Mekanisme tumbuh tinggi Tower Crane tahun ajaran 2007/2008 - USD Repository

  

MEKANISME TUMBUH TINGGI

KRAN MENARA

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

  

JurusanTeknik Mesin

Disusun Oleh :

PUTU ADI NUGRAHA J.

NIM : 035214017

  

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2008

  

THE GROWING MECHANISM OF

TOWER CRANE

FINAL PROJECT

Presented As Partial Fulfillment Of The Requirements

To Obtain Sarjana Teknik Degree

  

In Mechanical Engineering

By

PUTU ADI NUGRAHA J.

Student Number : 035214017

  

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2008

  

PERNYATAAN

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi ini adalah asli hasil karya

saya dan tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar

kesarjanaan di Perguruan Tinggi, dan sepanjang sepengetahuan saya juga tidak

terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau dipublikasikan oleh orang

lain, kecuali yang secara tertulis disebutkan sumbernya dalam naskah dan dalam

daftar pustaka.

  Yogyakarta, 5 Desember 2007 Putu Adi Nugraha J.

PERSEM BAHAN

  Karya Tulis I ni Kupersembahkan Kepada Yang Kuyakini : I da Sanghyang Widhi Wasa yang senantiasa memmberikan perlindungan, kesehatan dan berkah kepada keluarga dan penulis,

I da Bhatara Surya, I da Bhatara Kawitan, I da Bhatara Taksu yang senantiasa

melindungi, memberikan tunt unan dan kesehatan kepada penulis

Kedua Orang Tuaku I Putu Sukarya dan Ni M ade Suparmiati, kedua adikku

  M ade Bayu M artayoga dan Nyoman Wahyu D iat mika Pranata yang senantiasa memberikan dukungan, semangat dan doa Novi tersayang, you re really my first valentine Teman-teman seperjuanganku I WON T FORGET YOU AL L

  

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH

UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma:

Nama : Putu Adi Nugraha J.

  Nomor Mahasiswa : 035214017

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberian kepada Perpustakaan

Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul:

  

Mekanisme Tumbuh Tinggi Kran Menara

beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan

kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan,

mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan

data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannya di Internet atau

media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya

maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya

sebagai penulis.

  Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya. Dibuat di Yogyakarta Pada tanggal: 14 Februari 2008 Yang menyatakan Putu Adi Nugraha J.

KATA PENGANTAR

  Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Ida Sanghyang Widhi Wasa,

Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan rahmat dan bimbingan-Nya

sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan skripsi ini yang merupakan

salah satu syarat untuk meraih gelar sarjana di Jurusan Teknik Mesin Fakultas

Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  Penyusunan skripsi ini tidak terlepas dari bantuan berbagai pihak sehingga pada kesempatan ini, penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada :

1. Bapak Budi Sugiharto, S.T.,M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

  2. Bapak Raden Benedictus Dwiseno Wihadi, S.T.,M.Si. selaku dosen pembimbing yang telah membimbing penulis dalam penyusunan dan penyelesaian tugas akhir.

  3. Seluruh Dosen Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma atas semua ilmu yang telah diberikan dan semoga dapat bermanfaat bagi semuanya.

  4. Seluruh staf pengajar dan karyawan di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma, yang telah membantu

penulis selama kuliah hingga selesainya penyusunan tugas akhir ini.

  5. Kedua orang tuaku Bapak I Putu Sukarya dan Ibu Ni Made Suparmiati, kedua adikku Made Bayu Martayoga dan Nyoman Wahyu Diatmika Pranata, kakak-kakak sepupuku, yang telah memberikan semangat dan dorongan kepada penulis sehingga penyusunan tugas akhir ini dapat terselesaikan.

  6. Seluruh teman-teman Teknik Mesin (Landung, Yoga, Ade, Aan, Moyo dll) yang telah memberikan bantuan dalam bentuk moril maupun material hingga tugas akhir ini dapat terselesaikan.

  7. Seluruh teman-teman Stupid Fruit Camp : Kakul, Sepur, Gepenk (terimakasih pinjaman printernya), Genks, Made S. dan Santi terimakasih telah menemani dan mendengarkan keluh-kesahku selama ini.

  Penyusun menyadari bahwa penulisan tugas akhir ini masih jauh dari kata

sempurna disebabkan masih banyaknya kesalahan dan kekurangan serta

keterbatasan yang penyusun rasakan yang ada pada diri penyusun sendiri. Oleh

karena itu penyusun sangat mengharapkan masukan baik berupa saran maupun

kritik yang ersifat membangun dari berbagai pihak untuk karya ini.

  Akhir kata, semoga sesuatu yang telah dicapai penulis dalam bentuk karya

tugas akhir ini dapat bermanfaat baik bagi penyusun sendiri maupun bagi

pembaca demi kemajuan kita bersama. Terimakasih

  Yogyakarta,

  5 Desember 2007

  Penulis, Putu Adi Nugraha J.

  

INTISARI

MEKANISME TUMBUH TINGGI KRAN MENARA

Putu Adi Nugraha J.

