Pompa hidrolik
berfungsi untuk mengubah energy gerak dari engine menjadi energy potensial
didalam oli. Pompa berfungsi untuk menyediakan aliran. Pompa tidak menghasilkan
tekanan. Tekanan timbul karena adanya hambatan-hambatan yang ditemui aliran di
dalam system.
Secaras garis besar
pompa dibagi menjadi dua jenis, yaitu positif displacement dan
non-positif displacement. Displacement pompa adalah berapa
volume oli yang dihasilkan perlangkah atau perputaran pompa. Semakin besar
nilainya maka semakin besar pompa tersebut.
JENIS-JENIS PUMP
Pompa positif
displacement adalah pompa yang menghasilkan displacement yang tetap tidak
peduli berapa tekanan yang terjadi pada sisi outlet pompa.
Bagaiman oli bisa
dipompa? Pada langkah inlet yang sebelah kiri, piston pada tabung pompa
digerakkan ke kiri. Ruangan didalam pompa semakin besar dan tekanannya turun
lebih kecil dari tekanan udara. Akibat perbedaaan ini, udara menekan oli masuk
ke dalam pompa melalui check valve (berfungsi untuk mengatur aliran hanya pada
satu arah). Check valve ditekan oli sehingga membuka saluran ke pompa. Pada
langkah output yang di sebelahb kanan, piston menekan oli. Oli mencari jalan
keluar. Oli mencoba turun melalui check valve yang ada di inlet (saluran masuk),
namun bola check valve tertahan oleh dinding saluran sehingga menutup saluran
ke bawah, oli tidak dapat keluar dari check valve ini. Oli juga mencoba membuka
check valve pada bagian atas. Oli harus melawan tekanan yang besar untuk
mendorong bola check valve ini. Bola check valve bergerak dan membuka saluran
bagian atas. Oli keluar melaui saluran ini.
Apabila tekanan oli
pada sisi outlet (saluran keluar pompa) relative kecil maka setiap stroke
(langkah piston) akan mendorong oli secara relative mudah. Jika tekanan
meningkat, stroke yang dibutuhkan lebih berat. Setiap stroke akan memindahkan
volume (displacement) oli yang sama walaupun tekanan pada sisi outlet tinggi.
Inilah arti dari positive displacement. Yaitu displacement oli selalu tetap
tidak bergantung pada tekanan outlet. Tekanan ini bisa sedemikian tingginya
sehingga pada system hidrolik yang menggunakan pompa positive displacement
harus disediakan mekanisme pembuangan oli jika terjadi kenaikan tekanan yang
terlalu besar.
Pompa non-positive
salah satunya seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas. Cara kerjanya
adalah sebagai berikut. Imperller berputar dengan kecepatan tinggi membuat
tekanan di dalam saluran hisap (suction) turun lebih rendah dari tekanan udara.
Fluida ditekan udara dan masuk ke dalam pompa. Impeller akan menekan fluida
sehingga fluida bergerak dengan kecepatan tinggi. Fluida diarahkan oleh bentuk
dari housing pompa menuju saluran keluar (discharge). Fulida akan menghasilkan
displacement yang sama setiap putaran impeller. Namun jika tekanan pada saluran
discharged naik, banyak oli yang terhambat untuk melewati saluran ini. Oli akan
kembali masuk ke pompa yang artinya displacement menjadi berkurang. Inilah arti
dari non-positive displacement. Yaitu volume yang dihasilkan (displacement)
bergantung pada besar kecilnya tekanan pada sisi outlet. Jika tekanan pada sisi
outlet tinggi maka displacement menjadi lebih kecil. Jika system hidrolik
menggunakan pompa jenis ini, tidak perlu dipasang mekanisme buang yang khusus,
karena kenaikan tekanan system tidak bisa mejadi terlalu tinggi yang dibatasi
oleh konstruksi pompa. Berbeda dengan positive displacement dimana volume oli
yang sama selalu dihasilkan sehingga tekanan dapat naik tinggi sekali dan
membahayakan system. Contoh pompa jenis non-positive adalah water pump.
