Rancang bangun sistem hidrolik pada transporter trek kayu dapat dilihat pada Gambar 23. Pada gambar tersebut, dapat dilihat bahwa perancangan dan perakitan secara visual tidak mengakibatkan perubahan yang signifikan pada desain transporter sebelumnya sehingga perakitan sistem hidrolik pada transporter yang telah dimofikasi tidak mengurangi performansi desain sebelumnya.
(a) (b)
Gambar 23 a) Tranporter trek kayu tanpa hidrolik, b) Transporter setelah penambahan sistem hidrolik
Perangkaian Konstruksi Sistem Hidrolik
Perangkaian konstruksi sistem hidrolik dilakukan dengan memasang dudukan-dudukan komponen di luar sistem kendali, yaitu dudukan komponen aktuator, reservoir, dan pompa hidrolik. Secara keseluruhan, dudukan-dudukan tersebut terdiri atas sambungan besi-besi dengan las yang kemudian dihubungkan pada chassis transporter dengan penghubung semi permanen yaitu dengan menggunakan mur dan baud ataupun yang dihubungkan secara permanen melalui pengelasan. Sedapat mungkin penghubung chassis transporter dilakukan dengan sangat kuat dengan memertimbangkan kebutuhan kekuatan konstruksi untuk pengoperasian selanjutnya.
Mekanisme Bongkar Muatan
Pada proses bongkar muatan, awalnya dirancang mekanisme tipe single stage scissor dimana digunakan lengan bantuan berupa besi plat dengan ketebalan 6 mm dengan panjang 470 mm dan 480 mm dalam membantu melakukan proses
dumping dari bak agar mampu mencapai derajat kemiringan yang diharapkan, walaupun dengan keterbatasan ruang kerja yang tersedia untuk aktuator silinder, seperti pada Gambar 24.
23
(a) (b)
Gambar 24 a) Konsep desain mekanisme tipe single stage scissor menggunakan
Solidworks 2011, b) Hasil perancangan konsep single stage scissor
Pada Gambar 24.b, terlihat bahwa keterbatasan ruang yang tersedia untuk pergerakan aktuator silinder membuat silinder tidak dapat melakukan intrusi secara keseluruhan karena kepala silinder terbentur oleh ujung chassis utama bak transporter yang membuat lengan bantu menjadi tersangkut (ditunjukkan dengan tanda panah). Setelah itu dilakukan pemotongan terhadap lengan bantu menjadi 440 mm dan 430 mm dengan harapan seluruh bagian aktuator bisa melakukan intrusi dengan sempurna. Namun, setelah dilakukan pemotongan, arah intrusi aktuator menjadi tidak sesuai dengan seharusnya (lihat Gambar 25). berdasarkan hasil percobaan diatas, dengan hasil yang tidak sesuai harapan membuat mekanisme ini disimpulkan gagal untuk diterapkan pada transporter trek kayu.
(a) (b)
Gambar 25 a) Posisi aktuator saat maksimum b) Posisi aktuator sesaat sebelum intrusi yang bergerak dengan arah yang salah (tanda panah merah)
Kesalahan tersebut tidak dapat diprediksi pada kegiatan konsep desain menggunakan software gambar teknik (Gambar 23.a) karena pada software
tersebut, fitur motion study tidak digunakan, maka ilustrasi pergerakan aktuator terhadap bak hanya menggunakan fitur basic motion. Fitur tersebut hanya menganalisis apakah suatu komponen yang diberi tenaga dari motor (linear ataupun rotari) dapat bergerak sehingga tidak mampu menganalisis apakah
terdapat benturan dari komponen satu dengan yang lainnya, ataupun menganalisis arah dari pergerakan pada tahap berikutnya dengan pengaruh kecepatan aliran yang diperhitungkan.
Setelah itu dilakukan perhitungan dan simulasi ulang, perhitungan yang dilakukan sesuai dengan subbab analisis beban pada bak penampung TBS terhadap aktuator silinder sehingga dipilih mekanisme dengan ujung kepala hidrolik langsung mendorong bak tanpa menggunakan lengan bantu, yang disebut juga dengan mekanisme under body direct lift. Pada mekanisme ini silinder mampu bergerak bebas tanpa berbenturan dengan chassis utama seperti pada Gambar 26.