  

NIM : 035214017

Universitas Sanata Dharma

Yogyakarta

2008

  Tower crane memiliki peranan yang sangat vital pada pembangunan dan

konstruksi bangunan-bangunan tinggi. Untuk mencapai ketinggian yang

diinginkan, diperlukan sebuah mekanisme yang dapat menumbuh-tinggikan tower

crane tanpa bantuan dari alat yang lain. Mekanisme inilah yang disebut sistem

tumbuh tinggi (growing system) yang bekerja berdasarkan sistem hidrolik. Pada

tugas akhir ini akan dirancang sebuah growing sistem piston tunggal dengan

beban angkat 15 ton. Semua perhitungan mengacu pada sebuah tower crane merk

GRU EDILMAC E-751.

  Perhitungan dilakukan untuk bagian-bagian utama dari sistem hidrolik

meliputi piston, pompa hidrolik, motor listrik dan kopling yang diikuti dengan

pemilihan produk untuk menyesuaikan dengan yang terdapat di pasaran. Selain itu

ada juga bagian langsung dipilih dengan menentukan parameter tertentu yang

diperlukan misalnya selang hidrolik (hidraulic hose) dan fluida hidrolik. Dari

perhitungan didapat hasil : untuk mengangkat beban bagian atas tower crane 15

ton dengan panjang langkah 3 m dan kecepatan 1 m/menit digunakan batang

piston dengan diameter 25,4 cm (10 in) berbahan baja AISI 1015, pompa roda gigi

dengan kapasitas aliran 0,019 liter/rev dan tekanan kerja maksimal 276 bar.

Sebagai penggerak pompa, digunakan motor listrik 3 phasa dengan putaran 2885

rpm,sehingga kebutuhan akan kapasitas aliran terpenuhi. Untuk mentransmisikan

putaran dari motor ke pompa digunakan kopling flens kaku dengan diameter poros

38 mm dan berbahan baja karbon SS41B. Sedangkan untuk menyalurkan aliran

fluida dari pompa ke piston digunakan selang hidrolik (hidraulic hose) dengan

diameter 19 mm dan dapat bekerja pada tekanan 157 bar.

  ABSTRACT THE GROWING MECHANISM OF TOWER CRANE

Putu Adi Nugraha J.

  

Student Number : 035214017

Sanata Dharma University

Yogyakarta

2008

  Tower crane has very important role in build and construction high

buildings. To reach the level, a mechanism that can grow the tower crane without

any helps from another things is needed. This mechanism is called the growing

system that works based on hidraulic system. In this final project, there would be

designed a single piston growing system which could lift 15 tons load. All of the

calculations refered to a brand of tower crane GRU EDILMAC E-751.

  The calculations were determined for the main parts in hidraulic system such

as piston, hidraulic pump, electric motor, and coupling followed by choosing

products to match that available in the market. Beside that, there were also some

parts directly chosed by determining certain parameter that were needed, for

example : hidraulic hose and hidraulic fluid. The result of the calculations : to lift

a 15 tons of the top part load of tower crane with length 3 metres and velocity 1

metre/minute used 25,4 piston rod diameter (10 inch) in AISI 1015 steel material,

gearpump with 0,019 litre/rev debit and 276 bar maximum work pressure. As a

pump mover, it was used 3 phase electric motor with 2885 rpm rotation, so the

debit requirement was fulfilled. Stiff flens coupling with 38 mm shaft diamater

and SS41B carbon steel material were used to transmit the rotation from the motor

to the pump. In the other side, hidraulic hose with 19 mm diameter and could

work in 157 bar pressure was used to flow the fluid from pump to piston.

  

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ………………………………………………………...........i

HALAMAN PENGESAHAN ...............................................................................iii

HALAMAN PERNYATAAN ................................................................................v

HALAMAN PERSEMBAHAN ............................................................................vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH

UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS..............................................................vii

KATA PENGANTAR......................................................................................... viii

  

INTISARI............................................................................................................... x

ABSTRACT...........................................................................................................xi

DAFTAR ISI ........................................................................................................ xii

DAFTAR LAMPIRAN ....................................................................................... xiv

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................xv

  

BAB I PENDAHULUAN....................................................................................... 1

  1.1 Mekanisme Gerakan Tower Crane ......................................................... 2

  1.1.1 Gerakan Pengangkatan (Hoisting) ................................................. 2

  1.1.2 Gerakan Pejalan (Travelling) ......................................................... 3

  1.1.3 Gerakan Berputar (Slewing) .......................................................... 3

  1.2 Bagian-bagian Tower Crane ................................................................... 5

  1.2.1 Beban dan Lengan Pengimbang ..................................................... 5

  1.2.2 Kabin .............................................................................................. 5

  1.2.3 Lengan Angkat (Boom) ................................................................. 5

  1.2.4 Rangka Menara .............................................................................. 6

  1.3 Batasan Masalah ..................................................................................... 7

  

BAB II PENGANTAR GROWING SYSTEM...................................................... 8

  2.1 Cara Kerja Growing System................................................................... 8

  2.2 Bagian-bagian Growing System.............................................................15

  

