Sampai saat ini kebutuhan akan alat transportasi semakin meningkat untuk mengangkat dan mengangkut barang–barang yang dibutuhkan manusia demi kerlancaran proses kerja dalam suatu departemen atau industri. Hal ini dapat dilihat sejak bahan diterima ditempat penerimaan sampai dipindahkan ketempat penyimpanan bahan, kemudian bahan tersebut akan diolah dan harus dipindahkan kembali. Demikianlah seterusnya sampai barang tersebut selesai diproses dan dipindahkan kegudang penyimpanan.
Untuk memenuhi kebutuhan transportasi tersebut dibutuhkan adanya kegiatan pemindah bahan (material handling). Dalam hal ini Forklift adalah salah satu alat pemindah bahan yang efektif untuk mengangkat, memindahkan dan menurunkan barang–barang dalam jumlah yang banyak dari satu lokasi ke lokasi lainnya. Dengan adanya alat ini maka dapat mengurangi pemakaian tenaga manusia dan menghemat jam kerja.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.Latar belakang Perencangan
Sampai saat ini kebutuhan akan alat transportasi semakin meningkat untuk
mengangkat dan mengangkut barang–barang yang dibutuhkan manusia demi
kerlancaran proses kerja dalam suatu departemen atau industri. Hal ini dapat
dilihat sejak bahan diterima ditempat penerimaan sampai dipindahkan ketempat
penyimpanan bahan, kemudian bahan tersebut akan diolah dan harus dipindahkan
kembali. Demikianlah seterusnya sampai barang tersebut selesai diproses dan
dipindahkan kegudang penyimpanan.
Untuk memenuhi kebutuhan transportasi tersebut dibutuhkan adanya
kegiatan pemindah bahan (material handling). Dalam hal ini Forklift adalah salah satu alat pemindah bahan yang efektif untuk mengangkat, memindahkan dan
menurunkan barang–barang dalam jumlah yang banyak dari satu lokasi ke lokasi
lainnya. Dengan adanya alat ini maka dapat mengurangi pemakaian tenaga
manusia dan menghemat jam kerja.
Untuk membantu proses kerja dari Forklift mulai dari pengangkatan,
pemindahan dan penurunan beban maka Fork (garpu) selain dapat dinaikkan dan diturunkan, juga dapat dimiringkan ke depan dan ke belakang. Untuk
mempermudah Forklift mengambil atau melepaskan beban maka fork dapat
dimiringkan ke depan, sehingga fork (garpu) dapat dengan mudah masuk atau
Sedangkan pada saat mengangkat, memindahkan dan menurunkan beban,
pada dasarnya beban hanya diletakkan di atas Fork (garpu) sehingga
kemungkinan terjatuh sangat besar. Untuk mengatasi hal tersebut maka Fork
dapat dimiringkan ke belakang sehingga beban dapat lebih stabil di atas Fork, walaupun terjadi oleng beban akan lebih cenderung oleng ke belakang dan akan
ditahan oleh backrest (pelindung) sehingga beban tidak sampai terjatuh. Yang menjadi permasalahan disini ialah pada kemiringan berapa fork yang paling
optimal untuk mengangkat, memindahkan dan menurunkan beban yang maksimal.
Persoalan tersebutlah yang melatar belakangi dibahas Forklift ini.
1.2.Tujuan Penulisan
Adapun tujuan penulisan perancangan ini dapat dibagi menjai dua bagian :
1.2.1. Secara Teknis
Tujuan secara teknis dari penulisan adalah :
a. Untuk mengetahui prinsip kerja pesawat angkat pada Forklift;
b. Dapat menentukan jenis bahan untuk peralatan yang akan dibahas dan
menyesuaikan bahan tersebut dengan standard yang ada;
c. Dapat mengetahui kemiringan Fork yang paling optimal untuk
mengangkat, memindahkan dan menurunkan beban yang maksimal;
d. Mampu meringankan pekerjaan manusia dan menghemat jam kerja.
1.2.2. Secara akademis
Tujuan secara akademis dari penulisan ini adalah :
b. Agar menambah pengetahuan mahasiswa dalam mengaplikasikan serta
mengembangkan teori dan praktek yang dipelajari.
1.3.Metode Penulisan
Metode penulisan yang dilakukan pada perancangan ini adalah :
a. Melakukan observasi langsung di lapangan dan mencari data – data
yang mendukung penulisan;
b. Melakukan studi literatur yaitu mempelajari buku – buku referensi
yang berhubungan dengan penulisan;
c. Konsultasi dengan dosen pembimbing perihal tata cara penulisan dan
pembahasan pokok permasalahan.
1.4. Data Pembanding
Dalam perancangan ini komponen alat angkat yang digunakan pada
Forklift, dirancang dengan data – data sebagai berikut :
a. Beban angkat maksimum 2500 (kg)
b. Tinggi angkat maksimum 3000 (mm)
c. Kecepatan angkat 200 (mm/det)
Data lain yang digunakan pada perancangan ini adalah kemiringan dari
fork yaitu 100 (hasil survey dilapangan)
- Garpu (fork) dapat dimiringkan 50 mengungkit dari bidang horizontal
1.5.Batasan Masalah
Agar pokok permasalahan tidak terlalu luas maka dibuat suatu batasan
masalah yang merupakan ruang lingkup penulisan yaitu perhitungan dan
pemeriksaan bagian – bagian utama pada komponen pesawat angkat forklift yang meliputi :
a. Fork Assembly ( perangkat garpu ); b. Inner Mast ( tiang dalam );
c. Outer Mast ( tiang luar );
d. Lift dan Tilt cylinder ( pengangkat dan kemiringan silinder );
e. Pemilihan bantalan ( bearing );
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Prinsip Kerja Sistem Hidroulik Pada Forklift
Sebagai motor penggerak utama Forklift ini digunakan mesin diesel 115 PS, dengan putaran mesin 1500 rpm dan putaran dari mesin inilah yang
digunakan untuk menggerakkan pompa oli ( oil pump ) dan oli dari tangki utama di pompakan, sehingga mengalir menuju Control valve. Didalam control valve ini terdapat dua katup utama yaitu Lift valve dan Tilt valve. Lift valve berfungsi untuk
mengontrol keluar masuknya batang torak pada lift silinder sehingga dapat
menaikkan dan menurunkan beban. Tilt valve berfungsi untuk mengontrol keluar
masuknya batang torak pada tilt silinder sehingga dapat memiringkan tiang
pengangkat.
Untuk menggerakkan batang torak pada lift silinder luar, dialirkan oli pada bagian bawah dari lift silinder. Hal ini dapat dilakukan dengan mengontrol
lift valve sehingga posisinya kesebelah kanan. Dengan demikian oli dapat mengalir kebagian bawah lift silinder ini, maka batang torak akan terangkat keatas sedangkan oli yang terdapat di bagian atas lift silinder langsung keluar menuju tangki utama. Untuk menghentikan gerakan torak ini, dapat dilakukan dengan
mengembalikan pada posisi liftvalve ketengah. Sedangkan untuk menurunkan dan
memasukkan kembali batang torak ini dapat dilakukan dengan mengontrol lift
Kecepatan keluar oli ini oleh adanya down control valve dan safety valve.
Pengontrolan terhadap lift valve dan tilt valve tidak dapat dilakukan secara bersamaan. Hal ini untuk menjaga agar tidak terjadinya bahaya terhadap kerja dari
Gambar 2.1. Skema hidrolik Forklift
2.2. Prinsip Kerja Alat Angkat Forklift
Pada Forklift terdapat suatu alat yang disebut dengan Fork. Fungsi fork ini
adalah sebagai pemegang landasan beban yang mana fork ini terpasang pada
kerangka ( backrest ) sebagai pembawa garpu dan tiang penyokong mast. Fork assembly diikatkan ke salah satu ujung rantai dan yang lainnya terikat pada beam tiang penyokong. Rantai ini bergerak sepanjang puli ( wheel ) yang melekat pada ujung atas dari batang torak pada lift silinder.
Berputarnya puli ini akibat dari tekanan fluida di dalam lift silinder yang mengakibatkan tertariknya salah satu ujung yang terikat pada beam tiang
penyokong ( outer mast ). Karena rantai terikat, maka pulilah yang berputar sekaligus naik turun oleh gaya tarik yang timbul pada rantai, sedangkan ujung
rantai yang lainnya akan bergerak mengangkat backrest dan forknya sampai
Gambar 2.2. Forklift
2.3. Bagian – Bagian Utama Alat Angkat Forklift.
Gambar 2.3. Ukuran utama Forklift
Pada gambar 2.3. dapat diketahui ukuran utama alat angkat Forklift seperti
tinggi angkat maksimum forklift yaitu 3000 ( mm ), tinggi tiang utama 1980
(mm), lebar garpu (950), tinggi backrest 900 (mm) dan sudut kemiringan dari
2.3.1. Fork Assembly ( Garpu ) dan Backrest ( Pelindung )
Garpu ini berfungsi sebagai landasan dimana barang atau beban yang akan
diangkat atau dipindahkan. Garpu ini dapat digeser – geser sepanjang Finger Board yaitu dengan mengangkat knob yang terdapat pada pengarah atas garpu. Garpu ini ada dua buah dan diletakkan simetris sebelah kiri dan sebelah kanan lift
silinder sepanjang Finger Board.
