## ANALISA KEGAGALAN KOMPONEN DRIVE PINION GEAR PADA SWING MOTOR EXCAVATOR CATERPILLAR 349D
Andi Fatkurocman 1) , Ach. Kusairi Samlawi 2)
Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Lambung Mangkurat JL. Ahmad Yani Km.36 Banjarbaru, Kalimantan Selatan,70714 Email: andifatkurocman@yahoo.co.id

## Abstract
This research is purpose to knowing the reason of the fracture that happen in drive pinion gear of the swing motor unit Excavator Caterpillar 349 d. In this research is doing  by several stage it is visual observation and macro observation, testing of metal  structure  composition,  and  load  and  latch  modeling  using  Autodesk Inventor 2014 before getting the final result. The results obtained from this study are that there is a lack of precision between drive pinion gear and planetary gear due  to  planetary  pins  that  cannot  function  as  planetary  gear  holders  so  that planetary rotations are prone to hilarious triggering collisions resulting in defects. In  the  process  of  stress  analysis  using  the  student  version  of  autodesk  inventor 2014 software, the results of the analysis of the value of von misses is 9.798 Mpa are  much  smaller  than  the  limit  of  material  elasticity  of  790  MPa  so  that  the loading factor does not cause a fault.
Keywords: Defect, Drive Pinion Gear, Fracture

## Abstrak
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengetahui  alasan  fraktur  yang  terjadi  pada  drive pinion  gear  unit  motor  swing  Excavator  Caterpillar  349  d.  Dalam  penelitian  ini dilakukan  beberapa  tahapan  yaitu  pengamatan  visual  dan  pengamatan  makro, pengujian komposisi struktur logam, dan pemodelan load and latch menggunakan Autodesk  Inventor  2014  sebelum  mendapatkan  hasil  akhir.  Hasil  yang  diperoleh dari  penelitian  ini  adalah  bahwa  ada  kurangnya  presisi  antara  pinion  drive  dan planetary  gear  karena  pin  planet  yang  tidak  dapat  berfungsi  sebagai  pemegang planetary  gear  sehingga  rotasi  planet  rentan  terhadap  tabrakan  sebagai  pemicu yang mengakibatkan cacat. Pada proses analisis tegangan menggunakan software autodesk  inventor  2014  versi  mahasiswa,  hasil  analisis  nilai  von  misses  adalah 9,798 Mpa jauh lebih kecil dari batas elastisitas material 790 MPa sehingga faktor pembebanan tidak menyebabkan sebuah kesalahan.
Kata kunci: Cacat, Drive Pinion Gear, Fraktur oefficefficiency ,

## PENDAHULUAN
Excavator  adalah  suatu  unit  alat  berat  yang  berfungsi  untuk  menggali, mengangkat  dan  mengeruk  material  seperti  tanah,  bebatuan  dan  hasil  tambang lainnya yang akan dipindahkan dan diproses ditempat yang lain.
Excavator  sendiri  tersusun  oleh  tiga  struktur  bagian  yaitu  : upperstructure , work  equipment dan lowerstructure .  Dimana upperstructure adalah  struktur bagian  atas  yang  terdiri  dari  komponen  mesin,  kabin  kendali  dan swing  device.
Selanjutnya work equipment terdiri dari komponen arm, boom, hydrolic cylinder dan bucket .  Terakhir yaitu lowerstructure yang terdiri dari komponen track, idler, roller dan final drive yang tersusun dalam sistem undercarriage.
Penelitian  ini  dilakukan  karena  adanya  penemuan  komponen drive  pinion gear yang  mengalami  kegagalan  berupa  hancurnya  gigi  pada  bagian  terluarnya. Drive pinion gear sendiri merupakan sub komponen penyusun swing motor pada swing device excavator yang berfungsi meneruskan gaya yang diterima dari drive shaft untuk disalurkan menuju inner gear melalui planetary gear .

## Gambar 1. Kegagalan Pada Drive Pinion Gear

## METODE PENELITIAN
Penelitian  ini  dilaksanakan  di  Workshop  Teknik  Mesin  Fakultas  Teknik Universitas  Lambung  Mangkurat  sejak  bulan  januari  hingga  bulan  mei  2018, pengujian komposisi material dilakukan di PT Mohusindo.

