PERENCANAAN KOMPONEN MEKANISME CRANE 3.1. PERENCANAAN MEKANISME PENGANGKATAN (HOISTING)
3.1.1. Perencanaan Tali Baja
Tali baja digunakan untuk mengangkat dan menurunkan beban pada gerakan
hoist. Tali baja adalah tali yang dikonstruksikan dari kumpulan jalinan serat (steel wire). Beberapa serat (steel wire) dipintal hingga menjadi satu jalinan (strand),
kemudian beberapa strand dijalin pada suatu inti (core) sehingga membentuk tali.
Tali baja banyak sekali digunakan pada mesin atau perlengkapan pesawat pengangkat. Hal ini dimungkinkan tali baja mempunyai keunggulan antara lain :
2. Lebih tahan terhadap sentakan 3. Operasi yang tenang
4. Menunjukkan tanda-tanda yang jelas bila putus 5. Lebih fleksible.
Berikut ini merupakan gambar konstruksi tali baja :
Gambar 3.1. Konstruksi Serat Tali Baja
Dalam perencanaan ini berat muatan yang diangkat adalah 120 ton. Karena pada pengangkat dipengaruhi beberapa faktor, seperti overload, keadaan dinamis dalam operasi, maka diperkirakan penambahan beban 10% dari beban semula sehingga berat muatan yang diangkat menjadi :
Q0 = 85.000 + (10% x 85000)
= 93.500 Kg
Kapasitas angakat total pesawat adalah
: Q = Q0 + G
Dimana :
= 1000 Kg
Q = 94.500 Kg
Sistem pengangkat ini terdiri dari dua sistem yang masing-masing sistem dibuat sedemikian rupa (gambar 3.2) dimana sistem yang pertama menggunakan satu buah tali baja dengan arah pilinan kiri dan sistem yang kedua mempunyai arah pilinan kanan. Penempatan posisi dan arah pilinan tali baja yang berbeda pada kedua sistem ini maksudnya untuk mengurangi beban yang terjadi pada tali baja.
Diagram sistem pengangkat gerak hoist ini dapat dilihat pada gambar berikut ini :
Diagram lengkungan tali pada mekanisme gerak hoist dapat dilihat pada gambar di bawah ini:
Q S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 S11 S12
Gambar 3.3 Dagram Lengkung Tali
Dari gambar 3.3 dapat dilihat diagram lengkungan tali yang dapat
menentukan tegangan tali yang dapat menentukan tegangan tali maksimum baja yang terjadi. Sistem pengangkat yang direncanakan ini terdiri dari 12 buah tali
penggantung, sehingga ;
Q Q=S1+S2 + S3 + S4 + S5 + S6 + S7 + S8 + S9 + S10 +
S11 + S12 + S13 + S14
Tegangan tali maksimum dari sistem tali puli dihitung dengan rumus :
s= Q
nη η1
( lit.1, hal 41)
Dimana :
S = Tegangan tali maksimum
Q = 94.500 Kg
n = Jumlah tali penggantung = 12
η = Efesiensi puli = 0,892
η1 = Efesiensi yang disebabkan kerugian tali akibat kekakuan akibat menggulung pada drum yang diasumsikan 0,98
maka :
S= 94500
12.0,892 .0,98 = 9008,6 = 9009 kg
dimana kekuatan putus tali sebenarnya
P = S.K (Lit 1, hal 40)
Dengan :
S = 9009 Kg
K = Faktor keamanan (K = 5,5) (Lit 1, hal 42)
Maka :
= 49549,5 kg
Tipe tali baja yang dipilih adalah menurut standart United rope works, Roterdam
Holland yaitu 6 x 41+1 fibre core (Lampiran 5)
dengan :
Beban patah : Pb = 76300 Kg
Tegangan patah : σ b = 180 Kg/mm2
Berat tali : W = 4,710 Kg/m
Diameter tali : d = 36 mm
Maka tegangan maksimum tali yang diizinkan :
Sizin = Pb
(lit.1, hal 40) K
= 76300 13872,7Kg 5,5
Tegangan tarik yang diizinkan :
σizin = Type equation here .