BAB III PERANCANGAN GROWING SYSTEM…………………………......19

  3.1 Perancangan Piston dan Batang Piston………………………..………....20

  3.2 Pemilihan Pompa……………………………………………….………..33

  3.3 Pemilihan Fluida Hidrolik…………………………...…………………..37

  3.4 Pemilihan Selang Hidrolik………………………………………………38

  3.5 Seal………………………………………………………………………39

  3.6 Pemilihan Motor Listrik…………………………………………………40

  3.7 Kopling………………………………………………………………….46

  

BAB IV KESIMPULAN DAN PENUTUP…………….....................................52

  4.1 Kesimpulan...............................................................................................52

  4.2 Penutup.....................................................................................................56 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

DAFTAR LAMPIRAN

  LAMPIRAN 1 Tabel Ukuran Modul Batang Piston LAMPIRAN 2 Tabel Katalog Pompa Roda Gigi LAMPIRAN

  3 Grafik Daya Teoritis LAMPIRAN

  4 Tabel Fluida Industri LAMPIRAN

  

5 Tabel Katalog Selang Hidrolik

LAMPIRAN

  6 Tabel Katalog Motor Listrik

LAMPIRAN 7 Tabel Bentuk dan Ukuran Kopling Flens Kaku

LAMPIRAN 8 Tabel Bahan Flens dan Baut LAMPIRAN

  9 Tabel Pemilihan Pasak LAMPIRAN 10 Bagan Sirkuit Hidrolik Growing System

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Penggunaan Tower Crane Pada Pembangunan Gedung………….... 2Gambar 1.2 Mekanisme Pengangkatan................................................................... 2Gambar 1.3 Gerak Pejalan Trolli pada boom..........................................................3Gambar 1.4 Slewing Unit........................................................................................3Gambar 1.5 Bagian-bagian Tower Crane………………………………..………..4Gambar 1.6 Rangka Menara dan Growing System Tower Crane………….……..6Gambar 2.1 Analogi Sistem Hidrostatis................................................................10Gambar 2.2 Distribusi Tekanan pada Sistem Tertutup.. .......................................11Gambar 2.3 Transmisi Energi pada Sistem Hidrostatis.........................................12Gambar 2.4 Perubahan Energi pada Sistem Hidrolik............................................13Gambar 2.5 Bagian-bagian Growing System Tower Crane..................................15Gambar 2.6 Pompa Roda Gigi...............................................................................18Gambar 3.1 Bagan Sistem Hidrolik.......................................................................19Gambar 3.2 Piston Growing System......................................................................20Gambar 3.3 Hasil pengujian part dengan cosmoswork..........................................30Gambar 3.4 Hasil pengujian silinder dengan cosmoswork....................................32Gambar 3.5 Pompa Roda Gigi Luar (Ekternal Gearpump)....................................33Gambar 3.6 Penampang Selang Hidrolik...............................................................38Gambar 3.7 Seal.....................................................................................................39Gambar 3.8 Motor Listrik......................................................................................41Gambar 3.9 Kopling Flens Kaku...........................................................................47Gambar 3.10 Pasak................................................................................................50

BAB I PENDAHULUAN Kran Menara (selanjutnya disebut tower crane) adalah salah satu mesin

  yang termasuk dalam klasifikasi pesawat pengangkat. Tower crane mempunyai peranan yang sangat penting terutama pada pembangunan dan konstruksi gedung- gedung bertingkat dan perlengkapan infrastruktur yang lain. Tower crane dipergunakan untuk mengangkat dan memindahkan material dan suku cadang di lapangan atau pada tempat-tempat penumpukan bahan. Selain itu, tower crane juga dipergunakan untuk memasang bagian-bagian yang terpisah, suku cadang dan struktur bangunan yang lain yang akan dipasang pada gedung-gedung yang sedang dikerjakan.

  Secara umum pesawat pengangkat melakukan gerakan tertentu seperti mengangkat, menggeser dan memindahkan muatan. Seperti halnya tower crane, yang mempunyai peranan yang sangat vital terutama dalam konstruksi gedung- gedung bertingkat. Tower crane digunakan untuk memindahkan material dan suku cadang di lapangan atau pada tempat-tempat penumpukan bahan. Penggunaan tower crane akan memberikan suatu efisiensi yang tinggi baik dari segi waktu, tenaga maupun biaya jika dibandingkan tanpa pemakaian alat tersebut, karena tower crane akan mempermudah dan mempercepat proses pengangkatan bahan dan suku cadang bangunan yang akan dipasang.

Gambar 1.1 penggunaan tower crane pada pembangunan gedung

  (sumber

1.1 Mekanisme Gerakan Tower Crane

1.1.1 Gerakan Pengangkatan (Hoisting)

  Gerakan pengangkatan adalah gerakan unit pengangkat secara vertikal untuk mengangkat menurunkan dan atau menahan beban diatas saat pengangkatan jika diperlukan. Adapun komponen-komponen mekanisme ini ditunjukkan pada gambar berikut :

  drum tali puli motor transmisi rem kait

Gambar 1.2 mekanisme pengangkatan

  1.1.2 Gerak Pejalan (Travelling)

  Gerakan pejalan ini ialah gerakan unit pengangkatan secara horizontal untuk menggerakkan benda yang diangkat kearah menjauhi (maju) atau mendekati (mundur) kabin operator.

