σ
b
=
3
50 944189,795
313600 784000
1 2
, 10
+ +
= 166,61 Nmm
2
Maka tegangan lentur yang terjadi adalah 166,61 Nmm
2
.
3.3 Penentuan sifat fisik dan mekanik dari material
Brass adalah material yang di gunakan untuk bantalan luncur pada lori di PTPN III. Sifat Fisis dan mekanis dari bahan Machine Design Databook, 2004
dapat dilihat pada tabel 3.1:
Tabel 3.1. Sifat Fisis dan Mekanis Material Brass
No Sifat Fisis
Nilai 1
Modulus Elastisitas E 106 GPa
2 Possion Ratio
0.324 3
Density 8,55 gcm
3
4 Yield Strenght
210 MPa 5
Ultimate Tensile Streght 372,48 MPa
6 Hardness Number
54 - 142 BHN
3.4. Perhitungan Gaya pada Bantalan
Lori berfungsi mengangkut buah dari Loading Ramp kedalam rebusan yang bermuatan 8 lori, kapasitas satu lori 2,5 ton dan berat lori 1,5 ton, yang
bergerak diatas rel. Bantalan yang digunakan lori adalah bantalan luncur journal bearing.
Konstruksi poros lori lori dapat dilihat pada gambar 3.2. sebagai berikut :
Universitas Sumatera Utara
37
Gambar 3.2. Konstruksi Poros Lori
Universitas Sumatera Utara
d=50 D=75
69
Analisa yang dilakukan terhadap kegagalan bantalan luncur adalah keausan akibat gesekan.
Studi kasus dilakukan pada bantalan poros roda lori yang materialnya dari brass gambar 3.3, karena komponen ini sangat rentan dengan kerusakan
disebabkan selama pabrik beroperasi lori pengangkut selalu digunakan. Data teknis komponen struktur bantalan poros lori data investigasi lapangan
adalah sebagai berikut :
Gambar 3.3. Konstruksi Bantalan Poros Lori
Setelah melakukan pengukuran terhadap bantalan, poros dan roda lori, baik ukuran sebelum beroperasi maupun ukuran setelah beroperasi dan terjadi
kegagalan, diperoleh data-data seperti pada tabel 3.2.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 3.2. Data-data Poros dan Bantalan
No Nama Ukuran
Baru Bekas
1 Diameter roda
24 mm 23,5 mm
2 Diameter poros
50 mm 49,25 mm
3 Diameter luar bantalan
75 mm 75 mm
4 Diameter dalam bantalan
50 mm Hor = 50,1 mm
Ver = 54,5 mm 5
Panjang bantalan 69 mm
69,1 mm 6
Jarak bantalan 0,82 m
7 Jarak rel
0,6 m 8
Jarak tempuh lori sekali jalan 115 m
9 Jarak sumbu poros
0,91 m 10
Berat lori dan muatan 4 ton
11 Jumlah jalan perhari
6 kali bolak balik 12
Lama pemakaian bantalan. 1 tahun
13 Bahan bantalan
Brass 14
Jumlah bantalan tiap lori 4 buah
15 Daerah penipisan bantalan
Pada bagian atas
Sumber : Pengamatan dan pengukuran di lapanganpabrik
3.4.1 Beban yang Terjadi pada Poros dan Bantalan
Beban yang terjadi pada poros gambar 3.4 akibat berat lori dan muatan dapat dijelaskan sebagai berikut:
Beban total W
t
: W
t
= Berat lori + muatan W
t
= 1,5 ton + 2,5 ton W
t
= 4 ton x 9,8 ms
2
W
t
= 39200 N
Universitas Sumatera Utara
Pada lori terdapat dua poros, jadi beban pada poros W adalah: W = W
t
2 W = 39200 2
W = 19600 N
Beban tiap bantalan W
b
= Wt 4 W
b
= 39200 N 4 W
b
= 9800 N
Gambar 3.4. Ilustrasi pembebanan poros
3.4.2 Analisa Gaya Geser Momen pada Bantalan Poros Lori
Menurut Nash 1972 pembebanan, gaya geser dan momen yang terjadi pada poros dan bantalan dapat diihat pada Gambar 3.5 dan Gambar 3.6.
Gambar 3.5. Pembebanan pada poros
F
Wb w
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.6. Distribusi gaya pada poros dan bantalan
Diagram benda bebas dari segmen kiri dengan jarak x 80 mm:
Gambar 3.7. Diagram benda bebas untuk x 80 mm
+ ΣFy = 0
+ ΣM = 0
N 00
8 9
2 19600
2 W
− =
= =
V N.mm
00x 8
9 x
2 W
M −
= −
= Untuk:
x1 = →M1 = 0
x2 = 50 mm →M2 = –9800 50 = – 490000 N.mm
x3 = 75 mm →M3 = –9800 75 = – 735000 N.mm
Universitas Sumatera Utara
80 x
2 W
x 2
W M
= −
− +
40W M
= +
40W M
− =
N.mm 84000
7 M
− =
Diagram benda bebas dari segmen kiri dengan jarak x 410 mm:
Gambar 3.8. Diagram benda bebas untuk x 410 mm
+ ΣFy = 0;
V 2
W 2
W =
− +
−
V =
+ ΣM = 0;
3.4.3 Kecepatan lori
Lori ditarik oleh capstand dengan putaran motor 1455 rpm dan penurunan putaran ke roller 60 : 1.