F247 = S b d K Dm .50000 (lit.1, hal 39) Dmin Dimana perbandingan diameter drum dan diameter tali baja
d untuk jumlah
lengkungan (NB) = 15 seperti terlihat pada gambar 3.2 adalah 37,5 (Lamp 14)
Atau: d D min 37,51 Maka: F247 = 49549,5 0,01cm2 18000 5,5 1 37,5.50000
Tegangan tarik yang terjadi pada tali baja adalah :
σt = S
F247
= 90096,5
Terlihat bahwa perencanaan tali aman untuk digunakan mengingat tegangan maksimum tali yang direncanakan lebih rendah dari tegangan maksimum izin yaitu :
9009 Kg < 13872,7 Kg dan tegangan tarik yang diizinkan lebih besar dari tegangan tarik yang direncanakan yaitu : 32,73 Kg/mm2 > 13,86 Kg/mm2.
Ketahanan tali baja ditentukan berdasarkan umur operasi dari tali baja tersebut. Umur tali baja tergantung dari jumlah lengkungan, faktor konstruksi tali baja, faktor operasi, dan faktor keausan serta material baja tersebut. Faktor keausan tali baja didapat dari rumus berikut:
m = A
.C.C1
.C2
(lit 1 hal 43)
dimana :
A = D/d = perbandingan diameter drum atau puli dengan diameter tali
m = Faktor yang tergantung pada lengkungan berulang tali selama periode
keausannya sampai tali tersebut rusak
σt = Tegangan tarik sebenarnya pada tali (13,86 kg/mm2)
C = Faktor yang memberi karakteristik konstruksi tali dan kekuatan tarik
maksimum bahan kawat, C = 0,5 (Lampiran
10)
C2 = Faktor yang menentukan faktor produksi dan operasi tambahan yang tidak diperhitungkan oleh faktor C dan c1 = 1,4 banyak lengkungan. (Lamp 12)
maka :
m =1386.(0,5)(1,24)(1,4)37,5
= 3,11
Dengan bantuan faktor m, (Lampiran 9)
didapat harga-harga untuk m (3,10) sebesar 650000, m(3,17) sebesar 700000. Dengan melakukan interpolasi harga-harga ini dapat dicari nilai Z, yaitu :
3,11 3,10
Z1 700.000 650.000 650.000 700.000 3,17 3,10
didapat, Z1 = 210.000 lengkungan berulang yang menyebabkan kerusakan. Umur tali baja dicari dengan rumus :
N Z1
a.z2
(lit. 1, hal 83)
Dimana :
Z1 = Jumlah lengkungan berulang yang menyebabkan kerusakan tali
a = Jumlah siklus rata-rata perbulan
Z2 = Jumlah siklus berulang persiklus
φ = Hubungan langsung antara jumlah lengkungan dan jumlah putus tali
β = Faktor perubahan gaya tekan
Merujuk pada persamaan untuk mencari umur tali diatas, harga-harga faktor a, Z2, β dan φ, dapat diambil dari (lampiran 13) sebagai berikut :
a = 3400
Z2 = 5
β = 0,3
φ sebesar 2,5 (lit. 1, hal 48)
maka :
N
3.1.2. Puli
700.000
3400.5.0,3.2,5 54,9 55 bulan
Puli disebut juga kerek (katrol) yaitu cakra yang dilengkapi dengan tali atau rantai. Cakra merupakan suatu kepingan yang bundar disebut juga dengan disk, yang terbuat dari logam atau nonlogam. Pinggiran cakra tersebut diberi alur (groove) yang berfungsi untuk laluan tali untuk mentransmisikan gerak dan gaya.
Puli ada dua macam, yaitu :
1. Puli tetap (fixed pulley)
1. Puli Tetap (fixed pulley)
Puli yang terdiri dari cakra dan seutas tali atau rantai yang dilingkarkan pada alur pada bagian atasnya yang salah satunya digantungi beban Q sedangkan ujung lainnya ditahan atau ditarik.
