Studi Eksperimental Sinyal Vibrasi Torsional Pada Transmisi Roda Gigi Lurus Dengan Variasi Putaran
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Ketepatan waktu pengiriman, kualitas produk yang dapat diterima dan
harga produk yang wajar merupakan kondisi yang menentukan dari kepuasan
pelanggan. Jika pelanggan puas maka permintaan pun akan meningkat.
Sehubungan dengan itu hendaknya suatu perusahaan manufaktur mampu
melaksanakan kegiatan produksi dengan cara efisien.
Kegiatan produksi dengan cara efisien merupakan tanggung jawab semua
pihak didalam perusahaan. Kerusakan mesin saat rencana produksi berjalan
tentunya tidak diharapkan, karena dapat menggagalkan target pencapaian
ketepatan waktu pengiriman produk.
Dalam hal ini dibutuhkan peran pihak
engineer untuk berupaya mencari solusi, antara lain dengan menghilangkan
kegiatan breakdown maintenance dan menggantinya dengan kegiatan predictif
Maintenance, yaitu menghilangkan adanya perbaikan mesin ditengah-tengah
rencana produksi sedang berjalan dengan cara mendiagnosa kapan masalah
gangguan tersebut akan terjadi atau menjaga masalah gangguan mesin agar tidak
terjadi lagi. Dengan mendiagnosis dan memprediksi kapan dilakukan perbaikan
tentunya skeduling kegiatan perbaikan mesin tersebut dapat disusun dengan baik,
sehingga urutan pelaksanaan kegiatan seperti penyediaan bahan, peralatan dan
lain-lain dapat direncanakan. Dengan terencananya skedul perbaikan mesin,
sehubungan dengan itu maka ketepatan waktu pengiriman kepada pelanggan
terpenuhi, kualitas produk dapat terjaga dan tentunya mesin-mesin berproduksi
pada efisiensi maksimum.
Pada dekade ini
Maintenance yang
telah
dikembangkan
suatu
kegiatan
Predictive
tercakup pada British Standard BS3811 (1984) tentang
monitoring kondisi mesin, dimana dilakukan pengukuran secara rutin terus
menerus ataupun berkala serta kegiatan interpretasi data terhadap kondisi mesin
dan peralatan. Metode ini lebih dikenal dengan nama condition based
maintenance (CBM). Salah satu pelaksanaan investigasi dan pengukuran terhadap
1
Universitas Sumatera Utara
kondisi mesin ataupun peralatan dengan mendeteksi sinyal getaran mesin
(vibration monitoring). Sebuah mesin yang ideal sempurna pada prinsipnya tidak
menimbulkan getaran sama sekali, karena seluruh energi yang dihasilkan diubah
menjadi kerja. Namun fenomena yang dapat dirasakan ada sebagian bentuk energi
yang salah satunya terbuang menjadi getaran. Getaran timbul akibat transfer gaya
siklik melalui elemen-elemen mesin yang ada, dimana elemen-elemen tersebut
saling beraksi satu sama lain dan energi disipasi melalui struktur dalam bentuk
getaran. Rendahnya tingkat kepresisian peralatan yang bersuaian, kerusakan atau
keausan akibat umur pemakaian peralatan dan deformasi akan mengubah
karakteristik dinamik sistem dan cenderung meningkatkan energi getaran.
Sejalan dengan perkembangan teknologi, pendeteksian getaran mesin
dengan metode klasik yaitu interaksi antara manusia (operator) dan mesin dengan
cara mendengarkan suara mesin dan menyentuh/meraba (hearing and touching)
tidak lagi handal untuk dilakukan, karena mesin-mesin modern dirancang berjalan
secara otomatis dan beroperasi pada putaran dan kecepatan tinggi, untuk itu
dibutuhkan peralatan uji ataupun peralatan pengukur sebagai bagian proses
kegiatan CBM. Penelusuran getaran yang terjadi pada mesin dapat berupa getaran
translasi maupun rotasi. Getaran translasi dapat terjadi dalam arah lateral ataupun
aksial. Getaran lateral terjadi pada arah tegak lurus sumbu poros, sedangkan
getaran aksial terjadi dalam searah sumbu poros. Getaran rotasi merupakan
getaran yang terjadi dalam arah putar sering disebut sebagai getaran torsional.
