Perancangan Trolley Dan Spreader Gantry Crane Kapasitas Angkat 40 Ton Tinggi Angkat 41 Meter Yang Dipakai Di Pelabuhan Indonesia I Cabang Belawan International Container Terminal (BICT)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Mesin Pemindah Bahan

Mesin pemindah bahan merupakan salah satu mesin yang digunakan untuk memindahkan muatan dilokasi seperti : pabrik, konstruksi, tempat penyimpanan (storage) pelabuhan, pembongkaran muatan dan sebagainya.

Pemilihan mesin pemindah bahan yang tepat pada tiap-tiap aktivitas yang tertulis pada paragraf diatas, akan meningkatkan efisiensi dan daya saing dari aktivitas pemindahan material yang akan ekspor, mesin pemindah bahan dalam operasinya dapat dibedakanatas :

1. Pesawat pengangkat

Pesawat pengangkat dimaksudkan untuk keperluan mengangkat dan memindahkan barang dari suatu tempat ke tempat yang lain yang jangkauannya relative terbatas. Contohnya : crane, elevator, lift, excalator. 2. Pesawat pengangkut dapat memindahkan muatan secara berkesinambungan

tanpa berhenti dan dapat juga mengangkut muatan dalam jarak yang relatif jauh seperti : conveyor

2.2 Klasifikasi Pesawat Pengangkat

Banyak jenis perlengkapan yang tersedia di pasaran membuat sulit untuk di golongkan secara tepat. Mesin pengangkat adalah kelompok mesin yang berkerja secara periodik yang didesain sebagai alat angkat, untuk mengangkat dan memindahkan muatan atau sebagai mekanisme tersendiri bagi crane dan elevator menurut dasar dan rancangannya pesawat pengangkat digolongkan atas tiga jenis yaitu :

1. Hoisting machine yaitu mesin yang berkerja secara periodik yang digunakan untuk mengangkat beban.

2. Elevator, yaitu kelompok mesin yang berkerja secara periodik untuk mengangkat beban pada jalur tertentu.

3. Crane yaitu kombinasi dari mesin pengangkat dan rangka yang berkerja secara bersama-sama untuk mengangkat dan memindahkan beban.

Sedangkan jenis-jenis utama crane dapat dikelompokkan lagi menjadi: 1. Crane yang bergerak pada rel

2. Crane tanpa lintasan

3. Crane tipe jembatan (lit 2, hal 14) 4. Crane putar diam

Crane tipe jembatan dapat dikelompokkan lagi menjadi : 1. Crane berpalang

2. Crane berpalang tunggal untuk gerakan overhead 3. Crane berpalang ganda untuk gerakan overhead 4. Gantry crane dan semi gantry

2.3 Dasar-dasar Pemilihan Pesawat Pengangkat

Pemilihan pesawat pengangkat yang tepat dan sesuai pada tiap-tiap aktivitas akan meningkat efisiensi dan optimalisasi perkerjaan. Faktor-faktor teknis yang penting diperhatikan dalam menentukan pemilihan jenis peralatan yang digunakan di dalam proses pemindahan bahan yaitu:

1. Jenis dan sifat muatan yang diangkat

Untuk muatan satuan (unit load) : bentuk, berat volume, kerapuhan keliatan dan temperatur. Untuk muatan curah (bulk load) : ukuran gumpalan, kecendrungan menggumpal, berat jenis, kemungkinan longsor saat dipindahkan, sifat mudah remuk, temperatur dan sifat kimia.

2. Arah dan jarak perpindahan

3. Cara penyusunan muatan pada tempat asal, akhir dan antara

Penyusunan muatan dari trado ke kapal laut dan pembongkaran muatan di tempat tujuan sangat berbeda, karena beberapa jenis mesin dapat memuat secara mekanis.

4. Kondisi lokal

Kondisi lokal yang spesifik termasuk luas dan bentuk lokasi jenis dan rancangan gedung, susunan yang mungkin untuk unit pemerosesan, debu dan lingkungan sekitarnya.

5. Kapasitas

Crane jembatan dan truk dapat beroperasi secara efektif bila mempunyai kapasitas angkat dan kecepatan yang cukup tinggi dalam kondisi kerja yang berat.

Sumber : 2.4 Gantry Crane

Dari sumber yang di dapat dari operator gantry crane memiliki peranan yang sangat penting dan sangat strategis dalam menggulirkan roda kemajuan perusahaan.Berdasarkan hal tersebut maka dilakukan penelitian ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik responden, ukuran perancangan alat yang ada, antropometri operator, serta keluhan-keluhan kesehatan yang dialami operator.Jumlah sampel sekaligus populasi dalam penelitian ini sebanyak dua puluh enam orang atau operator mengalami keluhan kesehatan, penelitian ini bersifat deskriptif dan dilakukan pada bulan juni 2003. Dari karakteristik responden diketahui bahwa mayoritas operator gantry crane (54%) memiliki umur 46-50 tahun dengan pendidikan terbanyak dari STM atau sederajat (46%) serta memiliki masa kerja mayoritas (38%) dengan umur 26 sampai 30 tahun. Sedangkan data yang diperoleh dari pengukuran alat kerja yang ada dengan pengukuran antropometri operator dibuat perancangan alat kerja yan ideal sehingga menghasilkan selisih ukuran. Untuk tinggi kursi terdapat selisih 2,68 cm, kedalam kursi 0,06 cm, lebar kursi 2,20 cm, jangkauan tangan 3,01 cm dan penyangga lembar 1,32 cm.

Gambar 2.1 Gantry Crane

Crane ini umumnya dioperasikan di lapangan terbuka, dan pada pengoperasian ini gantry crane dioperasikan di pelabuhan laut untuk mengangkat peti kemas, dalam mengoperasikan gantry crane ini hal yang perlu diperhatikan operator sebelum menjalankan gantry crane sebagai berikut :

1. Radius beban 2. Tahanan gelinding 3. Gaya traksi

4. Ketinggian daerah kerja 5. Tahanan kemiringan benda 6. Koefisien traksi

Gantry crane ini mempunyai tiga kabin dalam pengoperasiannya yaitu : 1. Kabin utama

Dalam hal ini gantry crane yang terdapat pada pelabuhan Belawan Indonesia I Cabang Belawan International Container Terminal mempunyai cara kerja sebagai berikut :

1. Gerakan Hoist

Gerakan hoist ini adalah gerakan naik dan turun untuk mengangkat dan menurunkan peti kemas yang telah dijepit oleh spreader yang diikat melalui tali baja (wire rope) yang digulung oleh drum, dimana drum ini digerakkan oleh elektromotor. Apabila posisi pengangkatannya telah disesuaikan seperti yang telah dikehendaki maka gerakan drum ini dapat dihentikan oleh rem (brake) yang dilakukan pada handle dan terdapat pada kabin operator.

2. Gerakan transversal

Gerakan transversal ini adalah gerakan yang dilakukan oleh trolley saat membawa peti kemas dengan arah dan pergerakannyasejajar dengan boom dan girder, melalui tali baja yang terlilit pada drum dengan penggerak mula ialah elektromotor, sehingga trolley akan bergerak pada rel yang terletak diatas boom dan girder. Gerakan ini akan berhenti jika arus listrik pada elektromotor diputuskan dan sekaligus rem akan berkerja.

3. Gerakan longitudinal

yang diinginkan, dan setelah jarak yang dicapai telah pada tempatnya maka arus listrik akan terputus dan rem sekaligus akan berkerja.

Kelebihan dalam menggunakan gantry crane ini sebagai berikut : 1. Posisi kerja yang outdoor ( tidak ada bangunan pendukung)

Jika posisi pada penggunaan crane berada di area outdoor (tanpa bangunan pendukung), maka penggunaan gantry crane ini sangat cocok. Misalnya area penumpukan precast, loading, dan constructing. Penggunaan gantry crane sangat ekonomis karena tidak perlu membangun sistem tiang pendukung.Dan hanya perlu menyiapkan sistem pondasi dan rel.