2. Puli Bergerak (movable pulley)
Puli bergerak mempunyai cakra yang bebas pada poros yang bebas pula. Tali atau rantai dilingkarkan dalam alur pada bagian bawah. Salah satu ujung tali diikatkan tetap dan ujung lainnya ditahan atau ditarik pada waktu pengangkatan, beban digantungkan pada kait (hook) yang tergantung pada poros.
Sistem puli adalah kombinasi dari beberapa puli tetap den puli bergerak atau terdiri dari beberapa cakra puli. Ada dua jenis system puli, yaitu :
a. Sistem puli yang menguntungkan pada gaya b. Sistem puli yang menguntungkan pada kecepatan
Sistem puli yang menguntungkan pada gaya banyak dipakai pada pesawat-pesawat pengangkat, sedangkan pada sistem puli yang menguntungkan pada kecepatan banyak dipakai pengangkatan secara hidrolik dan pneumatik.
Puli yang direncanakan dapat dilihat pada gambar 3.3 yang terdiri dari beberapa puli tetap dan puli bergerak termasuk pada sistem puli yang menguntungkan pada gaya.
Gambar 3.4 Konstruksi Roda Puli
Berdasarkan jumlah lengkungan (NB) yang terjadi pada tali kawat baja diperoleh hubungan perbandingan diameter minimum untuk puli dengan diameter tali :
D min
NB d
Untuk NB = 15
Maka diameter puli adalah :
Dmin = 15 .d
= 15 . 36 mm = 540 mm
Maka dipilih diameter puli adalah, d = 540 mm.
Selanjutnya ukuran – ukuran utama puli dapat diketahui dengan menggunakan tabel dibawah ini :
Tabel 3.1. Dimensi roda puli untuk tali kawat baja
Dengan menggunakan interpolasi, untuk d = 36 mm didapat :
36 34,5
a 110 90 90 96,6mm
39,0 34,5
Maka dengan cara yang sama dapat diperoleh ukuran – ukuran utama puli lainnya yaitu : b = 75 mm r = 22 mm c = 16 mm r1 = 8 mm e = 2 mm r2 = 9 mm h = 58 mm r3 = 32 mm i = 22 mm r4 = 23 mm
Untuk dapat berputar dan mengurangi gesekan, maka puli dipasang pada poros (gander yang didukung oleh bantalan luncur). Untuk menentukan diameter poros puli digunakan rumus :
p = Q l.d g (lit 1 hal 72) atau : dg = Q p.l dimana :
p = tekanan pada bidang puli yang tergantung pada kecepatan keliling
permukaan lubang nap roda puli dan tekanan ini melebihi
yang terlampir pada tabel dibawah ini (lit1 hal 72)
Tabel 3.2. Tabel hubungan antara v, dan p
V (m/s) 0 , 1 0, 2 0, 3 0, 4 0, 5 0 , 6 0, 7 0, 8 0 , 9 1, 0 1,1 1, 2 1, 3 P (kg/cm2) 75 70 66 62 60 75 55 54 53 52 51 50 49
Qg = beban tiap puli
i = perbandingan transmisi sistem puli, i pada sistem ini bernilai 6.
Qg = Q i Qg = 94.500 15750kg 6 Maka :
d
g
215750
75.1,8
15750
d
g 75.1,8
d
g 116,6 cm
Untuk memeriksa kekuatan cakra harus ditinjau dari tegangan tali maksimum (S) yang terjadi, yaitu sebesar 21068 kg maka tegangan tarik yang terjadi adalah:
S
t
(L).(d )
Dimana :
S = Tegangan Tali Maksimum (Kg)
d = Diameter tali
Maka :
t 9009 (23,04).(36)
= 10,8 kg/mm2
Sesuai data yang diperoleh maka bahan puli dipilih dari bahan baja S30C Dengan kekuatan tarik 10,8 kg/mm2. Dengan demikian, berdasarkan pemeriksaan diatas maka cakra yang dirancang aman untuk digunakan karena harga tegangan tarik yang terjadi lebih kecil dari tegangan tarik yang diizinkan.