Backrest berfungsi sebagai pelindung mast, supaya beban pada garpu tidak jatuh ke mast pada posisi miring kebelakang. Dengan adanya Backrest ini maka barang atau beban dapat ditahan sehingga tidak menyentuh mast.
2.3.2. Outer Mast
Outer mast merupakan tiang penyokong utama dari alat angkat ini. Outer Mast juga berfungsi sebagai alur pergerakan dari Inner Mast dan sebagai dudukan dari ujung batang torak tilt silinder.
2.3.3. Inner Mast
Inner Mast merupakan tiang penyokong pada tinggi angkat tingkat kedua.
InnerMast juga berfungsi sebagai alur pergerakan dari Fork Assembly pada tinggi angkat tingkat pertama dan kedua.
2.3.4. Lift Silinder
Lift silinder berfungsi sebagai pengatur pengangkatan dan penurunan
garpu dan beban. Pergerakan dari batang torak diatur oleh oli yang masuk dan
2.3.5. Tilt Silinder
Tilt silinder berfungsi sebagai pengatur kemiringan dari komponen alat angkat Forklift, Tilt Silinder ini ada dua buah yang ujungnya dipasangkan pada bagian luar Outer Mast.
2.3.6. Finger Board
Finger Board berfungsi sebagai tempat dudukan dari pengarah yang mana pengarah ini terpasang pada garpu. Finger Board ini ada dua buah dan dipasang simetris pada arah horizontal di bagian pertengahan dan di bagian bawah dari
backrest.
2.3.7. Pengarah
Pengarah ini berfungsi sebagai pengatur posisi garpu di sepanjang Finger Board.
Adapun bagian – bagian utam dari Forklift ini dapat dilihat pada gambar 2.4.
Gambar 2.4. Komponen Alat Angkat Pada Forklift
Keterangan gambar :
1. Fork Assembly dan Backrest ( Garpu dan Pelindungnya ) 2. Bearing (Bantalan)
3. Tilt Cylinder ( Pengatur Kemiringan ) 4. Inner Mast ( Tiang Dalam )
5. Lift Cylinder ( Pengatur Pengangkatan ) 6. Outer Mast ( Tiang Luar )
7. Kepala batang torak
2.4. Rumusan untuk Perhitungan Beberapa Komponen
Dalam pembahasan forklift ini tidak semua data-data diberikan atau
tersedia, untuk mengetahui ukuran, kekuatan, berat dan data-data lain yang
dibutuhkan, selain diperoleh dari tabel juga harus dilakukan analisa perhitungan
dengan menggunakan beberapa pormula. Sehingga data-data yang dibutuhkan
tersebut dapat diperoleh dari hasil perhitungan komponen-komponen yang
dibahas.
Komponen – komponen Forklift yang akan dibahas.
2.4.1. Garpu
Pada kompenen ini terdapat beberapa rumus yang digunakan untuk
menghitung kekuatan, berat dari bahan yang digunakan.
a. Titik berat garpu
X =
3 2 1
3 3 2 2 1
1. . .
A A A
x A x A x A
+
+ +
Y =
3 2 1
3 3 2 2 1
1. . .
A A A
y A y A y A
+
+ +
+
Gambar 2.5. Garpu
b. Berat garpu
Wg = ( V1 + V2 + V3 ) . ρ
c. Momen tahanan lentur yang terjadi
Wbt = 1/6 . b . h2 ……… ( lit. 4, hal 104 )
d. Tegangan lentur yang terjadi
σb =
bt b W M
……… ( lit. 1, hal 112 )
e. Tegangan geser yang terjadi
τg =
A F
f. Momen inersia penampang garpu
Ix = . . 3
12 1
2.4.2. Backrest
Pada kompenen ini adapun rumus yang digunakan untuk menghitung
berat dari bahan yang digunakan adalah.
Gambar 2.6. Backrest
Berat Backrest
W = Q . L1 + Q . L2
2.4.3. Pengarah Atas
Pada kompenen ini terdapat beberapa rumus yang digunakan untuk
menghitung kekuatan dari bahan yang digunakan
a. Tegangan tarik ijin
σt =
V maks t
σ
b. Tegangan tarik yang terjadi
σn =
2.4.4. Knob Assembly
Pada kompenen ini terdapat beberapa rumus yang digunakan untuk
menghitung kekuatan dari bahan yang digunakan.
Gambar 2.7. Knob Assembly
Tekanan permukaan
qo =
z h d
W
. . . 2 π
dimana:
d = diameter efektif
h = tinggi kaitan
z = jumlah ulir
2.4.5. Finger Board
Pada kompenen ini adapun rumus yang digunakan untuk menghitung
Gambar 2.8. Finger Board
W = W1+W2
Dimana :
W1 = berat finger board atas elemen pertama W2 = berat finger board atas elemen kedua. Karena W = ρ.v ;
Maka, W = ρv1 + ρv2.
Dimana : ρ = massa jenis bahan
V = volume.
2.4.6. Inner Mast dan Outer Mast ( tiang utama )
Pada kompenen ini terdapat beberapa rumus yang digunakan untuk
menghitung kekuatan dari bahan yang digunakan, antara lain:
a. Berat (Wg) = ρ.v ;
dimana : ρ = massa jenis bahan
V = volume.
b. Tegangan lengkung/lentur yang terjadi,
σb =
c. Tegangan tarik yang terjadi,
σt= v tmaks
σ
dimana : v = faktor keamanan 4 (dipilih)
2.4.7. Bantalan
Pada kompenen ini terdapat beberapa rumus yang digunakan untuk
menghitung kekuatan dari bahan yang digunakan
a. Beban ekivalen dinamis
Pr = x . v . Fr + y . Fa
b. Umur bantalan
Lh = ( /ρ)ρ
c. Kapasitas dinamis bantalan
c = ρ
d. Tegangan geser
τg =
2.4.8. Lift Cylinder dan Tilt Cylinder
Pada kompenen ini terdapat beberapa rumus yang digunakan untuk
menghitung kekuatan dari bahan yang digunakana.
a. Pengecekan terhadap Buckling
FB = 2 2
. .
S I E π
b. Pengontrolan terhadap angka kerampingan,
λ =
i S
c. jika λ>λo, maka rumus Buckling yang digunakan adalah rumus Euler.
Imin = 2
2
. . .
π E
S F v
Dimana;
λ = angka kerampingan akibat dimensi
i = d/4 (mm)
λo = angka kerampingan tetapan dari bahan.
2.4.9. Sproket dan Rantai
Pada kompenen ini terdapat beberapa rumus yang digunakan untuk
menghitung kekuatan dari bahan yang digunakan
a. Kekuatan tarik rata – rata rantai
Fs =
b. Diameter Pitch sproket
dp =
) / 180
( Z
Sin P
c. Jumlah gigi
Z =
) / arcsin(
180 dp P
2.4.10.Pompa
Pompa yang digunakan pada Forklift ini adalah pompa roda gigi. Pada komponen roda gigi ini digunakan beberapa rumus untuk menghitung kekuatan
pompa tersebut, kapasitas pompa dan daya pompa.
a. Luas penampang piston pada lift cylinder
A = . 2
4 d
π
b. Kapasitas pompa untuk lift cylinder
Q = A . v
c. Kapasitas pompa untuk tilt cylinder
Q =
ρ η .Nrg
.
2700 1
d. Daya pompa roda gigi
Nrg =
1
. 2700
.
η ρ
BAB III
PERHITUNGAN BAGIAN – BAGIAN UTAMA
3.1. Garpu dan Pelindungnya
Bagian ini merupakan komponen yang berhubungan langsung dengan
material yang akan dipindahkan. Garpu berfungsi sebagai tempat landasan dimana
material yang akan dipindahkan, ditempatkan. Garpu dapat digeser sepanjang
Finger Board karena adanya alur Finger Board. Untuk menghentikan pergerakan
garpu pada Finger Board, maka pengarah atas dari garpu dilengkapi dengan
stopper (knob). Knob ini dapat ditarik apabila hendak menggeser kedudukan garpu.
