BAB IV PERHITUNGAN HIDRAULIK

Transkripsi

1 BAB IV PERHITUNGAN HIDRAULIK.1. Perhitungan Silinder-silinder Hidraulik.1.1. Kecepatan Rata-rata Menurut Audel Pumps dan Compressor Hand Book by Frank D. Graha dan Tara Poreula, kecepatan piston dipilih berdasarkan berat beban yang diterima oleh silinder. Tabel 1. Berat beban (Kg) Kecepatan piston Cm/det , , , ,3 36, , , dari tabel diatas, dipilih kecepatan piston (V) 13,5 cm/det Kecepatan fluida yang melalui silinder, bila perbandingan diameter D D 1 0 1,3 (diperkirakan) D1 Maka : V0 ( ) V1 (. 1) D 0 1,3. 13,5,31 cm/det.1.. Silinder Angkat (Lift Cylinder) Dalam menentukan ukuran silinder angkat ini, pertama-tama harus ditentukan berapa beban maksimum yang harus didukung, kemudian berapa tekanan fluida maximum yang diizinkan. Gaya-gaya yang harus didukung oleh silinder adalah : F W t + F i + F g 38

2 dimana : F gaya total yang harus didukung silinder W t beban yang harus diangkat beserta peralatannya F i gaya inersia yang terjadi akibat adanya percepatan F g gaya gesek yang terjadi Sedangkan tekanan yang direncanakan adalah P 180 Kg/cm Gambar Distribusi Berat Mast Keterangan Gambar : 1. Batang penyangga luar (Outher Mast) W 1 10 Kg. Batang penyangga dalam (Inner Mast) W 15 Kg 3. Silinder angkat (Lift Cylinder) W 3 50 Kg. Batang piston (Rod) W 70 Kg 39

3 5. Garpu (Fork) W 5 60 Kg 6. Peralatan angkat (Vingger bar) W 6 93 Kg Jumlah W t1 538 Kg S 1 9 mm S mm Gambar Langkah Mast Tinggi angkat (Lift) S 0 + S 1 (. ) mm Panjang langkah (Stoke) S 1 95 mm Percepatan terjadi pada saat silinder mulai bergerak sampai pada kecepatan konstan V 1. Tetapi pada akhir langkah akan terjadi perlambatan yang akhirnya akan berhenti. 0

4 V Cm/det t 1 t t 3 V 1 S 1 t det Kg Kg Kg S mm Gambar Analisa Percepatan Beban yang harus didukung oleh lift cylinder : - Batang penyangga dalam ( Inner Mast ) W 15 Kg - Berat beban W Garpu (Fork) W Peralatan pengangkat W 6 93 Kg - Batang piston (Rod) W 70 Jumlah W t 338 Kg Gaya Inersia (lihat persamaan 3. 3) W Fi g t V1 V0 t Bila diketahui : W t beban yang harus diangkat beserta peralatannya 338 Kg 1

5 V 1 kecepatan piston (tabel 1, kecepatan torak) maka : 13,5 cm/dt F i , ,Kg Gaya gesek ( F g ) (lihat persamaan 3. 19) F g F gp + F gbp Dimana : F gp Gaya gesek piston dengan cylinder µ x W µ koeffisien gesek antara piston dengan cylinder 0, ,17 diambil 0,1 F gp 0,1 x Kg 00 N F gbp Gaya gesek batang piston ( diperkirakan 6% dari gaya gesek piston ) 6% x F gp 0,06 x 00 5 N Sehingga gaya gesek total F g F gp + F gbp N Sehingga gaya yang harus didukung oleh lift cylinder adalah : F tot W t + F i + F g N karena memakai dua buah lift cylinder, maka : F F tot (. 3)

6 ,7 N Dimensi Lift Cylinder (lihat persamaan 3. 10) Dimana P F A P tekanan fluida 1,800 N/m F gaya yang harus didukung oleh cylinder lift 3839 N A luas permukaan piston π d p sehingga d p F π P (. ) 3839 π 1,8 0,0051 m 5,1 cm dipilih diameter piston d p 5, cm 5, mm Tebal lift silinder t s P d p σ L 180 5, 78 (. 5) 0,67 cm 6,7 mm Diameter luar lift silinder D LL d p + (. t s ) (. 6) 3

