ANALISIS STRUKTUR BOOM WA 420 UNTUK MATERIAL BATU BARA

  

ANALISIS STRUKTUR BOOM WA 420

UNTUK MATERIAL BATU BARA

TUGAS AKHIR

  Diajukan untuk memenuhi Salah Satu Syarat memperoleh Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin

  Disusun Oleh:

DANANG HENDRO PAMUNGKAS

  NIM : 025214048

  

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

  STRUCTURE ANALYSIS of WA420 BOOM of COAL MATERIAL FINAL PROJECT

  Presented as Partial Fulfillment of the Requirements to Obtain the Sarjana Teknik Degree in Mechanical Engineering by :

DANANG HENDRO PEMUNGKAS

  Student Number : 025214048

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

  

INTISARI

Wheel loader adalah salah satu alat bantu yang sering digunakan untuk membantu pengolahan hasil alam. Salah satu pengguna alat berat ini adalah PT.

  Semen Cibinong Tbk. Cilacap yang menggunakan tipe Komatsu WA420. Alat ini digunakan untuk mengangkut batu-bara sebagai sarana penunjang proses produksi di perusahaan tersebut. Permasalahan yang ada adalah tipe WA420 semula ditujukan untuk mengangkut kapur maupun tanah lepas. Oleh karena itu diperlukan analisa akibat peralihan menjadi muatan batubara terhadap kekuatan bahan Wheel Loader WA420. Tujuan utama analisis boom WA420 adalah mendukung bucket purwarupa hasil analisis Kusmanjati (2006) yang telah dinaikkan kapasitasnya menjadi 4 ton muatan batubara.

  Bucket tersebut dipasangkan dengan boom set original dan dilakukan

  simulasi saat beban payload dan breakout force. Modifikasi dilakukan jika boom set mengalami kegagalan. Analisis sepenuhnya memakai bantuan software

  Solidworks untuk penggambaran dan Cosmosworks untuk analisa struktur.

  Hasil analisis tegangan dari boom set original WA420 yang memiliki titik

  2

  luluh 390 N/mm adalah semua bagian boom melebihi titik luluhnya saat kondisi pembebanan breakout force. Tegangan maksimal sebesar 859,5 Mpa berada di bagian Mid Cross Link. Meskipun pembebanan payload secara keseluruhan mampu mendukung bucket modifikasi. Berdasarkan hasil analisis boom original, perlu dilakukan modifikasi untuk memperkuat struktur boom set sehingga mampu mendukung penuh bucket modifikasi. Bagian yang dimodifikasi adalah Link

  

Bucket, Vertical Link, Lift Arm , dan Mid Cross Link. Hasil analisis boom set

  modifikasi untuk kondisi breakout force didapatkan nilai tegangan maksimum 213 Mpa di bagian Lift Arm, 359 Mpa di bagian Mid Cross Link, 152 Mpa di bagian Link Bucket, dan 362 Mpa di bagian Vertical Link. Keuntungan lain dari modifikasi ini adalah dihasilkan model purwarupa dari boom set dan penurunan bobot dari boom set WA420.

  

AB S T R ACT

  Wheel loader is one of supporting equipment that often use for realm exploitation. One of wheel loader users is PT. Semen Cibinong Tbk. at Cilacap that using Komatsu WA420 type. It is used for loading coal to support main production in their plant. The problem is Komatsu WA420 designed for lime stone or soil but not for coal. Therefore, further analysis for loading change may be useful to know the effect of loading to overall stress of WA420 materials. The main purpose of WA420’s Boom analyze is to support prototype Bucket which analyzed by Kusmanjati (2006).

  The bucket capacity has been modified up to 4 ton of coal. The modified bucket paired to original boom set and simulated when doing breakout force and payload. If they failed, further modification for boom set must be done to reinforce and full support new bucket. Further static analyse will be use CosmosWorks and SolidWorks program for drawing.

  2 The result of stress analyze from original boom WA420 with 390 N/mm

  in yield point properties are all main part over the yield point at breakout force condition. Maximal strees is 859 Mpa at Mid Cross Link. However in Payload condition, overall boom can fully support modification bucket. Base on result of original boom analisis, further analysis further modification is required to reinforce boom’s structure so it can fully support new bucket. Modified boom part are Link Bucket, Vertical Link, Lift Arm, and Mid Cross Link. Analysis result at breakout force condition with modified boom are 213 Mpa at Lift Arm, 359 Mpa at Mid Cross Link, 152 Mpa at Link Bucket, and 362 Mpa at Vertical Link. Final result of stress analysis shows that overall stress value are lower than yield point of boom’s material and fully support modified bucket. Other advantage of boom’s modification is reducing overall weight and WA420 new boom prototype.

KATA PENGANTAR

  Puji dan syukur penulis haturkan kepada Tuhan yang telah melimpahkan berkat dan karuniaNya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Analisis Boom WA 420 Untuk Material Batubara” dengan baik. Skripsi ini disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

  Selama penelitian dan penyusunan skripsi ini tidak lepas dari peran serta berbagai pihak yang telah memberikan bimbingan, dorongan, dan saran. Oleh karena itu, penulis ingin mengucapkan banyak terima kasih kepada :

  1. Ir. Greg. Heliarko S.J., S.S., B.S.T., M.A., M.Sc. selaku dekan Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

  2. Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T. selaku Ketua Program Studi Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

  3. Budi Sugiharto, ST.,MT. selaku dosen pembimbing atas segala bimbingan, kepercayaan, saran, kesabaran dan kritik selama penyusunan skripsi ini.