## Alat Penelitian
Adapun alat yang digunakan dalam penelitian ini :
Gambar 2. Spektrometer Model Bruker Q2 ION
Gambar 3. Hardness Tester model HLN-11A

## Gambar 4. Mikroskop Digital

## Bahan Penelitian
Bahan  yang  digunakan  pada  penelitian  ini  adalah  berupa  komponen drive pinion gear swing pada unit Excavator Caterpillar 349 D, Adapun spesifikasi unit Excavator Caterpillar 349 D.

## Gambar 5. Spesifikasi Unit

## Diagram Alir Penelitian
Diagram alir penelitian analisa kegagalan komponen drive pinion gear pada swing motor unit excavator caterpillar 349D dapat dilihat pada Gambar 6.

## Gambar 6. Diagram Alir Penelitian

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil  penelitian  yang  didapat  setelah  melakukan  penelitian  dan  pengujian adalah  berupa  :  pengamatan  secara  visual,  pengamatan  secara  makro,  pengujian komposisi  material  disertai  uji  kekerasan  bahan  serta  simulasi stress  analysys menggunakan software autodesk inventor Student Version 2014.

## Pengamatan Secara Visual
Pada  pengamatan  secara  visual  akan  diperlihatkan  kondisi  spesimen  hasil pemotretan  menggunaka  kamera  digital  dan  hasilnya  dijumpai  beberapa  defect diantaranya:
Korosi  yang  dapat  menyebabkan  terjadinya  pitting  dan  kerusakan  pada permukaan  roda  gigi,  kerusakan  diawali  dari  perubahan  warna  pada  permukaan dan munculnya lubang lubang yang sangat kecil, bisa dilihat pada Gambar 7.
Gambar 7. Korosi
Scooring yang berkembang di bagian atas dari pitch line atau lebih tepatnya di  area  addendum,  bermula  dari  lubang  lubang  berukuran  kecil  yang  kemudian berubah  menjadi  besar  akibat  kontak  gear  secara  langsung  bisa  dilihat  pada Gambar 8.
Gambar 8. Scooring
Moderate  pitting yang  terjadi  pada  roda  gigi  mengakibatkan  puing  logam yang  terlepas  menjadi  material  kontaminan.  jika  roda  gigi  tersebut  terus digunakan maka  akan mengakibatkan pecahan  yang lebih besar pada permukaan bisa dilihat pada Gambar 9.
Gambar 9. Moderate pitting

## Pengamatan Secara Makro
Dari  hasil  yang  didapat  tidak  dijumpai  patahan  ductile  dan  brittle  pada daerah defect , selanjutnya juga tidak dijumpai titik awal /  inisiasi  retak dan juga arah  rambat  retak  sehingga  besar  kemungkinan  bahwa  patahan  terjadi  bukan diakibatkan beban fatigue bisa dilihat pada Gambar 10.

## Gambar 10. Hasil Foto Makro Area Defect

## Pengujian Komposisi Material
Pengujian komposisi meterial bertujuan untuk mengetahui kandungan unsur kimia  yang  ada  didalam  material,  persentase  kadar  unsur  kimia  dan  juga  jenis material yang cocok sesuai data yang didapat.
Data  yang  diperoleh  dari  hasil  pengujian  komposisi  material  adalah sebagai berikut :
Tabel 1. Hasil Pengujian Komposisi Material Komponen Drive Pinion Gear
Dari  Tabel  1  didapat  hasil  berupa  nilai  karbon  sebesar  0,196%  jika dibandingkan  dengan  spesifikasi  jenis  baja  carbon  maka  termasuk  kedalam kategori  baja  carbon  rendah  dengan  nilai  kandungan  carbon  sebesar  0,05%  - 0,30%.  Jenis  baja  carbon  rendah  memiliki  sifat  mudah  ditempa  dan  mudah
dimesin  dan  sering  digunakan  sebagai  pembuatan gears,  shafts,  bolts,  forgings, bridges, buildings .
Sedangkan jika dilihat dari nilai unsur paduannya baja carbon ini termasuk kedalam  kategori low  alloy  steel dengan  nilai  paduannya  sebesar  <  2,5%. Penambahan  unsur  paduan  bertujuan  untuk  meningkatkan  sifat  mekanik  baja diantaranya (kekerasan, keuletan, kekuatan tarik, kemampuan menahan karat dan lain sebagainya).

