44
b. Pada Stick
Dari gambar 3.10, dapat dilihat posisi Stick pada saat pengerukan yang akan mengalami pembebanan yang besar. Untuk menghitung beban yang dialami stick,
dapat dengan persamaan berikut.
Gambar 3.10 : Kondisi silinder Stick pada saat penggalian. ∑MB = 0 dengan arah jarum jam cw
Universitas Sumatera Utara
45 - Fp.Stick x 492,2 + Fp.Tanah x 3560,07 – Wp.Bucket x 3019,45 -
Wp.Stick x 996,05 = 0
Fp.Stick = 2
, 492
05 ,
996 .
45 ,
3019 .
07 ,
3560 .
x Stick
Wp x
Bucket Wp
x tnah
Fp −
−
Dimana: F Tanah
= gaya tahan tanah = 4,5 ton = 4500 kg lit3
Fp.tanah =
proyeksi gaya tanah kg =
F.Tanah x cos 2 W Bucket
= berat bucket kosong = 675 kg
Wp Bucket =
W Bucket x cos 45 =
675 x cos 45 = 477,29 kg
W.Stick =
Berat Stick = 999 kg Wp Stick
= W Stick x cos 37
= 999 x cos 37
= 797,83 kg Fp Stick
= Proyeksi gaya silinder Stick kg
Fs Stick =
Fps Stick cos 49 Sehingga:
Fp.Stick = 2
, 492
05 ,
996 83
, 797
45 ,
3019 9
, 477
07 ,
3560 25
, 4497
x x
x −
−
Fp.Stick = 27982,2 kg
Gaya yang ditanggung oleh silinder stick adalah :
Universitas Sumatera Utara
46 Gambar 3.11: Kondisi silinder stick pada saat pengerukan
Fps.Stik= 2
, 492
5 ,
997 18
cos 999
48 ,
2991 32
cos 675
5 ,
3348 7
cos 4500
x x
x x
x x
− −
Fps.Stick = 24981,27 kg
Maka beban yang dialami oleh silinder Stick adalah
Universitas Sumatera Utara
47 Fs.Stick =
57 cos
.stick Fps
= 57
cos 27
, 24981
= 45867,57 kg.
Tabel 3.3: Pembebanan max pada kondisi pembebanan
Kondisi Pembebanan Silinder
Beban yang dialami kg
1. Pengankutan beban penuh Boom
461204,20 Stick
730199,90 Bucket
2283,56 2. Menggali
Stick 42651,99
Bucket 21194,80
3.3. Analisa Beban Dinamis
Pada Bagian ini akan analisa beban pada kondisi dinamis, hal terpaut oleh percepatan yang terjadi pada silinder saat silinder tersebut mau bergerak dan
perlambatan yang terjadi saat akan berhenti dalam sebuah system, pada awal pergerakan silinder akan mengalami beban tinggi karena akan ada perlawanan
terhadap gaya gesek statis dan akhirnya beban ini akan turun kembali, hal tersebut dapat terlihat pada perhitungan berikut ini,
3.3.1. Pada Silinder Bucket
Universitas Sumatera Utara
48
60° 30°
Fxs. Bucket Fxs. Bucket
Fx. Pin
W. Bucket Fy. Pin
36° 54°
Fys. Bucket
Fx. Tanah
Fy. Tanah F. Tanah
Pembebanan pada bucket mengalami beban maksimum pada kondisi menggali, telah dikehaui pada analisa statis mengenai gaya yang bekerja pada
masing-masing komponen berikut ini merupakan nilai dari gaya yang ditumpu oleh pin bucket:
Gaya gaya yang terjadi pada pin bucket dapat dilihat pada gambar berikut ini,
Gambar 3.12: Posisi Pin Bucket Gaya yang terjadi dikondisikan pada beban pin maksimum yang dialami oleh silinder
bucket, karena gaya ini akan mempengaruhi besarnya gaya yang bekerja pada pin bucket:
- Gaya reaksi pada sumbu y Fy.Pin
Universitas Sumatera Utara
49 ∑Fy = Fy
Pin
+ Fy
tanah
-F
ys
.Bucket-W.