Interpretasi dari data sinyal-sinyal getaran tersebut dapat digunakan untuk
mendeteksi adanya perubahan yang terjadi tiap-tiap waktu dari kondisi mesin
yang sedang berproduksi, sehingga prediksi pelaksanaan overall maintenaice dan
Repair mesin tersebut terskedul lebih akurat.
Penulis melakukan penelitian ini berdasarkan alat uji studi kasus tesis s2.
Dimana usulan penelitian ini merupakan alat uji penelitian sistem transmisi roda
gigi untuk menganalisa secara khusus getaran torsional yang terjadi. Perangkat uji
ini merupakan bagian unit kecil dari transmisi roda gigi yang terdapat di
manufaktur Pabrik Baterai ABC dimana mahasiswa s2 tersebut bekerja, dengan
pola pemikiran kasus yang lazim. Terjadinya kasus perubahan-perubahan setingan
2
Universitas Sumatera Utara
mesin seperti pergeseran jarak antar sumbu poros dan misaligment pada roda gigi,
hal ini merupakan efek dari mengendurnya baut pengikat ataupun kekurang
telitian setelah melaksanakan repair, tidak jarang ditemui kasus pada mesin
manufaktur diawal selesai overall maintenance yang mempunyai efisiensi
produksinya tidak dapat mencapai efisiensi puncak, melainkan perlu adanya
penyesuaian (Running Up). Kasus adanya usaha peningkatan putaran mesin yang
merupakan kegiatan improvisasi sebagai planning inovasi. Kasus-kasus ini tidak
jarang terjadi di manufaktur Pabrik Baterai ABC.
Getaran torsional adalah gerakan sudut yang menimbulkan puntiran pada
poros, gerakan osilasi ditumpangkan pada gerak rotasi stabil dari sebuah mesin
yang berputar. Meskipun getaran ini tidak dapat diteksi dengan alat ukur khusus,
amplitudonya dapat merusak. Sebagai contoh sepasang roda gigi yang mengubah
kecepatan sistem transmisi daya mengirimkan ke casing. Demikian pula,
mekanisme mesin silinder dalam suatu mesin kompresor mengkonversi torsi
untuk kekuatan radial yang dapat dilihat oleh persepsi manusia tetapi tidak terukur
karena ketidakpekaan alat uji dan latar belakang kebisingan. Jika gear box atau
mesin torak adalah bagian dari drive train, kelebihan kebisingan dan getaran dapat
menunjukkan masalah. Standar dan metode pengukuran yang berhubungan
dengan besaran yang diterima getaran radial, gerak jarang menjadi perhatian
dengan getaran torsional kecuali mempengaruhi fungsi sistem. Tekanan ini yang
mempengaruhi integritas struktural dan umur komponen dengan demikian
menentukan besarnya yang diijinkan getaran torsional. Gerakan getaran torsional
dapat menghasilkan tegangan yang menyebabkan kelelahan logam. Selain itu,
faktor konsentrasi tegangan diasosiasikan dengan komponen mesin untuk
mengurangi efektivitas bahan beban.
Telah banyak dilakukan penelitian dan pengujian terhadap getaran yang
terjadi pada roda gigi dengan penekanan pada aspek yang berbeda, antara lain:
(Helson 2007) Analisis spektrum getaran yang dilakukan menitik
beratkan pada masalah identifikasi sinyal yang ditimbulkan oleh kontak gigi
berupa frekuensi gearmesh. Analisis ini dilakukan pada sistem model uji yang
berupa transmisi roda gigi jenis lurus yang dilengkapi oleh sistem beban berupa
3
Universitas Sumatera Utara
sistem poros rotor ganda. (M. Yudha Swara, 2008) melakukan analisis getaran
roda gigi melalui penggunaan cepstrum getaran. Selain itu, dibahas pula
karakteristik dan sumber getaran pada sistem transmisi roda gigi beserta
simulasinya menggunakan bantuan perangkat lunak MatLab 7.0.4. Selanjutnya
dilakukan pengujian Fungsi Respon Frekuensi (FRF) dan spektrum linier pada
perangkat uji. (Riyanto, Moch. Saleh, 2010) Sinyal getaran dianalisa dalam
frekuensi domain yang memperlihatkan spektrum sinyal getaran tersebut dengan
menggunakan peralatan pico scope analayser sehingga dapat diketahui amplitudo
dan frekuensinya. Karakteristik frekuensi dari pasangan roda gigi yang mengalami
kerusakan akan dibandingkan dengan data referensi untuk mengetahui pengaruh
ada tidaknya patah gigi pada salah satu gigidan roda gigi transmisi.