Gambar 26 Proses jungkit muatan bak dengan mekanisme mekanisme under body direct lift
Perangkaian Dudukan Pompa Hidrolik
Posisi komponen hidrolik pada umunya terletak di bagian dalam transporter. Namun, dengan memertimbangkan estetika desain, dimana keterbatasan ruang dimensi untuk komponen-komponen tersebut yang sulit untuk diminimalisir sehingga demi memertahankan performanya, penggunaan belt untuk puli pompa hidrolik harus menerima penyaluran daya langsung dari engine transporter. Posisi pompa pada chassis juga harus memerhatikan keterbatasan ruang dan sangat riskan untuk melakukan reduksi putaran dengan menggunakan skala perbandingan puli di atas 1:1 sehingga dipilih diameter puli pompa hidrolik yang sama dengan
1 2
25
diameter puli dari engine, yaitu diameter 4 inch, seperti yang terlihat pada Gambar 27.
Gambar 27 Penempatan dudukan pompa hidrolik
Perancangan Tangki atau Reservoir
Telah diketahui pada subbab analisis kapasitas tangki bahwa kebutuhan minimum yang dibutuhkan untuk penyimpanan oli adalah 0.16 lt. Pada rancang bangun dan perakitan tangki digunakan tangki diesel traktor Perkasa untuk motor jenis Karapan tipe PD85DI dengan kapasitas maksimum 5 lt sehingga pemilihan dan penggunaan tangki ini sebagai reservoir pada rancang bangun sistem hidrolik dapat dikatakan aman untuk digunakan. Dudukan tangki adalah besi plat 40 mm dengan ketebalan 2 mm yang dibaud pada gearbox. Hasil perancangan dapat dilihat pada Gambar 28 dibawah ini.
Gambar 28 Tangki dan dudukannya
Rancang Bangun Sistem Hidrolik
Pada rancang bangun sistem hidrolik ini, diperhitungkan sebelumnya tekanan bekerja pada 58.76 bar dengan pembebanan 350 kg muatan dan berat bak 103.5 kg dengan gaya yang dibebankan yang mengenai kepala silinder aktuator 287.84 kg maksimum sehingga dapat dikategorikan berdasarkan maksimum
reabilitas hose dalam menghantarkan fluida bertekanan adalah sistem hidrolik tekanan rendah (Hartono 1988).
Pada rancang bangun ini dilakukan pembuatan reservoir dari modifikasi tangki minyak diesel traktor Perkasa PD85DI dengan kapasitas tampungan 5 liter. Pada tangki dilakukan penambahan saluran input dan output untuk masuk dan keluarnya oli hidrolik di bagian atas tangki. Pada bagian dalam tangki dipasang filter hisap dengan mesh 10 mikron sebagai saringan kasar dan dihubungkan dengan saluran output reservoir yang kemudian mengarah ke pompa hidrolik.
Sistem hidrolik yang dirancang tersusun atas beberapa subsistem terpadu dan satu sama lain berinteraksi secara simultan dan signifikan saat mesin dinyalakan. Subsistem yang menyusun sistem hidrolik antara lain subsistem pemompaan fluida, subsistem pengatur arah aliran fluida, subsistem pengaturan laju aliran, subsistem aktuator dan penggandaan gaya, dan subsistem pendukung performa seperti hose, konektor atau adaptor, dan filter. Setiap subsistem terhubung mengikuti alur seperti yang dapat dilihat pada Gambar 29 pada subbab kriteria perancangan.
Gambar 29 Sirkuit hidrolik transporter trek kayu
Subsistem Pemompaan Fluida
Pemompaan fluida dilakukan dengan menggunakan pompa hidrolik jenis roda gigi dalam yang menyalurkan fluida searah putaran puli. Pompa menekan fluida ke dalam hose pada tekanan operasi sistem sebesar 58.76 bar ke seluruh bagian sistem dengan input rpm poros pompa pada selang 400 – 3000 rpm.
Pada subbab analisis teknik pompa hidrolik, telah diperhitungkan bahwa pompa yang ideal untuk mendukung operasi sistem hidrolik dengan tenaga input 10 HP adalah pompa hidrolik jenis gearpump dengan Vpompa = 0.018 lt atau 18 cc, kapasitas tekanan kerja maksimum 100 bar, dan kapasitas debit atau displacement
55 lpm. Namun, ketersedian pompa hidrolik di lokasi penelitian adalah gearpump
Keterangan:
1. Tangki/Reservoir
2. Pompa hidrolik
3. Directional Hand Valve atau katup pengarah aliran
4. Flow Control Valve
5. Aktuator Silinder 1 2 3 4 5
27
dengan kapasitas debit 33 lpm, Vpompa = 0.011 lt atau 11 cc, bertekanan 100 bar — 150 bar. Hal tersebut membuat penyaluran debit aliran menjadi kurang maksimal karena pompa yang digunakan memiliki kapasitas penyaluran aliran fluida yang lebih kecil dari yang direkomendasikan (Hasil pengujian akan dibahas pada subbab uji performansi sistem hidrolik).