Gambar 1.3 gerak pejalan troli pada boom

  (Howstuffworks How Tower Cranes Work.htm)

  1.1.3 Gerak Berputar (Slewing)

  Gerakan ini digunakan untuk memutar bagian atas dari tower crane termasuk muatan yang dipindahkan ke tempat tujuan dimana muatan tersebut akan diletakkan.

Gambar 1.4 slewing unit

  (Howstuffworks How Tower Cranes Work.htm) Komponen pada bagian ini terdiri dari motor penggerak dan sistem transmisi roda gigi.

Gambar 1.5 bagian-bagian tower crane

  (sumber : Keterangan :

  1. Rangka pengimbang (balance) 2.

  Rangka atas menara (tower head)

  3. Rangka angkat (jib)

  4. Rangka menara (tower section)

  5. Kabin

  6. Peralatan penahan muatan

  7. Pondasi

  1

  2

  3

  4

  6

  7

  5

1.2 Bagian - bagian Tower Crane

  1.2.1 Beban dan lengan pengimbang

  Beban pengimbang (counter weight) berfungsi untuk mengimbangi berat lengan boom dan perlengkapan tower crane, yang dipasang pada ujung belakang dari lengan pengimbang. Sehingga counter weight lebih berat dibandingkan berat beban yang diangkat sebagai faktor keamanan.

  Beban pengimbang atau counter weight biasanya terbuat dari balok-balok beton yang di cor supaya lebih mudah dalam pemasangan dan pembongkarannya.

  1.2.2 Kabin

  Kabin merupakan ruang kerja untuk operator sehingga dirancang sedemikian rupa supaya operator dapat mengoperasikan tower crane dengan baik. Di dalam sebuah kabin operator harus dapat melihat semua lingkungan kerja sehingga operator dapat mengetahui secara cepat unit- unit atau bagian-bagian yang membutuhkan tower crane. Pada tower crane, kabin berada di bagian atas menara. Di dalam kabin terdapat semua sistem yang harus dikendalikan oleh seorang operator sehingga dalam perancangan dibuat sebaik mungkin untuk memberikan kenyamanan bagi operator.

  1.2.3 Lengan angkat (boom) Lengan angkat digunakan untuk daerah gerakan travelling (trolley).

  Lengan angkat tersusun atas struktur rangka yang berbahan dasar baja.

1.2.4 Rangka batang (menara)

  Rangka batang merupakan suatu bagan yang terdiri dari sejumlah batang- batang yang disambung satu dengan yang lain pada kedua ujungnya, sehingga membentuk satu struktur yang kokoh. Batang-batang pada konstruksi rangka baja biasanya disambung satu dengan yang lain menggunakan las, paku keling atau baut.

Gambar 1.6 rangka menara dan growing system tower crane

  Pada tower crane, rangka menara merupakan bagian yang berfungsi sebagai penopang bagian atas tower crane. Bagian atas yang dimaksud antara lain lengan dan peralatan angkat, lengan dan beban pengimbang, dan kabin. Tower crane didesain dengan tujuan utama untuk konstruksi gedung-gedung bertingkat dan bangunan yang sangat tinggi. Maka dibutuhkan tower crane dengan struktur yang kuat dan ketinggian yang memadai. Untuk tower crane dengan ketinggian tidak terlalu tinggi (20-35 m), pemasangan dapat dilakukan dengan menggunakan mobile crane.

  Akan tetapi untuk ketinggian lebih dari 35 m, akan terjadi kesulitan sebab mobile crane akan sulit menjangkaunya karena mobile crane sendiri jangkauannya terbatas. Agar dapat mencapai ketinggian tersebut, tower crane dapat tumbuh tinggi dengan sendirinya tanpa alat bantu lainnya.

  Maka diperlukan suatu mekanisme khusus untuk melakukan hal tersebut. Mekanisme tersebut menggunakan sistem hidrolik untuk dapat mengangkat dan menumbuh-tinggikan tower crane. Mekanisme inilah yang kemudian disebut sebagai growing system (sistem tumbuh tinggi) dari tower crane. Growing system selanjutnya akan menjadi topik perancangan dan pembahasan penulis pada bab-bab berikutnya.

1.3 Batasan Masalah

  Pada permasalahan ini penulis akan merancang ulang mekanisme gerakan tumbuh tinggi rangka menara untuk tower crane merk GRU EDILMAC E-751 dengan berat bagian atas 15 ton.

BAB II PENGANTAR GROWING SYSTEM

2.1 Cara Kerja Growing System

  Telah disebutkan pada bab sebelumnya bahwa mekanisme tumbuh tinggi (growing system) dari tower crane bekerja dengan menggunakan sistem hidrolik, maka selanjutnya akan dijelaskan apa dan bagaimana sistem hidrolik tersebut bekerja.

