Starting System Alat Berat : Konstruksi, Prinsip Kerja dan Diagramnya

 Starting System Alat Berat

Starting System Alat Berat adalah mekanisme rangkaian electrik yang dibuat untuk menghidupkan engine  dengan cara merubah energi listrik menjadi energi mekanikal gerak putar oleh motor listrik untuk memutar flywheel. Berikut ini komponen utama pada starting system alat berat yaitu :

1. Batteray

Berfungsi menyediakan energi listrik bagi semua system kelistrikan pada unit alat berat. Batteray banyak digunakan untuk alat berat adalah type kontruksi solid dry type :

• Mempunyai 2 terminal yaitu (+) positif dan (-) negatif dan hubungan seri sel-selnya ada didalam casenya.
• Plate positif dan negatif telah diisi dengan muatan listrik, sehingga saat megunakan batteray baru tinggal mengisi electrolit saja.
• Plate positif terbuat dari bahan material PbO2 (Lead Peroxide) yang berwarna coklat tua. sedangkan plate negatif terbuat dari bahan material Pb (Spongy Lead) yang berwarna kelabu.
• Untuk mencegah palt positif dan negatif bersinggungan, maka dipasang sparator dari Polyvinyl chloride (PVC) yang berpori-pori.

2. Starting Key-Switch 

Berfungsi untuk memutuskan dan menghubungkan aliran arus listrik yang mengalir ke komponen starting sistem.

3. Switch Clipsal (Alat Berat)

Digunakan pada saat melakukan perbaikan pada unit alat berat untuk memutus dan menghubungkan aliran arus listrik yang mengalir dari starting switch menuju ke batteray relay.

4. Batteray Relay

Berfungsi untuk memutus dan menghubungkan arus listrik (+) positif batteray ke semua komponen elektrical pada unit alat berat.

5. Starting Relay (Caterpillar) / Safety Relay (Komatsu)

Berfungsi mencegah mengalirnya arus listrik ke starting motor jika starting switch diputar ke posisi start pada saat engine sudah hidup. dan memutus arus listrik menuju ke selenoid starting motor ketika ada arus positif  R dari alternator. 

 

6. Starting Motor

Berfungsi merubah tenaga listrik menjadi tenaga mekanis putar dengan torsi yang tinggi untuk menghudupkan engine dengan cara memutar flywheel.

RANGKAIAN STARTING SYSTEM ALAT BERAT

Prinsip Dasar Starting Motor System

A. Magnet Permanen

Bila suatu pengahantar kawat ditempatkan pada 2 buah kutup magnet yang berbeda, kemudian kawat di alirkan arus listrik DC melalui Brush dan Commutator.

Maka akan timbul garis gaya magnet yang masuk pada sisi hiaju kawat dan keluar pada sisi merah kawat. Pada sisi hijau dan merah, garis gaya magnet mengarah ke dalam. Di sisi lain, terdapat aliran garis gaya magnet dari kutub-kutub magnet permanen, yang kemudian berputar diantara kawat mengikuti arah garis gaya magnet pada kumparan. 

Karena garis gaya magnet dari kutub magnet tersebut memiliki gaya tarik-menarik , diibaratkan seutas karet yang ditarik pada kedua ujungnya, membuat kawat akan terlontar, dimana pada sisi hijau ke arah bawah dan pada sisi merah ke arah atas. 

Hal ini dapat menimbulkan kopel atau gaya puntir yang menyebabkan poros yang menopang kawat berputar berlawanan dengan arah jarum jam.

B. Electromagnet

Pembalikan arah aliran arus listrik 

Pada gambar diatas, arah aliran arus listrik dari batteray dibalik dengan posisi kutub-kutub tetap, dan arus masuk ke kawat pada kawat hijau dan keluar pada kawat merah. 

Garis gaya magnet yang terbangkit pada kawat mengarah keluar di kedua sisi kawat, saat ini garis gaya magnet yang dihasilkan oleh kutub-kutub magnet permanen melengkung sedemikian rupa mengikuti arah putaran garis gaya magnet dari penghantar. 

