Tujuan Pengkajian. Tinjauan Pustaka. Tinjauan Pustaka TUGAS AKHIR KONVERSI ENERGI

(1)

Antonius Yustriyanto 2106100602

TUGAS AKHIR

KONVERSI ENERGI

KAJIAN TENTANG KEMAMPUAN EXCAVATOR CATERPILLAR 320D DAN ESTIMASI WAKTU KERJA UNTUK MENGGALI TANAH JENIS GRAVEL SERTA

KAJIAN TENTANG SIRKIT HIDROLIKNYA

Dosen Pembimbing

Prof. Dr. Ir. I Made Arya Djoni, MSc

Latar Belakang

 Bidang industri, transportasi, alat-alat berat dan sebagainya menuntut kecepatan, serta efisiensi yang optimal dalam melakukan suatu aktivitas.  Sistem transmisi tenaga hidrolik merupakan salah satu cara dari sekian

banyak cara untuk mentransmisikan energi.

 Excavator merupakan salah satu alat berat yang sering digunakan pada pekerjaan konstruksi, kehutanan dan industri pertambangan.

 Excavator dapat melakukan serangkaian gerakan gali, angkat, tumpah, dan berputar yang saling berkesinambungan dengan kapasitas yang relatif besar dan waktu pekerjaan yang relatif singkat.

Perumusan Masalah

 Pengoperasian excavator dalam menggali tanah jenis gravel dituntut kecepatan, serta efisiensi yang optimal untuk melakukan serangkaian gerakan gali, angkat, tumpah dan berputar. Sehingga bagaimana estimasi waktu, kemampuan serta sirkit hidrolik excavator dapat melakukan pekerjaan tersebut.

Tujuan Pengkajian

 Untuk mengetahui kemampuan pada excavator caterpillar 320D untuk menggali material tanah jenis gravel.

 Menganalisa gaya yang timbul pada aktuator (boom silinder, stick silinder, bucket silinder dan swing).

 Estimasi waktu kerja untuk proses menggali, mengangkat dan membuang, serta saat berputar.

Batasan Masalah

 Material yang digunakan adalah tanah jenis gravel.

 Sistem hidrolik yang dibahas hanya sistem hidrolik pada sistem Boom-Stick-Bucket-Swing.

 Penggambaran simbol-simbol komponen pada sirkuit hidrolik menggunakan standar ISO.

 Pembahasan dan perhitungan berdasarkan gaya yang timbul pada aktuator berdasarkan tekanan dan kapasitas oli hidrolik yang dihasilkan oleh pompa.  Tidak membahas kekuatan material konstruksi dan sistem elektris.  Spesifikasi ukuran menggunakan Excavator Caterpilar Tipe 320D.

Manfaat Pengkajian

 Dapat mengetahui kemampuan dari excavator caterpillar 320D.  Estimasi waktu kerja dari excavator caterpillar 320D.  Pengoperasiannya pada kondisi yang aman.

Komponen Utama Excavator 1. Track rolller frame

Merupakan rangka utama yang digunakan untuk memasang komponen undercarriage.

2. Main frame

Merupakan rangka utama untuk memasang track rolller frame dan dudukan bagi semua komponen utama excavator.

3. Operator compartment (cabin)

Merupakan ruang operator dan tempat peralatan kontrol serta monitor. 4. Counterweight

Merupakan pemberat yang dipasang dibagian belakang excavator untuk menjaga keseimbangan excavator saat mengangkat baban.

5. Boom

Merupakan lengan yang terhubung ke main frame untuk menyangga stick dan bucket.

Tinjauan Pustaka

6. Stick

Merupakan lengan tempat pemasangan bucket dan peralatan kerja lainnya yang digerakan oleh silinder hidrolik.

7. Bucket

Berfungsi untuk menggali dan memuat material. 8. Undercarriage

Merupakan rangkaian komponen yang memungkinkan excavator bergerak.

9. Powerlink

Merupakan perlengkapan yang digunakan untuk menghubungkan antara stick dan bucket atau perlengkapan lainnya.

(2)

Gambar Komponen-komponen utama excavator

Sistem Hidrolik Excavator

Berdasarkan fungsinya sistem hidrolik pada excavator dapat dikelompokan menjadi tiga, yaitu :

1. Hidrolik silinder

Hidrolik silinder yang merupakan work tool untuk melakukan kerja yang terdiri dari tiga jenis, yaitu :

• Boom silinder. • Stick silinder. • Bucket silinder. 2. Swing motor dan drive

Oli hidrolik yang dikontrol oleh control valve memungkinkan swing drive dan motor berkerjasama memutar excavator.

3. Trevel motor dan final drive

Oli hidrolik yang dikontrol oleh control valve dan swivel joint memungkinkan trevel motor dan fianl drive menggerakan excavator maju dan mundur.

