Tugas Alat Berat Anotasi Power Train System
Disusun Oleh: TRI HARYANTO NIM. 11504244023 Kelas C
PROGRAM STUDI TEKNIK OTOMOTIF FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA 2013
1
POWER TRAIN
I. Dasar-Dasar Power Train I.1. Definisi Power train merupakan suatu sistem yang meneruskan tenaga atau power dari engine sampai ke penggerak akhir atau final drive. I.2. Komponen Utama Power Train Pada dasarnya komponen utama dalam rangkaian power train terdiri dari: Flywheel clutch / torque converter Direct drive / powershift transmission Differential / bevel gear Final drive Pada beberapa tipe power train yang menggunakan sistem penggerak ganda (4 wheel drives), setelah transmission dipasang transfer gear. I.2.1. Penghubung antara engine dengan transmission Ada dua macam penghubung antara engine dan transmission pada Caterpillar machine yaitu: Flywheel clutch Torque converter I.2.1.1. Flywheel Clutch Flywheel clutch merupakan komponen yang menghubungkan engine dengan transmission secara mekanikal. Hubungan tersebut dapat disambung atau diputus sesuai kebutuhan operator.
I.2.1.2.Torque Converter
2
Torque converter merupakan komponen yang menghubungkan engine dengan transmission secara hydraulic. Jadi tidak ada hubungan mekanikal langsung antara engine dengan transmission. Torque converter ada beberapa macam, antara lain: Torque converter, digunakan pada sebagian besar power shift machine, contohnya wheel loader tipe kecil, track type tractor (D3 – D5) dan yang lainnya. Torque divider, digunakan pada machine track type tractor (D6 - D11). Variable capacity torque converter (VCTC), digunakan pada machine wheel loader tipe besar contohnya 988 - 992. Torque converter dengan lock up, digunakan pada machine off high way truck, articulated dump truck dan yang lainnya. Gabungan antara impeller clutch dengan lock up, digunakan pada machine wheel loader tipe besar antara lain 980, 992, 994 dan yang lainnya. I.2.2. Transmission Transmission berfungsi untuk: Mengubah arah Mengubah kecepatan Mengubah daya atau torque Caterpillar mempunyai tiga jenis transmission yaitu: Direct Drive Transmission Power Shift Transmission Hydrostatic Transmission
1.2.2.1. Direct Drive Transmission Direct drive transmission adalah transmission yang menggunakan flywheel clutch sebagai media penghubung dan pemutus antara engine dengan transmission. 3
Clutch ini dioperasikan secara manual. Flywheel clutch berguna pada saat awal machine akan bergerak dan pada saat perpindahan gigi (gear shifting). Transmission ini dipergunakan pada machine Caterpillar yang aplikasinya di medan kerja yang relatif rata, tidak terlalu sering mengubah kecepatan ataupun arah dan beban kerja yang relatif ringan. Contohnya pada traktor pertanian, motor grader dan sebagainya. I.2.2.2. Power Shift Transmission Power shift transmission adalah transmission yang menggunakan clutch fluida dimana perpindahan giginya langsung tanpa harus memutuskan hubungan antara engine dengan transmission (on the go shifting). Hal ini mempermudah pada saat pengoperasiannya. Aplikasi dari sistem transmission ini adalah untuk machine yang sering berubah kecepatan dan arah maju mundurnya serta beban kerja yang relatif berubah-ubah dan berat. Dari cara perpindahan giginya transmission ada dua macam yaitu: Power shift transmission (manual gear shifting) Automatic transmission (automatic shifting) Adapun jenis dari powershift transmission adalah sebagai berikut: Planetary gear set: pengaturan kecepatan dan arah kerja dengan cara meng-engagedkan disc dan plate sehingga salah satu dari komponen planetary gear set meneruskan tenaga ke ke output shaft dari transmission. Bagian-bagian dari planetary gear set adalah sun gear, planet gear beserta carrier dan ring gear. Counter shaft: menggunakan constant mesh seperti pada direct drive tetapi pada jenis ini menggunakan clutch pack. Transmission jenis ini biasanya digunakan pada machine backhoe loader. Untuk meng-engaged-kan clutch dipakai transmission control valve, jenisnya antara lain: Konvensional control valve 4
Electric control valve dengan on / off solenoid Individual clutch modulation (ICM) Electronic clutch pressure control (ECPC) I.2.2.3. Hydrostatic Transmission Hydrostatic Transmission menggunakan sistem hydraulic pada transmisinya yang berfungsi untuk mengatur kecepatan dan arahnya. System ini menggunakan pompa hydraulic dan motor sebagai aktuatornya. Cara kerjanya yaitu tenaga dari engine langsung menggerakkan pompa hydraulic dan selanjutnya melalui rangkaian hydraulic lainnya menggerakkan motor untuk mengkonversi menjadi energi mekanikal. Transmission ini digunakan pada track type tractor kecil, track type loader dan hydraulic excavator yang pergerakkan / perpindahan operasi machine relatif kecil. I.2.3. Transfer Gear Transfer gear dipakai sebagai penerus tenaga ke differential bagian depan dan belakang pada machine wheel loader. I.2.4. Differential/Bevel Gear Komponen ini berfungsi untuk menghantarkan tenaga dari transmission ke final drive kiri dan kanan. Differential digunakan pada machine yang menggunakan roda, sedangkan bevel gear dipasang pada machine yang menggunakan track seperti track type tractor. Jenis differential antara lain: Konvensional differential (standard differential) Nospin differential Limited slip differential Differential lock I.2.5. Final Drive
5
Final drive adalah komponen dari power train sebagai penggerak akhir yaitu menuju roda atau track. Fungsinya adalah melipatgandakan torque yang paling akhir. I.3. Komponen Power Train Pada Wheel Loader
Gb. 1.1 Komponen Power Train pada Wheel Loader Yang termasuk komponen power train dari wheel loader adalah:
Torque Converter
Rear Final Drive
Transmission
Front Drive Shaft
Output Transfer Gear
Rear Drive Shaft
Rear Differential
Front Differential Front Final Drive 5
2
I.4. Komponen Power Train Pada Track Type Tractor 1
6
4
3
Gb. 1.2 Komponen Power Train dari Tack Tpe Tractor Yang termasuk komponen dari power train dari track type tractor adalah: 1. Torque Divider 2. Transmission
4. Drive Shaft 5. Bevel Gear
3. Final Drive I.5. Planetary Gear Set Pada alat berat Caterpillar, planetary gear set digunakan pada berbagai sistem, contohnya torque divider, planetary transmission, final drive dan lain–lain. Dinamakan planetary gear set karena operasinya menyerupai sistem tata surya. Berikut adalah gambar komponen-komponen planetary gear set.
