ANALISA KERUSAKAN FINAL DRIVE PLANETARY GEAR WHEEL …eprints.ums.ac.id/68738/10/NASKAH PUBLIKASI...
Transcript of ANALISA KERUSAKAN FINAL DRIVE PLANETARY GEAR WHEEL …eprints.ums.ac.id/68738/10/NASKAH PUBLIKASI...
ANALISA KERUSAKAN FINAL DRIVE PLANETARY GEAR
WHEEL LOADER XGMA XG935H
Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata I
pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Oleh :
REDIK PRASETYA SAPUTRA
D 200 140 114
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2018
i
HALAMAN PERSETUJUAN
ANALISA KERUSAKAN FINAL DRIVE PLANETARY GEAR
WHEEL LOADER XGMA XG935H
PUBLIKASI ILMIAH
Oleh :
REDIK PRASETYA SAPUTRA
D 200 140 114
Telah diperiksa dan disetujui untuk diuji oleh :
Dosen Pembimbing
Amin Sulistyanto, S.T, M.T.
NIK : 698
HALAMAN PENGESAHAN
ANALISA KERUSAKAN FINAL DRIVE PLANETARY GEAR
WHEEL LOADER XGMA XG935H
OLEH
REDIK PRASETYA SAPUTRA
D200140114
Telah dipertahankan di depan Dewan Penguji
Fakultas Teknik Jurusan Teknik Mesin
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Pada Hari Kamis, 8 November 2018
Dan dinyatakan memenuhi syarat
Dewan Penguji:
1. Amin Sulistyanto, S.T, M.T.
(Ketua Dewan Penguji)
( )
2. Supriyono, S.T, M.T, Ph.D.
(Anggota I Dewan Penguji)
( )
3. Wijianto, S.T, M.Eng, Sc.
(Anggota II Dewan Penguji)
( )
Dekan,
Ir. Sri Sunarjono, M.T, Ph.D
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam publikasi ilmiah ini tidak
terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu
perguruan tinggi dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau
pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan dalam daftar pustaka.
Apabila kelak terbukti ada ketidakbenaran dalam pernyataan saya di atas,
maka akan saya pertanggung jawabkan sepenuhnya.
Surakarta, 12 November 2018
Penulis
REDIK PRASETYA SAPUTRA
D200140114
1
ANALISA KERUSAKAN FINAL DRIVE PLANETARY GEAR WHEEL
LOADER XGMA XG935H
Abstraksi
Final drive planetary gear merupakan komponen penggerak akhir yang
meneruskan daya menuju ke roda atau track sehingga unit dapat bergerak. Analisa
ini bertujuan untuk mengetahui kerusakan, menganalisa kerusakan, dan mengetahui
beban yang bekerja pada gear. Prosedur pemeriksaan dilakukan dengan cara
melakukan pemeriksaan visual pada komponen Final drive dan melakukan
disassembly Final drive. Selanjutnya dilakukan analisa terhadap beban yang
bekerja pada gear. Hasil analisa menunjukkan kerusakan tedapat pada komponen
gear berupa kegagalan bending yang disebabkan beban yang berlebih atau beban
kejut. Hasil perhitungan menunjukkan beban dinamis pada sun gear 6397,88 N,
beban statis 12167,79 N. Pada pinion gear beban dinamis sebesar 14390,95 N
sedangkan beban statis 14635,33 N. Beban dinamis pada Ring gear sebesar
17865,14 N sedangkan beban statis sebesar 18777,41 N. Syarat aman agar gear
tahan terdapat beban kejut adalah beban statis ≥1,5 beban dinamis. Ini berarti
secara perhitungan pinion gear dan ring gear tidak memenuhi syarat. Langkah
perbaikan yang dilakukan adalah dengan mengganti komponen yang rusak.
Sebaiknya, dengan dimensi yang sama, material yang digunakan harus lebih kuat.
Kata kunci : Final drive planetary gear, kegagalan bending, beban dinamis, beban
statis.
Abstract
The final drive planetary gear is a component that forwards power to the wheel or
track, so the unit can move. This analysis has purpose to find out the damage,
analyze damage, and find out the load acting on the gear. The inspection procedure
is by performing a visual check on the Final drive component and disassembling
the Final drive. Then an analysis of the load acting on the gear is carried out. The
results of the analysis show that there is damage to the gear component in the form
of bending failure due to excessive load or shock load. The calculation results show
that the dynamic load on sun gear is 6397.88 N, the static load is 12167.79 N. The
dynamic load pinion is 14390.95 N while the static load is 14635.33 N. The dynamic
load on the Ring gear is 17865.14 N while the load is static is 18,777.41 N. Safe
conditions for the gear to hold a shock load is static load ≥ 1.5 dynamic load. This
means that calculation of pinion gear and ring gear does not be suited as the
requirements. So with the same dimensions, the component must be replace to the
stronger material.
