PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU KAPUR YANG SETARA DENGAN TIPE R 984 C Litronic Tugas Akhir - Perancangan backhoe excavator untuk material batu kapur yang setara dengan tipe R 984 C Litronic - USD Repository

  

PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK

MATERIAL BATU KAPUR YANG SETARA DENGAN

TIPE R 984 C Litronic

  

Tugas Akhir

  Untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan Mencapai Derajat Sarjana S-1

  Program Studi Teknik Mesin Disusun oleh

  Ignatius Hari Prasetyo NIM : 045214033

  

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

YOGYAKARTA

2010

  

DESIGNING FOR LIMESTONE MATERIAL

BACKHOE EXCAVATOR EQUIVALENT

WITH R 984 C Litronic TYPE

  

Final Project

  Pressented as Partial Fulfillment of the Requirements to Obtain the Sarjana Teknik Degree in Mechanical Engineering

  By: Ignatius Hari Prasetyo

  Student Number : 045214033

  

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2010

  

TUGAS AKHIR

PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK

MATERIAL BATU KAPUR YANG SETARA DENGAN

TIPE R 984 C Litronic

  Disusun Oleh Ignatius Hari Prasetyo

  NIM : 045214033 Telah disetujui oleh :

  Pembimbing Utama Wibowo Kusbandono, S.T., M.T. Tanggal : September 2010

  

TUGAS AKHIR

PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK

MATERIAL BATU KAPUR YANG SETARA DENGAN

TIPE R 984 C Litronic

  Dipersiapkan dan ditulis oleh Ignatius Hari Prasetyo

  NIM : 045214033 Telah dipertahankan didepan Panitia Penguji

  Pada tanggal 13 Agustus 2010 dan dinyatakan memenuhi syarat Susunan Panitia Penguji

  Ketua : Ir. Y.B. Lukiyanto, M.T. __________________ Sekretaris : Doddy Purwadianto, S.T., M.T. __________________ Anggota : Wibowo Kusbandono, S.T., M.T. __________________

  Yogyakarta, 7 September 2010 Fakultas Sains dan Teknologi

  Universitas Sanata Dharma Yogyakarta

  Dekan (Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T.)

  INTISARI

  Tujuan dari penelitian peralatan berat ini adalah merancang penggerak hydraulic sistem pada silinder hidrolik bucket, silinder hidrolik arm, silinder

  3

  hidrolik boom, dengan kapasitas bucket 7,7 meter untuk mengerjakan jenis material batu kapur sehingga diperoleh diameter kepala piston silinder hidrolik

  

bucket 139 mm dengan diameter batang piston 85 mm. Diameter dalam

cylinder hydraulic 140 mm.Diameter luar cylinder hydraulic 255 mm. Tebal

  dinding cylinder hydraulic 57,33 mm. Diameter kepala piston silinder hidrolik

  

arm 140 mm dengan diameter batang piston 104 mm. Diameter dalam

cylinder hydraulic 142 mm. Tebal dinding cylinder hydraulic 59,214 mm.

  Diameter luar cylinder bucket 260 mm. Diameter kepala piston silinder hidrolik boom 190 mm dengan diameter batang piston 119 mm. Diameter dalam cylinder hydraulic 191 mm. Tebal dinding cylinder hydraulic 85,472 mm. Diameter luar cylinder bucket 362 mm.

KATA PENGANTAR

  Puji syukur kepada Allah Bapa yang telah menganugerahkan berkat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul ” Perancangan Backhoe Excavator Untuk Material Batu Kapur Yang Setara Dengan Tipe R 984 C Litronic ”. Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat yang harus ditempuh untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih atas segala bantuan, saran dan fasilitas, sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan, kepada :

  1. Allah Bapa atas segala berkat, karunia dan penyertaan kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik dan lancar.

  2. Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  3. Budi Soegiharto, S.T., M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  4. Wibowo Kusbandono, S.T., M.T. sebagai pembimbing tugas akhir.

  5. Ir. Agus Unggul Santosa sebagai dosen pembimbing akademik.

  6. Kedua orang tuaku, Drs. Agustinus Soepardjo dan Maria Sri Sumartinah yang selalu memberikan dukungan dan doa.

  7. Kakakku, Antonius Adi Wijaya, S.T. atas semangat dan doanya.

  8. Ant. Aan Arianto, S.T. dan keluarga atas dukungannya.

DAFTAR ISI

  

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

TITLE PAGE…………….………..……………………………….……………ii

HALAMAN PENGESAHAN PEMBIMBING………………..….………….iii

HALAMAN PENGESAHAN…………………………………………………..iv

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

  

