MEKANISME GERAK MENDATAR PADA KRAN MENARA
MEKANISME GERAK MENDATAR PADA KRAN MENARA TUGAS AKHIR
Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin
Disusun oleh: Nama : Landung Suryo Hastomo NIM : 025214077
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2008
HORIZONTAL TRAVELLING SYSTEM OF TOWER CRANE FINAL PROJECT
Presented as particial fulfillment of the requirement As to the Sarjana Teknik Degree
In Mechanical Engineering by: Landung Suryo Hastomo
025214077
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2008
INTISARI Tower crane merupakan salah satu jenis pesawat pengangkat dan pengangkut yang biasa digunakan dalam pengerjaan konstruksi bangunan bertingkat. Mekanisme gerakan utama dari yaitu gerakan pengangkatan, gerakan mendatar dan gerakan memutar. Dengan tiga tower crane mekanisme ini maka tower crane sangat membantu dalam mengangkat, menurunkan, menggeser dan memindahkan material pada sebuah ketinggian.
Pada perancangan ini dikhususkan pada sistem gerakan mendatar. Sebagai referensi, perancangan mengacu pada tower crane GRU EDILMAC E-751 dengan kapasitas angkat 6 ton, panjang jangkauan ( jib ) 45 meter, kecepatan troli 55 m/menit.
Perancangan sistem gerakan mendatar pada tower crane ini menggunakan tali baja jenis pararel (lang) dengan diameter 10 mm untuk menarik troli. Tali baja digulung pada drum yang mempunyai diameter 300 mm dengan kecepatan putar 58,387 rpm. Untuk memutar drum digunakan motor AC tiga fase dengan daya 20 hp dan kecepatan putar 1460 rpm. Dalam menurunkan dan meneruskan putaran dari motor ke drum, maka dirancang transmisi roda gigi lurus, dengan tiga tingkat penurunan kecepatan. Sistem pengereman menggunakan rem sepatu ganda. Hasil rancangan dianalisa dengan program Cosmocworks untuk memeriksa kekuatan bahan.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yesus Kristus yang telah melimpahkan rahmat dan bimbingan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan tugas akhir ini yang merupakan salah satu syarat untuk meraih gelar Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sainst dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
Penyusunan tugas akhir ini tidak terlepas dari bantuan berbagai pihak sehingga pada kesempatan ini, penulis ingin menyampaikan terima kasih kepada:
1. Romo Ir. Greg. Heliarko SJ.,S.S.,B.S.T.,M.A.,M.Sc., Dekan Fakultas Sainst dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Bapak RB. Dwiseno Wihadi, S.T., M.Si. selaku dosen pembimbing yang telah meluangkan waktunya untuk membimbing penulis dalam penyusunan tugas akhir.
3. Seluruh Dosen Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sainst dan Teknologi Universitas Sanata Dharma atas semua ilmu yang telah diberikan sehingga sangat membantu dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
4. Seluruh staf pengajar dan karyawan di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sainst dan Teknologi Universitas Sanata Dharma, yang telah membantu penulis selama kuliah hingga selesainya penyusunan tugas akhir ini.
5. Almarhum Bapak, Ibu, Mbak Inux, Mas Eko, Abel dan Mila atas segala kesetiaan dalam pengorbanan, dukungan, kasih sayang dan doanya.
Semoga Allah Yang Maha Kuasa memberikan balasan yang terbaik.
6. Seluruh teman-teman Teknik Mesin (Yoga, Ade, Sogen, Putu, Roni, Albert, Cebe, Welly, dan yang lain) yang telah memberikan bantuan dalam bentuk moril maupun material hingga tugas akhir ini dapat terselesaikan.
7. Seluruh teman-teman kontrakan Andhe-Andhe Lumut (Wisnu, Mursid, Moko, Lik Wakidi, Pak Samsi, Jarod, Yudi) atas dukungan dan semangat yang selalu mereka berikan.
Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan dalam penyusunan tugas akhir ini dan jauh dari kesempurnaan akibat keterbatasan yang dimiliki oleh penulis. Oleh karenanya segala kritik yang sifatnya membangun sangat penulis harapkan. Semoga apa yang telah dicapai penulis dapat memberikan manfaat.
Akhir kata penulis berharap penyusunan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi siapa pun yang membacanya.
Yogyakarta, 20 Januari 2008 Penulis
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL …………………………………………………….... i HALAMAN JUDUL INGGRIS.................................................................... ii HALAMAN PENGESAHAN PEMBIMBING……...…………………...... iii HALAMAN PENGESAHAN PENGUJI DAN DEKAN.............................. iv HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA …………………...... v
INTISARI …………………………………………..................................... vi KATA PENGANTAR ……………………………………………….......... vii DAFTAR ISI ……………………………………………………………..... ix DAFTAR GAMBAR .................................................................................... xii BAB I PENDAHULUAN ……………………………………………...
1 1.1. Gerakan Utama Tower Crane ……………………………...
2 1.1.1. Gerakan pengangkatan...............................................
