1

Hydraulic

I. Dasar-Dasar Hidrolik

Sistem hidrolik mempunyai peran sangat penting dalam operasi alat berat. Prinsip-prinsip

dasar hidrolik digunakan ketika merancang dan mengoperasikan sistem hidrolik untuk implement

atau attachment, sistem steering, sistem brake, dan sistem power train. Bahkan dalam kehidupan

sehari-hari, tidak terlepas dari peralatan yang memanfaatkan prinsip-prinsip dasar hidrolik,

misalnya: dongkrak dll.

Prinsip-prinsip hidrolik berlaku ketika menggunakan cairan yang bertekanan sebagai media

untuk melakukan kerja. Untuk itu ada beberapa hukum yang harus dipahami dan akan dijelaskan

pada pembahasan berikut.

I.1 Penggunaan Cairan Dalam Sistem Hidrolik

Gb. 1.1 Zat Cair

Beberapa alasan mengapa menggunakan zat cair dalam sistem hidrolik:

Cairan mengikuti bentuk wadah (tempat) dimana cairan itu berada. Ruang atau volume

yang ditempati oleh zat cair tadi dinamakan “displacement”.

Zat cair tidak dapat dimampatkan (non-compressible)

Zat cair meneruskan tekanan ke semua arah (lihat gambar 1-2), mengikuti bentuk dari

wadah. Zat cair mengalir ke segala arah melalui pipa-pipa dan hose dalam berbagai

ukuran dan bentuk.

3

Contoh soal

Seperti contoh yang terdapat pada gambar di atas, 500 Pound gaya yang bekerja pada piston

kecil dengan jari-jari 2 inchi, menghasilkan tekanan sebesar 40 Pound per Square Inch (Psi).

Tekanan yang sama akan mampu mendukung piston besar dengan jari-jari 3 inchi dengan

berat beban 1130 Pound. Dengan rumus yang sederhana berdasarkan hukum Pascal, dapat

dijelaskan hubungan antara gaya (Force), Tekanan (Pressure) dan Luas penampang (Area).

I.2.1 Formulasi Pascal

Force (gaya) adalah sesuatu yang menyebabkan benda diam menjadi bergerak, benda yang

bergerak lurus menjadi berbelok dan sebagainya.

Gaya biasanya dinyatakan dalam:

Pounds (Lbs)

Kilogram (Kg)

Newton (N)

Pressure (Tekanan), adalah gaya yang bekerja pada setiap satuan luas penampang. Pressure

biasanya dinyatakan dalam:

Pounds per Square Inch (Psi)

Kilogram per Centimeter Persegi (Kg/Cm²)

KiloPascal (Kpa)

Area (Luas penampang/permukaan), biasanya dinyatakan dalam:

Square Inch (Inch²)

Millimeter persegi (mm²)

Centimeter persegi (cm²)

Gb. 1.5 Formulasi Pascal

Luas permukaan yang berbentuk lingkaran dapat dihitung dengan rumus berikut:

Area = r²

Jika jari-jari lingkaran (r) adalah 2 inch, maka:

5

Rumus yang digunakan adalah:

Pressure = ForceArea

Pressure = 50 lbs = 50 psi1 in²

Sekarang sudah didapatkan pressure yang ada di dalam sistem sehingga bisa dihitung force

dari load untuk cylinder satu dan tiga dan piston area untuk cylinder 4. Hitung load pada cylinder

satu dan tiga dengan menggunakan rumus: Force sama dengan Pressure kali Area (Force =

Pressure Area). Hitung cylinder nomor empat piston area dengan menggunakan rumus: Area

sama dengan Force dibagi Pressure (Area = Force : Pressure ).

Jawaban:

Load pada cylinder 1 adalah 250 lbs, load pada cylinder 3 adalah 150 lbs, sedangkan

Area pada piston nomor 4 adalah 2 in².

I.3 Orifice

Berbicara masalah hidrolik, hal yang umum dipakai adalah istilah “Pump Pressure” (Tekanan

Pompa). Tetapi perlu diingat bahwa pompa tidak menghasilkan pressure. Pompa hanya

menghasilkan ‘Flow’ (aliran fluida/oli). Jika flow-nya dihambat, maka akan timbul pressure.

Pada gambar 7.a pump flow yang melalui pipa adalah 1 GPM (Gallon Per Minute). Pada gambar

tersebut, tidak ada hambatan untuk mengalir melalui pipe. Oleh sebab itu pembacaan pressure

adalah 0 (zero) untuk kedua gauge.

Gb. 1.7a Tanpa Orifice dan Gb. 1.7b Ada Orifice

Pressure = Force : Area

7

I.3.2 Type Dasar Circuit

Ada dua type dasar dari circuit, yaitu: Series dan Parallel.

Gb. 1.9 Hambatan Serie

Pada gambar di atas, pressure 620 kPa (90 psi) diperlukan untuk mengalirkan 1 GPM oli

melalui circuit.

A. Hambatan Serie

Orifice atau relief valve yang dirangkai serie pada hidrolik circuit akan menimbulkan resistance

(hambatan) yang mirip dengan resistor yang dirangkai serie pada circuit electric dalam mana oil

harus mengalir melalui masing-masing resistance. Total resistance sama dengan jumlah dari

masing-masing resistance.

B. Hambatan Parallel

Dalam sebuah sistem dengan circuit parallel, pump oil akan mempunyai prioritas untuk

mengalir melalui resistance yang paling kecil lebih dahulu.

Pada gambar di bawah pompa men-supply oli ke tiga circuit parallel. Circuit tiga mendapatkan

prioritas yang paling rendah. Circuit satu mendapatkan prioritas yang paling tinggi (lihat

besarnya tension/tekanan spring pada masing-masing check valve).

Gb. 1.10 Hambatan Pararel

9

Hydraulic

II. Komponen-Komponen Hydraulic

II.1 Tangki Hidrolik

II.1.1 Komponen Oil Tank

Fungsi utama dari hydraulic oil tank adalah untuk menyimpan oli. Akan tetapi oil tank juga

mempunyai beberapa fungsi lain. Oil tank harus bisa menyerap panas dan memisahkan udara dari

oli.

