Bagaimana Merancang Piston atau Secker ?

Bagaimana Merancang Piston atau Seher ?

1. Fungsi Piston

Piston merupakan komponen yang digunakan untuk menerima tekanan hasil pembakaran dan meneruskan tekanan tersebut untuk memutarkan poros engkol melalui batang piston (connecting rod). Pada badan piston terdapat alur tempat cincin piston yang berfungsi merapatkan silinder dengan badan piston, sehingga proses pembakaran dan kompresi yang terjadi didalam ruang bakar tidak bocor serta mencegah minyak pelumas masuk kedalam ruang bakar. Gerak piston didalam silinder tak lain ialah gerak translasi atau gerak naik turun untuk melakukan langkah isap, langkah kompresi, langkah usaha, dan langkah buang.

Piston dirancang sedemikian rupa,agar mampu menerima temperatur dan tekanan tinggi secara continue sehingga perancangan piston harus memperhatikan berbagai faktor antara lain bahan piston, dimensi ukuran piston, tinjauan kekuatan piston agar mampu beroperasi pada saat mesin beroperasi dengan kecepatan tinggi dan dalam waktu yang lama.

2. Jenis-Jenis Piston

Dilihat dari desainnya, piston mesin diesel terdiri dari beberapa bagian:

a. Bodi piston;

b. Piston dengan crossheads, dan

c. Piston mesin double-acting.

Pada piston dengan ukuran kecil pada mesin diesel biasanya dibuat dari besi atau paduan aluminium karena bahan yang digunakan  mempunyai sifat-sifat, antara lain ringan kuat, kokoh, tahan aus dan tahan terhadap tekanan dan temperatur yang tinggi. Pada Piston mungkin baik dari suatu bagian atau bagian kepala yang dapat dilepas mungkin dapat didinginkan baik secara alami atau artifisial.

Pendinginan  buatan dengan oli biasanya digunakan pada kepala piston mesin empat-langkah berdiameter lubang silinder D ≥ 450 mm, sedangkan pada batang piston mesin dua-tak digunakan diameter lubang silinder D ≥ 300 mm karena silinder dua-tak  dikenakan tegangan panas lebih tinggi dari pada mesin empat-langkah. Selain itu, piston tipe crossheads biasanya dilengkapi dengan sebuah pendingin artifisial pada kepala piston yang terletak dibagian atas  silinder. Sedangkan piston mesin diesel tipe double-acting terdiri dari sebuah bodi dan kepala piston, pendinginan dilakukan untuk bagian atas dan bawah pada ruang kerja dari silinder. Cairan pendingin dibagian kepala piston dialkukan melalui lubang pada batang piston.

Batang piston terhubung dengan kepala piston melalui pin piston. Pada mesin kecepatan tinggi dan menengah hubungan pin piston yang digunakan “mengambang” yaitu sumbu pin bisa berubah dengan bebas untuk menyeragamkan kerja permukaannya tetapi perpindahan aksial pin dibatasi oleh circlips khusus.

Ada 3 alur melingkar pada piston. Dua alur diatas untuk cincin kompresi. Ring oli terletak pada alur dibawah dua ring kompresi piston untuk mencegah oli yang ke silinder tidak berlebihan.Sisi dalam dari sebuah kepala piston dirancang dengan rusuk-rusuk radial atau konsentris yang memperkuat dan meningkatkan perpindahan panas dari kepala piston mengalir ke udara di sekitarnya.  

Kepala piston dibuat kerucut atau silinder di bagian luar sedangkan permukaan luar piston berbentuk elips di bagian paling tebal (dekat bos pin piston). Hal ini menciptakan jarak antara kepala piston dan liner silinder yang mencegah mampat dari piston karena panas ekspansi kepala piston. Selain itu, panas yang terjadi antara permukaan yang  bergesekan dari permukaan luar piston dan liner silinder  yang menjamin ekspansi bebas dari permukaan luar piston selama operasi mesin.

3. Bahan Dan Karakteristik Piston

Bentuk kepala piston harus menciptakan kondisi yang paling menguntungkan untuk pencampuran bahan bakar dan terbakar di ruang bakar. Oleh karena itu, bentuk mahkota diatur pada langkah awal. Piston akan menerima tekanan dan temperatur tinggi dari proses pembakaran, maka piston harus dibuat dari bahan dari bahan yang mempunyai sifat-sifat, antara lain ringan kuat, kokoh, tahan aus dan tahan terhadap tekanan dan temperatur yang tinggi, untuk memenuhi syarat seperti diatas bahan torak dapat dipakai allumunium cooper alloy, yang mempunyai komposisi sebagai berikut :

1. Komposisi Kimia :

a) Ni = 2,0 % Direncanakan 2,0%

b) Mg = 1,5% Direncanakan 1,5%

c) Cu = 4,0% Direncanakan 4,0%

d) Si = 0,7% Direncanakan 0,6%

e) Zn = 0,3% Direncanakan 0,3%

f) Fe = 8% Direncanakan 0,7%

g) Al = Sisanya yaitu sekitar 90,9%

2.      Sifat Mekanis :

a) Kekuatan tarik = 30 kg/mm2 (σu)

b) Kekuatan luluh = 26 kg/mm2 (σy)

c) Kekerasan = 130 kg/mm2 (BHN)

Gambar Konstruksi dimensi piston (Kovakh, 1979 : 438)

Keterangan :

H= Tinggi piston

D= Diameter piston

h=Tinggi puncak piston ke ring atas

hcr = Tebal piston Crown

h1 = Jarak antara lubang ring piston

H1 = Jarak antara sumbu pen dengan bawah piston

H2 = Tiggi piston Skrit

bb = Jarak antara lubang pen

Lpp = Panjang pen piston

dex = Diameter luar pen piston

din = Diameter dalam pen piston

Diameter dalam (Di) silinder (Petrovsky, 1971 :96) :

Dengan :
Ne = Daya kuda (brake horse power = BHP) = 14,3 Hp
i = Jumlah silinder = 1
Cm = Kecepatan rata – rata piston (7 – 22) diambil 10 m/dt
z = Stroke cycle ratio (1 untuk motor 2 tak) (2 untuk motor 4 tak)

Pe = Tekanan efektif rata-rata = 8,78 kg/cm2

Jadi

4. Perhitungan Ukuran Piston

Perhitungan dimensi piston meliputi perhitungan – perhitungan sebagai berikut :

5. Tinjauan Kekuatan Piston

Tinjauan kekuatan dan perhitungan pada bagian piston skirt, menggunakan persamaan – persamaan dibawah ini :

Piston skrit dinyatakan aman karena tekanan samping yang terjadi pada piston skrit adalah 0,144 kg/cm2  dan masih berada dibawah tekanan samping ijin pada piston skrit qn = 3 s.d 3,5 kg/cm2. Selanjutnya pada piston crown dianggap distribusi beban merata dari tekanan gas sisa pembakaran (Pz). Ilustrasi pembebanan pada piston corwn ditunjukan oleh Gambar dibawah.

Gambar. Ilustrasi beban pada piston Crown

(Petrovsky,1962; hal 369)

Harga batas momen bending untuk material paduan aluminium adalah Mb = 500 – 900 kg/cm2, maka hasil perhitungan momen bending yaitu 611, 644 kg/cm2 telah memenuhi syarat σb.

Bagaimana, apakah anda tertarik bagaimana merancang piston atau seher motor anda sendiri? semoga dapat membantu.

Share this post