commit to user
BAB III PERENCANAAN DAN GAMBAR
3.1. Skema dan Prinsip Kerja Alat
Gambar 3.1. Mesin penghancur limbah styrofoam Gambar 3.1 menjelaskan bagian-bagian dari mesin penghancur limbah
styrofoam . Prinsip kerja dari alat penghancur styrofoam adalah menggunakan
tenaga dari motor listrik 1 Hp. Daya dari motor ini ditransmisikan dengan pulley dan sabuk. Putaran mesin direduksi dengan perbandingan pulley 1:2 dan
dihubungkan oleh sabuk dengan panjang 51 inchi. Pisau penghancur
Corong masuknya styrofoam
Motor Listrik Laci tempat
menampung hasil produksi
Rangka mesin
commit to user
Material styrofoam dimasukkan melalui corong yang kemudian akan dihancurkan oleh pisau yang didesain dari beberapa sikat kawat yang disusun
dengan bantuan poros bertingkat. Hasil dari styrofoam yang telah dihancurkan akan turun ke bawah dan ditampung oleh laci yang telah disiapkan.
3.2. Diagram Alur Proses Perancangan Konstruksi
Proses perancangan konstruksi alat penghancur styrofoam ini seperti terlihat pada diagram di bawah:
Gambar. 3.2. Flow chart perencanaan dan perhitungan
commit to user
3.3. Analisa Rangka
Rangka mesin penghancur styrofoam ini terbuat dari baja ST 37 profil L dengan ukuran 50 x 50 x 4. Informasi yang berkaitan dengan bahan tersebut
adalah sebagai berikut : Gunawan : 1988 : 33.
a. Bahan ST 37 profil L 50 x 50 x 4
Tegangan ultimate σ
u
= 370 Nmm
2
. Momen inersia I:
I
x
= 14,4. 10
4
mm
4
I
y
= 3,74. 10
4
mm
4
Ukuran penampang Panjang H
= 50 mm Lebar B
= 50 mm Luas penampang A = 389200 mm
2
Mencari gaya yang paling besar ·
Gaya pada poros pisau penghancur Torsi pisau = Torsi pulley
F
pisau
. r
pisau
= F
pulley
. r
pulley
F
pisau
. 76,2 mm = 128. 76,2 mm F
pisau
= 128 N
Gambar. 3.3. Gaya yang bekerja pada poros
128 N 128 N
commit to user
· Kesetimbangan gaya luar
A
= 0 F
pisau
. 95 – R
B
. 190 + F
pulley
. 260 = 0 128 . 95 - R
B
. 190 + 128. 260 = 0 45440
− R
B
. 190 = 0 R
B
= 239,16 N
Y
= 0 R
A
+ R
B
− F
pu lley
− F
p isau
= 0 R
A
+ 239,16 –128– 128 = 0 R
A
= 16,84 N ·
Gaya pada motor penggerak Berasal dari berat motor listrik yang ditumpu oleh 4 baut.
F = 1904 = 47,5 N Jadi gaya yang dipakai acuan adalah gaya pada R
B
yaitu 239,16 karena merupakan gaya yang paling besar.
3.3.1. Analisa Kekuatan Rangka Utama
Gambar di bawah ini menjelaskan tentang free body diagram dari rangka mesin penghancur styrofoam.
a. Kerangka kaku yang akan ditinjau b. Kurva elastis
Gambar 3.4. FBD rangka mesin penghancur styrofoam
239,16 N 239,16 N
commit to user
Setelah mengetahui FBD dari rangka mesin penghancur styrofoam, kemudian memisahkan tiap batang untuk mengetahui momen ujung
terjepit seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.5.
b. Diagram benda bebas momen ujung terjepit Gambar 3.5. Kerangka kaku mesin penghancur styrofoam
a. Menentukan momen ujung terjepit pada tiap anggota. ·
Momen ujung terjepit pada batang A-B M
O1
= 0 N.mm ·
Momen ujung terjepit pada batang B-C - M
O2
= M
O3
=
2 2
. .
L b
a P
= mm
N .
5 ,
12524 400
210 .
190 .