Putaran roller = 60
1455rpm = 24,25 rpm
Karena diameter roller adalah 0,24 m, maka kecepatan tangensial roller adalah:
Vr = 60
. .
r
n d
π =
60 25
, 24
. 24
, .
rpm m
π = 0,3047 ms
Jadi kecepatan gerak lori = kecepatan tangensial roller yang menarik lori = 0,3 ms.
Universitas Sumatera Utara
Putaran poros = putaran roda =
= 23,8853 rpm
dimana: V
r
= kecepatan tangensial roda = kecepatan lori = 0,3 ms D
r
= diameter roda = 0,24 m
Waktu yang ditempuh oleh lori untuk satu kali operasi sejauh 115 m bolak balik adalah:
t = ms
0,3 m
115 kecepatan
jarak =
= 383,34 s
Maka waktu yang dibutuhkan lori untuk bolak balik adalah: 2 x t = 766,68 s.
Sliding distance s yaitu jarak yang ditempuh selama gesekan.
Dimana: ω = kecepatan sudut poros rads
r
p
= jari-jari poros m t = waktu tempuh s
n
p
= putaran poros = potaran roda rpm
Jadi:
= 23,95874 m
t 60
. r
π 2
r t ω
s
p
n =
=
383,34s 60
rpm 5
m23,8853 0,025
2. ω.r.t
s
π
= =
m π0.24
ms 600.3
π.D 60.V
r r
= =
p
n
Universitas Sumatera Utara
3.4.4 Koefisien Gesekan Material
Koefisien gesekan dapat kita lihat pada tabel 3.3. berikut:
Tabel 3.3. Koefisien Gesekan Material
Material 1 Material 2
Coefficient Of Friction DRY
Greasy Static
Sliding Static
Sliding Aluminum
Aluminum 1,05-1,35
1,4 0,3
Aluminum Mild Steel
0,61 0,47
Brake Material Cast Iron
0,4 Brass
Cast Iron 0,3
Brick Wood
0,6 Bronze
Cast Iron 0,22
Bronze Steel
0,16 Cadmium
Cadmium 0,5
0,05 Cadmium
Mild Steel 0,46
Cast Iron Cast Iron
1,1 0,15
0,07 Cast Iron
Oak 0,49
0,075 Chromium
Chromium 0,41
0,34
Sumber :
http:www.roymech.co.ukUseful_TablesTribologyco_of_frict.htm
Koefisien diambil berdasarkan material yang diteliti yaitu koefisien gesekan brass material 1 terhadap cast iron material 2.
Berdasarkan tabel 3.3 koefisien gesekan µ antara brass dan cast iron adalah = 0,3.
3.4.5. Gaya gesek pada bantalan dengan dinding poros F
gesek
Kekasaran permukaan antara bidang kontak dinding poros dengan bushing bantalan merupakan penghambat gerakan poros, gaya penghambat pada bushing
bantalan poros ini dinamakan gaya gesek F
gesek
. Menurut Stolarski 1990: F
gesek
= µ x W
b
............................................... 3.5 Maka :
F
gesek
= 0.3 x 9800 N = 2940 N
Universitas Sumatera Utara
Dimana : W
b
= Beban bantalan N µ = Koefisien gesekan
3.5. Perhitungan Keausan pada Bantalan.
Keausan terjadi karena adanya gesekan antara permukaan suatu material. Untuk lebih mempermudah kita mengerti tentang terjadinya gesekan dan keausan
pada bantalan luncur atau yang biasa disebutkan sebagai mekanisme tribology yang telah dijelaskan pada bab 2, perhatikan gambar 3.10. Pada gambar tersebut
dijelaskan secara sistematis bagaimana terjadinya gesekan material yang terjadi antara permukaan bantalan dengan material lain yang dalam hal ini dimaksudkan
dengan poros. Terjadinya gesekan antara kedua permukaan tersebut dapat menyebabkan
terjadinya perpindahan material yang aus chips yang terjadi diantara kedua permukaan material yang bersentuhan. Bila kita melihat suatu permukaan material
dengan bantuan mikroskop elektron dengan pembesaran tertentu, dapat kita lihat bagaimana keadaan mikrostuktur permukaannya. Hampir tidak ada permukaan
mikrostruktur suatu material yang benar-benar rata setelah proses permesinan berlangsung, walaupun itu telah melewati berbagai proses perataan permesinan
lapping, honing dan lainnya. Dalam hal ini, keausan terjadi pada permukaan diameter dalam bantalan
tepat nya pada bagian atas.