Tinjauan Pustaka

Gambar Sistem hidrolik excavator

Tinjauan Pustaka

2 2 1 1

A

F

A

F



Tekanan Hidrostatika

Hukum yang menjadi dasar prinsip sistem hidrolik adalah hukum pascal [8]  Dalam sebuah ruangan tertutup, tekanan yang bekerja pada fluida akan

merambat merata kesemua arah.

 Besarnya tekanan dalam fluida adalah gaya (F) dibagi dengan luas bidang tekannya (A).

 Tekanan pada suatu titik akan bekerja ke segala arah dan sama besar.

Gambar Prinsip hukum pascal

Persamaan Kontinuitas

Berdasarkan gambar diatas dan dengan asumsi aliran Incompresible dimana ρ1 dan ρ2 sama, sehingga persamaan menjadi [4] :

Tinjauan Pustaka

2 2 1 1

V

A

V

A

Q









Dimana :

Q : Volume aliran atau debit (liter/s). A1: Luas penampang 1 (m²).

V1: Kecepatan rata-rata di penampang 1 (m/s). A2: Luas penampang 2 (m²).

V2 : Kecepatan rata-rata di penampang 2 (m/s)

Tinjauan Pustaka

Persamaan Energi A d V v e t dV e t W Q cv cs        

_









₍ ₎ . . Dengan asumsi : • W = 0 • Steady flow. • Incompresibel Flow.

Dari persamaan diatas diperoleh persamaan [4] :

2 2 )] ( ) ( ) [( 2 2 2 2 1 1 1 2 1 2 1 2 V m V m z z g p p u u m Q       



  







(3)

Tinjauan Pustaka

Kerugian Tekanan

Perubahan tekanan pada sistem aliran incompresible yang mengalir melalui pipa saluran dan sistem aliran terjadi perubahan karena gesekan [4].

Kerugian mayor (mayor losses) ΔP =

Dimana :

f : Koefisien gesek pipa

ρ : Massa jenis fluida L : Panjang pipa D : Diameter pipa

V : Kecepatan rata-rata aliran

dalam pipa.

Kerugian minor (minor losses) ΔP =

Dimana :

f : Koefisien gesek pipa

ρ : Massa jenis fluida

Le : Panjang ekivalen.

D : diameter pipa

V : Kecepatan rata-rata aliran

dalam pipa. 2 . . . 2 V D L f  2 . 2 V D Le f 

Tinjauan Pustaka

Minyak Hidrolik

Minyak hidrolik dalam suatu sistem hidrolik merupakan media untuk mentransmisikan kerja dari suatu tempat ke tempat lain. Disamping itu dalam penggunaannya minyak hidrolik harus mampu untuk :

• Melumasi bagian-bagian yang bergerak dalam pompa dan motor hidrolik. • Mempunyai sifat pelumasan yang baik dan menyerap kalor akibat tekanan. • Mempunyai ketahanan tinggi terhadap putusnya lapisan film minyak. • Sedapat mungkin viskositas tidak boleh tergantung pada temperatur. Dasar-Dasar Perhitungan Sistem Hidrolik

Untuk mendapatkan suatu sistem hidrolik yang baik harus perhatikan hal-hal sebagi berikut :

• Tipe gerakan mekanik yang diperlukan. • Kecepatan operasi yang dibutuhkan. • Beban yang diterima dan gaya yang dibutuhkan. • Batasan-batasan operasi.

• Kondisi lingkungan.

Data Spesifikasi Excavator Caterpillar 320D 1. Engine

Engine model Cat® C6.4 ACERT™

Net flywheel power 110 kW 148 hp

Net power – ISO 9249 110 kW 148 hp

Bore 102 mm 4,02 in Stroke 130 mm 5,12 in Displacement 6.4 L 389 in³ 2. Boom Reach boom 5,68 m 18’7” Weights 1640 kg 3616 lb Boom cylinder Bore 120 mm 4,7 in Stroke 1260 mm 49,6 in

Max pressure 24500 kPa 3553 psi

Data Mekanis

3. Stick (Stick tipe R2.9B1)

Reach stick 2,9 m 9’7”

Weights 818 kg 1803 lb

Stick cylinder

Bore 140 mm 5,5 in

Stroke 1518 mm 59,8 in

4. Bucket (Bucket tipe B1)

Capacity 0,95 m³ 1,24 yd³ Width 914 mm 36 in Tip radius 1565 mm 61,6 in Weight 790 kg 1742 lb Bucket cylinder Bore 120 mm 4,7 in Stroke 1104 mm 43,5 in

Data Mekanis

5. Swing

Swing speed 11,5 rpm

Swing torque 61,8 kN.m 45612 lb.ft

Max pressure swing 24500 kPa 3553 psi

6. Hose Flexible Pipe

Inside diameter 15,8 mm ⅝ in

7. Hidrolik Sistem Main implement system

Maximum flow 205 lt/min 54 gal/min

Max pressure equipment 35000 kPa 5076 psi

Main hidrolik pump (Tipe pump double axial piston, variable dispacement)

Output flow 80 ± 2 lt/min (21 ± 0,5 gpm)