INTISARI………….……………………………………………………………vi

HALAMAN PERSETUJUAN PUBLIKASI………………………………….vii

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

DAFTAR ISI………………………………………………………………….....x

DAFTAR GAMBAR…………………………………………………………..xiii

  BAB I PENDAHULUAN

  1.1 Latar Belakang…………………………………………………………1

  1.2 Tujuan Penelitian……………………………………………………….3

  1.3 Urutan Perhitungan…………………………………………………….4

  1.4 Batasan Masalah……………………………………………………….4

  1.5 Perencanaan Alat Berat………………………………………………..5

  BAB II DASAR TEORI

  2.1 Profil Batu Kapur…………………………………………………..…7

  2.2 Excavator Backhoe…………………………………………………....8

  2.3 Cara kerja Backhoe Excavator………………………………………..9

  BAB III PERANCANGAN PERLENGKAPAN KERJA BACKHOE

  3.1 Perancangan peralatan kerja ………………………………………….12

  3.2 Perhitungan Komponen Pengoperasian…………………………….…13

  3.3 Perancangan Bucket…………………………………………………..13

  3.3.1 Gigi Bucket………………………………..………….………...17

  3.3.2 Perhitungan Silinder Bucket Saat Penetrasi…………………….20

  3.3.3 Perhitungan Silinder Bucket Saat Bermuatan…………………..22

  3.3.4 Perhitungan Batang Piston…………………………………...…27

  3.4 Perancangan Arm……………………………………………………..28

  3.4.1 Perhitungan Silinder Arm Saat Penetrasi……………………….29

  3.4.2 Perhitungan Silinder Arm Saat Bermuatan……………………..29

  3.4.3 Perhitungan Batang Piston……………………………………...32

  3.5 Perancangan Boom……………………………………………………33

  3.5.1 Perhitungan Silinder Boom Saat Penetrasi……………………...33

  3.5.2 Perhitungan Silinder Boom Saat Bermuatan……………………34

  3.5.3 Perhitungan Batang Piston……………………………………...37

  3.6 Fluida Hydraulic……………………………………………………...37

  3.7 Tekanan Kerja Silinder Hydraulic…………………………………….38

  3.7.1 Tekanan Kerja Pada Silinder Hydraulic Bucket………………..39

  3.7.2 Tekanan Kerja Pada Silinder Hydraulic Arm…………………..40

  3.7.3 Tekanan Kerja Pada Silinder Hydraulic Boom…………………40

  3.8 Penentuan Tebal Dinding Cylinder………………………………….42

  3.8.1 Penentuan Tebal Dinding Cylinder Bucket……………………43

  3.8.2 Penentuan Tebal Dinding Cylinder Arm………………………43

  3.8.3 Penentuan Tebal Dinding Cylinder Boom…………………….44

  BAB IV PERAWATAN

  4.1 Perawatan Pada Attachment………………………………………45

  4.2 Perawatan Pada Cylinder Hydraulic……………………………....45

  BAB V PENUTUP

  5.1 Kesimpulan………………………………………………………..46

  5.2 Saran………………………………………………………………47

  DAFTAR PUSTAKA……………………………………………………….48 LAMPIRAN

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Perlengkapan Kerja Backhoe Excavator yang akan dirancang……1Gambar 1.2 Silinder Hydraulic………………………………………………....2

  Gambar 2 Jangkauan Gali Backhoe……………………………………..…..11

Gambar 3.1 Penampang Bucket……………………………………………….14Gambar 3.2 Gaya pada Bucket dan Gaya pada Silinder Peralatan Kerja……..20Gambar 3.3 Pembebanan Pada Silinder Saat Bermuatan..................................23Gambar 3.4 Gaya pada Bucket dan Silinder Bucket…………………………..24Gambar 3.5 Perencanaan Bentuk Arm...............................................................28Gambar 3.6 Gaya yang dialami Silinder Arm Saat Bucket Bermuatan……….30Gambar 3.7 Perencanaan Boom……………………………………………….34Gambar 3.8 Gaya yang dialami Silinder Boom Saat bucket Bermuatan…...…35

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

  Negara Indonesia merupakan Negara kepulauan yang didalamnya banyak terkandung batu kapur yang dapat dimanfaatkan untuk kebutuhan manusia. Batu kapur sangat vital peranannya untuk menunjang perekonomian di bumi Indonesia karena batu kapur mendukung kehidupan tumbuhan dengan menyediakan hara dan air sekaligus sebagai penopang akar. Struktur batu kapur (Gamping) dapat terjadi dengan beberapa cara, yaitu secara organik, secara mekanik, atau secara kimia. Sebagian besar batu kapur yang terdapat di alam terjadi secara organik, jenis ini berasal dari pengendapan cangkang/rumah kerang dan siput, foraminifera atau ganggang, atau berasal dari kerangka binatang koral/kerang. Batu kapur dapat berwarna putih susu, abu muda, abu tua, coklat bahkan hitam, tergantung keberadaan mineral pengotornya. Penggunaan batu kapur sudah beragam diantaranya untuk bahan kaptan, bahan campuran bangunan, industri karet dan ban, kertas, dan lain-lain. Potensi batu kapur di Indonesia sangat besar dan tersebar hampir merata di seluruh kepulauan Indonesia. Sebagian besar cadangan batu kapur Indonesia terdapat di Sumatera Barat. Semakin meningkatnya kebutuhan manusia akan sumber daya alam mineral menuntut pengembangan dalam bidang pengolahan hasil produksi pertambangan, sehingga dapat mengimbangi laju permintaan tersebut. Seiring dengan berkembangnya kemajuan jaman, batu kapur sebagai salah satu batuan mineral kini telah banyak digunakan sebagai bahan baku produksi. Oleh karena kebutuhan yang berbeda - beda dalam faktor bentuk dan ukuran, sebelum dapat digunakan sebagai bahan baku produksi batuan kapur hasil penambangan yang pada umumnya memiliki ukuran relatif besar terlebih dahulu direduksi sampai pada ukuran tertentu. Proses ini berlangsung secara sinkron melalui proses dan peralatan yang berbeda - beda sehingga menghasilkan output yang sesuai dengan kebutuhan. Hammer mill yang termasuk dalam alat pereduksi material pada tahap lanjut merupakan suatu alat pengolah mineral padat yang dapat menghasilkan produk berupa serbuk dengan ukuran butir yang baik (sampai dengan 400 mesh). Hammer mill bekerja menurut prinsip gaya impak dan abrasi yang berlangsung secara simultan, sehingga yang energi diserap oleh material padat digunakan untuk membentuk garis patahan yang akhirnya menyebabkan material padat tersebut pecah. Hal ini berlangsung secara terus – menerus sehingga material padat tersebut mencapai ukuran tertentu, untuk selanjutnya mengalami proses pemisahan.