Bucket
= 0 Fy.Pin = Fys.Bucket-Fy.Tanah + W.Bucket
Dimana: Fy.Pin
= Gaya reaksi pin pada sumbu y kg Fs.Bucket
= Gaya silinder Bucket = 21194,80 kg Fys.Bucket
= Gaya silinder Bucket pada sumbu x kg W.Bucket
= Berat Bucket dalam keadaan beban kosong 675 kg F.Tanah
= Gaya tanah saat penggalian = 4500 kg F.pin
= Gaya reaksi pin pada sumbu y. Sehingga:
Fy.Pin = Fys.Bucket-Fy.Tanah + W.Bucket
Fy.Pin = Fs.Bucket x cos36
- F.Tanah x cos 60 + W.Bucket
Fy.Pin = 21194,80x cos36
- 4500 x cos 60 + 675
Fy.Pin = 15571,95 kg
- Gaya reaksi pada sumbu x Rpin.x
∑Fx = Fx
Pin
-Fxs.Bucket
tanah
-F
x
Tanah = 0
Fx.Pin = Fxs.Bucket + Fx.Tanah
Fx.Pin = Fs.Bucket x cos54
+ F.Tanah x cos 30 Fx.Pin =
21194,80x cos54 + 4500 x cos 60
Fx.Pin = 16354,6 kg
- Gaya dan momen yang bekerja pada pin bucket
Universitas Sumatera Utara
50
M M
W
M r
W
Dimana : R
F.pin
= Result reaksi gaya pada pin bucket.
=
2 2
.Pin Fy
FxPin +
=
2 2
95 ,
15571 6
, 16354
+ =
22582,28 kg
Dengan sudut α = tang
-1
59 ,
43 6
, 16354
95 ,
15571 =
= Fx
Fy
Gambar 3.13. a. Momen yang mengandung gaya gesek pada pin Bucket saat terjadi pergerakan
Universitas Sumatera Utara
51 Gambar 3.13 b. Uraian gaya yang timbul akibat pergerakan bucket oleh silinder
bucket W
= Berat yang ditumpu pin=R
F.
pin kg M
= Momen yang dihasilkan oleh gaya silinder Bucket M’
= Momen yang ditimbulkan saat pergerakan terjadi.
Gaya gesekan yang terjadi pada pin.
Sehingga didapat sebuah hubungan sebagai berikut:
- Gaya gesek pada pin
Gaya Gesek Statis Fs
Fs =
x x
r x
g x
R
Sratis FPin
µ
Dimana R
F.Pin
= Result Gaya reaksi pada pin kg R
= Jari-jari pin = 1802 mm Survei
µ
Statis
= koefisien gesek pada logam-logam 0,15-0,60 lamp 5 = 0,5 diambil
x = Jarak pin ke gaya silinder bucket mm
g = Percepatan grafitasi bumi = 9,81 ms
2
sehingga: Fs =
33 ,
201 5
, 90
81 ,
9 28
, 22582
x x
x Fs = 49515,45 N
Universitas Sumatera Utara
52
- Gaya Gesek dinamis F
d
Fd =
x dinamis
x r
x g
x R
µ
Dimana: µdinamis = Koefisien gesek pada logam-logam
0,75 µstatis lamp 5 =
0,75 x 0,5 = 0,375
Fd = 33
, 201
375 ,
90 81
, 9
28 ,
22582 x
x x
Fd = 37136,59 N
Silinder bucket ini melayani jarak perpindahan langkah sejauh = 309 mm dan dilakukan selama 5,4 detik lit3
Dalam perancangan ini direncanakan waktu yang dibutuhkan untuk melakukan percepatan saat akan mulai bergerak t
1
= 1,2 detik, sedangkan pada saat mencapai kecepatan konstan waktu t
1
direncanakan 3 detik, sedangkan pada saat akan mau berhenti waktu direncanakan t
3
= 1,2 detik.
Kondisi ini dapat dianalogikan dengan persamaan sebagai berikut: Jarak total yang ditempuh oleh piston S
S = S
1
+ S
2
+ S
3
Dimana S
1
= Jarak tempuh saat percepatan terjadi mm S
2
= Jarak tempuh saat percepatan konstan a=0 mm S
3
= Jarak tempuh saat perlambatan terjadi mm.