7
Gb. 1.3 Planetary Gear Set Komponen pada planetary gear set adalah: 1. Planet gear disebut juga planetary gear, pinion atau idler gear. Selain berputar pada porosnya, planet gear juga berputar mengelilingi sun gear. 2. Carrier 3. Ring gear 4. Sun gear disebut juga centered gear. Agar planetary gear dapat bekerja syaratnya yaitu: Diberi input putaran Salah satu komponen harus ditahan (ring gear, carrier atau sun gear). Sebagai contoh, jika sun gear digerakkan dan ring gear ditahan maka gear-gear pada carrier akan dipaksa untuk bergerak sepanjang ring gear dengan arah yang sama seperti sun gear dan carrier akan berotasi dengan kecepatan yang lebih rendah. Keuntungan planetary gear set dibanding dengan external tooth gear: Lebih praktis karena tidak memerlukan ruang yang besar Lebih halus dalam memindahkan power. Beban dari masing-masing gears seimbang Pemilihan rasio gears yang sangat besar. Sebagai contoh, planetary gear digunakan pada planetary transmission dan planetary final
drive.
8
POWER TRAIN
II. Penghubung Antara Engine Dengan Transmission Seperti telah dijelaskan sebelumnya, ada dua macam penghubung antara engine dan transmission pada Caterpillar machine yaitu: Flywheel clutch Torque converter Flywheel
clutch
tidak
banyak
digunakan,
jadi penjelasan akan
lebih
dititikberatkan pada Torque Converter. II.1. Torque Converter Fungsi dari torque converter adalah: Meningkatkan torque bila outputnya mendapat beban Meredam kejutan (memindahkan tenaga secara halus) Mencegah engine stall (lug) Sebagai media penghubung antar engine dengan transmission secara hydraulic
Catatan: Torque converter tidak dapat meningkatkan horsepower
9
Gb. 2.1 Torque Converter
Komponen utama pada torque converter adalah: Impeller (1), dihubungkan dengan flywheel melalui rotating housing atau sebagai komponen penggerak (driving member). Turbine (2), dihubungkan dengan output shaft ke transmission atau sebagai komponen yang digerakkan (driven member). Stator (3), komponen ini statis yang tugasnya mengarahkan oli dariturbine ke impeller untuk melipatgandakan torque. Torque converter menghubungkan engine dengan transmission secara hydraulic. Jadi tidak ada hubungan mekanikal langsung antara engine dengan transmission. Oli yang masuk ke torque converter berasal dari transmission control valve (ratio valve) digabungkan dengan oli dari torque converter charging pump menuju inlet passage. Karena impeller dihubungkan langsung dengan engine maka impeller selalu berputar sama dan searah dengan putaran engine. Hal ini membuat oli yang masuk inlet passage dilempar oleh sudu–sudu yang ada di impeller ke turbine.
3 2 1
Gb. 2.2 Komponen UtamaTorque Converter
10
Turbine dihubungkan dengan output shaft menuju transmission. Pada saat transmission neutral (tidak ada beban bagi turbine) maka turbine yang mendapat lemparan oli dari impeller langsung berputar. Oli dari turbine diarahkan oleh stator untuk menambah kekuatan menuju impeller.
Karena
adanya
komponen
stator
maka
torque
converter
dapat
melipatgandakan torque. Pelipatgandaan torque terjadi saat turbine mendapat beban atau dengan kata lain apabila putaran dari turbine lebih rendah dibanding putaran impeller. Semakin besar perbedaan putarannya, semakin besar juga torque yang dilipatgandakan. Pelipatgandaan torque yang paling tinggi terjadi pada saat drive shaft berhenti (stall position) dimana turbine sama sekali diam sedangkan impeller berusaha untuk memutar turbine. Hal ini dapat mengakibatkan temperatur dari oli naik dengan cepat.
Gb.2.3 Aliran Oli Di Dalam Torque Converter II.1.1 Torque Converter Ratio Valve Gambar 2.4 berikut menunjukkan torque converter ratio valve yang terletak di dalam transmission control valve. Pada sebagian machine, torque converter inlet relief valve terpisah dari transmission control valve yaitu dipasang pada torque converter itu sendiri. Valve ini tidak dapat mengontrol tekanan yang ada di dalam torque converter. Fungsi valve ini membatasi tekanan oli maksimum yang mau masuk ke dalam torque converter. Hal ini bisa terjadi pada saat awal engine start dan oli masih dingin.
11
Gb. 2.4 Torque Converter Ratio Valve Torque converter inlet relief valve menggunakan oli P1 (speed clutch oil pressure) yang dikontrol oleh tekanan spring di dalamnya. Tekanannya bekerja pada efektif area yang dikontrol oleh slug pada sisi kanan ratio valve. Valve ini tidak dapat di-adjust. Untuk machine yang memakai torque converter inlet relief valve yang dipasang di torque converter, penyetelan tekanan olinya hanya bisa dilakukan di test bench (sebelum torque converter dipasang di machine). II.1.2 Torque Converter Outlet Relief Valve Torque converter outlet relief valve adalah jenis spool. Oli dari torque converter mengisi lubang yang ada di spool relief valve dan menggerakkan poppet valve ke arah kanan. Hal tersebut membuat naiknya tekanan oli di spring chamber sehingga menggerakkan spool ke arah kiri, kemudian oli dialirkan ke power train cooler untuk didinginkan. Dari cooler, oli dikirim lagi ke transmission untuk lubrikasi (pelumasan) komponen dari transmissi.