Pump delivery pressure 30000 kPa 4351 psi

Power shift pressure 1300 kPa 187 psi

Pump speed 1800 rpm

Data Mekanis

Pilot system

Max flow 32,4 lt/min 9 gal/min

Pump speed 1950 rpm

Main control valve

Main relief valve pressure 35000 ± 490 kPa (5076 ± 71 psi) Line relief valve pressure 36300 ± 490 kPa (5265 ± 71 pasi 8. Oil Hidrolik

Cat HYDO Adcvance 10

SAE viscosity 10W

Density (ρ) 866 kg/m³

(4)

9. Jenis Tanah Gravel

Berat unit kering tanah (ɤd ) 20,7 kN/m³ Berat volume jenuh (ɤsat) 22,8 kN/m³

Kadar air dalam tanah (w) 9 %

Kohesi dari jenis tanah (C’) 124 kN/m² Sudut tegangan geser tanah (Ө’) 24° 10. Gaya Pada bucket, Stick Dan Boom

Gaya pada bucket (ISO) 140 kN 31361 lb

Gaya pada stick (ISO) 106 kN 23897 lb

Gaya pada boom (ISO) 178 kN 39873 lb

Data Mekanis

11. Dimensi

Gambar Dimensi excavator

Keterangan gambar

1. Shipping height 3030 mm 9’11” 2. Shipping length 9460 mm 31’0” 3. Tail swing radius 2750 mm 9’0” 4. Length to center of rollers 3650 mm 12’0” 5. Track length 4455 mm 14’7” 6. Ground clearance 450 mm 1’6” 7. Track gauge 2380 mm 7’10” 8. Trasport width 3080 mm 10’1” 9. Cab Height 2950 mm 9’8” 10. Counterweight clearance 1020 mm 3’4”

Data Mekanis

12. Jangkauan Kerja Excavator

Keterangan gambar

1. Max digging depth 6720 mm 22’1” 2. Max reach at ground level 9860 mm 32’4” 3. Max cutting height 9490 mm 31’2” 4. Max loading height 6490 mm 21’4” 5. Min loading height 2170 mm 7’1” 6. Max depth cut for 2440 mm

(8’) level bottom 450 mm 1’6” 7. Max vertical wall digging depth 2380 mm 7’10”

Gambar Jangkauan kerja excavator

Data Mekanis

Sistem Tenaga Hidrolik Pada Excavator Caterpillar 320D

Sistem tenaga hidrolik pada excavator digunakan untuk mengendalikan pengoperasian boom raise/lower, stick out/in, bucket close/open, swing left/right atau kombinasi dari gerakan-gerakan diatas. Sistem tenaga hidrolik ini dikontrol oleh main control valve, yang terdiri dari beberapa katup directional control valve (DCV). Sistem hidrolik digerakan oleh dua buah variabel pump dengan jenis pompa piston (axial piston pump) dimana pompa ini menyalurkan tenaga dari engine pada excavator.

Sirkit Hidrolik

Oli dari pompa kanan (28) dialirkan melalui parallel feeder passage (17) di main control valve (11) ke boom I control valve (19), check valve (14), ke shift valve (4) di boom drift reduction valve (5) dan keluar melalui line (3) ke head end boom cylinder (1).

Oli dari pompa kiri (27) melalui parallel feeder passage (8) di main control valve (11) ke boom II control valve (16), check valve (13), port (15), line (10) dan ke boom drift reduction valve (5). Dimana akan terjadi combonasi aliran oli dari pompa kiri dan kanan pada through passage (12) dan line (3) ke head end boom cylinders (1).

Oil return dari rod end boom cylinders (1) mengalir melalui laine (2) ke boom I control valve (19), retrun passage (18), retrun passage (9) dan retrun line (6) dan ke hidrolik tank.

Boom Sirkit hidrolik 1. Boom raise

Sirkit Hidrolik

(5)

Sebelum boom lower beroperasi, oli yang dialirkan hanya dari pompa kanan (28). Oli dari pompa kanan (28) akan melalui parallel feeder passage (17) ke boom I control valve (19), check valve (14), dan diteruskan lane (2) ke rod end boom cylinders (1).

Oil retrun dari head end boom cylinders (1) diteruskan laine (3) ke boom drift reduction valve (5). Valve (48) bergeser karena tekanan oli pilot dari pilot line (53) dan membuka drain line (50). Oil retrun di line (3) masuk saluran (51) dan boom regenetation valve (41) sehingga oil retrun menyuplai ke rod end boom cylinders (1) melalui line (2).

2. Boom lower

Sirkit Hidrolik

Oli dari pompa kanan (29) dialirkan melalui parallel feeder passage (12) di main control valve (6), check valve (16), ke stick II control valve (13) dan line (7). Oli dari pompa kanan (29) juga mengalir melalui parallel feeder passage (22), check valve (19) ke stick II control valve (13) dan ke line (7). Jadi semua oli dari pompa kanan (29) mengalir di line (7) ke stick reduction valve (5) lalu ke rod end stick cylinder (1).

