DESAIN STRUKTURAL

E. ANALISIS DESAIN

2. DESAIN STRUKTURAL

Sesuai dengan kondisi yang harus dipenuhi dalam analisis desain fungsional, maka desain bagian penyalur dan penampung pada mesin penyapu jalan diperkirakan seperti skema dalam Gambar 9.

Mesin penyapu jalan ini dioperasikan dengan cara didorong oleh seorang operator. Roda terdiri dari tiga buah dengan perincian dua buah roda depan dan satu buah roda belakang untuk keperluan belok.

Komponen motor hanya menggerakkan bagian penyalur dan penyapu dari mesin penyapu jalan ini. Gambar teknik dari desain bagian penyalur dan penampung pada mesin penyapu jalan dapat dilihat pada Lampiran 11.

Gambar 9. Skema bagian penyalur dan penampung

konveyor

Analisis desain struktural dapat di uraikan sebagai berikut:

a. Feeder

Lebar rata-rata jalan lingkar dalam IPB adalah 5.723 m (Lampiran 6). Lebar jalan maksimal yang digunakan kendaraan untuk satu arah adalah setengah lebar jalan yaitu 2.8615 m. Karena mesin penyapu jalan didesain tidak untuk kapasitas yang besar dan untuk prototipe pertama ini lebar penyapuan diambil ¼ dari lebar jalan satu arah yaitu sekitar ± 700 mm. Lebar feeder setidaknya harus sama dengan lebar penyapuan. Dalam desain ini lebar feeder yang diambil adalah 600 mm. Feeder didesain berbentuk trapesium agar sampah tidak ada yang lolos pada kedua sisinya. Oleh karena itu sisi feeder satu lagi harus lebih besar dari 600 mm. Ukuran keseluruhan feeder adalah 600 mm untuk sisi pendek, 830 mm untuk sisi panjang, dan 205 mm untuk sisi miring. Sisi pendek feeder ditempelkan pada ujung rangka di depan konveyor dan sisi panjang berada ± 50 mm di atas permukaan jalan. Feeder tidak boleh terlalu tebal atau pun terlalu tipis sehingga tebal feeder diambil sebesar 6 mm. Bahan spons-gabus dipilih karena bahan ini tidak terlalu kaku dan tidak terlalu lembut sehingga tidak mengganggu majunya mesin penyapu apabila timbul gesekan dengan permukaan jalan. Kemiringan feeder terhadap permukaan jalan adalah 45⁰. Kemiringan ini disesuaikan dengan kemiringan konveyor. Bentuk feeder dapat dilihat pada Gambar 10.

b. Konveyor

Komponen utama konveyor adalah puli dan belt. Puli untuk sebuah konveyor dibutuhkan sebanyak dua buah. Masing-masing puli terdiri dari: satu buah pipa besi, satu buah nap sepeda, dua buah flens, dan satu buah besi pejal untuk poros. Diameter pipa besi tidak boleh terlalu besar dan terlalu kecil dan diasumsikan antara 50-100 mm.

Pipa besi yang digunakan dalam desain ini berdiameter 75 mm dengan ketebalan 2 mm. Panjang pipa besi harus lebih kecil dari lebar feeder dan diambil sebesar 580 mm. Nap sepeda yang digunakan adalah tipe freewheel dengan diameter terbesar 51 mm dan diameter poros 9 mm.

Besi pejal yang digunakan harus sama dengan dengan diameter poros nap yaitu sebesar 9 mm dan panjangnya harus melebihi panjang pipa besi yaitu sebesar 720 mm. Diameter besi plat untuk flens harus lebih besar dari diameter pipa agar menjadi penahan kedua sisi puli konveyor. Diameter flens yang digunakan adalah 100 mm dan ketebalan 2.2 mm.

(a) tampak samping

(b) tampak depan Gambar 10. Feeder

Nap sepeda digunakan sebagai pengganti bearing untuk poros konveyor. Keunggulan dari penggunaan nap ini adalah bobot nap yang ringan serta bentuknya yang kecil sehingga tidak memerlukan space atau ruang yang luas. Nap sepeda dipotong menjadi dua di bagian tengahnya kemudian poros nap diganti dengan poros untuk konveyor.

Flens digunakan untuk menghubungkan nap dengan pipa sebagai puli.

Karena diameter nap tidak sama dengan diameter pipa maka nap ditempelkan pada flens baru dapat disatukan ke pipa dengan besi pejal sebagai porosnya. Gambar 11 menunjukkan nap, flens, pipa, dan poros.