12
Gb. 2.4 Torque Converter Outlet Relief Valve Torque converter outlet relief valve berfungsi untuk menjaga tekanan oli di dalam torque converter dan mencegah terjadinya kavitasi (cavitation). Valve ini tekanannya dapat di-set sesuai dengan spesifikasi pada service manual. Tekanan outlet relief valve yang terlalu rendah dapat menyebabkan turunnya kapasitas dari torque converter (torque converter low power). Tekanan outlet relief valve yang terlalu tinggi dapat menyebabkan oli torque converter over heating (terlalu panas). II.2 TORQUE DIVIDER Torque divider menghubungkan engine dengan power shift transmission. Hubungan tersebut secara hydraulic dan secara mekanikal. Hubungan secara hydraulic melalui torque converter dan hubungan secara mekanikal melalui planetary gear set. Torque converter dan transmission menggunakan oli yang sama, dan diatur melalui transmission control valve. Pada machine yang besar oli dari transmission control valve dikombinasi dengan oli dari torque converter charging pump. Ketika machine bekerja dengan beban ringan, torque yang dilipatgandakan sedikit. Sedangkan ketika machine 13
bekerja dengan beban yang berat, torque yang dilipatgandakan juga besar. Torque yang besar tersebut dikirim ke transmission. Planetary gear set juga melipatgandakan torque dari engine.
Torque Divider = Torque Converter + Planetary Gear Set
Keuntungan Torque Divider: Memindahkan tenaga secara terus-menerus Menaikkan torque out put Meredam kejutan Mengijinkan operasi secara Direct Drive Komponen pada Torque Divider: Impeller
Stator
Turbine
Sun Gear
Planet Gear dan Carrier
Ring Gear
Pada gambar 2.5 berikut, sisi sebelah kiri adalah planetary gear set dan sisi sebelah kanan adalah torque converter. Impeller, rotating housing dan sun gear dihubungkan secara mekanikal dengan engine. Turbine dihubungkan dengan ring gear sedangkan planet carrier dihubungkan dengan output shaft menuju transmisi.
14
Karena sun gear dan impeller dihubungkan dengan flywheel komponen tersebut berputar sama dan searah dengan putaran engine. Oli masuk ke torque divider melalui inlet passage kemudian dilempar oleh impeller menuju kisi-kisi turbine yang mengakibatkan turbine berputar searah dengan impeller selama tidak ada beban.
15
Gb. 2.5 Torque Divider Ketika machine mendapat beban putaran dari output shaft mulai turun sehingga putaran dari planet carrierpun ikut turun. Turunnya putaran planet carrier mengakibatkan relative motion pada komponen sun gear dan planet carrier sehingga planet gear berputar. Hal ini menurunkan putaran dari ring gear dan turbine. Pada kondisi ini torque converter melipatgandakan torque sedangkan planetary gear set membagi torque. Pada kondisi stall (torque converter output shaft berhenti karena beban) membuat ring gear dan turbine berputar berlawanan dengan putaran dari engine. Pelipatgandaan torque secara maksimum pada torque divider ketika ring gear dan turbine mulai berputar berlawanan atau ketika machine mendapat beban. Pada torque divider pembagian penyaluran power 70% torque converter dan 30% planetary gear set. Penyaluran tenaga pada torque divider adalah sebagai berikut: Engine – flywheel - A. Sun gear – planet gear (carrier) – output shaft. B. Rotating housing – impeller – turbine – ring gear – planet gear (carrier) – output shaft. II.3 TORQUE CONVERTER DENGAN LOCK-UP
16
II.3.1 Converter Drive
Gb. 2.6 Converter Drive Gambar 2.6 di atas menunjukkan torque converter drive dimana lockup clutch tidak engage. Selama beroperasi, rotating housing dan impeller dapat berputar lebih cepat dibandingkan dengan turbine. Stator tetap diam dan dapat melipatgandakan torque antara impeller dan turbine. Output shaft berputar lebih lambat dibandingkan dengan putaran engine tetapi dapat meningkatkan torque. Pada kondisi seperti ini machine lebih mengutamakan torque dibandingkan dengan kecepatan (speed). Dan digunakan selama startup, pada gigi rendah dan saat perpindahan gigi (shifting). Converter Drive:
Output shaft berputar lebih lambat dibanding putaran engine
Torque berlipat ganda
II.3.2 Direct Drive 17
Gb. 2.7 Torque Converter Direct Drive Gambar 2.7 di atas menunjukkan torque converter pada posisi direct drive, dimana lockup clutch di-engaged-kan oleh tekanan oli dan menyatukan turbine dan impeller. Housing, impeller, turbine dan output shaft pada torque converter berputar dengan kecepatan yang sama dengan engine. Stator yang dihubungkan dengan freewheel (one way clutch) digerakkan dengan tekanan oli di dalam housing sehingga komponen tersebut berputar dengan rpm hampir sama dengan engine. Kondisi seperti ini (direct drive) lebih mengutamakan speed dibandingkan dengan torque. Digunakan pada gigi tinggi dan tenaga yang dipindahkan sangat efisien. Direct Drive: Lockup clutch engaged oleh tekanan oli dari lock up control valve Output shaft berputar sama dengan putaran engine Stator pada posisi freewheel Lock up clutch terdiri dari piston, disc dan plate.
18
II.3.3 Komponen Torque Converter dengan Lock Up
Gb. 2.8 Komponen Torque Converter dengan Lock Up Nama–nama komponen pada torque converter, dengan lock up clutch adalah:
Rotating housing
Impeller
Turbine
Stator
One way clutch (freewheel)
Hub
Lock up clutch (piston, disc dan plate)
Carrier
Output Shaft
19
II.3.4 One-Way Clutch (Freewheel)
Gb. 2.9 Komponen One-Way Clutch Spline menghubungkan antara stator dengan cam dan cam tidak dapat berputar. Penghubung antara cam dengan carrier adalah roller. Sisi kiri dari opening cam lebih kecil dibandingkan dengan sisi kanannya (openings in cam tirus). Sehingga posisi normal adalah pada sisi kiri (bagian yang lebih kecil). Ketika kecepatan dari impeller dan turbine rendah maka stator akan tetap diam. Roller akan tetap pada sisi kiri oleh tekanan dari spring. Pada saat kondisi ini terjadi hubungan mekanikal antara cam dengan stator. Sehingga stator dapat mengarahkan oli dari turbine ke impeller untuk melipatgandakan torque. Ketika kecepatan turbine dan impeller naik (direct drive) maka stator mulai untuk berputar ke arah yang sama dengan putaran impeller dan turbine. Pada saat stator berputar cam juga ikut berputar. Sehingga gerakan dari cam dapat menyebabkan roller bergerak ke arah kanan (sisi yang lebih lebar) dan hubungan antara stator dan carrier terputus. Stator berputar bebas sehingga tidak dapat mengarahkan aliran oli dari turbine ke impeller. Karena stator hanya dapat berputar ke satu arah maka komponen ini dinamakan one way clutch (freewheel).