2 1.1.2. Gerakan pemindahan..................................................
4 1.1.2.1.Trolleying.......................................................
4 1.1.2.2.Slewing...........................................................
5 1.2. Ukuran Utama ……………………………………………..
6 BAB II MEKANISME GERAKAN ……………………………..…….
7 2.1. Perancangan Troli............... .……………..………………..
7
2.1.1.Beban Maksimum Roda..............................................
9 2.1.2.Gaya Tarik Maksimal Tali..........................................
10 2.1.3.Perhitungan Roda Troli...............................................
15 2.2. Pemilihan Kabel Kawat Baja ………………………...........
21 2.3. Perancangan Drum dan Puli ……………………….............
29 2.3.1.Perancangan Drum......................................................
29 2.3.2.Perancangan Poros Drum............................................
35 2.3.3.Perancangan Puli.........................................................
47 2.4. Pemilihan Motor Penggerak..................................................
54 2.5. Perancangan Transmisi Roda Gigi........................................
58 2.5.1.Perancangan Roda Gigi Lurus.....................................
58 2.5.1.1Roda Gigi Tingkat 1..........................................
59
2.5.1.2.Roda Gigi Tingkat 2 dan 3............................... 65
2.5.2.Perancangan Poros Roda Gigi..................................... 67 2.5.2.1.Perhitungan Poros 1..........................................
69 2.5.2.2.Perhitungan Poros 2..........................................
78 2.5.2.3.Perhitungan Poros 3..........................................
81 2.5.2.4.Perhitungan Poros 4..........................................
84 2.5.3.Perancangan Bantalan Roda Gigi................................
87 2.5.4.Perancangan Kopling...................................................
89 2.6. Perancangan Rem..................................................................
92 2.6.1.Menentukan Moment Pengereman..............................
93 2.6.2.Perhitungan Desain Sepatu Rem.................................
95
2.6.3.Pemilihan Magnet Rem...............................................
98
2.6.4.Pemeriksaan Pemanasan Rem..................................... 100
2.6.5.Umur Lapisan Rem..................................................... 100
BAB III PELUMASAN....................................…………....………….… 103 BAB IV KESIMPULAN..................…………………………………….. 105
4.1. Kesimpulan ……………………………………..………….. 105
4.2. Penutup...................................... …………………………... 110 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1. Tower Crane.................................................................................... 1Gambar 2.1. Troli................................................................................................ 8Gambar 2.2. Skema Gerak Troli.......................................................................... 10Gambar 2.3. Roda Troli...................................................................................... 15Gambar 2.4. Pembebanan gandar roda troli......................................................... 17Gambar 2.5. Design check poros roda troli.......…................................................ 18Gambar 2.6. Penampang rel................................................................................. 20Gambar 2.7. Skema mekanisme gerakan troli.................................................... 21Gambar 2.8. Kabel kawat baja ........................................................................... 23Gambar 2.9. Cara mengukur tali baja................................................................. 24Gambar 2.10. Drum dengan alur helix................................................................ 31Gambar 2.11. Plat pengikat kabel baja................................................................. 34Gambar 2.12. Design check drum........................................................................ 34Gambar 2.13. Pembebanan poros drum............................................................... 35Gambar 2.14. Design check poros drum............................….............................. 40Gambar 2.15. Pasak.............................................................................................. 41Gambar 2.16. Roda puli troli................................................................................ 48Gambar 2.17. Pembebanan gandar puli................................................…........... 49Gambar 2.18. Design check poros puli................................................................ 50Gambar 2.19. Motor listrik.................................................................................... 54Gambar 2.20. Transmisi roda gigi 3 tingkat....................................................... 59Gambar 2.21. Pembebanan poros 1 transmisi 3 tingkat...................................... 70Gambar 2.22. Design check poros 1.................................................................... 72Gambar 2.23. Poros bintang (Spline)................................................................... 74Gambar 2.24. Pembebanan poros II transmisi 3 tingkat...................................... 78Gambar 2.25. Design check poros 2..................................................................... 80Gambar 2.26. Pembebanan poros III transmisi 3 tingkat..................................... 81Gambar 2.27. Design check poros 3.................................................................... 83Gambar 2.28. Pembebanan poros IV transmisi 3 tingkat.................................... 84Gambar 2.29. Design check poros 4................................................................... 86Gambar 2.30. Bantalan ....................................................................................... 87Gambar 2.31. Kopling ........................................................................................ 89Gambar 2.32. Rem ............................................................................................. 93BAB I PENDAHULUAN Tower crane merupakan salah satu jenis pesawat pengangkat yang
sering digunakan dalam pembangunan gedung - gedung bertingkat dan industri - industri besar. Ciri utama dari tower crane ini yaitu mempunyai lengan menara (jib) yang dapat berputar sesuai dengan kebutuhan, sehingga dapat mengangkat beban pada ketinggian dan jarak jangkauan yang tertentu. Dengan menggunakan pesawat pengangkat ini, memungkinkan pekerjaan kita untuk memindahkan material yang mempunyai bobot yang besar ataupun mengerjakan pekerjaan lain pada jarak yang aman.