Untuk penyaluran tenaga dari engine, puli yang digunakan untuk pompa hidrolik berdiameter sama dengan puli yang digunakan pada engine yaitu 4 in atau 101.6 mm dengan belt tipe SAE B-25. Dengan perbandingan diameter 1:1, pompa hidrolik mendapatkan putaran yang sama dengan putaran engine. Hal tersebut dapat memudahkan pada saat operasi keseluruhan transporter sehingga diharapkan adanya hubungan yang signifikan antara kecepatan maju transporter dan kecepatan operasi sistem hidrolik sebagai akibat meningkatnya debit keluaran pompa.
Subsistem Pengatur Arah Aliran Fluida
Pengaturan arah aliran fluida dilakukan oleh katup kontrol atau directional control valve dengan katup sistem open center. Menurut Lijedhal (1989) dalam Akbar (2004), menggunakan katup open center memungkinkan untuk mengatur aliran maksimum yang dibutuhkan melalui katup pada saat posisi statis tanpa terjadi penurunan tekanan yang signifikan.
Tekanan yang masuk pada katup kontrol adalah tekanan kerja sistem, bekerja pada tekanan kebutuhan yaitu 58.76 bar. Tekanan keluar dari katup tidak diperhitungkan karena pada dasarnya tidak ada perubahan nilai tekanan yang berarti dibandingkan dengan tekanan masukannya. Hal ini berlaku sebagaimana prinsip hukum kesetimbangan tekanan (hukum Pascal), dimana Pin = Pout pada suatu subsistem hidrolik yang sama, yaitu ruang muka dan ruang belakang aktuator.
Pengoperasian sistem kendali ini juga mengikuti prinsip sistem kontrol manual, yaitu input kontrol adalah tekanan yang diinginkan operator dengan output adalah disposisi batang aktuator pada selang amplitudonya (stroke). Katup kontrol yang digunakan dalam penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 30 dibawah ini.
Gambar 30 Katup kontrol 4/3 way tipe detend merk Wolverine
Batasan rentang pengoperasian tuas katup ditentukan oleh posisi pegas jenis
detend yang akan menahan posisi tuas setelah digerakkan ke depan maupun ke belakang. Tipe ini memiliki kelemahan, yaitu operator tidak mampu mengatur
bukaan saluran dengan mudah karena saat tuas digerakkan ke depan atau ke belakang, operator harus menahan arah pegas tersebut dengan pergelangan tangan sampai tuas telah sesuai dengan bukaan yang diinginkan. Kelebihannya adalah bahwa tipe detend ini memiliki umur pakai yang lebih lama dibandingkan dengan tipe semi-detend.
Subsistem Aktuator dan Penggandaan Gaya
Ruang aktuator menerima tekanan kerja sebesar 58.76 bar dengan panjang stroke atau langkah silinder adalah 205 mm dengan jarak antar poros saat standby
adalah 389 mm, dan saat posisi maksimum 594 mm. Tekanan masuk ke masing-masing ruang adalah konstan tanpa terpengaruh oleh volume pada saat mulai hingga sebelum mencapai titik maksimum ekstrusi batang torak.
Jika aktuator dioperasikan untuk mendorong, maka ruang muka torak akan menbesar oleh penekanan fluida, dan fluida pada ruang lainnya akan kembali menuju sistem pengarah aliran (directional control valve). Begitu juga sebaliknya, pada penarikan batang aktuator, ruang depan torak akan membesar, diiringi kembalinya fluida dari ruang belakang torak menuju sistem pengarah.
