BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.2 Tali Baja
Tali baja digunakan secara luas pada mesin-mesin pengangkut sebagai perabot pengangkat. Dibandingkan dengan tali, tali baja mempunyai keunggulan sebagai berikut:
1. Lebih ringan.
2. Lebih tahan terhadap sentakan.
3. Operasi yang tenang walaupun pada kecepatan operasi tinggi. 4. Keandalan operasi yang lebih tinggi.
Tali baja terbuat dari kawat baja dengan kekuatan σb = 130 sampai 200 kg/mm2. Didalam proses pembuatannya kawat baja diberi perlakuan panas tertentu dan
8 digabung dengan penarikan dingin, sehingga menghasilkan sifat mekanis kawat baja yang tinggi.
Tali baja dibuat dengan mesin khusus; pertama-tama kawat dililitkan menjadi untaian dan kemudian dianyam lagi menjadi tali bulat. Kedua proses berlangsung secara bersamaan untaian dililitkan pada inti yang terbuat dari rami, asbes, atau kawat baja yang lunak. Inti asbes dan kawat baja digunakan untuk tali yang beroperasi pada suhu yang tinggi. Akan tetapi, inti kawat akan mengurangi kefleksibelan tali dan biasanya hanya digunakan untuk tali yang mengalami gaya tekan yang tinggi, misalnya digulung beberapa lapis pada drum.
Tali baja tarik khusus untuk elevator harus dibuat dari kawat baja yang cukup kuat, tetapi cukup lemas tahan tekukan, dimana tali tersebut bergerak bolak-balik melalui roda. Batas patah kawat baja ialah kira-kira 19.000 kgf/cm2 atau 190 kgf/mm2. Konstruksi tali terdiri dari 8 pintalan yang dililitkan dengan inti di tengah dari serat manila henep, yang mengandung miyak lumas. Tiap-tiap pintalan terdiri dari 19 kawat yaitu 9.9.1, artinya 9 kawat diluar, 1 dipusat dan 9 lagi diantaranya. Biasanya 9 kawat yang diluar dibuat dari baja “lunak” (130 kgf/mm2) agar menyesuaikan gesekan dengan roda besi tuang, tanpa menghasilkan keausan berlebihan. Konstruksi tali sering disebut atau ditulis 8 x 19 atau 8 x 9.9.1.
9 Gambar 2.1 Wire Rope Components [2]
10 Keselamatan penumpang elevator sangat bergantung dari tali baja tarik. Oleh karena itu faktor keamanan cukup besar, yaitu untuk 12 untuk lift berkecepatan 420 m/m, dan menurun sampai 8 untuk elevator berkecepatan 45 m/m.
Tabel 2.1 Batas Patah Tali Baja Tarik 8 x 19 [2]
Dilihat dari segi arah pilinan, tali dibedakan atas 2 jenis yaitu :
1. Regular lay, jika arah pilinan kawat berlawanan dengan arah lilitan dan strand
2. Lang lay, jika arah pilinan kawat sama searah dengan lilitan dan stand. Diameter Nominal
(mm)
Perkiraan Berat (kg/m)
Batas Patah Maximal (Kawat 130/160 kgf/mm2) 6.30 0.13 1.650 8.00 0.21 2.500 9.50 0.30 3.690 11.00 0.42 5.000 12.70 0.54 6.500 14.30 0.68 8.100 15.90 0.83 10.050 19.00 1.65 14.400
11 Keuntungan dari lang lay ialah kemuluran tali lebih kecil yaitu 0.1 % hanya dibanding dengan regular lay 0.5%. Tekanan pada alur puli lebih kecil sehingga lebih awet dan lebih luwes, tidak mempunyai sifat kaku (menendang) saat mau dipasang. Lang lay dipakai untuk instalasi elevator berkecepatan tinggi diatas 300 m/menit, dan jarak lintas diatas 200 m.
Lang lay juga lebih tahan terhadap fatigue, tetapi batas patah lebih kecil
kira-kira 10% dibanding dengan regular lay. Umpama pada tali berdiameter 13 mm, untuk regular lay batas patah 6500 kgf, sedangkan pada lang lay sebesar kira-kira 5800 kgf.