  Pengadaan mesin atau peralatan berat umumnya disebabkan oleh keterbatasan tenaga kerja manusia untuk menyelesaikan suatu pekerjaan secara manual dengan alat konvensional, Selain itu factor ketersediaaan waktu dalam menyelesaikan pekerjaan yang relatif pendek juga menentukan.

  Alat berat yang akan dioperasikan harus sesuai dengan kondisi pekerjaan yang akan dikerjakan serta berproduksi tinggi dengan pengeluaran yang relatif rendah. Excavator merupakan salah satu alat yang berfungsi sebagai alat penggali dan pengangkat serta pengangkut. Perkembangan excavator sekarang ini banyak sekali, hal ini dapat dilihat dari banyaknya produsen pembuat excavator yang saling berlomba menciptakan kecanggihan dari excavator yang diciptakan. Liebherr merupakan salah satu perusahaan pembuat alat berat jenis excavator yang banyak dipergunakan oleh para konsumen, hal ini tidak lepas dari kecanggihan yang dimilki oleh excavator tersebut. Banyak sekali jenis-jenis excavator yang diproduksi oleh Liebherr sesuai dengan perkembangan jaman serta kebutuhan para konsumen,salah satu excavator adalah excavator R 984 C Litronic yang akn dibahas sebagai salah satu perancangan.

1.2. Tujuan Penelitian

  Tujuan Dari penelitian peralatan berat ini adalah merancang penggerak hydraulic sistem: a. Bucket dan silinder bucket

  b. Arm dan silinder Arm

  c. Boom dan silinder Boom Dengan adanya mesin atau alat berat yang dapat membantu pengambilan batu kapur, diharapkann dapat membuat pekerjaan manusia menjadi lebih cepat dan mudah. Peralatan yang dimaksudkan adalah backhoe excavator yang mempunyai kemampuan dalam proses penambangan.

  1.3. Urutan perhitungan

  Pada kesempatan ini akan dirancang perlengkapan kerja backhoe yang memiliki kemampuan untuk pemindahan material batu kapur. Selain pemecahan masalah yang dihadapi, tujuan perancangan peralatan kerja excavator backhoe adalah untuk mengetahui perhitungan peralatan kerja excavator backhoe, lebih khususnya perhitungan bucket, arm, boom dan sistem hidraulik untuk menggerakkan peralatan kerja tersebut.

  1.4. Batasan Masalah

  Dalam perancangan perlengkapan kerja excavator backhoe ini dibatasi permasalahan pada hal-hal berikut:

Gambar 1.1 Perlengkapan Backhoe excavator yang akan dirancang

  1. Perancangan Bucket dan cylinder Bucket

  2. Perancangan Arm dan Silinder Arm

  3. Perancangan Boom dan Silinder Boom Agar perancangan alat dapat berfungsi untuk pengerjaan pengolahan suatu material batu kapur sebagai syarat perancangan salah satunya harus mengetahui sifat, karakteristik material yang akan dikerjakan dengan peralatan tersebut.

1.5. Perencanaan Alat Berat

  Perancangan suatu alat berat hendaknya mengacu pada tujuan yang hendak dicapai, untuk ini perlu diketahui terlebih dahulu tempat operasi kerja yang akan dilakukan dan kegunaan alat berat itu, dengan mengetahui kerja yang akan dilakukan dan kegunaan alat berat itu dengan mengetahui faktor-faktor penunjang dasar perancangan, diharapkan proses perancangan dapat berjalan lancar dan tepat guna.

  Dalam perancangan peralatan kerja (attachment) excavator, hal yang perlu diketahui adalah perhitungan kekuatan sebuah komponen yang akan menentukan kekuatan komponen tersebut untuk menahan beban tertentu sehingga akan didapat besar dimensi (ukuran) yang diperlukan.

  Menurut perhitungan kekuatan bahan dihitung beban yang bekerja pada bagian tertentu sehingga terjadi tegangan minimal dan dibandingkan dengan tegangan yang diijinkan, sehingga akan didapat ukuran komponen yang memenuhi standar perhitungan.

