ANALISA KERUSAKAN FINAL DRIVE PLANETARY GEAR

WHEEL LOADER XGMA XG935H

Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata I

pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Oleh :

REDIK PRASETYA SAPUTRA

D 200 140 114

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2018

i

HALAMAN PERSETUJUAN

ANALISA KERUSAKAN FINAL DRIVE PLANETARY GEAR

WHEEL LOADER XGMA XG935H

PUBLIKASI ILMIAH

Oleh :

REDIK PRASETYA SAPUTRA

D 200 140 114

Telah diperiksa dan disetujui untuk diuji oleh :

Dosen Pembimbing

Amin Sulistyanto, S.T, M.T.

NIK : 698

HALAMAN PENGESAHAN

ANALISA KERUSAKAN FINAL DRIVE PLANETARY GEAR

WHEEL LOADER XGMA XG935H

OLEH

REDIK PRASETYA SAPUTRA

D200140114

Telah dipertahankan di depan Dewan Penguji

Fakultas Teknik Jurusan Teknik Mesin

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Pada Hari Kamis, 8 November 2018

Dan dinyatakan memenuhi syarat

Dewan Penguji:

1. Amin Sulistyanto, S.T, M.T.

(Ketua Dewan Penguji)

( )

2. Supriyono, S.T, M.T, Ph.D.

(Anggota I Dewan Penguji)

( )

3. Wijianto, S.T, M.Eng, Sc.

(Anggota II Dewan Penguji)

( )

Dekan,

Ir. Sri Sunarjono, M.T, Ph.D

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam publikasi ilmiah ini tidak

terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu

perguruan tinggi dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau

pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan dalam daftar pustaka.

Apabila kelak terbukti ada ketidakbenaran dalam pernyataan saya di atas,

maka akan saya pertanggung jawabkan sepenuhnya.

Surakarta, 12 November 2018

Penulis

REDIK PRASETYA SAPUTRA

D200140114

1

ANALISA KERUSAKAN FINAL DRIVE PLANETARY GEAR WHEEL

LOADER XGMA XG935H

Abstraksi

Final drive planetary gear merupakan komponen penggerak akhir yang

meneruskan daya menuju ke roda atau track sehingga unit dapat bergerak. Analisa

ini bertujuan untuk mengetahui kerusakan, menganalisa kerusakan, dan mengetahui

beban yang bekerja pada gear. Prosedur pemeriksaan dilakukan dengan cara

melakukan pemeriksaan visual pada komponen Final drive dan melakukan

disassembly Final drive. Selanjutnya dilakukan analisa terhadap beban yang

bekerja pada gear. Hasil analisa menunjukkan kerusakan tedapat pada komponen

gear berupa kegagalan bending yang disebabkan beban yang berlebih atau beban

kejut. Hasil perhitungan menunjukkan beban dinamis pada sun gear 6397,88 N,

beban statis 12167,79 N. Pada pinion gear beban dinamis sebesar 14390,95 N

sedangkan beban statis 14635,33 N. Beban dinamis pada Ring gear sebesar

17865,14 N sedangkan beban statis sebesar 18777,41 N. Syarat aman agar gear

tahan terdapat beban kejut adalah beban statis ≥1,5 beban dinamis. Ini berarti

secara perhitungan pinion gear dan ring gear tidak memenuhi syarat. Langkah

perbaikan yang dilakukan adalah dengan mengganti komponen yang rusak.

Sebaiknya, dengan dimensi yang sama, material yang digunakan harus lebih kuat.

Kata kunci : Final drive planetary gear, kegagalan bending, beban dinamis, beban

statis.

Abstract

The final drive planetary gear is a component that forwards power to the wheel or

track, so the unit can move. This analysis has purpose to find out the damage,

analyze damage, and find out the load acting on the gear. The inspection procedure

is by performing a visual check on the Final drive component and disassembling

the Final drive. Then an analysis of the load acting on the gear is carried out. The

results of the analysis show that there is damage to the gear component in the form

of bending failure due to excessive load or shock load. The calculation results show

that the dynamic load on sun gear is 6397.88 N, the static load is 12167.79 N. The

dynamic load pinion is 14390.95 N while the static load is 14635.33 N. The dynamic

load on the Ring gear is 17865.14 N while the load is static is 18,777.41 N. Safe

conditions for the gear to hold a shock load is static load ≥ 1.5 dynamic load. This

means that calculation of pinion gear and ring gear does not be suited as the

requirements. So with the same dimensions, the component must be replace to the

stronger material.