7 5, +. 0,67 6,78 cm 67,8 mm Diameter dalam lift cylinder D dl d p 5, cm 5, mm Diameter batang piston ( rod ) lift cylinder Direncanakan memakai batang piston pejal dengan diameter d bp,5 cm 5 mm Tebal piston t pl d lp - d bp (. 7) 5, -,5 0,9 cm 9, mm Panjang piston L p ( ,5 ) d Lp (. 8) 1,5 x 5, 6,8 cm 68 mm Diameter dalam piston d dp d bp,5 cm 5 mm

8 .1.3. Silinder Miring (Tilt Cylinder) Sesuai dengan fungsinya dimana silinder miring ini digunakan untuk menarik batang penyangga dengan sudut tertentu, baik ke depan (forward) maupun belakang (backward). Pada perencanaan ini ditentukan sudut maksimum kedepan θ f 6 0 dan sudut kebelakang maksimum θ r 1 0. Adapun beban terberat yang harus didorong oleh silinder miring (tilt cylinder) adalah pada posisi dimana batang penyangga berada pada posisi θ r 1 0 (pada posisi beban ke belakang). Tekanan fluida yang bekerja adalah P 180 Kg/cm. Gambar kemiringan beban angkat pada forklift 5

9 F i F i F r G Θ r W W sin α θ Q 1 F 1 W F gbp F F i F gp F I F g Q Gambar Tilt Cylinder A. Gaya yang harus diatasi oleh setiap tilt cylinder adalah sebagai berikut : F ½ {( W + W t1 ) sin θ r + F I + F g + F } (. 9) Dimana : W berat beban 3000 Kg W t1 berat mast 538 Kg θ r 1 0 gaya inersia ( W + Wt1 ) V1 V0 g t ( ) 13, N gaya gesek F gp + F gbp F gp µ x W 6

10 0,1 x N F gbp 6% x F gp 0,06 x 00 5 N F g N F P π ( d d bp ) dimana : P tekanan balik (back pressure) 9 Kg/cm d bp diameter batang piston 0,3 x 7,0,6 cm F 9 π (7,0,6) 3,37 Kg/cm sehingga gaya yang bekerja pada Tilt Cylinder adalah : F ½ {( ) sin ,8 +.5, +.3,37 } 869,8 Kg/cm B. Dimensi Tilt Cylinder Diameter luar piston (d lp ) lihat persamaan. : d lp F π P 869,8 π 180,8 cm d lp,8 mm Dipilih untuk diameter luar piston Tilt cylinder d lp 7,0 cm Tebal Tilt Cylinder 7

11 t s P d lp σ l 180 7,0 78 0,87 cm t s 8,7 mm Diameter luar Tilt Cylinder D lt d p + (. t s ) 7,0 + ( x 0,87 ) 8,78 cm D lt 87,8 mm Diameter dalam Tilt Cylinder D dt d lp 7,0 cm D dt 70, mm Diameter batang piston (rod) Tilt Cylinder Direncanakan memakai batang piston pejal dengan diameter d bp 3,0 cm 30 mm Tebal piston Tilt Cylinder T pt d lp - d bp 7,0-3,0,0 cm 0, mm Panjang piston Tilt Cylinder L pt ( ,5 ) d lp 1,5 x 7,0 8,8 cm 88 mm Diameter dalam piston Tilt Cylinder D dp D bp 3,0 cm 8