## Permodelan Spesimen Secara 3 Dimensi
Permodelan  spesimen  secara  tiga  dimensi  bertujuan  untuk  mengetahui pengaruh  geometri  spesimen  terhadap  pembebanan.  Permodelan  dilakukan menggunakan software autodesk inventor student version 2014 .
Gambar 11. Desain Spesimen 2D Pandangan Atas
Gambar 12. Desain Spesimen 2D Pandangan Bawah
Gambar 13. Desain Spesimen 2D Pandangan Isometris

## Pengujian Kekerasan Bahan
Pengujian  kekerasan  bahan  dilakukan  menggunakan  alat  hardness  tester HLN11-A  dengan  metode  yang  dipakai  yaitu  metode brinell dengan  hasil kekerasan yang didapat.
Gambar 14. Hasil Pengujian Kekerasan
Dari  hasil  uji  kekerasan  yang  telah  dilakukan  pada  dua  titik  maka didapatkan nilai kekerasan bahan sebesar 235 BHN dan 275 BHN.

## Mechanical Properties Bahan
Dari hasil  yang didapat dari pengujian kekerasan bahan yaitu dengan nilai kekerasan  yang  besarnya  235  dan  275  BHN.  Kemudian  dari  nilai  tersebut dimasukkan kedalam persamaan nilai kekerasan ke uji tarik : σ ultimate = 500 x nilai kekerasan Brinell (D.Callister, William, Jr,1985) Diambil nilai kekerasan : 235 BHN, maka σ ultimate =  500 x  235  =  117.500  psi  =  810.162.500  Pa  =  810
Mpa
275 BHN, maka σ ultimate =  500 x  275  =  137.500  psi  =  948.062.500  Pa  =  948 Mpa Dari  nilai  σ ultimate antara  117.500  sampai  137.500  psi  diambil  material jenis stainless  steel yang  nilainya  mendekati.  Dipilih  material AISI    410  Cb dengan nilai tegangan sebagai berikut:
σ ultimate = 139.231 Psi x 6895
= 960.000.000 Pa = 960 MPa σ yield = 114.575 Psi x 6895
= 790.000.000 Pa = 790 MPa
Tabel 2 menunjukkan mechanical properties dari baja Stainless Steel - AISI 410.
Tabel 2. mechanical properties baja Stainless Steel - AISI 410 Cb Name AISI 410 Cb General Mass Density 7,7 g/cm^3 Yield Strength 790 Mpa Ultimate Tensile 960Mpa
Strength Stress Young's Modulus 190 Gpa Poisson's Ratio 0,28 ul Shear Modulus 76 Gpa Hasil Stress Analysis
Berikut  adalah  hasil stress  analysys pada  sistem swing  motor  /  planetary gear set :
Von Misses Stress
Anak panah pada Gambar 15 menunjukan daerah yang mengalami tegangan von  misses  strees dengan  nilai  tegangan  maksimum  sebesar  9,798  MPa  jika dibandingkan  dengan  nilai  maksimal  tegangan  luluh  material  yang  nilainya  790 MPa maka tegangan yang terjadi masih lebih kecil terhadap kemampuan material (  9,798  MPa  <  790  MPa  ).  Berdasarkan  data  diatas  dapat  diketahui  bahwa  pada saat pembebanan tidak terjadi deformasi plastis.
Gambar 15. Hasil Von Misses Stress

