HYDRAULICS
PENGERTIAN HIDROLIKA Hidrolika : ilmu yang menyangkut berbagai gerak dan keadaan kesetimbangan zat cair dan pemanfaatannya untuk melakukan suatu kerja. Hidrostatika memiliki prinsip bahwa dalam suatu fluida yang berada dalam keadaan tidak bergerak, tekanan pada titik manapun akan sama besar. Tekanan hanya tergantung pada kerapatan fluida tersebut dan ketinggian. Keuntungan sistem hidrolik : 1. mampu memindahkan gaya-gaya yang besar, karena dapat melipatgandakan gaya dengan sangat besar. 2. Komponen relatif sederhana, kompak hanya menggunakan ruang yang relatif kecil. 3. Relatif tidak membutuhkan pemeliharaan (maintenance free). 4. Dapat bereaksi dengan cepat terhadap perubahan arah gerakan. 5. Pengaturan sistem hidrolik untuk gerak lurus atau rotasi dapat dilakukan tanpa-tahap (stepless) walau dalam keadaan berbeban. 6. Kemudahan kontrol oleh sirkuit listrik dan elektronika. 7. Tidak menghasilkan goncangan atau getaran yang besar sehingga relatif lebih stabil untuk pekerjaan-pekerjaan presisi (ketelitian tinggi) karena menggunakan fluida yang elastis. 8. Pemindahan tenaga lebih mudah karena hose/pipa dapat dibentuk atau ditekuk dengan bentuk apapun untuk melintasi jalur-jalur sulit yang tidak mungkin ditempuh oleh sistem mekanik. 9. Memiliki pengaman beban berlebih yang responsif yang dapat digunakan berulang (reusable). 10. Bekerja pada suhu yang relatif rendah dan tidak menimbulkan panas, sehingga aman. Kelemahan sistem hidrolik : 1. Oli peka suhu dan tekanan, dapat memperpendek usia pakai oli yang bersangkutan. 2. Kerugian tenaga lebih besar yang diakibatkan oleh gesekan, diameter pipa yang kecil, tikungan dan gravitasi. 3. Butuh perapatan yang baik agar tidak kehilangan tenaga akibat kebocoran internal. 4. Kebocoran dapat mencemarkan produk-produk olahan yang menggunakan sistem hidrolik tersebut. 5. Komponen sistem hidrolik harus dibuat dengan presisi tinggi.
SIFAT-SIFAT OLI HIDROLIK Oli hidrolik harus mampu melumasi komponen hidrolik dimana ia bekerja Oli hidrolik harus tahan terhadap temperatur rendah tanpa harus membeku. Oli hidrolik harus tahan temperatur tinggi tanpa mengalami perubahan kekentalannya. Oli hidrolik harus mampu mencegah kotoran/endapan atau deposit menempel pada komponen hidrolik (piston,silinder, valve dll) Oli hidrolik tidak boleh menimbulkan busa atau gelembung udara selam bekerja pada tekanan dan getaran yang tinggi, agar tidak terjadi kavitasi dan penurunan kualitas karena oksidasi. Oli hidrolik tidak boleh mudah menyala akibat suhu yang tinggi selama bekerja. Oli hidrolik harus dapat bertahan tanpa mengalami perubahan kualitas akibat gangguan kontaminant seperti oksigen (anti oksidasi) Olli hidrolik tidak boleh merusak material komponen-komponen hidrolik tempat ia bekerja. Oli hidrolik harus dapat membersihkan komponen yang dilaluinya dari kotoran dan mengikatnya agar tidak kembali menempel pada komponen lain.