20
Keuntungan torque Converter yang menggunakan One Way Clutch: Melipatgandakan torque pada beban yang tinggi Mengurangi kemungkinan terjadinya over heating Mengurangi penggunaan torque converter II.4 Variable Capacity Torque Converter (VCTC)
Gb. 2.10 Variable Capacity Torque Converter (VCTC) Power dari diesel engine dikirim dari flywheel menuju torque converter atau impeller clutch (VCTC). Torque converter mempunyai dua impeller dan satu clutch yang digerakkan secara hydraulic, yang mana dapat mereduksi kapasitas torque converter (membatasi jumlah kenaikan torque). Kapasitas torque converter dikontrol secara manual dengan VCTC control lever atau switch electric. Lokasi dari lever dan switch tersebut terletak pada operator station. Power dari output shaft torque converter dikirim pada drive shaft menuju input transfer gear. Output gear dari transfer gear memutar input shaft dari transmission. 21
Transmission output shaft memberikan power kepada idler gear pada transfer gear menuju output gear pada transfer gear. Output transfer gear mengirim power pada drive shaft menuju rear drive pinion. Output gear juga mengirim power ke front final drive dan ke rear final drive. Keuntungan pemakaian VCTC: Mengurangi slip pada roda. Mengurangi keausan pada ban. Menaikkan engine power yang ada untuk hydraulic system. II.5 Torque Converter Dengan Variable Capacity Torque Converter (VCTC) DAN Lock Up VCTC bertujuan untuk memungkinkan operator untuk dapat menentukan kapasitas besar-kecilnya torque dari torque converter. Hal ini akan menurunkan slip dari roda dan mengurangi keausan dari roda. Sehingga secara optimal engine power disalurkan untuk sistem implement. Jumlah penurunan kapasitas torque converter tergantung pada lever VCTC pada kabin. Lever dihubungkan dengan load piston pada sequence dan pressure control valve dengan kabel. Lever ini mengijinkan VCTC beroperasi pada posisi antar kapasitas minimum dan maksimum
22
Gb. 2.11 Torque Converter Dengan Variable Capacity Torque Converter (VCTC) DAN Lock Up
Switch pada lift control lever juga mengontrol kapasitas torque converter. Ketika switch pada posisis ON maka VCTC beroperasi pada kapasitas maksimum tanpa terpengaruh dari gerakan wheel torque lever. Ketika switch pada posisi OFF kapasitas torque converter kembali pada setting lever. Torque converter ini punya dua impeller dan clutch yang diaktifkan secara hydraulic. Oli, dari ratio valve untuk torque converter inlet mengalir melalui torque converter inlet passage. Oli dikirim ke inner impeller ketika torque converter minimum capasity. Oli dikirim ke inner impeller dan outer impeller ketika torque converter maksimum capacity. Aliran oli di dalam torque converter dari salah satu atau kedua impeller mengalir ke turbine, kemudian ke stator. Dari stator aliran oli mengalir kembali ke impeller kemudian ke carrier. Torque converter beroperasi dengan tekanan untuk mencegah kavitasi. Tekanan oli yang masuk ke torque converter dikontrol oleh converter inlet ratio valve. Tekanan oli di dalam torque converter dikontrol oleh torque converter outlet relief valve dengan hambatan sesudahnya. Tekanan oli yang dikontrol oleh sequence dan pressure control valve mengengage-kan outer dan inner impeller sehingga berputar bersama. Pada tekanan oli maksimum, clutch benar–benar engage sehingga tidak ada slip pada clutch. Torque converter beroperasi pada maksimum capacity. Penurunan tekanan oli menyebabkan clutch slip. Semakin banyak clutch slip semakin banyak juga penurunan kapasitas dari torque converter. Pada minimum tekanan, outer impeller tidak berhubungan dengan inner impeller sehingga torque converter minimum capacity.
23
Gb. 2.12 Gambar aliran sistem hydraulic pada VCTC
POWER TRAIN 24
III. TRANSMISSION Seperti telah dijelaskan pada bagian awal, Caterpillar menggunakan tiga jenis transmission yaitu: Direct drive Transmission Power Shift Transmission Hydrostatic Transmission Berikut akan dijelaskan mengenai jenis-jenis transmission tersebut. III.1 DIRECT DRIVE TRANSMISSION Direct drive transmission adalah transmission yang menggunakan flywheel clutch sebagai media penghubung dan pemutus antara engine dengan transmission. Clutch ini dioperasikan secara manual. Flywheel clutch berguna pada saat awal machine akan bergerak dan pada saat perpindahan gigi (gear shifting). Berdasarkan cara kerjanya, direct drive transmission dibagi menjadi tiga macam yaitu: Sliding Gear Collar Shift Synchromesh III.1.1 Sliding Gear Sliding Gear merupakan pengatur kecepatan dan arah kerja dengan cara memindahkan spur gear yang dilakukan oleh fork agar diperoleh kecepatan ataupun arah yang dikehendaki. Beberapa hal yang perlu diketahui mengenai Sliding Gear: Semua gear kecuali idler gear diikat (splines) pada shaft. Bentuk gearnya dinamakan spur gear gigi–giginya diparallel dengan shaft. Mengunci hanya pada saat memindahkan tenaga. 25
Cocok dipakai pada motor grader, track type tractor pertanian yang bergerak satu arah dan kecepatannya cenderung tetap.
Gb. 3.1 Sliding Gear III.1.2 Collar Shift/Constant Mesh Constant Mesh berfungsi sama seperti Sliding Gear di atas, sedangkan perbedaannya adalah yang dipindahkan sliding collar. Beberapa hal yang perlu diketahui mengenai Constant Mesh:
Bentuk gearnya helical gear bukan spur gear.
Saling berhubungan secara konstan dan gear tidak menggeser maju mundur.
Garpu pemindah dari mekanisme gearshift cocok terhadap sliding collar yang berbeda–beda. Posisi dari sliding collar menentukan set gigi mana yang bekerja.
Masing–masing driven gear memiliki sliding collar di sampingnya.
Cocok digunakan pada alat berat ukuran sedang. 26
Gb. 3.2 Collar Shift/Constant Mesh III.1.3 Synchromesh Synchromesh transmission pada dasarnya sama dengan Constant Mesh dengan tambahan synchronizer. Synchronizer digunakan pada semua manual transmisi dan mesin lain ketika perpindahan gigi.