  4. Seluruh dosen Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma untuk segala ilmu, pengetahuan, pengalaman, dan bantuan untuk memajukan kami sebagai anak didik.

  5. PT Semen Cibinong Tbk yang telah memberi ijin untuk pengukuran Boom WA 420 dan memberikan kemudahan dalam data presisi

  6. Bapak LA. Kobro dan Ibu TH. Sukini terhormat atas doa, kepercayaan,

  7. Bapak Wihadi, ST.,M.Si. yang telah mengenalkan program SolidWorks dan Saudara Herdaru Kusmanjati, ST. atas diskusi, kritik, saran, dan pencarian berbagai trik dan cheat program yang sangat mendukung dalam penyusunan skripsi ini

  8. Sahabat-sahabat penulis : Andre, Bagas, Adi, Dwi, Sigit Rm, Hendri, Bravi, Erik, Anton, dan seluruh angkatan TM 2002, atas jalinan persahabatan yang menyenangkan di Jogjakarta tercinta.

  9. Motivator hebat, Carla Kuntari atas bantuan, saran, pengetahuan, dan kritik yang membangun.

  10. Semua pihak yang secara langsung maupun tidak langsung membantu dalam penyusunan tugas akhir dari permulaan hingga selesai..

  Penulis

  DAFTAR ISI

  HALAMAN JUDUL........................................................................................ i LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................. iii

  .................................................................................... iv

  LEMBAR PERNYATAAN

  INTISARI......................................................................................................... v

  

ABSTRACT ....................................................................................................... vi

  PRAKATA....................................................................................................... vii DAFTAR ISI.................................................................................................... ix DAFTAR TABEL............................................................................................ xii DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xiii BAB I PENDAHULUAN ................................................................................

  1 1.1 Latar Belakang dan Rumusan Masalah......................................................

  1 1.2 Tujuan dan Batasan Masalah .....................................................................

  2 1.3 Sistematika Penulisan ................................................................................

  3 BAB II DASAR TEORI ..................................................................................

  4 2.1 Tinjauan Boom secara Umum ....................................................................

  4

  2.1.1 Boom ................................................................................................. 4 2.1.2 Bagian Pendukung Boom WA420 ....................................................

  4 2.1.3 Jenis boom menurut jangkauan .........................................................

  7 2.1.4 Jenis boom menurut Mounting .........................................................

  9

  2.2 Kondisi Pembebanan yang Bekerja pada Boom......................................... 15

  37 2.8.1 Teori tegangan geser maksimum .....................................................

  3.3 Tegangan dan Defleksi pada Boom ........................................................... 49

  3.2.2 Kondisi pembebanan boom karena muatan (payload) ...................... 48

  3.2.1 Kondisi pembebanan boom karena breakout force.......................... 46

  45

  42 3.2 Kondisi Pembebanan pada Masing-Masing Kasus ....................................

  42 3.1 Data dan Dimensi Boom Original..............................................................

  38 BAB III ANALISIS KEKUATAN BOOM ORIGINAL ..................................

  37 2.8.2 Teori energi distorsi .........................................................................

  33 2.8 Teori Kegagalan .......................................................................................

  2.2.1 Beban Akibat Muatan (Payload) ...................................................... 17

  32 2.7 Tegangan dan regangan pada plat ..............................................................

  30 2.6 Angka Keamanan .......................................................................................

  28 2.5.2 Konsep Metode Elemen Hingga (Finite Elemen Method) ...............

  28 2.5.1 Persamaan Dasar Metode Elemen Hingga ........................................

  26 2.5 Metode Elemen Hingga ............................................................................

  25 2.4 Tumpuan dan relevansi terhadap program.................................................

  18 2.3 Bucket yang akan terpasang pada boom ..................................................

  2.2.2 Beban Angkat Maksimum (Break Out Force).................................. 17 2.2.3 Static Stability ..................................................................................

  3.3.1 Kasus 1 : pembebanan payload......................................................... 50

  BAB IV MODIFIKASI BUCKET WA-420 ....................................................

  56 4.1 Dasar Modifikasi........................................................................................

  56 4.1.1 Meningkatkan kekuatan bagian kritis ..............................................

  57

  4.1.2. Keamanan terhadap tipping ............................................................. 59 4.1.3 Kekuatan struktur modifikasi ...........................................................

  62 4.1.3a Pembebanan Payload untuk boom modifikasi................................

  62 4.1.3b Pembebanan Breakout untuk boom modifikasi .............................. 65 BAB V KESIMPULAN dan SARAN..............................................................

  66 5.1 Kesimpulan ..........................................................................................

  66 5.2 Saran.....................................................................................................

  67 DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................... DAFTAR LAMPIRAN.....................................................................................

  DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Pengelompokan batubara ...............................................................

  14 Tabel 3.1 Tabel informasi fisik material boom .............................................. 45

Tabel 3.2 Distribusi tegangan Von Mises payload pada boom original ........ 50Tabel 3.3 Distribusi displacement akibat pembebanan payload pada boom original ........................................................................................... 51Tabel 3.4 Faktor keamanan pada komponen utama .......................................