16 ,
239
2 2
= M
O3
= mm
N .
5 ,
12524 M
O2
=
mm N
. 5
, 12524
-
239,16 N
commit to user
Momen ujung terjepit pada batang C-D M
O4
= 0 N.mm b.
Persamaan-persamaan perubahan sudut pada tiap anggota. ·
M
1
= M
O1
+ 2
L 2EI
B A
q q
+ = 0 +
2 650
2EI
A B
q q
+ M
1
= 0,00615 EI θ
B
+ 0,003076 EI θ
A
· M
2
= M
O2
+ 2
L 2EI
B C
q q
+ = - 12524,5 +
2 400
2EI
C B
q q
+ M
2
= -12524,5 + 0,01 EI
θ
B
+ 0,005 EI θ
C
· M
3
= M
O3
+ 2
L 2EI
C B
q q
+ = 12524,5 +
2 400
2EI
B C
q q
+ M
3
= 12524,5 + 0,01 EI
θ
C
+ 0,005 EI θ
B
· M
4
= M
O4
+ 2
L 2EI
D C
q q
+ = 0 +
2 650
2EI
D C
q q
+ M
4
= 0,00615 EI θ
C
+ 0,003076 EI θ
D
Pada kerangka kaku diatas dapat dilihat tumpuan yang dipakai untuk menumpu tiang utama adalah sendi, sehingga tidak terjadi perubahan sudut dan
momen pada titik A dan D atau nilainya adalah 0. Pada batang B – C dijepit ujung– ujungnya sehingga akan timbul momen dan perubahan sudut pada ujung
batang B – C . Persamaan-persamaan diatas dapat disederhanakan menjadi lebih mudah seperti dibawah ini:
M
1
= 0,00615 EI θ
B
M
2
= -12524,5 + 0,01 EI θ
B
+ 0,005 EI θ
C
M
3
= 12524,5 + 0,01 EI θ
C
+ 0,005 EI θ
B
M
4
= 0,00615 EI θ
C
commit to user
c. Syarat keseimbangan titik hubung ·
M
1
+ M
2
= 0 0,00615 EI θ
B
+ -20952,74 + 0,01 EI
θ
B
+ 0,005 EI θ
C
= 0 0,01615 EI
θ
B
+ 0,005 EI
θ
C
= 12524,5 ·
-M
3
- M
4
= 0 -12524,5 + 0,01 EI
θ
C
+ 0,005 EI θ
B
- 0,00615 EI θ
C
= 0 -0,005 EI
θ
B
- 0,0165I θ
C
= 12524,5 Dari keseimbangan titik hubung diatas didapat dua persamaan untuk
menentukan nilai dari perubahan sudut titik hubung B dan C. 0,01615 EI
θ
B
+ 0,005 EI θ
C
= 12524,5 1
- 0,005 EI θ
B
- 0,01615 EI θ
C
= 12524,5 2
d. Mencari nilai θ
B
dan θ
C
: - Mengubah persamaan 1 menjadi persamaan di bawah:
0,01615 EI θ
B
+ 0,005 EI θ
C
= 12524,5 0,01615 EI
θ
B
= 12524,5 - 0,005 EI θ
C
EI θ
B
= 775510,8359 - 0,309 EI θ
C
3 Subtitusi persamaan 3 ke dalam persamaan 2:
-0,005 EI θ
B
- 0,01615 EI θ
C
= 12524,5 -0,005. 775510,8359 - 0,309 EI
θ
C
- 0,016155EI θ
C
= 12524,5 0,00155 EI
θ
C
- 3877,55 - 0,01615 EI θ
C
= 12524,5 - 0,014602012 EI
θ
C
= 16402,05418 EI
θ
C
= - 1123273,572 EI
θ
B
= 1123273,551 e. Mencari nilai momen yang muncul pada tiap anggota.
Dengan memasukkan nilai EI θ
B
dan EI θ
C
kedalam persamaan perubahan sudut diatas maka nilai momen dapat didapatkan sebagai
berikut :
commit to user
M
1
= 6908,132 N.mm M
2
= - 6908,132 N.mm M
3
= 6908,132 N.mm M
4
= - 6908,132 N.mm f. Momen maximum pada batang B-C.