Pada kondisi percepatan dan perlambatan berlaku persamaan jarak:
Universitas Sumatera Utara
53 S =
2
2 1
t x
a x
S =
2 1
1 1
2
2 1
t x
t V
V −
Kecepatan awal V
1
= 0 ms S =
1 2
2 1
t x
V x
Pada kondisi ini diasumsikan percepatan dan perlambatan mengalami waktu yang sama t
1 =
t
2
sehingga S
1 =
S
2
sedangkan pada kondisi kecepatan Konstan a =0, jarak yang ditempuh
S
2
= V
2
x t
2
Jadi kecepatan 2 diperoleh: S = 2 S
1
+ S
2
S =
2 2
1 2
2 1
2 t
V x
t V
S = V
2
t
1 +
t
2
V
2
=
2 1
t t
S +
V
2
= 3
2 ,
1 309
+ = 73.5 mms = 0,0735 ms
Dan bila diplotkan dalam grafik akan akan terlihat seperti grafik dibawah ini.
Universitas Sumatera Utara
54
Kecepatan Vs Waktu Silinder Bucket
20 40
60 80
1 2
3 4
5 6
Waktu det K
e c
e p
a ta
n m
m s
Grafik 3.4. Kec Vs Waktu silinder Bucket Kecendrungan grafis yang menaik menunjukkan mengalami percepatan, garis
mendatar menunjukkan kecepatan konstan dan menurun menunjukkan piston mengalami perlambatan.
Sehingga jarak S
1
dan S
1
adalah:
S
1
=
1 2
2 1
t x
V x
S
1
=
2 ,
1 5
, 73
2 1
x x
S
1
= 44,1 mm = 0,0441 m
Dan jarak S
2
adalah: S
2
= V
2
x t
2
S
2
= 73,5 x 3 S
2
= 220,5 mm = 0,2205 m Percepatan yang terjadi adalah sama dengan perlambatan yang terjadi sehingga:
Universitas Sumatera Utara
55 a =
1 1
2
t V
V −
a = 2
, 1
5 ,
73 −
== 61,25 mms
2
- Gaya yang dibutuhkan piston untuk mulai bergerak adalah
Fa = m x a
Dimana Fa
= Gaya piston untuk mulai bergerak N m
= Massa yang dipindahkan oleh piston beban maksimal = 21194,80 kg
a = Percepatan yang terjadi 0,06125 ms
2
sehingga
Fa = m x a
Fa = 21194,8 x 0,06125
Fa = 1298, 18 N
- Gaya gesek yang terjadi pada silinder bucket adalah:
Akibat adanya perapat maka akan terjadi gaya gesekan pada dinding dalam piston Gaya yang terjadi:
Fr = Fs x 0,03 Dimana:
Fr = Gaya gesek silinder akibat adaya perapat N
Fs = Gaya gesek statis = 49515,45 N
Sehingga
Universitas Sumatera Utara
56 Fr = Fs x 0,03
Fr = 49515,45 x 0,03
Fr = 1485,46 N Gaya yang ditimbulkan akibat gesekan pada dinding piston dalam adalah : 1485,46
N.
- Gaya total yang dibutuhkan untuk mulai melakukan gerak Ft adalah:
Ft = Fa + Fs + Fr Ft = 1298,18 + 49515,45 + 1485, 46
Ft = 52299,09 N
- Gaya yang dibutuhkan selama kecepatan konstan adalah:
Gaya yang dibutuhkan untuk melawan gaya gerak dinamis Fdinamis Fd = 37136,59 N
Perubahan pembebanan dapad dilihat pada grafik ini.
Beban Vs Waktu Silinder Bucket
10000 20000
30000 40000
50000 60000
1 2
3 4
5 6
Waktu det B
e b
a n
N
Universitas Sumatera Utara
57 Grafik 3.5. Beban Vs Waktu Silinder Bucket
Dari grafik terlihat bahwa beban pada saat piston akan bergerak akan mengalami pembebanan yang besar, hal ini disebabkan oleh gaya gesek statis yang terjadi pada
awal pergerakan, tapi setelah gesekan ini hilang maka piston akan mengalami beban yang besifat dinamis, selanjutnya beban kembali menurun karena akan berhenti.