Gambar 2.3 Types of lay [4]
Kabel baja yang merupakan sarana untuk pengangkatan mempunyai sifat-sifat yang berbeda dengan rantai, yaitu :
12 Kelebihan :
a) Tahan terhadap beban kejut.
b) Bila akan putus memperlihatkan tanda-tanda. c) Elastis.
d) Tidak berisik bila digunakan.
e) Dapat digunakan untuk kecepatan angkat yang tinggi.
Kekurangan :
a) Tidak tahan terhadap korosi.
b) Sukar untuk ditekuk-tekuk, sehingga memerlukan drum atau teromol penggulung yang besar.
c) Dapat mulur atau memanjang. d) Cenderung untuk berputar.
Tali baja mempunyai umur. Panjang umur tergantung hal-hal berikut ini:
a) Cara pentalian (roping) atau jumlah tekukan selama dioperasikan. Roping 1 : 1 lebih awet dibanding roping 2 : 1
b) Tekanan/tegangan (dalam kgf) dan hubungannya dengan kecepatan
c) Diameter roda tarik (traction sheave) dan diameter roda lain yang dilalui tali d) Keseragaman tegangan dari tiap-tiap tali
e) Jenis konstruksi tali dianjurkan jumlah minimal lilitan (strands) adalah 8 agar lemas (flexible)
13 f) Jumlah Start stop Per Hour (SPH)
g) Besaran hubungan traksi (traction relation) terhadap bata slip h) Lingkungan (corrosive environtment)
i) Cara penanganan (handling) dan cara penyimpanan
Dalam perencanaan, maka tali harus berumur minimal 5 tahun, sedangkan roda tarik dapat berumur 10 s/d 15 tahun. Dalam kenyataannya banyak roda tarik berumur sampai 20 tahun, dan banyak tali baja berumur dibawah 5 tahun. Berikut beberapa contoh konstruksi (bentuk) tali baja.
Gambar 2.4 Konstruksi Tali Baja [4]
Fenomena yang sangat rumit terjadi dalam pengoperasian tali, banyak parameter yang tidak dapat ditentukan dengan tepat. Setiap kawat didalam tali yang ditekuk mengalami tegangan yang rumit, yang merupakan gabungan tegangan tarik,
14 lentur dan puntir, serta ditambah dengan saling menekan dan bergesekan diantara kawat dan untaian. Akibatnya, tegangan total yang terjadi dapat ditentukan secara analisis hanya pada pendekatan tingkatan tertentu. Lagipula bila tali melewati puli dan drum, kawat pada bagian terluar akan mengalami kikisan yang akan mengurangi kekuatan tali tersebut.
Percobaan - percobaan menunjukkan bahwa umur tali sangat dipengaruhi oleh kelelahan. Diketahui juga bahwa setiap tali hanya dapat mengalami lengkungan tertentu yang telah melewati batas ini akan rusak dengan cepat.
Tergantung pada jumlah lengkungan, umur tali dapat ditentukan dengan memakai perbandingan (Dmin adalah diameter minimum puli atau drum dan d
ialah diameter tali) dan
(
δ – diameter kawat pada tali). Penyelidikanmenunjukkan bahwa dengan perbandingan yang sama, umur tali kira-kira berbanding terbalik dengan jumlah lengkungan. Satu lengkungan diasumsikan sebagai perubahan tali dari kedudukan lurus menjadi kedudukan melengkung atau dari kedudukan melengkung menjadi kedudukan lurus. Lengkungan berbalik yakni menuju arah berlawanan dengan lengkungan sebelumnya mengurangi umur tali sebanyak setengahnya, atau kira-kira sebanding dengan dua buah lengkungan ke arah yang sama. Jumlah lengkungan yang ditentukan oleh jumlah titik (puli,drum) tepat tali lewat, lengkungan dalam satu arah pada titik tersebut setara dengan lengkungan variabel setara dengan lengkungan ganda.
15 Untuk mendapatkan umur tali yang seragam, pengaruh jumlah lengkungan harus dikompesasikan dengan suatu perubahan pada perbandingan .
Tabel 2.2 Jumlah Lengkungan [4] Jumlah Lengkungan Jumlah Lengkungan Jumlah Lengkungan 1 16 7 30 13 36 2 20 8 31 14 37 3 23 9 32 15 37,5 4 25 10 33 16 38 5 26,5 11 34 6 28 12 35
Pemeriksaan umur tali dilakukan sebagai berikut. Berdasarkan metode penggantungan muatan menggunakan tabel 2 untuk mencari . Dengan menyatakan diameter tali dengan rumus: , maka diperoleh
(1)
Keterangan:
δ = Diameter satu kawat i = Jumlah kawat dalam tali
16 Setiap wayar dalam lengkungan tali yang dibebani suatu tekanan yang komplit yaitu tension, bending stress, dan twisting stress dikombinasikan dengan tekanan dan gosokan (rubbing) timbal balik dari wayar dan strand. Pengalaman menunjukkan bahwa umur tali baja sangat tergantung pada fatigue (kelelahan).