Bila garis gaya magnet dari kutub-kutub magnet permanen diibaratkan seutas karet, bila ditarik di kedua ujungnya, akan melontarkan kedua sisi kawat ke arah yang berlawanan. Pada kawat sisi hijau terlontar ke bawah dan pada sisi merah terlontar ke arah atas. Hal ini menimbulkan tenaga putar pada sumbu kawat searah dengan jarum jam.

Pada dasarnya starting system alat berat menggunakan DC electric motor, terdapat 2 jenis stator yang dipakai. Yaitu dengan menggunakan tipe magnet permanen dan remanen (electromagnet). Pada magnet permanen memiliki desain yang ringkas dan praktis, akan tetapi tidak mempunyai torsi yang besar. Sehingga umum diaplikasikan untuk motor dengan daya rendah seperti : wipers, pompa air,  blower ac dll.

Sedangkan motor dengan menggunakan tipe electromagnet dapat menghasilkan torsi yang lebih besar dengan size yang relatif sama dengan magnet permanen. Hal ini disebabkan karena kekuatan magnet bisa diperbesar dengan arus listrik yang dialirkan padanya sehingga pada jenis motor ini banyak di aplikasikan pada penggerak daya besar seperti "Starting Motor". Akan tetapi pada motor jenis ini memiliki kontruksi yang lebih rumit dan membutuhkan daya listrik yang relatif besar juga.

DC Electric Motor

DC motor di desain untuk memanfaatkan gaya magnet agar bisa berputar secara terus-menerus. Komponen penyusun DC motor antara lain :

1. Stator Magnet

Berfungsi sebagai penghasil magnet permanen dan juga untuk mengubah energi listrik menjadi electromagnet untuk menimbulkan ke magnetan pada motor dengan electromagnetic.

2. Armature Coil

Adalah kumpulan dari penghantar (konduktor) yang digulung menjadi satu kesatuan, sehingga dapat menghasilkan torsi yang optimum. Armature coil duduk pada yoke yang dipasang secara permanen pada shaftnya.

3. Commutator

Berfungi sebagai arus masuk dan keluarnya arus listrik pada armature coil. Commutator terbuat dari lempengan tembaga yang tersekat antara segmen dengan dengan isoltor mika.

4. Brush

Berfungsi untuk menyalurkan arus listrik dari sumber utama menuju ke commutator. Brush terbuat dari bahan tembaga dan didisain agar aus terlebih dahulu dari pada commutator.

5. Bearing

Berfungsi sebagai tempat duduknya shaft pada housingnya dan juga memperingan kerja shaft akibat beban putar yang berlebih.

Konstruksi Starting Motor Alat Berat

A. Type Pre-engged Drive Starting Motor

Sering kita jumpai banyak starting system alat berat serta kendaran ringan menggunakan type Pre-engged Drive Starting Motor ini. Maka dari itu kita akan membahas komponen apa saja yang ada pada starting motor pada type ini. Berikut komponen utamanya : 

1. Selenoid

Berfungsi seperti relay yang bertugas menghubungkan arus input dari batteray ke stater motor dengan bantuan arus listrik kecil dari starting key-switch saat di putar pada posisi start. Sehingga energi listrik dapat dirubah mejadi energi electromagnetis untuk menggerakkan tuas yoke untuk menghubungkan pinion dengan flywheel pada engine.

Pada selenoid terdapat 2 coil yaitu :

A. Pull-in Coil

Berfungsi pertama kali untuk menarik plugger yoke sehingga pinion dapat terhubung dengan flywheel

B. Hold-in Coil

Berfungsi membantu pull-in coil mempertahankan plugger yoke sampai proses starting selesai saat starting switch dilepas. 

2. Starting Motor

Starting motor Berfungsi menghasilkan gerak putar dengan torsi yang besar untuk memutar flywheel engine. Torsi yang besar ini dihasilkan oleh putaran armature pada electromagnet stator coil yang tersusun oleh field coil dan pole shoe.