- Tekanan kerja yang diperlukan P
kerja
=
A F
t
Dimana: F
t =
Gaya total untuk menggerakkan piston = 52299,09 N
P = Tekanan kerja Mpa
A = Luas Piston =
2
4 1
D x
π , D = 0,120 dirancang
=
2
12 ,
4 1
x
π = 0,0113 m
2
Maka : P
kerja
= 0113
, 09
, 52299
= 4628238,05 Pa = 4,62 Mpa
-Kapasitas aliran yang dibutuhkan untuk kerja ini adalah:
Q = A x V
Dimana: Q = Kapasitas aliran fluida hidraulik m
3
s A = Luas permukaan piston m
2
V = Kecepatan Piston ms = V
2
= 0,0735 ms Sehingga:
Q = A x V Q = 0,0113 m
2
x 0,0735 ms Q = 0,00083 m
3
s
Universitas Sumatera Utara
58
Kapasitas Vs Langkah Silinder Bucket
0.0002 0.0004
0.0006 0.0008
0.001
50 100
150 200
250 300
350
Langkah mm K
a p
a s
it a
s m
3 s
Grafik 3.6. Kapasitas Vs Langkah silinder bucket
Grafik diatas menunjukkan kapasitas yang terjadi pada langkah silinder bucket
3.2.2. Pada Silinder Stick
- Gaya Gesek pada Pin
Gaya yang terjadi dikondisikan pada beban maksimum yang dialami oleh silinder stick, karena gaya ini akan mempengaruhi besarnya gaya yang bekerja pada pin Stick
berikut ini.
- Gaya reaksi pin pada sumbu y Fy.pin
∑Fy = 0 Fy.pin + Fpy.Stick- W.Bucket- W.Stick
Dimana: Fy.pin
= Gaya reaksi pin pada sumbu y kg Fs.stick
= Gaya silinder Stick pada beban maksimum y kg
Universitas Sumatera Utara
59
W. Bucket W. Stick
495.5 1°
89° Fx. Pin
Fy. Pin Fpy. Stick
Fpx. Stick Fs. Stick
Fpy.stick = F
S
.Stick x cos 89 = 730199,9 x cos 89
= 12743,75 kg Gaya –gaya yang terjadi pada pin stick dapat terlihat pada gambar berikut ini.
Universitas Sumatera Utara
60 Gambar3.14. Posisi Pin Stick
W.Bucket = Berat Bucket dalam keadaan beban penuh 1700,73 kg W.Stick = Berat Stick 999 kg
Sehingga: Fy.Pin + Fpy.Stick-W.Bucket- W.Stick = 0
Fy.Pin = - Fpy.Stick + W.Bucket + W.Stick Fy.Pin = -12743,75 + 1700,73 + 999
Fy.Pin = -10035 kg Fy.Pin = 10035 kg
- Gaya reaksi pin pada sumbu x Rpin.x
∑Fx= -Fxpin + Fxs.Stick = 0 Dimana
Fxpin = Proyeksi gaya pin arah sumbu x kg
Fxs.Stick = Proyeksi gaya silinder stick pada sumbu x kg
Sehingga: Fxpin = Fxs.Stick
Fxpin = Fs.Stick x cos 1 Fxpin = 730088,68 kg
-Gaya dan momen yang bekerja pada pin Stick
Universitas Sumatera Utara
61 Gambar 3.15:
a. Uraian gaya yang timbul akibat pergerakan stick oleh silinder stick
b. Momen yang mengandung gaya gesek pada pin Stick saat terjadi
pergerakan Dimana:
R
F
.pin = Result reaksi pada pin bucket.
=
2 2
.Pin Fy
FxPin +
=
2 2
02 ,
10035 68
, 730088
+
= 730157,6 kg
= dengan sudut α = Tang
-1
78 ,
68 ,
730088 02
, 10035
= =
Fx Fy
W = Berat yang ditumpu pin=R
F.
pin kg M
= Momen yang dihasilkan oleh gaya silinder Bucket M’
= Momen yang ditimbulkan saat pergerakan terjadi
Universitas Sumatera Utara
62 Gaya gesekan yang terjadi di pin sehingga didapat sebuah hubungan sebagai berikut:
- Gaya gesek pada pin
Gaya gesek statis F
s
Fs =
x x
r x
g x
R
Sratis FPin
µ
Dimana: R
F.Pin
= Result Gaya reaksi pada pin kg R
= Jari-jari pin = 1802 mm Survei
µ
Statis
= koefisien gesek pada logam-logam 0,15-0,60 lamp 5 = 0,5 diambil
x = Jarak pin ke gaya silinder bucket mm
g = Percepatan grafitasi bumi =9,81 ms
2
sehingga: Fs =
56 ,
495 5
, 90
81 ,
9 6
, 730157
x x
x Fs = 650431,98 N
- Gaya Gesek dinamis F
d
Fd =
x dinamis
x r
x g
x R
µ
Dimana: µdinamis = Koefisien gesek pada logam-logam
0,75 µstatis lamp 5 =
0,75 x 0,5 = 0,375
Universitas Sumatera Utara
63 Fd =
56 ,
495 375
, 90
81 ,
9 6
, 730157
x x
x Fd = 455302,38 N
Silinder Stick ini melanyani jarak perpindahan langkah sejauh = 924 mm dan dilakukan selama 5,4 detik.