G a m b a r
1. 1. Tower Crane
1. 1. Gerakan Utama Tower Crane
Berdasarkan fungsinya, gerakan utama dari tower crane dapat dibagi menjadi dua macam yaitu: 1. 1. 1. Gerak pengangkatan (hoisting)
Gerakan pengangkatan (hoisting) tower crane ini merupakan gerakan yang arahnya vertikal. Fungsi dari gerakan pengangkatan yaitu untuk memindahkan beban yang berada pada ketinggian yang berbeda, sehingga beban pada ketingian tertentu dapat dipindahkan ke tempat yang lebih tinggi atau menurunkan beban ke tempat yang lebih rendah. Kapasitas pengangkatan ini sangat tergantung pada keseluruhan sistem, karena kapasitas pengangkatan menunjukkan kemampuan secara keseluruhan dari
tower crane itu sendiri. Gerakan pengangkatan dari tower crane diatur oleh
suatu sistem transmisi yang dihubungkan dengan drum dan oleh drum kabel kawat baja terhubung dengan sebuah sistem puli yang dihubungkan dengan alat penanganan beban yang terdiri dari rumah kait dan kaitnya. Berikut adalah komponen utama dalam gerak pengangkatan :
1. Kait Fungsi dari kait adalah untuk tempat penggantungan muatan yang mana mutan tersebut biasanya sudah disatukan dalam suatu ikatan dengan menggunakan anduh (sling) rantai atau tali. Dalam merancang kait harus diperhatikan besarnya beban angkat maksimum yang akan diangkat oleh kait. Disamping itu diameter dalam kait harus dapat menyediakan tempat pada tali atau rantai yang membawa muatan.
2. Kabel kawat baja Kabel kawat baja berfungsi untuk menggantungkan kait pada pada
drum penggulung. Kelebihan kabel kawat baja ini dibandingkan dengan
rantai adalah sebagai berikut : 1. beratnya lebih ringan 2. lebih tahan terhadap beban kejut 3. mempunyai tingkat kehandalan yang tinggi 4. pada saat kecepatan tinggi kerjanya lebih halus
5. apabila akan putus menunjukkan tanda – tanda terlebih dahulu
3. Drum dan puli
Drum merupakan salah satu komponen yang fungsinya adalah
sebagai tempat untuk menggulung kabel kawat baja. Dengan menggunakan
drum , maka kabel kawat baja akan tertata lebih rapi. Untuk menjaga
kerapian penggulungan, maka dibuatkan alur yang sesuai dengan diameter dari kabel kawat baja.
Untuk mengurangi bobot dari drum, maka dirancang drum silinder dengan rongga didalamnya. Selain dapat mengurangi bobot dari drum, pembuatan rongga ini juga dapat mengurangi rugi – rugi energi yang diakibatkan oleh momen – momen dinamiknya.
Fungsi dari puli yaitu untuk mentransmisikan daya. Kerja dari puli sangat dipengaruhi oleh kekakuan tali, jenis bantalan dan pelumas yang digunakan pada gandar puli. Semakin kaku tali, maka kerja dari puli akan menjadi terhambat.
4. Motor penggerak Pada mekanisme pengangkatan dibutuhkan daya dari motor pengerak yang mampu untuk menggerakkan sistem sehingga bahan dapat dipindahkan ke arah tujuan yang diinginkan. Motor penggerak yang digunakan adalah berupa motor listrik. Pertimbangan penggunaan motor listrik ini adalah karena harganya murah dan mudah ditemukan di pasaran.
5. Transmisi roda gigi Mekanisme transmisi roda gigi disini berfungsi untuk mengatur kecepatan, sehingga didapatkan kecepatan yang sesuai dengan yang dikehendaki. Transmisi roda gigi yang digunakan dalam mekanisme pengangkatan ini adalah transmisi roda gigi dengan sistem reduksi kecepatan dalam 4 tahap. Jenis roda gigi yang digunakan disini adalah roda gigi lurus. Keuntungan dari roda gigi lurus ini yaitu karena pembuatannya mudah, ongkos pembuatannya juga murah dan dalam pengoperasiannya sesuai dengan yang diinginkan.
6. Rem Dalam mekanisme gerakan dibutuhkan rem yang fungsi sebagai penahan agar beban yang diangkat tetap pada ketinggian tertentu. Dalam pemilihan rem harus diperhatikan tentang lapisan remnya. Bahan lapisan rem yang baik harus mempunyai sifat tahan lama terhadap keausan, koefisien geseknya besar, tahan terhadap temperatur sampai 300
C, mudah untuk dibuat dan harganya murah.