Keywords : Final drive planetary gear, bending failure. Dynamic force, , static
force
1. PENDAHULUAN
1.1 Latar belakang
Wheel loader adalah salah satu alat berat yang digunakan untuk memindahkan
material dari satu tempat ke tempat yang lain. Saat beroperasi, wheel loader
memerlukan torsi yang sangat besar yang di salurkan ke Final drive pada ke
empat rodanya. Final drive menggunakan sistem Planetary gear sebagai reducer
agar torsi meningkat.
Planetary gear menjadi komponen vital dalam sistem Final drive untuk
mendukung pergerakan unit secara horisontal. Ketika terjadi kerusakan tentunya
mengganggu proses produksi. Maka dari itu penulis mengambil judul ’”Analisa
Kerusakan Final Drive Planetary Gear Wheel Loader XGMA XG935H” sebagai
judul tugas akhir.
1.2 Tujuan Penulisan
Adapun tujuan yang ingin dicapai dalam penulisan laporan tugas akhir ini
adalah:
1. Mengetahui kerusakan pada Final drive planetary gear Wheel loader
XGMA XG935H.
2. Menganalisis kerusakan pada sistem Planetary Gear Wheel Loader XGMA
XG935H.
3. Mengetahui beban yang bekerja pada planetary gear wheel loader XGMA
XG935H.
1.3 Batasan Masalah
1. menganalisa kerusakan gear pada sistem planetary gear set wheel loader
XGMA XG935H.
2. membandingkan beban statis dan dinamis pada gear dalam sistem
planetary gear Wheel loader XGMA XG935H.
1.4 Landasan Teori
1.4.1 Power Train Wheel Loader XGMA XG935H
Gambar 1. Power Train Wheel Loader XGMA XG935H
Power train adalah Suatu urutan atau rangkaian penggerak tenaga dari
engine sampai sprocket atau final drive sehingga unit tersebut bisa
bergerak atau berjalan. Pada Gambar 1 menunjukkan sistem power train
pada unit.
a. Engine
Berikut merupakan spesifikasi engine dari unit Wheel loader
XGMA XG935H pada tabel 1.
Tabel 1. Spesifikasi engine.
b. Torque Converter
Gambar 2. Torque Converter
Pada Gambar 2 menunjukkan Torque Converter dimana Torque
Converter merupakan kopling hidrolik yang digunakan untuk
memindahkan tenaga dari engine ke input shaft transmission.
c. Transmisssion
Gambar 3. Transmission
Transmission adalah suatu sistem atau komponen yang berfungsi
sebagai penerus daya, mengatur arah gerak, dan mengubah torsi dari
engine ke penggerak akhir seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.
d. Drive Shaft
Gambar 4. Drive Shaft
Pada Gambar 4 menunjukkan Drive shaft pada unit Wheel Loader
XGMA XG935H. Drive Shaft merupakan sebuah poros yang
berfungsi mentransfer daya atau putaran dari input (transmisi)
menuju differential.
e. Differential
Gambar 5. Differential
Differential gear yaitu suatu piranti yang berfungsi memberikan
perbedaan putaran antara kedua roda seperti yang ditunjukkan pada
Gambar 2.9.
f. Final Drive Planetary Gear
Gambar 6. Planetary Gear
Pada Gambar 6 menunjukkan komponen Final drive. Final Drive
adalah komponen penggerak akhir yang menuju ke roda atau track.
Dalam Planetary gear system terdiri dari tiga elemen, yaitu Sun
gear, pinion, dan ring gear.
1.4.2 Kerusakan Pada Gear
a. Kegagalan Bending
Gambar 7. Kegagalan Bending pada Gear
Kegagalan bending adalah keadaan dimana gear mengalami bengkok,
atau bahkan patah pada bagian tooth yang disebabkan oleh kegagalan
gear dalam menopang beban dinamis seperti yang ditunjukkan pada
gambar 7.
b. Pitting
Gambar 8. Pitting pada Gear
Pitting adalah kegagalan kelelahan permukaan yang terjadi karena
banyaknya pengulangan kontak tekanan.
c. Scoring
Gambar 9. Scoring
Kelebihan panas yang dihasilkan karena adanya tekanan permukaan
yang berlebihan, tingginya kecepatan atau gagalnya pelumanasan.
d. Abrasive
Gambar 10. Abrasive pada gear.
Kerusakan jenis ini disebabkan oleh adanya partikel asing di pelumas
seperti kotoran atau debu yang masuk diantara gigi dan merusak
bentuk gigi.
