## DESAIN ALAT UJI GAYA TEKAN PADA SOLENOID VALVE
Fadwah Maghfurah,ST,MM,MT 1 ,.Muhammad Hadiyanto 2
Lecture 1 ,College student 2 ,Departement of machine, Faculty of Engineering, University Muhammadiyah Jakarta, Jalan Cempaka Putih Tengah 27 Jakarta Pusat 10510, Tlp 021- 4244016,4256024, email : Fadwah_mgh@yahoo.com

## ABSTRAK
Solenoid Valve yang terletak pada Pompa Hidrolik PC200-7 adalah komponen listrik yang berfungsi sebagai pengatur sudut pompa dan biasa disebut dengan LS-EPC atau PC-EPC.  Pompa  hidrolik  merupakan  komponen  yang  mengalami  proses  rekondisi  di Reman  Divisi  PT  United  Tractors,  agar  komponen  tersebut  bisa  digunakan  lagi sebagaimana mestinya sesuai dengan standar fabrik. Selama proses rekondisi tersebut yang umumnya dilakukan terhadap solenoid valve adalah memastikan kondisi solenoid valve  dengan  cara  mengukur  nilai  standar  kelistrikkannya  dan  itupun  merupakan standar dan anjuran dari fabriknya. Agar kualitas hasil pengukuran terhadap solenoid valve  lebih  akurat,  maka  perlu  dilakukan  pengukuran  nilai  mekanikalnya.  Sehingga agar  nilai  mekanikal  bisa  dilakukan,  perlu  dibuatlah  sebuah  alat  ukur  yang  canggih yang  mampu  membaca  nilai  mekanikal  solenoid    valve.  Nilai  mekanikal  yang dimaksud  adalah  gaya tekan solenoid valve. Pernah salah satu  pelanggan PT  United Tractors  mengadukan  karena  mengalami  kerusakan  pada  solenoid  valve  setelah dilakukan  rekondisi  atas  solenoid  valve  tersebut.  Alat  ukur  yang  dirancang  ini  dapat membaca tekanan solenoid valve sampai 5 kg dengan keluaran arus bisa mencapai 1A, karena pada umumnya solenoid valve yang dipakai pada alat berat memiliki tekanan sebesar  tidak  lebih  dari  5  kg  dan  maksimal  arus  listrik  yang  diterima  adalah  1A. Dengan  bervariasinya  tegangan  dan  arus  yang  bisa  dikeluarkan  oleh  alat  ukur  ini, mampu mengidentifikasi kondisi solenoid valve dengan baik dan benar.
Kata Kunci : Perancangan, Solenoid

## 1.PENDAHULUAN
Didalam  proses  produksi remanufaktur tepatnya  pada  proses  pengecekan  S olenoid Valve  yang terletak pada komponen Hydraulic Pump Hydraulic Excavator (PC200-7) yang selama  ini  dilakukan  hanya  sebatas  pengecekkan  nilai  kelistrikkannya  saja  dengan menggunakan alat bantu seperti Multi Tester , sedangkan untuk mengetahui nilai mekanikalnya selama ini tidak pernah dilakukan, walaupun harus dilakukan hanya sebatas menggunakan alat yang  sangat konvensional yaitu  menggunakan Push  Pull  Scale. Sistem  pengukuran  yang selama  ini  yang  hanya  sebatas  nilai  kelistrikkannya  saja  membuat  hasil  pengukuran  masih perlu  hasil  pengukuran  mekanikal,  agar  hasil  pengukurannya  tersebut  bisa  sesuai  harapan. Karena  apabila  tidak  dilakukan  pengukuran  secara  keseluruhan  atau  hanya  mengukur  nilai kelistrikkannya  saja  akan  mengakibatkan  fungsi  sistem  pada  hydraulic  pump  tidak  berfungsi secara normal dan akan menyebabkan Re-do ataupun tidak efisien dan akan lebih tidak efisien lagi  apabila  solenoid  valve  tersebut  sudah  terpasang  pada  mesin  hydraulic  excavator  yang
berada  dilokasi  kerja  dan  terjadi  trouble  pada  solenoid  valve  tersebut,  maka  perlu  dilakukan proses  perbaikan  dengan  pekerjaan  yang  cukup  panjang  dan  lama  Oleh  sebab  itu  diperlukan sebuah perancangan alat yang memiliki daya guna yang optimal