2. Posisi kerja indoor dengan long travel yang panjang

Jika pabrik atau gudang maka hanya memiliki long travel yang panjang dan tiang bangunan tidak mendukung untuk memasang runway beam, maka gantry crane adalah pilihan yang tepat untuk kondisi ini sangat ekonomis. 3. Investasi yang lebih rendah

Kelemahan dalam penggunaan gantry crane ini : 1. Membutuhkan area yang aman

Gantry crane yang berjalan diatas rel yang terpasang diatas lantai/pondasi, secara langsung hal ini akan mengakibatkan area disekitar rel tidak bisa dimanfaatkan, karena crane perlu area yang aman untuk pergerakannya. Hal ini akan mengakibatkan area disekitar rel tidak bisa dimanfaatkan. Sangat merugikan untuk kondisi gudang dan pabrik yang kurang luas. 2. Pengawasan keamanan yang lebih ketat

Rel lintasan gantry crane yang berada di permukaan lantai banyak karyawan yang beraktivitas dan banyak barang-barang yang akan diletakkan. Sehingga butuh pengawasan aman (safety) yang lebih ketat dibandingkan dengan overhead crane.Harus dipastikan rel gantry aman dari aktivitas manusia dan barang-barang yang mungkin tertabrak oleh gantry crane.

3. Perawatan yang lebih intensif

Jika gantry crane berada dilapangan yang terbuka, maka dipastikan perawatannya harus lebih intensif: coating, pelumasan, dan kelistrikan yang terdapat pada gantry crane.

2.5 Komponen-komponen utama pada Gantry Crane Adapun komponen-komponen utama gantry crane ialah : 1. Trolley

Trolley berfungsi untuk memindahkan peti kemas dari truk ke kapal laut, dantrolley terletak pada konstruksi boom dan girder.Pada trolley terdapat juga kabin operator.Untuk mengoperasikan gantry crane.

Gambar 2.2 Trolley

2. Spreader

Gambar 2.3 Spreader 1. Gantry

Gantry ini bergerak sepanjang rel yang bergerak secara longitudinal yang arahnya ditentukan oleh operator untuk memudahkan menaikkan dan meurunkan peti kemas.Pada gantry yang berada pada Belawan International Container Terminal terdapat rel yang memiliki panjang ± 1.000 meter.

2. Peti kemas

Peti kemas adalah suatu alat yang menyimpan bahan baku produksi atau bahan jadi. Peti kemas biasanya terbuat dari paduan logam, dan peti kemas biasanya terdiri dari ukuran yang berbeda dan ukuran yang terdapat pada pelabuhan belawan mempunyai ukuran 20 feet dan 40 feet. Untuk memudahkan pengumpulan dan penyusunan peti kemas di bantu oleh mobil crane yang dapat memindahkan peti kemas dari suatu tempat ke tempat lainnya yang sudah ditentukan dari BICT untuk menjaga keamanan dari kinerja gantry crane. Mobil crane dapat membantu yang meringankan perkerjaan pada gantry crane agar pemindahan peti kemas ke kapal lebih efisien.

2.6 Spesifikasi Gantry Crane

Sebagai data perbandingan di bawah ini tercantum spesifikasi teknik dari gantry crane yang diambil dari data survery pada PT. Pelabuhan Indonesia I Cabang Belawan :

• Kapasitas angkat : 40 ton

• Tinggi angkat : 41 meter

• Kecepatan angkat : 50 m/menit • Perpindahan trolley : 77 meter

• Kecepatan gantry :45 m/menit

• Kecepatan trolley : 125 meter/menit

• Berat total gantry : 700 ton

2.7 Komponen-komponen pada Trolley

Adapun komponen-komponen pada trolley ini ialah : roda, tali baja (wire rope), puli, drum, rem, sistem transmisi, elektromotor, kopling dan bantalan. 2.7.1 Roda trolley

mempunyai diameter sebesar (D) = 62 cm, adapun gambar yang terdapat pada roda trolley ini :

Gambar 2.6 Roda trolley 2.7.2 Tali baja (wire rope)

Tali baja banyak sekali digunakan pada mesin atau perlengkapan pesawat pengangkat, dan pada tali baja jika mengalami keausan serat-serat tali bagian luar yang terpilin akan terputus terlebih dahulu dibandingkan dengan bagian dalamnya, sehingga tanda-tanda untuk pergantian tali baja akan mudah diketahui. Dalam hal ini tali baja mempunyai keunggulan diantara lain :

• Lebih ringan dibandingkan dengan rantai

• Lebih tahan terhadap sentakan

• Menunjukkan tanda-tanda yang jelas apabila tali akan putus

• Pengoperasian yang tenang

d

D 45

dp 45 Berikut ini merupakan gambar dari konstruksi tali baja

Gambar 2.7 Kontruksi serat baja

2.7.3 Puli dan sistem puli

Puli ialah tempat berjalannya tali baja (wire rope) yang terbuat dari logam dan pinggiran puli diberi alur (groove) untuk laluan tali, yang terlihat pada gambar di bawah ini.

Keterangan gambar :

D = diameter puli (cm, mm) d = diameter tali (cm,mm) dp = diameter poros puli (cm,mm)

900 = jarak sela (clereance) puli

Puli terbagi atas dua macam, yaitu puli tetap (fixed pulley) dan puli bergerak (moveable pulley). Puli tetap terdiri dari cakra dan tali yang dilingkarkan pada alur (groove) di bagian atasnya dan pada ujungnya digantung beban. Puli bergerak terdiri dari cakra dan poros bebas.

Tali yang dilingkarkan dalam alur dibagian bawah, salah satu ujung diikatkan tetap dan ujung lainnya ditahan atau ditarik pada waktu pengangkatan, dan beban di gantungkan pada spreader.

2.7.4 Drum

Pada pesawat angkat, drum berfungsi untuk menggulung tali (rope). Drum dengan satu tali tergulung hanya mampu mempunyai satu helix ke kanan, sedangkan drum yang didesain untuk dua tali diberi dua arah, kekanan dan kekiri.

Gambar 2.9 Drum

Drum untuk tali baja dibuat dari yang licin dengan flens yang tinggi untuk memungkinkan menggulung tali dalam beberapa gulungan. Drum untuk tali baja terbuat dari baja cor, dengan mempertimbangkan gesekan bearing, maka η = ± 0,95. Jumlah lilitan pada drum untuk dua tali supensi adalah

n =

dimana :

i = sistem suspense

H = tinggi angkat (m) n = jumlah lilitan

2.7.5 Rem (brake)

Rem ini berfungsi untuk mengatur kecepatan penurunan muatan atau menahan muatan agar diam, rem digunakan untuk menyerap inersia massa yang bergerak. Tergantung pada kegunaannya rem dapat diklasifikasikan sebagai jenis penahan atau penurunan.

Rem dapat dibedakan menjadi rem automatis dan rem dioperasikan manual, dimana jenis rem yang termasuk rem manual ialah : rem sepatu atau blok, rem pita, rem krucut dan rem cakram. Sedangkan rem pada automatis adalah rem sentrifugal untuk mengatur kecepatan yang digerakkan oleh bobot muatan yang diangkat.

Rem sepatu ganda digunakan pada mekanisme pengangkatan dan pemindahan dan pemutar crane yang berbeda dengan rem sepatu tunggal, rem sepatu ganda tidak menimbulkan defleksi pada poros rem, rem digerakkan oleh pemberat dan dilepaskan oleh elektromagnet. Biasanya rangkaina listrik dibuat saling mengunci antara motor dan magnet yang secara otomatis menghasilkan aksi pengereman walaupun motor berhenti secara mendadak.

2.7.5 Transmisi

Roda gigi pada umumnya dimaksudkan adalah suatu benda dari logam ataupun non logam yang bulat dan pipih pada pinggirnya bergerigi.Roda gigi sangat berguna untuk mentransmisikan putaran dari putaran tinggi ke putaran rendah atau sebaliknya. Pada umumnya roda gigi dibuat dari bahan logam untuk mentransmisikan putaran yang berat, teknik pembuatan roda gigi dapat dikerjakan dengan cara di cor, dikerjakan pada mesin frais, dan hober.