KONSEP-KONSEP DALAM HIDROLIK Berat adalah gaya Besarnya gaya yang dihasilkan oleh suatu benda dengan massa 1 kg adalah 10 Newton, yang diperoleh dari : F = m x g = 1 kg x 10 m/detik 2 = 10 kg.m/detik 2 = 10 N Dimana : F = gaya yang dihasilkan m = massa benda g = percepatan gravitasi bumi ( 10 m/detik 2 )
USAHA ( WORK ) Usaha ( work ) adalah besarnya gaya yang dikeluarkan (F= N) untuk memindahkan benda untuk menempuh jarak tertentu (s= m). Pada gambar di samping, seseorang menarik tali hingga benda terangkat sejauh 1 m. Bila ia mengeluarkan gaya sebesar 1 N, maka usaha (work) yang ia lakukan adalah : W = F x s = 1 N x 1 m = 1 N.m. = 1 joule Daya (power) adalah besarnya usaha yang dilakukan (W=joule) tiap satu satuan waktu (t = detik). Bila orang tersebut menarik tali selama 1 detik dengan kecepatan konstan, maka ia telah mengeluarkan daya (power) sebesar : P = W : t = 1 joule : 1 detik = 1 joule/detik = 1 Watt
Bila orang tersebut menarik tali hingga benda terangkat 1 meter dalam waktu yang lebih singkat, misalnya 0,5 detik, maka ia telah mengeluarkan daya sebesar : P = W : t = ( F x s ) : t = 1 joule : 0,5 Detik = 2 joule/detik = 2 Watt
Zat cair tidak dapat dimampatkan (incompressible) Zat cair yang mendapat mendapat tekanan di dalam wadah akan tetap mempertahankan volumenya. Bila penekanan diteruskan, salah satu bagian dari wadah harus ditembus oleh zat cair tersebut ( bagian dari wadah yang terlemah ).
Bila suatu gaya diberikan pada zat cair melalui sumbat, maka gaya tersebut menimbulkan tekanan di dalam zat cair, yang besarnya sama di semua bagian. Pressure didistribusikan oleh oli ke segala arah dengan sama besar (hukum pascal).
Tekanan didefinisikan sebagai besarnya gaya yang harus ditanggung oleh tiap-tiap satu satuan luas bidang kerja. Sebuah gaya (gaya resultan) bekerja pada suatu bidang. Bila diuraikan, gaya resultan tersebut dapat menjadi gaya-gaya yang lebih kecil yang dan banyak dan tersebar merata di seluruh permukaan bidang. Tiap-tiap petak bidang tersebut akan menangggung gaya yang besarnya sama dengan besarnya gaya resultan dibagi banyaknya petakan. Satuan tekanan adalah kgf/cm 2, lbf/ft 2, Bar, Atm, mmhg, psi, N/m 2.
ANALOGI PRESSURE
PENGUKUR TEKANAN (PRESSURE GAUGE) TIPE BOURDON Bila nipple dihubungkan dengan suatu saluran oli hidrolik, maka sebagian oli akan mengalir masuk ke dalam pipa bourdon yang berbentuk kurva. Pipa bourdon ini terbuat dari bahan logam yang lentur. Pressure oli akan berusaha meluruskan pipa bourdon yang bengkok ini. Makin besar pressure oli, makin besar simpangan yang dibentuk oleh pipa ini. Simpangan tersebut digunakan untuk memutar sector gear dan gear. Karena gear terhubung dengan jarum, maka jarum akan ikut berputar. Karakteristik kelenturan dari pipa bourdon ini menentukan skala pembacaan pada display, yang telah dikalibrasi terlebih dahulu. Makin lentur pipa bourdon, makin kecil/ rendah skala pembacaan pressure gauge, dan begitu sebaliknya.
KESETIMBANGAN Pada gambar, sebuah benda dengan bobot 1 kgf diletakkan di atas piston dengan luas penampang A, yaitu 1 cm 2. Dan pada sisi yang lain diletakkan dua buah benda dengan bobot total 2 kgf diatas piston dengan luas penampang B, yaitu 2 cm 2. pada sisi sebelah kiri, gaya yang dihasilkan benda pada piston A menyebabkan timbulnya tekanan (pressure) di dalam oli sebesar 1kgf/cm 2. tekanan tersebut akan sama di bagian manapun di dalam bejana. Tekanan sebesar 1kgf/cm 2 tersebut kemudian mendorong piston B hingga menghasilkan gaya F = p x A, atau 1 kgf/cm 2 x 2 cm 2 dan didapat 2 kgf. Gaya yang dihasilkan itu kemudian akan menahan beban yang bekerja pada piston B yang besarnya 2 kgf hingga setimbang.