  Sistem hidrolik adalah suatu mekanisme pemindahan tenaga dengan menggunakan fluida cairan sebagai media perantaranya. Jenis cairan yang digunakan dengan tujuan mentransmisikan energi inilah yang disebut sebagai fluida hidrolik. Fluida hidrolik banyak digunakan pada mekanisme mesin-mesin baik dalam lokasi industri (pabrik), maupun penggunaan peralatan diluar pabrik (di lapangan) yang bersifat berpindah-pindah misalnya alat-alat transportasi, eskavator, bulldozer, backhoe, tower crane (pada mekanisme rangka tumbuh tinggi) dan sebagainya.

  Pemilihan sistem hidrolik pada alat-alat tersebut didasarkan atas keuntungan pemakaiannya jika dibandingkan dengan sistem yang lain. Adapun beberapa keuntungan dan kelemahan sistem hidrolik adalah sebagai berikut :

  Keuntungan

  a. Penghematan tenaga dalam pengoperasian

  b. Dapat menyalurkan tenaga lebih besar dan mencegah overload

  c. Lebih sederhana dan fleksibel d. Adanya pengurangan getaran dan kejutan yang besar pada sistem transmisi

  Kekurangan

  a. Peka terhadap kebocoran pada sistem perpipaan dan peka terhadap temperatur fluida b. Sistem kerja pada mekanisme penyaluran yang kompleks (perlu sistem pengaturan perpipaan dan perkatupan yang banyak) sehingga pemeliharaan lebih berat dan teliti

  c. Kesulitan untuk penyediaan minyak hidrolik untuk jobsite yang jauh Sistem hidrolik dirancang berdasarkan sifat-sifat dari fluida yaitu :

  a. Cairan merupakan suatu fluida yang tidak termampatkan (incompressible)

  b. Fluida meneruskan tekanan sama besar ke segala arah

  c. Fluida tidak mempunyai bentuk sendiri, bentuknya mengikuti tempatnya

  d. Gaya yang diteruskan fluida berbanding lurus dengan bidang tekannya

  Prinsip dasar hidrolik

  Secara garis besar, transmisi tenaga hidrolik dibedakan menjadi dua macam sistem yaitu hidrostatis dan hidrodinamis. Sistem hidrostatis adalah penggunaan fluida hidrolik dalam sistem (ruangan) tertutup dengan tidak ada penambahan maupun pengurangan fluida. Dalam sistem hidrostatis ini terjadi keseimbangan gaya- gaya yang ada. Sedangkan sistem hidrodinamis mempelajari pergerakan fluida pada jarak yang cukup jauh (dengan melewati beberapa alat yang lain) dan gaya-gaya yang ditimbulkan. Misalnya pada sistem turbin, fluida akan melewati beberapa komponen seperti stator, impeler, rotor dan sebagainya. Pada growing system tower crane, sistem transmisi tenaga hidrolik yang dipergunakan adalah sistem hidrostatis. Sistem hidrostatis dapat diartikan dengan ilustrasi gambar berikut :

Gambar 2.1 Analogi sistem hidrostatis

  (Sumber : Tekanan pada sembarang titik dalam sebuah cairan diam (static liquid) adalah sama ke segala arah, tekanan yang terdesak dalam sebuah cairan pada ruang tertutup diteruskan dan besarnya tidak berkurang ke segala arah, bekerja dengan gaya yang sama pada area yang sama. Inilah yang disebut sebagai hukum Pascal (Pascal’s Law).

  Keadaan ini diilustrasikan pada gambar 2.2, dimana sebuah gaya F menekan pada perbatasan volume pada sebuah piston di sebuah luas area A. Jumlah tekanan tersebut kemudian didistribusikan secara merata ke seluruh cairan dan sebanding dengan beban pada piston yaitu F/A. Dalam hal ini kita mengabaikan berat fluida sebenarnya yang biasanya tidak berarti dalam bagian tekanan dari sistem hidrostatis (misalnya pada air dengan ketinggian 10 m, tekanannya semata-mata sama dengan 1 bar).

Gambar 2.2 Distribusi tekanan pada sistem tertutup

  (Sumber : hidraulic fluids page 6.pdf) Prinsip dasar untuk transmisi tenaga dalam sebuah sistem hidrostatis ditunjukkan pada gambar 2.3. Tekanan yang terjadi dalam fluida akibat gaya F

  1

  adalah F /A , dan tekanan ini ditransmisikan tanpa perubahan (tidak ada tekanan yang

  1

  1

  hilang) ke piston area permukaan A

  2 . Besarnya gaya transmisi F 2 adalah F 1 (A 2 /A 1 ),

  dan dapat mengangkat beban yang sama atau melakukan sejumlah hal yang sama pada pengerjaan mekanis yang lain.

Gambar 2.3 Transmisi energi pada sistem hidrostatis

  (Sumber : hidraulic fluids page 6.pdf) Asumsikan gaya ini cukup tinggi melakukan pekerjaan yang diinginkan, kemudian pergerakan linear dari kedua piston berbanding terbalik dengan luas area yang dimilikinya.