3. Overrunning Clutch & Pinion Gear

Berfungsi menyalurkan torsi putar dari starter motor ke flywheel engine serta mencegah beban putar berlebih karena terbawa oleh putaran flywheel engine ketika telah hidup.

Prinsip Kerja Starting Motor

A. Type Pre-engage Drive

Pada saat posisi "Starting Key-Switch" dalam kondisi "OFF", sehingga tidak ada arus listrik yang mengalir ke Selenoid dan Starter Motor. Arus (+) standby pada Contak point (B) selenoid.

Ketika "Starting Key-Switch" di posisikan "Start", arus dari (+) batteray menuju ke "Pull-in dan Hold-in Coil Selenoid" lalu ke "Starter Motor". 

Pull-in coil dan Hold-in coil akan bersama-sama menarik plugger dan menahan plugger. Sehingga tuas yoke akan mendorong pinion ke flywheel dan pluger menghubungkan terminal B dan M pada Selenoid. Arus listrik akan mengalir dari terminal M menuju ke Stater Motor. Menyebabkan armature berpuatar cepat dengan torsi yang besar  untuk memutar flywheel yang diteruskan oleh Overrunning Clucth dan Pinion gear.

Overrunning Clucth

Overrunning Clucth atau sering disebut juga One Way Clucth / Free Wheeling Mechanism berfungsi mencegah armature shaft ikut berputar  pada saat pinion gear dengan fly wheel masih terhubung ketika engine sudah mulai hidup. Sehingga putaran dari flywheel hanya sampai di  gear pinion dan tidak diteruskan ke armature.

Pada posisi start armature shaft akan berputar searah jarum jam, hal itu mengakibatkan ball akan bergerak berlawanan arah jarum jam dengan kekuatan spring menahan boll pada celah yang lebih sempit di Clutch housing. Sehingga terjadi penguncian antara armature shaft dengan Clucth housing. Clutch housing akan terbawa mengikuti shaft armature oleh perantara bola dan pinion gear memutar engine dengan kecepatan  ± 100 Rpm.

Pada saat engine mulai hidup, minimal putaran engine akan berkisar 650-850 Rpm. Sehingga putaran engine lebih tinggi dari putaran armature shaft. Saat pinion gear terbawa oleh putaran engine yang lebih tinggi boll pada Clutch housing akan pergerak menekan spring ke arah celah housing yang lebih lebar. Hal itu menyebabkan putaran dari flywheel engine tidak diteruskan ke armature dan kuncian dari boll dengan clutch housing terlepas.

Apabila terjadi kerusakan pada Overrunning Clucth dan menyebabkan armature shaft ikut berputar dengan flywheel ketika engine telah hidup. Hal itu bisa menyebabkan starting motor rusak dan terbakar karena putaran engine yang lebih tinggi.

B. Type Sliding Gear Drive 

Type Sliding Gear Starting Motor didesain mempunyai torsi yang lebih besar dari pada tipe pre-engged gear karena menggunakan armatue dan stator yang lebih panjang. Pada tipe ini pinion gear di dorong ke arah flywheel dengan bantuan Engagement Rod yang bergerak axial dengan bantuan selenoid sebagai pengontrol arus listrik yang besar.

Sebagai pengganti Overrunning Clucth pada starter motor ini di lengkapi dengan Multi-disc Clutch sebagai penghubung armature shaft ke Pinion Gear  lewat Engagement Rod, juga membatasi torsi putar yang disalurkan.

Tipe starter motor ini banyak dijumpai pada unit Articulated dan Wheel Loader Volvo.

🔰 Prinsip Kerja Starting Motor Type Sliding

Pada saat starting key switch di posisikan ON, arus listrik dari batteray menuju ke Control Relay dan terus mengalir ke Hold-in Coil dan Pull-in Coil. Pada saat yang sama arus juga mengalir dari Control Relay menuju ke Shunt Field Coil (dimana Release Switch masih terhubung) membuat armature berputar dengan kecepatan rendah. Hal itu disebabkan arus yang akan di alairkan ke Series Field Coil dihambat pengontakannya oleh Tripping Lever.