Secara umum fungsi roda gigi yaitu untuk meneruskan putaran dari poros penggerak ke poros yang digerakkan, dan juga dapat memindahkan cairan dari suatu tempat ke tempat yang lain, seperti yang digunakan pada pompa roda gigi.Roda gigi dikelompokkan menjadi tiga kelompok, sesuai dengan kedudukan yang diambil oleh poros yang dipergunakan dalam industri, gambar yang ada di bawah ini ialah jenis-jenis roda gigi.

I

II III

IV V

VI

POROS PENGGERAK

BANTALAN

POROS YANG DIGERAKKAN POROS

POROS

Putaran yang berubah-ubah juga dapat diperoleh dengan menggunakan roda gigi.Salah satu maksud tersebut ialah dipergunakan pada perkakas pemindah kecepatan. Roda gigi dipergunakan pada kendaraan atau mesin yang memiliki gerakan putar, adapun sistem transmisi pada perencanaan ini terlihat seperti gambar dibawah ini

Gambar 2.11 Sistem transmisi

Penggunaan roda gigi dapat digolongkan sesuai kedudukan yang diambil oleh poros yang satu terhadap poros yang lain. Penggunaan roda gigi ada tiga golongan yaitu:

1. Poros sejajar satu sama lain. Roda gigi yang dipergunakan bentuk dasarnya adalah

dua buah silinder yang saling bersinggungan menurut sebuah garis lukis. Roda gigi

yang dipergunakan dapat sejajar dengan garis lukis silinder, atau membuat sudut

2. Poros saling memotong. Roda gigi yang dipergunakan adalah roda gigi krucut dengan puncak gabungan yang saling menyinggung menurut sebuah garis lukis dan garis lukis gigi saling berpotongan di puncak krucut

3. Poros saling menyilang, gigi yang dapat dipergunakan berbentuk roda ulir. 2.7.6 Elektromotor

Elektromotor merupakan alat yang cukup penting dalam pengoperasian ini, dikarenakan elektromotor adalah penggerak mula untuk menjalankan sistem yang terdapat pada crane. Elektromotor berfungsi sebagai

merubah energi listrik menjadi energk mekanik yang dapat memutar poros untuk menjalankan trolley, dimana putaran elektromotor

diteruskan ke sistem transmisi dan dari sistem transmisi akan diteruskan ke drum sehingga drum berputar dan tali akan terlilit dan terulur dari drum.

Ketika elektromotor berputar, secara otomatis elektromotor akan mengalami pembebanan, ini dikarenakan oleh alat-alat yang terdapat pada sistem yang akan digerakkan oleh elektromotor tersebut, sehingga daya elektromotor perlu dihitung untuk memenuhi daya yang akan dikerjakan

Dimana daya pada elektrmotor

N =

Keterangan

N = daya yang diperlukan oleh electromotor (hp), (kW) W = beban yang diterima oleh elektromotor (kg)

V = kecepatan benda yang digerakkan oleh elektromotor (m/s) 75 = harga dalam 1 hp = 0,75 kW

η = efisiensi = 0,85

2.8 Komponen-komponen pada Spreader

Spreader ini adalah alat penjepit yang di desain khusus untuk penjepitan pada peti kemas dimana bentuk spreader adalah berbentuk persegi panjang yang disesuaikan dengan ukuran pada peti kemas dimana ukuran peti kemas yang ada di pelabuhan belawan mempunyai dua ukuran yaitu 40 feet dan 20 feet, adapun komponen-komponen yang terdapat pada spreader ini :

Twist lock Penampang

Peti kemas

Twist lock berfungsi sebagai pengunci peti kemas pada saat peti kemas akan diangkat/dipindahkan. Dimana twist lock ini terletak pada setiap sisi sudut yang berada pada spreader, dan pada spreader ini terdapat 4 twist lock.

Pada saat operator menurunkan spreader sesuai dengan panjang peti kemas, setelah panjang pada spreader sesuai dengan peti kemas operator akan menurunkan spreader secara perlahan-lahan pada peti kemas. Dan operator harus menempatkan spreader pada lobang twist lock yang terdapat pada peti kemas, dan sesudah twist lock masuk pada lobang yang ada pada peti kemas, maka switchakan tertekan dan lampu di kabin operator akan menyala dan menyatakan bahwa twist lock sudah terkunci dengan baik, kemudian operator akan mengangkat peti kemas.

Pada saat pengangkatan twist lock pada spreader akan mengalami beban akibat bergantungnya peti kemas pada ujung-ujung twist lock sehingga twist lock akan mengalami tegangan tarik, dimana rumus yang terpakai

σ =

dimana :

σ = tegangan tarik yang terjadi (kg/m2

) F = gaya yang terjadi (N)

A = luas penampang (m2)

Dimana pada twist lock akan mengalami gaya (F) pada rumus di bawah ini : F = m.g

Dan pembebanan twist lock (P) :

P =

Dimana

Q = total kapasitas angkat beban (ton, kg)

Spreader

twist lock

2.8.2 Rangka Batang Spreader

Rangka batang spreader ini merupakan suatu konstruksi dari tempat pengangkatan peti kemas yang disesuaikan dari ukuran pada peti kemas yang ada di pelabuhan belawan, bentuk dari spreader ini ialah persegi panjang. Di dalam pengangkatan peti kemas maka spreader ini akan mengalami beban merata. Seperti yang terlihat pada gambar di bawah ini

PERANCANGAN TROLLEY DAN SPREADER GANTRY CRANE KAPASITAS ANGKAT 40 TON TINGGI ANGKAT 41 METER YANG

DIPAKAI DI PELABUHAN INDONESIA I CABANG BELAWAN INTERNATIONAL CONTAINER TERMINAL

(BICT)

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

STEVANUS SITUMORANG NIM 090421045

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

PERANCANGAN TROLLEY DAN SPREADER GANTRY CRANE

KAPASITAS ANGKAT 40 TON TINGGI ANGKAT 41 METER YANG

DIPAKAI DI PELABUHAN INDONESIA I CABANG BELAWAN

INTERNATIONAL CONTAINER TERMINAL

(BICT)

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

FAKULTAS TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

MEDAN

OLEH :

NIM : 090421045

PERANCANGAN TROLLEY DAN SPREADER GANTRY CRANE KAPASITAS ANGKAT 40 TON TINGGI ANGKAT 41 METER

YANG DIPAKAI DI PELABUHAN INDONESIA I CABANG BELAWAN INTERNATIONAL CONTAINER TERMINAL

(BICT)

NIM : 090421045 STEVANUS SITUMORANG

Telah disetujui dan hasil seminar skripsi Periode ke-172, pada tanggal 29 Februari 2012

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur saya ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas segala kasih dan karunia yang di berikanNya saya sehingga saya dapat menyelesaikan Tugas sarjana ini

Tugas ini merupakan salah satu untuk menyelesaikan pendidikan untuk mencapai gelar sarjana di Fakultas Teknik, Departemen Teknik Mesin, Universitas Sumatera Utara. Adapun yang menjadi judul pada Tugas Akhir ini yaitu ”Perancangan Trolley dan Spreader Gantry Crane Kapasitas Angkat 40 Ton tinggi Angkat 41 Meter Yang Dipakai Di Pelabuhan Indonesia I cabang Belawan International Container Terminal (BICT).

Dalam menyelesaikan Skripsi ini, saya benyak sekali mendapat dukungan dari berbagai pihak. Maka pada kesempatan ini penulis menyampaikan penghargaan dan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Kedua orang tua saya yang tercinta, Ayahanda S. Situmorang dan Ibunda N. Siagian dan juga kepada abang dan kakak sekalian yang telah memberikan semangat kepada saya untuk menyelesaikan tugas akhir saya ini

2. Ir. Alfian Hamsi, Msc, selaku pembimbing yang telah banyak meluangkan waktunya membimbing saya dalam menyelesaikan Tugas Akhir saya ini. 3. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, selaku ketua Depatemen Teknik

4. Bapak / Ibu staff pengajar dan pegawai Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik USU

5. Bapak Rahmat yang membimbing saya dalam melakukan riset di Pelabuhan Indonesia dan seluruh staff yang ada di pelabuhan Indonesia yang memberikan semangat kepada saya dalam penyusunan skripsi ini.