Keywords : Final drive planetary gear, bending failure. Dynamic force, , static

force

1. PENDAHULUAN

1.1 Latar belakang

Wheel loader adalah salah satu alat berat yang digunakan untuk memindahkan

material dari satu tempat ke tempat yang lain. Saat beroperasi, wheel loader

memerlukan torsi yang sangat besar yang di salurkan ke Final drive pada ke

empat rodanya. Final drive menggunakan sistem Planetary gear sebagai reducer

agar torsi meningkat.

Planetary gear menjadi komponen vital dalam sistem Final drive untuk

mendukung pergerakan unit secara horisontal. Ketika terjadi kerusakan tentunya

mengganggu proses produksi. Maka dari itu penulis mengambil judul ’”Analisa

Kerusakan Final Drive Planetary Gear Wheel Loader XGMA XG935H” sebagai

judul tugas akhir.

1.2 Tujuan Penulisan

Adapun tujuan yang ingin dicapai dalam penulisan laporan tugas akhir ini

adalah:

1. Mengetahui kerusakan pada Final drive planetary gear Wheel loader

XGMA XG935H.

2. Menganalisis kerusakan pada sistem Planetary Gear Wheel Loader XGMA

XG935H.

3. Mengetahui beban yang bekerja pada planetary gear wheel loader XGMA

XG935H.

1.3 Batasan Masalah

1. menganalisa kerusakan gear pada sistem planetary gear set wheel loader

XGMA XG935H.

2. membandingkan beban statis dan dinamis pada gear dalam sistem

planetary gear Wheel loader XGMA XG935H.

1.4 Landasan Teori

1.4.1 Power Train Wheel Loader XGMA XG935H

Gambar 1. Power Train Wheel Loader XGMA XG935H

Power train adalah Suatu urutan atau rangkaian penggerak tenaga dari

engine sampai sprocket atau final drive sehingga unit tersebut bisa

bergerak atau berjalan. Pada Gambar 1 menunjukkan sistem power train

pada unit.

a. Engine

Berikut merupakan spesifikasi engine dari unit Wheel loader

XGMA XG935H pada tabel 1.

Tabel 1. Spesifikasi engine.

b. Torque Converter

Gambar 2. Torque Converter

Pada Gambar 2 menunjukkan Torque Converter dimana Torque

Converter merupakan kopling hidrolik yang digunakan untuk

memindahkan tenaga dari engine ke input shaft transmission.

c. Transmisssion

Gambar 3. Transmission

Transmission adalah suatu sistem atau komponen yang berfungsi

sebagai penerus daya, mengatur arah gerak, dan mengubah torsi dari

engine ke penggerak akhir seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.

d. Drive Shaft

Gambar 4. Drive Shaft

Pada Gambar 4 menunjukkan Drive shaft pada unit Wheel Loader

XGMA XG935H. Drive Shaft merupakan sebuah poros yang

berfungsi mentransfer daya atau putaran dari input (transmisi)

menuju differential.

e. Differential

Gambar 5. Differential

Differential gear yaitu suatu piranti yang berfungsi memberikan

perbedaan putaran antara kedua roda seperti yang ditunjukkan pada

Gambar 2.9.

f. Final Drive Planetary Gear

Gambar 6. Planetary Gear

Pada Gambar 6 menunjukkan komponen Final drive. Final Drive

adalah komponen penggerak akhir yang menuju ke roda atau track.

Dalam Planetary gear system terdiri dari tiga elemen, yaitu Sun

gear, pinion, dan ring gear.

1.4.2 Kerusakan Pada Gear

a. Kegagalan Bending

Gambar 7. Kegagalan Bending pada Gear

Kegagalan bending adalah keadaan dimana gear mengalami bengkok,

atau bahkan patah pada bagian tooth yang disebabkan oleh kegagalan

gear dalam menopang beban dinamis seperti yang ditunjukkan pada

gambar 7.

b. Pitting

Gambar 8. Pitting pada Gear

Pitting adalah kegagalan kelelahan permukaan yang terjadi karena

banyaknya pengulangan kontak tekanan.

c. Scoring

Gambar 9. Scoring

Kelebihan panas yang dihasilkan karena adanya tekanan permukaan

yang berlebihan, tingginya kecepatan atau gagalnya pelumanasan.

d. Abrasive

Gambar 10. Abrasive pada gear.

Kerusakan jenis ini disebabkan oleh adanya partikel asing di pelumas

seperti kotoran atau debu yang masuk diantara gigi dan merusak

bentuk gigi.