Gb. 2.1Tangki Hidrolik

Oil tank harus cukup kuat, punya kapasitas yang cukup dan bisa memisahkan kotoran-

kotoran. Hydraulic oil tank biasanya tertutup, tetapi tidak selalu.

Komponen oil tank seperti terlihat pada gambar di atas:

Fill Cap, menjaga kotoran masuk lewat lubang yang dipakai untuk mengisi dan

menambahkan oli ke dalam tangki serta menjaga/menutup pressurizes tank.

Sight glass, digunakan untuk meng-check level/permukaan dari oli. Level oli seharusnya

di-check saat oli masih dalam keadaan dingin. Level oli akan benar bila permukaanya di

tengah-tengah sight glass.

Supply dan Return Lines, Supply lines (hose menuju pompa) memungkinkan oli

mengalir dari tangki ke sistem. Return lines (saluran kembali) memungkinkan oli mengalir

dari sistem ke tangki.

Drain, terletak di bagian bawah tangki. Drain (saluran pembuangan) digunakan untuk

membuang oli lama dari tangki. Saluran drain juga memungkinkan air dan endapan lain

dalam oli dibuang.

11

B. Vented Tank

Gb. 2.3 Vented Tank

Gambar 2.3 menunjukkan Vented tank atau Non-Pressurized tank. Tangki ini berbeda dengan

pressurized tank, dimana pada vented tank mempunyai breather (lubang pernapasan). Breather

memungkinkan udara keluar masuk dengan bebas. Atmospheric pressure di atas oli menekan

oli keluar dari tangki menuju ke sistem. Breather mempunyai screen yang mencegah kotoran

masuk ke dalam tangki.

II.1.3 ISO Simbol

Gambar 2.4 memperlihatkan ISO simbol untuk vented dan pressurized hydraulic tank.

Gb. 2.4 Vented Tank

Vented hydraulic tank simbol hanya berbentuk kotak/segi empat dengan bagian atasnya

terbuka. Sementara pressurized tank simbol digambarkan dengan kotak/segi empat yang tertutup.

Gambar tangki terlihat digambarkan dengan hydraulic lines untuk mempermudah

pengertian).

II.1.4 Fungsi dari Hydraulic Fluid (Oil)

Fluid (Zat cair) adalah Non-Compressible. Oleh sebab itu fluid dapat men-transmit power

saat itu juga dalam sebuah sistem hidrolik. Sebagai contoh, minyak tanah ter-compress sekitar 1%

untuk setiap 2000 psi. Oleh sebab itu minyak tanah dapat mempertahankan volumenya secara tetap

13

Pada saat oil bergerak melalui sistem, panas akan merambat dari komponen-komponen yang

lebih hangat ke cooler. Oil akan memberikan panas tersebut ke reservoir atau cooler yang telah

di-design untuk menjaga oil temperature tidak melebihi batas.

E. Cleaning

Fungsi lain dari oil adalah membersihkan. Meskipun pada hidrolik tank sudah ada screen,

bukan tidak mungkin kotoran debu akan masuk ke dalam sistem. Kotoran-kotoran ini akan

dibawa oleh oil ke tangki yang kemudian akan ditangkap oleh filter yang ada di dalam tangki.

Disamping fungsi-fungsi tersebut di atas oil juga bisa mencegah karat dan korosi pada

komponen-komponen metal, mencegah oil membentuk buih dan oksidasi, memisahkan udara,

air serta kotoran yang lain dan juga menjaga oil dari perubahan temperature yang besar.

II.1.5 Viscosity (Kekentalan)

Viskositas adalah hambatan terhadap oil untuk mengalir pada temperature tertentu. Jika zat

cair mengalir dengan mudah, maka berarti mempunyai viscosity yang rendah. Zat cair yang tidak

mudah mengalir, berarti mempunyai viscosity yang tinggi.

Viskositas zat cair dipengaruhi oleh temperature. Bilamana zat cair menjadi lebih panas,

maka viskositasnya akan menjadi lebih rendah. Begitu juga bilamana zat cair-nya menjadi lebih

dingin, maka viskositasnya akan naik.

Contoh yang sangat mudah adalah minyak sayur dimana viskositas akan berubah bila

temperature-nya berubah. Bila minyak sayur ada dalam kondisi dingin, maka dia akan terasa kental

dan lambat untuk dituangkan. Setelah dipanaskan, maka minyak tersebut akan menjadi lebih encer

dan mudah dengan cepat dituangkan.

II.1.6 Viscosity Index

Viscosity Index (VI) adalah ukuran kekentalan zat cair seiring dengan berubahnya

temperature. Jika zat cair relative tetap di berbagai temperature, maka dikatakan zat cair tersebut

mempunyai Viskosity Index (VI) yang tinggi. Jika zat cair menjadi lebih kental pada temperature

rendah dan sangat encer pada temperature tinggi, maka zat cair tersebut mempunyai Viscosity

Index yang rendah. Pada kebanyakan hydraulic system, fluida dengan Viscosity Index yang tinggi

diperlukan daripada fluida dengan Viscosity Index yang rendah.

II.1.7 Petroleum Oil

Semua petroleum oil akan menjadi lebih encer seiring dengan kenaikan temperature.

Sebaliknya, jika temperature turun akan menjadi lebih kental. Jika viskositas terlalu rendah, maka

akan ada banyak kebocoran melalui seal dan lewat sambungan-sambungan. Jika viskositas terlalu

tinggi maka kemungkinan operasinya menjadi lebih berat sehingga memerlukan extra power untuk

mendorongnya melalui system. Viskositas dari petroleum oil dinyatakan dengan SAE (Society of

Automotive Engineers) numbers: 5W, 10W, 20W, 30W, 40W, dan lain-lain. Semakin kecil angkanya,

