hydroulic system caterpillar

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.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.

II.1.2 Jenis Hydraulic Tank

Dua macam hydraulic tank adalah Pressurized dan Vented (Non-Pressurized).

A. Pressurized Tank, 

pressurized tank itu tertutup sama sekali. Atmospheric pressure (tekanan udara luar) tidak akan mempengaruhi pressure yang ada di dalam tangki. Sebagaimana oli mengalir melalui sebuah system, oli akan menyerap panas dan mengembang. Oli yang mengembang ini akan menekan udara yang ada di dalam tangki. Udara yang tertekan ini akan mendorong oli keluar dari tangki dan menuju ke sistem.

Vaccum relief valve mempunyai dua fungsi. Mencegah ke-vaccum-an dan juga untuk membatasi maksimum pressure di dalam tangki. Vaccum relief valve akan mencegah ke-vaccum-an dengan cara membuka danmembiarkan uadara masuk ke dalam tangki bilamana tank pressure drop sampai 3,45 kPa (.5 psi).

Pada saat pressure di dalam tangki mencapai vaccum relief valve pressure setting, maka valve akan membuka dan mengeluarkan udara yang terjebak ke luar (atmosphere). Vaccum relief valve pressure setting bisa bervariasi antara 70 kPa (10 psi) sampai 207 kPa (30 psi).

Komponen tangki yang lain adalah:

·   Filler Screen, mencegah kotoran yang besar masuk ke tangki pada saat tutup tangki dilepas.

·   Filler Tube, memungkinkan tangki diisi pada level yang benar tetapi tidak overfilled.

·   Baffles, mencegah return oil mengalir langsung ke bagian tangki outlet, memberikan kesempatan kepada bubble (gelembung-gelembung udara) yang ada di return oil untuk naik ke atas. Juga mencegah oli ter-aduk yang mana akan membantu menurunkan oli dari pembentukkan buih.

·   Ecology Drain, digunakan untuk mencegah oli tercecer pada saat membuang air dan endapan-endapan dari tangki.

·   Return Screen, mencegah partikel yang lebih besar masuk ke tangki, tetapi tidak bisa menyaring partikel yang halus.

B. 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.1.4

 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 di bawah tekanan tinggi. Minyak tanah adalah zat cair pokok yang digunakan dalam pengembangan kebanyakan hidrolik oil.

Fungsi utama dari hydraulic fluid (oil) adalah:

·   Transmitting power                              ·  Lubricating

·   Sealing                                      ·  Cooling

·   Cleaning

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, dapat mengalir dengan baik pada temperature rendah. Semakin besar angka-nya, semakin kental dan diperuntukkan buat temperature tinggi.

II.1.8 Fluida Tahan Api

Ada tiga macam fluida tahan api: Water-glycol, water oil emulsion dan synthetic.

·         Water-glycol fluid, berisi 35% sampai 50% air (water inhibit burning), glycol (synthetic chemical hampir menyerupai antifreeze) dan water thickener. Additive ditambahkan ke dalam fluida untuk memperbaiki lubrikasi dan untuk mencegah karat, korosi dan berbuih. Water-glycol fluid lebih berat dibanding dengan oil dan bisa menyebabkan pump cavitation pada kecepatan tinggi. Fluida ini bisa bereaksi dengan metal tertentu dan seal dan tidak bisa digunakan/dicampur dengan beberapa tipe cat.

·         Water oil emulsion, paling mahal dari semua fluida tahan api. Jumlah yang sama dari air (40%) juga dipakai sebagaimana pada               water-glycol untuk mencegah pembakaran. Water-oil digunakan dalam hidrolik oil system pada umumnya. Additive bisa ditambahkan untuk mencegah karat dan buih.

·         Synthetic oil, dibuat dengan proses reaksi kimia dengan komposisi khusus untuk menghasilkan senyawa yang terencana dan mempunyai sifat-sifat yang bisa diprediksi. Synthetic oil secara spesifik diramu untuk dipakai pada temperature tinggi dan juga temperature rendah.

Kondisi-kondisi tertentu mungkin memerlukan synthetic fluid tersebut untuk mendapatkan spesifikasi yang diperlukan. Fire resistic sinthetic fluid tidak mudah terbakar dibanding dengan oil dan lebih cocok digunakan di area dengan pressure dan temperature tinggi.