Pompa non-positive
digunakan untuk aplikasi yang membutuhkan aliran atau debit yang besar tapi
tekanannya rendah. Sedangkan positive displacement digunakan pada aplikasi
aliran atau debit rendah dan tekanan yang tinggi. Pada alat berat yang
dibutuhkan adalah tekanan yang tinggi dan aliran yang rendah sehingga yang
cocok adalah pompa positive displacement.
Pompa sebenarnya tidak
menghasilkan tekanan. Kenapa? karena jika keluaran pompa langsung dialirkan ke
tanki tanpa melewati system, tekanan akan rendah sekali. Tekanan akan timbul
hanya jika ada hambatan yang ditemui oli misalnya penyempitan-penyempitan dan
beban. Pompa juga pada dasarnya tidak menghisap. Pompa hanya menciptakan
kevakuman (tekanan lebih kecil dari tekanan udara). Oli masuk ke pompa karena
ditekan udara luar atau udara di dalam tanki. Oleh karena itu jika saluran
hisap tersumbat maka oli akan sulit memasuki pompa. Tekanan pada sisi hisap
pompa akan turun sekali dan oli bisa mendidih walaupun temperaturenya rendah.
Oli yang mendidih akan berwujud gas yang dapat menyebabkan kavitasi
(cavitation). Kavitasi adalah proses pecahnya gelembung-gelembung gas pada
daerah oli bertekanan tinggi dan menyebabkan terbentuknya lubang-lubang pada
permukaan logam.
Rating atau spec pompa
adalah berapa besar aliran yang dapat dihasilkan persatuan waktu, misalnya 100
liter per menit. Semakin besar pompa, biasanya akan semakin besar juga aliran
(flow)-nya. Selain flow, biasanya disebutkan tekanan maksimum yang dapat
ditangani pompa misalnya 3000 psi. Dengan data aliran dan tekanan maksimum ini
serta efisiensi pompa maka kita dapat secara kasar menentukan tenaga (power)
maksimum yang dibutuhkan untuk menggerakkan pompa. Jadi jika pompa ini
digandeng dengan engine maka angka yang kita hitung adalah rating power untuk
engine tersebut.
Pompa memiliki
spesifikasi efisiensi volumetric. Yaitu perbandingan antara displacement
sesungguhnya dan displacement secara teori. Semakin besar angka ini semakin
baik pompa tersebut. Pompa positive displacement memiliki efisiensi volumetric
yang relative tinggi (di atas 90%) dibandingkan dengan yang non-positive.
Gambar Jenis-jenis pompa
Jenis-jenis pompa yang
akan kita bahas hanya dari jenis positive displacement yang banyak dipakai pada
alat berat yaitu gear, vane dan piston.
gear digerakkan oleh
tenaga dari luar disebut driving gear dan gear yang digerakkan oleh driving
gear disebut dengan driven gear atau idler gear.
Kedua gear ini akan
masuk ke dalam housing dan ditutup dengan plate dan dijaga oleh seal dan
back-up seal untuk mencegah kebocoran.
Cara kerja pompa ini
adalah sebagai berikut. Driving gear menggerakkan driven gear. Gerakan kedua
gear ini menciptakan kevakuman pada sisi inlet. Oli masuk dari tangki menuju
pompa. Oli kemudian masuk ke dalam ruang-ruang yang dibentuk oleh gigi-gigi
gear dan housing. Oli dibawa oleh ruangan ini menuju ke sisi outlet.
Tekanan tinggi pada
sisi outlet akan mendorong gear-gear mengarah ke sisi inlet. Dorongan ini akan
membuat ketidak seimbangan pada shaft (poros) pompa sehingga bisa menimbulkan
masalah. Untuk mengurangi efek ini, maka sering dipasang pelat penyeimbang
tekanan (pressure balance plate) pada sisi inlet dimana oli dari tekanan tinggi
diarahkan ke sisi inlet dan akan menekan shat ke arah sisi outlet sehingga
menyeimbangkan dorongan. Pada beberapa desain, shaft pompa dibuat tapered,
sehingga tekanan shaft ke bearing lebih luas.