Dari penelitian sebelum-sebelumnya telah dilakukan peneliti terdahulu,
tentang getaran yang terjadi pada roda gigi serta karakteristik frekuensi yang
ditimbulkan akibat kerusakan roda gigi. Dari itu penulis melakukan penelitian
untuk mengetahui karakteristik getaran torsional pada transmisi roda gigi lurus.
1.2 Tujuan Penelitian
Ada 2 tujuan dilakukannya penelitian ini yaitu:
1. Memperoleh data getaran pada roda gigi lurus dengan menggunakan
vibrometer laser ometron VQ-A-400-F.
2. Mengetahui getaran torsional yang terjadi pada roda gigi lurus.
Menganalisa data sinyal sebagai bukti adanya peningkatan getaran yang
dipengaruhi variasi putaran dan penyimpangan sumbu poros sistem
transmisi roda gigi lurus.
1.3 Perumusan Masalah
Penelitian ini dilakukan untuk mencari karakteristik vibrasi pada roda gigi
lurus (spur gear ) dengan memvariasikan putaran mesin yang berbeda-beda
dengan menggunakan inverter sebagai alat untuk merubah putaran. Serta
menganalisa sinyal getaran torsional yang terjadi pada roda gigi lurus.
4
Universitas Sumatera Utara
Pemantauan pengukuran yang dilakukan dengan mengumpulkan data hasil
pengukuran getaran roda gigi pada tiga arah pengukuran yakni: horizontal,
vertikal dan aksial dengan menggunakan vibrometer laser ometron VQ-A-400-F.
1.4 Manfaat Penilitian
Penelitian ini merupakan suatu upaya yang dilakukan agar dapat
diaplikasikan ke industri-industri dengan memanfaatkan sinyal vibrasi sebagai
parameter untuk mengidentifikasi kerusakan mesin, khususnya pada komponen
roda gigi.
1.5 Batasan Masalah
Melihat begitu kompleksnya permasalahan mengenai getaran, maka
dalam penelitian ini penulis membatasi 4 batasan masalah sebagai berikut:
1. Roda gigi yang digunakan adalah roda gigi lurus dengan jumlah gigi
36.
2. Dengan kondisi roda gigi normal, roda gigi aus, roda gigi sompel, dan
roda gigi patah.
3. Roda gigi yang di ukur hanya pada roda gigi normal, roda gigi aus, roda
gigi sompel, dan roda gigi patah yang dipasangkan secara bergantian
pada roda gigi penggerak.
4. Getaran dianalisis berdasarkan spektrum getaran yang terjadi.
1.6 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan ini disajikan dalam tulisan yang terdiri dari 5 bab.
BAB I merupakan pendahuluan. Bab ini memberikan gambaran menyeluruh
mengenai tugas akhir yang meliputi pembahasan latar belakang, tujuan penulisan,
perumusan masalah, manfaat penulisan dan sistematika penulisan. BAB II adalah
tinjauan pustaka, dimana pada bab ini berisikan landasan teori dan studi literatur
yang berkaitan dengan pokok permasalahan serta metode pendekatan yang
digunakan untuk menganalisa persoalan. BAB III merupakan metode penelitian
yang berisikan metode dari pengerjaan meliputi langkah-langkah pengolahan dan
analisa data. BAB IV adalah hasil dan pembahasan yang berisi tentang hasil
5
Universitas Sumatera Utara
pengujian eksperimental. BAB V merupakan kesimpulan dan saran yang berisikan
jawaban dari tujuan penelitian.