BESAR TEKANAN YANG TERBANGKIT Besarnya tekanan yang terbangkit pada oli adalah tergantung dari besarnya beban yang diterima oleh piston, dan harga tekanan tersebut ditunjukkan oleh pengukur tekanan (pressure gauge). Bila beban nol, maka tekanan yang terbangkitpun akan mendekati nol. Makin besar beban atau gaya yang harus dilawan oleh piston, makin tinggi tekanan oli di dalam sistem.
PRESSURE TERBANGKIT KARENA BEBAN Pada gambar 1, beban yang harus diangkat oleh piston hanya 1 kgf. Bila luas penampang piston 1 cm 2, maka terbangkit tekanan dalam oli sebesar 1kgf/cm 2. Tekanan ini terbaca rendah pada pressure gauge. Pada gambar 2, beban ditambah menjadi 2 kgf. Maka tekanan yang terbangkit di dalam oli adalah 2 kgf/cm 2. pembacaan pressure gauge meningkat. Pada gambar 3, beban ditambah lagi hingga 3 kgf. Tekanan yang terbangkit dalam oli meningkat hingga 3 kgf/cm 2
Pada contoh, gaya yang harus diangkat oleh piston sebesar 360.000 kgf. Tekanan oli di dalam sistem terbaca 20 kgf/cm 2. berapa luas penampang piston yang dibutuhkan agar beban terangkat? A = F : p = 360.000 kgf : 20 kgf/cm 2 = 18.000 cm 2.
Berikut ini adalah suatu percobaan dimana terdapat tiga buah piston ukuran 1 cm2 yang dihubungkan secara paralel dan mendapat pasokan dari sebuah pompa yang sama. Ketiga piston tersebut diberi beban yang berbeda dimana piston B mendapat beban teringan ( misalnya : 1 kgf ), piston A ( 2 kgf ) dan piston C ( 3 kgf ) mendapat beban terberat. Saat pompa mulai bekerja; karena adalah beban di ketiga piston, tekanan mulai terbangkit ( pressure build-up). Ketika pressure mencapai 1 kgf/cm2, piston B akan mulai terangkat, karena dengan pressure sebesar itu sudah cukup untuk mengangkat beban di atas piston B. Saat ini piston A dan C belum bergerak. Pressure akan tetap selama piston B bergerak, dan kembali meningkat ketika piston B mencapai akhir langkahnya. Ketika pressure mencapai 2 kgfcm2, piston A akan terangkat hingga akhir langkahnya, dan pressure kembali meningkat hingga piston C terangkat saat pressure mencapai 3 kgf/cm2.
HYDROSTATIC PARADOX Bila empat buah bejana dengan luang penampang yang berbeda, dihubungkan bagian bawahnya satu dengan lain dan kemudian diisi oleh oli, maka ketinggian dari keempat adalah sama. Hal ini disebabkan berat udara yang menimbulkan tekanan udara bekerja di setiap penampang. Berat udara yang langsung bekerja di atas permukaan oli, luas penampangnya sama dengan luas penampang bejana. Karena udara memiliki berat jenis yang sama di keempat lubang bejana, maka berat udara efektif akan proporsional tergantung luas penampang, dengan asumsi, ketinggian kolom udara adalah sama.
PERBEDAAN PRESSURE Pada percobaan di atas dibuat tiga buah lubang yang sama besar pada dinding suatu wadah. Kemudian ketiganya dibuka sehingga air mengalir dari ketiga lubang. Ternyata lubang A menghasilkan pancaran air yang paling jauh, disusul lubang B dan lubang C. Dapat disimpulkan bahwa pada titik A, oli mengalami pembebanan yang disebabkan bobot dari oli di bagian atasnya, dan tekanan udara atmosfer. Kolom oli yang membebani oli di titik A paling banyak. Gaya berat tersebut mengakibatkan timbulnya tekanan terbesar pada oli di A.