Dalam perancangan ini direncanakan waktu yang dibutuhkan untuk melakukan percepatan saat akan dimulai bergerak t
1
=1,4 detik, sedangkan pada saat mencapai kec konstan waktu t
2
direncankan 2,6 detik, sedangkan pada saat akan mau berhenti waktu direncanakan t
3
1,4 detik.
Kondisi ini dapat dianalogikan dengan persamaan sebagai berikut: Jarak total yang ditempuh oleh piston S
S = S
1
+ S
2
+ S
3
Dimana S
1
= Jarak tempuh saat percepatan terjadi mm S
2
= Jarak tempuh saat percepatan konstan a=0 mm S
3
= Jarak tempuh saat perlambatan terjadi mm.
Pada kondisi percepatan dan perlambatan berlaku persamaan jarak: S =
2
2 1
t x
a x
S =
2 1
1 1
2
2 1
t x
t V
V −
Kecepatan awal V
1
= 0 ms
S =
1 2
2 1
t x
V x
Pada kondisi ini diasumsikan percepatan dan perlambatan mengalami waktu yang sama t
1 =
t
2
sehingga S
1 =
S
3
sedangkan pada kondisi kecepatan Konstan a =0, jarak yang ditempuh
Universitas Sumatera Utara
64
S
2
= V
2
x t
2
Jadi kecepatan 2 diperoleh: S = 2 S
1
+ S
2
S =
2 2
1 2
2 1
2 t
V x
t V
S = V
2
t
1 +
t
2
V
2
=
2 1
t t
S +
V
2
= 6
, 2
4 ,
1 924
+ = 231 mms = 0,231 ms
Dan bila diplotkan dalam grafik akan akan terlihat seperti grafik dibawah ini.
Kecepatan Vs Waktu Silinder Stick
50 100
150 200
250
1 2
3 4
5 6
Waktu det K
e c
e p
a ta
n m
m s
Grafik 3.7. Kec Vs Waktu Silinder Stick
Universitas Sumatera Utara
65 Kecendrungan gari yang menaik menunjukkan mengalami percepatan, garis
mendatar menunjukkan kecepatan konstan dan menurun menunjukkan piston mengalami perlambatan.
Sehingga jarak S
1
dan S
3
adalah:
S
1
=
1 2
2 1
t x
V x
S
1
= 4
, 1
231 2
1 x
x
S
1
= 161,7 mm = 0,1617 m
Dan jarak S
2
adalah: S
2
= V
2
x t
2
S
2
= 231 x 2,6 S
2
= 600,6 mm = 0,6 m
Percepatan yang terjadi adalah sama dengan perlambatan yang terjadi sehingga: a =
1 1
2
t V
V −
a = 4
, 1
231 −
== 165 mms
2
= 0,165 ms
2
- Gaya yang dibutuhkan piston untuk mulai bergerak adalah
Fa = m x a
Dimana Fa
= Gaya piston untuk mulai bergerak N m
= Massa yang dipindahkan oleh piston beban maksimal = 730199,9 kg
a = Percepatan yang terjadi 0,165 ms
2
sehingga
Fa = m x a
Universitas Sumatera Utara
66
Beban Vs Waktu Silinder Stick
800000 1000000
tu det e
b a
n N
Fa = 730199,9 x 0,165
Fa = 120482,98 N
- Gaya gesek yang terjadi pada silinder bucket adalah:
Akibat adanya perapat maka akan terjadi gaya gesekan pada dinding dalam piston Gaya yang terjadi:
Fr = Fs x 0,03 Dimana:
Fr = Gaya gesek silinder akibat adaya perapat N
Fs = Gaya gesek statis = 650431,98 N
Sehingga Fr = Fs x 0,03
Fr = 650431,98 x 0,03 Fr = 19513 N
Gaya yang ditimbulkan akibat gesekan pada dinding piston dalam adalah : 535,09 N.