Beberapa kali fire resistant fluid bereaksi dengan polyurethane seal, untuk itu harus menggunakan seal yang khusus.

II.1.9 Oil Life

Hidrolik oil tidak pernah aus. Digunakannya filter untuk menyaring partikel-partikel dan bahan kimia akan sangat berguna bagi umur dari oil. Akan tetapi, pada akhirnya oil akan menjadi terkontaminasi, dan itu harus diganti. Pada machine-machine konstruksi, oil diganti secara teratur pada interval waktu yang ditentukan.

Kontaminasi di dalam oil juga bisa digunakan sebagai indikator dari keausan yang tinggi dan masalah-masalah lain yang akan muncul. Salah satu program yang menggunakan oil yang sudah terkontaminasi sebagai sumber informasinya adalah Caterpillar Schedule Oil Sampling Program (S·O·S)

II.2 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

Hydraulic motor mentransfer hydraulic energy menjadi mechanical energy. Hydraulic motor menggunakan oil flow yang sedang di tekan ke dalam hydraulic system oleh pompa dan mentransfernya menjadi rotary motion untuk menggerakkan peralatan yang lain seperti final drive, diffrential, transmission, wheel, fan, pompa yang lain dan lain-lain.

II.2.1 Positive Displacement Pump

Ada 3 (tiga) type dari Positive displacement pump:

·   Gear

·   Vane

·   Piston

Positive displacement pump mempunyai clearance diantara komponen-komponen-nya lebih kecil. Ini akan mengurangi kebocoran dan menghasilkan efficiency yang lebih baik saat digunakan pada high pressure hydraulic system. Output flow pada positive displacement pump pada dasarnya sama untuk setiap putaran pompa. Positive displacement pump dikelompokkan menjadi dua berdasarkan kontrol output dan konstruksi pompa.

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

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. Padabidirectional pump dan bidirectional motor, ukuran inlet dan outlet port akan sama.

B. Gear Pump Force

Outlet flow dari sebuah gear pump dihasilkan dengan mendorong oil keluar dari roda gigi pada saat bertemu di sisi outlet. Hambatan pada oil flow akan menghasilkan pressure pada sisi outlet. Ketidakseimbangan dari gear pump lebih disebabkan karena pressure yang ada di outlet port lebih tinggi dari inlet port. Pressure yang lebih tinggi pada outlet port ini akan mendorong gear ke arah sisi inlet port. Dengan demikian maka shaft bearing akan menerima sebagian besar beban untuk mencegah keausan yang berlebihan antara puncak roda gigi dan housing-nya. Pada pressure yang lebih tinggi, gear shaft akan sedikit miring ke arah roda gigi. Hal ini akan memungkinkan kontak antara shaft dan bearing yang akan mengakibatkan shaft menjadi sedikit bengkok bila terjadi pressure yang tidak balance.

Oli yang bertekanan juga diarahkan diantara sealed area dari pressure balance plate dan housing-nya. Ukuran dari sealed area diantara pressure balance plate dan housing-nya adalah apa yang membatasi jumlah force yang menekan plate terhadap ujung daripada gear. 

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. 

C. Pressure Balance Plate

Ada dua tipe pressure balance plate yang digunakan di gear pump. Tipe ini menggunakan isolation plate, back up untuk seal, seal mirip seperti angka 3 dan sebuah retainer.

Tipe kedua mempunyai sebuah groove (alur) seperti angka 3 pada permukaanya dan lebih tebal dari tipe pertama

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)

Slotted rotor diputar oleh input shaft. Vane bergerak masuk dan keluar pada slot yang ada di dalam rotor dan menge-seal pada ujung luarnya terhadap cam ring. Ring yang ada di dalam fixed pump displacement berbentuk elips, sedangkan ring yang ada didalam variable pump displacement berbentuk lingkaran/bundar. Flex plate menutup sisi dari rotor dan ujung-ujung vane-nya. Dalam beberapa design pressure rendah, support plates dan housing menge-seal sisi dari rotating rotor dan ujung-ujung vane. Support plate digunakan untuk mengarahkan ke passage-passage yang ada di dalm housing. Housing juga berfungsi sebagai support untuk komponen-komponen yang lain dari vane pump, mengarahkan flow masuk dan keluar vane pump.