Jika gear pump sudah
lama dipakai maka clearance (suaian) antara puncak gigi gear dan housing sudah
sedimikian besarnya. Oli banyak yang bocor kembali ke sisi inlet dan efisiensi
volumetric pompa turun. Jika oli yang dipakai pada sistem kotor dan banyak
mengandung partikel-partikel keras maka sering terjadi luka dan alur-alur
terbentuk pada housing pompa. Alur-alur ini akan mengakibatkan kebocoran dan
menurunkan efisiensi volumetric pompa.
Pada gear pump,
besarnya flow pompa ditentukan oleh besarnya ruang yang dibentuk antara
gigi-gigi gear dan housing. Besarnya flow juga ditentukan oleh kecepatan putar
pompa. Untuk mengatur besarnya flow pada gear pump, satu-satunya cara adalah
dengan mengatur putaran pompa.
1. Internal Gear Pump
Outer gear digerakkan
oleh shaft. Outer gear atau rotor ini kemudian menggerakkan inner gear (idler).
Titik pusat outer gear berbeda dengan titik pusat inner gear. Perbedaan inilah
yang menyebabkan konstruksi ini menjadi pompa. Pola bulan sabit (crescent)
berfungsi untuk memandu gerakan inner gear dan memperkecil ruangan yang dilalui
oli.
Putaran outer gear dan
inner gear menyebabkan timbul kevakuman pada sisi inlet. Kevakuman ini
disebabkan oleh ruangan yang semakin membesar pada saat gear-gear berputar.
Pada gambar diatas arahnya ke bawah. Oli masuk ke dalam pompa dan terperangkap
dalam ruang yang dibatasi oleh gigi-gigi gear, housing dan crescent. Pada saat
gear melintasi crescent, ruangan-ruangan ini mengecil dan menekan oli. Pada
sisi outlet, oli keluar dari ruangan-ruangan.
Pada internal gear
pump, terjadi ketidak seimbangan dorongan yang sama seperti pada gear pump
biasa. Keausan juga menyebabkan clearance semakin membesar dan
kebocoran-kebocoran terjadi diantara gigi-gigi gear dan housing serta crescent
menurunkan efisiensi.
2. External Gear Pump.
Untuk unit – unit
Komatsu sistem hidroliknya banyak memakai jenis external gear pump ini.
Konstruksi external gear pump terlihat pada gambar.
Secara garis besar,
external gear pump dapat dibagi dalam dua jenis :
- Fixed Side Plate Type Gear Pumps.
Side plate pompa ini
tidak dapat bergeser-geser. Kontruksinya ada yang jadi satu dengan housing, dan
ada pula yang terpisah tetapi diikat terhadap housingnya. Pompa ini mempunyai
discharge pressure antara 30 Kg/Cm2 sampai dengan 125 Kg/Cm2. Komatsu menamakan pompa jenis ini tipe FAL/R dan GAL/R.
- Movable Side Plate Type ( Pressure Balancing Type Gear Pumps
).
Side plate pompa ini
dapat bergeser semakin menjepit gear bila tekanan naik.
Dengan demikian maka
internal leakage diperkecil sebab side clearance juga kecil. Specific Discharge
Pressurenya lebih besar dari 140 Kg/Cm2.
Gear pump yang
dipergunakan dalam unit-unit Komatsu berbeda-beda jenisnya disesuaikan dengan
fungsinya. Untuk itulah maka external gear pumps diklasifikasikan dalam 5 (
lima ) jenis yaitu :
- FAL/R dengan tekanan 30 Kg/Cm2
- GAL/R dengan tekanan 125 Kg/Cm2
- PAL/R dengan tekanan 140 Kg/Cm2
- KAL/R dengan tekanan 175 Kg/Cm2
- SAL/R dengan tekanan 210 Kg/Cm2
Vane Pump
Konstruksi vane pump
ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Vane pump terdiri
rotor atau displacement dan housing. Di dalam rotor terdapat vane yang bebas
keluar masuk slot pada rotor. Rotor kemudian ditutup dengan flex plates dan
housing.