1. 1. 2. Gerak pemindahan Gerak pemindahan yang dimaksud disini yaitu, gerakan pemindahan beban pada arah horisontal. Secara umum gerakan pemindahan beban dapat dibedakan menjadi dua macam gerakan yaitu : 1. 1. 2. 1. Trolleying
Trolleying atau mekanisme bejalan yaitu suatu sistem gerakan
pemindahan beban dengan cara pemindahan beban secara horisontal. Jarak jangkauan dari beban yang akan dipindahkan tergantung dari panjang lengan menara yang digunakan, sehingga jarak jangkauannya tertentu. Gerakan pemindahan ini membutuhkan suatu mekanisme pejalan yang disebut dengan troli. Troli ini diletakkan pada lengan menara yang dilengkapi dengan drum yang fungsinya untuk menggulung tali baja yang digunakan. Berikut adalah komponen utama dalam mekanisme berjalan :
1. Troli Untuk memindahan beban pada arah horisontal maka digunakan troli yang dapat bergerak di sepanjang lengan dari tower crane. Dalam pergerakannya troli ini menggunakan roda sebanyak 4 buah, dimana roda – roda tersebut bergerak pada rel di sepanjang lengan menara. Untuk meletakkan komponen – komponennya, maka troli dilengkapi dengan rangka yang terbuat dari pipa baja dan baja profil yang disusun dengan sambungan las.
2. Kabel kawat baja Kabel kawat baja berfungsi untuk menghubungkan troli dengan drum penggulung, sehingga troli dapat bergerak sepanjang lengan menara.
3. Drum dan puli Fungsi drum disini adalah sebagai tempat untuk menggulung kabel kawat baja, sedangkan puli berfungsi untuk menjaga agar kabel kawat baja dapat menggulung sesuai dengan arahnya.
4. Motor penggerak Motor penggerak manghasilkan daya yang digunakan dalam pergerakan troli. Dalam perancangan ini motor penggerak yang digunakan yaitu jenis motor listrik.
5. Transmisi roda gigi Untuk pengaturan kecepatan pada mekanisme gerakan mendatar, maka digunakan sistem transmisi roda gigi. Dengan menggunakan sistem transmisi roda gigi ini maka akan didapatkan kecepatan yang sesuai dengan keinginan.
6. Rem Rem berguna untuk menghentikan gerak dari troli. 1. 1. 2. 2. Slewing
Yang dimaksud dengan slewing yaitu gerakan pemindahan bahan pada tower crane dengan cara memutar lengan menara ke kanan ataupun ke kiri. Karena adanya mekanisme putar, maka batang pilar yang dipasang pada pondasi tower crane haruslah kuat untuk menahan beban yang berada di atasnya. Dalam prakteknya gerakan slewing ini biasanya dikombinasikan dengan gerakan yang lainnya untuk dapat mencapai tujuan yang diinginkan. Berikut adalah komponen utama dalam mekanisme berputar :
1. Motor penggerak Motor penggerak berfungsi sebagai penghasil daya pada mekanisme gerakan memutar. Pada mekanisme gerakan memutar ini digunakan jenis motor listrik.
2. Transmisi roda gigi Pada mekanisme gerakan memutar menggunakan transmisi roda gigi untuk mengatur kecepatan pada saat melakukan gerakan memutar.
3. Rem Dalam mekanisme gerakan memutar juga diperlukan rem yang berguna untuk menghetikan gerakan.
1. 2. Ukuran Utama
Ukuran utama dari tower crane yaitu meliputi kapasitas angkat, tinggi angkat, panjang jangkauan (jib), panjang counter jib, counter weight, macam pondasi, kecepatan angkat, kecepatan troli, kecepatan putar dan sudut putar.
Sebagai referensi dalam perancangan ulang ini, dipilih Tower crane dengan spesifikasi sebagai berikut : Beban angkat : 6 ton Tinggi angkat : 37 meter Panjang jangkauan ( jib ) : 45 meter Panjang counter jib : 13 meter
Counter weight : 6 ton
Pondasi : pondasi tetap Kecepatan angkat : 30 m/menit Kecepatan troli : 55 m/menit Kecepatan putar : 2 rpm Sudut putar : 360
BAB II MEKANISME GERAKAN Mekanisme gerakan yang terjadi pada Tower Crane yaitu mekanisme pengangkatan, mekanisme gerakan mendatar dan mekanisme gerakan memutar. Untuk memberikan hasil yang sesui dengan keinginan pada saat pemindahan
suatu bahan dalam industri, maka dibutuhkan kombinasi dari ketiga mekanisme gerakan tersebut. Namun pada penulisan tugas akhir ini hanya akan dirancang komponen-komponen utama dari mekanisme gerakan mendatar.
Dalam mekanisme gerakan horisontal, komponen-komponen utama yang perlu dihitung ulang yaitu:
1. Troli
2. Kabel kawat baja
3. Drum dan puli
4. Motor penggerak
5. Transmisi roda gigi
6. Rem
2. 1. Perancangan Troli Troli berfungsi untuk memindahkan beban pada posisi horisontal.