Pada kedua ruang silinder berlaku hukum Pascal atau hukum kesetimbangan tekanan pada suatu sistem tertutup dengan fluida pengisi. Dengan kata lain, besarnya tekanan masuk pada salah satu ruangnya utuk memperbesar volumenya adalah sama besar dengan nilai tekanan keluar pada ruang lainnya dalam memperkecil volumenya. Gerak silinder aktuator yang secara relatif ber-rotasi terhadap perpindahan posisi batang torak aktuator saat pembebanan membutuhkan kekuatan kontruksi yang baik, yaitu dudukan harus dapat menahan beban dan seminimal mungkin memberikan gaya gesekan pada perputaran silinder sehingga gerak relatif silinder dapat disimpangkan agar dapat bergerak tanpa tersendat akibat gesekan poros.
Konstruksi mounting silinder (poros dasar dan kepala silinder) berdasarkan standard ISO 6020/2 dari Parker Hanifin Corp merupakan tipe MP5 Pivot Mounting seperti yang terlihat pada Gambar 31 di bawah ini.
(a) (b)
29
Sistem Pengaturan Kecepatan Aliran
Sistem pengaturan kecepatan aliran dilakukan dengan komponen flow control atau flow meter. Fungsi komponen tersebut secara umum adalah mempersempit saluran fluida yang akan mengalir dari subsistem satu ke subsistem selanjutnya tanpa menghambat kecepatan aliran saat masuk (in-line check system). Secara khusus flow meter mengatur volume fluida yang dilewatkan tanpa mengubah tekanan yang dimiliki fluida. Flow control dipasang setelah directional control valve. Hal ini dimaksudkan agar pada saat proses intrusi atau penarikan bak oleh aktuator, bak akan jatuh atau tertarik secara perlahan karena besaran aliran yang melewati flow control dari bak menuju directional valve dibatasi dengan sistem satu jalur dari flow control tersebut. Perangkaian flow control dapat dilihat pada Gambar 32.
Gambar 32 Perangkaian flow control
(panah A: dari directional valve, panah B: dari aktuator silinder)
Uji Performansi Sistem Hidrolik
Uji performansi dilakukan pada dua sampel pembebanan. Pertama, pengujian tanpa pembebanan, artinya beban hanya berasal dari berat bak. Data tersebut akan mewakili hasil performa sistem hidrolik pada saat pembebanan kosong. Kedua, diujikan juga beberapa kali dalam variasi beban mulai dari 250 kg, 280 kg, 300 kg, 320 kg, 340 kg, 360 kg, dan 380 kg. Nilai beban tersebut nantinya akan diambil sebagai beban maksimal, dalam arti hidrolik tidak mampu mengangkat bak (tidak mampu melakukan ekstrusi), dan margin satu nilai dibawahnya akan menjadi nilai pembebanan rekomendasi untuk pengangkatan.
Selain parameter kapasitas angkut, lama waktu ekstrusi dan lama waktu instrusi juga menjadi parameter yang menentukan keberhasilan sistem. Maka dari itu, dalam uji performansi sistem hidrolik juga diukur waktu yang diperlukan aktuator untuk sampai ke posisi ekstrusi maksimum, yaitu waktu untuk batang torak atau rod mencapai kondisi full stroke (amplitudo 205 mm) dengan dua variabel pembebanan, yaitu beban kosong dan beban maksimum. Data tersebut akan menjadi data waktu ekstrusi, sedangkan data intrusi diambil hanya pada saat pembebanan kosong, karena diasumsikan bahwa muatan telah jatuh seluruhnya
A
saat ekstrusi. Kedua pengujian tersebut akan dilakukan pada rpm maksimum, yaitu 3000 rpm.
Beban yang digunakan pada pengujian adalah TBS kelapa sawit seberat 162 kg dan sisanya adalah karung-karung yang berisi pasir dan kerikil yang dibungkus per 10 kg. Karung berisi pasir dan kerikil tersebut diasumsikan sebagai TBS. Hal tersebut terpaksa dilakukan mengingat ketersediaan TBS kelapa sawit di daerah penelitian sulit untuk didapatkan.
Penyusunan beban dilakukan merata dengan beban di bagian bawah adalah pasir dan kerikil, kemudian bagian atas disusun TBS secara acak dan merata. Pola penyusunan beban atau muatan bak saat dilakukan pengujian dapat dilihat pada Gambar 33 di bawah ini.