Gambar 3.9. Mekanisme gesekan dipermukaan bantalan.
Shallow asperity
contact Deep
asperity contact
Hard material
Soft material
Uloaded asperity
Concentration of deformation at
deep asperity contact
Sliding
Wear material
Universitas Sumatera Utara
Untuk memprediksi terjadinya aus pada permukaan bantalan dapat digunakan persamaan hukum keausan Archard, persamaan 2.11 yaitu:
V = K A
r
L = K L H
W Dimana : V
= Volume keausan m
3
L = Jarak lintas meluncur = Sliding distance s yaitu jarak
yang ditempuh selama gesekan m W
= Beban N K = Koefisien keausan 10
-4
untuk abrasive wear 3 body H
= Kekerasan material Pascal, Nm
2
Kekerasan bahan bantalan luncur yaitu baja brass adalah berkisar 54-142 BHN Tabel 3.4, maka diambil rata-ratanya yaitu 98 BHN Brinell Hardness
Number. 1 BHN = 1 kgfmm
2
= 9,8 Mpa. Maka 98 BHN = 98 x 9,8 = 960,4 Mpa.
Sedangkan nilai K diambil untuk abrasive wear pada 3 body, didapat dari gambar 3.10. Norton, 2006 berikut.
Gambar 3.10. Wear Coefficient K
Universitas Sumatera Utara
8
9,604x10 9800
Dimana : V
= Volume keausan m
3
L = Jarak lintas meluncur = 23.95874 m
W = Beban = W
b
= 9800 N K
= Koefisien keausan, 10
-4
untuk abrasive wear 3 body H
= Kekerasan material = 960,4 Mpa =
8
9,604x10 Pascal Maka, volome keausan yang terjadi adalah :
V = K L H
W = 10
-4
x 23,95874 x
= 244,47 x 10
-10
m
3
= 24,447 mm
3
Keausan bantalan yang terjadi sebesar 24,447 mm
3
untuk setiap lori berjalan sejauh 115 m.
Dari volume keausan tersebut kita dapat memperoleh pertambahan besar diameter dalam bantalan setelah satu kali operasi sebagai berikut:
Dimana: d
x
=diameter dalam setelah operasi d
= diameter dalam sebelum operasi = 50 mm l
b
= panjang bantalan = 69 mm Jadi:
2 2
x
50 d
− = 0,451
= 50,0045 mm Setelah mendapatkan pertambahan diameter dalam bantalan maka kita
dapat memperoleh ketebalan diameter bantalan yang berkurang setiap kali jalan sebagai berikut;
4 .69
50 πd
mm 24,447
2 2
x 3
− =
π69 4
24,447 50
d
2 2
x
= −
50 451
, d
2 x
+ =
4 .
d πd
Vol
2 2
x
l −
=
Universitas Sumatera Utara
2 50
50,0045 −
= = 0,00225 mmoperasi
Berdasarkan hasil pengamatan di lapangan, lori berjalan 6 kali bolak balik dalam satu hari, maka diameter dalam bantalan akan berkurang sebesar:
t = 0,00225 mmoperasi 6 operasihari = 0,0135 mmhari. 2
d d
x
− =
t
Universitas Sumatera Utara
BAB 4 HASIL PEMBAHASAN
4.1. Masalah yang Terjadi
Aus terjadi karena gesekan antara dua permukaan benda dan menyebabkan perpindahan material serta pengurangan dimensi pada benda tersebut. Defenisi
keausan dan mekanisme keausan telah dijelaskan pada bab 2 dan keausan yang terjadi pada bantalan luncur Gambar 4.1 telah dijelaskan pada bab 3. Laju
pengurangan material yang terjadi pada diameter dalam bantalan terjadi pada bagian atas yang mendapat beban gambar 3.5. Penyebab utama terjadi keausan
bantalan adalah akibat gasekan dua material yang berkontak langsung tanpa bahan pelumas sebagai pembatas. Hal ini menyebabkan material yang lunak bantalan
akan terkikis oleh material yang keras poros. Keausan yang terjadi sebesar 24,447 mm
3
setiap lori beroperasi. Atau sebesar 24,447 mm
3
x 6 = 146,68 mm
3
hari. Sehingga dalam waktu tertentu maka permukaan dalam bantalan akan habis karena aus. Keausan yang terjadi pada bantalan Gambar 4.1 mengakibatkan
kelonggaran poros lori yang begitu besar sehingga mengakibatkan lori tersebut anjlok atau keluar dari rel, hal ini mengakibatkan terganggunya proses produksi
pabrik.
Gambar 4.1. Keausan yang terjadi pada bantalan Penipisan
tebal bantalan
Bagian yang aus pada bantalan
Universitas Sumatera Utara