Pada dudukan Finger Board terdapat dudukan rantai yaitu sebagai
pengikat rantai pada Fork Assembly sehingga dapat menaikkan dan menurunkan
Fork Assembly ini. Backrest berfungsi sebagai pelindung dari material yang akan dipindahkan, sehingga material tersebut tidak akan menyentuh tiang utama (mast). Pada perancangan ini, kekuatan dari backrest tidak dihitung, tetapi dianggap sudah aman digunakan.
Keterangan gambar :
1 Garpu (fork) 6. Finger Board bawah
2 Knob 7. Dudukan Finger Board
3 Pengarah atas 8. Dudukan rantai
4 Pengarah bawah 9. Bantalan
5 Finger Board atas 10. Bantalan
3.1.1. Garpu ( Fork )
Garpu ini merupakan komponen yang paling penting, karena komponen
ini langsung berhubungan dengan bahan / material yang akan diangkat. Oleh
karena itu perlu dilakukan perhitungan yang serius, garpu dapat digeser sepanjang
finger Board. Gerakan garpu ini vertikal, fungsinya untuk menaikkan dan menurunkan benda yang akan diangkat, garpu harus dapat menahan beban seberat
2500 [kg] ditambah berat garpu itu sendiri.
a. Titik berat garpu
Wg3 = berat garpu elemen III
Karena, W = ρ . V
Maka,
W = ( V1+V2+V3).ρ
Dimana :
ρ = berat jenis bahan garpu ( kg/m3 )
V = volume ( mm3 )
Bahan yang digunakan garpu ini dari baja carbon paduan dengan berat
jenis bahan baja 7850 (kg/m3)... ( Lit 4,hal 620 ) Jadi, berat elemen I, II dan III, masing – masing adalah :
Wg1 = V1.ρ = (540.60.120)(7850.10-9)
= 30,52 (kg)
Wg2 = V2.ρ = (420.60.120)(7850.10-9)
= 23,74 (kg)
Wg3 = V3.ρ = (500.60.0,5)(7850.10-9)
= 14,13 (kg)
Sehingga berat total dari garpu adalah
b. Perhitungan kekuatan garpu
Gambar 3.3. Garpu pada posisi nol derajat
Garpu dapat menahan beban maksimum 2500 (kg), jadi untuk satu garpu
dapat menahan beban maksimum1250 (kg). Dalam hal ini beban yang bekerja
dianggap sebagai beban titik dan jarak pusat beban tergantung dari penempatan
beban di atas garpu namun disini penulis mengambil satu titik dengan jarak 750
mm di ujung garpu.
Momen lentur yang terjadi :
MA = Wg2.210+Wg3.586,7+Wb.750
= (23,74)(210)+(14,13)(586,7)+(1250)(750)
= 950775,471 (kgmm) Momen tahanan lentur :
Wbt = 1/6.b.h2………... (Lit.4 hal 104)
= 1/6(120)(60)2
Tegangan lentur yang terjadi :
σb =
bt b W M
... ( Lit 1 hal 112)
dimana;
Mb = momen lentur yang terjadi (kgmm) Wbt = momen tahanan lentur (mm3)
Jadi; σb =
72000 471 , 950775
= 13,20 (kg/mm2) Tegangan geser yang terjadi ;
τg =
A F
=
( )( )
120 60 1250 13 , 14 74 ,23 + +
= 1,7887 (kg/mm2)
Karena harganya kecil maka diabaikan.
Gambar 3.4. Penampang Garpu
Pada penampang garpu ini dapat dilihat pandangan garpu dari depan /
penampang garpu. Dari gambar 3.4. dapat diketahui luas penampang garpu
c. Defleksi yang terjadi pada garpu
Untuk mengetahui lenturan yang terjadi pada garpu, maka perlu dilakukan
analisa perhitungan untuk mengetahui batas toleransi lenturan yang diijinkan.
Gambar 3.5. Lendutan pada Garpu
Karena berat beban jauh lebih besar dari berat garpu, maka dalam hal ini
berat garpu diabaikan. Besarnya defleksi (lendutan) maksimum yang terjadi pada
garpu, dihitung dengan momen luasan.
y =
I E
x A
. .
dimana :
y = defleksi (lenturan) yang terjadi (mm) E = modulus elastisitas bahan (kg/mm2) A = luasan bidang momen (mm)
x = jarak titik berat bidang momen keujung garpu (mm)
Ix = momen inersia penampang garpu terhadap sumbu mendatar (mm4)
Bahan yang digunakan adalah baja, dimana modulus elastisitasnya adalah
Momen inersia penampang garpu terhadap sumbu mendatar dapat dihitung
dengan rumus :
Ix =
12 1
.b.h3 ………...… (lit 4,hal 593)
=
12 1
(120)(60)3 = 2160000 (mm)
A = (Wb.L)(0,5 L) = (1250)(750)(0,5)(750) = 351 562 500 (kg/mm2)
x = 920 -
3 1
.750 = 670 (mm)
Sehingga :
y = 5,36
) 2160000 )(
10 . 4 , 20 (
) 670 )( 351562500 (
3 = (mm)
Dari hasil perhitungan defleksi yang terjadi y = 5,36 (mm)
3.1.2. Backrest
Backrest berfungsi sebagai pelindung tiang utama dan silinder dari beban yang terdapat pada garpu. Dalam perancangan ini, besarnya gaya – gaya yang
bekerja pada backrest tidak dihitung. Namun demikian bahan yang digunakan
ditentukan dari baja profil “L” yaitu ukuran 45x45x8 dan 45x30x6. sedangkan
pengelasan ditentukan ketebalannya 4 (mm). Berat backrest dapat dihitung dengan persamaan : W = q1.L1+q2.L2
Dimana : q = berat teoritis persatuan panjang
Untuk ukuran 45x45x8, q = 5,15 (kg/m) ... ( lit.4, hal.634 ) 45x30x6, q = 3,25 (kg/m) ... ( lit.4, hal.637 ) Jadi,
W = q1.L1 + q2.L2
W = (5,15.10-3) (L1) + (3,25.10-3) (L2)
W = (5,15.10-3)(900+900+970+970)+(3,25.10-3)(200+200+200)
=21,2 [kg]
3.1.3. Pengarah Atas
a. Berat Pengarah atas
Berat pengarah atas dapat dihitung dengan persamaan:
W = ρ . V
Dimana :
ρ = berat jenis bahan ( kg/m3 )
V = volume ( mm3)
Gambar 3.6. Pengarah atas
Bahan yang digunakan pengara atas ini ialah dari baja carbon dengan berat
Jadi, berat pengarah atas adalah :
Wg = (V1 + V2 ) .ρ
Wg = {(7850.10-9)}{(65.20.120)+(20.20.120)} = (7850.10-9) (156000 + 48000)
= 1,6 (kg)
b. Perhitungan kekuatan pengarah atas
Gambar 3.7. Gaya yang Bekerja pada Pengarah
∑MB =0
Wb.810 + Wg.434,72 – FXA.405 = 0
(1250)(810)+(68,39)(434,72)-FXA.405 =0
FXA = 2573,4
405 5 , 1042230
= (kg)
∑Fy = 0
FyA-Wb- Wg = 0
FyA = Wb+ Wg
∑Fx = 0
FXA - FXB = 0
FXB = FXA = 2573,4 (kg) Momen lentur yang terjadi:
Mb = Wg.434,72 + Wb.810
= (68,39)(434,72) + (1250)(810)
= 1042230,5 (kgmm) Momen tahanan lentur :
Wbt = 1/6.b.h2…...………... (Lit.4 hal 104)
= 1/6(120)(20)2
= 8000 (mm3)
Tegangan lentur yang terjadi :
σb =
bt b W M
... ( Lit 1 hal 112)
dimana;
Mb = momen lentur yang terjadi (kgmm) Wbt = momen tahanan lentur (mm3)
Jadi; σb =
8000 5 , 1042230
= 130,28 (kg/mm2) Tegangan geser yang terjadi ;
τg =
A F
=
( )( )
240039 , 68 1250 20
120
+ =
+Wg
Wb
Bahan yang digunakan untuk pengarah atas adalah baja carbon AISI
1035 (UNS G10350 diroll panas) dengan tegangan tarik maksimumnya adalah 72
(kpsi). Dari tabel tegangan tarik dalam (kpsi) dikalikan dengan 6,89 untuk
mendapatkan tegangan tarik dalam Mpa. ... ( lampiran 1 )
72 (kpsi) x 6,89 = 496,08 Mpa 1 Mpa = 1 N/mm2
= 496,08 N/mm2
Untuk mendapatkan tegangan tarik dalam (kg/mm2) maka (N/mm2) harus dibagi
dengan gaya gravitasi 9,81. Karena setiap benda di bumi dengan massa 1 kg
mengalami gaya gavitasi 9.81 N.