3.1.3. Drum
Drum pada operasi pengangkatan dipergunakan untuk menggulung tali. Untuk drum yang digerakkan mesin maka drum dilengkapi dengan alur spiral (helical
groove), sehingga tali akan tergulung secara merata dan mengurangi gesekan
sehingga keausan berkurang. Pada perencanaan ini drum memiliki dua alur, yaitu spiral kiri dan alur spiral kanan.
Perencanaan diameter drum dapat dihitung dengan rumus :
e2 = faktor yang tergantung pada kondisi tali (0,85)(lit 1 tabel 10)
maka :
D ≥ 30 . 0,85 . 36
D ≥ 918 mm
Ukuran – ukuran drum dapat ditentukan dari tabel di bawah ini.
Tabel 3.3. Dimensi Alur Drum Dimana :
D = Diameter drum pada dasar alurnya (mm)
d = Diameter tali (36 mm)
e1 = faktor yang tergantung pada alat pengangkat dan kondisi
operasinya (30) (lit 1 tabel 9)
s1 = 39 mm
c1 = 11 mm
Jumlah lilitan atau putaran tali pada drum dapat dihitung dengan rumus :
Z = H .i
2
D
(lit 1 hal 74)
Dimana :
H = tinggi angkat muatan, H = 30 m
i = Perbandingan sistem tali, i = 6
maka :
Z = 30000(6) 918 2
= 64,45 lilitan = 65 lilitan
Panjang total drum dapat dicari dengan rumus :
2Hi L = 12 s l (lit 1 hal 75) D Dimana : 1
l1 = lebar ruang antara bagian kanan dan kiri alur
= 195 mm Maka : L = 2.(30000) 12 39 195 .918 = 3095,5 mm
Tebal dinding drum ditentukan dengan rumus empiris dibawah ini :
0,02D (0,6 1,0)cm
= 0,02(918) + 10mm
= 28,4 mm = 2,84 cm
Dari hasil perhitungan di atas, maka ditentukan tebal dinding drum adalah
28,4 mm = 2,84 cm.
Untuk menghitung tegangan tekan maksimum pada permukaan dalam drum digunakan rumus : S .s (lit1 hal 76) = 2,84(3,9)9009 = 813,4 kg/cm2
Maka bahan drum dipilh SFCM 95D dengan kekuatan tarik bahan σt = 10100 kg/cm2. Tegangan tarik yang diizinkan adalah :
σzin = k
dimana :
k = faktor keamanan untuk pengangkat kran, diambil k = 8
maka :
σizin = 10100
8
= 1262,5 kg/cm2
Dari hasil perhitungan didapat σ < σizin maka drum cukup aman untuk digunakan.
3.1.4. Kait
Kait digunakan untuk menggantungkan beban yang akan diangkat. Kait umumnya mempunyai penampang trapesium dibagian dalam dibuat lebih lebar daripada bagian luar. Bentuk penampang trapesium selain untuk menghemat pemakaian bahan dan desain yang lebih sederhana, juga untuk mengantisipasi terjadinya tegangan yang lebih besar pada sisi dalam.
Pada perencanaan ini digunakan jenis kait ganda, dengan kapasitas angkat 120 ton.
- Pemilihan Bahan Kait
Bahan untuk kait proses pengerjaannnya dilakukan dengan proses penempaan dan pengecoran. Pada proses pengecoran bahan yang telah dicor dibersihkan kemudian dikerjakan dengan mesin, selanjutnya dilakukan pemanasan atau penempaan.