6. Kepada para teman-teman stambuk 09 ekstensi yang juga memberikan semangat kepada saya dalam penyusunan skripsi ini.

7. Serta semua pihak yang telah membantu saya dalam penyusunan skripsi ini. Saya menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu saya mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun demi penyempurnaan di masa mendatang.

Akhir kata, saya berharap semoga skripsi ini berguna bagi kita semua, Semoga Tuhan Menyertai Kita Semua.

Medan, Agustus 2011

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ... i DAFTAR ISI ... iii DAFTAR GAMBAR ... vi DAFTAR TABLE ... viii DAFTAR NOTASI ... ix

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Tujuan ... 2 1.3 Manfaat ... 3 1.4 Batasan Masalah ... 3 1.5 Sistematika Penulisan ... 3

BAB II TINJAUAN PUSATAKA ... 5

iii

2.7.2 Tali Baja (Wire Rope) ... 18 2.7.3 Puli dan Sistem Puli ... 19 2.7.4 Drum ... 21 2.7.5 Rem (Brake) ... 22 2.7.6 Transmisi ... 23 2.7.7 Elektromotor ... 25 2.8 Komponen – komponen pada Spreader ... 26

2.8.1 Twist lock ... 26 2.8.2 Rangka batang Spreader ... 29

BAB III METHODOLOGI PERANCANGAN ... 30

3.3.7 Perencanaan Sistem rem (Brake) ... 61 3.3.8 Perencanaan Kopling ... 64 3.3.9 Perencanaan Bantalan ... 68 3.4 Perancangan Pada Spreader ... 72 3.4.1 Perencanaan pada Batang Spreader ... 71 3.4.2 Perencanaan pada Twist lock ... 79

BAB IV PERHITUNGAN LINTASAN TROLLEY ... 82

4.1 Perhitungan Boom ... 82 4.2 Perhitungan Girder ... 89

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 96

5.1 Kesimpulan ... 96 5.2 Saran ... 99 DAFTAR PUSTAKA

DAFTAR GAMBAR

Nama Gambar Halaman

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

DAFTAR NOTASI

Notasi Keterangan Satuan

Q Kapasitas Maksimum Kgf

S Tegangan Maksimum Kgf

P Kekuatan Putus Tali Kgf

K Faktor Keamanan

Pb Beban Putus Kgf

W Tahanan Akibat Gesekan Kgf

d Diameter Dalam mm

D Diameter Luar mm

F114 Luas Penampang Tali Baja mm2

N Daya Hp

C Faktor Konstruksi Tali

r Jari-jari mm

Z Jumlah Lilitan

H Tinggi angkat m

L Panjang m

w Tebal mm

v kecepatan m/s

n Putaran rpm

I Momen Inersia mm4

g gravitasi m/s2

t Waktu s

i Perbandingan tranmisi

T Torsi N.m

m Modul mm

a jarak Sumbu Poros mm

hk tinggi kepala gigi mm

hi tinggi kaki gigi mm

ck kelonggaran puncak mm

Ft gaya tangensial kg

A Luas mm2

Sf faktor keamanan bahan Y faktor bentuk gigi

E Modulus Elastisitas Kg/m2

Fa Gaya Aksial N

Fr Gaya Radial N

σb tegangan patah kg/m2

σi tegangan izin kg/m2

τ tegangan geser kg/m2

ε faktor tahanan puli

β koefisien pengereman

Abstrak

Container crane adalah suatu alat produksi yang terlibat dalam proses dan penanganan bongkar muat peti kemas di pelabuhan. Pada container crane ini terdapat bagian-bagian pendukung dan setiap bagiannya yang mempunyai mekanisme tersendiri. Dimana bagian utamanya yaitu boom, gantry, Spreader dan trolley. Trolley adalah bagian dari container yang terdiri dari roda yang bergerak pada boom dan girder, fungsi dari trolley tersebut memindahkan peti kemas yang mempunyai beban yang sangat berat, mekanisme gerakannya dengan menggunakan motor penggerak dimana motor akan menggerakkan drum yang dikaitkan dengan tali dan tali tersebut di bentangkan sepanjang rel dan di pasang pada ujung – ujung rangka trolley dan ditahan pada rol pada ujung rangka trolley. Pada saat drum bergerak maka tali yang terlilit pada drum akan menarik trolley sehingga trolley akan bergerak secara transversal, dengan berat trolley Q = 20 ton, kecepatan trolley V = 125 m/s waktu startnya 3 detik, diameter roda trolley D = 62 cm, sedangkan pada spreader adalah bagian container crane yang berkerja untuk menjepit peti kemas yang didesain dengan bentuk yang sedemikian rupa dan disesuaikan dengan ukuran peti kemas, dengan ukuran panjang peti kemas 20 feet dan 40 feet, dengan bobot spreader Q = 10 ton, kapasitas beban maksimum spreader = 40 ton.

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Menarik dan mengangkat muatan telah di kerjakan manusia sejak zaman dahulu hingga di temukannya roda. Orang-orang pada zaman dahulu berkerja sama untuk memindahkan beban atau muatan yang berat. Selain itu Gajah, Kuda digunakan untuk membantu manusia memindahkan muatan yang berat.

Transportasi jarak jauh merupakan faktor yang sangat penting saat ini sebagai sarana untuk mengangkut barang-barang yang dibutuhkan oleh manusia., untuk mengangkut barang dalam jumlah yang banyak dengan rentang waktu yang cukup. Di butuhkan suatu wadah atau tempat untuk menjaga agar kualitas dan kuantitas, dan keamanan berang tetap terjaga, dan wadah tersebut dinamakan peti kemas (container). Peti kemas (container) adalah peti atau kotak yang memenuhi persyaratan teknis sesuai dengan International Of Standardization (ISO).

Kecendrungan untuk memilih peti kemas saat ini semakin tinggi seiring dengan semakin berkembangnya pertumbuhan ekonomi Indonesia yang terlihat semakin ramainya kegiatan ekspor dan import di pelabuhan-pelabuhan yang besar, dan pada saat ini hampir 90% borongan kargo di dunia dilakukan dengan menggunakan peti kemas dan di transportasikan menggunakan kapal laut .

dengan gerakan mobilitas yang baik dan aman, dimana pesawat pengangkat ini dapat memindahkan peti kemas secara efisien, dan yang paling banyak di gunakan pada pelabuhan ialah Gantry Crane.

Terdapat bagian-bagian utama gantry crane, yang setiap bagiannya mempunyai mekanisme tersendiri, diantara bagian-bagian utamanya yaitu trolley, gantry, spreader. Trolley adalah bagian dari Gantry Crane yang terdiri dari roda yang bergerak pada rel, fungsi dari trolley adalah untuk memindahkan peti kemas yang mempunyai beban yang sangat berat ke pelabuhan atau ke darat.

Mekanisme pergerakan dari trolley ini dengan menggunakan motor penggerak ,dimana motor memutar drum yang terlilit oleh tali dan tali tersebut dibentangkan sepanjang rel dan dipasang pada. ujung - ujung rangka trolley dan ditahan pada rol pada ujung rangka trolley. Pada saat drum berputar maka tali yang terlilit pada drum akan menarik dan menggerakkan trolley bergerak secara transversal. Dengan kapasitas angkut Q : 40 ton, Bobot trolley Go = 20 ton. kecepatan jalan trolley V = 125 m/menit, perpindahan trolley ( L ) = 77 meter.

Sedangkan spreader merupakan alat untuk menjepit peti kemas yang di desain khusus dengan ukuran yang sesuai dengan peti kemas sepanjang 40 feet (12 meter) dan 20 feet (6 meter) yang terdapat empat twist lock untuk mengunci peti kemas.

1.2 Tujuan

1.3 Manfaat

Manfaat perencanaan ini adalah mencari ukuran dan bahan yang terpakai pada komponen-komponen yang terdapat pada trolley dan mencari kekuatan batang pada spreader serta mengaplikasikan ke ilmu mata kuliah mesin pemindah bahan yang berhubungan pada perancangan ini

1.4 Batasan Masalah

Pada perencanaan ini, trolley dan spreader yang terpasang pada gantry crane yang digunakan, dengan kapasitas angkat 40 ton dan tinggi angkat 41 meter, dan pada skripsi ini bagian pendukung yang terpasang pada gantry crane ini berupa trolley dan spreader, dimana pada trolley terdapat : Roda, Tali baja (Wire rope), puli, Drum, Elektromotor , Sistem transmisi , Sistem rem, Kopling, bantalan, serta lintasan trolley berupa boom, girder dan pada spreader ini terdapat pada kekuatan batang pada spreader dan kekuatan twist lock pada saat pengangkatan peti kemas.