Rotor diputar oleh
tenaga dari luar. Perputaran rotor menyebabkan vane terlempar (efek gaya
sentrifugal) ke luar. Akibat gaya ini, vane menekan housing dengan kuat. Ini
akan mengisolasi oli karena terbentuknya ruangan yang terpisah antara dua vane
dan housing. Sumbu putar rotor dan titik pusat housing dibuat tidak bertemu
sehingga dari sini tercipta perbedaan ruangan di atas dan di bawah. Karena ada
perbedaan besar ruangan inilah terjadi proses pemompaan. Pada sisi inlet,
ruangan yang dibentuk oleh dua vane dan housing membesar sehingga terjadi
kevakuman dan oli dapat masuk ke dalam pompa. Oli dibawa oleh ruangan ini
berputar. Dekat dengan sisi outlet, karena perbedaan titik pusat,
ruangan-ruangan dibuat semakin kecil dan menekan oli. Oli lalu keluar menuju sisi
outlet.
Bagian atas vane pump
ditutup dengan flex plate dan housing dan disekat oleh seal supaya tidak bocor.
Pada flex-plate
terdapat lubang-lubang untuk mengarahkan oli dari daerah bertekanan tinggi. Oli
bertekanan ini digunakan untuk memberikan tekanan pada flex plate sehingga
dapat menyekat oli dari kebocoran pada bagian atas dan bawah pompa. Dengan
menggunakan desain seperti ini, kekuatan penyekatan flex plate berbanding lurus
dengan tekanan oli disisi outlet. Semakin tinggi tekanan oli pada sisi outlet
semakin besar kekuatan yang dibutuhkan untuk menyekat.
Displacement oli pada
flex plate bisa diubah-ubah dengan mengubah kecepatan putar. Namun ada
rancangan lain dari vane pump yang cam ring bisa diatur letakknya.
Dengan
menggerak-gerakkan cam ring kita bisa mendekatkan atau menjauhkan titik pusat
cam ring dan rotor. Apabila jarak kedua titik pusat ini dekat maka displacement
oli akan mengecil dan begutu juga sebaliknya. Pompa semacam ini dapat
menghasilkan flow yang kecil walaupun putarannya tinggi. Ini adalah prinsip
kerja variable displacement pump. Pada pompa ini, putaran pompa tidak
berpengaruh langsung pada displacement oli.
Vane pump pada gambar
mengalami ketidakseimbangan gaya seperti yang dialami oleh gear pump.
Ketidakseimbangan ini bisa diatasi dengan membuat dua lubang inlet dan dua
lubang outlet di bagian dalam pompa.
Piston Pump
Piston pump terdiri
dari komponen-komponen sebagai berikut. Barrel, berbentuk silinder yang
terhubung ke shaft dan diputar oleh tenaga dari luar. Di sekeliling barrel
terdapat lubang-lubang tempat piston. Piston adalah komponen yang bergerak
keluar masuk di dalam barrel. Slipper dan retaining ring, komponen yang
memegang piston. Sedangkan swashplate adalah pelat yang berbentuk miring untuk
membuat terjadinya perbedaan besar ruangan didalam barrel.
Cara kerja psiton pump
adalah sebagai berikut (lihat gambar).
Barrel diputar oleh
shaft dan membawa piston masuk dan keluar. Pada saat piston masuk maka ruangan
antara piston dan barrel semakin membesar. Perbesaran ini mengakibatkan
terjadinya penurunan tekanan sehingga oli masuk kedalam pompa. Pergerakkan
masuk piston ini adalah mengikuti kontur dari swashplate. Setengah putaran
berikutnya piston bergerak keluar dan menekan oli ke luar pompa. Selama terjadi
perbedaan ukuran ruang antara piston dan barrel maka piston selalu menghasilkan
displacement oli.
Kemiringan swashplate
mempengaruhi besar kecilnya displacement pompa. Jika swashplate kemiringannya
lebih besar maka displacement pompa akan semakin besar. Jika swashplate lebih
vertical (lurus) maka displacement pompa akan lebih kecil.
Jika kemiringan
swashplate tidak bisa diubah maka displacement pompa hanya bisa diubah dengan
mengubah putaran pompa. Pompa ini disebut fix displacement pump. Jika swasplate
bisa diubah maka displacement pompa tidak dipengaruhi oleh putaran pompa. Jadi
walaupun pompa berputar cepat dengan meluruskan swasplate, displacement akan
tetap kecil.