12 .1.. Silinder Kemudi (Steering Cylinder) Didalam kita mengendarai suatu kendaraan, sangatlah diperlukan adanya suatu mekanisme atau peralatan yang dapat digunakan untuk mengatur arah jalannya kendaraan tersebut. Untuk keperluan tersebut kendaraan dilengkapi dengan sistem kemudi, yang memungkinkan kendaraan dapat bergerak ke segala arah sesuai dengan kehendak pengendaranya. Jadi fungsi sistem kemudi untuk memungkinkan kendaraan dibelokkan kemana saja, melalui roda-roda belakang dengan cara memutar roda kemudi. Untuk meringankan pengemudi dalam mengemudikan kendaraannya maka digunakan sistem kemudi hidraulik dengan silinder kemudi sebagai penggeraknya. Ujung silinder kemudi satu dihubungkan ke kerangka kendaraan sedangkan yang satunya lagi dihubungkan ke batang relay hubungan kemudi. Dengan prodak gear box kemudi, katup pengarah akan ikut bergerak dan bekerja untuk mengarahkan fluida yang bertekanan ke silinder kemudi. Hasil gerak silinder dibantu dengan draklink ini akan mendesak/menarik center arm yang kemudian akan merubah posisi roda belakang. 9

13 Gambar Steering Cylinder 1. Dimensi Stering Cylinder Diameter luar Steering Cylinder Direncanakan diameter luar Steering Cylinder Dls 5, cm Tebal Steering Cylinder Direncanakan tebal Steering Cylinder ts 0, cm Diameter luar piston (dlp) dlp Dls - (. ts ) 50

14 5, - (. 0, ) 5,0 cm d lp 50 mm Diameter dalam Steering Cylinder D dt d lp 5,0 cm d lp 50 mm Diameter batang piston (rod) Steering Cylinder Direncanakan memakai batang piston pejal dengan diameter d bp,5 cm d lp 5 mm Tebal piston Steering Cylinder T pt d lp - d bp 5,0-,5,5 cm d lp 5 mm Panjang piston Steering Cylinder L pt ( ,5 ) d lp 1,5 x 5,0 6,5 cm d lp 6,5 mm Diameter dalam piston Steering Cylinder D dp D bp,5 cm d lp 5 mm. Pemeriksaan Silinder Hidraulik Terhadap Tekuk Menentukan karakteristik batang piston silinder hidraulik, diasumsikan bahwa silinder hidraulik lebih kaku dibandingkan batang piston, sehingga lendutannya dapat diabaikan. b l P P Gambar 3.9 pemeriksaan tekuk pada lift cylinder L 51

15 Lendutan lateral silinder karena beban tekan Untuk ; x < b (dari gambar diatas) sehingga d d y x y L b pcr π a π b l pcr π b cos a sin p p l l L b p b l cr π π b l π b cos sin l l L b l Didapat persamaan karakteristik batang piston : b l b L π ( l ) Tg( π ) L L L l cr Grafik karakteristik batang piston silinder hidraulik : Gambar 3.10 Grafik Karakteristik Batang Piston..1. Pemeriksaan Tekuk Pada Lift Cylinder d bp,5 cm b b s 95 cm L L 95 cm b 95 0,3 L 95 Dari grafik karakteristik batang piston, didapat : 5

16 l L 0,53 l 0, ,35 cm Momen Inersia : P pr π d bp 6 (. 11) P pr π (,5) 6 0,13 cm Beban kritis π E P P cr l pr (. 1) π,1 10 0,13 P cr 156, ,9 Kg Sedangkan beban terberat yang harus diatasi oleh silinder angkat adalah : F 1919,7 Kg Sehingga P cr > F Jadi silinder angkat (Lift Cylinder) aman terhadap tekuk... Pemeriksaan Tekuk Pada Tilt Cylinder d bp 3,0 cm b b s 7 cm L L 9 cm b 7 0,55 L 9 Dari grafik karakteristik batang piston, didapat : 53

17 l L 0,53 l 0,53 9 5,97 cm Momen Inersia : P pr π d bp 6 (. 11) P pr Beban kritis π (3,0) 6 3,98 cm π E P P cr l pr (. 1) π,1 10 3,98 P cr 5, ,9 Kg 13089, N Sedangkan beban terberat yang harus diatasi oleh silinder miring adalah : F 8698 N Sehingga P cr > F Jadi silinder miring (Tilt Cylinder) aman terhadap tekuk..3. Pemeriksaan Tekuk Pada Steering Cylinder b L d bp,5 cm b s 5 cm L 105 cm b 5 0, L 105 Dari grafik karakteristik batang piston, didapat : l L 0,53 5