Berikutnya, saat engagement rod terdorong ke depan, membuat Pinion Gear terhubung dengan flywheel. Pada kondisi ini release lever akan menekan tripping lever ke atas dan memungkinkan kontak dari control relay menghubungkan arus suplai dari bateray ke Serie Field Coil di dalam Starter Motor. 

Bersamaan dengan itu, Shunt Release Switch menjadi posisi OFF karena terdorong oleh Release Lever, sehingga Shunt Feld Coil tidak dialiri listrik lagi. Series Field Coil akan mengambil alih tugas dari Shunt Field Coil, yang kemudian membuat Armature berputar dengan torsi maksimum. Selama armature berputar, Engagement Rod ditahan pada posisi akhirnya oleh Holding Coil. 

Jalur Arus Listrik Sliding Gear Starting Motor

Multi-disc Clucth

Pada starting motor tipe sliding gear, sebagai pengganti Overrunning clucth maka digunakan Multi-disc Clucth. 

Berfungsi seperti kopling, multi-disc clucth menghubungkan antara Pinion Gear dengan Engagement Rod. 

Ketika selenoid bekerja dan mendorong engagement rod ke arah flywheel, presseure sleeve yang di dalamnya ada internal dis dan juga external disc akan saling bergesekan dan membuat pinion gear berputar menyalurkan putaran dari armature ke flywheel dengan torsi yang besar.

Setelah engine hidup, engine akan memiliki putaran yang lebih tinggi dari pada putaran armature. Sehingga Pressure Sleeve akan menekan Engagement Rod menuju ke arah sebaliknya yang membuat Internal disc dan External disc tidak lagi terhubung. Hal itu memungkinkan armature berputar pada kecepatannya sendiri.

SAFETY RELAY

Cara Kerja Safety Relay :

1. Pada saat starting relay posisi start, maka jalan arusnya :

• S ➨ R4 ➨ Base Q2 ➨ E
• S ➨  L ➨ Collector /  Emiter Q2 ➨  E (L ➨  T tertutup, B ➨ C berhubungan dan starting motor bekerja)

2. Saat Alaternator mengeluarkan arus (engine hidup), jalannya arus :

• R1 ➨ R2 ➨ Z ➨ D2 ➨ base Q1 ➨ E
• D2 ➨ S➨ R4➨ Collector / Emitter Q1 ➨ E
• Collector / Emitter Q2 ➨ Q1 (on), Q2 (off) ➨ T tetap terbuka (satrting motor tidak bekerja).

BATTERAY RELAY

Cara Kerja Batteray Relay : 

Pada saat starting switch posisi ON, maka jalannya arus adalah :

1. BR ➨ D2 ➨ C➨ -b

2. C ➨ Magnet ➨ Sub switch dan P1 ➨ P2 terhubung ➨  -b dan E terhubung. Bila engine sudah hidup dan tegangan batteray mencapai 28-29 volt, arus dari alternator ke : 

3. R ➨D3 ➨ Sub switch ➨ C ➨ -b, dengan demikian jika engine hidup dan starting switch pada posisi OFF, P1 ➨ P2 dan sub switch tidak akan terbuka secara mengejut hingga tegangan dari alternator turun menjadi 9 volt.

• D1 yang dihubungkan parallel dengan coil C adalah flywheel diode yang digunakan untuk mengalirkan tegangan listrik yang timbul pada coil C ketika sirkuit grund terputus.
• D2 berfungsi mencegah terbaliknya polaritas terminal BR dan - b
• D3 berfungsi mencegah arus listrik menuju ke alternator ketika sub switch terhubung.

Diagram Electrik Starting System Alat Berat

A. Motor Grader Komatsu

B. Drilling Sandvik