1.5 Sistematika Penulisan

Tugas akhir ini dibagi menjadi beberapa bab dengan garis besar adalah sebagai berikut :

BAB I : Pendahuluan

BAB II: Tinjauan Pustaka

Bab ini berisikan landasan teori mengenai Gantry Crane berupa : gerakan-gerakan yang terjadi pada gantry crane, bagian pendukung pada gantry crane yang meliputi trolley dan spreader.

BAB III : Metodologi Perancangan Trolley Dan Spreader

Bab ini berisikan data-data pada trolley dan Spreader, dimana pada data-data tersebut di dapat dari hasil riset selama dilapangan untuk melakukan perancangan dari trolley dan spreader tersebut, serta perhitungan untuk perancangan trolley dan spreader.

BAB IV : Perhitungan Struktur Batang Lintasan Trolley

Bab ini berisikan tentang perhitungan lintasan trolley seperti boom dan girder sebagai lintasan trolley untuk membawa peti kemas dengan gerakan transversal.

BAB V :Kesimpulan dan Saran

BAB III

METODOLOGI PERANCANGAN TROLLEY DAN SPREADER

3.1 Pengumpulan Data

Sebelum melakukan perancangan terlebih dahulu dilakukan pengumpulan data. Hal ini dilakukan untuk mendapatkan informasi tentang gambaran secara analitis terhadap sesuatu yang akan dihitung.

Data-data yang didapatkan akan menjadi acuan dalam perhitungan yang akan dilakukan. Maka ada beberapa parameter yang harus diperhatikan untuk mendapatkan data yang cukup, sehingga perlu melakukan riset langsung ke lapangan di Pelabuhan Indonesia I Medan cabang Belawan International Container Terminal (BICT) agar perancangan pada trolley dan spreader dapat dihitung.

Alat pengangkat untuk mengangkat peti kemas yang menggunakan crane ialah gantry crane, karena begitu luasnya cakupan tentang gantry crane ini maka penulis, hanya melakukan perancangan yang terpasang pada gantry crane ini yaitu pada trolley dan spreader

3.2 Karakteristik Pada Trolley

Parameter teknis utama dari trolley adalah kapasitas angkat, berat mati dari mesin tersebut, dimana data teknis pada trolley ialah sebagai berikut:

• Perpindahan trolley : 77 m

• Berat trolley dan jabin utama : 20000 kg = 20 ton

• Berat muatan yang dibawa : 54000 kg = 54 ton

• Daya motor : 85 Hp

• Putaran : 1800 rpm

Data-data ini diambil langsung ke lapangan di Pelabuhan Indonesia I, cabang Belawan International Container Terminal.

3.3 Perancangan Pada Trolley

Mekanisme perancangan pada gerakan trolley meliputi perencanaan-perencanaan sebagai berikut :

1. Roda trolley

2. Tali baja (Wire rope) 3. Pully

4. Drum

3.3.1 Perencanaan pada roda jalan trolley

Beban maksimum yang berkerja pada roda trolley adalah:

Pmax =

4 0 G

Q+

(lit : 1, hal : 237)

Dimana : Q0 = berat muatan = 54000 kg (54 ton)

G0 = berat trolley = 20000 kg (20ton) (dari hasil survey)

Untuk berat muatan Q0 = berat spreader + kapasitas beban

Q0 = 10000 kg + 44000 kg

Q0 = 54000 kg (54 ton)

Maka: Pmax =

4 20000 54000kg+ kg

= 18500 kg

Faktor perhitungan kecepatan gelinding roda trolley adalah : k = (0,2 s/d 1) v diambil 0,5 (lit :1, hal 261) dimana : v = kecepatan gelinding roda, direncanakan 2 m/s sehingga, k = 0,5 x 2

k = 1

Untuk mencari tegangan tekan roda trolley menggunakan rumus:

σp = 

  

 

r b

k P

. .

600 max _{(Lit : 1, hal 260)}

Maka: σl =

Dari perhitungan yang telah dilakukan maka tegangan tekan yang terjadi akibat

pembebanan pada roda trolley sebesar σl = 4635 kg/cm2. maka bahan yang

digunakan pada roda trolley ialah Hardened Stell 3 dengan tegangan tekan yang diizinkan sebesar p izin = 7600 kg/cm2 , terdapat lampiran 2 (Lit 1 hal 261)

Untuk mencari diameter poros roda trolley dapat ditentukan dengan rumus :

ds = 1/3 (Lit 4 Hal 12)

dimana :

L = panjang poros sebesar = 25 cm, dan x ialah setengah dari jarak pada panjang poros denganbahan poros yang dipilih S55C-D dengan kekuatan tarik σt =

7200 kg/cm2. Dengan faktor keamanan beban statis diambil (Kstatis) = 6 dan

faktor keamanan dinamis (Kdinamis) = 4 (lit 4, hal 16)

P/2 P/2

25 cm

25 cm

P/2 P/2

karena roda trolley mengalami beban statis dan dinamis sehingga faktor keamanan seluruhnya menjadi 6x4 = 24, maka tegangan lentur izin a =

= 300 kg/cm2

M = momen lentur pada beban satu gandar (kg .cm)

D d

Q+G0

Q+G0

W

k

Maka : ds = (lit 4, hal 12)

Dengan momen M = . x

M = . 12,5 cm

M = 115625 kg cm

ds= 3

2 / 300

cm kg 115625 .

10,2

cm

kg = 15,783 cm digenapkan 16 cm

Gambar 3.2Menentukan tahanan gesek

Keterangan gambar :

D = diameter roda trolley = 62 cm d = diameter poros roda trolley = 16 cm

tahanan total terhadap gerakan trolley pada gerakan normal adalah : W = W1 + W2 (lit 1, hal: 283)

Dan tahanan akibat pada gerak roda trolley adalah :

W1 = (Q+G0)β 

β = koefisien untuk memperhitungkan gesekan pada flens roda gerak,

dimana β = 1,2-1,3 untuk bantalan luncur dan β = 1,8 untuk bantalan rol.

μ = koefisien gesekan pada bantalan luncur roda = 0,01 (lit 1, hal 238)

d = diameter poros roda trolley 16 cm

k = koefisien gesek rol pada gelinding roda = 0,05 D = diameter rodatrolley 62cm

Son

Soff

S3

S2

Q+q

Tahanan puli pengangkat adalah : W2 = Son – Soff (Lit1 , hal:284)

Dengan menganggap Soff =

2 Q

, maka tarikan pada berbagai titik pada tali akan

menjadi : S2 = Soff.εDengan menganggap Son = S3.ε (Lit, Rudenko, hal : 284)

Dimana : ε = koefisien tahanan roda puli (untuk puli bantalan rol = 1,02)

Gambar 3.3 Menentukan Tahanan cakram

Maka : Soff =

2 54000kg

= 27000 kg

S2 = 27000 kg x 1,02 = 27540

S3 = 27540 kg x 1,02 = 28090,8 kg

Dengan Son = 28090,8 kg x 1,02 = 28652,62 kg

Sehingga tahanan puli pengangkat (W2) pada rumus di atas (ketika trolley yang

dibebani bergerak, roda pulley berputar) adalah : W2 =28652,62 kg – 27000 kg

Maka tahanan total terhadap gerakan trolley pada gerakan normal adalah: Wtotal = W1 + W2 (lit 1 hal 283)

Wtotal =558,580kg+ 1652,616 kg

Wtotal = 2211,196 kg

3.3.2 Perencanaan Pada Tali Baja (Wire Rope)

Untuk menentukan tarikan tali akibat bobot dan defleksinya (f) sendiri dapat di tentukan dengan kesetimbangan momen :

Sf =qr.x.