Oli dari pompa kiri (28) dialirkan melalui center bypass passage (18) di main control valve (6), load check valve (15), passage (17) ke stick I control valve (21) dan passage (8) lalu masuk ke valve (4) di stick drift reduction valve (5), line (3) ke rod end stick cylinder (1).

Oil retrun dari head end stick cylinder mengalir melalui line (2) dan retrun passage (9) ke stick I control valve (21) lalu mengalir melalui retrun passage (10) dan retrun line (23) dan ke hidrolik tank.

Stick Sirkit hidrolik 1. Stick out

Sirkit Hidrolik

Oli dari pompa kiri (28) akan mengalir di center bypass passage (18), check valve (15), melewati stick I control valve (21) dan passage (9) ke line (2) lalu ke head end stick cylinder (1).

Oli dari pompa kanan (29) di center bypas passage (12) akan mengalir melewati check valve (16), stick II control valve (13) dan ke line (42). Oli dari pompa kanan (28) juga mengalir melalui parallel feeder passage (22), check valve (19), stick II control valve (13) dan ke line (42). Jadi semua oli dari pompa kanan (28) mengalir di line (42) ke line (2) lalu ke head end stick cylinder (1).

Oil retrun dari road end stick cylinder mengalir melalui line (3) ke stick drift reduction valve (5). Valve (4) di stick drift reduction valve mengalirkan oli ke passage (43), retrun passage (10) dan retrun line (23) lalu ke hidrolik tank. 2. Stick in

(6)

Bucket Sirkit hidrolik 1. Bucket close

Oli yang dialirkan di bucket hidrolik sirkit hanya dari pompa kanan (22). Oli dari pompa kanan (22) dialirkan melalui parallel feeder passage (16) di main control valve (5), load check valve (12), ke bucket control valve (9) dan lane (3) lalu ke head end bucket cylinder (4).

Oil retrun dari rod end bucket cylinder mengalir melalui line (2), orifice (11) di bucket conterol valve (9), retrun passage (17) dan retrun line (6) lalu ke hidrolik tank.

2. Bucket open

Bucket open beroperasi sama seperti saat bucket close beroperasi. Oli dari pompa kanan (22) mengalir ke parallel feeder passage (16), load check valve (12), ke bucket control valve (9) dan lane (3) lalu ke head end bucket cylinder (4).

Oil retrun dari head end bukcet (4) mengalir melalui line (3), retrun passage (17), retrun line (6) lalu ke hidrolik tank.

Sirkit Hidrolik

Swing Sirkit hidrolik 1. Swing right

Oli yang dialirkan ke swing hidrolik sirkit hanya dari pompa kiri (28). Oli dari pompa kiri (28) mengalir melalui parallel feeder passage (13) di main control valve (14), load check valve (12), passage (17), swing control valve (18), passage (16), line (9) ke swing motor (5) untuk berputar ke arah kanan (clockwise direction).

Oil retrun dari swing motor (5) mengalir ke line (10), retrun passage (11), retrun line (8), slow retrun check valve (33) ke hidrolik tank.

2. Swing left

Swing lift beroperasi sama seperti saat swing right beroperasi. Oli dari pompa kiri (28) mengalir melalui parallel feeder passage (13), passage (17) dan line (10) ke swing motor (5) untuk berputar ke arah kiri (counterclockwise direction).

Oil retrun dari swing motor (5) mengalir ke line (9), retrun passage (11), retrun line (8) dan slow retrun check valve (33) ke hidrolik tank.

Sirkit Hidrolik

Proses Gerakan

1. Proses menggali

Gerakan-gerakan yang dilakukan adalah bucket close (silinder bucket bergerak open), stick out (silinder stick bergerak close) dan boom lower (silinder boom bergerak close).

(7)

Proses Gerakan

Gerakan-gerakan yang dilakukan adalah bucket close (silinder bucket bergerak open), stick in (silinder stick bergerak open) dan boom raise (silinder boom bergerak open).

Gambar Posisi saat mengangkat 2. Proses mengangkat

Proses Gerakan

Gerakan-gerakan yang dilakukan adalah bucket open (silinder bucket bergerak close), stick out (silinder stick bergerak close) dan boom raise (silinder boom bergerak open).

Gambar Posisi saat membuang 3. Proses membuang

Proses Gerakan

Gerakan-gerakan yang dilakukan adalah bucket close (silinder bucket bergerak open), stick out (silinder stick bergerak close), boom raise (silinder boom bergerak open) dan motor swing berputar ke kiri atau kanan.

Gambar Posisi saat berputar 4. Proses berputar

Free Body Diagram

Untuk menganalisa gaya yang terjadi pada silinder bukcet, silinder stick, silinder boom dan swing pada proses menggali, mengangkat, membuang dan berputar dapat digunakan suatu metode yaitu metode polygon tertutup.