Gambar 33 Pola penyusunan beban saat pengujian
Seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya, pengujian dilakukan pertama-tama untuk mengetahui kapasitas angkat maksimum dari mekanisme hidrolik yang telah dirancang. Setelah dilakukan beberapa kali ulangan, didapatkan nilai untuk pembebanan maksimum bak adalah sebesar 360 kg; dengan isi 162 kg TBS, dan sisanya adalah pasir dan kerikil. Oleh karena itu, dalam uji performansi, beban muatan aman yang direkomendasikan adalah 340 kg. Nilai tersebut sekaligus menjadi parameter saat pengujian dilakukan. Berikut tabel hasil pengujian performa aktuator silinder.
Tabel 1 Hasil uji kinerja silinder saat ekstrusi beban 340 kg Ulangan Waktu (detik)
1 2.31 2 2.28 3 2.37 4 2.34 5 2.47 Rata-rata 2.35
31
Tabel 2 Hasil uji kinerja silinder saat ekstrusi tanpa pembebanan Ulangan Waktu (detik)
1 1.18 2 1.56 3 1.49 4 1.36 5 1.45 Rata-rata 1.41
Tabel 3 Hasil uji silinder intrusi Ulangan Waktu (detik)
1 1.25 2 1.27 3 1.25 4 1.21 5 1.22 Rata-rata 1.24
Karena selisih waktu yang sangat kecil sehingga pencatatan data tersebut tidak dilakukan saat pengujian berlangsung, melainkan dilakukan dengan bantuan perangkat lunak Camtasia Studio V.7 2010 (Gambar 34). Saat dilakukannya pengujian tersebut, seluruh dokumentasi pengujian direkam melalui kamera digital kemudian video tersebut diolah kembali pada software bantu untuk dicatat data waktu ekstrusi dan instrusi dari silinder aktuator.
Gambar 34 Tampilan layar Camtasia Studio 2010
Pencatatan waktu dimulai pada saat tuas directional control valve didorong ke depan, saat fluida mulai mengalir ke torak silinder aktuator dan pencatatan berhenti saat batang torak mencapai titik maksimumnya (full stroke 205 mm). Dari hasil uji coba tersebut, didapatkan hasil dari waktu ekstrusi saat bak kosong adalah 1.41 detik, sedangkan waktu ekstrusi saat bak berisi penuh muatan (340
kg), tercatat waktu yang dibutuhkan aktuator untuk mencapai keadaan full stroke
adalah 2.35 detik, sedangkan saat intrusi tercatat waktu yang ditempuh silinder untuk kembali ke posisi standby selama 1.24 detik. Proyeksi perbedaan waktu ekstrusi dengan pembebanan dan tanpa pembebanan dapat dilihat pada Gambar 35 dibawah ini.
Gambar 35 Grafik perbandingan waktu ekstrusi saat beban 340 kg dan tanpa pembebanan
Nilai waktu intrusi tidak menjadi fokus pada hasil pengujian, karena saat intrusi, aliran telah dibatasi oleh flow control agar menjadi lambat. Hal tersebut dimaksudkan agar bak yang tertarik silinder tidak berbenturan keras dengan
chassis utama transporter dan dapat jatuh secara perlahan. Flow control diatur agar membuat aliran yang mengalir dari silinder menuju directional valve menjadi lambat. Perlambatan tersebut dilakukan dengan cara memutar tuas flow control
sebanyak 4 kali putaran dari posisi tertutup (Gambar 36).
Gambar 36 Pengaturan bukaan flow control (ditunjukkan oleh tanda panah) Pada subbab analisis teknik pompa hidrolik, diketahui bahwa kapasitas pompa yang digunakan untuk pengujian pada penelitian ini adalah pompa gear 11
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 1 2 3 4 5 W ak tu (d e ti k ) Ulangan Beban 340 kg Tanpa Pembebanan
33
cc, yang tidak sesuai dengan kapasitas pompa ideal yang direkomendasikan, yaitu 18 cc. Walaupun kapasitas pompa yang digunakan lebih kecil dari kapasitas pompa yang direkomendasikan, hal tersebut tidak berpengaruh secara signifikan bagi kinerja aktuator silinder setelah dilakukannya pengujian karena tekanan yang dihasilkan oleh gearpump dari input engine bertenaga 10 HP mencapai 100 bar hingga 150 bar. Nilai tersebut lebih besar dari tekanan operasi silinder aktuator yang hanya 58.76 bar sehingga perbedaan tekanan tersebut dapat membantu kinerja silinder dalam melakukan ekstrusi maupun intrusi walaupun pompa hidrolik yang digunakan tidak sesuai dari volume kapasitas pompa ideal.