Sehingga:
81 , 9
/ 08 ,
496 N mm2
= 50,6 (kg/mm2)
Tegangan tarik ijin, σt = V
maks t
σ
Dengan, v = factor keamanan
= 4 (dipilih)
jadi, σt = 12,65 4
6 , 50
= (kg/mm2)
Tegangan geser ijin bahan dapat ditentukan berdasarkan hubungan :
τg = (0,6 – 0,8). τt
= 0,7 . τt . (dipilih)
= (0,7).(12,65)
= 8,855 (kg/mm2)
Karena tegangan geser yang terjadi lebih kecil dari tegangan geser ijin
Kalau ditinjau terhadap tarik dan tekan maka tegangan tarik yang terjadi adalah
12,65 (kg/mm2) berarti bahan aman terhadap tarik.
Tegangan tekan ijin dapat ditentukan dari hubungan persamaan :
σtk = ( 1,5 – 2,5 ).σt... (lit.2, hal 31)
= 2.σt (dipilih)
= (2)(12,65) = 25,3 (kg/mm2)
Karena tegangan tekan yang terjadi lebih kecil dari tegangan tekan ijin
bahan, maka baja AISI 1035 aman untuk digunakan.
c. Pengelasan pada pengarah atas
Gambar 3.8. Pengelasan pada pengarah atas
Pengelasan pada bagian ini ditentukan yaitu single v-butt joint pada sisi tegak dan sisi atas sedangkan pada sisi bawah direncanakan adalah single v-butt joint. Direncakan tebal pengelasan, t = 10 (mm)
Luas bidang lasan,
A = (120 – 2t) (t) + (20) (t) + (120 – 2t) (0,5t√2) + (20) (t)
= (120 – 20) (10) + (20) (10) + (120 – 20) (0,5.10√2) + (20) (10)
Tegangan tarik yang terjadi,
σn= A Fn
dimana :
Fn = beban normal total yang terjadi ( beban + berat garpu)
A = luas bidang las
Jadi, σn=
1 , 2107
39 . 1318 1
, 2107
39 , 68 1250
=
+
= 0,625 (kg/mm2)
Karena tegangan tarik dan tegangan geser yang terjadi lebih kecil dari
tegangan tarik dan tegangan geser ijin bahan las dan bahan yang dilas maka
pengelasan aman.
3.1.4. Knob Assembly
Knob ini berfungsi sebagai penahan garpu. Dengan adanya knob ini, garpu tidak akan bergeser. Dimana prinsip kerjanya sangat sederhanan yaitu apabila
knob ditarik / diangkat, maka garpu dapat bergeser sepanjang finger board dan apabila knob dilepaskan kembali maka garpu kembali terkunci pada finger board
sehingga garpu tidak dapat bergeser pada finger board.
Keterangan gambar :
1. Ball knob
2. Poros
3. Pin
4. Dudukan pin
5. Pegas
a. Ball knob
Ball knob terbuat dari plastik jenis thermosetting yaitu Epoxy dimana kekuatan tarik maksimumnya 5 – 20 (kpsi). Sesuai dengan fungsinya ball knob ini berfungsi sebagai pengikat poros sekaligus sebangai pegangan saat menarik poros
sehingga garpu dapat terlepas dari fingger board dan garpu dapat digeser
sepanjang fingger board.
Gambar 3.10. Ball knob
Kekuatan tarik Ball knob adalah 5 - 20 kpsi atau 3,5 – 14 (kg/mm2). Dalam hal ini direncanakan 8,75 (kg/mm2).
Jadi, σt =
V tmaks
σ v = 3 (direncanakan), dengan range 3-4 pada beban statis.
= 2,9
3 75 , 8
= (kg/mm2)
= (0,5).(2,9)
= 2,03 (kg/mm2)
Jika ditinjau terhadap titik murni :
σt =
A W
dimana : W = beban angkat
A = luasan bidang yang mengalami tarik,
= (π/4) (L2 – L2) → dianggap sebagai silinder berongga
D = diameter luar ulir dalam
= 10 (mm), untuk M10 A = (π/4) (242 – 102)
= 373,8 (mm2)
Jadi, σt =
8 , 373
10
= 0,027 (kg/mm2)
Karena tegangan tarik yang terjadi lebih kecil dari pada tegangan tarik ijin,
maka ball knob aman terhadap tarik.
b. Poros
Pada poros ini terjadi tarik dan geser,sedangkan pada ulirnya terjadi tarik,
geser dan tekanan bidang. Poros ini merupakan bagian dari ball Knob, dimana poros ini berfungsi sebagai pengunci garpu agar dapat menggeser garpu sepanjang
Gambar 3.11. Poros
Bahan untuk poros ini dipilih dari baja carbon AISI 1010 dengan kekuatan
tarik maksimum 33 (kg/mm2).
σt =
V tmaks
σ v = 4 (dipilih)
= 8,25 4
33
= (kg/mm2)
kekuatan tarik yang terjadi :
σt = 2
1
) 4 /
( d
W
π
dimana : W = gaya tarik (kg) d1 = diameter inti ulir luar
= 8,376 (mm), untuk M10
Jadi, σt = 2
) 376 , 8 )( 4 / (
10
π
kekuatan geser yang terjadi pada dudukan pegas yaitu:
τt = t d W . .
π
=
13 . 10 .
10
π
= 0,024 (kg/mm2), aman
c. Pegas
Pegas ini adalah komponen dari knob, dimana pegas ini terdiri dari lilitan kawat piano SWP B dengan kekuatan tarik 220 – 240 ( kg/mm2 ). Fungsi dari pegas ini adalah sebagai penahan atau pendorong poros agar garpu dapat terkunci
dan apabila ball knob ditarik maka pegas akan tertarik dan garpu dapat bergerak sepanjang finger board.
Gambar 3.12. Pegas
Dari mekanisme pergerakan ini, direncanakan Hc (solid length) = 8 (mm), Jumlah seluruh lilitan,
Dimana :
Dengan demikian,
8 = (4 + 1,5).d → d (kawat) = 1,45 (mm), dari standard (terlampir),
dipilih d (kawat) = 1,40 (mm) ...( lit 6, hal 316 ) Jadi, Hc = (4 + 1,5) (1,40) = 7,7 (mm)
Untuk menyesuaikan dengan pergerakan pegas, maka D = 13 (mm) (ditentukan)
Jadi, c =
D = diameter lilitan
d = diameter kawat
Tegangan maksumum yang terjadi dipermukaan dalam lilitan pegas ini, adalah :
Bahan dipilih dari kawat piano SWP B, dengan kekuatan tariknya 220-240
(kg/mm2). Besarnya tegangan harus diambil maksimum 80 % dari tegangan tariknya.
Jadi, τd = (0,8) (220)
= 176 (kg/mm2).
Karena tegangan yang terjadi lebih kecil dibandingkan harga ini,maka aman
digunakan.
Lendutan maksimum dapat diketahui dengan persamaan :
δ =
Konstanta pegas,
K = 0,745
Tinggi pegas dalam keadaan bebas (Hf)
Tinggi pegas dalam keadaan terpasang (Hs) direncanakan 20 (mm). Perbandingan antara tinggi pegas dalam keadaan bebas dengan diameter lilitan pegas harus lebih
kecil dari 4 untuk menghindari tekuk pada pegas. ... (lit.6, hal. 316)
Hf /D = 21.1/13 = 1.7 < 4 ; berarti aman.
3.1.5. Pengarah Bawah
Pengarah bawah tidak mendapat beban, oleh karena itu pada pengarah
bawah tidak dilakukan analisis gaya – gaya. Namun demikian bahan pengarah
bawah ditentukan sama dengan bahan pengarah atas, yaitu baja AISI 1035.
demikian juga, bahan las ditentukan sama dengan bahan las pada pengarah atas.
Pengarah bawah hanya berfungsi sebagai pengarah untuk pergerakan garpu pada
Finger Board Bawah.
3.1.6. Finger Board Atas
Gambar 3.13. Finger Board Atas
x =
Berat Finger Board Atas dapat dihitung dengan rumus : W = W1+W2
Bahan yang digunakan untuk Finger Board atas ini dipilih dari baja
dengan berat jenis bahan baja 7850 kg/mm3. Jika dimisalkan Finger Board atas adalah pejal penuh.
Jadi,
Ix = Ix1 + Ix2 = 8292612,667 (mm4). Iy1 = 1/12.h.b3 + A1.c2
= (1/12) (100) (65)3 + (100.65) (33,7-32,5)2
= 2297901,667 (mm4) Iy2 = 1/12.h.b3 + A2.c2
= (1/12) (20) (45)3 + (20.45) (42,5-33,7)2
= 221571 (mm4) Jadi,
Iy = Iy1 + Iy2
= 2519472,667 (mm4).
a. Analisa gaya geser dan momen lengkung / lentur.