Gaya yang diperlukan untuk memindahkan beban pada posisi horisontal sangat dipengaruhi oleh besarnya beban yang akan dipindahkan. Besarnya beban yang akan dipindahkan dikalikan 2 sebagai angka keamanan dari semua mekanisme gerak horisontal.
Untuk mekanisme pejalannya digunakan 4 buah roda yang berjalan sepanjang jib, dimana jib sendiri juga berfungsi sebagai rel dari troli. Bahan yang digunakan untuk roda penggerak adalah jenis baja. Jika kecepatan gerak horisontal diketahui adalah V= 55m/menit=0,917m/s. Waktu percepatan yang diijinkan adalah 1,5 sampai 5 detik, maka dipilih t = 4 detik
v
Maka percepatanya adalah : a
t
, 917
4
2
= 0,229 m/s Gambar 2. 1. Troli
2. 1. 1. Beban maksimal roda (P
= bobot troli (150 kg x 9,81 m/s
117720 981 1471 5 ,
3133 98 , 30744 44 , 4 2805 25 ,
N kg P P mak mak
= 2805,25 N
2
) x a = 12250 kg x 0,229 m/s
o
x a = (Q+q+G
Total
= 1471,5 N) F = Gaya akibat adanya percepatan gerak horizontal = m
2
o
mak ).
= 981 N) G
2
= 117720 N q = bobot rumah kait (100 kg x 9,81 m/s
2
= 6000 x 2 =12000 kg = 12000 kg x 9,81 m/s
(Rudenko, 1996, hal. 237) dengan Q = beban angkat = Beban rencana x Angka keamanan
…………………………………… .……….......(2.1)
P o mak
4 F G q Q
Beban maksimal adalah semua beban rencana yang harus ditanggung troli yang secara simetris dan distribusi bebannya merata pada keempat roda jalan troli. Basarnya beban tersebut dapat ditentukan dengan persamaan (2.1)
2. 1. 2. Gaya tarik maksimal tali (S )
Tot
Tahanan roda gerak troli (W )
1 Tahanan roda gerak troli (W ) adalah resistansi atau tahanan
1
terhadap gerakan pada arah horisontal yang harus diatasi oleh troli berbeban yang bergerak. Besarnya tahanan tersebut dapat ditentukan dengan Persamaan (2.2)
Keterangan :
1. Drum Travelling
2. Puli system Travelling
3. Roda Troli
4. Puli system housting
5. Puli pengangkat pada troli
6. Rumah kait
Gambar 2. 2. Skema Gerak Troli
d 2 k
W ( Q q G F ) .........................................................(2.2) 1 o D
(Rudenko, 1996, hal. 284) dengan Q = beban angkat (117720N) q = bobot rumah kait (981N) G = bobot troli (1471,5N)
o
F = gaya akibat adanya percepatan (2805,25N) â = kofisien untuk memperhitungkan gesekan pada roda gerak, untuk bantalan luncur sebesar (1,25)
µ = koefisien gesek bantalan (untuk bantalan rol fleksibel 0,015) d = diameter gandar (2 cm) k = koefisien gesek pada gelinding roda (diasumsikan 0,05)
D = diameter roda penggerak (10 cm) Dengan mensubstitusiksn variabel-variabel tersebut maka diperoleh
. 015 x 2 2 x .
05
W ( 117720 981 1471 ,
5 2805 , 25 ) x 1 ,
25 1
10
W 6148 ,
88 N 1 Tahanan puli tali pengangkat (W )
2
Tahanan pada puli tali pengangkat (W ) adalah selisih antara berat2
rumah kait ditambah beban muatan dengan beban yang diakibatkan tahanan roda gerak troli ditambah berat tali yang terdefleksi. Besarnya tahanan tersebut dapat ditentukan dengan persamaan (2.3)
…… .…………………………………………………..(2.3)
W S S 2 on off
(Rudenko, 1996, hal. 284) dengan S = tarikan akibat tahanan roda dan terdefleksinya tali (N)
on
S = tarikan akibat takel dan muatan (N)
off
Beban yang sesungguhnya terjadi pada pengangkatan(B) adalah semua beban yang diterima oleh sistem pengangkatan. Besarnya beban yang sebenarnya terjadi pada sistem pengangkatan dapat ditentukan dengan Persamaan (2.4)
Q q
B = ..............................................................................................(2.4)
z 1
(Rudenko, 1996, hal. 41) dengan, Q = beban angkat (117720N) q = bobot rumah kait (981N) z = jumlah muatan puli yang menyangga beban (3) ç = efisiensi puli (0,8)
ç = efisiensi yang disebabkan kerugian tali akibat
1
kekakuanya ketika menggulung pada drum, diasumsikan (0,98)
Dengan mensubstitusiksn semua variabel tersebut kedalam persamaan (2.4) maka didapatkan beban angkat sebesar 117720 981 B = 3 x ,