27
Gb. 3.3 Synchromesh
III.2 Power Shift Transmission Power shift transmission adalah transmission yang menggunakan clutch fluida dimana perpindahan giginya langsung tanpa harus memutuskan hubungan antara engine dengan transmission (on the go shifting). Hal ini mempermudah pada saat pengoperasiannya. Transmission ini diaplikasikan pada machine yang sering berubah kecepatan dan arah maju mundurnya serta beban kerja yang relatif berubah-ubah dan berat. Adapun jenis dari powershift transmission adalah sebagai berikut: Planetary Gear Set Counter Shaft Untuk meng-engaged-kan clutch dipakai transmission control valve, jenisnya antara lain: Konvensional control valve Electric control valve dengan on / off solenoid Individual clutch modulation (ICM) Electronic clutch pressure control (ECPC) III.2.1 Planetary Gear Set Planetary gear set merupakan pengaturan kecepatan dan arah kerja dengan cara meng-engaged-kan disc dan plate sehingga salah satu dari komponen planetary gear set meneruskan tenaga ke ke output shaft dari transmission. Bagian-bagian dari planetary gear set adalah sun gear, planet gear beserta carrier dan ring gear. Planetary power shift transmission terdiri dari beberapa pasang planetary gear dimana komponen tersebut berfungsi untuk:
Merubah arah putaran input
28
Merubah kecepatan Komponen yang berfungsi untuk menahan pada planetary gear set tersebut
adalah clutch (piston, disc dan plate). Berikut ini adalah beberapa contoh planetary gear set yang diapasang pada transmission.
Gb. 3.4 Planetary Power Shift Transmission Input putaran dari transmission berasal dari torque converter sedangkan output transmission menuju ke bevel gear untuk track type dan differential untuk wheel type. Pada gambar di atas terlihat ada 5 clutch yaitu:
Clutch 1 untuk gigi mundur (reverse)
Clutch 2 untuk gigi maju (forward)
Clutch 3 untuk gigi 4 (speed clutch)
Clutch 4 untuk gigi 3 (speed clutch)
Clutch 5 untuk gigi 2 (speed clutch) 29
Clutch 6 untuk gigi 1 (speed clutch) Syaratnya power shift transmission bisa masuk gigi adalah harus ada 2-clutch
yang engaged yaitu satu speed clutch dan satu directional clutch. III.2.2 Counter Shaft Counter Shaft Power Shift Transmission menggunakan constant mesh seperti pada direct drive tetapi pada jenis ini menggunakan clutch pack. Transmission jenis ini biasanya digunakan pada machine backhoe loader. Keuntungan transmisi jenis ini menggunakan sedikit spare part sehingga ringan. Gambar berikut ini menunjukkan empat speed forward dan tiga speed reverse pada countershaft transmission.
Gb. 3.5 Counter Shaft Power Shift Transmission
30
III.2.3 Transmission Control Valve III.2.3.1 Konvensional Control Valve-Transmission Hydraulic Control Valve Valve ini terdiri dari 5 komponen utama yaitu: Speed selector spool valve, untuk mengarahkan oli ke speed clutch. Modulation relief valve & load piston, membatasi tekanan oli maksimum dan menjaga kenaikan tekanan secara bertahap di dalam sistem. Ratio valve, membatasi maksimum tekanan oli yang mau masuk ke dalam torque converter. Differential valve, menjaga perbedaan tekanan oli yang konstan antara speed clutch dan directional clutch. Directional selector spool valve, mengarahkan oli ke directional clutch spool valve. Istilah pada tekanan oli transmission: P1: Speed Clutch Pressure P2: Directional Clutch Pressure P3: Torque converter Inlet Pressure Cara kerja dari transmission control valve Modulation relief valve menerima oli dari pompa transmisi yang melewati power train filter. Valve ini adalah spool type dan memberikan oli ke torque converter circuit. Spool ini terdiri dari check valve (ball type) yang diberi lubang kecil di dalamnya (orifice) supaya gerakan dari valve ini dapat dikontrol secara perlahan (gradual). Tekanan oli yang ada di speed clutch tergantung tekanan spring yang ada di load piston. Ketika load piston berada pada posisi paling kanan (hanya tekanan spring) tekanannya relatif rendah dan tekanan ini dinamakan initial pressure atau primary
31
pressure. Atau dengan kata lain tekanan saat pertama kali memodulasi (naik secara perlahan). Selanjutnya saat load piston mulai bergerak ke arah kiri oleh dorongan oli dan spring tention secara perlahan akan naik. Bersamaan dengan hal ini tekanan pada modulation relief valve naik secara bertahap sampai batas yang ditentukan. Differential valve menurunkan tekanan oli di P1 untuk meng-engaged-kan directional clutch. Karena tekanan oli di speed clutch lebih tinggi dibandingkan dengan tekanan oli di directional clutch maka speed clutch engaged lebih dahulu dibandingkan directional clutch. Pada power shift transmission syaratnya untuk bisa masuk gigi harus ada dua clutch yang engaged yaitu satu speed clutch dan satu directional clutch. Pada gigi neutral hanya satu clutch yang engaged.
Kesimpulan:
Torque converter inlet relief valve dikontrol oleh tekanan oli P1.
Modulation relief valve membatasi tekanan oli di speed clutch.
Tekanan oli di P1 tidak dapat di-adjust dan hanya initial pressure yang bisa di adjust dengan cara menambah atau mengurangi shim yang ada di load piston.
Differential valve mempunyai 4 fungsi yaitu: a. Menurunkan tekanan oli pada P1 yang dialirkan untuk tekanan oli pada directional clutch. b. Menahan aliran oli ke directional clutch pada saat neutral c. Membiarkan load piston untuk reset posisi dengan cepat selama perpindahan gigi. d. Sebagai safety valve (apabila transmission posisi masuk gigi dan engine dihidupkan maka transmission tidak bisa maju atau mundur).
32
Gambar berikut ini menunjukkan posisi control valve pada posisi neutral.
Gb. 3.6 Posisi Control Valve Pada Posisi Neutral
Keterangan: 1 = Clutch nomor 1 (directional clutch) 2 = Clutch nomor 2 (directional clutch) 3 = Clutch nomor 3 (speed clutch) 4 = Clutch nomor 4 (speed clutch) 33
5 = Clutch nomor 5 (speed clutch)
Pada wheel loader transmission control valve dilengkapi juga dengan neutralizer control valve yang fungsinya untuk men-drain oli yang ada pada P2 pada saat neutralizer valve diaktifkan.