## Displacement
Anak  panah  pada  Gambar  16  menunjukan  daerah  yang  mengalami displacement  terbesar  dengan  nilai  7,75  mm.  dari  hasil  simulasi  dapat  diketahui bahwa  nilai displacement akan  semakin  kecil  jika  kontak  antara  roda  gigi  satu dengan  roda  gigi  yang  lain  sangat  presisi,  sebaliknya  nilai displacement akan menjadi  besar jika kontak antara roda  gigi  satu  dengan roda  gigi  yang lain tidak presisi.  Dilihat  dari  hasil  simulasi  maka  Gambar  yang  mengalami displacement kebanyakan terjadi  pada bagian ujung  roda  gigi  dan hal  ini sesuai  dengan defect atau cacat yang didapati pada spesimen yang langsung diambil dari lapangan.
Gambar 16. Hasil Displacement
Penyebab Terjadinya Displacement Displacement menjadi  penyebab  terjadinya  patahan  pada  komponen drive pinion gear pada swing motor unit excavator caterpillar 349D. Setelah melakukan konservasi  lapangan  di  main  dealer  PT  Trakindo  Utama  didapat  hasil  analisa sebagai berikut :
Sebelumnya  akan  diterangkan  terlebih  dahulu  bagaimana  posisi  komponen pada sistem swing motor seperti pada Gambar 17.
Gambar 17. Bagian – Bagian Planetary Gear Set
Dari  Gambar  17  diketahui  beberapa  komponen  utama  penyusun  swing motor diantaranya ada drive pinion gear / sun gear, planetary gear, ring gear, gear housing  /  planet  carier.  Dengan  siklus  kerja  berupa  drive  pinion  gear  yang berputar akibat terhubung dengan poros penggerak yang kemudian akan memutar planetary gear untuk mengitari ring gear.
Pada  Gambar  17  juga  disebutkan  posisi  fixed  support  /  tumpuan  yang terletak  pada  roda  gigi  bagian  pusat  dari  drive  pinion  gear  karena  terhubung langsung  dengan  poros  penggerak.  Sedangkan  nilai  moment  sebesar  149  KN didapat  dari  handbook  excavator  caterpillar  349D  yang  kemudian  dijadikan moment input pada simulasi stress analysys.
Dari hasil displacement  pada simulasi stress  analysys  (Gambar  16) didapat posisi defect terjadi pada ujung roda gigi bagian terluarnya hal yang sesuai dengan komponen yang didapat langsung dari main dealer PT. Trakindo Utama.
Displacement  terjadi  akibat  beberapa  komponen  sistem  swing  motor  yang memang  telah  mengalami  kerusakan  yang  berdampak  hingga  terjadi  kerusakan pada komponen yang lain hal ini akan dibuktikan dengan Gambar 18.
Gambar 18. Defect Pada Pin Planetary
Defect terjadi pada komponen pin planetary akibat panas yang didapat tidak dapat  disirkulasikan  dengan  baik.  Akibat  dari  panas  tersebut  yaitu  terjadi pengikisan pada diameter pin planetary.
Dari akibat pengikisan itulah pin tidak bisa menjalankan fungsinya sebagai dudukan planetary  gear sehingga  putaran planetary tidak  lembut.  Jika  planetary mengalami  kocak  maka  kontak  antara  roda  gigi  dengan  roda  gigi  yang  lain cenderung  tidak  presisi  lagi  sehingga  dapat  menimbulkan  benturan  yang  dapat mengakibatkan patahan. Hal itu dibuktikan pada Gambar 19.
Gambar 19. Defect Pada Planetary Gear
Dampak dari planetary yang mengalami kocak juga terjadi defect pada ring gear. Hal itu dapat dilihat dari Gambar 20.
Gambar 20. Defect Pada Ring Gear
Gambar  21  diketahui  bahwa gear  housing mengalami  gesekan  dan  terjadi pengikisan  yang  cukup  banyak  dan  juga  pada  diameter bore nya  terlihat  bahwa bentuk dan ukurannya sudah tidak sesuai dengan ukuran diameter pin .
Gambar 21. Defect Pada Gear Housing

## KESIMPULAN
Berdasarkan hasil dan pembahasan yang telah dilakukan maka penulis dapat menyimpulkan  bahwa defect yang  terjadi  pada  komponen drive  pinion  gear adalah  berupa  korosi  yang  menyebabkan  timbulnya  lubang  sangat  kecil  pada permukaan  roda  gigi,  kemudian  lubang  kecil  tersebut  berkembang  menjadi scooring akibat persinggungan dengan komponen planetary gear yang kemudian membentuk moderate  pitting .  Roda  gigi  yang  mengalami  moderate  pitting  jika digunakan secara terus menerus  akan mengakibatkan kerusakan yang lebih besar dan defect juga terjadi akibat tidak presisi antara drive pinion gear dan planetary gear akibat pin  planetary yang  tidak  dapat  menjalankan  fungsinya  dengan maksimal.  Hal  ini  dibuktikan  setelah  dijumpai  banyaknya defect dibagian planetary gear, pin, gear housing, diameter bore dan ring gear.

## DAFTAR PUSTAKA
Callister,  Jr.  William,  D.  2007. Materials  Science  And  Engineering  An Introduction . Department Of Metallurgical Engineering University Of Utah. United States Of America.
Isworo,  Hajar. 2012. “Analisa  Kegagalan  Pada  Komponen  Gripper  Botol Minuman  Kapasitas  600  Botol  Per  Menit” .  Fakultas  Teknik  Universitas Brawijaya. Program Magister Teknik Mesin. Malang.
Caterpillar Corp. 2015.  Handbook Hydraulic Excavator 349 D.  United States Of America.
PT.  Trakindo  Utama.  Applied  Failure  Analysys  –  Power  Train  &  Hydrolic Component. Cileungsi Training Center.