## 2.METODA EKSPERIMEN DAN FASILITAS YANG DIGUNAKAN
Pada  bagian  ini  yang  akan  dibahas  adalah  analisa  dan  perhitungan  komponen  utama alat  ukur  yaitu  menentukan  spesifikasi  dan  kekuatan  pegas  serta  kekuatan  baut  yang diperlukan  untuk  menahan  gaya  atau  beban  yang  ditimbulkan  pada  saat  pengukuran  dan ditambah  penjelasan  biaya  pembuatan  alat  serta  perawatan.  Pada  umumnya  gaya  yang ditimbulkan  oleh  solenoid  valve  pada  alat  berat  adalah  20  N,  namun  alat  ukur  yang direncanakan adalah mampu menahan gaya sampai 50 N dengan berat solenoid valve adalah sampai 2 kg. Oleh karena itu berikut dibawah ini adalah perhitungan  menentukan spesifikasi pegas dan baut.

## 2.1. PENETAPAN SPESIFIKASI 2.1.1. Solenoid yang akan di ukur
Pertama-tama  solenoid  valve  yang  akan  diukur  harus  diketahui  terlebih  dahulu beratnya    yaitu  maksimal  2  (kg)  dan  jenis  yang  bisa  diukur  oleh  alat  ukur  ini  adalah  DC Solenoid dan PWM Solenoid.

## 2.1.2. Perencanaan Kapasitas Alat Ukur
Perencanaan  alat  ukur  yang  direncanakan  mampu  menahan  berat  solenoid  sebesar  2 (kg), gaya tekan solenoid 5 (kg) dan menampung hanya satu solenoid saja.

## 2.1.3. Perencanaan Sistem Kontrol
Perencanaan sistem kontrol pada alat ini terdiri dari :
a. Sumber tegangan/Power Supply
Sumber  tegangan  yang  digunakan  adalah  220  VAC  dan  didalamnya  terdapat  Inverter  yang mampu mengeluarkan tegangan listrik searah (VDC) yang bervariasi yaitu 12 dan 24 Voltage.
b. Arus Listrik
keluaran  arus  listrik  dari  alat  ini  adalah  mulai  dari  0  (A)  sampai  1  (A)  dan  bisa  atur keluarannya sesuai kebutuhan dengan menggunakan Current Adjustment pada alat tersebut.

## 2.1.4. Spesifikasi Perencanaan Alat
Jenis Solenoid : DC Solenoid dan PWM Solenoid
Berat Solenoid : 2 (kg) Kapasitas : Input 220VAC dan Output 12VDC/24VDC dengan arus 0-1(A) Maksimal Gaya : 5 (kg)

## 2.2. Gambar Bagian-bagian Utama Alat

## 2.2.1. Rangka Mesin
Rangka  mesin  yang  berfungsi  sebagai  dudukan  pada  komponen-komponen  alat  ukur gaya  tekan  solenoid  valve  yang  terbuat  dari  bahan  Acrylic  dengan  ukuran  300  (mm)  x  300 (mm) dengan tinggi 50 (mm) dan bisa dilihat pada desain  gambar dibawah ini dimana untuk bagian dalam rangka mesin ini juga sebagai tempat dudukan komponen-komponen listrik.
300 mm 50 mm
2 mm 90 mm 3 mm Rangka Atas
Rangka Bawah

## Gambar 2.1. Rangka Mesin

## 2.2.2. Dudukan Solenoid
Dudukan  solenoid  berfungsi  sebagai  dudukan  solonoid  valve  yang  terbuat  dari  Baja batang S35C, dimana dudukan solenoid ini diproses melalui proses machining (Frais) dan bisa dilihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 3.2. Dudukan Solenoid Gambar 2.2 dudukan solenoid

## 2.2.3. Dudukan Force Reader
Dudukan  Force  Reader  berfungsi  sebagai  dudukan  Force  Reader  yang  terbuat  dari Alumunium, untuk bagian rangka atas bisa bergerak secara aksial dan sedangkan untuk rangka bawah berfungsi sebagai rel agar rangka atas bisa bergerak dengan bebas dan bisa dilihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 2.3. Dudukan Force Reader

## 2.3. Force Reader
Force Reader berfungsi sebagai indikator atau pembaca skala gaya tekan pada solenoid valve. Force Reader duduk pada dudukan force reader dengan dilengkapi pegas yang berfungsi untuk mengetahui besaran gaya pada solenoid yang akan diukur.
Gambar 3.4. Force Reader
Gambar 2.4. Force Rader