2 x

(lit :1 hal 284)

S = f x q_r

2 . 2

Dengan :

qr = bobot tali per meternya (2,680 kg/m) terdapat pada lampiran 4

x = setengah panjang tali yang terdefleksi

Xmax = ketika trolley berada pada salah satu kedudukan ujung lintasan sepanjang

=77 m

f = defleksi tali yang diizinkan, diambil sebesar    

 

200 1 100

1

Gambar 3.4 Menentukan tegangan tali

Dengan tipe tali baja yang dipilih ialah tipe 6x37+1 fibre core: Diameter tali d = 28 mm

Berat tali per meter qr = 2,680 kg/m

Sebelum menentukan tarikan tali (S), terlebih dahulu menentukan defleksi talinya

f = .77m

maka tarikan tali (S) akibat terdefleksinya tali tersebut :

S =

Dan tarikan tali maksimum yang terjadi :

Smax =

Dimana : W1 = tahanan akibat gesekan pada roda trolley (kg)

W2 = tahanan puli pengangkat (kg)

Smax= tarikan tali maksimum pada tali (kg)

η = efisiensi puli dengan 6 puli yang berputar sebesar dengan gesekan angular pada permukaan puli (faktor resisten satu puli) = 0,918

Tabel 3.1 efisiensi puli Sumber Rudenko hal :41

Puli Tunggal Puli Ganda Efisiensi

Jumlah alur

Jumlah puli yang berputar

Jumlah Alur

Jumlah puli yang berputar

Gesekan pada permukaan puli (factor resisten satu

puli)

Gesekan anguler pada

permukaan puli (factor resisten satu

puli)

Mencari beban Putus tali yang terjadi :

Smax =

K P_b

( Lit 1 hal 40)

Pb = Smax. K

faktor keamanan (K), pengangkat dengan troli = 5,5 terdapat pada lampiran 7 Pb = 8028,535 kg . 5,5

dari hasil perhitungan diatas, beban putus tali yang terjadi Pb = 44156,942 kg, maka

untuk pemilihan tali baja (wire rope) yang digunakan ialah tipe 6x37+1 fibre core dengan data-data sebagai berikut adalah :

 Diameter tali (d) = 28 mm

 Berat tali per meter (qr) = 2,680 kg/m = 0,00268 kg/mm

 Beban putus aktual yang diizinkan = 45900 kg

 Kekuatan putus bahan kawat tali σb = 180 s/d 199 kg/mm2

Tarikan tali maksimum yang diizinkan (Smax)

Sb max =

K P_b

(lit 1hal : 40)

Sb max =

5 , 5

kg 45900

Sb max = 8345,454kg

Dengan tegangan tali yang dibebani karena tarikan dan lenturan adalah (σΣ) :

σΣ = (lit 1, hal: 39)

σΣ =

σΣ = 3272,727 kg/cm2

mencari luas penampang (A) tali baja dengan tipe 6x37+1 fibre core

F222=

36000 min

max

x D

d K

S

b b

−

1

Menentukan jumlah lengkungan pada tali baja seperti gambar di bawah ini :

Gambar 3.5 Menentukan Jumlah lengkungan

Pada gambar di atas terlihat bahwa jumlah lengkungan pada diagram tersebut terdapat 18 lengkungan, sehingga untuk menentukan NB (Number of Bend) ialah

jumlah lengkungan dibagi dua NB= 2

Maka luas penampang (A) pada tali :

F222 =

Tegangan tarik yang terjadi :

σtarik =

σtarik= ₂

3,88cm kg 535 , 8028

= 2069,210 kg/cm2

Dari hasil perhitungan tegangan tarik pada tali baja yang diizinkan untuk menarik trolley σt izin = 3272,727 kg/cm2, sedangkan tegangan tali baja yang terjadi σterjadi=

2069,210 kg/cm2, maka σt izin > σterjadi .

Menentukan umur tali baja (N)

N =

ϕ β. . . 2

1 z a

z

(lit: 1, hal: 48)

Dimana: z1 = jumlah lengkungan yang di perbolehkan

a = jumlah siklus kerja rata-rata perbulan 3400 dengan peralatan

medium (lampiran 8)

z2 = jumlah lengkung ulang per siklus kerja sebesar 3 dengan

peralatan medium (lampiran 8)

β = faktor perubahan daya tahan tali 0,3 (lampiran 8)

untuk menentukan Z1, maka harus mencari faktor yang tergantung pada jumlah

lengkungan yang berulang dari Z selama periode keausannya sampai tali tersebut rusak (m)

dengan rumus : A = d D

= m.σtarik.C.C1.C2 (lit 1 hal 43)

m =

2 1. . .CC C

dimana :

A = perbandingan diameter drum atau puli dengan tali

σterjadi = tegangan tarik yang sebenarnya pada tali σtarik = 2069,210 kg/cm2

= 20,69210 kg/mm2

C = faktor yang memberikan karakteristrik pada konstruksi tali dan kekuatan tarik maksimum bahan kawat dengan

σb = 180 kg/mm2 = 0,89 posisi sejajar

C1 = faktor yang tergantung pada tali diameter tali = 28,4 mm, dengan C1 = 1,09

C2 = faktor yang menentukan faktor produksi dan operasi tambahan, yang tidak

diperhitungkan oleh faktor Cdan C1 dengan baja pearlitic = 1,37

Maka : m =

Untuk m = 1,16 maka didapat jumlah lengkungan berulang (z) dari tabel sebesar = 166363

Tabel 3.2 Harga faktor m

Z dalam ribuan Z dalam ribuan

m Z dalam ribuan

3.3.3 Perencanaan Puli

Dengan diameter tali sebesar (d) =28,0 mm, maka didapat ukuran-ukuran pada puli yang dapat ditentukan dari tabel yang terdapat dibawah ini :

Tabel 3.3 Roda puli untuk tali kawat baja Sumber: Rudenko, hal:71

Diameter

3.3.4 Perencanaan Drum

Dimensi-dimensi lain dari drum ini, dengan diameter tali (d) = 28,0 mm dapat ditentukan dengan cara perhitungan interpolasi dan memasukkan data-data perhitungan tersebut kedalam tabel dibawah ini :

Tabel 3.4 Dimensi alur drum (mm)

Diameter

Dari diagram lengkungan tali diperoleh d

Dmin _{= 32 dan diameter tali baja =28,0 mm,}

maka diameter puli minimum atau drum Dmin = 32 x 28 mm = 908 mm = 90,8 cm

Diameter ini diperiksa terhadap diameter yang diizinkan dengan menggunakan rumus : Dmin>e1 .e2 . d

Dimana e1 = 20 pengangkat dengan trolley (lampiran 7)

e2 = 0,90 posisi sejajar dengan tali 6x37 (lampiran 7)

maka : D>0,90 . 20 .28 D>504 mm

Artinya diameter drum dan puli minimum sebesar Dmin sebesar 908 mm dapat

Jumlah lilitan pada drum (Z) :

Z = 2

. .

+ D

i H

π (lit 1 hal 74)

Dimana : H = panjang perpindahan trolley = 77 m D = Diameter drum = 908 mm = 0,908 m i = perbandingan sistem tali = 2

maka: Z = 2

908 , 0 . 14 , 3

2 . 77 ₊

Z = 2

6 , 2 154₊

Z = 56 lilitan.

Dengan putaran drum (ndrum):

ndrum = (lit 1, hal : 235)

dimana : vdrum = v. i dengan v ialah kecepatan trolley maksimum sebesar 125

m/s2, sedangkan i perbandingan transmisi puli sebesar 1, sehingga vdrum = 1 x 125 m/s2 = 125 m/s2

D = diameter drum sebesar 908 mm = 0,908 m

maka : ndrum = = 44 rpm

Dan menentukan tebal (ω) drum:

ω = 0,02 x D + (0,6 sampai 1,0) diambil 1 (lit : 1, hal: 75)

ω = 0,02 x 90,8 cm + 1 cm

Untuk menentukan tegangan permukaan yang terjadi pada drum akibat tekanan tali baja yang terlilit pada drum adalah :

σcomp =

2 max .s S

ω (lit, 1, hal:76)

σcomp =

cm cm

kg 6 , 3 . 3

8082,535

σcomp= 748,382 kg/cm2

dari perhitungan yang telah dilakukan maka untuk pemilihan drum yang diizinkan adalah drum untuk baja cor dengan tegangan permukaan yang diizinkan ( comp)

sebesar 1600 kg/cm2, dimana data ini diambil dari (literature Rudenko, halaman : 76), dari perhitungan tersebut bahwa drum yang diizinkan aman untuk beropersi

dikarenakan : σizin> σcomp.