  52 Tabel 3.5 Distribusi tegangan Von Mises akibat pembebanan breakout force pada komponen utama....................................................................

  53 Tabel 3.6 Distribusi displacement akibat pembebanan breakout force pada komponen utama ............................................................................

  54 Tabel 3.7 Faktor keamanan pada komponen utama untuk pembebanan breakout

  force ............................................................................................... 55

Tabel 4.1 Distribusi tegangan Von Mises akibat pembebanan payload pada setiap komponen utama..................................................................

  63 Tabel 4.2 Nilai angka keamanan pembebanan payload pada komponen utama 64

Tabel 4.3 Distribusi tegangan Von Mises akibat pembebanan breakout force pada setiap komponen ....................................................................

  65 Tabel 4.4 Nilai keamanan dari breakout force pada komponen utama............ 66

  DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Original Boom Set....................................................................... 6Gambar 2.2 Boom Extention Kit ..................................................................... 9 Gambar 2.3 Front mounted lift arm ................................................................

  10 Gambar 2.4 Mid mounted lift arm...................................................................

  11 Gambar 2.5 Diagram pemilihan Boom set ...................................................... 13

Gambar 2.6 Posisi kerja Boom terhadap Bucket ............................................. 17Gambar 2.7 Breakout Force............................................................................ 18Gambar 2.8 Static Stability Bucket Loader..................................................... 19Gambar 2.9 Kondisi Aktual Pembebanan Breakout Force pada Bucket dan

  Boom ........................................................................................... 21 Gambar 2.10 Distribusi gaya tekan piston ke batang penghubung..................

  22 Gambar 2.11 Pembebanan breakout force ....................................................... 24

Gambar 2.12 Command Condition .................................................................. 27 Gambar 2.13 Panah penanda tumpuan.............................................................

  27 Gambar 2.14 Sebuah elemen yang mengalami tegangan normal yang bekerja dalam arah sumbu koordinat ..........................................

  33 Gambar 2.15 Diagram teori tegangan geser maksimum ................................

  38 Gambar 2.16 (a) Elemen dengan tegangan pada ketiga arah sumbu yang mengalami perubahan volume maupun perubahan sudut (b)

  perubahan isi (c) Elemen menerima distorsi sudut tanpa perubahan volume ....................................................................

  39 Gambar 3.1 Data boom set ...............................................................................

  42 Gambar 3.2 Kondisi beban statis .....................................................................

  46 Gambar 3.3 Besar gaya breakout force pada bucket........................................

  46 Gambar 3.4 Permodelan umum elemen hingga ...............................................

  47 Gambar 3.5a Posisi Boom terhadap Main Body...............................................

  48 Gambar 3.5b Model mesh saat payload ...........................................................

  49 Gambar 3.6 Distribusi tegangan payload......................................................... 50 Gambar 3.7 Nilai keamanan struktur boom ketika pembebanan payload.......

  51 Gambar 3.8 Distribusi tegangan Von Mises ....................................................

  53 Gambar 3.9 Faktor keamanan breakout Force ................................................ 54 Gambar 4.1 Jarak dari pusat titik berat bucket origin ke pusat roda depan .....

  60 Gambar 4.2 Jarak dari pusat titik berat bucket modify ke pusat roda depan ...

  61 Gambar 4.3 Distribusi tegangan Von Mises pembebanan payload .................

  63 Gambar 4.4 Ilustrasi nilai agka keamanan pembebanan payload .................... 64 Gambar 4.5 Distribusi tegangan Von Mises pembebanan breakout force......

  65 Gambar 4.6 Ilustrasi grafis angka keamanan bucket untuk pembebanan breakout force .............................................................................

  66

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang dan Rumusan Masalah Industri adalah lingkup yang bekerja dalam skala besar dengan nilai

  investasi yang sangat besar, oleh karena itu diperlukan berbagai alat yang mampu menunjang beban kerja yang besar dan mampu menjamin efektivitas kerja yang baik. Kesesuaian antara pekerjaan dengan alat yang digunakan diharapkan mampu membentuk standar kerja yang efektif pula.

  Salah satu alat yang mampu menunjang kebutuhan pekerjaan tersebut adalah Wheel loader. Loader, seperti namanya, ditujukan untuk memuat material.

  Kemampuan loader dalam memuat material sangat tergantung pada besarnya

  

bucket yang dipasang. Ukuran bucket berbanding lurus dengan besar muatan yang

  dapat ditanggung. Semakin besar bucket maka akan semakin besar pula muatan yang mampu diterima, demikian pula sebaliknya. Bucket dipasang pada loader dan dihubungkan dengan suatu alat yang berfungsi sebagai lengan yang sering disebut dengan istilah boom. Boom bersifat fleksibel vertikal terhadap loader sehingga secara garis besar hanya mampu bergerak ke atas dan ke bawah dan pergerakan utama digerakkan dengan penggerak hidrolik.

  PT Semen Cibinong Tbk. sebagai industri penghasil semen di Cilacap sering menggunakan, mengambil, mengolah hasil alam untuk seterusnya dipakai digunakan adalah Wheel loader WA420 yang diproduksi oleh KOMATSU.

  3 Kapasitas muatan maksimalnya adalah 3,9 m tanah lepas. Boom yang dipasang pada tipe WA-420 adalah “Origin Boom WA420” atau perlengkapan standar.