## 2.4. Analisa Perhitungan pegas
Pegas  yang  digunakan  pada  alat  ini  adalah  sebagai  indikator  atau  membaca  tekanan yang  dibutuhkan  untuk  menekan  kekuatan  solenoid  valve.  Pada  spesifikasi  perencanaan, maksimum gaya yang bisa diukur adalah sampai 5 kg, maka diameter pegas yang diperlukan adalah :
Dimana :
δ = Lendutan (mm)
n = Jumlah lilitan yang aktif
D = Diameter lilitan rata-rata (mm) W = Beban yang diterima (kg)
d = Diameter kawat (mm)
G = Modulus geser (kg/mm 2 )
Perencanaan pegas yang akan digunakan adalah mampu mengukur beban 0 sampai 50 N  dimana  defleksi  pegas  yang  diinginkan  adalah  5  mm.  Perkiraan  jumlah  koil  adalah  5  dan modulus kekakuan adalah 75 kN/mm2 karena menggunakan baja tahan karat.
W = 50 N; G = 75 kN/mm2; n = 5; δ = 5 mm
Dimana D = c.d maka,
δ = 8nD 3 W l Gd 4 δ = 8nD 3 W l Gd 4 δ = 8nc 3 W l Gd 5 = 8.5.c 3 .5 0 75.10 3 .d 5 = 2.c 3 75.d
7,5 . 5 = 18,75
d c 3
di asumsikan diameter kawat adalah 2 mm, sehingga
Sehingga diameter pegas yang diambil adalah 10 mm.

## 2.5. Analisa Perhitungan gaya
Sebelum merencanakan baut yang dibutuhkan, maka perlu diketahui gaya yang terjadi. Dikarenakan gaya yang terjadi lebih dari satu gaya yaitu dua gaya maka dari dua gaya tersebut perlu dijumlah dengan cara metode perhitungan analitis yaitu menggunakan rumus sinus dan/ atau  cosinus  dari  sebuah  segitiga.  Hubungan  antara  sudut-sudut  dan  sisi-sisi  sebuah  segitiga dapat digambar-kan dan dirumuskan sebagai berikut :
Gambar 2.5. Hubungan antara sudut dan sisi sebuah segitiga
Hubungan dengan rumus cosinus:
𝑎 2 = 𝑏 2 + 𝑐 2 − 2b. c. cos α atau 𝑏 2 = 𝑎 2 + 𝑐 2 − 2 𝑎 . 𝑐 . cos β atau 𝑐 2 = 𝑎 2 + 𝑏 2 − 2 𝑎 . 𝑏 . cos γ Hubungan dengan rumus sinus: sin 𝛼 sin 𝛽 sin 𝛾 𝑎 𝑏 𝑐
c 3 = 18,75 . d c 3 = 18,75 . 2
c  =3,347 maka D = c . d = 3,3472 . 2 = 6,6944 ≈ 7 mm
D o = D + d = 7 + 2 = 9 mm ≈ 10 mm
= =
Gaya  yang terjadi pada alat tersebut  adalah 50 N dari gaya  yang terjadi karena reaksi pegas dan berat solenoid valve sebesar 10 N Karena sudut yang terbentuk antara gaya pertama dan kedua tersebut adalah 90 o , maka resultan kedua gaya tersebut adalah :
𝑅 1 =  √10 2 + 50 2 − 2.10.50. cos 90 𝑜
=  50,991 N Dibulatkan menjadi 60 N
Sudut  yang  terbentuk  antara  resultan  kedua  gaya  tersebut  dengan  gaya  kedua  dapat  dihitung dengan hubungan sinus, yaitu:
sin 𝛼 sin 90 o
𝑎 50,991
Sehingga
2 sin 90 o 50,991 𝛼 = 2,247 o
Gambar 4.2. Resultan (jumlah) gaya pertama dan kedua