6
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Ketepatan waktu pengiriman, kualitas produk yang dapat diterima dan
harga produk yang wajar merupakan kondisi yang menentukan dari kepuasan
pelanggan. Jika pelanggan puas maka permintaan pun akan meningkat.
Sehubungan dengan itu hendaknya suatu perusahaan manufaktur mampu
melaksanakan kegiatan produksi dengan cara efisien.
Kegiatan produksi dengan cara efisien merupakan tanggung jawab semua
pihak didalam perusahaan. Kerusakan mesin saat rencana produksi berjalan
tentunya tidak diharapkan, karena dapat menggagalkan target pencapaian
ketepatan waktu pengiriman produk.
Dalam hal ini dibutuhkan peran pihak
engineer untuk berupaya mencari solusi, antara lain dengan menghilangkan
kegiatan breakdown maintenance dan menggantinya dengan kegiatan predictif
Maintenance, yaitu menghilangkan adanya perbaikan mesin ditengah-tengah
rencana produksi sedang berjalan dengan cara mendiagnosa kapan masalah
gangguan tersebut akan terjadi atau menjaga masalah gangguan mesin agar tidak
terjadi lagi. Dengan mendiagnosis dan memprediksi kapan dilakukan perbaikan
tentunya skeduling kegiatan perbaikan mesin tersebut dapat disusun dengan baik,
sehingga urutan pelaksanaan kegiatan seperti penyediaan bahan, peralatan dan
lain-lain dapat direncanakan. Dengan terencananya skedul perbaikan mesin,
sehubungan dengan itu maka ketepatan waktu pengiriman kepada pelanggan
terpenuhi, kualitas produk dapat terjaga dan tentunya mesin-mesin berproduksi
pada efisiensi maksimum.
Pada dekade ini
Maintenance yang
telah
dikembangkan
suatu
kegiatan
Predictive
tercakup pada British Standard BS3811 (1984) tentang
monitoring kondisi mesin, dimana dilakukan pengukuran secara rutin terus
menerus ataupun berkala serta kegiatan interpretasi data terhadap kondisi mesin
dan peralatan. Metode ini lebih dikenal dengan nama condition based
maintenance (CBM). Salah satu pelaksanaan investigasi dan pengukuran terhadap
1
Universitas Sumatera Utara
kondisi mesin ataupun peralatan dengan mendeteksi sinyal getaran mesin
(vibration monitoring). Sebuah mesin yang ideal sempurna pada prinsipnya tidak
menimbulkan getaran sama sekali, karena seluruh energi yang dihasilkan diubah
menjadi kerja. Namun fenomena yang dapat dirasakan ada sebagian bentuk energi
yang salah satunya terbuang menjadi getaran. Getaran timbul akibat transfer gaya
siklik melalui elemen-elemen mesin yang ada, dimana elemen-elemen tersebut
saling beraksi satu sama lain dan energi disipasi melalui struktur dalam bentuk
getaran. Rendahnya tingkat kepresisian peralatan yang bersuaian, kerusakan atau
keausan akibat umur pemakaian peralatan dan deformasi akan mengubah
karakteristik dinamik sistem dan cenderung meningkatkan energi getaran.
Sejalan dengan perkembangan teknologi, pendeteksian getaran mesin
dengan metode klasik yaitu interaksi antara manusia (operator) dan mesin dengan
cara mendengarkan suara mesin dan menyentuh/meraba (hearing and touching)
tidak lagi handal untuk dilakukan, karena mesin-mesin modern dirancang berjalan
secara otomatis dan beroperasi pada putaran dan kecepatan tinggi, untuk itu
dibutuhkan peralatan uji ataupun peralatan pengukur sebagai bagian proses
kegiatan CBM. Penelusuran getaran yang terjadi pada mesin dapat berupa getaran
translasi maupun rotasi. Getaran translasi dapat terjadi dalam arah lateral ataupun
aksial. Getaran lateral terjadi pada arah tegak lurus sumbu poros, sedangkan
getaran aksial terjadi dalam searah sumbu poros. Getaran rotasi merupakan
getaran yang terjadi dalam arah putar sering disebut sebagai getaran torsional.