  

Boom yang digunakan pada tipe tersebut bertugas menopang Original bucket

  WA-420 dan tanah lepas yang selanjutnya akan dianalisis penggunaannya untuk peningkatan kapasitas mengangkut batubara.

  Perhitungan dan analisis dilakukan dengan software SOLIDWORKS dan

  

freeware COSMOSWORK yang menggunakan cara analisis menggunakan

  metode elemen hingga. Melalui analisis program tersebut akan didapat hasil nilai maupun animasi yang menunjukkan area dan analisis faktor keamanan. Jika hasil analisis menunjukkan adanya nilai tegangan lebih besar, maupun angka keamanan dari nilai kritis maka perlu dilakukan proses modifikasi. Melalui proses modifikasi diharapkan tercipta suatu struktur bagian mesin yang baik yang sesuai dengan kebutuhan pada suatu pekerjaan.

1.2. Tujuan dan Batasan Masalah

  Tujuan utama analisis kekuatan struktur boom pada loader WA-420 adalah mengetahui kekuatan boom dalam mendukung bucket yang telah dimodifikasi oleh Herdaru Kusmanjati, 2006. Berikut adalah lingkup analisa dan batasan masalah: a. Analisis struktur boom standar terhadap beban kerja akibat bucket modifikasi. c. Perhitungan dilakukan dengan keadaan boom statis ( diam ) , dengan bucket dalam keadaan heaped capacity. Analisa dilakukan saat boom dan bucket dalam keadaan beban maksimal ( raise over payload dan pre filled breakout )

  d. Modifikasi sebatas perubahan bentuk dari boom original tanpa mengubah material original dari boom.

1.3. Sistematika Penulisan

  1. Bab I Pendahuluan Berisi latar belakang dan rumusan masalah, tujuan dan batasan masalah dan sistematika penulisan.

  2. Bab II Dasar Teori Berhubungan dengan penjelasan bagian-bagian pendukung boom beserta kegunaannya, siklus kerja loader, teori kekuatan material, metode elemen hingga dan teori kegagalan.

  3. Bab III Analisis Kekuatan Berisi gaya-gaya yang bekerja pada boom, beban yang terjadi pada keadaan payload dan breakout force dari boom dan bucket.

  4. Bab IV. Modifikasi Berisi data dan dimensi boom WA-420 dengan modifikasi berdasarkan percobaan untuk bucket modifikasi pengangkutan material batu bara..

BAB II DASAR TEORI

2.1 Tinjauan Boom secara Umum

  2.1.1 Boom

  Boom adalah alat yang berfungsi seperti lengan, menghubungkan bucket

  pada main body wheel loader dan mempunyai kemampuan untuk bergerak secara vertikal terhadap pivot joint yang berada pada main body. Boom mendukung penuh pengangkatan material dan bucket. Badan boom dilengkapi dengan sistem hidrolik yang bertugas menghasilkan pergerakan dan kinerja untuk bucket.

  2.1.2 Bagian Pendukung Boom WA420 Bagian Boom WA-420 terdiri dari beberapa bagian pendukung yang memiliki kegunaan sendiri yang saling mendukung satu dengan yang lain. Terdapat lima bagian utama seperti diperlihatkan di Gambar 2.1 dengan keterangan sebagai berikut.

  a. Lift arm

  Lift arm merupakan bagian dengan dimensi yang paling besar pada sistem

  pengangkat loader KOMATSU WA-420. Hampir semua beban bucket dan material ditanggung oleh bagian ini. Memiliki bentuk umum batang melengkung dengan dimensi panjang dan memiliki enam pivot holes. Bergerak vertikal dan digerakkan oleh sepasang dump cylinder. Ujung penyangga dipasangkan pada main frame loader sedangkan ujung yang lain dihubungkan dengan bucket.

  b.

  Sling tilt lever ( vertical link )

  Sling tilt lever terdapat pada bagian tengah lift arm. Peran utamanya adalah

  meneruskan pergerakan dari lift cylinder hidrolik sehingga memungkinkan bucket berotasi ke atas dan ke bawah. Berbentuk batang lurus dengan kontur yang meradius, bagian ujung atas terhubung dengan lift cylinder set dan bagian bawah terhubung dengan bucket link lever. Bagian tengah dihubungkan dengan bagian link mounting yang akan menopang dan menjamin gerakan rotasi dari sling tilt lever.

  c.

  Bucket link lever

  Bucket link lever adalah penghubung antara ujung sling tilt lever bagian

  bawah dengan bucket frame. Penerusan gerak berakibat bucket menghasilkan gerakan mengangkat atau menjugil material maupun melepas material. Mempunyai dimensi yang relatif kecil dibandingkan dengan bagian lain yang termasuk dalam sistem pengangkat. Berbentuk kotak lurus yang memiliki pivot holes di kedua ujungnya dan terhubung dengan bucket link adapter dan sling tilt lever pada bagian bawah.

  d.

  Dump cylinder

  Dump cylinder adalah set hidrolik yang mempunyai tugas utama

  mengangkat boom secara vertikal. Berjumlah dua buah yang terpasang pada badan

  

boom bagian tengah dengan frame loader. Berdimensi lebih kecil dibandingkan dengan lift cylinder. e. Lift cylinder

  Lift cylinder

  adalah set hidrolik yang bertanggung jawab penuh terhadap gerakan bucket, karena ujungnya terhubung langsung dengan sling tilt lever dan

  

bucket link lever sedangkan ujung yang lain terpasang terhadap frame dari loader.