1.4.3 Perhitungan Beban Pada Gear

a. Beban Tangential

𝑊𝑇 = 𝜎𝑜 × 𝐶𝑉 × 𝑏 × 𝜋 × 𝑚 × 𝑌

...........................................(1)

𝑊𝑇 = 𝐵𝑒𝑏𝑎𝑛 𝑡𝑎𝑛𝑔𝑒𝑛𝑠𝑖𝑎𝑙 (𝑁𝑒𝑤𝑡𝑜𝑛)

𝜎𝑜 = 𝑘𝑒𝑘𝑢𝑎𝑡𝑎𝑛 𝑙𝑒𝑛𝑡𝑢𝑟 (𝑁𝑚𝑚2⁄ )

𝐶𝑉 = 𝐹𝑎𝑘𝑡𝑜𝑟 𝑘𝑒𝑐𝑒𝑝𝑎𝑡𝑎𝑛

𝑏 = 𝑙𝑒𝑏𝑎𝑟 𝑔𝑖𝑔𝑖 (𝑚𝑚)

𝑚 = 𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙 (𝑚𝑚)

𝑌 = 𝐹𝑎𝑘𝑡𝑜𝑟 𝑏𝑒𝑛𝑡𝑢𝑘 𝑔𝑖𝑔𝑖

b. Beban Increment

𝑊𝐼 =

21×𝑣×(𝑏×𝐶+𝑊𝑇)

21×𝑣+√𝑏×𝐶+𝑊𝑇 ...........................................................(2)

𝑊𝐼 = 𝐵𝑒𝑏𝑎𝑛 𝑖𝑛𝑐𝑟𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡 (𝑁𝑒𝑤𝑡𝑜𝑛)

𝑏 = 𝐿𝑒𝑏𝑎𝑟 𝑚𝑢𝑘𝑎 𝑔𝑖𝑔𝑖 (𝑚𝑚)

𝐶 = 𝐹𝑎𝑘𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑖𝑛𝑎𝑚𝑖𝑠 (𝑁𝑚𝑚⁄ )

c. Beban Dinamis

𝑊𝐷 = 𝑊𝑇 + 𝑊𝐷

....................................................................(3)

𝑊𝐷 = 𝐵𝑒𝑏𝑎𝑛 𝑑𝑖𝑛𝑎𝑚𝑖𝑠 (𝑁𝑒𝑤𝑡𝑜𝑛)

d. Beban Statis

𝑊𝑆 = 𝜎𝑒 × 𝑏 × 𝜋 × 𝑚 ×

𝑌𝑃....................................................(4)

𝜎𝑒 = 𝑘𝑒𝑘𝑢𝑎𝑡𝑎𝑛 𝑡𝑎𝑟𝑖𝑘 (𝑁𝑚𝑚2⁄ )

𝑌𝑃 = 𝐿𝑒𝑤𝑖𝑠 𝑓𝑜𝑟𝑚 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟

2. METODE

2.1 Flow chart

Gambar 11. Flow chart prosedur pemeriksaan

2.2 Alat dan Bahan

a. Wheel loader XGMA XG935H

b. 1 set toolbox

c. Hydraulic jack

2.3 Prosedur Pemeriksaan

2.3.1 Pemeriksaan Visual

Pemeriksaan visual dilakukan untuk mengetahui adanya kebocoran oli

pada komponen Final drive planetary gear. Selain itu untuk memeriksa

level oli.

2.3.2 Disassembly Final Drive Planetary Gear

Proses ini bertujuan untuk memeriksa kondisi komponen Final drive

planetart gear dan untuk mengidentifikasi kerusakan.

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1 Analisa Kerusakan Final Drive Planetry Gear

3.1.1 Pinion Gear

Gambar 12 Pinion gear

Pinion gear mengalami kegagalan bending akibat beban yang sangat

besar. Kerusakn dapat dilihat pada gambar 12.

3.1.2 Ring Gear

Gambar 13 Ring gear

Ring gear juga mengalami kegagalan bending dan rusak berupa pecah.

Kerusakan seperti yang ditunjukkan pada gambar 13.

3.1.3 Ring Hub

Gambar 14 Ring hub

Ring hub mengalami kerusakan berupa keausan pada tooth. Ini

merupakan imbas dari pecahnya ring gear sehingga ring hub tidak bisa

menahan ring gear dan terjadi gesekan.

3.2 Perhitungan Pada Gear

Berikut merupakan hasil dari perhitungan dengan asumsi menggunakan

material S45C:

Tabel 2 Hasil perhitungan beban pada gear

Beban Sun Gear Pinion

Gear

Ring

Gear

Beban

Dinamis

6397,88 𝑁 14390,95 𝑁 17865,14 𝑁

Beban Statis 12167,79 𝑁 14635,33 𝑁 18777,41 𝑁

Dari hasil perhitungan, material S45C tidak di rekomendasikan untuk

digunakan sebagai bahan dari pinion dan ring gear karena tidak memenuhi

syarat 𝑏𝑒𝑏𝑎𝑛 𝑠𝑡𝑎𝑡𝑖𝑠 ≥ 1,5 𝑏𝑒𝑏𝑎𝑛 𝑑𝑖𝑛𝑎𝑚𝑖𝑠 sehingga tidak aman terhadap

beban kejut.