Gambar Free body diagram pada bucket dan powerlink Perhitungan gaya pada aktuator

Free Body Diagram

Gambar Free body diagram pada silinder bucket dan stick

Free Body Diagram

(8)

Diagram Alir

Urutan Langkah Perhitungan

START

Data : Spesifikasi excavator caterpillar 320D

dan jenis tanah

Sirkit hidrolik

Perhitungan gaya pada saat menggali, mengangkat, membuang dan berputar

Waktu kerja

Kesimpulan dan Saran

END

A

Gambar Diagram Alir Langkah Perhitungan

Perhitungan Titik Berat

cm² 538,25 17,02) x (63,25 x ½ A3 cm² 2991,5 29,9) x (100,05 A2 cm² 4582,46 113,85) x (80,5 x ½ A1 : adalah segmen luas maka diatas, gambar Dari      

Menentukan Koordinat Titik Berat Pada Bucket

gambar) (pada mm 21,87 Xc (aktual) cm 50,31 Xc 25 , 538 5 , 2991 46 , 4582 ) 25 , 538 1 , 16 ( ) 5 , 2991 41 , 38 ( ) 46 , 4582 1 , 62 ( Xc 3 2 1 ) 3 3 ( ) 2 2 ( ) 1 1 ( Xc : X’ sumbu pada bucket dari C berat titik Koordinat gambar) (pada mm 35,84 Yc (aktual) cm 82,44 Yc 25 , 538 5 , 2991 46 , 4582 ) 25 , 538 8 , 105 ( ) 5 , 2991 35 , 102 ( ) 46 , 4582 7 , 66 ( Yc 3 2 1 ) 3 3 ( ) 2 2 ( ) 1 1 ( Yc : Y’ sumbu pada bucket dari C berat titik Koordinat                                     A A A A x A x A x A A A A y A y A y

Perhitungan Titik Berat

Menentukan Koordinat Titik Berat Pada Stick

cm² 2806,45 73,66) x (76,2 x ½ A3 cm² 10399,98 66,04) x (314,96 x ½ A2 cm² 5999,98 314,96) x (19,05 A1 : adalah segmen tiap luas maka diatas, gambar Dari      

Perhitungan Titik Berat

gambar) (pada mm 84,32 Xc (aktual) cm 214,17 Xc 45 , 2806 98 , 10399 98 , 5999 ) 45 , 2806 35 , 339 ( ) 98 , 10399 11 , 213 ( ) 98 , 5999 48 , 157 ( Xc 3 2 1 ) 3 3 ( ) 2 2 ( ) 1 1 ( Xc : X’ sumbu adap stick terh dari C berat titik Koordinat gambar) (pada mm 12,56 Yc (aktual) cm 31,91 Yc 45 , 2806 98 , 10399 98 , 5999 ) 45 , 2806 48 , 46 ( ) 98 , 10399 89 , 40 ( ) 98 , 5999 53 , 9 ( Yc 3 2 1 ) 3 3 ( ) 2 2 ( ) 1 1 ( Yc : Y’ sumbu pada stick dari C berat titik Koordinat                                     A A A A x A x A x A A A A y A y A y

Perhitungan Titik Berat

Menentukan Koordinat Titik Berat Pada Boom

cm² 3810,9 18,56) x (205,3 A6 cm² 5220,94 50,86) x (205,3 x ½ A5 cm² 1807,46 58,66) x (61,63 x ½ A4 cm² 7178,56 43,06) x (333,38 x ½ A3 cm² 9901,46 333,38) x (29,7 A2 cm² 518,23 34,9) x (29,7 x ½ A1 : adalah segmen tiap luas maka diatas, gambar Dari            

(9)

gambar) (pada mm 81,15 Xc (aktual) cm 301,28 Xc 9 , 3810 94 , 5220 56 , 7178 46 , 9901 23 , 518 ) 9 , 3810 490 ( ) 94 , 5220 2 , 449 ( ) 46 , 1807 1 , 370 ( ) 56 , 7178 9 , 250 ( ) 46 , 9901 3 , 189 ( ) 23 , 518 6 , 18 ( Xc 6 5 4 3 2 1 ) 6 6 ( ) 5 5 ( ) 4 4 ( ) 3 3 ( ) 2 2 ( ) 1 1 ( Xc : X’ sumbu pada boom dari C berat titik Koordinat gambar) (pada mm 16,51 Yc (aktual) cm 61,31 Yc 9 , 3810 94 , 5220 56 , 7178 46 , 9901 23 , 518 ) 9 , 3810 1 , 63 ( ) 94 , 5220 6 , 58 ( ) 46 , 1807 98 ( ) 56 , 7178 7 , 52 ( ) 46 , 9901 2 , 64 ( ) 23 , 518 6 , 9 ( Yc 6 5 4 3 2 1 ) 6 6 ( ) 5 5 ( ) 4 4 ( ) 3 3 ( ) 2 2 ( ) 1 1 ( Yc : Y’ sumbu pada boom dari C berat titik Koordinat                                                                       A A A A A A A x A x A x A x A x A x A A A A A A A y A y A y A y A y A y