15

II.2 Hydraulic Pump

Gb. 2.6 Hydraulic Pump

Hydraulic Pump mentransfer mechanical energy ke hydraulic energy. Ini adalah suatu alat

yang mengambil energy dari satu sumber (engine, electric motor, dll) dan mentransfer energy

tersebut menjadi bentuk hydraulic. Pompa mengisap oil dari tangki dan mendorongnya ke dalam

sebuah hydraulic system yang disebut sebagai ‘Flow’. Semua pompa menghasilkan oil flow dengan

cara yang sama. Proses vacuum akan terjadi pada pump inlet. Atmospheric pressure yang lebih

tinggi akan mendorong oil melalui inlet passage dan masuk ke dalam pump inlet chamber. Gear-

gear yang ada di dalam pompa akan membawa oil ke pump outlet chamber. Volume dari chamber

akan mengecil saat chamber tersebut mendekati outlet. Hal ini akan memperkecil ukuran chamber

dan mendorong oil keluar melalui outlet passage. Pompa hanya menghasilkan flow (gallon per

menit, liter per menit, cubic centimeter per revolution, dll) yang akan digunakan di hydraulic

system. Pompa tidak menghasilkan atau menyebabkan “pressure”. Pressure disebabkan oleh

hambatan terhadap aliran. Hambatan dapat disebabkan oleh flow melalui hose, orifice, fitting,

cylinder, motor atau apapun yang ada di dalam system yang menghalangi flow menuju ke tangki.

Ada dua pompa: Positive dan Non-Positive displacement pump.

Gb. 2.7 Hydraulic Motor

17

II.2.1.1 Gear Pump

Pompa gear terdiri dari beberapa komponen seperti gambar di atas. Bearing dipasang pada

housing dan flange mounting-nya di sisi gear-gear-nya untuk mendukung gear shaft selama

berputar.

Gear pump termasuk positive displacement pump. Gear pump menghasilkan jumlah oil yang

sama pada setiap putaran dari input shaft. Pump output dikontrol dengan merubah kecepatan dari

putaran. Pressure operasi maksimum dari gear pump dibatasi sampai 4000 psi. Pembatasan

pressure ini dilakukan karena adanya ketidakseimbangan hydraulic yang menjadi sifat dan ada pada

gear pump design. Ketidakseimbangan hydraulic akan menghasilkan beban pada satu sisi pada

shaft yang dilawan oleh bearing dan roda gigi yang bersentuhan dengan housing. Gear pump

menghasilkan volumetric efisiensi di atas 90% pada saat pressure tetap berada pada range operasi

yang diijinkan.

A. Gear Pump Flow

Output flow dari sebuah pompa gear ditentukan oleh kedalaman gigi dan lebar gigi. Banyak

dari produsen gear pump men-standard-kan pada kedalaman gigi dan profil yang ditentukan

oleh jarak garis tengah antara gear shaft (1.6”, 2.0”, 2.5”, 3.0”). Dengan standard yang

mengacu pada kedalaman gigi dan profil, perbedaan flow dari pompa praktis ditentukan oleh

lebar gigi.

Gb. 2.9 Gear Pump Flow

Pada saat pompa berputar, oli dibawa diantara roda gigi dan housing dari sisi inlet

menuju ke sisi outlet dari pompa. Arah perputaran drive gear shaft ditentukan oleh lokasi dari

inlet dan outlet port. Pada kebanyakan gear pump, diameter inlet port lebih besar dari pada

outlet port. Pada bidirectional pump dan bidirectional motor, ukuran inlet dan outlet port akan

sama.

19

D. Gear Pump with Pocket

Gb. 2.11 Gear Pump with Pocket

Gear pump dengan housing yang di-machining dengan ‘pocket’ untuk roda gigi-nya

mempunyai radius dari pocket wall menuju dasar pocket-nya. Isolation plate atau pressure

balance plate yang digunakan di pocket harus mempunyai chamfer supaya masuk dengan pas

ke pocket-nya. Menggunakan isolation plate, seal retainer atau pressure balance plate dengan

ujung yang tajam di dalam housing pocket akan menekan pressure balance plate ujung-ujung

roda giginya dan akan menyebabkan kerusakan.

II.2.1.2 Vane Pumps

Vane pumps termasuk Positive displacement pumps. Pump output-nya bisa fixed dan juga

bisa variable. Keduanya menggunakan komponen yang umum. Masing-masing pump mempunyai

housing (1), Cartridge (2), mounting plate (3), mounting plate seal (4), cartridge seal (5), cartridge

back-up rings (6), snap ring (7), serta input shaft dan bearing (8). Cartridge terdiri dari support

plate (9), ring (10), flex plate (11), slotted rotor (12), dan vane (13).

Gb. 2.13 Komponen Vane Pumps

8 3

9

1

2

13

10

4 12

9

11

5 67

21

Gb. 2.15 Flex Plates

C. Vane Pump Operation

Gb. 2.16 Komponen Vane Pump

Pada saat rotor berputar di dalam cam ring-nya, vane keluar masuk di dalam rotor slot

untuk menjaga sealing terhadap ring-nya. Pada saat vane bergerak keluar dari slotted rotor,

terjadi perubahan volume diantara vane-nya. Semakin besar jarak antara ring dan rotor,

semakin besar pula volume yang ditimbulkan. Volume yang membesar akan menimbulkan

sedikit ke-vaccum-an yang memungkinkan inlet oil ditekan menuju ke ruang di antara vane oleh

tekanan atmosphere atau tank pressure. Bilamana rotor terus berputar, maka jarak antara ring

dan rotor juga akan semakin kecil. Hal ini mengakibatkan volume yang ada juga akan semakin

mengecil. Hal ini memungkinkan oil ditekan keluar dari segment rotor menuju ke outlet passage

dari pompa.

23

1

6

7

32

4

5

II.2.1.3 Piston Pumps

Terlihat pada gambar di bawah, adalah piston pumps dimana mempunyai komponen-

komponen seperti: head (1), housing (2), shaft (3), piston (4), port plate (5), barrel (6) dan

swashplate (7).

Gb. 2.19 Komponen Piston Pump

Dua design piston pump yang dikenal adalah:

Axial Piston Pump

Radial Piston Pump

Kedua pompa ini merupakan Positive displacement pump, dan mempunyai efisiensi yang tinggi.

Output dari kedua pompa ini bisa fixed (tetap) dan juga bisa variable (berubah-ubah).

Gb. 2.20 Axial Piston Pump

25

akan menentukan jarak piston bergerak keluar masuk pada barrel chamber. Semakin besar

sudut daripada housing, akan semakin besar pula pump output yang dikeluarkan per revolution.