3.3.5 Perencanaan Pada Elektromotor

Tahanan total untuk menggerakkan trolley :

Wtotal = W1 + W2 lit 1, hal : 283

Wtotal = 558,580 + 1652,616 kg

Wtotal = 2211,196 kg

Daya yang dihasilkan elektromotor untuk menggerakkan trolley:

Nmot =

tot totalv W

η . 75

. ₁

(lit: 1, hal:292)

ηtotal = efisiensi mekanisme pengangkatan, diasumsikan

=0,8 dengan tiga pasang roda gigi penggerak.

Nmotor =

8 , 0 . 60 . 75

/ 125 . 196 ,

2211 kg m menit

= 79,87 Hp

Maka dipilih elektromotor dengan daya yang aman Nrated = 85 Hp, putaran n = 1800

rpm disesuaikan dengan standard, jumlah kutub terdapat 6, momen girasi rotor (GD2rot = 10,4 kg.m2)

Momen gaya yang ternilai (Mrated) pada poros motor ialah :

Mrated= 716,2

n N_rated

(lit 1, hal : 300)

Mrated = 716,2

1800 85 Hp

Mrated = 33,820 kg m

Bahan poros penggerak dipilih S55C dengan kekuatan tarik bahan σB = 6600

kg/cm2, sesuai dengan standar ASME untuk bahan yang berlambang S-C faktor keamanan Sf1 sebesar 6,0 dan Sf2 sebesar 1,3 s/d 3,0 diambil sebesar 2

(lit 4, hal : 8)

Maka tegangan geser yang diizinkan ialah a

a = ( pers 1.5) (lit 4, hal : 8)

a = = 550 kg/cm2

Trated = 9,74x105 (pers 1.3) (lit 4, hal : 7)

Dimana : Nrated = daya rencana 85 Hp dengan mengubah Hp ke kW maka dikali

0,735 sehingga = 85 x 0,735 = 62,475 k

n1 = putaran poros elektromotor 1800 rpm

Trated = 9,74 x 105

T = 33805,91 kg.mm, dengan mengubah ke kg.cm = 3380,591 kg.cm maka diameter (d) pada poros penggerak:

ds= 1/3 (pers 1.6) (lit 4, hal: 8)

dimana :Kt = faktor koreksi yang direncanakan dengan beban kejutan atau tumbukan

sebesar 1,5 s/d 3,0 (diambil 3,0) (lit 4, hal :8)

Cb = faktor koreksi yang direncanakan dengan beban lentur sebesar 1,2 s/d

2,3 (diambil 2,3) (lit 4, hal : 8) Sehingga diameter poros (ds) :

ds= 1/3

ds = 1/3

ds = 1/3

ds = =6,3 cm

maka diameter poros penggerak pada trolley yang dipilih ialah ds = 63 mm, dengan

Untuk mencari momen yang terjadi pada poros motor penggerak saat penstartan (Mmotor) = Mstatis + Mdinamik. (lit 1, hal :290)

Mencari Mstatis = 71620 . (lit 1, hal 292)

Mstatis = 71620 .

Mstatis = 3382,056 kg cm = 33,82056 kg m

Sedangkan Mdinamis=

η δ

s

s nt

v G t

n

GD2 0,975. . 2 .

375

. ₊

(lit 1 hal 293)

Dimana :

δ = koefisien memperhitungkan pengaruh massa mekanisme transmisi (δ =

1,1 s/d 1,25) diambil 1,25 (lit1, hal : 293)

ts = waktu start (ts = 1,5 s/d 5) diambil 5 (lit 1,hal : 294)

η = efisiensi total mekanisme transmisi = 0,85 (lit 1, hal : 293) v = kecepatan maksimum trolley sebesar 125 m/s

Jadi untuk mendapatkan Mdinamis, maka GD2 harus dicari dengan persamaan dibawah

ini :

Dengan GD2 = GD2kop + GD2rot (lit 1 hal : 291)

Dan G = Q + G0

Mencari GD2kop = I.4.g (lit 1 hal 300)

Dimana : I = Momen Inersia = 0,08 kg cm/s2 = 0,0008 kg m/s2 (lit 1 hal 295) g = gaya gravitasi dengan konstanta = 9,81 m/s2

GD2kop = 0,0008 kg m/s2 x 4 x 9,81 m/s2

Sedangkan pada GD2rot = GD2rot = 10,4 kg.m2

Maka GD2 = 0,0313 kg.m2 + 10,4 kg.m2 GD2 = 10,4313 kg.m2

Dari perhitungan yang telah dilakukan, maka (Mdinamis) :

Mdinamis =

Momen yang terjadi pada poros motor penggerak (Mmotor) :

Mmotor = 30,275kg.m + 50,206 kg.m

Mmotor = 80,481kg.m

Dengan demikian pemeriksaan pada motor terhadap beban lebih adalah :

rated motor M M

< 2,5 artinya nilai dibawah yang diizinkan pada catalog (2,5)

m

3.3.6 Perencanaan transmisi

Pada perencanaan transmisi mekanisme transversal trolley ini digunakan sistem roda gigi yang berfungsi untuk mereduksi putaran motor penggerak.Roda gigi yang dipakai adalah roda gigi lurus tiga tingkat roda gigi penggerak yang terpasang pada poros elektromotor. Pada sistem pengangkat ini digunakan sebuah elektromotor yang terpasang pada satu poros yang diantaranya dipasang transmisi

roda gigi yang meneruskan putaran ke drum. Adapun bentuk transmisi pada trolley dapat dilihat pada gambar dibawah ini :

Gambar 3.7 Mekanisme transmisi trolley

Dari perhitungan sebelumnya, telah diketahui bahwa untuk mekanisme trolley diperoleh :

• Daya motor penggerak, N1 = 85 Hp = 62,475 Kw

• Kecepatan gelinding rodatrolley, v = 2 m/det • Diameter drum, D = 908 mm

Dengan telah memperhitungkan putaran pada drum sebesarndrum = 44 rpm, yang

terdapat pada halaman 42, maka menentukan rasio (i) putaran antara elektromotor dengan drum, dimana putaran elektromotor sebesar nmotor = 1800 rpm

Perbandingan transmisi motor dengan drum adalah (i) =

i = drum motor n n

i =

i = 40,9

perbandingan transmisi roda gigi tingkat pertama dan kedua diambil i1 = 3,5 dan i2 =

3,8. Sehingga pada i3 =

i3 = = 4,1

3.3.6.1Perencanaan Dimensi Roda Gigitingkat I dan II

Daya dari poros elektromotor diteruskan ke poros roda gigi tingkat pertama sehingga dapat direncanakan ukuran-ukuran roda gigi 1 dan 2, dimana transmisi tingkat pertama yaitu :

• rasio i1 = 3,5

• nmotor = n1 n1 = 1800 rpm

• Jumlah gigi roda gigi 1 Z1 = 30 gigi (direncanakan)

= 3,5 . 30 = 105 gigi • putaran poros roda gigi 2 dan 3 n2 = 514 rpm

• Sudut tekan α = 200

• Modul m = 5 mm

• Lebar gigi b = 10-16 (lit 4 hal : 240)

= 10 . 5 = 50 mm

• Tinggi kepala gigi (Adendum) hk = 5 mm (lit 4 hal : 219)

• Tinggi kaki gigi (Dedendum) hf = 1,25 . m (lit 4 hal : 219)

= 1,25 . 5 = 6,25 mm

• Jarak sumbu poros a = (lit 4 hal : 220)

= 2

) 105 30 ( 5 +

= 337,5 mm

• Diameter lingkar jarak bagi d01 = Z1 . m (lit 4 hal :220)