Perhitungan Titik Berat

Perhitungan Gaya Pada Tanah

Pada saat penggalian oleh bucket pada tanah gravel, maka lintasan dan distribusi gaya dapat diasumsikan sebagai berikut :

Keterangan gambar

Fsh max = Gaya geser maksimum pada H maksimum (kN) σmax = Tegangan vertikal dalam tanah maksimum (kPa) H5 = H maksimum (1,5 meter)

Perumusan untuk mencari tegangan vertikal dalam tanah [7] σ = [γd ( 1+ w) +γsat]. H

dimana :

γd = Berat unit kering tanah (kN/m³) γsat = Berat volume jenuh (kN/m³) w = Kadar air dalam tanah (%) H = Kedalaman dari permukaan tanah (m) Perumusan gaya akibat tegangan geser [7]

Fsh = A .S S = C’ + σ tan Ө’ Dimana :

Fsh = Gaya geser (kN)

A = Luasan dari bucket yang menembus tanah (0.0457 m²)

S = Tegangan geser

C’ = Kohesi dari jenis tanah (kN/m² atau kPa) Ө’ = Sudut tegangan geser tanah σ = Tegangan vertikal tanah (kPa)

Perhitungan Gaya Pada Tanah

Dari data-data mekanis dan persamaan diatas didapatkan hasil perhitungan yang ditabelkan sebagai berikut :

Tabel Hasil perhitungan gaya pada tanah gravel

8,39 167,81 73,01 1,5 5 7,95 159,05 58,41 1,2 4 7,51 150,29 42,81 0,9 3 7,08 141,52 29,21 0,6 2 6,64 132,76 14,61 0,3 1 Fsh (kN) S ( Kpa ) σ (Kpa) h ( Meter ) Posisi

Dari tabel hasil perhitungan diatas diperoleh harga maksimal sebagi berikut : Hmax = 1,5 meter

σmax = 73,01 kPa

Fsh max = 8,39 kN

Perhitungan Gaya-Gaya Mekanisme

Dalam menentukan besarnya gaya-gaya mekanisme ini dicari terlebih dahulu gaya-gaya statis, gaya-gaya mekanisme ini diperlukan untuk menentukan besarnya beban pada silinder hidrolik, dimana akan dicari harga gaya-gaya hidrolik untuk perhitungan. Pada prinsipnya posisi kerja dari bucket, stick, boom dan swing adalah sebagai berikut :

1. Posisi saat menggali. 2. Posisi saat mengangkat. 3. Posisi saat membuang. 4. Posisi saat berputar.

Gaya yang terbesar pada silinder hidrolik dari ke empat posisi tersebut akan digunakan sebagai perbandingan dengan data yang ada dari pabrikan.

Menentukan Besarnya Gaya-Gaya Mekanisme Data-data Perhitungan

Wbucket = 7,75 kN WTanah = (22,8 kN/m³ x 0,95 m³) = 21,66 kN Wbucket+ WTanah= 29,41 kN Fsh max = 8,39 kN Wstick = 8,03 kN Wboom = 16,09 kN kN 22,68 bucket Fpiston kN 21,12 F2 0 ) 4 , 0 ( ) 32 , 0 75 , 7 ( ) 35 , 1 39 , 8 ( 0 ) 4 , 0 ( ) 32 , 0 ( ) 35 , 1 ( 0 : Bucket piston pada terjadi yang gaya Menentukan 1. 2 2 max                 



m F m kN m kN MA m F m Wbucket m Fsh MA MA

Perhitungan Pada Proses Penggalian

(10)

Perhitungan Gaya-Gaya Mekanisme

kN 28,93 = boom Fpiston 0 ) 78 , 0 8 ( ) 24 , 1 39 , 44 ( ) 61 , 2 09 , 16 ( ) 05 , 1 92 , 33 ( 0 ) 78 , 0 8 ( ) 24 , 1 ( ) 61 , 2 ( ) 05 , 1 ( 0 : boom piston pada terjadi yang gaya Menentukan 3. kN 44,39 stick Fpiston 0 ) 85 , 0 ( ) 79 , 0 68 , 22 ( ) 87 , 0 03 , 8 ( ) 9 , 2 93 , 10 ( ) 15 , 0 62 , 32 ( 0 ) 85 , 0 ( ) 79 , 0 ( ) 87 , 0 ( ) 9 , 2 ( ) 15 , 0 ( 0 : Stick piston pada terjadi yang gaya Menentukan 2. 6 6 4                                               