  Perhitungan dimulai dari perencanaan bucket yang merupakan alat kerja pendukung beban, bentuk yang disesuaikan dengan fungsinya yaitu pengangkat dan penggali. Bucket terbuat dari plat baja yang berbentuk seperti gayung. Pada saat bucket masuk pada material galian, pada ujung bucket terpasang pisau penghancur dengan bentuk runcing dan terbuat dari baja, pisau tersebut membantu proses penggalian. Pada bucket terdapat dua engsel sebagai pernghubung antara

  

bucket dengan arm dan penghubung bucket dengan cylinder bucket. Cylinder

bucket berfungsi untuk gerak menggulung (bucket curl) dan gerak membongkar

  (bucket dump). Gerakan ini terjadi karena gerakan translasi dari bucket cylinder yang memanfaatkan sistem hidrolik (tekanan merata) yang disalurkan melalui selang-selang penghubung yang berasal dari pompa hydraulic.

  Bucket ditumpu oleh arm yang mempunyai penampang kotak melintang,

arm terbuat dari plat baja yang disambung dengan penyambungan las, arm

  berfungsi sebagai alat bantu pada saat mulai penggalian tanah dan arm digerakkan oleh cylinder arm yang dapat bergerak mendekati atau menjauhi boom, gerakan terjadi karena arm mendapat tekanan dari minyak, disalurkan melalui selang- selang penghubung yang berasal dari pompa hydraulic.

  Arm dan cylinder arm ditumpu oleh boom yang berfungsi untuk gerakan

  naik dan gerakan turun, gerakan ini terjadi karena cylinder boom mendapat tekanan yang berisi minyak, disalurkan melalui selang-selang penghubung yang berasal dari pompa hydraulic, boom dibuat untuk menambah jangkauan saat

  

excavator bekerja. Boom ditumpu oleh dua buah cylinder hydraulic yang

terpasang pada badan excavator.

BAB II DASAR TEORI

2.1. Profil Batu Kapur

  Semua jenis sifat batu kapur gamping atau batu kapur ini berpori-pori, banyak celah,sehingga air dapat dengan mudah merembes mengisi celah setipis selaputbuah salak sekali pun. Tekanan pori diukur relatif terhadap tekanan atmosfer dan permukaan lapisan tanah yang tekanannya sama dengan tekanan atmosfer dinamakan muka air tanah atau permukaan freasik, di bawah muka air tanah. Tanah diasumsikan jenuh walaupun sebenarnya tidak demikian karena ada rongga-rongga udara. Latin: calx, kapur) Walau kapur telah digunakan oleh orang-orang Romawi di abad kesatu, logam kalsium belum ditemukan sampai tahun 1808. Setelah mempelajari Berzelius dan Pontin berhasil mempersiapkan campuran air raksa dengan kalsium (amalgam) dengan cara mengelektrolisis kapur di dalam air raksa, Davy berhasil mengisolasi unsur ini walau bukan logam kalsium murni. Kalsium adalah logam metalik, unsur kelima terbanyak di kerak bumi. Unsur ini merupakan bahan baku utama dedaunan, tulang belulang, gigi dan kerang dan kulit telur. Kalsium tidak pernah ditemukan di alam tanpa terkombinasi dengan unsur lainnya. Ia banyak terdapat sebagai batu kapur, gipsum, dan fluorite. Apatite merupakan flurofosfat atau klorofosfat kalsium.

  Logam in digunakan sebagai agen pereduksi dalam mempersiapkan logam-logam lain semacam torium, uranium, zirconium, dsb. Ia juga digunakan sebagai bahan reaksi deoksida dan desulfurizer atau decarburizer untuk berbagai macam campuran logam besi dan non-besi. Elemen ini juga digunakan sebagai agen pencampur logam aluminium, beryllium, tembaga, timbal, dan campuran logam magnesium. Senyawa alami dan senyawa buatan kalsium banyak sekali kegunaannya. Kapur mentah (CaO) merupakan basis untuk tempat penyaringan kimia dengan banyak kegunaan. Jika dicampur dengan pasir, ia akan mengeras menjadi campuran plester dengan mengambil karbon dioksida dari udara. Kalsium dari batu kapur juga merupakan unsur penting semen. Senyawa-senyawa penting lainnya adalah: karbid, klorida, sianamida, hipoklorida, dan sulfida.

2.2. Excavator Backhoe

  Excavator Backhoe sering disebut juga Pull Shovel yang menggunakan prime mover excavator, perlu diketahui jenis-jenis excavator, bagian utama excavator antara lain sebagai berikut:

   Bagian atas revolving unit (bagian yang dapat diputar)  Bagian bawah travel unit (bagian untuk berpindah)  Bagian attachment (bagian-bagian yang dapat diganti untuk menyesuaikan pekerjaan)

  Backhoe merupakan golongan shovel yang didesain khusus untuk menggali material yang berada di kedudukan alat gali. Pekerjaan menggali di bawah permukaan membuat gorong-gorong (box culvert), membuat lubang untuk pondasi bangunan atau gedung, membuat lubang untuk menempatkan pipa dan sebagainya.

