Analisis Kegagalan Planetary Gear Pada Sistem Final Drive Excavator

Anwar Nur Fatwa, Dr. Ir. Bambang Hari P., S.T., M.Eng.

2026 | Tugas Akhir | D4 TEKNIK PENGELOLAAN DAN PERAWATAN ALAT BERAT

Roda gigi planet pada sistem penggerak akhir (final drive) ekskavator ZX870H-LCH mengalami kegagalan berulang, yang ditandai dengan penurunan signifikan masa pakai dari sekitar 1.307 jam menjadi 996 jam, dan kemudian menjadi 445 jam operasi. Penelitian ini bertujuan untuk mengidentifikasi jenis kerusakan, menganalisis sifat mekanis material, serta mengevaluasi kesesuaiannya dengan standar yang berlaku. Metode yang digunakan meliputi pengujian komposisi kimia (Optical Emission Spectroscopy), pengujian kekerasan Micro Vickers, pemeriksaan metalografi, dan pengujian keausan Ogoshi pada bagian inti, transisi, dan permukaan penampang melintang roda gigi. Hasil komposisi kimia menunjukkan bahwa material tersebut diklasifikasikan sebagai baja paduan DIN 1.7218 (25CrMo4), dengan kandungan Cr dan Mo yang lebih tinggi dibandingkan dengan literatur pembanding. Pengujian kekerasan mengungkapkan adanya gradien yang signifikan, yaitu 473,6 HVN pada bagian inti, 804,1 HVN pada zona transisi, dan 1288,8 HVN pada permukaan. Hasil tersebut selaras dengan struktur mikro ferit-perlit di bagian inti dan martensit di permukaan yang terbentuk akibat proses pendinginan cepat (quenching). Uji keausan Ogoshi menunjukkan bahwa laju keausan spesifik menurun seiring dengan meningkatnya kekerasan, dari 9,83933E-5 mm3/(kg.m) pada bagian inti menjadi 1,70142E-5 mm3/(kg.m) pada permukaan. Kegagalan tersebut diidentifikasi sebagai patahan akibat kelelahan (fatigue), yang melibatkan tahapan keausan, pitting, inisiasi retak, dan perambatan retak. Gradien kekerasan yang tajam antara bagian inti yang ulet dan permukaan yang keras tetapi getas diduga memicu konsentrasi tegangan pada zona transisi sehingga mempercepat inisiasi retak.

Kata kunci: roda gigi planet, penggerak akhir ekskavator, kegagalan kelelahan.

The planetary gears in the final drive system of the ZX870H-LCH excavator experienced recurring failures, characterized by a significant reduction in service life from approximately 1,307 hours to 996 hours, and subsequently to 445 hours of operation. This study aimed to identify the failure mode, analyze the material's mechanical properties, and evaluate its compliance with applicable standards. The methodology included chemical composition analysis using Optical Emission Spectroscopy, Micro Vickers hardness testing, metallographic examination, and Ogoshi wear testing on the core, transition, and surface regions of the gear cross-section. Chemical composition results classified the material as DIN 1.7218 (25CrMo4) alloy steel, with Cr and Mo contents exceeding those reported in the comparative literature. Hardness testing revealed a significant gradient, with values of 473.6 HVN at the core, 804.1 HVN in the transition zone, and 1288.8 HVN at the surface. These results were consistent with the ferrite-pearlite microstructure in the core and the martensitic structure at the surface, which formed as a result of rapid cooling (quenching). Ogoshi wear testing demonstrated that the specific wear rate decreased as hardness increased, dropping from 9.83933E-5 mm3/(kg.m) at the core to 1.70142E-5 mm3/(kg.m) at the surface. The failure was identified as fatigue-induced fracture involving wear, pitting, crack initiation, and crack propagation. The sharp hardness gradient between the ductile core and the hard but brittle surface was considered a potential cause of stress concentration in the transition zone, thereby accelerating crack initiation.

Keywords: planetary gear, excavator final drive, fatigue failure.

Kata Kunci : planetary gear, final drive excavator, fatigue failure