PERBEDAAN PRESSURE Pada percobaan di atas, tiga buah pressure gauge ( pengukur tekanan ) dipasangkan secara seri pada sebatang pipa yang dihubungkan dengan wadah yang di dalamnya terdapat oli yang diberi tekanan. Ternyata pressure yang terbangkit di daerah terjauh dengan lubang pengeluaran ( A ) adalah paling besar, disusul oleh pressure di B dan C. Hal ini disebabkan oli di titik A mendapat tahanan atau hambatan terbesar untuk mengalir keluar oleh sejumlah oli yang ada di depannya, sehingga menimbulkan pressure terbesar. Makin dekat pressure gauge dipasangkan dengan lubang pengeluaran, makin kecil pressure yang terbaca.
PRESSURE YANG SAMA AKAN MENGHASILKAN GAYA YANG BERBEDA PADA PENAMPANG YANG BERBEDA Pada percobaan di atas, dua buah piston diberi beban yang sama yaitu 10 kgf. Luas penampang piston sebelah kiri dan kanan adalah sama, yaitu 10 cm 2. tekanan oli yang terbangkit di kedua silinder adalah sama, yaitu p = F : A = 10 kgf : 10 cm 2 = 1 kgf/cm 2. Oli dari masing-masing silinder akan menekan dua buah piston yang dipasang mendatar yang dipasang dengan rod yang sama namun berbeda luas penampang, pada sisi kiri luasnya 20 cm 2 dan pada sisi kiri 5 cm 2. Tekanan oli dari sisi kiri menghasilkan gaya dorong ke kanan pada piston kiri sebesar : F = p x A = 1 kgf/cm 2 x 20 cm 2 = 20 kgf. Sedangkan tekanan oli dari sisi kanan menghasilkan gaya dorong ke kiri pada piston kanan sebesar : F = p x A = 1 kgf/cm 2 x 5 cm 2 = 5 kgf. Karena gaya dorong ke kanan lebih besar dari gaya dorong ke kiri, maka piston mendatar akan bergerak ke kanan.
LOAD SENSING Pada gambar 1, beban hanya 1 kgf di kedua sisi. Dengan luas penampang A1 dihasilkan tekanan sebesar 1kgf/cm 2 di dalam oli dan terlihat dari pembacaan pressure gauge sebelah kiri. Pressure sebesar ini diubah kembali menjadi gaya pada piston A3 sebesar : F = 1 kgf/cm 2 x 10 cm 2 = 10 kgf, dan gaya ini ditambah gaya spring sebesar 2kgf, hingga menjadi 12 kgf, ke arah kanan. Di sisi kanan, piston mendapat beban yang sama yaitu 1 kgf dan menghasilkan pressure yang sama pula. Pressure tersebut diubah kembali menjadi gaya pada piston A4 sebesar F= 1 kgf/cm 2 x 11 cm 2 = 11 kgf, ke arah kiri. Karena gaya ke kanan lebih besar, maka piston tidak bergerak dan tetap diam. Pada gambar di atas, beban ditambah menjadi 2 kgf, menghasilkan pressure di sisi kiri sistem 2 kgf/cm 2. Pressure ini kemudian diubah kembali menjadi gaya pada piston A3 sebesar : F = 2 kgf/cm 2 x 10 cm 2 = 20 kgf, ditambah dengan gaya spring 2 kgf, menjadi 22 kgf, ke arah kanan. Di sisi kanan, beban yang sama menghasilkan pressure yang sama pula ( 2 kgf/cm 2 ) dan diubah kembali menjadi gaya pada piston A4 sebesar: F = 2 kgf/cm 2 x 11 cm 2 = 22 kgf, ke arah kiri. Karena gaya ke arah kanan dan gaya ke arah kiri sama besar, piston horizontal akan tetap diam. Posisi kedua piston vertikal-pun masih tetap.