  Berjumlah satu buah dan mempunyai dimensi yang lebih besar dibandingkan dengan dump cylinder . e b a d c

  a. Lift arm b.

  Sling Tilt Lever (Vertical link ) c. Bucket Link Lever

  d. Dump Cylinder

  e. Lift Cylinder

  Sistem boom lift merupakan attachment (perangkat sekunder) yang terdapat dalam wheel loader. Perangkat sekunder merupakan komponen yang dapat dilepas dan diganti sesuai dengan kebutuhan dan kondisi kerja. Walaupun penyesuaian kerja dalam penggantian boom tidak signifikan seperti bucket yang setiap material angkut dapat disesuaikan dengan jenis bucket. Pada kondisi kerja di PT. Semen Cibinong Tbk. Cilacap digunakan komponen boom standard KOMATSU untuk tipe WA420.

  2.1.3 Jenis Boom Menurut Jangkauan.

  Penggunaan boom umumnya disesuaikan dengan beban kerja dan sangat tergantung dari variasi yang telah diberikan oleh produsen karena attachment boom tidak semudah seperti pada penyesuaian bucket. Selain beban kerja, perhatian utama adalah ketinggian yang dapat diberikan boom, mengingat loader umumnya diperuntukkan untuk memindahkan material ke truk maupun sebagai alat angkut material lainnya.

  Beberapa produsen, misalnya KOMATSU, CAT (Catepillar), VOLVO, memiliki bentuk boom tersendiri untuk beberapa produk wheel loader-nya. Menurut dimensi yang ada maka boom dapat dikelompokkan menjadi dua kriteria, yaitu:

  a. Boom Panjang (High Altitude Arm) Disebut juga dengan boom lengan panjang, dapat mencapai ketinggian 15 kaki dan umumnya dipergunakan berdampingan dengan Big Rig Truck atau disebut juga truk dengan dimensi dan kapasitas tinggi. Boom panjang umumnya digunakan yang dibentuk antara lubang pivot untuk lift arm cenderung besar. Salah satu keuntungannya adalah memiliki jangkauan kerja yang panjang dan memungkinkan pencapaian ketinggian yang baik. Konsekuensinya adalah penggunaan bucket berkapasitas kecil untuk mengurangi momen yang terlalu besar karena penggunaan

  bucket berkapasitas besar kurang efektif jika dipakai pada area yang sempit.

  b. Boom pendek (Low Altitude Arm) Disebut juga dengan boom lengan pendek, lebih banyak digunakan untuk mengangkut material padat seperti kayu, beton, dan land pin. Pemilihan loader dengan boom pendek umumnya memiliki tujuan utama memindahkan material. BOBCAT menggunakan boom jenis ini untuk jenis A300 dan memiliki tujuan utama memindahkan kayu. Boom jenis ini dapat diletakkan di tengah body utama wheel sedangkan pivot utama ada di bagian belakang body utama. Boom lengan

  loader

  pendek memiliki keuntungan yaitu jarak antara bucket dan tumpuan pada body utama kecil sehingga momen yang dihasilkan kecil dan memungkinkan penggunaan bucket berkapasitas besar. Boom jenis ini cocok untuk area yang sempit dan pengangkutan granular clay maupun loose.

  Jika pekerjaan yang dihadapi boom set sangat bervariasi dan menuntut perpindahan jenis kerja yang cepat, maka solusi yang mungkin adalah penggunaan

  

boom extension . Bagian yang ditunjukkan di Gambar 2.2 merupakan alat tambahan

  yang memiliki arti penting untuk diaplikasikan. Bagian ini merupakan solusi terhadap masalah yang ada pada kedua tipe boom di atas. Tujuan utama boom extension adalah ujung boom yang berhubungan dengan bracket dari bucket. Kemampuan penambahan panjang adalah sekitar 15-30 inchi.

Gambar 2.2 Boom Extention Kit

  2.1.4 Jenis Boom menurut Posisi Mouting Desain penempatan boom set oleh beberapa pabrikan memiliki beberapa variasi, bertujuan untuk memberi konsumen pilihan terhadap produk, situasi kerja, harga, dll. Secara umum terdapat dua macam penempatan pemasangan boom set di badan boom, yaitu:

  (Boom terpasang di depan)

a. Front mounted lift arm

  Desain ini mempunyai banyak variasi pada setiap produsen alat berat termasuk KOMATSU seri WA420. Boom diletakkan di hadapan operator, sehingga

  2.3. Desain ini memiliki kekurangan yaitu dimensi main body wheel loader cenderung lebih besar karena harus membawa counter weight yang lebih berat yang juga menambah besar ukurannya.

Gambar 2.3. Front mounted lift arm

b. Mid mounted Lift Arm (Boom terpasang di tengah)

  Pabrik KOMATSU memproduksi tipe TE 270-1 seperti seperti terlihat pada

Gambar 2.4 yang sering disebut Skid Steer Loader. Namun produsen alat berat yang populer dengan jenis ini adalah BOBCAT. Tujuan utama adalah mengurangi bobot

  dan dimensi wheel loader hingga 10% - 15% untuk kemampuan angkut yang sama. Pengendaliannya lebih mudah karena dimensinya lebih kompak. Boom berada di tengah body utama sehingga jarak pandang ke bucket menjadi lebih dekat.