Gambar 3.14. Gaya –gaya pada Finger Board atas Dari perhitungan sebelumnya, telah diketahui bahwa :
Posisi garpu (titik C dan D) yang menyebabkan bahan maksimum pada Finger Board atas adalah pada saat garpu / pengarah atas berada pada posisi terluar dari
Finger Board atas. Berikut ini dibahas gaya geser dan momen lengkung yang bekerja pada FingerBoard atas. ... (lit.8, hal. 188) b. Gaya-gaya yang bekerja searah dengan sumbu X, (berat backrest diabaikan).
RxA = RxB = 2573,4
2
) 2573,4 2573,4
(
2 =
+ =
+ XD
XC F F
(kg)
MC = 0
MA = - FXC.260 = -(2573,4)(260) = - 669084 (kgmm)
MB = - FXC.640 +RXA.380 = -(2573,4)(640) + (2573,4) (380)
= -669084 (kgmm) MD = 0
Momen tahan lengkung / lentur,
Wbt= x Iy
Dimana : Iy = momen inersia luasan terhadap sumbu Y
x = jarak titk berat kesisi luar terbesar pada sumbu X.
Tegangan lengkung/lentur yang terjadi pada arah sumbu X, adalah :
σb = =
Tegangan geser yang terjadi ;
τg =
c. Gaya – gaya yang bekerja searah sumbu Y, (berat diperhitungkan)
FyE = FyF = 10,6
2 2 , 21
2 = =
backresr W
(kg)
ME = 0
Mc = - FyE.80 = -10,6 . 80 = -848 (kgmm).
MA = - FyE . 340 - FyC . 260 = - (10,6)(340) – (1318,39)(260) = - 346385,4 (kgmm). MB = - FyE . 720 - FyC . 640 + RyA . 380
= - (10,6)(720) – (1318,39)(640) + (1328.99)(380)
= - 346385,4 (kgmm).
MD = - FyE . 980 - FyC . 900 + RyA . 640 + RyB . 260
= - (10,6)(980) – (1318,39)(900) + (1328.99)(640) + (1328,99)(260)
= - 848 (kgmm).
ME = MF = 0
Momen tahanan lengkung/lentur untuk arah sumbu Y,
Wbt= y Ix
Dimana : Ix = momen inersia luasan terhadap sumbu X,
y = jarak terjauh dari titik berat kesisi luar pada sumbu Y.
Tegangan lengkung/lentur yang terjadi pada arah sumbu Y adalah:
σb= 2,4
Tegangan geser yang terjadi,
τg = 0,18
Dari perhitungan di atas dapat diketahui bahwa momen lengkung/lentur
maksimum yang terjadi adalah 8,95 (kg/mm2) dan tegangan geser maksimum yang terjadi adalah 0,35 (kg/mm2). Bahan untuk finger board atas ini ditentukan dari baja AISI 1050, dengan tegangan tarik maksimumnya adalah 105 (kpsi) = 73,7
(kg/mm2)
Tegangan tarik ijin bahan,
σn =
Tegangan lengkung/lentur ijin,
σb = σt = 18,4 (kg/mm2)
Tegangan geser ijin,
τg =0,7. σt = (0,7)(18,4) = 12,9 (kg/mm2)
Karena tergangan geser dan tegangan lengkung/lentur yang terjadi lebih kecil dari
tegangan geser dan tegangan bengkok ijin bahan, maka bahan aman untuk
digunakan.
3.1.7. Finger Board Bawah
Gambar 3.17. Finger Board Bawah
y = 62,7
Berat finger board bawah dianggap sama dengan berat finger board atas Yaitu 61,6 (kg) (sama-sama dianggap pejal penuh).
a. Analisa gaya geser dan momen lentur
Gambar 3.18. Gaya-gaya pada Finger Board bawah
Posisi garpu (titik C dan D) yang menyebabkan momen maksimum pada
finger board bawah adalah pada saat garpu pada alur terluar dari finger board
bawah.
Dari perhitungan sebelumnya, telah diketahui bahwa :
FxC = FxD = 2573,4 (kg)
RxA = RxB = 2573,4
2
) 2573,4 2573,4
(
2 =
+ =
+ XD
XC F F
(kg)
MC = 0
MA = FXC.260 = (2573,4)(260) = 669084 (kgmm)
MB = FXC.640 - RXA.380 = (2573,4)(640) - (2573,4) (380)
Gambar 3.19. Diagram gaya geser dan momen lengkung
Bahan untuk finger board bawah ini dipilih dari baja carbon AISI 1050, yang mana tegangan tarik maksimumnya 105 (kpsi) = 73,7 (kg/mm2).
Pengaruh dan jenis pembebanan pada finger board bawah ini, sama dengan
pengaruh jenis pembebanan pada finger board atas dalam arah sumbu X, hanya arahnya saja yang berbeda. Oleh karena itu, tegangan lentur dan geser yang terjadi
pada finger board bawah ini, sama dengan pada finger board atas. Dengan
demikian,untuk bahan AISI 1050 finger board bawah aman terhadap tegangan
3.1.8. Dudukan Finger Board
Gambar 3.20. Dudukan Finger Board
Berat Fork Assembly yang didukung rantai terdiri dari berat beban, garpu,
Finger Board atas , Finger Board bawah, pengarah atas, pengarah bawah, dudukan Finger Board, bantalan dan Backrest.
Berat Fork Assembly yang didukung rantai :
1. Garpu (Wg) 2 x 68,39 kg = 136,78 (kg)
2. Beban (Wb) = 2500 (kg)
3. Backrest (Wbr) = 21,2 (kg)
4. Pengarah atas bawah (Wpa+Wpb) = 3,2 (kg)
5. Finger Board atas (Wfa) = 61,6 (kg) 6. Finger Board bawah (Wfb) = 61,6 (kg)
7. Dudukan Finger Board = 25 (kg)
Berat total = 2777,8 (kg)
Apabila ditinjau hanya sebagian saja, maka Fy = 2800/2 = 1400 (kg) Dengan demikian dapat diketahui reaksi yang terjadi pada titik A dan B.
MA = 0
(1250)(975) + (68,39)(600) +
2
Momen lengkung/lentur maksimum pada dudukan finger board dapat diketahui
dengan persamaan :
MA = FB . 350
= (3627,3) (350)
= 1269555 (kg.mm)
Momen Inersia luasan penampang A terhadap sumbu Z yaitu:
IZ = . . 3
Momen tahanan lengkung/lentur dapat diketahui dengan persamaan:
Jadi tegangan lengkung/lentur yang terjadi :
σb = 1,52 33 , 833333
1269555
= =
bt b W
M
(kg/mm2)
Baja dipilih dari baja AISI 3240 dengan tegangan tarik maksimumnya
adalah 237 (kpsi) = 166,5 (kg/mm2).
σt =
v tmaks
dengan v = 4 (dipilih).
= 41,6
4 5 , 166
= (kg/mm2)
σb = σt = 41,6 (kg/mm2)
Karena tegangan lengkung /lentur yang terjadi lebih kecil dari tegangan
lengkung/lentur ijinya, maka bahan aman digunakan.
a. Perhitungan kekuatan pengelasan
Gambar 3.21. Pengelasan terhadap Finger Board
Luas bidang lasan :
A = 1,414 . h . (d + b)
Dimana :
h = tebal pengelasan = 6 (mm) direncanakan d = panjang pengelasan
jadi,
A = (1,414)(6)(90 + 30)
= 1018,08 (mm2)
Momen inersia satuan terhadap sumbu X dapat dihitung dengan persamaan :
Iu = (3 )
Momen inersia berdasarkan leher las,
I = 0,707 . h . Iu
= (0,707)(6)(243000) = 1030806 (mm4) b. Tinjau pada pengelasan Finger Board atas :
Tegangan geser yang terjadi,
τg = 1,3
Tegangan tarik yang terjadi,
Tegangan lengkung/lentur yang terjadi,
Dengan demikian terjadi tegangan kombinasi pada pengelasan Finger Board atas,
τgc = 2
dimana : τgc = tegangan geser kombinasi yang terjadi.
c. Tinjau pada pengelasan Finger Board bawah :
Tegangan tekan yang terjadi,
σtk= 2,5
Tegangan lengkung/lentur yang terjadi,
σb =
Dengan demikian terjadi tegangan kombinasi,
τgc = σtk+σb
Karena tegangan kombinasi yang terjadi lebih kecil dari pada tegangan
tekan ijin bahan las dan bahan yang akan dilas, maka pengelasan aman untuk
digunakan.