8 x ,
98 = 50468,11 N Tegangan tali yang terjadi pada pengangkatan (S) adalah tegangan yang terjadi pada tali pengangkat yang diakibatkan oleh beban pangangkatan. Besarnya tegangan tali yang terjadi dapat ditentukan dengan persamaan (2.5)
1
z
………………………… S=Bxå x .………………………....(2.5) z 1
1 (Ir.G. harjanto, 1993, hal. 10) Dengan B = beban sesungguhnya yang terjadi (50468,11N) i = jumlah puli dalam system pengangkatan (6)
Z = (i – 1) = (6 – 1) = 5 å = faktor hambatan (1,05)
1
1 å = = =1,05
1 ,
98 1 ,
05
1
5 S = 50468,11 x 1,05 x
6 1 ,
05
1
= 9472,28N S = S ,dengan persamaan di atas maka didapatkan tegangan tali yang
off
diderita tali pada sistem pengangkatan(S) adalah sebesar 9472,28 N
W S 1 t
……………
S .……………………………………………(2.6) on
2 (Rudenko, 1996, hal. 285) dengan W = tahanan gerak roda troli (6148,88N)
1
ç = efisiensi mekanis (0,8)
2 S = tarikan terhadap bobot tali dan defleksinya (3962,02N) t
f x q S r t
Maka didapatkan tahanan pada roda puli tali pengangkat sebesar
, 22 359 2
, 875 3962 02 , 403 225 , 2 5 ,
N kg S x x S t t
) adalah gaya yang harus dikeluarkan untuk menarik troli supaya bergerak maju mundur. Untuk menggerakan troli pada arah horisontal saat membawa beban digunakan tali, maka gaya tarik yang dilakukan tali sama dengan
Tot
Tarikan maksimal tali untuk memindahkan troli (S
3166 34 , 9472 28 , 12638 62 , 2
N W
2 2 ..............................................................................................(2.7)
12638 62 , 8 , 3962 02 , 6148 88 ,
N S S on on
1 f = (1/100) 22,5 f = 0,225
1 100
200
= bobot tali per meter (0,359 kg/m) x = setengah panjang tali yang terdefleksi (22,5m) f = defleksi tali yang diizinkan f = ( Xmaks sampai )
r
(Rudenko, 1996, hal. 285) dengan q
jumlah tahanan yang diakibatkan gerak troli (W ), tahanan roda puli
1
pengangkat ( W ) dan tarikan tali akibat terdefleksinya tali tersebut (S ) 2
t
S = W + W + S
Tot
1 2 t
S = 6148,88+3166,34+3962,02
Tot
S = 13277,24N = 1353,43kg
Tot
2. 1. 3. Perhitungan Poros dan Roda Troli Gambar. 2. 3. Roda Troly Data desain roda troli di bawah didapat dari pengamatan di lapangan. lebar roda (b) : 5 cm diameter roda (D) : 10 cm diameter poros (d) : 3,5 cm
Pemeriksaan terhadap kekuatan (ó )
mak
Untuk pemeriksaan diameter roda pejalan yang dipakai, maka kita harus periksa tegangan tekan satuan lokal yang ditentukan dengan persamaan 2.8.
pk
mak 600 .....................................................................................(2.8)
br
(Rudenko, 1996, hal. 260) Dengan,
P = beban yang bekerja pada roda (30744,44N) b = lebar permukaan kerja rel rata (5 cm) r = jari-jari rel (1 cm) k = koefisien untuk memperhitungkan kecepatan gelinding roda yang ditentukan dengan persamaan 2.9, dengan v adalah kecepatan gelinding roda, dalam m/detik. k = (0,2-1)v............................................................................................(2.9) (Rudenko, 1996, hal. 260)
= 1x 55/60 = 0,917 m/s 30744 , 44 x , 917
600 mak 5 x
1 2 2 45054 , mak
08 N / cm 4592 , 66 kg / cm Pemilihan bahan roda Berdasar hasil perhitungan tegangan tekan satuan lokal, maka dipilih bahan roda yaitu steel 5 yang mempunyai tegangan tekan satuan
5.250 kg/cm
2
dan tegangan luluh 2900 kg/cm
2
yang terdapat dalam Tabel Karakteristik bahan roda penggerak pada Lampiran 1.
Poros roda troli Poros roda troli ini merupakan poros diam, karena poros ini merupakan gandar yang hanya mengalami momen lengkung saja dan tidak mengalami momen puntir. Data yang diketahui adalah sebagai berikut
Berat beban yang harus diterima gandar P
mak
= 3133,98 kg Gambar 2. 4. Pembebanan pada gandar roda troli.
Reaksi pada titik A adalah sebesar 3133,98 kg. Maka momen lengkung yang terjadi Mb = 3133,98 63 = 197440,74 kg.mm
63 mm P mak B A Maka diameter gandar (Dg) dapat diketahui dengan Persamaan 2.10.