F MG m F m F m Wboom m F MG MG F MB m F m F m Wstick m F m F MB MB E B D A

Perhitungan Gaya-Gaya Mekanisme

Perhitungan Pada Proses Pengangkatan





kN 169,64 = stick Fpiston 0 ) 81 , 0 ( ) 71 , 0 65 , 72 ( ) 85 , 0 03 , 8 ( ) 52 , 1 15 , 74 ( ) 32 , 0 35 , 60 ( 0 ) 81 , 0 ( ) 71 , 0 ( ) 85 , 0 ( ) 52 , 1 ( 32 , 0 0 : Stick piston pada terjadi yang gaya Menentukan 2. kN 72,65 bucket Fpiston kN 44,85 F2 0 ) 4 , 0 ( ) 61 , 0 41 , 29 ( 0 ) 4 , 0 ( ) 61 , 0 ( 0 : Bucket piston pada terjadi yang gaya Menentukan 1. 6 6 4 2 2



                                        F MB m F m F m Wstick m F m F MB MB F MA F Wbucket MA MA D A

Perhitungan Gaya-Gaya Mekanisme

kN 191,52 boom Fpiston 0 ) 78 , 0 8 ( ) 38 , 1 64 , 169 ( ) 52 , 1 09 , 16 ( ) 51 , 2 35 , 143 ( 0 ) 78 , 0 8 ( ) 38 , 1 ( ) 52 , 1 ( ) 51 , 2 ( 0 : boom piston pada terjadi yang gaya Menentukan 3.                      



F MG m F m F m Wboom m F MG MG E B

Perhitungan Pada Proses Pembuangan

kN 7,21 bucket Fpiston kN 8,33 F2 0 ) 4 , 0 ( ) 43 , 0 75 , 7 ( 0 ) 4 , 0 ( ) 43 , 0 ( 0 : Bucket piston pada terjadi yang gaya Menentukan 1. 2 2               



F MA m F m Wbucket MA MA

Perhitungan Gaya-Gaya Mekanisme





kN 115,18 boom Fpiston 0 ) 78 , 0 8 ( ) 38 , 1 25 , 41 ( ) 52 , 1 09 , 16 ( ) 51 , 2 73 , 48 ( 0 ) 78 , 0 8 ( ) 38 , 1 ( ) 52 , 1 ( ) 51 , 2 ( 0 : boom piston pada terjadi yang gaya Menentukan 3. kN 41,25 stick Fpiston 0 ) 85 , 0 ( ) 8 , 0 21 , 7 ( ) 78 , 0 03 , 8 ( ) 43 , 2 65 , 1 ( ) 82 , 2 68 , 13 ( 0 ) 85 , 0 ( ) 8 , 0 ( ) 78 , 0 ( ) 43 , 2 ( 82 , 2 0 : Stick piston pada terjadi yang gaya Menentukan 2. 6 6 4                                                



F MG m F m F m Wboom m F MG MG F MB m F m F m Wstick m F m F MB MB E B D A

Perhitungan Gaya-Gaya Mekanisme

Perhitungan Pada Proses Berputar

kN 154,92 Fswing 0 ) 75 , 2 ( ) 87 , 3 09 , 16 ( ) 16 , 8 03 , 8 ( ) 14 , 10 41 , 29 ( 0 ) 75 , 2 ( ) 87 , 3 ( ) 16 , 8 ( ) 14 , 10 ( 0 : motor swing pada terjadi yang gaya Menentukan                    



Fh MH m Fh m Wboom m Wstick m Wbucket MH MH

Perhitungan Gaya-Gaya Mekanisme

224,63 154,92 Berputar Swing Motor 268,13 191,52 Mengangkat Piston Boom 237,49 169,64 Mengangkat Piston Stick 101,71 72,65 Mengangkat Piston Bucket Gaya Dinamis (kN) Gaya Statis (kN) Posisi Actuator

Dari posisi mekanisme (penggalian, pengangkatan, pembuangan dan berputar) didapatkan gaya-gaya silinder hidrolik terbesar. Dalam sistem hidrolik excavator beban dinamis harus dipertimbangkan, maka dari itu dimasukan faktor beban dinamis sebesar 1,4 dan besarnaya gaya-gaya ditabelkan sebagai berikut :

(11)

Perhitungan Tekanan

Analisa Besarnya Tekanan Perhitungan

kPa M kN A F P kPa M kN A F P 16 , 17875 0153 , 0 49 , 237 stick untuk Tekanan 88 , 9000 0113 , 0 71 , 101 bucket untuk Tekanan 2 2       kPa M kN A F P kPa M kN A F P 61 , 18262 0123 , 0 63 , 224 swing untuk Tekanan 32 , 23728 0113 , 0 13 , 268 boom untuk Tekanan 2 2      

Berdasarkan data spesifikasi tekanan yang ada maka tekanan perhitungan tidak melebihi tekanan maksimum yang direkomendasikan pabrikan caterpillar (23728,32 kPa < 24500 kPa) maka dapat disimpulkan bucket silinder, stick silinder, boom silinder dan swing motor aman untuk dioperasikan dan sanggup untuk menggali tanah jenis gravel.