A. Vanes

Vane pertama sekali ditahan terhadap cam ring dengan centrifugal force yang dihasilkan oleh putaran rotor. Bilamana flow-nya naik, pressure yang dihasilkan dari hambatan terhadap flow itu sendiri diarahkan menuju passage di dalam rotor di bawah vane (1).

B. Flex Plates

Oli yang sama juga diarahkan di antara flex plate dan support plate untuk menutup/menge-seal sisi dari rotor dan ujung dari vane. Ukuran dari seal area di antara flex plate dan support plate adalah apa yang mengontrol force yang menekan flex plate terhadap sisi dari rotor dan ujung dari vane. Seal dengan bentuk yang lonjong harus dipasang di support plate dengan salah satu sisi bundar ke dalam pocket dan sisi plastik yang rata terhadap flex plate.

Vane Pump Operation

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.

D. Balanced Vane Pump

Balanced vane pump mempunyai cam ring berbentuk elips. Bentuk seperti ini memungkinkan jarak antara rotor dan cam ring membesar dan mengecil pada setiap satu kali putaran. Dua inlet dan dua outlet masing-masing berhadap-hadapan sehingga bisa menyeimbangkan gaya yang timbul terhadap rotor. Design seperti ini tidak memerlukan bearing-bearing dan housing yang besar untuk men-support komponen-komponen yang berputar. Operating pressure maksimum untuk vane pump berkisar antara 4000 psi. Vane pump yang dipakai pada hydraulic system mempunyai operating pressure sekitar 3300-psi atau kurang.

E. Variable Vane Pump

Variable output vane pump dikontrol dengan menggeser ring maju dan mundur sesuai dengan pusat rotor-nya. Variable output vane pump jarang penggunaanya. Jika ada kebanyakan dipakai aplikasi mobile hydraulic.

Piston Pump

sDua 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).

A. Straight Housing Axial Piston Pump

Gambar di atas memperlihatkan masing-masing Positive Displacement Fixed Output Axial Piston Pump dan Positive Displacement Variable Output Axial Piston Pump. Dalam pandangan umum, kedua pompa tersebut sering dibicarakan orang dengan sebutan Fixed Displacement Pump dan Variable Displacement Pump.

Pada fixed displacement Axial Piston Pump, piston bergerak lurus maju dan mundur parallel dengan shaft-nya.

Pada variable displacement Axial Piston Pump atau motor, swashplate atau barrel dan port plate-nya juga bergerak maju dan mundur merubah sudutnya sendiri terhadap shaft-nya. Perubahan sudut ini membuat pump flow bervariasi antara minimum dan maksimum setting meskipun shaft speed-nya konstan.

Pada pompa yang lain, saat piston bergerak mundur, oil mengalir melalui intake menuju ke piston. Pada saat pompa berputar, piston akan bergerak maju, oil kemudian didorong cellar menuju ke system. Kebanyakan piston pump yang digunakan pada mobile equiptment adalah Axial Piston Pump.

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.

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.

Pada saat pompa berputar, gigi dari pinion dan ring gear tidak bertemu saat berada pada sisi inlet port. Maka ruang yang kosong di antara gigi akan menjadi lebih besar, ruangan ini kemudian diisi oleh inlet oil. Oil dibawa di antara roda gigi pinion gear dan crescent, roda gigi ring gear dan crescent menuju ke outlet port. Pada saat roda gigi melewati outlet port, ruang kosong di antara gigi akan mengecil dan roda gigi akan kembali bersentuhan. Kejadian ini akan menekan oil keluar dari antara roda gigi dan menuju keluar.

Internal gear pump biasa digunakan sebagai charging pump pada piston pump yang besar.

Conjugate Curve Pump

Conjugate curve pump (Gambar di atas), yang juga biasa disebut dengan GEROTOR pump. Inner dan outer komponen berputar bersama-sama dengan housing. Pemompaan dihasilkan dengan cara lobe dari komponen inner dan outer masing-masing melakukan kontak/bersentuhan selama berputar. Pada saat komponen inner dan outer berputar, komponen 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

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.

Oil memasuki bagian tengah dari housing (5) di dekat input shaft dan mengalir ke impeller. Sudu-sudu impeller yang melengkung akan mendorong oil keluar terhadap housing. Housing-nya sendiri dibentuk sedemikian rupa untuk mengarahkan oil menuju ke outlet port.