1.4.3 Perhitungan Beban Pada Gear
a. Beban Tangential
𝑊𝑇 = 𝜎𝑜 × 𝐶𝑉 × 𝑏 × 𝜋 × 𝑚 × 𝑌
...........................................(1)
𝑊𝑇 = 𝐵𝑒𝑏𝑎𝑛 𝑡𝑎𝑛𝑔𝑒𝑛𝑠𝑖𝑎𝑙 (𝑁𝑒𝑤𝑡𝑜𝑛)
𝜎𝑜 = 𝑘𝑒𝑘𝑢𝑎𝑡𝑎𝑛 𝑙𝑒𝑛𝑡𝑢𝑟 (𝑁𝑚𝑚2⁄ )
𝐶𝑉 = 𝐹𝑎𝑘𝑡𝑜𝑟 𝑘𝑒𝑐𝑒𝑝𝑎𝑡𝑎𝑛
𝑏 = 𝑙𝑒𝑏𝑎𝑟 𝑔𝑖𝑔𝑖 (𝑚𝑚)
𝑚 = 𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙 (𝑚𝑚)
𝑌 = 𝐹𝑎𝑘𝑡𝑜𝑟 𝑏𝑒𝑛𝑡𝑢𝑘 𝑔𝑖𝑔𝑖
b. Beban Increment
𝑊𝐼 =
21×𝑣×(𝑏×𝐶+𝑊𝑇)
21×𝑣+√𝑏×𝐶+𝑊𝑇 ...........................................................(2)
𝑊𝐼 = 𝐵𝑒𝑏𝑎𝑛 𝑖𝑛𝑐𝑟𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡 (𝑁𝑒𝑤𝑡𝑜𝑛)
𝑏 = 𝐿𝑒𝑏𝑎𝑟 𝑚𝑢𝑘𝑎 𝑔𝑖𝑔𝑖 (𝑚𝑚)
𝐶 = 𝐹𝑎𝑘𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑖𝑛𝑎𝑚𝑖𝑠 (𝑁𝑚𝑚⁄ )
c. Beban Dinamis
𝑊𝐷 = 𝑊𝑇 + 𝑊𝐷
....................................................................(3)
𝑊𝐷 = 𝐵𝑒𝑏𝑎𝑛 𝑑𝑖𝑛𝑎𝑚𝑖𝑠 (𝑁𝑒𝑤𝑡𝑜𝑛)
d. Beban Statis
𝑊𝑆 = 𝜎𝑒 × 𝑏 × 𝜋 × 𝑚 ×
𝑌𝑃....................................................(4)
𝜎𝑒 = 𝑘𝑒𝑘𝑢𝑎𝑡𝑎𝑛 𝑡𝑎𝑟𝑖𝑘 (𝑁𝑚𝑚2⁄ )
𝑌𝑃 = 𝐿𝑒𝑤𝑖𝑠 𝑓𝑜𝑟𝑚 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟
2. METODE
2.1 Flow chart
Gambar 11. Flow chart prosedur pemeriksaan
2.2 Alat dan Bahan
a. Wheel loader XGMA XG935H
b. 1 set toolbox
c. Hydraulic jack
2.3 Prosedur Pemeriksaan
2.3.1 Pemeriksaan Visual
Pemeriksaan visual dilakukan untuk mengetahui adanya kebocoran oli
pada komponen Final drive planetary gear. Selain itu untuk memeriksa
level oli.
2.3.2 Disassembly Final Drive Planetary Gear
Proses ini bertujuan untuk memeriksa kondisi komponen Final drive
planetart gear dan untuk mengidentifikasi kerusakan.
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Analisa Kerusakan Final Drive Planetry Gear
3.1.1 Pinion Gear
Gambar 12 Pinion gear
Pinion gear mengalami kegagalan bending akibat beban yang sangat
besar. Kerusakn dapat dilihat pada gambar 12.
3.1.2 Ring Gear
Gambar 13 Ring gear
Ring gear juga mengalami kegagalan bending dan rusak berupa pecah.
Kerusakan seperti yang ditunjukkan pada gambar 13.
3.1.3 Ring Hub
Gambar 14 Ring hub
Ring hub mengalami kerusakan berupa keausan pada tooth. Ini
merupakan imbas dari pecahnya ring gear sehingga ring hub tidak bisa
menahan ring gear dan terjadi gesekan.
3.2 Perhitungan Pada Gear
Berikut merupakan hasil dari perhitungan dengan asumsi menggunakan
material S45C:
Tabel 2 Hasil perhitungan beban pada gear
Beban Sun Gear Pinion
Gear
Ring
Gear
Beban
Dinamis
6397,88 𝑁 14390,95 𝑁 17865,14 𝑁
Beban Statis 12167,79 𝑁 14635,33 𝑁 18777,41 𝑁
Dari hasil perhitungan, material S45C tidak di rekomendasikan untuk
digunakan sebagai bahan dari pinion dan ring gear karena tidak memenuhi
syarat 𝑏𝑒𝑏𝑎𝑛 𝑠𝑡𝑎𝑡𝑖𝑠 ≥ 1,5 𝑏𝑒𝑏𝑎𝑛 𝑑𝑖𝑛𝑎𝑚𝑖𝑠 sehingga tidak aman terhadap
beban kejut.