- Gaya total yang dibutuhkan untuk mulai melakukan gerak Ft adalah:
Ft = Fa + Fs + Fr Ft = 120482,98 + 650431,98 + 19513
Ft = 790427,93 N
- Gaya yang dibutuhkan selama kecepatan konstan adalah:
Gaya yang dibutuhkan untuk melawan gaya gerak dinamis Fdinamis Fd = 455302,38 N
Perubahan pembebanan dapat dilihat pada grafik dibawah ini. Dari grafik terlihat bahwa beban pada piston akan bergerak akan mengalami
pembebanan yang besar, hal ini disebabkan oleh gaya gesek stasis yang terjadi pada awal pergerakan, tapi setelah gesekan ini hilang maka piston akan mengalami beban
yang bersifat dinamis, selanjutnya beban kembali menurun karena akan berhenti.
Universitas Sumatera Utara
67 Grafik 3.8. Beban Vs Wakatu silinder Stick
-Tekanan kerja yang diperlukan P
kerja
=
A F
t
Dimana: F
t =
Gaya total untuk menggerakkan piston = 790427,93N
P = Tekanan kerja Mpa
A = Luas Piston
memilki batang
= Luas piston-Luas permukaan batang piston =
2
4 1
D x
π -
2
4 1
b
D x
π
= 4
1
2 2
b
D D
− π
Dimana D = Diameter piston = 0,25 dirancang
Universitas Sumatera Utara
68 D
b
= Diameter batang = 0,5-0,7 x D Lit 12, hal 269
Sehingga : =
175 ,
25 ,
4 1
2 2
−
π = 0,025 m
2
Maka : P
kerja
= 025
, 93
, 790427
= 31617118,4 Pa = 31,6 Mpa
-Kapasitas aliran yang dibutuhkan untuk kerja ini adalah:
Q = A x V
Dimana: Q = Kapasitas aliran fluida hidraulik m
3
s A = Luas permukaan piston m
2
permukaan tanpa batang =
2
4 1
D
π =
2
25 ,
4 1
x x
π = 0,049 m
2
V = Kecepatan Piston ms = V
2
= 0,0231 ms Sehingga:
Q = A x V Q = 0,049 m
2
x 0,231 ms Q = 0,0113 m
3
s
Universitas Sumatera Utara
69
Kapasitas Vs Langkah Silinder Stick
0.002 0.004
0.006 0.008
0.01 0.012
200 400
600 800
1000
Langkah mm K
a p
a s
it a
s m
3 s
Grafik 3.9. Kapasitas Vs Langkah
Grafik ini menunjukkan kapasitas yang terjadi pada silinder stick.
3.3.3. Pada Silinder Boom
- Gaya Gesek
Gaya yang terjadi dikondisikan pada beban maksimum yang dialami oleh silinder Boom, karena gaya ini akan mempengaruhi besarnya gaya yang bekerja pada pin
Boom berikut ini.
- Gaya Reaksi pin pada sumbu y F
y.pin
∑Fy = 0 Fy.pin -Fsy.boom- W.Bucket- W.Stick-W.Boom = 0
Dimana:
Universitas Sumatera Utara
70
W. Bucket W. Stick
88° FxPin
W. Boom Fpy. Boom
FyPin Fpx. Boom
02
Fy.Pin = Gaya reaksi pin pada sumbu y kg
Fs.Boom = Gaya silinder Boom pada beban maximal 416204,20 kg
W.Bucket = Berat Bucket dalam keadaan beban Penuh 1700,73kg
W.Stick = Berat Stick 999kg
W.Boom = Berat Boom 2030 kg
Gaya –gaya yang terjadi pada pin Boom dapat terlihat pada gambar berikut ini,
Gambar 3.16. Posisi Pin Boom Fy.pin = Fsy.boom + W.Bucket + W.Stick + W.Boom
Sehingga Fy.pin = 416204,20 x cos 88
+ 1700,73 + 999 + 2030 Fy.pin = 19255N
Universitas Sumatera Utara
71
M
Fx.pin = Fs. Boom x cos 2 Fx.pin = 416204,2 x cos 2
Fx.pin = 415950,6 N Gaya dan momen yang bekerja pada pin boom.
Gambar 3.17. a. Uraian gaya timbul akibat pergerakan boom oleh silinder Bucket b. Momen’ yang mengandung gaya gesek pada pin Boom saat terjadi
pergerakan Dimana:
R
F
.pin = Result reaksi pada pin boom.