Gb. 3.7 Loader Transmission Control Valve Gambar di atas menunjukkan Loader transmission control valve yang dilengkapi dengan neutralizer valve. Neutralizer valve ini mendapat signal berupa tekanan yang berasal dari pedal kiri yang dioperasikan oleh operator pada kabin.
34
Berikut merupakan gambar Transmission Control Valve pada Wheel Loader Ketika Neutralizer Valve diaktifkan.
Gb. 3.8 Transmission Control Valve pada Wheel Loader Ketika Neutralizer Valve diaktifkan Ketika brake kiri diinjak (diaktifkan) tekanan yang berasal dari brake system menekan spool yang ada di neutralizer valve untuk melawan spring. Sehingga tekanan oli yang ada pada directional clutch (P2) dibuang ke tangki. Akibatnya transmission control valve hanya meng-engaged-kan speed clutch dan transmission ke posisi neutral. Dengan kata lain pedal brake kiri pada wheel loader untuk me-neutral-kan transmission pada saat loading (mengambil muatan). Tujuannya adalah agar tenaga dari engine dapat diprioritaskan seoptimal mungkin ke implement.
35
Gambar di bawah ini adalah grafik clutch engaged antara P1 dan P2
Gb.3.9 Grafik Clutch Engaged antara P1 dan P2 Ketika perpindahan gigi tekanan P1 dan P2 turun kemudian pada gigi yang baru ini tekanan oli di P1 dan P2 bertahap naik dari initial pressure ke maksimum pressure. Selama kenaikan pressure secara bertahap tersebut clutch di speed dan directional slip. Tekanan P1 selalu berbeda secara konstan dengan P2 (lihat specification di service manual). Perbedaan tekanan ini diatur oleh differential valve. Apabila initial pressure terlalu tinggi maka perpindahan gigi pada transmission akan kasar. Perpindahan gigi yang kasar (rough shifting) bisa terjadi juga karena kurang atau tidak ada perbedaan tekanan antara P1 dan P2. Sebaliknya rendahnya setting dari initial pressure akan mengakibatkan clutch slip sehingga cepat aus.
III.2.3.2 Electric Transmission Control Valve dengan ON/OFF Solenoid 36
Transmission control valve jenis lain adalah elektrik transmission control valve dengan on/off solenoid. Fungsi dari on/off solenoid tersebut adalah sebagai pengganti dari lingkage (kabel penggerak dari spool). Pada gambar tersebut terdapat 5 on/off solenoid yaitu: Solenoid untuk gigi maju (forward) Solenoid untuk gigi mundur (reverse) Solenoid untuk clutch 1 Solenoid untuk clutch 2 Solenoid untuk clutch 3
Gb. 3.10 Electric Transmission Control Valve dengan ON/OFF Solenoid Oli dari pompa power train mengalir melewati transmission filter menuju priority valve ke transmission control valve dan stand by di tiap-tiap solenoid. Apabila ada 2 (dua) solenoid yang energized (diaktifkan) maka transmission posisi masuk gigi (in gear). Kemudian dari ratio valve di dalam transmission control valve oli menuju torque converter dan digabung dengan oli dari torque converter charging pump. 37
III.2.3.3 Transmission ICM Hydraulic System Transmission control valve jenis ini biasa dipakai pada off high way truck, articulated dump truck, scrapper dan lain–lain. Pada control valve jenis ini setiap clutch mempunyai satu control valve (modulation relief valve & load piston). Makanya disebut ICM (Individual Clutch Modulation). Masing–masing individual control valve tersebut diberi tanda dengan huruf A sampai dengan H (station A – H). Tiap–tiap station mempunyai tekanan oli yang berbeda sehingga tekanan oli disetiap clutch pun berbeda juga. Pada gambar terlihat ada 3 solenoid yaitu: lock up solenoid, downshift solenoid, upshift solenoid. Apabila lock up solenoid aktif maka torque converter akan direct drive dan hal ini terjadi pada gigi tinggi. Apabila terjadi perpindahan gigi (transmission shifting) maka lock up solenoid akan di–off kan sementara. Down shift solenoid akan aktif pada saat perpindahan dari gigi besar ke gigi rendah (2 ke 1, 1 ke R dst.). Sedangkan up shift solenoid akan aktif pada saat perpindahan dari gigi rendah ke gigi tinggi (1 ke 2, 2 ke 3 dst.). Pengontrolan perpindahan giginya dilakukan oleh EPTC (Electronic Programmable Transmission Control). 38
Keuntungan dari ICM transmission control valve adalah:
Perpindahan gigi lebih halus (smooth shift)
Pengendara lebih nyaman
Usia komponen lebih lama
Perpindahan gigi dapat diaktifkan secara elektronik
Gb. 3.11 Individual Clutch Modulation
39
III.2.3.4 Electronic Clutch Pressure Control (ECPC) Electronic clutch pressure control dipakai pada machine D6R, 966G dan lain– lain. Sama halnya dengan ICM control valve yaitu setiap clutch mempunyai satu control valve. Pengaturan tekanan oli diatur oleh besar kecilnya arus listrik yang mengalir ke masing–masing solenoid. Sedangkan arus listrik yang mengalir ke solenoid diatur oleh ECM (electronic control module). Keuntungan dari transmission dengan menggunakan ECPC adalah: Tidak menggunakan mechanical lingkage Peng-adjust-an dilakukan secara electronic Perubahan design dan sistem terbaru diperbaharui dengan software Mengurangi kejenuhan pada operator Perpindahan gigi yang lebih halus Mudah dalam melakukan trouble shooting Berikut adalah gambar proportional solenoid yang mengatur besarnya tekanan oli pada clutch.
SUPPL Y OIL TO CLUTC H TO DRAIN
TRANSMISSI ON MODULATIN G VALVE
40
Gb. 3.12 Proportional Solenoid
41
42
III.3 HYDROSTATIC TRANSMISSION Hydrostatic transmission adalah transmission yang mentransfer tenaga dengan menggunakan hydraulic system. Keuntungannya adalah: Kontrol kecepatannya secara variable Pemanfaatan horse power dari engine sangat maksimal Kesesuaian maksimal antara drawbar pull dan travel speed Counter rotation control (perputaran track berlawanan arah saat berbelok) Cocok untuk machine dengan minimum travel
Gb. 3.13 Transmission Hydrostatic
43
III.4 POWER TRAIN HYDRAULIC SYSTEM Gambar berikut adalah power train hydraulic system pada track type tractor. Oli dari transmission charging pump mengalir ke filter menuju priority valve. Fungsi dari priority valve adalah memprioritaskan oli ke steering dan brake sistem sebelum ke sirkuit transmission. Dari priority valve oli mengalir ke transmission control valve untuk mengengaged-kan clutch. Dari komponen ratio valve yang ada di dalam transmission control valve oli mengalir ke torque converter. Tekanan oli yang ada di dalam torque converter dijaga oleh torque converter outlet relief valve dan selanjutnya mengalir ke cooler untuk didinginkan. Dari cooler, oli mengalir menuju transmisson untuk lubrikasi komponen di dalam planetary gear komponen serta bearing.
Gb. 3.14 Power Train Hydraulic System pada Track Type Tractor 44
45
46
III.4.1 Oil Filter Penggantian power train filter harus sesuai dengan OMM (Operation Maintenance manual) pada service manual, agar oli yang masuk ke transmission hydraulic system tetap terjaga kebersihannya. Tekanan oli dari pompa power train masuk lewat inlet passage kemudian masuk ke housing dan keluar ke outlet passage melewati element. Apabila element kotor, tekanan oli yang ada di dalam filter akan naik sehingga bypass valve membuka dan oli keluar menuju outlet passage tanpa disaring dahulu. Hal ini, dapat mengakibatkan kerusakan komponen secara dini pada sistem transmission hydraulic.
Gb. 3.15 Oil Filter
47
POWER TRAIN
IV. DIFFERENTIAL Fungsi dari differential adalah menghantarkan tenaga dari transmission ke final drive kiri dan kanan. Differential dipasang pada machine yang menggunakan roda sedangkan bevel gear dipasang pada machine dengan track. Jenis–jenis differential adalah: Konvensional differential (standard differential) Nospin differential Limited slip differential Differential lock IV.1 Standard Differential Differential membagi torque selalu sama pada final drive kiri maupun kanan. Tipe ini kurang efisien bila machine slip. Jenis ini biasanya dipasang pada machine dengan 4 wheel drive. Pada Off High Way Truck yang menggunakan differential standard dipasang AETA (Automatic Electronic Traction Aid).
Gb. 4.1 Komponen Standard Differential
48
Gb. 4.2 Standard Differential IV.2 Nospin Differential Sistem ini merupakan jenis differential yang dapat mengunci secara otomatis (automatic locking) yang memaksa kedua roda untuk berputar dengan kecepatan yang sama dalam kondisi apapun. Differential ini secara efektif mengunci seluruh roda dan mengalirkan sampai 100% dari torque yang tersedia ke salah satu roda bila diperlukan. Ketika berbelok, roda luar menjadi tidak terhubung (disengaged) dan berputar lebih cepat kemudian mengalirkan torque ke roda yang berputar lebih pelan. Differential ini biasanya dipakai pada machine wheel loader, intregated tool carrier, landfill compactor dan lain–lain.
49
Gb. 4.3 Nospin Differential
IV.3 Limited Slip Differential Limited slip differential merupakan jenis differential yang dapat mengunci (locking type) yang dirancang untuk menyalurkan tenaga yang sama ke kedua roda. Limited slip differential ini dapat menyalurkan tenaga yang hilang dari sisi yang bertraksi kecil ke sisi yang bertraksi besar. Differential ini merupakan pengembangan langsung dari standard differential. Komponen utama pada limited slip differential antara lain: side gear, clutch pack, pinion gear, pinion shaft dan actuator housing. Differential jenis ini biasanya dipakai pada machine wheel loader, integrated tool carrier dan yang lainnya.
Gb. 4.4 Limited Slip Differential 50
IV.4 Differential Lock Sistem ini tidak secara otomatis bekerja tetapi dikontrol oleh operator. Bila lock diaktifkan maka roda kiri dan roda kanan akan berputar dengan torque yang sama. Bila lock tidak diaktifkan maka sistemnya sama dengan conventional differential. Nama–nama komponen dari differential antara lain: pinion, bevel gear, carrier, speeder gear dan side gear.
Gb. 4.5 Differential Lock
51
POWER TRAIN
V. FINAL DRIVE Final drive adalah komponen dari power train sebagai penggerak akhir yaitu menuju roda atau track. Fungsinya adalah melipatgandakan torque yang paling akhir. Macam–macam final drive yang dipakai oleh Caterpillar yaitu: Single reduction Double reduction Planetary gear set Final drive yang single dan double reduction sudah jarang dipakai karena konstruksinya memerlukan tempat yang lebar. Sebaliknya jenis final drive yang menggunakan planetary banyak dipakai oleh Caterpillar karena kelebihannya.
Gb. 5.1 Final Drive - Planetary Gear Set
52
Pada gambar di atas power dari transmission dikirim ke differential dan menuju ke final drive melalui komponen final drive shaft. Gambar di atas adalah double reduction planetary gear set. Dari final drive shaft power masuk sebagai sun gear pada first reduction planetary gear. Ring gear adalah komponen yang statis, sehingga outputnya adalah carrier. Dari carrier pada first reduction planetary gear power dikirim ke second reduction planetary gear sebagai sun gear. Pada second reduction planetary gear ring gear sama yaitu sebagai komponen yang statis. Sehingga carrier adalah outputnya dan langsung terhubung ke final drive wheel. Dan selanjutnya power dikirim ke roda. Final drive tipe ini dipakai di off high way truck.