  Dalam peralatan berat khusunya tipe backhoe dapat dibedakan dalam beberapa hal antara lain dapat dilihat dari sistem kendali dan dilihat dari sistem penggerak untuk pindah (under carriage). Dilihat dari penggeraknya dapat digunakan penggerak dengan roda kelabang (crawler mounted) dan penggerak dengan roda karet (wheel mounted). Sedangkan pembagian menurut sistem kendali dapat dibedakan menjadi sistem kendali dengan menggunakan kabel (cable controlled) dan sistem kendali dengan hidrolis (hidraulic controlled). Pada umumnya backhoe dengan kendali kabel sudah jarang dijumpai,saaat ini sudah beralih backhoe dengan kendali hidraulis sebab lebih banyak keuntungan yang diperoleh. Keuntungan pengoperasian backhoe dengan kendali hidraulis antara lain:

   Kecepatan operasional  Kontrol penuh terhadap peralatan (attachment)  Efisiensi tinggi  Mudah dan cepat digunakan  Menawarkan ketepatan dan ketelitian pekerjaan

2.3. Cara Kerja Backhoe Excavator

  Sebelum melakukan pekerjaan dengan backhoe sebaiknya dipelajari tentang kemampuan alat tersebut, terutama tentang jarak jangkauan, tinggi maksimal pembuangan dan kedalaman galian yang mampu dicapai agar diperoleh pemilihan alat yang tepat. Untuk mulai menggali dengan backhoe, bucket dijulurkan ke depan tempat galian posisi yang diinginkan, bucket diayunkan ke bawah seperti gerakan kan mencangkul kemudian lengan bucket diput putar ke arah kabin tempat operator berad rada. Setelah bucket terisi penuh kemudian buc n bucket diangkat dari tempat penggalia lian dan melakukan swing (gerak mengayun) un) bila diperlukan untuk memindahkan hkan material, langsung ke truck atau tempat pat penampungan lainnya. Gambar 2 memperlihatkan kemampuan jangkauan n gali maksimal backhoe dari posisi te tertinggi, terjauh, dan jangkauan gali terdalam. m.

  Gambar 2 Jangkauan Gali Backhoe Keterangan gambar :

• A. Tinggi gali maksimal
• B. Tinggi buang maksimal
• C. Dalam gali maksimal
• D. Kedalaman gali permukaan
• E. Kedalaman gali maksimal
• F. Jangkauan gali mendatar
• G. Jangkauan gali maksimal permukaan tanah mendatar
• H. Radius ayun (swing)

BAB III PERANCANGAN PERLENGKAPAN KERJA BACKHOE

3.1 Perancangan Peralatan Kerja (Attachment)

  Perancangan alat berat disesuaikan dengan tujuan yang ingin dicapai, sehingga perlu diketahui tempat beroperasi dan pekerjaan yang akan dilakukan.

  Faktor dasar penunjang perancangan juga perlu diketahui dalam perancangan alat berat, dengan harapan agar perancangan berjalan lancar dan memiliki daya guna serta nilai jual dengan hasil rancangannya. Hal yang paling penting dari perancangan alat berat ialah daya mekanis yang dihasilkan. Daya mekanis yang dihasilkan tergantung oleh berat ringan, besar dan kecil dimensi peralatan. Daya mekanis mempengaruhi unjuk kerja, maka perlu diketahui daya mekanis minimal yang diperlukan untuk sistem operasi peralatan yang akan dirancang.

  Perancangan peralatan kerja backhoe untuk material batu kapur yang dikhususkan pada perancangan peralatan kerja yaitu silinder bucket, silinder

  

arm/stick, silinder boom. Perancangan peralatan kerja backhoe menurut standard

  Liebherr direncanakan memiliki jangkauan maksimal gali mendatar (digging

  

reach) 18000 mm. Panjang jangkauan ini terbagi menjadi tiga bagian yaitu

  panjang jangkauan boom 9200 mm, panjang jangkauan stick 6800 mm, dan panjang jangkauan bucket 2900 mm.

  3.2 Perhitungan Komponen Pengoperasian Pemotongan, Pengangkatan, Gerakan Ayun (Swing), dan Penumpahan Pada Unit Utama

  Perhitungan dimulai dari setiap bagian peralatan kerja (attachment) untuk menggali, mengangkat, dan menumpahkan material batu kapur yang dipindahkan.

  Setiap elemen yang bekerja berhubungan dengan kestabilan excavator yang digunakan sebab setiap elemen memiliki gaya / berat yang mempengaruhi kerja unit utama.

  Gaya yang mempengaruhi kerja unit utama ialah :

  1. Berat material yang ditampung bucket (berat muatan) Berat peralatan, antara lain :

• Berat bucket dan cylinder hydraulic bucket
• Berat arm dan cylinder hydraulic arm
• Berat boom dan cylinder hydraulic boom

  2. Gigi bucket

  3. Tekanan kerja pada cylinder hydraulic

  4. Gaya untuk menggali dan mengayun 5. Gaya tambahan untuk kestabilitasan peralatan.

  Gaya tersebut akan mempengaruhi perhitungan unit utama, terutama untuk perhitungan daya pada sistem hidrolik yang digunakan.