=
2 2
.Pin Fy
FxPin +
=
2 2
19255 6
, 415950
+
Universitas Sumatera Utara
72 = 416396,03 kg
= dengan sudut α = Tang
-1
65 ,
2 6
, 415950
19255 =
= Fx
Fy
W = Berat yang ditumpu pin=R
F.
pin kg M
= Momen yang dihasilkan oleh gaya silinder Boom M’
= Momen yang ditimbulkan saat pergerakan terjadi
Gaya Gesek yang terjadi pada pin
Sehingga di dapat sebuah hubungan sebagai berikut:
- Gaya Gesek pada pin
Gaya gesek statis F
s
Fs =
x x
r x
g x
R
Sratis RPin
µ
Dimana: R
R.Pin
= Result Gaya reaksi pada pin kg R
= Jari-jari pin = 1852 mm Survei
µ
Statis
= koefisien gesek pada logam-logam 0,15-0,60 lamp 5 = 0,55 diambil
x = Jarak pin ke gaya silinder bucket mm
g = Percepatan grafitasi bumi =9,81 ms
2
sehingga: Fs =
82 ,
1931 5
, 90
81 ,
9 03
, 41639
x x
x Fs = 107575,49 N
Universitas Sumatera Utara
73 -Gaya Gesek dinamis F
d
Fd =
x dinamis
x r
x g
x R
µ
Dimana: µdinamis = Koefisien gesek pada logam-logam
0,75 µstatis lamp 5 =
0,75 x 0,55 = 0,4125 Fd =
82 ,
1931 4125
, 9225
81 ,
9 03
, 416396
x x
x Fd = 416396,03 kg
Fd = 80681,62 N
Silinder Boom ini melanyani jarak perpindahan langkah sejauh = 689 mm dan dilakukan selama 5,4 detik. lit3
Dalam perancangan ini direncanakan waktu yang dibutuhkan untuk melakukan percepatan saat akan dimulai bergerak t
1
=1 detik, sedangkan pada saat mencapai kec konstan waktu t
2
direncankan 3,4 detik, sedangkan pada saat akan mau berhenti waktu direncanakan t
3
1 detik.
Kondisi ini dapat dianalogikan dengan persamaan sebagai berikut: Jarak total yang ditempuh oleh piston S
S = S
1
+ S
2
+ S
3
Dimana S
1
= Jarak tempuh saat percepatan terjadi mm S
2
= Jarak tempuh saat percepatan konstan a=0 mm S
3
= Jarak tempuh saat perlambatan terjadi mm. Pada kondisi percepatan dan perlambatan berlaku persamaan jarak:
S =
2
2 1
t x
a x
S =
2 1
1 1
2
2 1
t x
t V
V −
Universitas Sumatera Utara
74 Kecepatan awal V
1
= 0 ms
S =
1 2
2 1
t x
V x
Pada kondisi ini diasumsikan percepatan dan perlambatan mengalami waktu yang sama t
1 =
t
2
sehingga S
1 =
S
3
sedangkan pada kondisi kecepatan Konstan a =0, jarak yang ditempuh S
2
= V
2
x t
2
Jadi kecepatan 2 diperoleh: S = 2 S
1
+ S
2
S =
2 2
1 2
2 1
2 t
V x
t V
S = V
2
t
1 +
t
2
V
2
=
2 1
t t
S +
V
2
= 4
, 3
1 689
+ = 156,6 mms = 0,1566 ms
Dan bila diplotkan dalam grafik akan akan terlihat seperti grafik dibawah ini.
Kecepatan Vs Waktu Silinder Boom
100 150
200
tu det K
e c
e p
a ta
n m
m s
Universitas Sumatera Utara
75 Grafik 3.10. Kec Vs Waktu Silinder Boom.
Kecendrungan garis yang menaik menunjukkan mengalami percepatan, garis mendatar menunjukkan kecepatan konstan dan menurun menunjukkan piston
mengalami perlambatan. Sehingga jarak S
1
dan S
3
adalah: S
1
=
1 2
2 1
t x
V x
S
1
=
1 6
, 156
2 1
x x
S
1
= 78,3 mm = 0,0783 m
Dan jarak S
2
adalah: S
2
= V
2
x t
2
S
2
= 156 x 3,4 S
2
= 532,44 mm = 0,5324 m Percepatan yang terjadi adalah sama dengan perlambatan yang terjadi sehingga:
a =
1 1
2
t V
V −
a =
1 156
−
== 156 mms
2
= 0,156 ms
2
- Gaya yang dibutuhkan piston untuk mulai bergerak adalah
Universitas Sumatera Utara
76
Fa = m x a
Dimana Fa
= Gaya piston untuk mulai bergerak N m
= Massa yang dipindahkan oleh piston beban maksimal = 416204,20 kg
a = Percepatan yang terjadi 0,156 ms
2
sehingga
Fa = m x a
Fa = 416204,20 x 0,156
Fa = 64927,85 N
- Gaya gesek yang terjadi pada silinder bucket adalah:
Akibat adanya perapat maka akan terjadi gaya gesekan pada dinding dalam piston Gaya yang terjadi:
Fr = Fs x 0,03 Dimana:
Fr = Gaya gesek silinder akibat adaya perapat N
Fs = Gaya gesek statis = 107575,.49 N
Sehingga Fr = Fs x 0,03
Fr = 107575,.49 x 0,03 Fr = 3227,26 N
Gaya yang ditimbulkan akibat gesekan pada dinding piston dalam adalah : 3227,26 N.