Output flow dari fixed displacement piston pump tergantung kecepatan engine. Output flow

hanya bisa dirubah dengan merubah speed dari input shaft-nya.

Pada housing lurus fixed displacement piston motor, swashplate angle akan menentukan speed

dari output shaft-nya. Pada bent axis fixed displacement piston motor, sudut daripada housing

terhadap pusat poros menentukan speed dari output shaft motor. Piston pump yang lebih kecil

bekerja pada pressure 10.000 psi. Piston pumps yang digunakan pada hydraulic system bekerja

pada pressure di bawah 7000 psi.

B. Radial Piston Pump

Pada Radial Piston Pump (Gb. 2.22), piston bergerak maju dan mundur membentuk sudut 90-

derajat terhadap shaft-nya. Pada saat cam follower berputar turun pada cam ring, piston akan

bergerak mundur. Atmospheric pressure atau charge pump mendorong oil melalui inlet valve

port dan menggerakkan pergerakkan piston. Pada saat cam follower berputar naik pada cam

ring, piston akan bergerak maju. Oil kemudian ditekan keluar dari cylinder melalui outlet port.

Gb. 2.22 Radial Piston Pump

Internal Gear Pump

Internal gear pump (Gb. 2.23) mempunyai pinion gear kecil pada bagian dalam (drive gear)

yang akan menggerakkan ring gear besar (outer gear). Ring gear-nya sendiri mempunyai ‘pitch’

yang sedikit lebih besar dari pada pinion gear.

Ada satu komponen yang diam yang menyerupai sabit (crescent) yang terletak di bawah pinion

gear di antara pinion gear dan ring gear. Inlet dan outlet port terletak juga terletak pada ujung

crescent ini.

27

inner akan berputar berkeliling di dalam komponen bagian luar. Inlet dan outlet port terletak di

ujung cover dari housing. Oil masuk melalui inlet dan dibawa menuju outlet dan dikeluarkan

saat lobe-nya bertautan.

Modified dari gerotor pump dipakai di banyak steering system hand metering unit (HMU). Saat

digunakan di HMU, outer gear-nya akan tetap diam sementara inner gear-nya berputar.

Axial Propeller Pump

Axial propeller pump berbentuk seperti kipas angin listrik, diikat pada pipa yang lurus dan

mempunyai propeller blade (sudu-sudu). Oil diisap dengan cara menggerakkan/memutar sudu-

sudu.

Gb. 2.25 Axial Propeller Pump

II. 2.2 Non-Positive Displacement Pump

Non-positive displacement pump mempunyai clearance yang lebih besar antara komponen

yang diam dan komponen yang bergerak dibandingkan dengan positive displacement pump. Extra

clearance ini memungkinkan oil ditekan kembali di antara komponen-komponen-nya bila outlet

pressure (resistant to flow-nya) meningkat. Non-positive displacement pump mempunyai efisiensi

yang lebih rendah bila dibandingkan dengan positive displacement pump karena output flow dari

pompa akan turun secara drastis bila outlet pressure naik. Non-positive displacement pump adalah

juga centrifugal impeller pump. Pompa semacam ini biasa digunakan pada aplikasi dengan pressure

rendah seperti water pump.

II.2.2.1 Centrifugal Impeller Pump

Centrifugal impeller pump terdiri dari dua komponen dasar yaitu: impeller (2) yang diikat

pada input shaft (4) dan housing (3). Impeller mempunyai sebuah cakram dengan sudu-sudu yang

melengkung (1) yang dicetak pada sisi input-nya.

29

II.3.1.1 Relief Valve

Hydraulic system di design untuk bisa beroperasi pada tingkat pressure tertentu. Melebihi

level yang sudah ditentukan dapat merusak system komponen disamping juga sangat berbahaya

bagi personnel. Relief valve menjaga pressure pada batasan yang sudah ditentukan dengan

membuka dan mengalirkan kelebihan oil ke circuit yang lain atau dialirkan kembali ke tangki.

A. Simple Relief Valve

Gambar di atas memperlihatkan simple relief valve pada ‘cracking pressure’ position.

Simple relief valve (juga disebut direct acting relief valve) akan tetap dalam kondisi tertutup

karena adanya kekuatan spring. Spring tension di-set pada ‘relief pressure’ setting. Akan tetapi

bukan berarti valve akan membuka pertama sekali pada relief pressure setting.

Apabila kondisinya berkembang, yang menyebabkan hambatan terhadap oil untuk mengalir,

maka kelebihan oil flow akan menyebabkan pressure naik. Kenaikkan pressure ini akan

dirasakan oleh relief valve. Pada saat gaya dari pressure bisa mengatasi relief valve spring,

valve tersebut akan melawan spring dan mulai membuka. Pressure yang diperlukan untuk

memulai membuka valve disebut dengan “cracking pressure”. Valve akan membuka secukupnya

saja untuk membiarkan oil mengalir melalui valve.

Relief Pressure Setting

Seiring dengan naiknya hambatan pada oil untuk mengalir, naik pula volume dari oil karena

terlalu banyak. Hal ini akan menaikkan pula circuit pressure. Dengan naiknya pressure yang

ada dalam circuit, akan mengatasi tension spring dan relief valve akan membuka lebih jauh

lagi.

Proses ini akan terjadi berulang-ulang sampai full pump flow dialirkan melalui relief valve.

Inilah yang disebut dengan ‘relief pressure setting’.

Simple relief valve biasa digunakan pada circuit yang mempunyai volume full pump flow-

nya rendah, atau digunakan pada circuit yang memerlukan respon yang cepat. Ini membuat

simple relief valve ideal dipakai untuk membebaskan pressure yang tiba-tiba atau berfungsi

sebagai safety valve.

B. Pilot operated Relief valve, CLOSE Position

Pilot operated Relief valve bisa mengatasi pressure yang tinggi pada system dengan tekanan

spring yang relatif lebih kecil. Pilot operated Relief valve terdiri dari: unloading valve, unloading

valve spring, pilot valve dan pilot valve spring.

Pilot operated Relief valve, CLOSE Position

Pilot operated relief valve sering dipakai pada system yang memerlukan volume oil yang

banyak dan perbedaan yang kecil antara cracking pressure dan full flow pressure.