  S A

  1

  2 =

  S A

  2

1 Perpindahan volumetrik dari media hidrolik ini merupakan faktor yang menentukan seberapa jauh jarak yang dapat dihasilkan oleh piston-piston tersebut.

  Prinsip dasar dari transmisi tenaga hidrolik ditunjukkan pada gambar 2.4, dimana input dari energi elektrik atau energi thermal diubah menjadi energi hidrolik, yang kembali diubah menjadi tenaga mekanis untuk keluaran sistem.

Gambar 2.4 Perubahan energi pada sistem hidrolik

  (Sumber : hidraulic fluids page 2.pdf) Transmisi tenaga di dalam sebuah sistem hidrolik dipengaruhi penggunaan tekanan pada fluida hidrolik. Bagian-bagian dari prinsip sistem hidrostatis adalah sebagai berikut : _{o o} Pompa hidrolik menciptakan tekanan kerja yang dibutuhkan oleh sistem.

  Pipa-pipa besar dan pipa kecil yang fleksibel menyalurkan fluida mengalir _o diantara komponen-komponen sistem.

  Katup (valve) dengan berbagai tipe mengontrol arah, tekanan dan volume dari _o aliran tersebut.

  Cylinder (motor linear) mengubah tekanan fluida menjadi kerja mekanis linear, misalnya dalam sebuah tekanan hidrolik atau untuk mengoperasikan arah sayap pada pesawat terbang. o Motor hidrolik mengubah tekanan fluida menjadi kerja mekanis berputar

  (rotary mechanical work)

  misalnya untuk mengemudikan roda mesin-mesin yang dioperasikan di hutan atau pada peralatan marinir.

  Selain dipengaruhi oleh penggunaan tekanan, transmisi tenaga juga dipengaruhi oleh kesanggupan tiap unit peralatan dalam pengubahan energi untuk ditransformasikan menjadi energi mekanis dan energi hidrolik pada masukan (input) dan keluaran (output) dari instalasi tersebut.

  Salah satu keuntungan utama dari transmisi dengan menggunakan sistem hidrolik adalah unit konversi energi yang dimensinya relatif sedang (pompa dan motor hidrolik) jika dibandingkan dengan pengubahan energi menggunakan sistem yang lain.Transmisi energi antara fluida dan unit konversi dapat juga diakibatkan penyesuaian dalam prinsip-prinsip hidrostatis dan hidrokinetik (misalnya pada impeler dan turbin)

2.2 Bagian-bagian Growing System

  9

  8

  7

  1

  6

  6

  5

  4

  2

  3

  6

  6 Gambar 2.5 Bagian-bagian growing system tower crane

  Keterangan :

  1. Kaki pengangkat atas

  7. Pompa hidrolik

  2. Kaki pengangkat bawah

  8. Selang penghubung

  3. Piston

  9. Motor listrik

  4. Silinder piston

  5. Cairan (fluida) hidrolik

  6. Kaki engsel A. Kaki pengangkat Kaki-kaki pengangkat berfungsi untuk mengangkat rangka batang (section) yang akan dipasang dan disambungkan dengan ujung section sebelumnya. Untuk bagian penyambungan, digunakan baut beserta murnya.

  B. Piston dan silinder piston Piston berfungsi untuk mendorong kaki pengangkat ke atas, sehingga rangka batang pun akan bergerak seiring pergerakan kaki-kaki angkat. Silinder piston merupakan rumah tempat bekerjanya piston tersebut. Selain itu silinder piston juga merupakan tempat fluida hidrolik yang nantinya bekerja mengangkat sistem.

  C. Fluida hidrolik Fluida hidrolik berperan penting dalam bekerjanya sistem hidrolik itu sendiri.

  Fluida yang digunakan bukanlah sembarangan, dan harus memiliki persyaratan tertentu yang harus dipenuhi misalnya : _{o o} Angka viskositas yang tinggi _o Kemampuan tekan rendah (low compressibility) _o Sifat pelumasan yang baik Tekanan gas kecil (low vapour pressure) dan sebagainya.

  D. Kaki engsel Untuk mengangkat rangka batang yang akan dipasangkan, kaki pengangkat memerlukan pijakan yang kuat. Kaki engsel berfungsi untuk hal tersebut, sehingga sistem dapat bekerja dengan mantap. Sesuai dengan namanya, setelah rangka selesai dipasangkan kaki engsel dapat ditekuk dan siap untuk pemasangan berikutnya.