3.1.9. Perhitungan Bantalan pada Dudukan Fingger Board
Dalam perancangan ini bantalan yang dipakai adalah bantalan bola radial
alur dalam baris tunggal seperti gambar 3.21. Bantalan ini digunakan pada garpu
sebagai salah satu komponen mesin yang membantu pergerakan garpu naik turun,
dimana bantalan ini berjumlah 4 buah dan dipasangkan diantara Backrest dan
Outer mast (tiang luar).
Gambar 3.22. Bantalan bola radial alur dalam baris tunggal
Untuk dapat menghitung dan mengetahui nomor bantalan yang dipakai
maka harus terlebih dahulu diketahui beberap factor antara lain :
- Gaya yang bekerja pada bantalan
- Dipakai dimana
... ... Dalam
perhitungan terhadap analisa gaya pada dudukan Finger Board, gaya yang
ditumpu oleh bantalan adalah 3627,3 (kg). gaya ini merupakan gaya radial yang bekerja pada bantalan, sedangkan gaya aksial tidak ada. Bantalan ini dipakai
untuk alat pengangkat dan pemakaiannya tidak terus – menerus, sehingga umur
bantalan (Lh) diperoleh 5000 – 15000 (jam)... (lit 6. hal 137).
Persamaan yang digunakan untuk memilih bantalan adalah :
Pr = x . v . Fr + y . Fa ... (lit 6. hal 135).
Dimana :
Pr = beban ekivalen dinamis
x = factor koreksi untuk pembebanan radial
v = factor rotasi cincin yang berputar pada pemakaian
y = factor koreksi untuk pembebanan aksial
Fr = beban radial yang bekerja pada bantalan
Fa = beban aksial yang bekerja pada bantalan
Sehingga, Fr = 3627,3 (kg) Fa = 0
v = 1,2 (untuk cincin bagian luar yang berputar)
Untuk bantalan baris tunggal, bila :
=
r a F v
F
. e ; x = 1 ; y = 0 ... (lit 6. hal 5).
Maka, x = 1, y = 0
Sehingga,
= 4352,76 (kg)
Beban ekivalen dinamis untuk bantalan ini :
P = fw .Pr
Dimana : fw = factor beban = 1 – 1,1 untuk putaran halus.
= 1 (dipilih)
Hubungan beban dan umur bantalan adalah :
Lh = C P p
n.( / )
. 60
106
Dimana : Lh = umur bantalan = 5000 (jam), direncanakan. n = putaran bantalan = 50 (rpm), direncanakan.
Dengan demikian, kapasits dinamis yang terjadi pada bantalan tersebut adalah
10918,3 (kg) = 107108,5 (N)
Dari standard bantalan yang ada, dapat diketahui nomor bantalan yang digunakan
yaitu 6312 C3, dengan data – data sebagai berikut : ... (lit.6, hal. 133)
- Diameter poros bantalan = 60 (mm)
- Diameter luar = 130 (mm)
- Lebar = 31 (mm)
- Kapasitas dinamis = 112 000 (N)
3.1.10. Perhitungan Poros Bantalan
Dari perhitungan sebelumnya, telah diketahui bahwa gaya yang bekerja
pada poros bantalan adalah 3627,3 (kg).
Gambar 3.23. Poros Bantalan pada Dudukan Finger Board
Pada poros terjadi tegangan geser,
τg= A F
dimana : τg = tegangan geser yang terjadi (kg/mm2)
F = gaya radial yang terjadi = 3627,3 (kg)
A = luas penampang geser = π/4 . 602 = 2827,4 (mm2)
Jadi,
τg = 1,3 4 , 2827
3 , 3627
= (kg/mm2)
Bahan untuk poros ini adalah baja carbon AISI 1018 dengan tegangan
tarik maksimum = 54 (kpsi) = 38 (kg/mm2)
σt = v tmaks
σ dengan : v = faktor keamanan
σt = 9,5 4 38
= (kg/mm2)
Tegangan geser ijin,
τg = 0,7 . σt
= (0,7) (9,5)
= 6,65 (kg/mm2).
Karena tegangan geser yang terjadi lebih kecil dari pada tegangan geser ijin bahan
poros, maka bahan aman untuk digunakan.
Poros bantalan ditinjau terhadap pengelasan maka terjadi tegangan geser
dan tegangan lengkung/lentur.
Tegangan geser yang terjadi,
τg = A F
dimana : A = luas bidang lasan
= 1,414 . π . h . r
h = tebal pengelasan = 6 (mm), direncanakan r = 1/2. d = 1/2 . 74 =37 (mm)
jadi, τg =
) 37 )( 6 )( ( 414 , 1
3 , 3627
π
= 3,67 (kg/mm2)
Tegangan lengkung/lentur yang terjadi,
σb = I
r Mb.
dimana : Mb = momen lengkung/lentur yang terjadi
Iu = momen inersia satuan
Dengan demikian terjadi tegangan kombinasi,
σgc = (σ/2)2 +(τg)2
Elektroda yang digunakan adalah E6010 dengan tegangan tarik maksimum
= 62 (kpsi) = 43,5 (kg/mm2). Kekuatan geser ijin bahan las,
Kekuatan geser ijin bahan yang dilas yaitu untuk poros bantalan dimana
σt maks = 38 (kg/mm2)
Kekuatan geser ijin, τg = 0,7. σt maks
= (0,7) (38)
= 26,6 (kg/mm2)
Kekuatan geser bahan yang di las, τgp = v1 . v2 . τg
= (0,41)(0,65)(26,6)
= 6,9 (kg/mm2)
Karena tegangan geser kombinasi yang terjadi lebih kecil daripada
tegangan geser ijin bahan las dan yang akan dilas, maka pengelasan aman untuk
digunakan.
3.2. Inner Mast Assembly
Bagian ini merupakan tiang utama sebagai alur tempat bergeraknya
bantalan (roller) dan juga sebagai tiang utama untuk tingkat kedua. Inner mast
merupakan baja profil khusus yang dibuat melalui penuangan dalam cetakan.
Inner mast bagian bawah dilengkapi dengan sebuah bantalan (roller) yang berfungsi sebagai roller untuk perputaran outer mast, ketika inner mast terangkat keatas maka inner mast sebelah kiri dan inner mast sebelah kanan di fixedkan dengan adanya beam yang dilas pada kedua inner mast (sebelah kiri dan sebelah kanan) yaitu pada bagian sebelah bawah dan sebelah atas. Beam sebelah atas
mempunyai fungsi lain yaitu sebagai tempat dudukan batang torak silinder pada
saat mengangkat inner mast. Beam ini juga berfungsi sebagai stopper dari garpu
Gambar 3.24. Inner mast dan Kelengkapannya Keterangan gambar :
1. Inner mast
2. Bantalan (roller) 3. Beam atas
4. Rod
5. Beam bawah.
3.2.1. Inner mast
Gambar 3.25. Momen Inersia Inner Mast
Titik berat penampang :
x = Momen inersia luasan,
Ix1 = 1/12 . bh3 + A1 .a2
= (1/12)(15)(40)3 + (15.40)(35-14,2)2
Ix3 = 1/12 . bh3 + A3 . a2
= (1/12)(160)(15)3 + (160.15)(14,2-7,5)2
= 152736 (mm4) Ix4 = 1/12 . bh3 + A4 . a2
= (1/12)(10)(30)3 + (10.30)(14,2 + 15)2
= 278292 (mm4) Jadi, Ix = Ix1 + Ix2 + Ix3 + Ix4
= 1 110 196 (mm4) Iy1 = 1/12 . bh3 + A1 .c2
= (1/12)(40)(15)3 + (40.15)(84,2-7,5)2
= 3540984 (mm4) Iy2 = 1/12 . bh3 + A2 .c2
= (1/12)(40)(15)3 + (40.15)(84,2-152,5)2
= 2810184 (mm4) Iy3 = 1/12 . bh3 + A3 . c2
= (1/12)(15)(160)3 + (15.160)(84,2-80)2
= 5162336 (mm4) Iy4 = 1/12 . bh3 + A4 . c2
= (1/12)(30)(10)3 + (30.10)(135 – 84,2)2
= 776692 (mm4) Jadi, Iy = Iy1 + Iy2 + Iy3 + Iy4
= 12290196 (mm4)
Dimana : v = volume masing – masing elemen
ρ = massa jenis bahan inner mast = 7850 (kg/mm3) Jadi :
Wg = (40.15.1880 + 40.15.1880 + 160.15.1880 + 30.10.1880) (7850.10-9)
= 57,6 (kg)
Posisi yang menyababkan maksimum pada inner mast adalah saat nol derajat dan tinggi angkat maksimum.