1

Hydraulic

I. Dasar-Dasar Hidrolik

Sistem hidrolik mempunyai peran sangat penting dalam operasi alat berat. Prinsip-prinsip

dasar hidrolik digunakan ketika merancang dan mengoperasikan sistem hidrolik untuk implement

atau attachment, sistem steering, sistem brake, dan sistem power train. Bahkan dalam kehidupan

sehari-hari, tidak terlepas dari peralatan yang memanfaatkan prinsip-prinsip dasar hidrolik,

misalnya: dongkrak dll.

Prinsip-prinsip hidrolik berlaku ketika menggunakan cairan yang bertekanan sebagai media

untuk melakukan kerja. Untuk itu ada beberapa hukum yang harus dipahami dan akan dijelaskan

pada pembahasan berikut.

I.1 Penggunaan Cairan Dalam Sistem Hidrolik

Gb. 1.1 Zat Cair

Beberapa alasan mengapa menggunakan zat cair dalam sistem hidrolik:

Cairan mengikuti bentuk wadah (tempat) dimana cairan itu berada. Ruang atau volume

yang ditempati oleh zat cair tadi dinamakan “displacement”.

Zat cair tidak dapat dimampatkan (non-compressible)

Zat cair meneruskan tekanan ke semua arah (lihat gambar 1-2), mengikuti bentuk dari

wadah. Zat cair mengalir ke segala arah melalui pipa-pipa dan hose dalam berbagai

ukuran dan bentuk.

3

Contoh soal

Seperti contoh yang terdapat pada gambar di atas, 500 Pound gaya yang bekerja pada piston

kecil dengan jari-jari 2 inchi, menghasilkan tekanan sebesar 40 Pound per Square Inch (Psi).

Tekanan yang sama akan mampu mendukung piston besar dengan jari-jari 3 inchi dengan

berat beban 1130 Pound. Dengan rumus yang sederhana berdasarkan hukum Pascal, dapat

dijelaskan hubungan antara gaya (Force), Tekanan (Pressure) dan Luas penampang (Area).

I.2.1 Formulasi Pascal

Force (gaya) adalah sesuatu yang menyebabkan benda diam menjadi bergerak, benda yang

bergerak lurus menjadi berbelok dan sebagainya.

Gaya biasanya dinyatakan dalam:

Pounds (Lbs)

Kilogram (Kg)

Newton (N)

Pressure (Tekanan), adalah gaya yang bekerja pada setiap satuan luas penampang. Pressure

biasanya dinyatakan dalam:

Pounds per Square Inch (Psi)

Kilogram per Centimeter Persegi (Kg/Cm²)

KiloPascal (Kpa)

Area (Luas penampang/permukaan), biasanya dinyatakan dalam:

Square Inch (Inch²)

Millimeter persegi (mm²)

Centimeter persegi (cm²)

Gb. 1.5 Formulasi Pascal

Luas permukaan yang berbentuk lingkaran dapat dihitung dengan rumus berikut:

Area = r²

Jika jari-jari lingkaran (r) adalah 2 inch, maka:

5

Rumus yang digunakan adalah:

Pressure = ForceArea

Pressure = 50 lbs = 50 psi1 in²

Sekarang sudah didapatkan pressure yang ada di dalam sistem sehingga bisa dihitung force

dari load untuk cylinder satu dan tiga dan piston area untuk cylinder 4. Hitung load pada cylinder

satu dan tiga dengan menggunakan rumus: Force sama dengan Pressure kali Area (Force =

Pressure Area). Hitung cylinder nomor empat piston area dengan menggunakan rumus: Area

sama dengan Force dibagi Pressure (Area = Force : Pressure ).

Jawaban:

Load pada cylinder 1 adalah 250 lbs, load pada cylinder 3 adalah 150 lbs, sedangkan

Area pada piston nomor 4 adalah 2 in².

I.3 Orifice

Berbicara masalah hidrolik, hal yang umum dipakai adalah istilah “Pump Pressure” (Tekanan

Pompa). Tetapi perlu diingat bahwa pompa tidak menghasilkan pressure. Pompa hanya

menghasilkan ‘Flow’ (aliran fluida/oli). Jika flow-nya dihambat, maka akan timbul pressure.

Pada gambar 7.a pump flow yang melalui pipa adalah 1 GPM (Gallon Per Minute). Pada gambar

tersebut, tidak ada hambatan untuk mengalir melalui pipe. Oleh sebab itu pembacaan pressure

adalah 0 (zero) untuk kedua gauge.

Gb. 1.7a Tanpa Orifice dan Gb. 1.7b Ada Orifice

Pressure = Force : Area

7

I.3.2 Type Dasar Circuit

Ada dua type dasar dari circuit, yaitu: Series dan Parallel.

Gb. 1.9 Hambatan Serie

Pada gambar di atas, pressure 620 kPa (90 psi) diperlukan untuk mengalirkan 1 GPM oli

melalui circuit.

A. Hambatan Serie

Orifice atau relief valve yang dirangkai serie pada hidrolik circuit akan menimbulkan resistance

(hambatan) yang mirip dengan resistor yang dirangkai serie pada circuit electric dalam mana oil

harus mengalir melalui masing-masing resistance. Total resistance sama dengan jumlah dari

masing-masing resistance.

B. Hambatan Parallel

Dalam sebuah sistem dengan circuit parallel, pump oil akan mempunyai prioritas untuk

mengalir melalui resistance yang paling kecil lebih dahulu.

Pada gambar di bawah pompa men-supply oli ke tiga circuit parallel. Circuit tiga mendapatkan

prioritas yang paling rendah. Circuit satu mendapatkan prioritas yang paling tinggi (lihat

besarnya tension/tekanan spring pada masing-masing check valve).

Gb. 1.10 Hambatan Pararel

9

Hydraulic

II. Komponen-Komponen Hydraulic

II.1 Tangki Hidrolik

II.1.1 Komponen Oil Tank

Fungsi utama dari hydraulic oil tank adalah untuk menyimpan oli. Akan tetapi oil tank juga

mempunyai beberapa fungsi lain. Oil tank harus bisa menyerap panas dan memisahkan udara dari

oli.