4 .
max
L P
M =
=
4 400
. 128
M
max
= 12800 N.mm
g. Gambar diagaram yang dihasilkan: ·
Diagram momen. Penggambaran momen dilakukan pada sisi tekan, tanpa penunjukan
tanda positif dan negatif.
a.`Diagram momen lentur b. Kurva elastis Gambar 3.6. Diagram momen lentur dan kurva elastis rangka utama
400,1 N
commit to user
3.3.2. Analisa Kekuatan Bahan Profil Rangka
Kekuatan bahan ditinjau dari tegangan tarik Tegangan ultimate bahan Baja ST 37:
σ
u
= 4
370 Nmm
2
= 92,5 Nmm
2
Tegangan tarik yang terjadi pada batang B-C: σ =
A F
=
2
389200 128
mm N
= 3,29 . 10
-4
Nmm
2
Karena σ
u
σ jadi rangka aman. 3.4.
Perencanaan Pengelasan
Tegangan ultimate rangka = 370 Nmm
2
. Perhitungan berdasarkan tipe pengelasan seperti gambar di bawah ini.
Gambar 3.7. Bentuk pengelasan Dari data hasil perhitungan diatas diambil beban terberat untuk
dilakukan perhitungan yaitu 239,16 N. Data : b = 46 mm
l = 50 mm e = 200 mm
commit to user
P = 400,1N safety factor
= 4 =
= 92,5 kgmm
2
Menghitung tebal lebar pengelasan : Ø Mencari x dan y pada titik G
x = =
= 13,02
y = =
= 11,02 cos =
= = 0,85
Ø Momen inersia I = t
= t = t
= 46175,9 t mm
4
Ø Throat area A
= t . l + t . b = t . l + b = t . 50 + 46 = 96 t Ø Gaya geser langsung
= =
t 96
16 ,
239 =
t 5
, 2
Nmm
2
= =
9 ,
46175 02
, 13
. 200
. 16
, 239
= t
49 ,
13 Nmm
2
Ø Resultan dari gaya geser maksimum =
92,5
=
92,5
=
commit to user
92,5
=
= =
0,17 Maka s = 0,707 x t
= 0,707 x 0,17 = 0,12 mm Jadi tebal pengelasannya sebesar 0,12 mm.
3.5. Perencanaan Sambungan Baut
Dudukan motor penggerak - Daya motor = 1 HP = 745,69 watt
- Putaran mesin maksimal = 1420 rpm - Jari – jari titik tengan motor = 70 mm
- Safety factor = 2 -
= 370 Nmm
2
, = 230 Nmm
2
Perhitungan: Ø Torsi ekuivalen
T = =
= 205,51 Nm = 205510 Nmm Ø Gaya yang bekerja
F = =
= 2935,86 N Ø Diameter
Dihitung dari tegangan tarik ijin materialnya. F =
.
2935,86 =
.
2935,86 = 145,225
= =
= 4,49 à M6
commit to user
Dihitung dari tegangan geser ijin materialnya. F =
.
2935,86=
.
2935,86 = 90,275
= =
= 5,7 à M7 Diameter lubang baut pada motor adalah M10. Pada rangka dibuat slot
dengan diameter 12 mm.
commit to user
BAB IV PEMBUATAN DAN PEMBAHASAN
4.1. Pembuatan rangka
4.1.1. Bahan Rangka Profil L dengan ukuran 50 mm x 50 mm x 4 mm.
Gambar 4.1. Profil L 4.1.2. Langkah-langkahpembuatan
a. Memotong besi siku yang akan dirangkai menjadi rangka alat: ü Memotongbesi sikuukuran 400mm sebanyak 6 buah, sebagai
panjang rangka. ü Memotongbesi sikuukuran 280mm sebanyak 6 buah, sebagai
lebar rangka. ü Memotongbesi sikuukuran 650mm sebanyak 4 buah, sebagai
kaki-kaki rangka. b. Merangkai bagian-bagian rangka menyeting, mengelas
c. Menyusun bagian-bagianrangka sesuaidengangambar 4.2.
Kategori