  Penggunaannya lebih menguntungkan jika mengangkat material yang membutuhkan ketelitian lebih, seperti mengangkat kayu.

Gambar 2.4. Mid mounted lift arm

2.1.5 Skema Pemilihan Boom

  Boom pada wheel loader termasuk perangkat attachment, yaitu perangkat

  sekunder yang dapat dibongkar pasang untuk diganti dan disesuaikan. Walaupun dalam kenyataannya sebagian besar industri jarang melakukan penggantian boom, karena memerlukan alat-alat yang spesifik dan operator ahli yang mampu melakukan kalibrasi. Kriteria pemilihan boom biasanya dilakukan bersamaan dengan pemilihan jenis wheel loader yang akan digunakan. Beberapa kriteria pemilihan boom di alurkan di Gambar 2.5, diambil dari situs Kobelco (kobelco inc’ manual script) untuk beberapa loader produksinya yang mendukung penggantian boom set. a. Keadaan lapangan Keadaan lapangan adalah situasi kerja wheel loader terhadap situasi kerja pendukung lainnya. Area bekerja yang akan ditangani oleh wheel loader sangat mempengaruhi, karena cakupan jalan, area kerja loader (work priority area), jenis truk pengangkut, keseimbangan tanah, kedalaman pengerukan.

  b. Jenis bucket terhadap material yang ditangani Material yang akan ditangani menentukan jenis bucket yang digunakan. Jenis

  

bucket material tanah lepas, batu bara, pasir, berbeda dengan jenis bucket untuk

  mengangkut kayu dan batu besar. Demikian pula pada material yang hanya perlu didorong akan menggunakan boom yang berbeda pula. Oleh karena itu, pencocokan material dengan bucket mutlak dilakukan.

  c.

  Kemampuan set hidrolik Tidak dipungkiri bahwa berat dari boom sendiri akan menjadi beban tambahan bagi set dump hidrolik saat bekerja. Maka pengecekan keadaan dan kekuatan set hidrolik sebelum penggantian boom sangat dianjurkan.

  d. After market condition Ketersediaan model yang tersedia di pasaran dengan perangkat penyesuaian dengan berbagai joint pada wheel loader. Serta pertimbagan waktu tunggu untuk mendapatkan barang yang dimaksud. e. User preference Masukan dari operator. Operator dikondisikan tidak harus melakukan penyesuaian yang terlalu ekstrim jika waktu kerja yang tersedia sangat singkat karena adaptasi perangkat baru tetap akan menyita waktu kerja.

  JOB REQUEST LANDSCAPE BUCKET

  BOOM

  MARKET HYDROLIC SET PREVIEW SET OPERATOR FEED BACK

Gambar 2.5. Diagram pemilihan boom set

  2.1.6 Peralihan material batu bara Batubara merupakan material yang terbentuk dari tumbuhan yang dipadatkan tanpa adanya udara dan dipengaruhi oleh adanya temperatur dan tekanan tinggi yang selanjutnya akan berubah menjadi turf (tumbuhan lapuk). Turf merupakan salah satu selanjutnya akan terbentuk batubara coklat, lignite, batu bara subbitimin, bitimin, dan akhirnya menjadi batubara antrasik. Seiiring dengan berlangsungnya proses penuaan, batu bara menjadi semakin keras, kandungan hidrogen dan oksigen berkurang, kandungan kebasahan akan menurun, dan kandungan karbon semakin meningkat.

  ASTM (American Society for Testing Materials) mengklasifikasikan batubara menjadi empat golongan, dimulai dari yang tertua, yaitu: batubara antrasik, bitumin, subbitumin, dan lignite.

  

14

22 .. .

  IV

  3. Subbitumin C .. .. .. .. 8300 9000

  1. Subbitumin A .. .. .. .. 10500 11500 Subbitumin 2. Subbitumin B .. .. .. .. 5500 10000 Tdk Menggumpal

  III

  5. Penguapan tinggi C .. .. .. .. 11000 12000

  4. Penguapan tinggi B .. .. .. .. 13000 14000

  69 31 .. 14000 .. Mengendap

  3. Penguapan tinggi A ..

  

22

31 .. .. Biasanya Bitium

  78

  69

  2. Penguapan Sedang

  II

  86

Tabel 2.1. Pengelompokan batubara

  78

  1. Penguapan Rendah

  

8

14 .. ..

  92

  86

  3. Semiantrasit

  

2

8 .. .. Tdk Menggumpal

  98

  92

  1. Metaantrasitik 98 .. 2 .. .. Antrasitik 2. Antrasit

  I

  Batas nilai kalori (BTU/Lb) Karakter Kelas Kelompok (Basis batas bahan (Basis batas bahan (Basis batas bahan Penggumpalan material kering) material kering) mineral basah)

  Batas Karbon Tetap % Batas Bahan dapat menguap

  1. Lignite A .. .. .. .. 6300 8300 Lignite 2. Lignite B .. .. .. .. .. 6300 Tdk Menggumpal

  Batu bara yang akan ditangani pada penelitian ini adalah jenis lignite dengan ukuran granularity ± 300 mm. Data mengenai estimasi material angkut dapat dilihat pada Tabel 2.1

2.2 Kondisi Pembebanan yang Bekerja pada Boom

  Saat wheel loader bekerja ada beberapa macam gerakan standar yang bertujuan utama memindahkan material angkut. Gerakan tersebut memiliki siklus waktu. Satu siklus waktu berarti satu aktivitas kerja pengangkutan dan pemindahan material dari mulai, selesai hingga sesaat untuk memulai siklus lagi.