Gb. 2.1Tangki Hidrolik

Oil tank harus cukup kuat, punya kapasitas yang cukup dan bisa memisahkan kotoran-

kotoran. Hydraulic oil tank biasanya tertutup, tetapi tidak selalu.

Komponen oil tank seperti terlihat pada gambar di atas:

Fill Cap, menjaga kotoran masuk lewat lubang yang dipakai untuk mengisi dan

menambahkan oli ke dalam tangki serta menjaga/menutup pressurizes tank.

Sight glass, digunakan untuk meng-check level/permukaan dari oli. Level oli seharusnya

di-check saat oli masih dalam keadaan dingin. Level oli akan benar bila permukaanya di

tengah-tengah sight glass.

Supply dan Return Lines, Supply lines (hose menuju pompa) memungkinkan oli

mengalir dari tangki ke sistem. Return lines (saluran kembali) memungkinkan oli mengalir

dari sistem ke tangki.

Drain, terletak di bagian bawah tangki. Drain (saluran pembuangan) digunakan untuk

membuang oli lama dari tangki. Saluran drain juga memungkinkan air dan endapan lain

dalam oli dibuang.

11

B. Vented Tank

Gb. 2.3 Vented Tank

Gambar 2.3 menunjukkan Vented tank atau Non-Pressurized tank. Tangki ini berbeda dengan

pressurized tank, dimana pada vented tank mempunyai breather (lubang pernapasan). Breather

memungkinkan udara keluar masuk dengan bebas. Atmospheric pressure di atas oli menekan

oli keluar dari tangki menuju ke sistem. Breather mempunyai screen yang mencegah kotoran

masuk ke dalam tangki.

II.1.3 ISO Simbol

Gambar 2.4 memperlihatkan ISO simbol untuk vented dan pressurized hydraulic tank.

Gb. 2.4 Vented Tank

Vented hydraulic tank simbol hanya berbentuk kotak/segi empat dengan bagian atasnya

terbuka. Sementara pressurized tank simbol digambarkan dengan kotak/segi empat yang tertutup.

Gambar tangki terlihat digambarkan dengan hydraulic lines untuk mempermudah

pengertian).

II.1.4 Fungsi dari Hydraulic Fluid (Oil)

Fluid (Zat cair) adalah Non-Compressible. Oleh sebab itu fluid dapat men-transmit power

saat itu juga dalam sebuah sistem hidrolik. Sebagai contoh, minyak tanah ter-compress sekitar 1%

untuk setiap 2000 psi. Oleh sebab itu minyak tanah dapat mempertahankan volumenya secara tetap

13

Pada saat oil bergerak melalui sistem, panas akan merambat dari komponen-komponen yang

lebih hangat ke cooler. Oil akan memberikan panas tersebut ke reservoir atau cooler yang telah

di-design untuk menjaga oil temperature tidak melebihi batas.

E. Cleaning

Fungsi lain dari oil adalah membersihkan. Meskipun pada hidrolik tank sudah ada screen,

bukan tidak mungkin kotoran debu akan masuk ke dalam sistem. Kotoran-kotoran ini akan

dibawa oleh oil ke tangki yang kemudian akan ditangkap oleh filter yang ada di dalam tangki.

Disamping fungsi-fungsi tersebut di atas oil juga bisa mencegah karat dan korosi pada

komponen-komponen metal, mencegah oil membentuk buih dan oksidasi, memisahkan udara,

air serta kotoran yang lain dan juga menjaga oil dari perubahan temperature yang besar.

II.1.5 Viscosity (Kekentalan)

Viskositas adalah hambatan terhadap oil untuk mengalir pada temperature tertentu. Jika zat

cair mengalir dengan mudah, maka berarti mempunyai viscosity yang rendah. Zat cair yang tidak

mudah mengalir, berarti mempunyai viscosity yang tinggi.

Viskositas zat cair dipengaruhi oleh temperature. Bilamana zat cair menjadi lebih panas,

maka viskositasnya akan menjadi lebih rendah. Begitu juga bilamana zat cair-nya menjadi lebih

dingin, maka viskositasnya akan naik.

Contoh yang sangat mudah adalah minyak sayur dimana viskositas akan berubah bila

temperature-nya berubah. Bila minyak sayur ada dalam kondisi dingin, maka dia akan terasa kental

dan lambat untuk dituangkan. Setelah dipanaskan, maka minyak tersebut akan menjadi lebih encer

dan mudah dengan cepat dituangkan.

II.1.6 Viscosity Index

Viscosity Index (VI) adalah ukuran kekentalan zat cair seiring dengan berubahnya

temperature. Jika zat cair relative tetap di berbagai temperature, maka dikatakan zat cair tersebut

mempunyai Viskosity Index (VI) yang tinggi. Jika zat cair menjadi lebih kental pada temperature

rendah dan sangat encer pada temperature tinggi, maka zat cair tersebut mempunyai Viscosity

Index yang rendah. Pada kebanyakan hydraulic system, fluida dengan Viscosity Index yang tinggi

diperlukan daripada fluida dengan Viscosity Index yang rendah.

II.1.7 Petroleum Oil

Semua petroleum oil akan menjadi lebih encer seiring dengan kenaikan temperature.

Sebaliknya, jika temperature turun akan menjadi lebih kental. Jika viskositas terlalu rendah, maka

akan ada banyak kebocoran melalui seal dan lewat sambungan-sambungan. Jika viskositas terlalu

tinggi maka kemungkinan operasinya menjadi lebih berat sehingga memerlukan extra power untuk

mendorongnya melalui system. Viskositas dari petroleum oil dinyatakan dengan SAE (Society of

Automotive Engineers) numbers: 5W, 10W, 20W, 30W, 40W, dan lain-lain. Semakin kecil angkanya,