  3.3 Perancangan Bucket Bucket merupakan bagian terpenting dari perancangan peralatan kerja

backhoe , sebab bucket dijadikan patokan untuk melakukan perhitungan- perhitungan peralatan kerja berikutnya, dari arm, boom, sistem hidrolik peralatan dan mesin yang akan digunakan. Dalam hal ini perancangan bucket dimaksudkan untuk menggali batu kapur, stick untuk menopang bucket dan boom untuk menopang bucket dan arm. Bucket merupakan acuan untuk perhitungan maka perlu ditentukan kapasitas bucket yang akan dirancang. Bucket yang akan ₃ dirancang memiliki middle capacity, yaitu

  7 , 7 m . Bahan bucket yang direncanakan yaitu plat baja standar SS 41 dengan ketebalan 12 mm yang dirangakai dan disambung dengan sambungan las, untuk menmbah kekuatannya pada bagian – bagian tertentu ketebalan plat dibuat lebih tebal. Gigi – gigi bucket bahan direncanakan dari baja rol yang difinis dingin S 30 C-D / JIS G 3123.

Gambar 3.1 memberikan keterangan dimensi bucketGambar 3.1. Penampang Bucket

  Keterangan gambar : W = lebar bucket; -

  A = luas penampang bucket; -

• b = panjang bucket

Sesuai aturan standar, kapasitas bucket terdiri dari dua kapasitas yaitu :

  a. Kapasitas peres (struck capacity) yaitu : Volume bucket yang dibatasi oleh permukaan bucket dan strike plane

  b. Kapasitas munjung (heaped capacity) yaitu : Kapasitas yang terdiri dari dua bagian, yaitu kapasitas peres ditambah dengan kapasitas yang berada di atas kapasitas peres.

  Sesuai ukuran standar Liebherr R 984 C diperoleh ukuran standar bucket : ₃ W = 2400 mm; b = 2450 mm; dan kapasitas bucket ( V ) = _R 7 , 7 m Berdasar spesifikasi standar, dapat ditentukan kapasitas peres bucket (

  V ) _S

  dengan persamaan : Kapasitas munjung ( V ) : _{2 R 3}

  b  W b V  _{R S} V   _{3 (}

  8

  24 _{2 2} 2 , 45  2 , 4 ) ( 2 , 45 )

  7,7 m =

  V _S

• _{3 (}

  

  8 ₂

  24 ₂ 2 , 45  2 , 4 ) ( 2 , 45 )

  V = _S 7 , 7 m  - ₃

  8

  24

  m V = 6,51 _S

  Kapasitas peres merupakan hasil perkalian antara luas penampang bucket dengan lebar bucket. Secara matematik dapat dicari dengan persamaan berikut : Kapasitas peres (

  V ) : _S

  V A W _S   Maka dapat diperoleh luas penampang bucket (A) : ₃ 6,51 m = 

  A 2,4 m ₃

  6 , 51 m A = 2 ,

  4 m ₂

  m

  A = 2,71

  Bucket dapat berfungsi untuk melakukan pekerjaan menggali dan memuat

  material setelah dirangkai dengan arm sebagai penopang dan silinder hidrolik

  

bucket sebagai penyalur daya untuk menggerakan bucket. Dengan demikian perlu

  dirancang mekanisme lengan penopang bucket yang dapat bergerak bebas agar

  

excavator dapat bekerja tanpa mengalami kesulitan yang mempengaruhi kerja

  peralatan (attachment). Bucket juga bekerja sebagai pemotong dan pemuat material, sehingga perlu dipertimbangkan bentuk dari bucket tersebut.

  Bucket direncanakan berbentuk cekung, dengan maksud untuk mengurangi

  hambatan saat melakukan pemotongan material. Bucket harus memiliki kemampuan menahan tegangan lengkung agar mampu bekerja di medan yang terberat sekalipun. Bucket dilengkapi dengan gigi bucket. Pemasangan gigi bucket tersebut bertujuan untuk memudahkan pemotongan material. Setelah berulang kali pemakaian, gigi bucket mengalami keausan, sehingga perlu diganti. Gigi bucket dipasang dengan cara dibaut, sehingga mudah dilepas saat penggantian apabila telah aus, dan dapat diasah bila diperlukan. Pengasahan dimaksudkan untuk mengembalikan ketajaman pisau bucket.

  Faktor yang mempengaruhi umur pisau antara lain : Ukuran dan tingkat kekerasan material yang dipotong - Keadaan material basah atau kering - Sifat kohesi dan adhesi material -

  Faktor di atas sangat mempengaruhi gaya geser dan gaya tekan pada gigi

  

bucket , pisau dan gigi bucket mendapatkan gaya geser dan gaya tekan lebih besar

  saat mengerjakan material dalam keadaan alam (bank measure), bila dibandingkan dengan material dalam keadaan lepas (loose measure) untuk jenis material yang sama. Untuk dapat menggali perlu ditentukan besarnya gaya untuk menembus batu kapur, disebut gaya penetrasi, karena besar gaya untuk melakukan penetrasi ditentukan juga oleh material yang dikerjakan.