LOAD SENSING (2) Pada gambar di samping, beban ditambah menjadi 3 kgf, dan menghasilkan pressure sebesar 3 kgf/cm 2. pressure tersebut kemudian diubah kembali menjadi gaya pada piston A3 sebesar 30 kgf, ditambah dengan gaya spring 2 kgf, menjadi 32 kgf, ke arah kanan. Pada sisi kanan, dengan beban yang sama menghaslkan pressure yang sama, namun pressure tersebut diubah menjadi gaya pada piston A4 menghasilkan : F= 3 kgf/cm 2 x 11 cm 2 = 33 kgf, ke arah kiri. Saat ini gaya ke kiri lebih besar dari gaya ke kanan pada piston horizontal, menyebabkan piston horizontal kemudian bergerak ke kiri dan membuka jalur kembali ke tangki bagi oli di silinder sebelah kanan, hingga piston kanan turun.
GANGGUAN PADA ALIRAN/FLOW OLI
HOSE DAN SAMBUNGAN (FITTING) Pemilihan konduktor dan elemen penyambung ( fitting) tergantung pada faktor-faktor : 1. Tekanan statis dan dinamis 2. Aliran rata-rata 3. Kesesuaian terhadap fluida 4. Pemeliharaan 5. Vibrasi 6. Kekuatan terhadap kebocoran 7. kondisi lingkungan 8. Pemakaian 9. Harga Pipa berlapis baja digunakan untuk konduktor-konduktor kaku dan semi kaku. Pipa fleksibel (hose) digunakan untuk bagian-bagian unit yang bergerak dimana vibrasi/getaran dapat menyebabkan kebocoran.
Diameter Luar (mm) TABEL PEMILIHAN PIPA KONDUKTOR Tebal dinding pipa (mm) Pressure maksimum terhitung (Bar) Diameter Luar (mm) Tebal dinding pipa (mm) Pressure maks. terhitung (Bar) 4 1 600 18 3 365 5 1 400 20 2 193 6 1 300 20 3 313 6 2 1200 22 1.5 122 8 1 228 22 3 273 8 2 686 25 2 147 10 1 172 25 3 230 10 2 458 28 1.5 92 12 1 137 28 3 199 12 2 343 30 2.5 119 14 1 128 30 4 265 14 2 309 35 2 100 15 1.5 192 35 4 216 15 2.5 365 38 3 136 16 1.5 177 38 5 261 16 2.5 331 42 2 81 18 1.5 154
Beberapa jenis pipa yang digunakan dalam sistem hidrolik : 1. Pipa baja berlapis (galvanis) paling banyak digunakan pada instalasi pipa hidrolik terutama pada sistem yang bertekanan tinggi dan statis. Pipa ini dapat dibengkokkan menjadi beberapa bentuk belokan. Pada sistem dengan kecepatan aliran dan tekanan tinggi penggunaan pipa baja (logam) sangat cocok. Karena selain tahan terhadap kejutan, juga rugi-rugi tekanan lebih rendah. Pipa baja galvanis kurang begitu cocok digunakan, karena lapisan seng bisa terkupas oleh gesekan fluida yang mengalir dan akan merusak katup, pompa, dan elemen-elemen penggerak. 2. Pipa tembaga penggunaannya terbatas pada sistem hidrolik tekanan rendah dan vibrasi yang ditimbulkan juga rendah. Pipa tembaga cenderung meniadi rapuh apabila terkena erosi dan berhubungan dengan kondisi panas yang tinggi. 3. Pipa alumunium juga kurang tahan pada tekanan tinggi dan mudah terkikis, tetapi mudah dibengkok-bengkokkan. 4. Pipa plastik (nylon) hanya digunakan pada sistem tekanan rendah. JENIS PIPA HIDROLIK
JENIS-JENIS PENYAMBUNGAN
JENIS-JENIS HOSE Berikut ini beberapa jenis hose yang digunakan : 1. Fabric Braid hose : digunakan untuk mengalirkan fluida yang terbuat dari mineral, bensin atau bahan bakar minyak lain. dipasangkan pada saluran hisap atau saluran pengembalian yang bertekanan rendah. Batas suhu : -40 o F hingga +250 o F. 2. Single wire braid hose : digunakan sebagai saluran balik, atau saluran bahan bakar seperti bensin, air, campuran anti beku dan bahan kimia. Batas suhu : -40 o F hingga +250 o F. 3. Double wire braid hose : digunakan sebagai saluran oli hidrolik tekanan tinggi, bensin, bahan bakar minyak dan saluran air. Batas suhu : -40 o F hingga +200 o F. 4. Spiral wire hose : digunakan bertekanan sangat tinggi, dan saluran bahan bakar minyak. Batas suhu : -40 o F hingga +200 o F.