15

II.2 Hydraulic Pump

Gb. 2.6 Hydraulic Pump

Hydraulic Pump mentransfer mechanical energy ke hydraulic energy. Ini adalah suatu alat

yang mengambil energy dari satu sumber (engine, electric motor, dll) dan mentransfer energy

tersebut menjadi bentuk hydraulic. Pompa mengisap oil dari tangki dan mendorongnya ke dalam

sebuah hydraulic system yang disebut sebagai ‘Flow’. Semua pompa menghasilkan oil flow dengan

cara yang sama. Proses vacuum akan terjadi pada pump inlet. Atmospheric pressure yang lebih

tinggi akan mendorong oil melalui inlet passage dan masuk ke dalam pump inlet chamber. Gear-

gear yang ada di dalam pompa akan membawa oil ke pump outlet chamber. Volume dari chamber

akan mengecil saat chamber tersebut mendekati outlet. Hal ini akan memperkecil ukuran chamber

dan mendorong oil keluar melalui outlet passage. Pompa hanya menghasilkan flow (gallon per

menit, liter per menit, cubic centimeter per revolution, dll) yang akan digunakan di hydraulic

system. Pompa tidak menghasilkan atau menyebabkan “pressure”. Pressure disebabkan oleh

hambatan terhadap aliran. Hambatan dapat disebabkan oleh flow melalui hose, orifice, fitting,

cylinder, motor atau apapun yang ada di dalam system yang menghalangi flow menuju ke tangki.

Ada dua pompa: Positive dan Non-Positive displacement pump.

Gb. 2.7 Hydraulic Motor

17

II.2.1.1 Gear Pump

Pompa gear terdiri dari beberapa komponen seperti gambar di atas. Bearing dipasang pada

housing dan flange mounting-nya di sisi gear-gear-nya untuk mendukung gear shaft selama

berputar.

Gear pump termasuk positive displacement pump. Gear pump menghasilkan jumlah oil yang

sama pada setiap putaran dari input shaft. Pump output dikontrol dengan merubah kecepatan dari

putaran. Pressure operasi maksimum dari gear pump dibatasi sampai 4000 psi. Pembatasan

pressure ini dilakukan karena adanya ketidakseimbangan hydraulic yang menjadi sifat dan ada pada

gear pump design. Ketidakseimbangan hydraulic akan menghasilkan beban pada satu sisi pada

shaft yang dilawan oleh bearing dan roda gigi yang bersentuhan dengan housing. Gear pump

menghasilkan volumetric efisiensi di atas 90% pada saat pressure tetap berada pada range operasi

yang diijinkan.

A. Gear Pump Flow

Output flow dari sebuah pompa gear ditentukan oleh kedalaman gigi dan lebar gigi. Banyak

dari produsen gear pump men-standard-kan pada kedalaman gigi dan profil yang ditentukan

oleh jarak garis tengah antara gear shaft (1.6”, 2.0”, 2.5”, 3.0”). Dengan standard yang

mengacu pada kedalaman gigi dan profil, perbedaan flow dari pompa praktis ditentukan oleh

lebar gigi.

Gb. 2.9 Gear Pump Flow

Pada saat pompa berputar, oli dibawa diantara roda gigi dan housing dari sisi inlet

menuju ke sisi outlet dari pompa. Arah perputaran drive gear shaft ditentukan oleh lokasi dari

inlet dan outlet port. Pada kebanyakan gear pump, diameter inlet port lebih besar dari pada

outlet port. Pada bidirectional pump dan bidirectional motor, ukuran inlet dan outlet port akan

sama.

19

D. Gear Pump with Pocket

Gb. 2.11 Gear Pump with Pocket

Gear pump dengan housing yang di-machining dengan ‘pocket’ untuk roda gigi-nya

mempunyai radius dari pocket wall menuju dasar pocket-nya. Isolation plate atau pressure

balance plate yang digunakan di pocket harus mempunyai chamfer supaya masuk dengan pas

ke pocket-nya. Menggunakan isolation plate, seal retainer atau pressure balance plate dengan

ujung yang tajam di dalam housing pocket akan menekan pressure balance plate ujung-ujung

roda giginya dan akan menyebabkan kerusakan.

II.2.1.2 Vane Pumps

Vane pumps termasuk Positive displacement pumps. Pump output-nya bisa fixed dan juga

bisa variable. Keduanya menggunakan komponen yang umum. Masing-masing pump mempunyai

housing (1), Cartridge (2), mounting plate (3), mounting plate seal (4), cartridge seal (5), cartridge

back-up rings (6), snap ring (7), serta input shaft dan bearing (8). Cartridge terdiri dari support

plate (9), ring (10), flex plate (11), slotted rotor (12), dan vane (13).

Gb. 2.13 Komponen Vane Pumps

8 3

9

1

2

13

10

4 12

9

11

5 67

21

Gb. 2.15 Flex Plates

C. Vane Pump Operation

Gb. 2.16 Komponen Vane Pump

Pada saat rotor berputar di dalam cam ring-nya, vane keluar masuk di dalam rotor slot

untuk menjaga sealing terhadap ring-nya. Pada saat vane bergerak keluar dari slotted rotor,

terjadi perubahan volume diantara vane-nya. Semakin besar jarak antara ring dan rotor,

semakin besar pula volume yang ditimbulkan. Volume yang membesar akan menimbulkan

sedikit ke-vaccum-an yang memungkinkan inlet oil ditekan menuju ke ruang di antara vane oleh

tekanan atmosphere atau tank pressure. Bilamana rotor terus berputar, maka jarak antara ring

dan rotor juga akan semakin kecil. Hal ini mengakibatkan volume yang ada juga akan semakin

mengecil. Hal ini memungkinkan oil ditekan keluar dari segment rotor menuju ke outlet passage

dari pompa.

23

1

6

7

32

4

5

II.2.1.3 Piston Pumps

Terlihat pada gambar di bawah, adalah piston pumps dimana mempunyai komponen-

komponen seperti: head (1), housing (2), shaft (3), piston (4), port plate (5), barrel (6) dan

swashplate (7).

Gb. 2.19 Komponen Piston Pump

Dua design piston pump yang dikenal adalah:

Axial Piston Pump

Radial Piston Pump

Kedua pompa ini merupakan Positive displacement pump, dan mempunyai efisiensi yang tinggi.

Output dari kedua pompa ini bisa fixed (tetap) dan juga bisa variable (berubah-ubah).

Gb. 2.20 Axial Piston Pump

25

akan menentukan jarak piston bergerak keluar masuk pada barrel chamber. Semakin besar

sudut daripada housing, akan semakin besar pula pump output yang dikeluarkan per revolution.