3.3 Langkah Perbaikan

Langkah perbaikan yang dilakukan yaitu mengganti part yang rusak seperti

pada tabel dibawah ini.

NO PART

NUMBER

NAMA

KOMPONEN

JUMLAH

1 ZL30-010 Ring gear 1

2 ZL30-006 Planet 4

3 ZL30-012 Ring hub 1

4. PENUTUP

4.1 Kesimpulan

2. Kerusakan yang terjadi komponen Final drive yaitu kerusakan pada bagian

tooth gear pinion gear dan ring gear berupa patah, dan tooth ring hub.

mengalami aus.

3. Setelah dilakukan analisa, penyebab kerusakan gear yaitu gear tidak mampu

menopang beban yang sangat besar sehingga mengalami kegagalan

bending.

4. Dari hasil perhitungan menggunakan material S45C, Pinion gear dan Ring

gear tidak aman terhadap beban kejut (shock load).

4.2 Saran

1. untuk mendukung kinerja dan keawetan yang lebih baik terhadap gear, lebih

baik menggunakan material yang lebih kuat. Khususnya untuk pinion dan

ring gear.

2. Maintenance harus sesuai dengan jadwal agar mengurangi risiko kerusakan

yang lebih parah.

3. Operator yang harus lebih halus dalam mengoperasikan unit. Khususnya

ketika mengubah laju unit dari maju ke mundur maupun sebaliknya.

PERSANTUNAN

Puji syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas berkah,

rahmat dan hidayah-Nya sehingga penyusunan naskah publikasi yang berjudul

“ANALISA KERUSAKAN FINAL DRIVE PLANETARY GEAR WHEEL

LOADER XGMA XG935H” dapat diselesaikan atas dukungan dari beberapa

pihak. Untuk itu pada kesempatan ini, penulis menyampaikan terima kasih pada:

1). Ir. H. Subroto, M.T selaku ketua jurusan Teknik Mesin Universitas

Muhammadiyah Surakarta.

2). Dr. Suranto, MM selaku direktur sekolah vokasi Universitas

Muhammadiyah Surakarta.

3). Amin Sulistyanto, S.T, M.T selaku dosen pembimbing yang senantiasa

memberikan arahan dan masukan yang bermanfaat hingga terselesainya

tugas akhir ini.

4). Seluruh Dosen Teknik Mesin Dan Vokasi yang memberikan ilmu serta

wawasan untuk menjadikan sarjana teknik mesin yang berkompeten.

5). Ayah, Ibu Dan Kakak yang senantiasa mendoakan dan mendukung segala

proses ini sehingga dapat terselesaikannya tugas akhir ini.

6). Rekan-rekan OJT yang selalu kompak dan saling peduli satu sama lain

sehingga data-data penunjang tugas akhir ini dapat terpenuhi dengan baik.

7). Teman - Teman Angkatan 2014 Teknik Mesin yang telah bersama – sama

berjuang untuk menuntut ilmu di jurusan teknik mesin.

8). Teman – teman Program Sudetan Vokasi yang yang telah memberikan

ilmu serta wawasan untuk menjadikan sarjana teknik mesin yang

berkompeten.

9). Serta seluruh pihak lain yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu, yang

telah membantu dalam penyusunan tugas akhir ini.

DAFTAR PUSTAKA

Diyanto, Firly. Analisa Final Drive Wheel Loader XCMG ZL 50 GN. Surakarta:

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Khurmi, R.S., dan J. K. Gupta. 1982. A Text Book Of Macine Design. New Delhi

: Eurasia Publishing House.

Niemann, G. 1978. Machine Elements Design and Calculation in Mechanical

Engineering. Volume II. Springer-Verlag.

Rangkoto, Taufik Akbar. 2016. Troubleshooting System Power Train Unit 938F

Type Wheel Loader Caterpillar. Padang: Politeknik Negeri Padang.

Suga, kiyokatsu. Sularso. 1997. Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin.

Jakarta : PT. Pradnya Paramita.

Team Pengembang Vokasi. 2013. Final Drive and Undercarriage. Surakarta:

Sekolah Vokasi.

Team Pengembang Vokasi. 2013. Transmisi. Surakarta: Sekolah Vokasi.

Team Pengembang Vokasi. 2013. Torqflow Drive System. Surakarta: Sekolah

Vokasi.