigi = 3050 kg.em Gaya tangensial = 847,2 kg Gaya keliling per lebar roda gigi = 11,77 kg/mm

    Intensitas beban nominal = 0,163 kgf/mm2. Keeepatan keliling = 9,425 m/det Faktor keamanan terhadap patah pada kaki gigiSBI= 5,467; SB2= 5,507

    Faktor keamanan terhadap tegangan permukaanSOl = 2,72; SOl =3,01

    Dari Analisa roda gigi untuk pompa ini:1. Faktor kemanan terhadap patah SBl= 5,467 SB2= 5,507 dimana SBl.SB2> 1,8 (Niemann, 2004).Peraneanaan terhadap roda gigi eukup amanterhadap patah sehingga memenuhi persyaratanumum tak berhingga

    2. Faktor keamanan terhadap tegangan permukaanSOl = 2,72; SOl =3,01 So> 1,3, (Niemann,2004). Sehingga pereneanaan roda gigi eukupaman terhadap tegangan permukaan danmemenuhi syarat untuk umur tidak berhingga(long live gear).

    3. Daya hidrolik yang dibutuhkan (Np) = 86,1 HP4. Daya aktual (N) = 106,625 HP.Gambar hasil peraneangan ini ditampilkan padagambar 3,4 dan 5 berikut:

    Gambar 3. Penampang pompa roda gigi

    P U I ' O S P e n g g e l 'a k

    Gambar 4. Roda gigi penggerak

    P o e ,s ' 1 '" 9 d i g e ro f fa nW'

    Gambar 5. Roda gigi yang digerakkan

    DAFTAR PUSTAKAHozbock. W.G. 1977. Hydraulics Power andEquipment. New York. Eoton Yale.

    Ketagurov. M. 1990. Marine Auxilery Machinery andSystems. Moskow. Peace Publisher.

    Niemann G. 2004. Elemen Mesin. Jakarta. Erlangga.Schmitt. A. 2000. The Hidraulic Trainer. Instructionand Information on Oil Hydraulics. G.L. RexrothGmbH. Lohr am Main.

    Sularso & Suga, K. 1999. Dasar-Dasar Perencanaandan Pemilihan Elemen Mesin. Pradya Paramita.Jakarta.

    6