## Gambar 2.6 Hubungan Sinus

## 2.6. Perhitungan baut
Baut  yang  akan  direncanakan  adalah  yang  digunakan  untuk  menahan  berat  dari solenoid  valve  dan  gaya  reaksi  pegas  dan  rencana  baut  yang  dipakai  ini  menggunakan  baut yang  berada  dipasaran.Sebagai  dasar  perhitungan  bahan  baut  yang  digunakan  yang  banyak dipasaran  adalah  S30C  dengan  kekuatan  tarik  sebesar  500  N/mm 2 dan  beban  total  yang diterima oleh baut tersebut adalah terdiri dari 50 N dari gaya reaksi pegas dan berat solenoid valve sebesar 10 N sehingga beban total adalah 60 N dan rencana baut  yang akan digunakan untuk  menahan  beban  tersebut  berjumlah  2  buah.  Sehingga  dari  data  tersebut  bisa mendapatkan diameter baut yang akan digunakan dengan safety factor adalah 5.
W = 60 N; z = 2; Ʈ a = 500 N/mm 2 ; v = 5
Ʈ b = Ʈ a v
= = sin 𝛼 50 N 10 N R 1 𝛼 90 o
Dari perhitungan diatas, maka minimal diameter baut  yang digunakan adalah 0,6 mm atau dibulatkan menjadi 1 mm, namun untuk memudahkan mencari dipasaran maka baut yang digunakan adalah baut dengan ukuran M 3 x 0,5.

## 2.7. Analisa biaya pembuatan alat
Dari analisa perhitungan maka didapatkan spesifikasi komponen yang dibutuhkan dan agar alat ini berfungsi dengan baik maka perlu diperhitungkan juga biaya yang direncanakan untuk  membuat  alat  ini.  Berikut  ini  adalah  taksiran  rincian  biaya  yang  akan  timbul  untuk membuat alat ini, biaya dibawah sudah termasuk jasa pembuatan :
1. Rangka Mesin ( Casing Box) = Rp.   200,000.-
2. Pegas = Rp.   100,000.- 3. Baut-baut = Rp.     50,000.- 4. Dudukan Solenoid = Rp.   100,000.- 5. Dudukan Force Reader = Rp.   250,000.- 6. Micro Controller = Rp.   500,000.- 7. Komponen-komponen listrik  = Rp.   100,000.- Total Biaya adalah = Rp. 1,300,000.-

## 2.8. Perawatan
Dikarenakan alat yang akan dirancang ini adalah alat ukur, maka perlu adanya aturan- aturan bagaimana perawatannya :
1. Sebelum  diukur  hendaknya  solenoid  valve  harus  dalam  keadaan  bersih  dari  kotoran dan oli.
2. Area  atau  tempat  pengukuran  agar  dihindari  dari  komponen  listrik  yang  bisa menimbulkan induksi terhadap alat tersebut.
3. Menggerakkan atau menekan force reader cukup digerakkan sampai pin pada solenoid valve  bergerak,  jangan  terlalu  berlebih  karena  pembacaannya  akan  terjadi ketidakakuratan dan mempercepat umur pegas.
4. Agar akurasi alat ini selalu terjamin, tempatkan diarea yang sejuk dan selalu bersih.
5. Setiap  sebulan  sekali  pegas  pada  force  reader  dilakukan  proses  kalibrasi  dengan menggunakan Spring Pusher.
D= 4W π . z . Ʈ b Ʈ b = 500 5 D= 4. 60 3,14 . 2 . 100 = 100 N/mm 2 D= 240
3,14 . 2 . 100 = 0,6182 mm ≈ 1 mm
3. SKEMA NUMERIK Perumusan Masalah Perencanaan dan Perhitungan Mesin Proses Pengerjaan Assembling komponen dan Mesin Proses Pengujian Sosialisasi & Implementasi Standarisasi Konsumen

## MASALAH
 Jalan keluar
 Alternatif
 Ide
 Saran dari lingkungan
 Literatur
 Penyebab
 Peninjauan
 Pemilihan bahan
 Kendala
 Solusi

## 4.1. KESIMPULAN
Setelah dilakukan analis  dan perhitungan terhadap apa-apa saja  yang dibutuhkan agar alat tersebut bisa berfungsi dengan baik, mulai dari kekuatan pegas yang dibutuhkan, kekuatan baut dan mur yang diperlukan dan juga sistem listrik dan kontrol yang baik dan efektif artinya semua komponen-komponen utama  alat tersebut  yang direncanakan.  Berdasarkan tujuan dari perencanaan  ini  yaitu  mampu  merencanakan  alat  ukur  gaya  tekan  solenoid  valve  dengan kapasitas  mampu  membaca  gaya  tekan  solenoid  valve  maskimal  50  N  dengan  akurat,  maka hasilnya dapat disimpulkan sebagai berikut :
1. Perencanaan  spesifikasi  pegas  yang  dibutuhkan  adalah  diameter  D o =  10  mm dengan ketebalan d = 2 mm dan panjang pegas adalah 20 mm.
2. Perencanaan  untuk  mengetahui  nilai  mekanikal  solenoid  valve  dengan  akurat, maka  diperlukan  arus  listrik  sampai  sebesar  1A  dengan  metode  pengukuran secara  bertahap  dan  untuk  mengambil  sebagai  standar  pengukuran  diperlukan Solenoid Valve yang masih baru yang relatif belum ada kerusakan.