Dari perhitungan sebelumnya diketahui :
FA = FB = 3627,3 (kg) FC = Win = 57,6 (kg)
Gambar 3.26. Gaya – gaya pada inner mast
∑MD = 0
-FE . 300 + FA . 1495 - FB . 1145 + FC . 95 = 0
-300.FE + (3627,3)(1495) - (3627,3)(1145) + (57,6)(95) = 0
∑ME = 0
-FD . 300 + FA . 1795 – FB . 1445 + FC . 95 = 0
-300.FD + (3627,3)(1795) - (3627,3)(1745) + (57,6)(95) = 0
FD = 622,8 (kg)
Momen lengkung/lentur maksimum yang terjadi,
MD = FE . 300
= 1275030 (kgmm) Momen tahanan lengkung/lentur,
Wb t =
2 , 84 12290196
= 145964,3 (mm3)
Tegangan lengkung/lentur yang terjadi,
σb = 8,7
3 , 145964
1275030
= =
bt b W M
(kg/mm2)
Bahan yang digunakan adalah baja tuang dengan kekuatan tarik maksimum = 91
(kpsi) = 63,9 (kg/mm2) (AISI 1035). ... (lit 5, hal. 485).
σt = v tmaks
σ dimana : v = 4 (dipilih)
= 16
4 9 , 63
= (kg/mm2), sehingga σb = σt = 16 (kg/mm2)
Karena tegangan lentur yang terjadi lebih kecil dari pada tegangan lentur
3.2.2. Bantalan pada Inner Mast
Dalam perhitungan terhadap analisa gaya pada inner mast, diketahui
bahwa gaya yang ditumpu oleh bantalan adalah 4250,1 (kg).Gaya ini merupakan gaya radial yang bekerja pada bantalan, sedangkan gaya aksial tidak ada.
Bantalan ini berjumlah 2 buah yang dipasang pada bagian bawah inner
mast tepatnya di antara inner mast dan outer mast, bantalan ini dipakai untuk alat angkat dan pemakaiannya tidak terus – menerus, sehingga umur bantalan
diperoleh 5000 s/d 15000 (jam). Pr = x . v . Fr + y . Fa
Dimana :
Pr = beban ekivalen dinamis
x = factor koreksi untuk pembebanan radial
y = factor koreksi untuk pembebanan aksial
v = factor perputaran cincin
Fr = beban radial yang bekerja pada bantalan
Fr = beban aksial yang bekerja pada bantalan
Dalam hal ini, Fr = 4250,1 (kg)
Fa = 0
V = 1,2 (untuk cincin bagian luar yang berputar)
Untuk bantalan baris tunggal, bila
e Fr v
Fa =
.
Sehingga,
Pr = (1) (1,2) (4250,1) + 0
= 5100,12 (kg)
Beban eqivalen dinamis untuk bantalan ini,
P = fw . Pr dimana : fw = 1 (direncanakan)
= (1) (5100,12)
= 5100,12 (kg)
Hubungan beban dan umur bantalan adalah :
Lh=
Lh = umur bantalan = 5000 (jam), direncanakan, n = putaran bantalan = 50 (rpm), direncanakan,
Dengan demikian, kapasitas dinamis yang terjadi pada bantalan tersebut
adalah 12577,98 (kg) = 123389,9 (N). Dari standard bantalan yang ada, dapat diketahui nomor bantalan yang digunakan yaitu 6312 C3, dengan data – data
Diameter poros bantalan = 60 (mm)
Diameter luar = 130 (mm)
Lebar = 31 (mm)
Berat = 2,1 (kg)
Kapasitas dinamis = 12578 (kg)
3.2.3. Poros Bantalan pada Inner Mast
Dari perhitungan sebelumnya, telah diketahui bahwa gaya yang bekerja
pada poros bantalan adalah 4250,1 (kg)
Gambar 3.27. Poros Bantalan pada Inner Mast Pada poros terjadi tegangan geser :
τg = A F
dimana :
τg = Tegangan geser yang terjadi (kg/mm2)
F = Gaya radial yang terjadi = 4250,1 (kg) A = Luas penampang geser
= π /4 . d2 = π /4 . (60)2
Jadi,
τg = 1,5 4 , 2827
1 , 4250
= (kg/mm2)
Bahan yang dipilih adalah baja AISI 1018 dengan tegangan tarik maksimumnya
64 (kpsi) = 45 (kg/mm2) . ... (lit.5 , hal. 485)
σt = 11 4 45
= = v tmaks
σ (kg/mm2
)
τg = 0,7 . σt = (0,7) (11)
= 7,87 (kg/mm2)
Karena tegangan geser yang terjadi lebih kecil dari tegangan geser ijin bahan
poros, maka baja AISI 1018 aman untuk digunakan.
Poros bantalan ditinjau terhadap pengelasan.
Gambar 3.28. Pengelasan Poros Bantalan
τg = A F
dimana : τg = Tegangan geser yang terjadi (kg/mm2)
A = Luas bidang lasan
= 1,414 . π.h.r
Jadi,
Tegangan lengkung/lentur yang terjadi :
σb = I
r Mb.
dimana :
Mb = momen lengkung/lentur yang terjadi
= (4250,1) (23,5) = 99877,35 (kgmm) I = momen inersia berdasarkan leher las,
= 675034,1 (mm4),telah dihitung pada pengelasan sebelumnya (pada poros dudukan finger board).
Dengan demikian terjadi tegangan kombinasi,
τgc = 2
Elektroda yang dipilih adalah E6010, dengan tegangan tarik maksimum 62
bentuk pengelasan pada poros bantalan pada dudukan finger board, yaitu las
double sided concave fillet weld T-Joint.
τgw = 8,1 (kg/mm2), telah dihitung
τgp = 6,9 (kg/mm2)
Karena tegangan geser yang terjadi lebih kecil dari tegangan geser ijin bahan las
maka pengelasan aman digunakan.
3.2.4. Beam Atas
Gambar 3.29. Beam Atas pada Inner Mast
Pada beam ini terjadi tegangan lengkung/lentur dimana beam dianggap
merupakan balok jepitan, sehingga perhitungan menggunakan statis tak tentu.
Gambar 3.30. Balok Jepitan Inner Mast
Beban yang terjadi pada balok jepitan ini adalah merupakan berat dari
inner mast adalah 115,2 (kg). Dengan demikian masing – masing gaya yang bekerja pada balok jepitan adalah 57,6 (kg). Karena pembebanan simetris, maka momen maksimum yang terjadi sama untuk kedua ujung.
ML = MR = 2
Momen tahanan lengkung/lentur,
IX = 1/12.bh3
Tegangan lengkung/lentur yang terjadi,
Bahan untuk beam ini ditentukan adalah baja AISI 1018 dengan tegangan
tarik 54 (kpsi) = 38 (kg/mm2). Dengan demikian tegangan tarik ijin inner mast, 5 (kg/mm2) dengan factor keamanan = 4, tegangan lengkung/lentur dianggap sama dengan tegangan tarik, sehingga:
σb = σt = 1,3 (kg/mm2), seperti perhitungan sebelumnya.
Karena tegangan lengkung yang terjadi lebih kecil dari tegangan lengkung ijin
bahan, maka bahan aman digunakan.
3.3. Lift Silinder dan Perlengkapannya
Keterangan gambar
1. Batang torak
2. Lift cylinder
3. Poros
4. Rantai dan sprocket
5. Kepala torak.
Silinder ini merupakan bagian yang berfungsi sebagai pengangkat dan penurun
garpu dan beban. Prinsip kerja dari silinder telah dibahas pada bab terdahulu.
3.3.1. Batang torak
Untuk merancang batang torak terlebih dahulu duketahui beban
maksimum yang diangkat dan tinggi angkat maksimum. Dari perhitungan
terdahulu diketahui bahwa beban angkat adalah 2800 (kg) atau untuk masing –
masing rantai mendukung beban 1400 (kg). Langkah batang torak ini
direncanakan 1480 (mm), ditambah dengan panjang batang torak diluar silinder 285 (mm). Jadi panjang total batang torak saat mencapai tinggi angkat maksimum adalah 1765 (mm), akan cenderung melengkung, akibat gaya yang didukungnya. Peristiwa ini dikenal dengan Buckling. Buckling terjadi apabila gaya Buckling
lebih kecil dari gaya yang didukungnya. Apabila terjadi Buckling maka perlu diperhatikan factor keamanan yang besarnya tergantung dari kerampingan batang.
Angka kerampingan akibat dimensi bahan (λ) perlu dibandingkan dengan angka
kerampingan tetapan dari bahan (λo). Jika λ≥λo, maka hal ini termasuk Buckling
elastis dan dapat digunakan rumus Euler. Jika λ ≤ λo termasuk Buckling tidak
Dari perhitungan sebelumnya telah diketahui bahwa untuk satu sisi, berat
inner mast (Ft) = 57,6 (kg) dan berat dukung rantai (F1) = 1400 (kg). Karena gaya yang digunakan adalah rantai, maka F1 = F2 = 1400 (kg). Jadi beban angkat total
yang didukung oleh batang torak adalah dua kali (Ft + F1 + F2) =
(2)(1400+1400+57,6) = 5715,2 (kg) ≈ 5720 (kg).