45⁰

600 mm

830 mm

Gambar 11. Puli konveyor

Kulit imitasi digunakan sebagai alternatif belt karena harga sabuk konveyor di pasaran sangat mahal. Seperti diuraikan dalam analisis fungsional, komponen konveyor membentuk sudut terhadap permukaaan jalan. Sudut ini tidak boleh terlalu curam sehingga sampah sulit untuk diangkat dan tidak boleh terlalu landai sehingga menyisakan ruang yang sedikit dibawah konveyor. Ruangan ini digunakan sebagai tempat motor dan sistem transmisi. Maka kemiringan konveyor terhadap jalan diambil sebesar 45⁰. Tinggi vertikal konveyor atau jarak antara puli atas dengan dasar jalan tidak boleh menutupi pandangan operator. Jarak ini diasumsikan sebesar 1-1.5 m. Dengan jarak vertikal dan horizontal ± 950 mm, maka jarak sisi miring atau jarak antar kedua poros puli ± 1344 mm. Dengan diameter pipa 75 mm dan tebal belt 1.3 mm, maka keliling atau panjang belt yang digunakan ± 2910 mm. Lebar belt sama dengan panjang pipa yaitu 580 mm. Tinggi sudu yang menempel pada belt tidak boleh terlalu panjang karena akan menyulitkan dalam pemasangan. Sudu yang direncanakan berukuran 580 mm x 75 mm dengan ketebalan 6.3 mm. Bahan untuk sudu adalah bahan yang sama dengan feeder karena bahan ini tidak terlalu kaku dan tidak terlalu lembut. Jarak antar sudu adalah 150 mm. Jarak ini diambil dari pengamatan sekilas terhadap panjang sampah dedaunan. Dengan mengetahui keliling belt dan jarak antar sudu maka jumlah sudu diketahui yaitu sebanyak 19 buah.

Konveyor bertumpu pada rangka mesin penyapu sampah pada setiap

Pipa besi

nap flens poros

580 mm

ujung porosnya. Belt atau sabuk beserta sudu ditunjukkan pada Gambar 12.

Gambar 12. Belt dan sudu

c. Hopper

Hopper harus mempunyai lebar lebih besar dibandingkan lebar konveyor dan mempunyai panjang secukupnya sehingga mampu mengarahkan sampah. Hopper terbuat dari besi plat tipis dengan ukuran 640 mm x 300 mm pada permukaan atas dan 300 mm x 200 mm (lebih kecil dari permukaan atas) pada corong bawah. Tinggi hopper adalah 150 mm agar tidak terlalu tenggelam di dalam bak penampung. Gambar 13 menunjukkan bentuk dan ukuran hopper lebih jelas.

580 mm

640 mm

300 mm sudu

d. Bak penampung

Bak penampung merupakan komponen yang terbentuk dari besi siku dan seng. Bak penampung direncanakan mempunyai kapasitas ± 180 liter. Sehingga bak ini berukuran 500 mm x 654 mm x 548 mm.

Pada bagian bawah atau dasar dari bak dibuat pintu dengan engsel dengan ukuran 200 mm x 300 mm. Luasan ini ± 20% dari luasan alas 654 mm x 500 mm yaitu 327000 mm². Gambar 14 di bawah menunjukkan gambar bak penampung secara jelas.

Gambar 14. Bak penampung e. Rangka

Rangka mesin penyapu sebagian besar dibuat dari besi siku dengan ukuran 33 mm x 33 mm dengan ketebalan 2.2 mm. Selain besi siku terdapat besi kubus, sebuah garpu, dan sebuah engsel stang yang digunakan sebagai bagian dari rangka mesin penyapu. Besi kubus dengan ukuran 33 mm x 33 mm dan panjang 970 mm digunakan untuk kedua garpu roda depan. Sebuah garpu depan sepeda mini dengan panjang 340 mm dan diameter 25 mm digunakan untuk garpu roda belakang mesin penyapu. Sebuah engsel stang depan sebuah sepeda juga digunakan untuk engsel garpu roda belakang mesin penyapu. Gambar 15 menunjukkan keseluruhan rangka mesin penyapu jalan.

548 mm

654 mm 500 mm

(a) tampak samping

(b) isometris Gambar 15. Rangka f. Roda

Roda yang digunakan untuk roda depan ataupun roda belakang mempunyai jenis dan ukuran yang sama. Ketiga roda mempunyai velg berdiameter 32.2 mm. Adapun diameter velg dan ban karetnya adalah 38.4 mm. Roda tersebut mempunyai jari-jari sebanyak 20 buah, lebar ban karet 37 mm, dan diameter poros 7.7 mm. Gambar 16 menunjukkan salah satu roda yang digunakan dalam mesin penyapu jalan.

Gambar 16. Roda

g. Cover

Cover pada feeder bergabung dengan cover pada konveyor dengan panjang total 1110 mm dan tinggi total 580 mm, pada kedua sisi konveyor berbentuk persegi panjang dengan ukuran 580 mm x 250 mm. Cover tersebut berukuran 600 mm x 580 mm dan 600 mm x 360 mm. Ukuran-ukuran tersebut disesuaikan dengan ukuran konveyor yang ditutupi. Cover terbuat dari plat tipis dengan ketebalan 1 mm pada konveyor dan feeder. Gambar 17 menunjukkan bentuk dan letak cover yang digunakan.

h. Motor

Motor listrik yang digunakan mempunyai daya 0.5 hp dengan spesifikasi putaran maksimum 1400 rpm. Tenaga putar motor listrik digunakan untuk menggerakkan komponen penyalur atau pengangkut sampah yaitu komponen konveyor. Motor ditunjukkan pada Gambar 18.

i. Sistem transmisi

Sistem transmisi berfungsi untuk menyalurkan daya dan memberikan kecepatan putar dari motor ke konveyor. Komponen transmisi penurun putaran adalah puli dengan puli, gear dengan gear, dan sproket dengan sproket. Komponen transmisi pembalik arah putaran adalah komponen gear dengan gear. Komponen transmisi ditunjukkan dalam Gambar 18. Kecepatan putar puli konveyor

dihitung dengan mempertimbangkan kapasitas penyaluran sampah dan kondisi pengoperasian mesin penyapu jalan (Lampiran 1).