## Tabel 5.1. Pengukuran Solenoid Valve
3. Kekuatan  baut  dan  mur  yang  dibutuhkan  untuk  menahan  adanya  gaya  aksial akibat gaya reaksi  yang ditimbulkan oleh solenoid valve adalah 5 kg/mm 2 dan berat dari solenoid tersebut, sehingga baut dan mur yang digunakan adalah baut dan mur dengan ukuran M3x0,5.
4. Dikarenakan  alat  tersebut  harus  mampu  mengeluarkan  variasi  tegangan  12V dan  24V  dan  sumber  tegangannya  adalah  220VAC,  maka  diperlukan  adanya Inverter untuk merubah tegangan AC menjadi DC dan DC/DC Converter untuk menurunkan atau menaikkan tegangan sesama DC.
5. Perencanaan  dudukan  solenoid  valve  adalah  konstruksi  yang  sangat  kritis karena fungsinya selain  sebagai  dudukan, kosntrruksi tersebut  menahan beban solenoid  valve  dan  juga  gaya  reaksi  dari  pegas  pada  force  reader.  Bahan dudukan  diperkirakan  menggunakan  baja  karbon  S35C  dengan  kekuatan  tarik 48  kg/mm 2 dan  didapat  beban  yang  ditahan  oleh  dudukan  tersebut  adalah  6 kg/mm 2 maka dapat dikatakan bahwa konstruksi tersebut aman.
6. Berikut adalah monitor pembacaan gaya yang ditimbulkan oleh solenoid valve.
NO NILAI ARUS [A] NILAI PENGUJIAN [kg] 1 0 ???? 2 0,25 ???? 3 0,5 ???? 4 0,75 ???? 5 1 ????
kg 0 5

## 5 mm

## Gambar 2.9. Skala pembaca

## 4.2. SARAN
Untuk menghasilkan alat ukur yang dapat memperoleh hasil yang akurat dan optimal maka perlu dilakukan sesuatu hal sebagai berikut :
1. Sebelum  diukur  hendaknya  solenoid  valve  harus  dalam  keadaan  bersih  dari kotoran dan oli.
2. Solenoid  valve  sebelumnya  sudah  diukur  nilai  kelistrikannya  dengan menggunakan multitester.
3. Area  atau  tempat  pengukuran  agar  dihindari  dari  komponen  listrik  yang  bisa menimbulkan induksi terhadap alat tersebut.
4. Menggerakkan  atau  menekan  force  reader  cukup  digerakkan  sampai  pin  pada solenoid  valve  bergerak,  jangan  terlalu  berlebih  karena  pembacaannya  akan terjadi ketidakakuratan dan mempercepat umur pegas.
5. Agar  akurasi  alat  ini  selalu  terjamin,  tempatkan  diarea  yang  sejuk  dan  selalu bersih.
6. Dan  juga  setiap  sebulan  sekali  pegas  pada  force  reader  dilakukan  proses kalibrasi dengan menggunakan Spring Pusher.

## REFERENSI
1. Sularso,  dan  Kiyokatsu  Suga. Dasar  Perencanaan  dan  Pemilihan  Elemen Mesin, Jakarta: Penerbit PT. Pradnya Paramita, 1997.
2. Surdia,  Tata,  dan  Shinroku  Saito. Pengetahuan  Bahan  Teknik .  Jakarta:  Penerbit  PT. Pradnya Paramita, 1995.
3. Komatsu. Shop Manual . USA: Penerbit Komatsu America Corp, 2004.
4. United Tractors. Basic Electrical System . Jakarta: PT United Tractors, 2010.
5. Hendrowati, Wiwiek. “Pemakaian Formulasi  Pegas”, Jurnal  Teknik  Mesin. September 2001, Volume 1, Nomor 742.
6. Lin, Yuyi dan Albert P. Pisano. “The Differential Geometry of The General
7. Helix as ApIlied to Mechanical Springs”, Jurnal of Aplied Mechanics. Desember 1998, Volume 5, Hal 831-835.