18 l 0, ,65 cm Momen Inersia : P pr π d bp 6 (. 11) P pr Beban kritis π (,5) 6 1,9 cm π E P P cr l pr (. 1) π,1 10 1,9 P cr 55, ,7 Kg N Sedangkan beban terberat yang harus diatasi oleh silinder kemudi adalah : F 166,5 N Sehingga P cr > F Jadi silinder kemudi (Steering Cylinder) aman terhadap tekuk.3. Ukuran Pipa Saluran Fluida.3.1. Silinder Angkat (Lift Cylinder) Kapasitas fluida : Q A. V π ( d ) V (. 13) π ( 5, ) 13, 5 31,707 cm 3 /det 18,9 l/min diameter dalam pipa saluran (lihat persamaan 3. 30) d p,6 Q V 55

19 ,6 18,9 3, 11, mm Diameter dalam pipa diambil : d p ¾ inc 19,05 mm Diameter luar pipa diambil : d lp 1 inc 5, mm Diameter dalam sambungan : d s,6 Q V d s,6 18,9 6 8, mm Diameter luar sambungan diambil : Tebal t 3,75 mm Sehingga : d ls ¾ inc 19,05 mm d s d ls -. t 19, ,75 11,55 mm.3.. Silinder Miring (Tilt Cylinder) Kapasitas fluida : Q A. V π ( d ) V π ( 7,0 ) 3, 9 151,81 cm 3 /det 9,11 l/min diameter dalam pipa saluran d p,6 Q V 56

20 ,6 9,11 3, 7,76 mm Diameter dalam pipa diambil : d p ¼ inc 6,35 mm Diameter luar pipa diambil : d lp ½ inc 1,7 mm Diameter dalam sambungan : d s,6 Q V d s,6 9,11 6 5,7 mm Diameter dalam sambungan diambil : Tebal t 3,75 mm Sehingga : d ls ½ inc 1,7 mm d s d ls +. t 1,7 +. 3,75 0, mm.3.3. Silinder Kemudi (Steering Cylinder) Kapasitas fluida : Q A. V π ( d ) V π ( 5,0 ) 3, 5 68,7 cm 3 /det,1 l/min diameter dalam pipa saluran d p,6 Q V 57

21 ,6,1 3, 5, mm Diameter dalam pipa diambil : d p ¼ inc 6,35 mm Diameter luar pipa diambil : d lp ½ inc 1,7 mm Diameter dalam sambungan : d s,6 Q V d s,6,1 6 3,81 mm Diameter dalam sambungan diambil : Tebal t 3,75 mm Sehingga : d ls ½ inc 1,7 mm d s d ls +. t 1,7 +. 3,75 0, mm.. Perhitungan Pompa Hidraulik Kapasitas Pompa Yang Dibutuhkan Q p Q max + Q bocor + Q drain (. 1) Dimana : Q max kapasitas aliran maximum pada silinder. Q sil.lift +. Q sil.tilt (. 15) Q sil.lift A L x V L (. 16) π ( d ) VL (. 17) 58

22 π ( 5, ) 13, 5 31,7 cm 3 /det 18,9 l/min jadi : Q drain Q sil.tilt A t x V t π ( d ) Vt π ( 7,0 ) 3, 9 151,81 cm 3 /det 9,1 l/min Q max. Q sil.lift +. Q sil.tilt ( x 18,9 ) + ( x 9,1 ) 56 l/min jumlah kapasitas aliran yang kembali ke tangki dari katup relief dan yang berada dalam pipa, diasumsikan 7%. Q max 0, ,1 l/min Q bocor jumlah kapasitas aliran yang bocor dari silinder, diasumsikan 1% Q max 0, ,56 l/min Sehingga kapasitas pompa Q p ,1 + 0,56 71,68 l/min Diambil kapasitas pompa Q p 7 l/min Diameter saluran pompa (lihat persamaan 3. 30) d sp,6,6 Q V 7 3, 1,8 mm 59