3.3 Langkah Perbaikan
Langkah perbaikan yang dilakukan yaitu mengganti part yang rusak seperti
pada tabel dibawah ini.
NO PART
NUMBER
NAMA
KOMPONEN
JUMLAH
1 ZL30-010 Ring gear 1
2 ZL30-006 Planet 4
3 ZL30-012 Ring hub 1
4. PENUTUP
4.1 Kesimpulan
2. Kerusakan yang terjadi komponen Final drive yaitu kerusakan pada bagian
tooth gear pinion gear dan ring gear berupa patah, dan tooth ring hub.
mengalami aus.
3. Setelah dilakukan analisa, penyebab kerusakan gear yaitu gear tidak mampu
menopang beban yang sangat besar sehingga mengalami kegagalan
bending.
4. Dari hasil perhitungan menggunakan material S45C, Pinion gear dan Ring
gear tidak aman terhadap beban kejut (shock load).
4.2 Saran
1. untuk mendukung kinerja dan keawetan yang lebih baik terhadap gear, lebih
baik menggunakan material yang lebih kuat. Khususnya untuk pinion dan
ring gear.
2. Maintenance harus sesuai dengan jadwal agar mengurangi risiko kerusakan
yang lebih parah.
3. Operator yang harus lebih halus dalam mengoperasikan unit. Khususnya
ketika mengubah laju unit dari maju ke mundur maupun sebaliknya.
PERSANTUNAN
Puji syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas berkah,
rahmat dan hidayah-Nya sehingga penyusunan naskah publikasi yang berjudul
“ANALISA KERUSAKAN FINAL DRIVE PLANETARY GEAR WHEEL
LOADER XGMA XG935H” dapat diselesaikan atas dukungan dari beberapa
pihak. Untuk itu pada kesempatan ini, penulis menyampaikan terima kasih pada:
1). Ir. H. Subroto, M.T selaku ketua jurusan Teknik Mesin Universitas
Muhammadiyah Surakarta.
2). Dr. Suranto, MM selaku direktur sekolah vokasi Universitas
Muhammadiyah Surakarta.
3). Amin Sulistyanto, S.T, M.T selaku dosen pembimbing yang senantiasa
memberikan arahan dan masukan yang bermanfaat hingga terselesainya
tugas akhir ini.
4). Seluruh Dosen Teknik Mesin Dan Vokasi yang memberikan ilmu serta
wawasan untuk menjadikan sarjana teknik mesin yang berkompeten.
5). Ayah, Ibu Dan Kakak yang senantiasa mendoakan dan mendukung segala
proses ini sehingga dapat terselesaikannya tugas akhir ini.
6). Rekan-rekan OJT yang selalu kompak dan saling peduli satu sama lain
sehingga data-data penunjang tugas akhir ini dapat terpenuhi dengan baik.
7). Teman - Teman Angkatan 2014 Teknik Mesin yang telah bersama – sama
berjuang untuk menuntut ilmu di jurusan teknik mesin.
8). Teman – teman Program Sudetan Vokasi yang yang telah memberikan
ilmu serta wawasan untuk menjadikan sarjana teknik mesin yang
berkompeten.
9). Serta seluruh pihak lain yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu, yang
telah membantu dalam penyusunan tugas akhir ini.
DAFTAR PUSTAKA
Diyanto, Firly. Analisa Final Drive Wheel Loader XCMG ZL 50 GN. Surakarta:
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Khurmi, R.S., dan J. K. Gupta. 1982. A Text Book Of Macine Design. New Delhi
: Eurasia Publishing House.
Niemann, G. 1978. Machine Elements Design and Calculation in Mechanical
Engineering. Volume II. Springer-Verlag.
Rangkoto, Taufik Akbar. 2016. Troubleshooting System Power Train Unit 938F
Type Wheel Loader Caterpillar. Padang: Politeknik Negeri Padang.
Suga, kiyokatsu. Sularso. 1997. Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin.
Jakarta : PT. Pradnya Paramita.
Team Pengembang Vokasi. 2013. Final Drive and Undercarriage. Surakarta:
Sekolah Vokasi.
Team Pengembang Vokasi. 2013. Transmisi. Surakarta: Sekolah Vokasi.
Team Pengembang Vokasi. 2013. Torqflow Drive System. Surakarta: Sekolah
Vokasi.