Jadi umur tali akan sangat tergantung pada frekuensi pembengkokan dari tali tersebut, jadi dari jumlah pembengkokan /nomor bengkokan (Number of Bent, NB) didefinisikan sebagai jumlah titik-titik pada puli atau drum sebagai titik tolak datang atau pergi dari tali. Untuk mengetahui besarnya tegangan pada tali dalam keadaan terbeban dapat digunakan :
(2)
Keterangan:
= Ultimate breaking strength dari wayar (kg/cm2) K = Faktor keamanan dari tali
S = Tegangan tali (Kg) A = Luas penampang (m2) E = Modulus elastis tali = 2.100.000 kg/cm2
E’ = 3/8 E (Modulus elastis tali yang telah dikoreksi) E’ = 800.000 kg/cm2
17 Dari rumus (2) diatas, dapat diperoleh rumusan sebagai berikut:
(3) Keterangan:
S = Ditentukan berdasarkan spesifikasi pesawat angkat (mekanisme sistem puli) (Kg)
σ
b=
Ditetapkan berdasarkan material wayar (Kg/cm2)K = Ditentukan berdasarkan jumlah wayar yang patah tiap jarak antara (t) d/Dmin = Ditentukan berdsarkan NB dari sistem puli
E’ = Ditentukan berdasarkan material wayar (Kg/cm2) i = Ditentukan berdasarkan konstruksi dari tali
Tali hanya boleh diperiksa satu kali terhadap pengecekan tegangan tarik sesuai dengan rumus:
(4)
Keterangan:
S = Tarikan maksimum yang diinginkan pada tali (Kg) P = Kekuatan putus tali sebenarnya,, (Kg)
18 K = Faktor keamanan tali
Tarikan kerja maksimum pada bagian tali dari sistem puli beban Sw dihitung dengan rumus:
(5)
Keterangan:
Q = Berat muatan yang diangkat (Kg) n = Jumlah muatan tali yang menyangga muatan = Efisiensi puli
1 = Efisiensi yang disebabkan kerugian tali akibat kekakuannya ketika menggulung pada drum yang diasumsikan sebesar 0,98.
2.2.1 Perhitungan Daya (Kekuatan Batas Kelelahan) Tali Kawat Baja dengan Metode Profesor Zhitkov
Bermula dri kenyataan bahwa kerusakan tali diakibatkan oleh kelelahan bahan dan setiap tali hanya dapat mengalami lengkungan dalam jumlah tertentu, para peneliti telah melakukan percobaan untuk mencari hubungan antara umur tali dengan berbagai faktor yang menyebabkan keausan dan menentukan jumlah lengkungan yang telah melampaui batas yang akan terjadi kerusakan tali pada tali kasus.
19 Metode perhitungan daya tahan tali kawat harus dilakukan secara ilmiah dan berguna dalam prakteknya. Dalam mendesain peralatan pengangkat, pendesain peralatan pengangkat, pendesain harus selalu memperhatikan ketergantungan umur pakai tali pada ukuran puli dan drum, beban, konstruksi tali dan faktor lainnya.
Metode perhitungan daya tahan tali kawat yang dijelaskan berikut dihasilkan oleh penelitian bertahun-tahun yang dilakukan di Hammer dan Sikcle Works. Berbagai konstruksi tali yang berdiameter dari 3 mm sampai 28 mm diuji dengan tiga buah mesin khusus untuk menentukan metalurgi, produksi, desain, dan operasi yang menentukan kekuatan tali.
Pada tahap pertama, karakteristik umur tali dikumpulkan dari semua pengujian dalam bentuk grafik yang menghasilkan hubungan:
z = f1 (σ) dan z = f2
data ini kemudian dipakai untuk menggambarkan suatu diagram akan menunjukkan hubungan
dengan berbagai jumlah lengkungan tali dan untuk mendapatkan secara matematis rumus desain:
(6)
Keterangan: