PERENCANAAN POWERSHIFT TRANSMISSION

KAWASAKI WHEEL LOADER 60ZV

Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata I

pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Oleh :

ARDI PURWANTO

D 200 130 121

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2019

i

HALAMAN PERSETUJUAN

PERENCANAAN POWERSHIFT TRANSMISSION

KAWASAKI WHEEL LOADER 60ZV

PUBLIKASI ILMIAH

Oleh :

ARDI PURWANTO

D 200 130 121

Telah diperiksa dan disetujui untuk diuji oleh:

Dosen

Pembimbing

Wijianto, ST, M.Eng.Sc

ii

HALAMAN PENGESAHAN

PERENCANAAN POWERSHIFT TRANSMISSION

KAWASAKI WHEEL LOADER 60ZV

OLEH :

ARDI PURWANTO

D 200 130 121

Telah dipertahankan di depan Dewan Penguji Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta Pada hari Rabu, 14 Agustus 2019

Dan dinyatakan telah memenuhi syarat

Dewan Penguji :

1. Wijianto, ST, M.Eng,Sc (.....................) (Ketua Dewan Penguji)

2. Ir. Sartono Putro, MT (......................) (Anggota I Dewan Penguji)

3. Supriyono, ST, MT, Ph.D (......................) (Anggota II Dewan Penguji)

Dekan,

Ir. Sri Sunarjono, MT. Ph.D

iii

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 orang lain, kecuali secara tertulis

diacu dalam naskah dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Apabila kelak terbukti ada ketidakbenaran dalam pernyataan saya di atas,

maka akan saya pertanggungjawabkan sepenuhnya.

Surakarta, 21 Agustus 2019

Penulis

ARDI PURWANTO

D 200 130 121

1

PERENCANAAN POWERSHIFT TRANSMISSION KAWASAKI WHEEL LOADER 60ZV

Abstrak

Sistem transmisi merupakan proses pemindahan tenaga dari engine menuju ke defferential, yang kemudian menggerakkan wheel. Pada unit alat berat khususnya Kawasaki wheel loader sudah menggunakan transimisi tipe powershift. Perencanaan powershift ini dilakukan untuk mengetahui mekanisme kerja transmisi powershift dan hal-hal yang perlu diperhatikan dalam perencanaan ini. Selanjutnya metode dari perencanaan powershift transmission ini yang pertama adalah membuat diagram alir prosedur perencanaan, pengumpulan data, kemudian membuat analisa perhitungan. Analisa perhitungan meliputi dimensi roda gigi, diameter poros, bantalan, dan pasak. Dari perhitungan didapat hasil untuk pemilihan bahan sesuai dengan standar aman yaitu untuk roda gigi menggunakan bahan SNC 3 dengan nilai kekuatan tarik σB = 95 Kg/mm2, nilai kekerasan Brinell HB = 269 – 321, tegangan lentur yang diizinkan σa = 40 – 60 Kg/mm2. Untuk poros diameter 60mm menggunakan bahan S 40 C dengan nilai σB = 55 Kg/mm2. Pasak menggunakan bahan S 35 C dengan nilai σB = 52 Kg/mm2, dimensi pasak b = 18 mm, h = 10 mm, t1 = 7 mm, t2 = 4,4 mm dan l = 75 mm. Untuk bantalan menggunakan SKF 1212 dengan nilai C = 3181,5 Kg, Co = 1274,65 Kg, dimensi bantalan d = 60 mm, D = 110 mm, B = 22 mm. Kata Kunci : sistem hidrolik, transmission wheel loader, powershift transmission

Abstract

The transmission system is the process of transferring power from the engine to the differential, which then moves the wheel. In heavy equipment units, especially the Kawasaki wheel loader, it uses a powershift type transmission. This powershift plan was conducted to find out the working mechanism of powershift transmission and things that need to be considered in this planning. Next is the method of planning the first transmission powershift is to make a flow chart of planning procedures, data collection, then make a calculation analysis. Calculation analysis includes the dimensions of the gear, shaft diameter, bearing, and peg. From the calculation, the results for the selection of materials according to safe standards are for gears using SNC 3 with tensile strength values σB = 95 Kg/mm2, Brinell hardness value HB= 269 - 321, permissible bending stresses σa = 40 – 60 Kg/mm2. For 60 mm diameter shaft using S 40 C material with a value of σB = 55 Kg/mm2. The stake uses S 35 C material with a value of σB = 52 Kg/mm2, the dimensions of the stake b = 18 mm, h = 10 mm, t1 = 7 mm, t2 = 4.4 mm and l = 75 mm. For bearings using SKF 1212 with a value of C = 3181.5 Kg, Co = 1274.65 Kg, dimensions of bearing d = 60 mm, D = 110 mm, B = 22 mm. Keywords: hydraulic system, transmission wheel loader, powershift transmission

2

1. PENDAHULUAN

Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi telah mengalami kemajuan yang

sangat pesat. Seiring dengan perkembangan tersebut teknologi dibidang otomotif

juga mengalami peningkatan, baik dari segi desain maupun teknologi didalamnya.

Pada era globalisasi sekarang ini, alat berat merupakan salah satu hal yang sangat

dibutuhkan untuk mempercepat suatu kerja. Alat berat biasanya digunakan pada

pertambangan, pembangunan, kehutanan dan lain – lain. Untuk itu penulis

melakukan analisa pada alat berat yaitu Kawasaki wheel loader 60ZV.

Wheel loader merupakan sebuah alat untuk memuat dan memindahkan

material dari suatu tempat ketempat lain. Dilihat dari strukturnya, komponen

power train pada wheel loader terdiri dari : engine, torque converter,

transmission, output transfer gear, front drive shaft, front final drive, rear drive

shaft, rear final drive. Transmission adalah komponen yang berfungsi untuk

mengubah kecepatan mesin dengan perkaitan gigi – gigi dalam berbagai

kombinasi. Sehingga opersai kerja unit sangat dipengaruhi oleh transmission.

Teknologi transmisi pada alat berat ada beragam, yaitu transmisi manual

(direct drive transmission), torqflow transmission dan powershift transmission.

Direct drive transmission adalah transmisi yang menggunakan flywheel clutch

sebagai media penghubung dan pemutus antara engine dengan transmission.

Sedangkan torqflow transmission dan powershift transmisson adalah transmisi

yang menggunakan clutch fluida dimana perpindahan giginya langsung tanpa

harus memutuskan hubungan antara engine dengan transmission. Transmisi

tersebut mempunyai keunggulan dan kelemahannya masing – masing, sehingga

ketiga transmission tersebut sampai sekarang ini masih bersaing.

2. METODE

Penelitian ini untuk merancang ulang Sistem Transmisi tipe powershift wheel

loader 60zv yang melingkupi mengetahui mekanisme kerja powershift

transmision wheel loader 60zv, Mengetahui dimensi roda gigi, bahan roda gigi,

kekuatan roda gigi, dimensi poros, bahan poros, kekuatan poros, dimensi pasak,

3

bahan pasak, kekuatan pasak, dimensi bantalan, tipe bantalan, dan kekuatan

bantalan

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1 Perhitungan Poros

Daya rencana ( Pd)

Pd = fc . P ( Dari persamaan 11, Bab 3 )

dimana :

Fc = 1 ( faktor koreksi ). Table 1.6 Sularso, Elemen Mesin hal 7

P = 96 KW

Pd = 1 . 96 KW = 96 KW

Momen Puntir Rencana (T)

T = 9,74 x 105𝑃𝑑𝑛

( Dari persamaan 12, Bab 3 )

= 9,74 x 105 962200

T = 42.501,81 kg.mm

Tegangan geser yang diijinkan (𝜏a)

𝜏a = 𝜎𝛽

Sf1𝑥𝑆𝑓2 ( Dari persamaan 14, Bab 3 )

dimana :

σB = Kekuatan tarik

Bahan poros S 40 C dengan kekuatan tarik = 55 kg/mm2

sf1 = faktor koreksi terhadap massa= 6,0

sf2 = faktor koreksi terhadap konsentrasi tegangan= 2,0

Maka :

𝜏a = 556 𝑥 2

= 4,58 kg/mm2

Diameter poros (d)

ds =�5,1𝜏𝑎

× 𝐾𝑡 × 𝐶𝑏 × 𝑇�13 ( Dari persamaan 15, Bab 3 )

dimana :

Kt = Faktor koreksi beban akibat tumbukan kejut = 2,0

Cb = Faktor koreksi lentur akibat beban lentur = 2,3

4

Maka :

ds = �5,1𝜏𝑎

× 𝐾𝑡 × 𝐶𝑏 × 𝑇�13

=� 5,14,58

𝑥 2,0 𝑥 2,3 𝑥 42501,81�13

= 60,15 mm diambil 60 mm

Tegangan geser yang terjadi pada poros (τ )

τ = 5,1 T(𝑑𝑠)³

( Dari persamaan 16, Bab 3 )

= 5,142501,81( 60 )³

τ = 1 kg/mm2

Checking Tegangan

𝜏 maks < 𝜏Ra

1 kg/mm2 < 4,58 kg/mm2 ( Aman )

Gaya keliling poros ; FH (N)

FH = 2/do

Mt

FH2 = 2/2do

Mt

= 2/56

42501,81 = 1517,92 N

FH3 = 2/3do

Mt

= 2/92

42501,81 = 923,95 N

FH4 = 2/4do

Mt

= 2/62

42501,81 = 1371,02 N

Gaya Radial poros ; FR (N)

FV = tan α . FH

α = 20o sudut tekan roda gigi

FV2 = tan α . FH2 = tan 20o x 1517,92 = 552,47 N

FV3= tan α . FH3 = tan 20o x 923,95 = 336,29 N

FV4= tan α . FH4 = tan 20o x 1371,02 = 499,01 N

5

Tumpuan A

∑MB = 0

= FA (50+200+170+80) –Fv2(200+170+80) – Fv3(170+80) – Fv4(80)

FvA = 500

)80()250()450( 432 FvFvFv ++

FvA = 500

)80(01,499)250(29,336)450(47,552 ++

FvA = 500

8,372604

FvA = 745,2 N

FHA = 500

)80()250()450( 432 HHH FFF ++

FHA = 500

)80(02,1371)250(95,923)450(92,1517 ++

FHA = 500

1,1023733

FHA = 2047,46 N

Tumpuan B

∑MA = 0

= FB (80+170+200+50) – Fv4(170+200+50) – Fv3(200+50) – Fv2(50)

FvB = 500

)50()250()420( 234 FvFvFv ++

6

FvB = 500

)50(47,552)250(29,336)420(01,499 ++

FvB = 500

2,321280

FvB = 642,56 N

FHB = 500

)50()250()420( 234 HHH FFF ++

FHB = 500

)50(92,1517)250(95,923)420(02,1371 ++

FHB = 500

9,882711

FHB = 1765,42 N

FvR = FvA + FvB

= 745,2 + 642,56

= 1387,76 N

Check ∑ Fv = FvA + FvB – Fv2 – Fv3 – Fv4

= 745,7 + 642,56 – 552,47 – 336,29 – 499,01 = 0

Check ∑ FH = FHA + FHB – FH2 – FH3 – FH4

= 2047,46 + 1765,42 – 1517,92 – 923,95 – 1371,02 = 0

Momen pada Poros 1

• Arah Vertikal

Mv = Fv.1 ; MvA = 0; MvB = 0

Mv2 = 50.FvA = 50. 745,2 = 37260 Kg.mm

Mv3 = (50 + 200) . FvA – 50.Fv2

= (250) 745,2 – (50) 552,47

= 158676,5 Kg.mm

Mv4 = 170. FvB = 170. 642,56 = 109235,2 Kg.mm

• Arah Horisontal

MH = FH.1 ; MHA = 0 ; MHB = 0

MH2 = 50.FHA = 50.2047,46 = 102373 Kg.mm

MH3 = (50+200) . FHA – 50.FH2

= (250) 2047,46 – (50) 1517,92

7

= 435969 Kg.mm

MH4 = 170. FHB = 170. 1765,42 = 300121,4 Kg.mm

Diagram SFD dan BMD arah vertikal poros I

Diagram SFD dan BMD arah horizontal poros I

8

3.2 Poros II ( out put shaft )

Diketahui :

Daya yang ditransmisikan = 96 KW

Daya rencana (Pd) = 96 KW

Momen Puntir Rencana (T) = 42501,81 kg.mm

Tegangan geser yang diijinkan (𝜏a) = 4,58 kg/mm2

Diameter poros (d)

ds =�5,1𝜏𝑎

× 𝐾𝑡 × 𝐶𝑏 × 𝑇�13

Dimana :

Kt = Faktor koreksi (1,5 – 3) diambil 2,0

Cb = Faktor koreksi beban lentur ( 1,2 – 2,3 ) diambil 2,3

Maka :

ds =� 5,14,58

× 2,0 × 2,3 × 42501,81 �13

= 60,15 mm

= 60 mm

Tegangan geser yang terjadi pada poros (𝜏 )

𝜏 = 5,1 3)( sdT

𝜏 = 5,1 3)60( 42501,81

𝜏 = 1 kg/mm2

Checking Tegangan

𝜏 maks < 𝜏Ra

1 kg/mm2 < 4,58 kg/mm2 ( Aman )

Gaya keliling poros ; FH (Kg)

FH = 2/do

Mt

FH5 = 2/5do

Mt

= 2/56

42501,81 = 1517,92 N

9

FH6 = 2/6do

Mt

= 2/92

42501,81 = 923,95 N

FH7 = 2/7do

Mt =2/124

42501,81 = 685,51 N

FH8 = 2/8do

Mt =2/44

42501,81 = 1931,9 N

Gaya Radial poros ; FR (N)

FV = tan α . FH

α = 20o

FV5 = tan α . FH5 = tan 20o x 1517,92 = 552,47 N

FV6 = tan α . FH6 = tan 20o x 923,95 = 336,29 N

FV7 = tan α . FH7 = tan 20o x 685,51 = 249,5 N

FV8 = tan α . FH8 = tan 20o x 1931,9 = 703,15 N

Tumpuan A

∑MB = 0

= FA (50+200+150+20+80) – Fv5(200+150+20+80) – Fv6(150+20+80) –

Fv8(20+80) – Fv7(80)

FvA = 500

)80()100()250()450( 7865 FvFvFvFv +++

FvA =

FvA =

500422959

FvA = 845,91 Kg

10

FHA = 500

)80()100()250()450( 7865 HHHH FFFF +++

FHA = 500

)80(51,685)100(9,1931)250(95,923)450(92,1517 +++

FHA = 2324,16 N

Tumpuan B

∑MA = 0

= FB (80+20+150+200+50) – Fv7(20+150+200+50)–Fv8(150+200+50)

– Fv6(200+50) – Fv5(50)

FvB = 500

)50()250()400()420( 5687 FvFvFvFv +++

FvB = 500

)50(47,552)250(29,336)400(15,703)420(5,249 +++

FvB = 995,49 N

FHB = 500

)50()250()400()420( 5687 HHHH FFFF +++

FHB = 500

)50(92,1517)250(95,923)400(9,1931)420(51,685 +++

FHB = 2734,39 N

FvR = FvA + FvB

= 845,91 + 995,49

= 1841,4 N

Check ∑ Fv = FvA + FvB – Fv5 – Fv6 – Fv7 – FV8

= 845,91 + 995,49 – 552,47 – 336,29 – 249,5 – 703,15 = 0

Check ∑ FH = FHA + FHB – FH5 – FH6 – FH7 – FH8

= 2324,16 + 2734,9–1517,92–923,95–1931,9–685,51 = 0

Momen pada Poros II

• Arah Vertikal

Mv = Fv.1 ; MvA = 0; MvB = 0

Mv5 = 50 .FvA = 50 . 845,91= 42295,5 Kg.mm

Mv6 = (50+200) . FvA – 50.Fv5

= (250) 845,91– (50) 552,47

11

= 186104 Kg.mm

Mv8 = (50+200+150) FvA – (50+200) Fv6– (50) Fv5

= (400) 845,91 – (250)336,29 – (50) 552,47

= 281915 Kg.mm

Mv7 = 20. FvB = 20 . 995,49 = 19909,8 Kg.mm

• Arah Horisontal

MH = FH.1 ; MHA = 0 ; MHB = 0

MH5 = 50.FHA = 50. 2324,16 = 116208 Kg.mm

MH6 = (50+200) . FHA – 50.FH5

= (250) 2324,16 – (50) 1517,92

= 505144 Kg.mm

MH8 = (80+20) FHB – (80) FH7

= (100) 2734,9 – (80) 685,51

= 218649,2 Kg.mm

MH7 = 80. FHB = 80. 2734,9 = 218792 Kg.mm

Diagram SFD dan BMD arah vertikal poros II

12

Diagram SFD dan BMD arah horizontal poros II

3.3 Poros III ( idle gear )

Diketahui :

Daya yang ditransmisikan = 96kw

Daya rencana (Pd) = 96 kw

Momen Puntir Rencana (T) = 42501,81 kg.mm

Tegangan geser yang diijinkan (𝜏a) = 4,58 kg/mm2

Diameter poros (d) = 60 mm

Tegangan geser yang terjadi pada poros (𝜏 ) = 1 kg/mm2

Gaya keliling poros ; FH (N)

FH = 2/do

Mt

FH9 = 2/9do

Mt =

2/8442501,81 = 1011,94 N

FH10 = 2/10do

Mt =

2/9842501,81 = 867,38 N

Gaya Radial poros ; FR (N)

13

FV = tan α . FH

α = 20o

FV9 = tan α . FH9 = tan 20o x 1011,94 = 368,31 N

FV10 = tan α . FH10 = tan 20o x 867,38 = 315,7 N

Tumpuan A

∑MB = 0

= FA (250+150+100) – Fv9(150+100)– Fv10(100)

FvA= 500

)100(7,315)250( 368,31 +

FvA = 247,29 N

FHA = 500

)100()250( 109 F HHF +

FHA = 500

)867,38(100 (250) 1011,94 +

FHA = 679,44 N

Tumpuan B

∑MA = 0

= FB (100+150+250) – Fv10(150+250)– Fv9(250)

FvB = 500

)250()400( 910 FvFv +

FvB =500

)250(31,368)400(7,315 +

FvB = 436,71 N

FHB = 500

)250()400( 910 HH FF +

14

FHB = 500

)250(94,1011)400(38,867 +

FHB = 1199,87 N

FvR = FvA + FvB

= 247,29 + 436,71

= 684 N

Check ∑ Fv = FvA + FvB – Fv9 – Fv10

= 247,29 + 436,71 – 368,31 – 315,7 = 0

Check ∑ FH = FHA + FHB – FH9 – FH10

= 679,44 + 1199,87 – 1011,94 – 867,38 = 0

Momen pada Poros III

• Arah Vertikal

Mv = Fv.1 ; MvA = 0; MvB = 0

Mv9 = 250 . FvA = 250 . 247,29 = 61822,5 Kg.mm

Mv10 = 10 . FvB = 100 . 436,71 = 43671 Kg.mm

• Arah Horisontal

MH = FH.1 ; MHA = 0 ; MHB = 0

MH9= 250 . FHA = 250 . 679,44 = 169860 Kg.mm

MH10 = 100 . FHB = 100 . 1199,87 = 119987 Kg.mm

Diagram SFD dan BMD arah vertikal poros III

15

Diagram SFD dan BMD arah horizontal poros III

3.4 Perencanaan Pasak

Perencanaan pasak poros

Dengan diameter poros 1 = 60 mm (dari tabel 1.8 ukuran pasak dan alur pasak,

Sularso, Kiyokatsu Suga, hal 10) diperoleh data-data pasak sebagai berikut:

b = 18 mm

h = 10 mm

t1 = 7 mm

t2 = 4,4 mm

l = 50 – 200 mm (diambil 75 mm)

Bahan pasak yang dipakai S 35 C

- Kekuatan tarik (σB) = 52 kg/mm2

b t

F

16

- Faktor keamanan (sfk1) = 6

- Faktor koreksi (sfk2) = (1 – 1,5), diambil 1,3

Tegangan geser yang diijinkan pada pasak (τka)

τka = 2 1

B

sfk .sfkσ

Dimana sfk1 umumnya diambil 6, dan sfk2 dipilih antara ( 1- 1,5 ), jika

beban dikenakan secara perlahan-lahan. ( Cara perencanaan pasak, Sularso,

Elemen Mesin hal 25 )

τka = 1,3 .6

52

= 6,6 kg/mm2

Gaya tangensial permukaan poros (F)

F = 𝑇𝑑𝑠1/2

( Sularso, Elemen Mesin hal 25 )

= ( )260

42501,81

= 1416,72 N

Tegangan geser yang terjadi (τk)

τk = 2.𝑇𝑑𝑠1.𝑏.𝑙

( Sularso, Elemen Mesin hal 25 )

= 75 . 18 . 60

42501,81 . 2

= 1,04 kg/mm2

Syarat aman τka ≥ τk

6,6 kg/mm2 ≥ 1,04 kg/mm ( Aman )

Peninjauan tekanan permukaan pada pasak

- Tekanan permukaan yang diijinkan (pa)

pa = 4 kg/mm2 (untuk poros putaran tinggi )

- Tekanan permukaan yang terjadi pada pasak (p)

- Keterangan : Tata cara perencanaan pasak, Sularso, Elemen

Mesin hal 27

17

p = ( )21 tt lF−

= )4,4.7(75

1416,72

= 0,61 kg/mm2

Syarat aman pa ≥ p

4 kg/mm2 ≥ 0,61 kg/mm2 (aman)

4. PENUTUP 4.1 Kesimpulan

Mekanisme kerja powershift transmission kawasaki wheel loader 60ZV :

Forward : Daya dari engine diteruskan torque converter ke input gear shaft, input

gear tersebut terhubung dengan forward gear dan reverse gear, namun ketika

forward artinya forward clutch pada posisi engaged dan reverse clutch pada posisi

discengaged.

Reverse : Daya dari engine diteruskan torque converter ke input gear shaft, input

gear terhubung dengan forward gear dan reverse gear, namun ketika reverse

artinya reverse clutch pada posisi engaged dan forward clutch pada posisi

discengaged. Kemudian untuk kecepatan tergantung clutch speed berapa yang

diperintahkan untuk engaged. Adapun hal - hal yang perlu diperhatikan dalam

perhitungan perencanaan powershift transmission

4.2 Saran

Perlunya efisiensi waktu dalam menyusun perencanaan mesin, Perlunya data

langsung dari spesifikasi mesin , Perbanyak referensi atau dasar teori yang harus

mendukung dalam penyusunan perencanaan mesin, Harus memahami alur yang

ada dalam penyusunan perencanaan mesin, Perlunya ketelitian dalam setiap

penyusunan perencanaan mesin, Dikerjakan dengan sungguh - sungguh.

\

18

DAFTAR PUSTAKA

http://ritchiespecs.com./model/kawasaki-60zv-wheel-loader (diakses tanggal 16 Desember 2017) http://trkattachments.com/specs/wheelloader.php?title=Kawasaki_60ZV_Wheel_Loader (diakses tanggal 16 Desember 2017) Manual book. Spesifikasi kawasaki wheel loader 60ZV. PT ALTRAK 1978 , Jakarta SKF “ Spesification and type bearing “ http://www.skf.com/group/products/bearings-units-housings/ball-bearings/principles/bearing-data-general/designations/identification-of-bearing-type/index.html(diakses tanggal 18 Juni 2018) Sularso dan Kiyokatsu Suga.1997 .Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen

Mesin. PT Prima Karsa Utama , Jakarta