3.3.1 Gigi Bucket

  Gigi bucket pada excavator ini dibuat dari baja berkekuatan tinggi karena fungsi dari gigi sebagai pisau bucket yang menekan pada material galian. Dari pemilihan bucket diperoleh jumlah gigi-giginya 5 buah yang terbagi rata permukaan bucket.

  Shoes Ground Pressure 610 mm (24,0") 0.46 kg/cm2 (6.5 Psi / 45.1 Kpa ) Triple-grouser (no holes)

  0.40 kg /cm2 (5.69 Psi / 39.2 Kpa) 710 mm (28") Triple-grouser 810 mm (31.9") 0.36 kg/cm2 (5.12 Psi / 35.3 Kpa) Triple-grouser 0.33 kg/cm2 (4.69 Psi / 32.4 Kpa) 910 mm (35,8") Triple-grouser 710 mm (35,8") 0.40 kg/cm2 (5.69 Psi / 39.2 Kpa ) Semi Double-grouser

  0.33 kg/cm2 (4.69 Psi / 32.4 Kpa) 860 mm (358") Swamp 610 mm (24,0") 0.46 kg/cm2 (6.5 Psi / 45.1 Kpa ) Plat

Tabel 3.1. Tekanan penggalian gigi- gigi bucket

  (Handbook Komatsu LTD,:6)

  Dari tabel 3.1. dipilih gigi-gigi bucket dengan plat yang mempunyai tekanan

  2

  penggalian lebih dari 0,46 kg/cm , maka bahan direncanakan dari baja rol yang

  2

  difinis dingin S 30 C-D / JIS G 3123 yang mempunyai kekerasan 5,0 kg/cm

  2

  sampai dengan 9,4 kg/cm , tebal plat (b) 20 mm, tinggi (t) 300 mm, lebar (l) 200 mm, sehingga berat kotor dari gigi-gigi seperti dalam persamaan 3.2.1.: Wr = b x l x t x Bj…………………………3.2.1. Keterangan : Wr = Berat gigi-gigi bucket (kg) b = tebal plat (mm) l = lebar plat (mm) t = tinggi plat (mm)

  Dikarenakan plat yang hanya memiliki ketebalan penuh hanya sebagian, maka ketebalan plat yang efektif diasumsikan 0,75 bagian saja dan berat jenis untuk

  2

  baja adalah 7,8 kg/cm sehingga: Wr =0,75 x b x l x t x Bj

  = 0,75 x 2 x 2 x 3 x 7,8 = 70,2 kg / gigi

  Karena bucket mempunyai 5 buah gigi-gigi maka berat total gigi-giginya yaitu : W = Wr x 5

  = 70,2 x 5 = 351 kg = 0,351 ton

  Besarnya gaya penetrasi dicari dengan persamaan 3.1 berikut :

  F  K  C  A ....................................................................................(3.1) _p

• K = Koefisien (2,4-4)
₂

  cm

• C = tahanan kohesi (0,96-1,97 Kg/ )
₂

  cm

• A = luas pisau ( )
₃

  m Bucket yang direncanakan berkapasitas 7,7 , memiliki lebar (W) 2800

  mm, jumlah gigi bucket 5 buah, dan berat 17,5 Kg. Dengan spesifikasi tersebut maka dapat dicari besarnya gaya penetrasi yang dapat ditopang bucket dengan persamaan 3.1.

  Jumlah gigi bucket = 5 buah - ₂

  cm

  Luas satu buah gigi = 2  20 = 40 - _{2 2}

   cm cm

  Luas (A) 5 buah gigi = 5 40 = 200 Sehingga dapat dihitung gaya penetrasi :

  

• Fp = 4

  1,97

  

  200 = 1576 Kg

3.3.2 Perhitungan Silinder Bucket Saat Penetrasi

  Perhitungan gaya penetrasi tersebut memberikan keterangan gaya untuk melakukan penembusan batu kapur dalam keadaan alam sebesar 1576 Kg, sehingga silinder bucket harus dirancang mampu menghasilkan gaya lebih besar atau sama dengan gaya untuk penetrasi, sehingga bucket mampu menembus batu kapur yang digali.

  Saat melakukan penetrasi terhadap material batu kapur, secara sederhana gaya yang bekerja pada silinder dapat dilihat pada Gambar 3.2 :

Gambar 3.2. Gaya pada bucket dan gaya pada silinder peralatan kerja

  Fs b Fsb m

  A B C D E F H

  I J Fss d

  1 E

  G Keterangan Gambar 3.2 :  AB = Bucket tip radius  BJ = Jarak bucket link  JI = Batang hubung bucket link  CI = Batang rotasi gaya silinder bucket  BC = Jarak pena bucket dengan pena batang rotasi  BD = Panjang jangkauan stick  DG = Jarak pena stick dengan pena silinder boom  GF = Jarak pena silinder boom dengan pena excavator  DF = Panjang jangkauan boom  DH = Jarak pena stick dengan pena silinder stick

  Dari perhitungan dan gambar tersebut diketahui besarnya gaya untuk penetrasi besarnya yaitu 1576 Kg, kemudian dilakukan perhitungan besar gaya yang harus disediakan silinder bucket ( ) untuk melakukan penembusan batu

  

F

_sb

  kapur. Besar gaya yang diterima silinder bucket diperoleh dengan persamaan 3.2 :