Perhitungan Waktu kerja

Perhitungan Estimasi Waktu Kerja

Besarnya waktu kerja pada setiap silinder hidrolik untuk melakukan gerak gali, angkat, buang dan berputar dapat dihitung sebagai berikut :

Closing Opening detik 9,39 /s m ) 10 33 , 1 4 ( m ) 104 , 1 12 , 0 ( Qth 4 ) ( closing Waktu 3 3 3 2            S silinder A

Untuk Silinder Bucket

detik 4,68 /s m ) 10 33 , 1 4 ( m ) 104 , 1 ) 085 , 0 12 , 0 ( ( Qth 4 ) ( ) ( opening Waktu 3 3 3 2 2              S Piston A silinder A

Perhitungan Waktu kerja

detik 8,61 /s m ) 10 33 , 1 4 ( m ) 518 , 1 ) 1 , 0 14 , 0 ( ( Qth 4 ) ( ) ( opening Waktu 3 3 3 2 2              S Piston A silinder A detik 17,57 /s m ) 10 33 , 1 4 ( m ) 518 , 1 14 , 0 ( Qth 4 ) ( closing Waktu 3 3 3 2            S silinder A detik 21,38 /s m ) 10 33 , 1 4 ( m ) 26 , 1 12 , 0 2 ( Qth 4 ) ( 2 closing Waktu 3 3 3 2              S silinder A

Untuk Silinder Stick

Untuk Silinder Boom Kapasitas (2 silinder) boom :

detik 10,65 /s m ) 10 33 , 1 4 ( m ) 26 , 1 ) 085 , 0 12 , 0 ( 2 ( Qth 4 ) ( ) ( 2 opening Waktu 3 3 3 2 2                S Piston A silinder A

Perhitungan Waktu kerja

Untuk Swing detik 22 , 5 ) sec ( 5 , 11 60 m/s ) ( m ) 60 ( 360 berputar Waktu         n D D  

Waktu yang dibutuhkan untuk melakukan gerakan penggalian

Bucket cylinder open = 4,68 detik

Stick cylinder close = 17,57 detik

Boom cylinder close = 21,38 detik

Jadi waktu total untuk menggali adalah 43,63 detik

Waktu yang dibutuhkan untuk melakukan gerakan pengangkatan

Stick cylinder open = 8,61 detik

Boom cylinder open = 10,65 detik

Jadi waktu total untuk pengangkatan adalah 23,94 detik

Perhitungan Waktu kerja

Waktu yang dibutuhkan untuk melakukan gerakan pembuangan

Bucket cylinder close = 9,39 detik

Jadi waktu total untuk pengangkatan adalah 37,61 detik

Waktu yang dibutuhkan untuk melakukan gerakan kombinasi mulai dari menggali, mengangkat, berputar dan membuang

Boom cylinder close = 21,38 detik

Stick cylinder open = 8,61 detik

Swing berputar 180° = 2,61 detik

Bucket cylinder close = 9,39 detik

Jadi waktu total untuk sekali kerja adalah 92,46 detik

Penutup

Kesimpulan Gaya terbesar

Pada piston bucket (proses mengangkat) = 101,71 kN Pada piston stick (proses mengangkat) = 237,49 kN Pada piston boom (proses mengangkat) = 268,13 kN Pada swing motor (proses berputar) = 224,63 kN Tekanan terbesar

Pada bucket = 9000,88 kPa

Pada stick = 17875,16 kPa

Pada boom = 23728,32 kPa

Pada swing = 18262,61 kPa

Estimasi waktu kerja

Proses gerakan penggalian = 43,63 detik

Proses gerakan pengangkatan = 23,94 detik

Proses gerakan pembuangan = 37,61 detik

(12)

Spesifikasi Oli Hidrolik

Daftar Pustaka

1. Caterpillar, 2001. Cat Machine and Engine Designation. Excavator: Komponen Utama Excavator dan Sistem Hydraulic Excavator, Bucket dan Work Tool: 47-50. 2. Caterpillar, 2008. Hydraulic Excavator. 320D Hydraulic Excavator Specifications:

Dimensions, Reach Excavator Working Ranges, Component Weights, Bucket Specifications and Compatibility: 14-20.

3. Caterpillar, 1999. Improving Component Durability First Edition. Hydraulic Components: Pumps, Valves, Actuators: 8-31.

4. Fox and Mcdonald, 1992. Introduction To Fluid Mechanic Fourth Edition. John Willey And Sons Inc.

5. Handbook Service Caterpillar, 2005. Specifications. 320D Excavator Machine System Specifications.

6. Handbook Service Caterpillar, 2005. System Operation. 320D Excavator Hydraulic System.

7. LD Wesley, 1970. Mekanika Tanah. Printing Badan Penerbit Pekerjaan Umum. 8. Parr Andrew, 1998. Hydraulics And Pneumatics. Elseriev Scieance Ltd. 9. http://en.wikipedia.org/wiki/Caterpillar_Inc

10.http://www.cat.com/equipment/hydraulic-excavators/medium-hydraulic-excavators