Mb 3 …………………………………………………… Dg
2 , 17 .(2.10)
a (G.Niemann, Elemen mesin, 1982, hal 321) Dengan bahan gandar yang direncanakan adalah S55C dengan ( ) a
2
diketahui 60 kg/mm . Maka diameter gandar adalah 3 197440 ,
74 Dg 2 ,
17
60 Dg = 31,92 mm maka diameter gandar dipilih sebesar 35 mm.
Design Check poros roda troli dengan cosmoswork, material yang digunakan Alloy Steel dengan batas mulur (Yield strength) ó = 62,04
Y
2 kg/mm .
Gambar 2.5. Design check-Poros roda troli. Dari gambar 2.5. didapatkan FOS (Factor Of Safety) = 1,6. Berarti poros kuat untuk menahan 1,6x berat beban yang diterima gandar (P ).max Bantalan poros roda troli.
Diketahui diameter poros (Dg = d) sebesar 35 mm, untuk pemilihan bantalan pada poros ini diambil dari Tabel Ball bearing pada Lampiran 5 dipilih bantalan SKF 6207 dan diperoleh data berikut ini Diameter dalam (d) = 35 mm Diameter luar (D) = 72 mm Lebar bantalan (B) = 17 mm
Karena pada poros roda troli ini merupakan gandar yang hanya menerima momen lengkung saja tidak terjadi momen puntir serta tidak terjadi gaya radial maupun aksial, maka dalam menentukan umur nominal bantalan (Lh) pada gandar ini akan didapat umur tak terbatas. Oleh sebab itu untuk keamanan dalam praktek penggunaannya, diasumsikan mesin beroperasi selama 8 jam sehari serta mesin digunakan sebagian. Maka berdasarkan Tabel Nilai praktis umur bantalan pada lampiran 11, maka umur bantalan diperkirakan 14.000-20.000 jam.
Pemilihan rel Berdasarkan dimensi roda troli yang terdapat pada bagian sebelumnya, maka dalam Tabel Rel baja rata dan persegi untuk crane jalan pada lampiran 1 dipilih rel untuk crane jalan dengan dimensi berikut
100
15 B = H = 85 r = 120
14 65 , 5 berat per meter roda sorong =
78 ,
79 B
r H
Gambar 2. 6. Penampang rel Keterangan : B : Lebar rel H : Tinggi rel R : Jari-jari filet rel
2. 2. Pemilihan Kabel Kawat Baja
Tegangan yang terjadi pada kawat baja merupakan gabungan dari tegangan tarik, lentur dan puntir serta adanya tekanan dan gesekan antara kawat dan untaian. Disamping itu dengan adanya tali yang melewati puli dan drum akan mengakibatkan kekuatan tali tersebut menjadi berkurang, hal ini disebabkan karena kikisan yang dialami oleh kawat bagian luar. Dengan adanya kikisan yang besar pada kawat bagian luar maka dipilih tali jenis pintal parallel (Lang) yang mampu menahan gesekan lebih baik dan fleksibel tapi cenderung untuk berpuntir. Namun kecenderungan kawat untuk berpuntir dapat diatasi dengan adanya jalur pandu oleh puli.
Gambar 2. 7. Skema Mekanisme Gerakan Troli. Keterangan :
1. Puli 1
2. Puli 2
3. Drum
4. Puli 3
5. Puli 4
6. Troli Dalam mekanisme perjalanan troli digerakan dengan tali baja dengan jumlah lengkungan 6, sehingga dari tabel Fungsi jumlah lengkungan pada lampiran 2 didapatkan perbandingan antara diameter drum(D )
min D min
dengan diameter tali (d) yaitu 28 . Jenis tali baja yang digunakan
d
adalah: Tipe : 6 x 37 wire rope Pintalan : paralel (Lang) Diameter tali (d) : 10 mm Diameter serat/wire(ä) : 0,44 mm
2 Kekuatan putus (ó ) : 18.000 kg/cm ijin
Beban putus pada tali (P) : 5760 kg Berat tali per meter : 0,359 kg/m
Gambar 2. 8. Kabel Kawat Baja Tarikan maksimum pada tali (S )
Tot
Tarikan maksimum tali yang dibutuhkan yaitu sama dengan tarikan tali maksimum yang digunakan untuk menarik troli.
S = 13277,24N = 1353,43kg
Tot
Penampang tali (F) Desain tali yang digunakan adalah dengan jumlah kawat i = 222
S Tot
F = .................................................................(2.11)
(222)
ijin d 36 . 000
K D min
(N. Rudenko, 1996, hal. 39)
2
dengan, ó = tegangan putus tali 18.000 kg/cm
ijin
K = faktor keamanan tali 2
1353 ,
43 F =
(222)
18 . 000 36 . 000
2
28
2
= 0,175 cm Diameter untuk satu kawat/serat/wire (ä)
Tali baja terdiri dari 1 inti (core), 6 strand, tiap-tiap strand tersusun atas beberapa kawat kecil (wire) seperti pada Gambar 2. 8.
d
……………………………………………………………… ä =
(2.12) 1 , 5 i
(N. Rudenko, 1996, hal. 38)
10 ä = 1 ,
5 222 = 0,044 cm
= 0,44 mm Diameter tali kawat baja (d) Gambar 2. 9. Cara mengukur tali baja.