  E. Pompa hidrolik dan selang penghubung.

  Pompa hidrolik adalah suatu sistem yang mengubah energi mekanik menjadi energi hidrolik. Alat ini mengambil energi yang berasal dari motor listrik atau

  engine

  . Prinsip dasar dari pompa hidrolik adalah menghisap oli (minyak hidrolik) dari tangki dan mendorongnya ke bagian sistem hidrolik yang disebut sebagai aliran fluida (flow). Pompa hidrolik hanya menghasilkan flow dan tidak menyebabkan tekanan (pressure). Tekanan disebabkan oleh hambatan terhadap aliran. Hambatan ini disebabkan oleh flow yang melewati selang (hose), pipa (orifice), fitting, silinder atau apapun yang ada di dalam sistem yang menghalangi flow menuju tangki. Dari pompa akan menghasilkan gaya yang digunakan untuk menggerakkan piston dan mengangkat kaki angkat beserta rangka batangnya. Jika dianalogikan (gambar 2.1), bagian luas penampang yang lebih kecil adalah pada pompa, sedangkan luas penampang yang lebih besar adalah pada bagian pengangkat. Maka gaya yang dihasilkan pompa dapat digunakan untuk mengangkat berat yang berkali-kali lipat besarnya. Pada tower crane ini, pompa yang digunakan adalah jenis pompa roda gigi dengan putaran kontinyu (gear

  pump continuous rotation)

  . Pompa ini terdiri dari bagian-bagian yang tidak bergerak bolak-balik. Konstruksinya cukup sederhana, hanya terdiri dari dua roda gigi berdekatan yang saling mengunci dan berputar seperti yang terlihat pada gambar 2.6. inlet outlet inlet outlet a b

Gambar 2.6 Pompa roda gigi; a. eksternal, b. Internal

  (Sumber : Ketika gigi keluar dari jalinan pusat, terbentuk suatu vakum parsial yang menarik fluida masuk ke ruang inlet. Fluida terjebak antara gigi luar dan rumah pompa sehingga terjadi aliran fluida yang kontinu dari ruang inlet ke ruang outlet dimana fluida dialirkan ke sistem. Perpindahan pompa dipengaruhi oleh volume fluida diantara tiap-tiap pasang gigi, jumlah gigi dan kecepatan putaran.

  F. Motor listrik Motor listrik mengubah energi listrik menjadi energi mekanis. Sebuah motor dapat menjadi suatu bagian yang sangat penting pada sebuah sistem dimana biasanya menjadi satu bagian dengan pompa (pump) atau kipas (fan), atau tersambung dengan bentuk-bentuk dari peralatan mekanis yang lain seperti mesin pengering, konveyor atau mesin pengaduk. Pada sistem tumbuh tinggi sebuah tower crane, motor listrik berfungsi sebagai tenaga penggerak untuk pompa hidrolik sehingga pompa dapat menjalankan fungsinya mengalirkan fluida ke sistem hidrolik.

  

BAB III

PERANCANGAN GROWING SYSTEM Gambar 3.1 menunjukkan bagan dari sebuah sistem hidrolik. Untuk

  menghindari kerumitan diperlukan penyederhanaan penggambaran, dengan mempergunakan garis dan simbol yang telah digunakan secara luas dalam perancangan dan penggambaran sistem hidrolik, yang disebut sirkuit hidrolik. Gambar 3.1a menampilkan bagan sebuah sistem hidrolik, sedangkan gambar 3.1b adalah tampilan sirkuit hidroliknya. Untuk perancangan ini sirkuit hidrolik ditunjukkan pada lampiran 10. a b

Gambar 3.1 bagan sistem hidrolik

  (Sumber :

3.1 Perancangan Piston dan Batang Piston

  Data-data yang di dapat dari lapangan adalah sebagai berikut : Gaya berat bagian atas W = 15 ton = 15.000 kg = 147.150 N Panjang langkah s = 3 m

  Untuk melakukan perhitungan digunakan asumsi-asumsi yang juga berdasarkan keadaan dilapangan sebagai berikut : Kecepatan angkat v = 1 m/menit Diameter batang piston minimal d = 25 cm Nilai keamanan s

  

f

  =

  3 Waktu untuk mencapai percepatan t a = 0,5 detik

Gambar 3.2 piston growing system

  Gaya yang terjadi F

  Dengan menggunakan persamaan 1 diperoleh beban yang harus diangkat oleh piston : W _p

  F = +

  a W ……………………………………………………………….…(1) _p g

  (Sumber : Oil Hidraulic System; SR Majumdar hal 260)

  dengan : F = beban piston (N) W p = gaya berat bagian atas Tower crane (N)

  2

  g = percepatan oleh gravitasi bumi ; 9,81 m/s

  2

  a = percepatan gerak piston (m/s ) Dengan pertimbangan keamanan, maka beban yang ada secara aktual dilapangan perlu dikalikan dengan angka keamanan (factor of safety). Nilai keamanan ini diambil berdasarkan pengalaman dilapangan, dalam hal ini penulis mengambil nilai kemanan tersebut berdasarkan buku elemen mesin Ir. Jack Stolk halaman 10-11.