  F  JB = F  AB ……………………………………………...(3.2) _{sb p}

  Besarnya gaya minimal yang harus disediakan silinder bucket adalah :

  F  AB _P F = _sb JB

  = (1576  2900) / 670 = 6821,4925 Kg

  F _sb

  Berdasarkan perhitungan gaya untuk melakukan penetrasi, besar gaya yang disediakan silinder bucket 6821,4925 Kg. Direncanakan, gaya tersebut sebesar 3410,7462 Kg. Dengan gaya tersebut dapat dicari besarnya diameter kepala piston dengan persamaan :

  F  p  A ...........................................................................................(3.3) _SB

F = Gaya yang harus disediakan silinder hidrolik bucket (Kg)

_{SB 2} cm

  p = Tekanan minyak hidrolik ( 326 Kg/ ) _{2  2}

  cm

  A = Luas penampang piston ( ) = ( . d )

  4 Dengan persamaan 3.3 tersebut maka perhitungan diameter kepala piston adalah :

   ₂

    d

  3410,7462 = 326

  4

  3410 , 7462

  d = _SB

   326 

  4

  d = 3,65 cm = 36,5 mm _SB

3.3.3 Perhitungan Silinder Bucket Saat Bucket Bermuatan

  Perhitungan di atas mungkin tidak berlaku pada saat bucket dengan ₃ kapasitas 7 , 7 m terisi penuh material batu kapur, maka perlu dilakukan perhitungan kembali diameter kepala piston yang digunakan agar silinder mampu menumpu gaya yang ditimbulkan oleh berat bucket dan berat material batu kapur yang dimuat. Gambar 3.4 menunjukkan kondisi yang menyebabkan momen terbesar yang dialami silinder. c

  D H Fss

  G d

  F _SB

  b F C a

  I ₁ E A

  a

  B J _{b m} + F F

Gambar 3.3. Pembebanan pada silinder saat bermuatan

  Pada saat bucket terisi batu kapur dari alam (bank measure) silinder bucket akan menahan momen yang ditimbulkan oleh berat bucket ditambah berat material. Sehingga dapat dihitung gaya minimal yang ditopang silinder bucket. ₃ Berat material batu kapur dalam keadaan alam sebesar 1226 Kg / 0,7 m .

  3 m

  Sehingga berat setiap 1 batu kapur dalam keadaan alam dapat diperoleh _{3 3} sebesar 1751,4 Kg / m . Bucket yang dirancang memiliki kapasitas 7,7 m , berarti berat material yang ditampung bucket sebesar 13485,78 Kg. Jumlah berat total bucket( F ) dan batu kapur ( F ) dapat diperoleh sebesar 19795 Kg. Secara _{B M} sederhana gaya-gaya yang terjadi dapat dilihat pada Gambar 3.4

  H D Fsb tanah a C

  

X

I A B ₁ a _{b m}
• J

  F F

Gambar 3.4. Gaya Pada Bucket dan Silinder Bucket

  Dengan mengasumsikan berat material terpusat di X, dapat dicari besarnya momen gaya yang ditumpu silinder bucket, dengan persamaan : ₁

  ( F F ) . = F . aa ...................................................................(3.4) _{b m sb}

• BX
Dengan persamaan tersebut akan diperoleh gaya yang ditumpu silinder

  bucket : _{1 sb b m} + F = ( F F ) . BX . ] / aa F = [(6309,22 + 13485,78) . 1500] / 300 _sb F = 98975 Kg _sb

  Gaya tersebut akan ditumpu dua silinder bucket sehingga masing – masing silinder akan menumpu beban sebesar 49487,5 Kg. Menggunakan persamaan 3.3 perhitungan diameter kepala piston diperoleh sebesar :

   ₂

  d

  49487,5 = 326  

  4

  49487 ,

  5

  d = _SB

   326 

  4

  d = 13,90 cm = 139 mm _SB

  Dengan panjang langkah piston (stroke) (L) ditentukan 1899 mm, maka volume minyak yang dibutuhkan dapat diperoleh dengan persamaan : V = A . L..................................................................................................(3.5) ₂ A = (  /4) . d

  Menggunakan persamaan 3.5 perhitungan volume minyak yang dibutuhkan dapat diperoleh yaitu : ₂ V = [ (  /4) . d ] . L _{SB 2} V = [(  /4) . 139 mm] . 1899 mm V = 28,8 liter

  2 cm

  Pada saat tekanan maksimal (p=326 Kg / ) aliran minyak dari pompa

  

Q = 472 liter / menit. Sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mengisi silinder

_a

  adalah :

  60 V  Q = .....................................................................................(3.6) _a t

  Menggunakan persamaan 3.6 waktu yang dubutuhkan untuk mengisi silinder diperoleh yaitu :

  60  28,8

  472 =

  t

  t = 3,66 detik Kecepatan batang piston :

  L v  ......................................................................................................(3.7) t

  189 ,

  9 = 3 ,

  66 = 51,88 cm /detik = 0,51 m / detik

  Daya yang diperlukan piston pada saat aliran minyak maksimal Q = 472 _a liter / menit:

  Q  p _a