Cara mengukur diameter luar tali baja adalah seperti pada Gambar 2. 9. yaitu dengan mengukur dua untaian yang berlawanan letaknya. d = 1 , 5 i ..............................................................................................(2.13) (N. Rudenko, 1996, hal. 38) dengan perhitungan dalam persamaan (2.13) maka didapatkan ukuran diameter tali adalah sebesar d = 1,5x0,044x 222 = 0,97 cm Pemeriksaan terhadap tarikan maksimal yang diizinkan
P ijin
S = ..................................................................................................(2.14)
K
(N. Rudenko, 1996, hal. 40) 5760
=
2 = 2880 kg
Dalam hal ini tarikan maksimum yang diizinkan adalah 2880 kg, sedangkan tarikan yang digunakan untuk memindahkan troli adalah 1353,43 kg, jadi pemilihan jenis tali benar karena sudah memenuhi batas keamanan. Beban putus tali yang sebenarnya (P )
t
P = S x K ............................................................................................(2.15)
t Tot
(N. Rudenko, 1996, hal. 40)
= 1353,43 x 2 = 2706,86 kg
Tegangan tarik yang sebenarnya (ó )
b P t
ó = ...................................................................................................(2.16)
b F
(N. Rudenko, 1996, hal. 39) 2706 ,
86 ó =
b
, 175
2
= 15467,77 kg/cm ≤ ó
ijin Jadi pemilihan jenis tali ini benar karena sudah memenuhi batas keamanan.
Mencari faktor m Dari kenyataan bahwa kerusakan tali diakibatkan oleh kelelahan bahan dan setiap tali hanya dapat mengalami lengkungan dalam jumlah tertentu , maka kita perlu mencari factor m yaitu faktor yang tergantung pada jumlah lengkungan berulang dari tali (z) selama periode keausan sampai tali tersebut rusak.
D min d
m = ....................................................................................(2.17) CC C b 1 2
(N. Rudenko, 1996, hal.43)
2
dengan, ó = tegangan tarik sebenarnya pada tali (154,6777kg/mm )
b
C = faktor yang memberi karakteristik kontruksi tali dan kekuatan tarik maksimum bahan kawat 0,89 (Tabel harga faktor C pada lampiran 2) C = faktor yang tergantung pada tali =0,89 (Tabel harga
1
factor C pada lampiran 2)
1 C = faktor yang menentukan faktor produksi dan operasi
2
tambahan yang tidak diperhitungkan oleh faktor C dan C =1 ( Tabel harga factor C pada lampiran 2)
1
2
28 m = 154 , 6777 x , 89 x , 89 x
1 = 0,2285
Dari Tabel harga faktor m pada lampiran 3 didapat hubungan antara m dengan jumlah lengkungan z , maka dengan nilai m = 0,2285 didapatkan z
1
1
= 30.000 lengkungan Umur kabel kawat baja (N)
z 1
………………………………………………………
N
..…….(2.18)
az 2
(N. Rudenko, 1996, hal. 46) Dapat dilihat dalam tabel harga a, z , dan â pada lampiran 3
2
dengan, a = jumlah siklus kerja rata-rata perbulan (3400)
z = jumlah lengkungan (30.000)
1 z = jumlah lengkungan berulang per siklus kerja (maju dan
2
mundur) pada perjalanan penuh dan lengkungan satu sisi (3) â = faktor perubahan daya tahan tali akibat menarik muatan lenih rendah dari panjang total dan lebih ringan dari muatan (0,4) 30 . 000
N = 3400 x 3 x ,
4 = 7,35 Jadi umur kabel kawat baja yaitu 7 bulan 11 hari.
2. 3. Perancangan Drum dan Puli
2. 3. 1. Perancangan Drum
Drum yang dipakai menggunakan bahan dari besi cor kelabu FC 20
2
(JIS G 5501) dengan tegangan tarik 2400 kg/cm . Dengan membuat berongga pada bagian dalam dari drum, maka dapat menghemat penggunaan bahan dan sekaligus mengurangi bobot dari drum. Disamping itu untuk pemandu arah dari lilitan kabel kawat, maka dibuat alur helik pada permukaan drum.
Gambar 2. 10. Drum dengan alur helix Diameter drum (D )
drum
Diameter drum dapat dihitung berdasarkan dari diameter kabel kawat baja yang telah diperoleh yaitu
D drum
……………………………………………………………
28 ..(2.19)
d
D = 28 x 10
drum
= 280 mm Sedangkan untuk diameter drum yang diizinkan diperoleh dengan pernghitungan D ≥ e e d .............................................................................................(2.20) 1.
2.
e = faktor yang tergantung pada alat pengangkat dan kondisi operasinya(30)
1
e = faktor yang tergantung pada konstruksi tali (0,9)
2 D ≥ 30x0,9x10
D ≥ 270 mm Dari perhitungan diatas, maka digunakan diameter drum 300 mm Kecepatan keliling drum (V )
drum