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