Interpretasi dari data sinyal-sinyal getaran tersebut dapat digunakan untuk
mendeteksi adanya perubahan yang terjadi tiap-tiap waktu dari kondisi mesin
yang sedang berproduksi, sehingga prediksi pelaksanaan overall maintenaice dan
Repair mesin tersebut terskedul lebih akurat.
Penulis melakukan penelitian ini berdasarkan alat uji studi kasus tesis s2.
Dimana usulan penelitian ini merupakan alat uji penelitian sistem transmisi roda
gigi untuk menganalisa secara khusus getaran torsional yang terjadi. Perangkat uji
ini merupakan bagian unit kecil dari transmisi roda gigi yang terdapat di
manufaktur Pabrik Baterai ABC dimana mahasiswa s2 tersebut bekerja, dengan
pola pemikiran kasus yang lazim. Terjadinya kasus perubahan-perubahan setingan
2
Universitas Sumatera Utara
mesin seperti pergeseran jarak antar sumbu poros dan misaligment pada roda gigi,
hal ini merupakan efek dari mengendurnya baut pengikat ataupun kekurang
telitian setelah melaksanakan repair, tidak jarang ditemui kasus pada mesin
manufaktur diawal selesai overall maintenance yang mempunyai efisiensi
produksinya tidak dapat mencapai efisiensi puncak, melainkan perlu adanya
penyesuaian (Running Up). Kasus adanya usaha peningkatan putaran mesin yang
merupakan kegiatan improvisasi sebagai planning inovasi. Kasus-kasus ini tidak
jarang terjadi di manufaktur Pabrik Baterai ABC.
Getaran torsional adalah gerakan sudut yang menimbulkan puntiran pada
poros, gerakan osilasi ditumpangkan pada gerak rotasi stabil dari sebuah mesin
yang berputar. Meskipun getaran ini tidak dapat diteksi dengan alat ukur khusus,
amplitudonya dapat merusak. Sebagai contoh sepasang roda gigi yang mengubah
kecepatan sistem transmisi daya mengirimkan ke casing. Demikian pula,
mekanisme mesin silinder dalam suatu mesin kompresor mengkonversi torsi
untuk kekuatan radial yang dapat dilihat oleh persepsi manusia tetapi tidak terukur
karena ketidakpekaan alat uji dan latar belakang kebisingan. Jika gear box atau
mesin torak adalah bagian dari drive train, kelebihan kebisingan dan getaran dapat
menunjukkan masalah. Standar dan metode pengukuran yang berhubungan
dengan besaran yang diterima getaran radial, gerak jarang menjadi perhatian
dengan getaran torsional kecuali mempengaruhi fungsi sistem. Tekanan ini yang
mempengaruhi integritas struktural dan umur komponen dengan demikian
menentukan besarnya yang diijinkan getaran torsional. Gerakan getaran torsional
dapat menghasilkan tegangan yang menyebabkan kelelahan logam. Selain itu,
faktor konsentrasi tegangan diasosiasikan dengan komponen mesin untuk
mengurangi efektivitas bahan beban.
Telah banyak dilakukan penelitian dan pengujian terhadap getaran yang
terjadi pada roda gigi dengan penekanan pada aspek yang berbeda, antara lain:
(Helson 2007) Analisis spektrum getaran yang dilakukan menitik
beratkan pada masalah identifikasi sinyal yang ditimbulkan oleh kontak gigi
berupa frekuensi gearmesh. Analisis ini dilakukan pada sistem model uji yang
berupa transmisi roda gigi jenis lurus yang dilengkapi oleh sistem beban berupa
3
Universitas Sumatera Utara
sistem poros rotor ganda. (M. Yudha Swara, 2008) melakukan analisis getaran
roda gigi melalui penggunaan cepstrum getaran. Selain itu, dibahas pula
karakteristik dan sumber getaran pada sistem transmisi roda gigi beserta
simulasinya menggunakan bantuan perangkat lunak MatLab 7.0.4. Selanjutnya
dilakukan pengujian Fungsi Respon Frekuensi (FRF) dan spektrum linier pada
perangkat uji. (Riyanto, Moch. Saleh, 2010) Sinyal getaran dianalisa dalam
frekuensi domain yang memperlihatkan spektrum sinyal getaran tersebut dengan
menggunakan peralatan pico scope analayser sehingga dapat diketahui amplitudo
dan frekuensinya. Karakteristik frekuensi dari pasangan roda gigi yang mengalami
kerusakan akan dibandingkan dengan data referensi untuk mengetahui pengaruh
ada tidaknya patah gigi pada salah satu gigidan roda gigi transmisi.