53
POWER TRAIN
VI. STEERING DAN BRAKE VI.1 Steering System Sistem steering pada machine yang menggunakan track dibagi tiga macam yaitu: Differential steering Steering clutch & brake Steering dengan track motor VI.1.1 Differential Steering Differential steering dipakai pada track type tractor contohnya D6 H, D8 N dan sebagainya. Keuntungan dari differential steering dibandingkan dengan steering clutch & brake adalah: Kecepatan tractor tetap ketika berbelok Tidak banyak muatan yang tercecer ketika berbelok Arah gerak dari tractor lebih mudah dikendalikan Kebolehan bermanuver secara lebih akurat Pada sistem differential steering pasok tenaga diperoleh dari transmission sama seperti sistem differential pada umumnya. Perbedaanya system ini memperoleh pasokan tenaga tambahan dari steering motor. Steering motor ini menaikkan kecepatan putar pada salah satu track dan mengurangi kecepatan track yang lainnya. Dengan demikian pasok tenaga terhadap masing–masing track tidak pernah terhenti. Pada saat tractor berjalan lurus motor steering tidak lagi digunakan. Steering motor pada differential steering ini digerakkan oleh pompa hydraulic. Pengontrolan arah belok dari tractor dikendalikan cukup dengan satu tangan yaitu dengan cara menarik atau mendorong tuas dari steering.
54
Gb. 6.1 Differential Steering Terdapat 3 planetary gear set dalam differential steering. Ketiganya sering disebut sebagai steer planetary, drive planetary, dan equalizing planetary. Terdapat dua input tenaga pada planetary gear set tersebut yaitu dari transmission dan dari steering motor. Ketiga planetary gear set tersebut dihubungkan dengan common shaft yang menghubungkan tiga sun gear.
Steer Planetary Steer planetary digerakkan oleh motor steering melalui bevel pinion gear dan bevel ring gear. Steer planetary meneruskan tenaga untuk membelokkan tractor. Komponen–komponen pada steer planetary adalah ring gear, carrier, planet gear dan sun gear.
Drive Planetary Drive planetary digerakkan oleh transmission output shaft melalui transfer gear, bevel pinion gear dan bevel ring gear. Planetary ini menyalurkan tenaga untuk menggerakkan tractor lurus ke depan atau ke belakang.
Equalizing Planetary Equalizing planetary mengubah input torque rendah (kecepatan tinggi) menjadi output kecepatan rendah dengan torque tinggi ke final drive sebelah kanan.
55
VI.1.2 Steering Clutch & Brake Steering clutch menyalurkan tenaga dari bevel gear ke final drive dan juga membelokkan machine. Clutch ini diaktifkan secara hydraulic. Pada track type tractor yang menggunakan steering clutch & brake mempunyai steering & brake control valve. Valve ini mempunyai tugas untuk mengarahkan dan mengatur takanan oli yang masuk ke steering clutch & brake. Berikut gambar steering & brake control valve
Gb. 6.2 Steering Clutch & Brake Komponen–komponen pada steering clutch & brake adalah: clutch plate, clutch disc, clutch piston, clutch housing, input hub dan output hub. Clutch disc berputar bersama dengan input hub dan ditekan ke arah clutch plate untuk meneruskan tenaga ke clutch housing. Plate di spline ke clutch housing dan memutar clutch housing tersebut
56
ketika clutch disc ditekan ke arah plate oleh piston. Kemudian tenaga diteruskan ke output hub melalui clutch housing. Piston menekan disc dan plate bersama–sama untuk menghubungkan input hub dengan clutch housing. Tenaga hydraulic digunakan untuk menggerakkan piston Steering clutch ini engaged oleh tekanan oli dan release oleh tekanan spring. Clutch brake terdiri dari Belleville spring, brake plate, brake disc, piston brake dan brake housing. Sistem brake ini engaged oleh tekanan spring dan release oleh tekanan oli.
Gb. 6.3 Clutch Brake VI.1.3 Steering dengan Track Motor Steering dengan Track Motor digunakan pada machine yang menggunakan Hydrostatic Transmission, contohnya: Excavator, Wheel Loader tipe kecil, Dozer tipe kecil, Compactor dan sebagainya. Steering dengan Track Motor menyalurkan tenaga dari engine ke control valve kemudian dilanjutkan ke track motor.
57
Gb. 6.4 Travel Brake Valve TRAVEL MOTOR BRAKE VALVE Travel Position Line Relief Valve
Counter Balance Valve Brake Release Port
Line Relief Valve
To Control From Pump Valve
Gb. 6.5 SkematikTravel Brake Valve
58
VI.2 Brake (Rem) Fungsi utama dari rem adalah menentukan putaran machine, mengatur putaran machine dan mencegah kecepatan yang tidak dikehendaki. Adapun Caterpillar memakai beberapa jenis rem antara lain Actuating system yang digerakkan secara: Hydraulic Air over hydraulic Nitrogen over hydraulic Air Macam–macam brake berdasarkan system kerjanya adalah: Expanding shoe, rem yang sangat umum dipakai pada saat diaktifkan shoe dari brake didorong ke arah luar untuk menghentikan putaran brake drum agar machine berhenti.
Gb. 6.6 Expanding Shoe Contracting band, rem ini banyak digunakan pada track type tractor. Contracting band bekerja menjepit drum yang terdapat di tengah–tengahnya agar machine dapat dihentikan atau dikurangi kecepatannya.
59
Caliper disc, rem jenis ini sering disebut dengan rem cakram. Saat diaktifkan brake pads pada caliper menjepit disc / cakram yang berhubungan dengan roda yang berputar
Gb. 6.7 Caliper Disc Multiple discs, sistem ini mempunyai beberapa steel plate yang berhubungan dengan driving hub. Sedangkan disc yang terletak di antara steel plate dihubungkan dengan final drive housing. Apabila brake diaktifkan maka steel plate dan disc engaged oleh dorongan piston dan menahan gerakan machine agar dapat berhenti. Sistem ini ada dua macam yaitu sistem kering dan sistem yang direndam dengan minyak pelumas.
60
Gb. 6.8 Multiple Discs Macam – macam rem berdasarkan fungsinya: Service brake, untuk menghentikan atau mengurangi kecepatan machine, biasanya pengaturan pengereman dilakukan oleh kaki sehingga pengontrolan pengurangan kecepatan agak susah dilakukan. Manual retarder, fungsinya sama dengan service brake, hanya bedanya pengereman dilakukan dengan tangan. Automatic retarder, untuk mengurangi kecepatan machine (mencegah engine over speed), pengontrolannya dilakukan secara otomatis. Parking brake, untuk mencegah machine bergerak pada saat machine sudah tidak bergerak lagi. Emergency / secondary brake, fungsinya untuk menghentikan machine pada saat keadaan darurat. Sistemnya sama dengan parking brake, tetapi
61
pengontrolannya dilakukan oleh tangan atau kaki sehingga mudah terjangkau ketika terjadi situasi emergency.
62