Gambar 3.32. Gaya pada Batang Torak
Bahan yang digunakan untuk batang torak ini adalah baja carbon AISI
1040 dengan tegangan tarik maksimumnya adalah 85 (kpsi) = 60 (kg/mm2). Dalam hal ini diambil factor keamanan = 4.
Pada batang torak terjadi tekan dan lengkung.
Tegangan tekan yang terjadi,
σtk = A F
Dimana :
F = beban yang didukung = 5720 (kg) A = luas penampang = π/4 . d2
jadi :
σtk = 2 40 . 4 / 5720
π
= 4,55 (kg/mm2)
Tegangan lengkung/lentur yang terjadi,
σb = bt
b W
M
Dimana :
Mb = momen lengku ng/lentur yang terjadi
= 1400.95 + 57,6.65 – 1400.35 = 59744 (kgmm) Wbt = momen tahanan lengkung/lentur
= π/32 .d3 = (π)/(32)(40)2 = 6283,2 (mm3) Jadi,
σb = 9,5 2 , 6283
59744
= (kg/mm2)
Dengan demikian terjadi tegangan kombinasi,
= σtk + σb ... (lit.4 hal 352)
Karena bahan yang digunakan mempunyai σt maks = 60 (kg/mm2) maka :
σt = 15 4 60
. = =
v maks t
σ (kg/mm2
)
σtk = 1,5 – 2,5 . σt
= 1,5 . σt (dipilih)
= (1,5)(15)
Karena tegangan tekan total yang terjadi lebih kecil dari tegangan tekan ijin
bahan, maka bahan aman digunakan.
a. Pengecekan terhadap Buckling
FB = 2
E = Modulus Elastisitas bahan
= 20,4 103 (kg/mm2), untuk bahan baja.
Karena gaya Buckling hanya 2030,4 (kg), sedangkan gaya yang terjadi 5720 (kg), Maka pada batang torak terjadi Buckling.
b. Pengontrolan terhadap angka kerampingan
λ = 353 10
3530 =
Angka kerampingan bahan (λo) didapat dari persamaan :
λo = π
Untuk penyelesaian terhadap komponen lainnya, maka diambil d = 78 (mm). Batang torak ini dikaitkan/diikat dengan piston dengan menggunakan
sebuah seal o-ring. Penggunaan o-ring ini dianggap sudah cukup aman, karena pengaruh tegangan aksial antar batang torak tidak ada (dianggap tidak ada). Untuk
- material ; Nitril
- symbol ; NBR - hardness shore ; 90
- temperature ; -20 + 100 oC
- ukuran ; 18,77 x 1,78 (mm)
3.3.2. Silinder Hidrolik
Silinder yang digunakan adalah selinder yang mempunyai rongga dengan
konstruksi yang terbuka dan digolongkan kedalam jenis silinder yang berdinding
tipis, dikatakan berdinding tipis karena t<1/10.d ... (lit.1 hal.175)
Dimana:
t = tebal dinding selinder (mm) d = Diameter dalam selinder (mm)
Bahan silinder diambil dari standard pipa Amerika dengan ketentuan sebagai
berikut: ... (lit.5 hal. 484).
- Jenis pipa : Pipa ekstra kuat ganda
- Diameter pipa : 4,5” (114,3 mm)
- Tebal silinder : 17,526 (mm)
Tekanan yang terjadi didalam silinder adalah tekanan oli yang melawan beban
akibat beban angkat dan gesekan. Beban angkat tersebut adalah gaya tarik pada
Dimana:
ρ = massa jenis bahan = 7859.10-9 (kg/mm3)
ν = volume batang piston = π/4.d2.L = π/4.782.1750 = 8362134,246 (mm3)
Jadi berat batang piston = (7850.10-9) (8362134,246)
= 65,64 (kg)
Dengan demikian beban angkat total yang terjadi pada silinder adalah
5720 + 65,64 + 30 = 5815,64 (kg) ≈ 6000 (kg)
Tekanan maksimum yang dibutuhkan untuk menaikkan batang torak adalah:
A F fe p=
Dimana:
p = tekanan dalam selinder (kg/mm2) F = berat angkat total (kg)
A = luas penampang dalam selinder (mm2)
fe = faktor koreksi = 1,2 ditentukan ... (lit. 6 hal.7)
Direncanakan bahwa diameter dalam silinder adalah 100 (mm) Jadi, A = π/4.(d)2 = π/4 . (100)2
= 7853,98 (mm2)
Dengan demikian tekanan dalam silinder adalah:
) 98 , 7853 (
) 6000 )( 2 , 1 ( = p
= 0,932 (kg/mm2) ≈ 1 (kg/mm2)
Tegangan yang terjadi didalam dinding silinder adalah
a. Tegangan tangensial (circumfrensial stress)
a. Tegangan tangensial yang terjadi :
b. Tegangan longitudinal yang terjadi :
t
Baja yang digunakan untuk silinder adalah baja AISI 3140 dengan tegangan tarik
maksimum 91 (kpsi) = 64 (kg/mm2) ... (lit.5 hal.486)
Karena tegangan tarik yang terjadi lebih kecil dari tegangan tarik ijin bahan
Tinjau terhadap tekanan permukaan,
Dari tabel 3.1. di bawah ini dapat diambil tekanan permukaan yang diizinkan
untuk besi cor adalah 1,3 – 1,8 (kg/mm2) ... (lit.6 hal.298)
Bahan Kecepatan luncur Tekanan permukaan yang
diizinkan qa (kg/mm2)
Baja
Perunggu Kecepatan rendah 1,8-2,5
Perunggu 3,0 m/min atau kurang 1,1-1,8 Kurmi,RS, Strength
of material,13th edition
Besi cor 3,4 m/min atau kurang 1,3-1,8 Kurmi,RS, Strength
of material,13th edition
Perunggu
Besi cor 6,0-12,0 m/min
0,6-1,0 Kurmi,RS, Strength
of material,13th edition
0,4-0,7,Utomo,Alat
Pengangkat & Pompa,
PT.Pradya Paramitha.
Perunggu 15,0 m/min atau lebih 0,1-0,2
Tabel 3.1. Tekanan permukaan yang diizinkan pada ulir
Tekanan permukaan pada ulir
Z
Karena yang terjadi lebih kecil dari tegangan permukaan ijin maka ulir aman
Tinjau terhadap tegangan geser
Tegangan geser izin bahan selinder adalah 0,658 (kg/mm2). Karena yang terjadi lebih kecil, maka aman. Bahan untuk tutup selinder ditentukan sama
dengan bahan silinder. Ulir yang ada pada tutup silinder merupakan pasangan dari
ulir silinder. Ulir pada tutup selinder ini merupakan ulir dalam.
Jika ditinjau gaya-gaya yang terjadi terhadap ulir selinder dan dibandingkan
dengan kekuatan yang dimiliki bahan silinder, maka ulir pada tutup silinder ini,
aman.
3.3.3. Torak
Pada torak bila ditinjau akibat adanya gaya yang bekerja yang dihasilkan
batang torak. Hal inilah yang menyebabkan terjadinya geser pada daerah
kritisnya.
Gambar 3.33. Torak
Bahan yang dipilih untuk torak ini adalah perunggu fosfor cor dengan lambang PCB 2B ... (lit.6 hal.337).
Dipilihnya bahan ini adalah karena beberapa pertimbangan antara lain:
- Diperlukan permukaan torak yang halus untuk mengurangi gesekan dengan
dinding silinder
- Torak akan lebih dahulu rusak dibandingkan komponen utama lainnya, jika
terjadi pembebanan yang berlebihan.
Kekuatan tarik bahan = 30 (kg/mm2)
Faktor keamanan = 4(dipilih)
Jadi,
Tegangan tarik ijin bahan, 7,5( / )
4
30 2
mm kg t
t = = =
ν σ σ
Tegangan geser ijin bahan, σg =0,6.σt =(0,6)(7,5)π
Gaya yang menyebabkan tegangan geser pada torak adalah bekerjanya
tekanan fluida pada seluruh permukaan torak dan mendapat perlawanan dari gaya
efektif yang bekerja pada batang torak.
Tegangan geser yang terjadi,
A F
g =
τ
Dimana:
F = gaya yang menyebabkan tegangan geser
= p.π/4.(D2 – d2) = (1)(π/4)(1002 – 782)
Tegangan geser yang terjadi dianggap sama dengan tegangan ijin bahan, sehingga
F
Berdasarkan pertimbangan keamanan, proses pembuatan dan umur pemakaian