Dari penelitian sebelum-sebelumnya telah dilakukan peneliti terdahulu,
tentang getaran yang terjadi pada roda gigi serta karakteristik frekuensi yang
ditimbulkan akibat kerusakan roda gigi. Dari itu penulis melakukan penelitian
untuk mengetahui karakteristik getaran torsional pada transmisi roda gigi lurus.
1.2 Tujuan Penelitian
Ada 2 tujuan dilakukannya penelitian ini yaitu:
1. Memperoleh data getaran pada roda gigi lurus dengan menggunakan
vibrometer laser ometron VQ-A-400-F.
2. Mengetahui getaran torsional yang terjadi pada roda gigi lurus.
Menganalisa data sinyal sebagai bukti adanya peningkatan getaran yang
dipengaruhi variasi putaran dan penyimpangan sumbu poros sistem
transmisi roda gigi lurus.
1.3 Perumusan Masalah
Penelitian ini dilakukan untuk mencari karakteristik vibrasi pada roda gigi
lurus (spur gear ) dengan memvariasikan putaran mesin yang berbeda-beda
dengan menggunakan inverter sebagai alat untuk merubah putaran. Serta
menganalisa sinyal getaran torsional yang terjadi pada roda gigi lurus.
4
Universitas Sumatera Utara
Pemantauan pengukuran yang dilakukan dengan mengumpulkan data hasil
pengukuran getaran roda gigi pada tiga arah pengukuran yakni: horizontal,
vertikal dan aksial dengan menggunakan vibrometer laser ometron VQ-A-400-F.
1.4 Manfaat Penilitian
Penelitian ini merupakan suatu upaya yang dilakukan agar dapat
diaplikasikan ke industri-industri dengan memanfaatkan sinyal vibrasi sebagai
parameter untuk mengidentifikasi kerusakan mesin, khususnya pada komponen
roda gigi.
1.5 Batasan Masalah
Melihat begitu kompleksnya permasalahan mengenai getaran, maka
dalam penelitian ini penulis membatasi 4 batasan masalah sebagai berikut:
1. Roda gigi yang digunakan adalah roda gigi lurus dengan jumlah gigi
36.
2. Dengan kondisi roda gigi normal, roda gigi aus, roda gigi sompel, dan
roda gigi patah.
3. Roda gigi yang di ukur hanya pada roda gigi normal, roda gigi aus, roda
gigi sompel, dan roda gigi patah yang dipasangkan secara bergantian
pada roda gigi penggerak.
4. Getaran dianalisis berdasarkan spektrum getaran yang terjadi.
1.6 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan ini disajikan dalam tulisan yang terdiri dari 5 bab.
BAB I merupakan pendahuluan. Bab ini memberikan gambaran menyeluruh
mengenai tugas akhir yang meliputi pembahasan latar belakang, tujuan penulisan,
perumusan masalah, manfaat penulisan dan sistematika penulisan. BAB II adalah
tinjauan pustaka, dimana pada bab ini berisikan landasan teori dan studi literatur
yang berkaitan dengan pokok permasalahan serta metode pendekatan yang
digunakan untuk menganalisa persoalan. BAB III merupakan metode penelitian
yang berisikan metode dari pengerjaan meliputi langkah-langkah pengolahan dan
analisa data. BAB IV adalah hasil dan pembahasan yang berisi tentang hasil
5
Universitas Sumatera Utara
pengujian eksperimental. BAB V merupakan kesimpulan dan saran yang berisikan
jawaban dari tujuan penelitian.
6
Universitas Sumatera Utara