23 Dari ukuran standart diambil : - Inlet d sp 1 in 5, mm d p 1,5 in 38,1 mm - outlet d sp ¾ in 19,05 mm d p 1 in 5, mm Dimensi Pompa Dari Oil Hydraulik Power and Its Industrial Aplication, untuk kapasitas pompa : Q p < 75,7 l/min atau Q p 0 gpm Maka : modulnya m putaran n rpm Pada perencanaan ini dipilih : m 5 z 1 (jumlah gigi) n 100 rpm Diameter pitch (d pc ) : d pc m x z (. 18) 5 x 1 60 mm persamaan : Q p π x d pc x. m x b x n x ,5 π x 60 x. 5 x b x 100 x 10-6 b 53,6 mm Lebar roda gigi diambil (b) 50 mm Tinggi puncak gigi (addendum) : h k1 m 5 mm Tinggi alas gigi (dedendum) : h k m 60

24 5 mm Diameter addendum : D a d pc +. h k1 (. 19) mm Diameter dedendum : D d d pc -. h k1 (. 0) mm Daya pompa yang diperlukan Diketahui : Tekanan keluar pompa P p 180 Kg/cm Kapasitas aliran Q p 7 l/min Diperekirakan effesiensi volumetric η v 85% Effesiensi mekanis η m 90% Maka effesiensi total (lihat persamaan 3. 3) η tot η v x η m 0,85 x 0,90 0,765 Daya output pompa adalah (lihat persamaan 3. 33): Dimana : Maka : N p P Q 55,6 (HP) N p daya output pompa Q kapasitas aliran (HP) (l/min) P p tekanan pompa (Kg/cm ) N p ,6 8,5 HP 61

25 Daya input yang diperlukan (lihat persamaan 3. 3) : N N p η t 8,5 0,765 37,18 HP Poros pompa hidraulik - Daya pompa N 37,18 HP - Putaran n 100 rpm - Diameter Pitch d pc 60 mm - Lebar roda gigi b 50 mm Momen puntir : M t 716 N n 37, (. 1) Gaya tangensial : P h,18 Kgm 1,8 Nm 180 Nmm Gaya radial : Resultan gaya : M t (. ) d / / 739,7 Kg 739,7 N P v P h x tg 0 0 (. 3) 739,7 x tg ,5 N p h p v p + (. ) 6

26 739, ,5 Momen lentur : 7869,3 N P L b M L ( ) (. 5) 786, ( ) Momen equivalent : M eq a 1 (konstanta) 885,96 Kgmm 8859,6 Nmm Diameter poros : a M L + ( M t ) (. 6) 8859, Nmm 180,1 Ncm d p,17 3 ( 1 180) M eq B (. 7) b B 1 untuk poros pejal Bahan poros diambil sesuai dengan bahan roda gigi maka : b Kg/cm 1801, d p, ,6 cm Diameter poros dipilih (d p ) 30 mm.5. Perhitungan Kerugian-kerugian Tekanan.5.1 Kerugian-kerugian Pada Pipa Masuk Pompa (Suction Line) Bila diameter dalam pipa : d p 3 cm 63

27 A p d p π π 3 7,0 cm Q pompa 7 l/min V f Q 7000/ cm 3 /det pompa A p v 5 cst 0,5 cm /det ,73 cm/det 7,07 bilangan Reynold (lihat persamaan 3. 31) R e V f d v 169,73 3 0,5 9,9 sehingga koeffisien gesek (3. 3) f 6 R e 6 9,9 0,068 panjang equifalen : panjang pipa masuk L e1 130 cm rugi-rugi masuk k 0,5 L e k d f 0,5 3 0,068,06 cm panjang equifalen L e 130 +,06 15,06 cm rugi-rugi tekanan (3. 33) : 6

28 P f f Le d V f g γ 15,06 169,73 3 P f 0,068 (10 0,8595) ,0 Kg/cm.5. Kerugian-kerugian Tekanan Pada Pipa Keluar Pompa (Discharge Line) Bila diameter dalam pipa : d p,3 cm A p d p π π,3,16 cm Q pompa 7 l/min V f Q 7000/ cm 3 /det pompa A p v 5 cst 0,5 cm /det ,73 cm/det 7,07 bilangan Reynold (lihat persamaan 3. 31) R e V f d v 169,73,3 0,5 7,9 sehingga koeffisien gesek (3. 3) f 6 R e 6 7,9 0,089 panjang equifalen : panjang pipa masuk L e1 300 cm katup relief k 16,5 65

