4 materi hydraulic
Post on 19-Jul-2016
70 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
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.
top related