  Nilai keamanan ditentukan berdasarkan tiga pertimbangan antara lain :

  a. Ketidaktelitian beban. Apabila tidak ada pola beban dan perubahan periodik dalam beban selama periode kerja, hanya dapat diperkirakan secara tidak teliti, maka beban nominal dikalikan dengan faktor ketidaktelitian s = 1,2 –

  f 1

  1,4. Dalam hal ini termasuk beban yang diakibatkan oleh angin yang kecepatan dan kekuatannya berubah setiap waktu. b. Bekerjanya mesin. Efek tumbuk yang lewat ilmu hitung sulit atau bahkan tidak dapat ditentukan dan yang tergantung pada jenis serta cara kerja mesin, diperoleh dengan mengalikan beban nominal dengan suatu faktor kerja s f 2 . Untuk pompa efek tumbuk adalah sedang dengan s f 2 = 1,2 – 1,5.

  c. Resiko patah. Patahnya piston akan mengakibatkan kerugian biaya, selain itu juga membahayakan jiwa manusia, maka beban nominal dikalikan dengan suatu faktor keandalan s f 3 = 1,2 -1,5. Hasil kali dari ketiga nilai tersebut adalah nilai keamanan yang dikalikan dengan beban nominal untuk menentukan beban kerja. Pada perancangan ini, penulis mengambil nilai maksimal dari masing-masing nilai diatas, dengan asumsi sistem dilapangan bekerja dengan beban total pada kondisi maksimal (kritis). Nilai yang diambil adalah 1,4 untuk nilai ketidaktelitian beban, 1,5 untuk faktor kerja dan 1,5 untuk faktor keandalan. Hasil kali dari ketiga faktor tersebut :

  s _{f f} = s . s . s ........................................................................(2) _{1 f 2 f 3}

  s f = 1,4 . 1,5 . 1,5 s f = 3,1 ≈

  3 Perhitungan beban kerja rencana W p = W . s f ................................................................................(3)

  W p = 147.150 . 3 W p = 441.450 N

• v v

  = a a

  F

  1485 + 441.450

  F F =

  441.450

  441.450 0,033 9,81

  2 Dengan demikian perhitungan gaya dapat dilakukan :

  = 0,033 m/s

  1

• 60

  0,5

  = a

  = 0,5 s maka : v t = v o + a.t a _a ^{o t} t

  a

  1 m/s v t = 1,7 cm stroke per detik; dan t

  60

  Karena percepatan a belum diketahui, maka terlebih dahulu akan dihitung dari kecepatan sebesar 1 m/menit v t = v o + a.t………………………………………...…………..(4) v t = 1 m/menit v t =

• =

  = 442.935 N

  Tekanan pada piston

  Mengacu pada hasil survei di lapangan sebelumnya, dipilih diameter batang piston d = 25,4 cm ≈ 10 in bardasarkan lampiran 1 (tabel Modul Batang Piston).

  Dengan menggunakan persamaan 3 maka penampang piston adalah sebagai berikut :

  π ² A = d …………………………………………………..…(5)

  4 ₂

  π A

  = 0,254 ; didapat ( )

  4

2 A = 0,051 m

  Sedangkan gaya yang terjadi sebesar F = 442.935 N ≈ 99.571,8 lb. Perhitungan tekanan dilakukan dengan persamaan 5 sebagai berikut : F

  P = ………………………………………………………..……(6)

  A

  

(Sumber : Oil Hidraulic System; SR Majumdar hal 262)

  dengan : P = tekanan yang terjadi (Pa) F = gaya akibat beban bagian atas Tower crane (N)

  2 A = luas penampang batang piston (m ) Perhitungan tekanan dapat dilakukan : 442.935

  P =

  0,051

  P

  = 8.685.000 Pa ≈ 1259,3 psi Berdasarkan tabel modul batang piston pada lampiran 1, untuk diameter piston d = 10 in dapat menahan beban F = 117.810 lb pada tekanan P = 1500 psi. Oleh karena dari standar tersebut diperoleh harga yang lebih tinggi, maka harga tersebut yang dipergunakan dalam perancangan berikutnya.

  Kekuatan dan pemilihan bahan batang piston

  Beban bukling kritis (critical buckling load) ₂ E

  I π

  F _c = ………………………………….………………….(7) ₂

  l _k

  

(Sumber : Oil Hidraulic System; SR Majumdar hal 267)

  dengan : F c = besar gaya kritis yang dapat diterima batang piston (N)

4 I = momen inersia batang (m )

  l = panjang piston (m)

  k

11 E = modulus elastisitas (2 . 10 Pa untuk baja)

  Untuk menghitung gaya bukling kritis, terlebih dahulu dihitung momen inersia batang : ₄

  π d I = ……………………………………………………….. (8)

  64

  (Sumber : Oil Hidraulic System; SR Majumdar hal 267) ₄

  0,254

  π ( )

  I =

  64

4 I = 0,000204 m

  Maka perhitungan gaya bukling kritis dapat dilakukan : _{2 11}

  π 2 .

  10 , 000204

  ( ) ( ) F _c = ₂

  3 F = 44.742.206,62 N

  c

  Beban maksimum pada batang piston Beban yang diijinkan adalah beban yang telah dibagi dengan faktor keamanannya. ₂ E

  I π

  F _maks = …………………………………………………(9) ₂

  s . l _k

  

(Sumber : Oil Hidraulic System; SR Majumdar hal 267)

  atau dapat pula ditulis : F _c

  F _maks = ……………………………………………………...(10)

  s _f