(a) Isometris

(b) Tampak samping Gambar 17. Cover

Tabel 4 memperlihatkan rencana kecepatan putar pada masing-masing poros untuk memenuhi kebutuhannya. Kecepatan putar ini dihitung berdasarkan ukuran komponen transmisi yang digunakan, yaitu: puli motor diameter 50 mm, puli poros utama diameter 126 mm, gear poros utama 23 buah gigi (diameter 44 mm), gear poros komplemen 66 buah (diameter 118 mm), sproket poros utama 16 buah

cover pada konveyor 580 mm

250 mm

gigi, sproket poros komplemen 16 buah gigi, sproket puli konveyor 24 buah gigi, dan sproket silinder sapu 24 buah gigi. Sproket pada silinder sapu terhubung dengan sproket pada poros utama sebagai sumber penggerak. Perhitungan pada Tabel 4 dapat dilihat pada Lampiran 2.

Tabel 4. Poros dan kecepatan putaran Komponen Kecepatan Putar (rpm)

Motor listrik 1400

Poros utama 555.6

Poros komplemen 193.6

Poros konveyor 129.1

Silinder sapu 370.4

Puli dipasang pada poros motor dan poros utama. Besar diameter poros utama didapatkan dengan perhitungan berikut ini.

Diketahui:

P = 0.5 HP = 0.5 x 746 watt = 373 watt = 0.373 kW n1 = 1400 rpm

Bahan poros yang digunakan diasumsikan adalah baja karbon konstruksi mesin S45C dengan kekuatan tarik 58 kg/mm². Maka,

13

Jika diameter bantalannya adalah 12 mm,

a Sf2 > Cb Kt; baik

Dalam rancangan ini poros yang digunakan adalah 16 mm > 10 mm, Maka diameter poros utama ini baik.

Rincian perhitungan dapat dilihat pada Lampiran 3.

Pada kedua puli dipasang sabuk untuk meneruskan daya sekaligus menurunkan jumlah putaran. Penentuan jenis puli dan jarak antar poros dihitung dengan uraian berikut ini.

Diameter puli penggerak (d_p) = 50 mm

Diameter puli yang digerakkan (DP) = 126 mm n1 = putaran puli penggerak = 1400 rpm

n2 = putaran puli yang digerakkan = 555.56 rpm Kecepatan sabuk-V (m/s) adalah

s

Jarak sumbu poros = C (mm) Panjang keliling sabuk = L (mm) Diketahui:

P = 0.5 HP = 0.5 x 746 watt = 373 watt = 0.373 Kw n1 = 1400 rpm

Diameter poros penggerak = 16 mm

Putaran poros yang digerakkan = 555.56 rpm Maka didapatkan:

• Bahan poros : S45C, B= 58 kg/mm², Sf1 = 6.0, Sf2 = 2.0

• Penampang sabuk-V: tipe B

• Nomor nominal sabuk-V : No.44; L=1118 mm

• Tipe B, No. 44, 1 buah, d_k = 156 mm, D_k = 253 mm Lubang poros 10 mm dan 14 mm

Jarak sumbu poros 250⁺₋⁴⁰₂₅^mm_mm

Rincian perhitungan dilampirkan pada Lampiran 4.

(a) Tampak atas

(b) Tampak samping

Gambar 18. Motor dan sistem transmisi

Konveyor yang digerakkan komponen motor mempunyai kemiringan 45⁰ terhadap permukaan jalan dan terdiri dari: belt (sabuk), sudu, dan puli. Sudu yang berjumlah 19 buah menempel pada belt dengan kemiringan 45⁰ terhadap belt dan bersama dua buah puli menjadi sebuah konveyor.

Umumnya belt konveyor terdiri dari kerangka (frame), dua buah puli; puli penggerak (driving pulley) pada head end dan puli pembalik (take-up pulley) pada tail end, endless belt, idler roller atas dan idler

Gear poros

roller bawah, unit penggerak, cawan pengisi dipasang di atas conveyor, saluran buang, dan pembersih belt yang biasanya dipasang dekat head pulley (Zainuri, 2006).

Dengan perhitungan yang terlampir dalam Lampiran 5, maka didapatkan:

Daya motor listrik untuk kebutuhan konveyor, P = (W0 v)/((1.02) g)

= (192.488*0.5)/((1.02)(0.8))

= 117.9 W = 0.1179 kW = 0.118 kW