- Gaya total yang dibutuhkan untuk mulai melakukan gerak Ft adalah:
Ft = Fa + Fs + Fr Ft = 64927,85 + 107575,.49 + 3227,26
Universitas Sumatera Utara
77 Ft = 175690,98 N
- Gaya yang dibutuhkan selama kecepatan konstan adalah:
Gaya yang dibutuhkan untuk melawan gaya gerak dinamis Fdinamis Fd = 80681,62 N
Perubahan pembebanan dapat dilihat pada grafik dibawah ini. Dari grafik terlihat bahwa beban pada saat piston akan bergerak akan mengalami
pembebanan yang besar, hal ini disebabkan oleh gaya gesek stasis yang terjadi pada awal pergerakan, tapi setelah gesekan ini hilang maka piston akan mengalami beban
yang bersifat dinamis, selanjutnya beban kembali menurun karena akan berhenti.
Beban Vs Waktu Silinder Boom
200000 400000
600000 800000
1000000 1200000
1 2
3 4
5 6
Waktu det B
e b
a n
k g
Grafik 3.11. Beban Vs Langkah silinder Boom
- Tekanan kerja yang diperlukan
P
kerja
=
A F
t
Universitas Sumatera Utara
78 Dimana:
F
t =
Gaya total untuk menggerakkan piston Khusus pada piston boom terdapat 2 buah piston sehingga gaya yang
dihasilkan akan terbagi menjadi 2, gaya yang dibebani oleh 1 piston boom adalah.
F
t
= 175690,98
t
F 2
1
=175690,98 N F
t
= 87845,49 N
P = Tekanan kerja Mpa
A = Luas Piston
=
2
4 1
D x
π ,D = 0,120 m dirancang
=
2
12 ,
4 1
x
π m
= 0,0113 m
2
Maka : P
kerja
= 0113
, 49
, 87845
= 7767246,64 Pa = 7,7 Mpa
- Kapasitas aliran yang dibutuhkan untuk kerja ini adalah:
Q = A x V
Dimana: Q = Kapasitas aliran fluida hidraulik m
3
s A = Luas permukaan piston m
2
V = Kecepatan Piston ms = V
2
= 0,1566 ms
Universitas Sumatera Utara
79 Sehingga:
Q = A x V Q = 0,0113 m
2
x 0,1566 ms Q = 0,00177 m
3
s
Kapasitas Vs Langkah Silinder Boom
0.0005 0.001
0.0015 0.002
100 200
300 400
500 600
700 800
Langkah mm K
a p
a s
it a
s m
3 s
Grafik 3.12. Kapasitas Vs Langkah Grafik 3.12. menunjukkan kapasitas yang terjadi pada langkah silinder Stick
.
Dari perhitungan diperoleh kapasitas Piston aliran fluida hidraulik adalah
Q
Bucket
= 0,00083 m
3
s
Q
Stik
= 0,0113 m
3
s
Universitas Sumatera Utara
80
B A
A
2 1
02 1
Q
Boom
= 0,0177 m
3
s
Khusus untuk kapasitas silinder boom terdiri dua piston yang terdapat di sebalah kanan dan sebelah kiri Boom.
Dari ketiga piston tersebut diperoleh bahwa aliran fluida hidrulik yang paling besar adalah piston Boom.
Jadi total kapasitas aliran fluida hidraulik
Q
Total
adalah:
Q
Total
=
Q
Bucket
+
Q
Stik
+ 2
Q
Boom
= 0,00083 m
3
s + 0,0113 m
3
s + 2 0,0177m
3
s
Q
Total
= 0,01567 m
3
s
3.4. Analisa Kinematika
Kategori