Output flow dari fixed displacement piston pump tergantung kecepatan engine. Output flow

hanya bisa dirubah dengan merubah speed dari input shaft-nya.

Pada housing lurus fixed displacement piston motor, swashplate angle akan menentukan speed

dari output shaft-nya. Pada bent axis fixed displacement piston motor, sudut daripada housing

terhadap pusat poros menentukan speed dari output shaft motor. Piston pump yang lebih kecil

bekerja pada pressure 10.000 psi. Piston pumps yang digunakan pada hydraulic system bekerja

pada pressure di bawah 7000 psi.

B. Radial Piston Pump

Pada Radial Piston Pump (Gb. 2.22), piston bergerak maju dan mundur membentuk sudut 90-

derajat terhadap shaft-nya. Pada saat cam follower berputar turun pada cam ring, piston akan

bergerak mundur. Atmospheric pressure atau charge pump mendorong oil melalui inlet valve

port dan menggerakkan pergerakkan piston. Pada saat cam follower berputar naik pada cam

ring, piston akan bergerak maju. Oil kemudian ditekan keluar dari cylinder melalui outlet port.

Gb. 2.22 Radial Piston Pump

Internal Gear Pump

Internal gear pump (Gb. 2.23) mempunyai pinion gear kecil pada bagian dalam (drive gear)

yang akan menggerakkan ring gear besar (outer gear). Ring gear-nya sendiri mempunyai ‘pitch’

yang sedikit lebih besar dari pada pinion gear.

Ada satu komponen yang diam yang menyerupai sabit (crescent) yang terletak di bawah pinion

gear di antara pinion gear dan ring gear. Inlet dan outlet port terletak juga terletak pada ujung

crescent ini.

27

inner akan berputar berkeliling di dalam komponen bagian luar. Inlet dan outlet port terletak di

ujung cover dari housing. Oil masuk melalui inlet dan dibawa menuju outlet dan dikeluarkan

saat lobe-nya bertautan.

Modified dari gerotor pump dipakai di banyak steering system hand metering unit (HMU). Saat

digunakan di HMU, outer gear-nya akan tetap diam sementara inner gear-nya berputar.

Axial Propeller Pump

Axial propeller pump berbentuk seperti kipas angin listrik, diikat pada pipa yang lurus dan

mempunyai propeller blade (sudu-sudu). Oil diisap dengan cara menggerakkan/memutar sudu-

sudu.

Gb. 2.25 Axial Propeller Pump

II. 2.2 Non-Positive Displacement Pump

Non-positive displacement pump mempunyai clearance yang lebih besar antara komponen

yang diam dan komponen yang bergerak dibandingkan dengan positive displacement pump. Extra

clearance ini memungkinkan oil ditekan kembali di antara komponen-komponen-nya bila outlet

pressure (resistant to flow-nya) meningkat. Non-positive displacement pump mempunyai efisiensi

yang lebih rendah bila dibandingkan dengan positive displacement pump karena output flow dari

pompa akan turun secara drastis bila outlet pressure naik. Non-positive displacement pump adalah

juga centrifugal impeller pump. Pompa semacam ini biasa digunakan pada aplikasi dengan pressure

rendah seperti water pump.

II.2.2.1 Centrifugal Impeller Pump

Centrifugal impeller pump terdiri dari dua komponen dasar yaitu: impeller (2) yang diikat

pada input shaft (4) dan housing (3). Impeller mempunyai sebuah cakram dengan sudu-sudu yang

melengkung (1) yang dicetak pada sisi input-nya.

29

II.3.1.1 Relief Valve

Hydraulic system di design untuk bisa beroperasi pada tingkat pressure tertentu. Melebihi

level yang sudah ditentukan dapat merusak system komponen disamping juga sangat berbahaya

bagi personnel. Relief valve menjaga pressure pada batasan yang sudah ditentukan dengan

membuka dan mengalirkan kelebihan oil ke circuit yang lain atau dialirkan kembali ke tangki.

A. Simple Relief Valve

Gambar di atas memperlihatkan simple relief valve pada ‘cracking pressure’ position.

Simple relief valve (juga disebut direct acting relief valve) akan tetap dalam kondisi tertutup

karena adanya kekuatan spring. Spring tension di-set pada ‘relief pressure’ setting. Akan tetapi

bukan berarti valve akan membuka pertama sekali pada relief pressure setting.

Apabila kondisinya berkembang, yang menyebabkan hambatan terhadap oil untuk mengalir,

maka kelebihan oil flow akan menyebabkan pressure naik. Kenaikkan pressure ini akan

dirasakan oleh relief valve. Pada saat gaya dari pressure bisa mengatasi relief valve spring,

valve tersebut akan melawan spring dan mulai membuka. Pressure yang diperlukan untuk

memulai membuka valve disebut dengan “cracking pressure”. Valve akan membuka secukupnya

saja untuk membiarkan oil mengalir melalui valve.

Relief Pressure Setting

Seiring dengan naiknya hambatan pada oil untuk mengalir, naik pula volume dari oil karena

terlalu banyak. Hal ini akan menaikkan pula circuit pressure. Dengan naiknya pressure yang

ada dalam circuit, akan mengatasi tension spring dan relief valve akan membuka lebih jauh

lagi.

Proses ini akan terjadi berulang-ulang sampai full pump flow dialirkan melalui relief valve.

Inilah yang disebut dengan ‘relief pressure setting’.

Simple relief valve biasa digunakan pada circuit yang mempunyai volume full pump flow-

nya rendah, atau digunakan pada circuit yang memerlukan respon yang cepat. Ini membuat

simple relief valve ideal dipakai untuk membebaskan pressure yang tiba-tiba atau berfungsi

sebagai safety valve.

B. Pilot operated Relief valve, CLOSE Position

Pilot operated Relief valve bisa mengatasi pressure yang tinggi pada system dengan tekanan

spring yang relatif lebih kecil. Pilot operated Relief valve terdiri dari: unloading valve, unloading

valve spring, pilot valve dan pilot valve spring.

Pilot operated Relief valve, CLOSE Position

Pilot operated relief valve sering dipakai pada system yang memerlukan volume oil yang

banyak dan perbedaan yang kecil antara cracking pressure dan full flow pressure.