Bahan kait dipilih baja S 55 C (Lampiran 17) dengan komposisi sebagai berikut : (0,52-0,58)% C (0,15-0,35)%Si (0,60-0,90)%Mn (0,030)%P (0,35)%Si
Kekuatan tarik bahan (σb) = 8000 kg/cm2
Ukuran dari batang yang licin dan yang berulir dari batang kait ganda sama pada kait tunggal dan kekuatan dari batang yang berulir dicek sama seperti pada kait tunggal. Begitu juga bagian yang melengkung dari kait ganda di cek dengan metode yang sama pula dengan kait tunggal. Gambar kait ganda yang dipakai dalam mekanisme pengangkat pada kran dapat dilihat pada gambar 3.5 di bawah ini :
Gambar 3.5. Ulir Trapesium Kait Tanduk
- Tegangan Tarik Pada Ulir
Pada perencanaan ini baut yang dipilih adalah jenis ulir metris ( M 64 ) maka berdasarkan tabel ukuran standar ulir kasar metris (Lampiran 16) diperoleh :
Diameter luar (d0) = 64 mm
Diameter dalam (d1) = 57,505 mm
Diameter efektif (d2) = 60,103 mm
Tinggi kaitan (H) = 3,426 mm
Jarak bagi (p) = 6 mm
Untuk menghitung tegangan tarik pada ulir digunakan rumus :
σt = 4.Q
(d1
)
= 4.94500
= 36,4 kg/mm2
Tegangan tarik yang terjadi dalam keadaan aman karena σ > σt dimana 80 kg/mm2 > 36,4kg/mm2.
- Panjang Minimum Ulir Kait
Panjang minimum ulir kait dihitung dengan menggunakan rumus :
H = .(d 4.Q. p2 d 2 ) p (lit 1 hal 86) 0 1 Dimana :
σp = tegangan tekan aman untuk baja = (300 – 350) kg/cm2
maka : H = .(642 4.94500.6 57,5052 )350 = 2,6 cm = 26 mm Jumlah ulir : z = H (lit 3 hal 297) p = 266
b2 = 2,2 d1 = 2,2 . 57,505 = 126,5 mm A = h .(b b ) 2 12 = 138,01.(51,75 126,5) 12300,14mm2 2 e1 =h . 2b3 b 1 b2 1 b2 = 138,01. 2(51,75) 126,5 3 51,75 126,5= 59,35 mm
Untuk ukuran – ukuran lainnya dapat ditentukan sebagai berikut :
h = 2,4.d1 = 2,4 . 57,505 = 138,01 mm b1= 0,9. d1 = 0,9 . 57,505 = 51,75 mm e2 = h . b1 2.b2 3 b1 b2 = 138,01. 51,57 2.(126,5) = 78,59 mm 3 51,75 126,5
= 2,5 . 57,505 = 143,76 mm
Z = W
2 e2
= 143,76 78,59
2 = 150,47 mm
Gambar penampang trapesium dari kait dapat dilihat pada gambar 3.6 di bawah ini :
Gambar.3.6. Penampang Trapesium
Jadi luas penampang A-A
A-A = 3,72.57,505
= 3,72 . (57,505)2
Momen inersia untuk penampang A-A h3 (b b )2 2.b .b I = 1 2 1 2 3 b1 b2 = (138,01) (51,57 126,5)2 2.51,57.126,5 3 51,57 126,5 = 235887,46 mm4 = 23,5887 cm4
Untuk luas penampang B-B
A = h . (b b ) 2 1 2 Dimana : h = 2 . d1 = 2 . 57,505 = 115,01 mm b2 = 1,9. d1 = 1,9 . 57,505= 109,25 mm b1 = 0,9 d1 = 0,9 . 57,505 = 51,75 mm Sehingga : 3
A = 115,01.(51,75 109,25) 2
= 9258,30 mm2 = 92,58 cm2
Momen inersia untuk penampang B-B
h3 (b b )2 2.b .b I = . 1 2 1 2 36 b1 b2 = (115,01) . (51,75 109,25) 2.51,75.109,25 36 51,75 109,25 = 3835627,26 mm4 = 383,5627 cm4