  Berikut adalah siklus yang terjadi saat loader bekerja:

  a. Pre filling load Adalah kerja yang dilakukan untuk mengambil material dengan cara menjugil (break out) dan memenuhi bucket dengan material penuh. Seperti terlihat pada gambar 2.8, posisi 1.

b. Raise time over payload

  Waktu yang diperlukan loader untuk menaikkan bucket dari tempat yang rendah ke tempat tinggi. Raise time adalah waktu saat bucket selesai diisi dengan material (loading), bucket sudah terisi penuh (loaded) dan siap dipindahkan.

  c. Dump time static Waktu yang diperlukan bucket untuk membongkar muatan. Jika loader telah mencapai situasi muatan akan dibongkar, maka bucket akan berputar sampai seluruh d. Lower time Waktu yang diperlukan untuk menurunkan bucket dari bongkar muat sampai ke bawah. Terjadi sesaat setelah muatan selesai dibongkar dan akan menuju tempat semula untuk mengambil material. Penurunan bucket ke bawah juga akan menambah kenyamanan terutama masalah pandangan ke depan saat loader berjalan.

  e. Variable time Waktu tambahan untuk mengatur posisi loader, waktu perpindahan, instruksi, dan lain-lain. Biasanya variabel waktu ini membutuhkan waktu yang paling banyak di antara siklus yang lain.

  Dari siklus di atas, pre filling load dan raise time memiliki beban yang paling berat, karena pada saat itu boom set harus bergerak untuk menjugil, mengisi material lalu menahan beban bucket dan material.

  Pergerakan ke atas oleh boom set terhadap bucket dengan heaped capacity diakibatkan gaya yang berkesinambungan dari set hidrolik. Set hidrolik sebagai pengangkat dalam analisis beban dapat ditiadakan dan digantikan posisinya sebagai tumpuan roll, keadaan dibuat diam (statis).

Gambar 2.6 Posisi kerja boom terhadap bucket

  2.2.1 Beban Akibat Muatan (Payload) Pembebanan payload adalah beban akibat muatan (loaded) ketika bucket terisi penuh (heap), besarnya pembebanan payload tergantung dari density material yang menempati bucket dan kapasitas bucket. Arah pembebanan yang diakibatkan terdistribusi merata pada permukaan prime plate.

  payload

Bucket yang telah dimodifikasi telah dinaikkan kapasitas muat dari 3,471 ton tanah

  lepas menjadi 4 ton batu bara ( Kusmanjati, 2006). Kondisi beban itu merata di dinding dalam bucket. Pembebanan ini dijadikan referensi karena bucket dan boom menerima beban yang cukup lama tergantung jarak pemindahan material.

2.2.2 Beban Angkat Maksimum (Break Out Force)

  Breakout force, umumnya dinyatakan dalam satuan newton, merupakan gaya

  maksimal bucket dalam melakukan gerak berputar ke atas sejauh 100 mm (pada daerah paling ujung dari cutting edge atau pisau) serta berputar ke belakang pada saat ujung cutting edge (ujung pisau) sehingga mampu menggerakan bucket untuk memuat material (handbook komatsu 4A-106). Secara singkat dapat disimpulkan sebagai gaya congkel maksimum bucket mengambil material.

Gambar 2.7 Breakout force (Handbook komatsu 4A-106 )

  Breakout force bekerja pada ujung cutting edge dengan arah transversal atau

  tegak lurus penampang di ujung plat cutting edge sehingga menimbulkan pengaruh momen lentur pada prime plate yang berhubungan langsung dengan beban. Besarnya

  

breakout force untuk setiap tipe bucket telah ditentukan berdasarkan kemampuan

hydraulic pada silinder piston dan static stability. Kemampuan hidrolis adalah gaya

  tekan yang dihasilkan silinder hidrolis yang diteruskan oleh batang penghubung (boom) sehingga menggerakan bucket untuk melakukan unjuk kerjanya.

  2.2.3 Static Stability

  Static stability adalah pertimbangan desain bucket terhadap kapasitas muatan

bucket agar loader tetap stabil dalam kondisi sudut kerja bucket dalam berbagai

  kedudukan. Berbagai kedudukan yang dimaksudkan di sini adalah sudut kerja boom dalam memuat muatan. Hubungan antara kapasitas dan panjang boom adalah semakin terdapat batasan stability pada perbesaran kapasitas dengan memperpanjang boom yaitu batasan kendaraan untuk dapat beroperasi normal tanpa terguling atau tergeser terhadap bidang lintasan. Apabila kita melihat Gambar 2.8 posisi 3, beban bucket

  load

  ( P ) dapat menyebabkan loader terguling kearah depan

Gambar 2.8 Static stability bucket loader

  Sejauh mana bucket tidak menyebabkan loader terjungkal dapat didekati dengan pendekatan berikut. Dengan melihat Gambar 2.8, ada tiga kondisi posisi

  bucket yang menyebabkan kemungkinan terbesar loader terguling. Untuk kondisi

  pembebanan awal bucket melakukan pengerukan, kondisi kedua bucket melakukan pengangkatan sebesar sudut α terhadap permukaan horizontal, kondisi ketiga bucket