29 L e k d f 16,5, 3 0,089 6,1 cm panjang equifalen L e 300 +,1 7,1 cm rugi-rugi tekanan (3. 33) : P f f Le d V f g γ 7,1 169,73 3 P f 0,089 (10 0,8595), ,35 Kg/cm.5.3 Kerugian-kerugian Tekanan Pada Silinder Angkat (Lift Cylinder) Bila diameter dalam pipa : d p 1,905 cm A p d p π π 1,905,85 cm Q 18,9 l/min 18900/ cm 3 /det V f Q ,53 cm/det, 85 A p v 5 cst 0,5 cm /det bilangan Reynold (lihat persamaan 3. 31) R e V f d v 110,53 1,905 0,5 389,93 66

30 sehingga koeffisien gesek (3. 3) f 6 R e 6 389,93 0,16 panjang equifalen : panjang pipa masuk L e1 150 cm katup flow control k 16,5 L e k d f 16,5 1, 905 0,16 191,66 cm panjang equifalen L e ,66 31,66 cm rugi-rugi tekanan (3. 33) : P f f Le d V f g γ 31,66 110,53 3 P f 0,16 (10 0,8595) 1, ,157 Kg/cm.5. Kerugian-kerugian tekanan Pada Silinder Miring (Tilt Cylinder) L 3 L d p 0,635 cm Q 1 Q L 1 L 67

31 Bila diameter dalam pipa : d p 0,635 cm A p d p π π 0,635 0,3 cm Q 1 9,11 l/min 9110/60 151,83 cm 3 /det Q Q 1 151,83 cm 3 /det V f1 Q 151,83 0, 3 A p 7,7 cm/det V f V f1 7,7 cm/det v 1 5 cst 0,5 cm /det bilangan Reynold (lihat persamaan 3. 31) R e V f d v ( V f 1 + V f ) d v 7,7 0,911 0,5 1600,89 sehingga koeffisien gesek (3. 3) f 6 R e ,89 0,0 panjang equifalen : panjang pipa masuk sampai sambungan T L e1 15 cm katup back pressure k 16,5 L e 58 cm buah sambungan T, k 1,5 L e3 3 cm L e 06 cm 68

32 rugi-rugi tekanan (3. 33) : P f f Le d V f g γ 06 98,9 3 P f 0,0 (10 0,8595) 0, ,09 Kg/cm.5.5 Kerugian-kerugian Tekanan Pada Silinder Kemudi (Steering Cylinder) Bila diameter dalam pipa : d p 0,635 cm A p d p π π 0,635 0,317 cm Q,1 l/min 10/60 68,7 cm 3 /det V f Q 68,7 0, 317 A p 16,7 cm/det v 5 cst 0,5 cm /det bilangan Reynold (lihat persamaan 3. 31) R e V f d v 16,7 0,635 0,5 8,85 sehingga koeffisien gesek (3. 3) f 6 R e 6 8,85 0,5 69

33 panjang equifalen : panjang pipa masuk L e1 150 cm katup relief valve k 16,5 L e k d f 16,5 0, 635 0,5 6,57 cm panjang equifalen L e ,57 196,57 cm rugi-rugi tekanan (3. 33) : P f f Le d V f g γ 196,57 16,7 3 P f 0,5 (10 0,8595) 0, ,33 Kg/cm.6 Daya Untuk Menggerakan Kendaraan Forklift Dalam perencanaan ini, pompa roda gigi yang digunakan untuk menggerakan sistem hidraulik selalu berputar, baik kendaraan itu berhenti maupun waktu berjalan. Disesuaikan dengan keperluannya, maka dapat dipilih jenis mesin yang direncanakan sebagai penggerak utama dari forklift ini adalah : Jenis mesin : Diesel Rated Output/r.p.m : 38,3 Kw/500 r.p.m Maximum Torque/r.p.m : 153,9 N.m/1800 r.p.m Number of Cylinder : cylinders Displacement : 369 cc Minimum Speed : 15 r.p.m 70