Ukuran hose ( inchi) Single wire braid Double wire braid Spiral wire braid ¼ 3000 psi ( 200 Bar ) 5000 psi ( 345 Bar ) - 3 / 6 2250 psi ( 150 Bar ) 4000 psi ( 275 Bar ) 5000 psi ( 345 Bar ) ½ 2000 psi ( 140 Bar ) 3500 psi ( 240 Bar ) 4000 psi ( 275 Bar ) 5 / 8 1750 psi ( 120 Bar ) 2750 psi ( 190 Bar ) - ¾ 1500 psi ( 100 Bar ) 2250 psi ( 150 Bar ) 3000 psi ( 200 Bar ) 1 800 psi ( 55 Bar ) 1875 psi ( 130 Bar ) 3000 psi ( 200 Bar ) 1 ¼ 600 psi ( 40 Bar ) 1625 psi ( 112 Bar ) 3000 psi ( 200 Bar ) 1 ½ 500 psi ( 35 Bar ) 1250 psi ( 85 Bar ) 3000 psi ( 200 Bar ) 2 350 psi ( 25 Bar ) 1125 psi ( 77 Bar ) 2500 psi ( 170 Bar )
LAMBANG-LAMBANG DALAM SIRKUIT HIDROLIK Pompa dengan debit konstan (fixed displacement) dengan satu arah aliran Pompa dengan debit yang dapat diatur (variable displacement) dengan satu arah aliran Pompa dengan debit konstan (fixed displacement) dan dapat berbalik (reversible) Motor dengan debit aliran yang variable dan reversible Motor dengan debit aliran konstan dengan satu arah aliran Alat hidrolik yang dapat berfungsi sebagai motor dan pompa reversible dengan debit aliran variable Motor hidrolik dengan sudut atur terbatas / gerakan terbatas Alat hidrolik dengan volume langkah variabel, bekerja dalam arah aliran yang sama, sebagai pompa dan sebagai motor.
Alat hidrolik dengan volume langkah konstan, bekerja dalam arah aliran yang sama, sebagai pompa dan sebagai motor. Alat hidrolik dengan volume langkah variable, bekerja dalam arah yang satu sebagai pompa, dalam arah yang berlawanan sebagai motor. Motor hidrolik reversible dengan dua displacement Alat hidrolik dengan volume langkah konstan, tetapi dapat bekerja dalam dua arah sebagai pompa dan sebagai motor. Pompa ganda dengan debit konstan Motor hidrolik reversible dengan 3 displacement Pompa ganda dengan debit variable
MODEL SKEMA HIDROLIK PADA WHEEL LOADER
MODEL SKEMA HIDROLIK PADA WHEEL LOADER : FUNGSI KE-3
MODEL SKEMA HIDROLIK PADA WHEEL LOADER : FUNGSI TILTING
MODEL SKEMA HIDROLIK PADA WHEEL LOADER : FUNGSI TILTING
MODEL SKEMA HIDROLIK PADA WHEEL LOADER : FUNGSI LIFTING
MODEL SKEMA HIDROLIK PADA WHEEL LOADER : FUNGSI LIFTING
POMPA DAN PENGATURAN PRESSURE
UNIT SERVO/PILOT VALVE
MAIN CONTROL VALVE
ELECTRIC CONTROL
END SHOW