  Dengan mengasumsikan bahwa centre of mass gabungan telah ditentukan, dengan pertimbangan bahwa analisis yang akan dilakukan ini hanya untuk membandingan kondisi paling maksimal dari ketiga pembebanan yang diberikan,

  load

  maka kita dapat menganalisis Akibat beban pada bucket (P ) dan berat loader yang bekerja pada titik berat kendaraan ( W ) maka akan menimbulkan reaksi pada poros

  l wheel.

  M

  ∑ = _B

  P ( a b c ) R ( b c ) W ( c ) P ( d ) _{load 1 front l cw} − − = + + + +

  ( ) ( ) ( )

  P a b c W c − P d _{load 1 l cw} + + + R = ^front +

  ( b c ) R near = (P load + W l + W cw ) - R front Di mana : a = jarak titik berat bucket ke titik pusat roda depan

1 P load = beban akibat muatan pada bucket

  P cw = berat counter weight R front = reaksi yang bekarja pada pusat roda depan R = reaksi yang bekerja pada pusat roda depan.

  near

  Agar terjadi kesetimbangan maka momen yang bekerja pada titik pusat massa harus sama dengan nol. Kondisi terguling dimungkinkan bila cg tidak sama ΣM dengan nol, hal ini terjadi bila beban pada bucket (sebelah kiri dari titik centre of

  

mass) menghasilkan momen yang lebih besar dibandingkan momen yang dihasilkan

  disebelah kanan dari titik centre of mass. Apabila beban yang dikenakan pada ketiga pembebanan sama maka, kondisi terguling dimungkinkan pada saat boom bergerak menghasilkan jarak maksimal terhadap pusat massa kendaraan. Oleh karena itu biasanya keadaan ini menjadi salah satu pertimbangan dalam perancangan kapasitas

  bucket .

Gambar 2.9 dan Gambar 2.10 merupakan ilustrasi gaya yang terjadi saat melakukan Breakout Force yang disebabkan tekanan piston hidrolik yang

  mengakibatkan resultan gaya untuk melakukan gerakan menjugil.

Gambar 2.9 Kondisi pembebanan breakout force pada bucket dan boom

  Gerakan menjugil merupakan gerakan awal yang bertujuan untuk mengambil material yang masih murni jadi satu dengan lansekap bumi ( in materials ), gerakan ini berbeda dengan gerakan mengolah tanah yang sudah siap tertumpuk dan siap ditampung menuju truk atau tempat yang lain ( on materials)

Gambar 2.10 Distribusi gaya tekan piston ke batang penghubung

  Gaya tekan piston ( F ) F = P x A Dengan:

  2 P = tekanan hidrolik cylinder bucket ( 5,5 kg/mm ) (lampiran 3 )

  A = Luasan penampang piston ( ∅ piston = 110 mm ) ( lampiran 4 ) Sehingga:

  π ₂ F = 5,5 x ( d )

  4

  π ₂ F = 5,5 x ( 110 )

  4 Apabila batang penghubung bergerak melakukan gerak pengerukan, distribusi gaya tekan piston sampai menjadi gaya keruk dapat dianalisis sebagai berikut : Bila piston melakukan gerak translasi dan menyebabkan batang CE berotasi terhadap titik D sebesar

  1 , maka gaya reaksi batang CE dititk E sebesar (F 1 ).

  θ

  F

  F

  1 = Cos θ ₁ o

  bila sudut

  1 sebesar 10 maka,

  θ

  52.241,75

  F

  1 = = 53.047,66 kg _o Cos

10 Distribusi gaya di F

  2

  = 0 Σ M D F

  1 ( ED ) – F 2 ( DC ) = 0 F x 850 ₁ F = ₂

  650

  53.047,66 x 850 = = 69.370,02 kg 650

  Distribusi gaya di F

  3 F 3 = F 2 x Cos

  1

  θ

  o

  = 69.370,02 x Cos 10 = 68.316,13 kg Gaya pengerukan yang dialami pada ujung cutting edge F4

Gambar 2.11 Pembebanan breakout force

  F ⋅ l _{3 2} F 4 = l ₁ Dimana :

  F = Break-Out Force ( kgf , N)

4 F3 = Gaya pada tilf hole ( N)

  l

  1 = jarak ujung cutting edge ke pin boom ( = 1460 mm )

  l

  2 = jarak pin boom – pin bucket ( = 387 mm)

  68.316,13 x 0,387 F

  4 =

  1 , 460 F

  4 = 18.108,45 kg

  Nilai dari pembebanan breakout force pada kasus ini untuk tipe loader telah ditentukan oleh produsen untuk tiap tipe loader. Untuk WA-420 pembebanan terhadap ujung bucket berkisar 18,5 ton, dan nilai ini digunakan sebagai pemeriksaan terhadap pembebanan breakout force.

  bucket

2.3 Bucket yang akan terpasang pada Boom

  yang akan dipasangkan dengan boom set adalah bucket yang telah

  Bucket