= 30 . 5 = 150 mm d02 = Z2 .m

= 105 . 5 = 525 mm

• Diameter lingkar dasar dg1 = Z1 .m . cos 20 (lit 4 hal 220)

=30 . 5. 0,93 = 140,95 mm dg2 = Z2 .m .cos 20

= (30 + 2) 5 = 160 mm dk2 = (Z2 + 2) m

= (105 + 2) 5 = 535 mm

• Kelonggaran puncak ck = 0,25 . 5 (lit 4 hal : 219)

= 1,25 mm

• Jarak bagi to =π . m (lit 4 hal :220)

= 3,14 . 5 = 15,7 mm • Jarak bagi normal te = π . m cos 20

= 3,14 . 5 . 0,93 = 14,60 mm • Tinggi gigi H = 2 . m + ck (lit 4 hal :220)

= 2 . 5 + 1,25 =11,25 mm

• Tebal gigi S01=S02 =

2 .m π

= 2

5 . 14 , 3

= 7,14 mm

• Diameter kaki df1 = (Z1 – 2) . m – 2 . ck

= (30 – 2) . 5 – 2 . 1,25 = 137,5 mm

df2 = (105 – 2) . 5 – 2 .1,25

Gambar 3.8 Nama-nama bagian roda gigi

Pada roda gigi tingkat satu ini perlu untuk diperhitungkan karena saat electromotor berputar maka secara otomatis roda gigi tingkat satu ini akan berputar dan meneruskan putaran ke roda gigi tingkat selanjutnya, akibat berputarnya roda gigi secara otomatis roda gigi akan mengalami benturan dan gesekan dan biasanya, kekuatan gigi terhadap lenturan dan tekanan permukaan merupakan hal yang terpenting untuk diperhatikan.

Kecepatan (v) keliling roda gigi I dan II dapat dihitung dengan rumus :

v =

1000 . 60

. .d01n1 π

(lit 4hal : 238)

Dimana : d01 = diameter lingkaran jarak bagi = 150 mm

d02 = diameter lingkaran jarak bagi = 525 mm

n = putaran elektromotor = 1800 rpm 60 = dalam 1 menit

maka v1 =

Akibat gaya tangensial (Ft) berkerja pada roda gigi maka tegangan lentur (σb) juga

terjadi dengan rumus : Ft= σb.b.m.Y.fv

+ = 0,298 faktor dinamis yang ditentukan dari kecepatan

Tegangan lentur pada roda gigi 2 σb2 =

298 , 0 . 446 , 0 . 5 . 50

460,51

= 14 kg/mm2

Dari perhitungan diatas maka untuk roda gigi 1 dan 2 dan jenis bahan yang dipilih ialah baja S15CK dimana jenis bahan ini ialah baja paduan dengan pengerasan kulit dengan kekuatan tarik yang diizinkan B= 50 kg/mm2 , dan tegangan lentur yang

diizinkan a = 30 kg/mm2, dengan kekerasan Brinell (HB) sebesar 400 (dicelup

dingin dalam minyak) dalam perancangan pada roda gigi ini bahwa σa> σbyang

artinya tegangan lentur yang diizinkan harus lebih besar dari pada tegangan lentur yang terjadi.

Gambar 3.9 Gaya pada gigi 3.3.6.2 Perencanaan Dimensi Roda Gigi Tingkat II dan III

Daya dari poros elektromotor diteruskan ke poros roda gigi tingkat pertama kemudian roda gigi tingkat pertama meneruskan putaran ke roda gigi tingkat dua, dan roda gigi tingkat dua dapat dihitung seperti dengan roda gigi tingkat pertama, ukuran-ukuran pada roda gigi tingkat dua ini gigi 3 dan gigi 4 ialah:

• Rasio i2 = 2,8

• Putaran n2=n₃ = 514 rpm

• Jumlah gigi Z4 = 84 gigi

• Putaran n4 = 183 rpm

• Sudut tekan α = 200

• Modul m = 6

• Lebar gigi b = 60 mm

• Tinggi kepala gigi hk = 6 mm

• Tinggi kaki gigi hf = 7,5 mm

• Jarak sumbu poros a = 342 mm

• Diameter lingkar jarak bagi d03 = 180 mm

d04 = 504 mm

• Diameter lingkar dasar dg3 = 167,4 mm

dg4 = 468,72mm

• Diameter lingkar kepala dk3 = 192 mm

dk4 = 516 mm

• Kelonggaran puncak ck = 1,5 mm

• Jarak bagi to = 18,84 mm

• Jarak bagi normal te = 17,52 mm

• Tinggi gigi H = 13,5 mm

• Tebal gigi S03=S04 = 9,42 mm

• Diameter kaki df3 = 165 mm

• Kecepatan (v) keliling roda gigi 3 dan 4 v = 2,61 m/s

• beban gaya tangensial (Ft) Ft = 2491,37 kg

• Tegangan lentur pada roda gigi 3

σb3 =

mm =36,47 kg/mm

2

• Tegangan lentur pada roda gigi 4

σb4 =

Dari perhitungan diatas maka untuk roda gigi 3 dan 4 jenis bahan yang dipilih ialah baja SNC 22 dimana jenis bahan ini ialah baja paduan dengan pengerasan kulit dengan kekuatan tarik yang diizinkan B = 100 kg/mm2 , dan tegangan lentur yang

diizinkan a = 40-55 kg/mm2.

3.3.6.3Perencanaan Dimensi Roda Gigi Tingkat III dan IV

• Modul m = 6

• Lebar gigi b = 60 mm

• Tinggi kepala gigi hk = 6 mm

• Tinggi kaki gigi hf = 7,5 mm

• Jarak sumbu poros a = 459 mm

• Diameter lingkar jarak bagi d05 = 180 mm

d06 = 738 mm

• Diameter lingkar dasar dg5 = 167,4 mm

dg6 = 686,34 mm

• Diameter lingkar kepala dk5 = 192 mm

dk6 = 750 mm

• Kelonggaran puncak ck = 1,5 mm

• Jarak bagi to = 18,84 mm

• Jarak bagi normal te = 17,52 mm

• Tinggi gigi H = 13,5 mm

• Tebal gigi S03=S04 = 9,42 mm

• Diameter kaki df5 = 165 mm

df6 = 327mm

• Kecepatan (v) keliling roda gigi 3 dan 4 v = 0,89 m/s

• beban gaya tangensial (Ft) Ft = 7277,52 kg

Tegangan lentur pada roda gigi 6 σb6 = 63,83kg/mm2

Dari perhitungan diatas maka untuk roda gigi 5 dan 6 jenis bahan yang dipilih ialah baja SUP 6 dimana jenis bahan ini ialah baja paduan dengan pengerasan kulit

dengan kekuatan tarik yang diizinkan σB = 110 kg/mm2 , dan tegangan lentur yang

diizinkan σa = 110 kg/mm2

3.3.7 Perencanaan Sistem Rem (Brake)

Pada perencanaa rem yang terdapat pada trolley ini saat membawa beban ialah jenis rem blok ganda. Yang dikatrol dengan sistem elektromotor, seperti yang terlihat pada gambar dibawah ini:

Gambar 3.10 Rem sepatu ganda

Untuk daya pengereman statik ialah :

Nbr =

η . 75

.v W

(lit 1 Hal 292)

Dimana :

W = Tahanan total = 2211,196 kg

η = Efisiensi total mekanisme = 0,85

sehingga daya pengereman Nbr

Nbr =

Nbr = 72,26 hp

Nbr = 72,26 x 0,75 = 54,2 kW

Momen statis pada saat pengereman adalah :

Mst = 71.620

br br n N

(lit 1 hal 292)

Mst = 71.620 = 5307,960 kg cm= 53,07960 kg m

Momen gaya dinamik saat pengereman adalah :

Mdin =

br

br nt

V W t

n GD

. . . 975 , 0 .

375 .

. 2 2η

δ ₊

(lit, 1 hal 297)

dimana :

tbr = Waktu untuk pengereman dalam detik sebesar = 1 detik

δ = koefisien untuk memperhitungkan efek masa bagian mekanisme

transmisi (δ = 1,1 – 2,5) diambil 2

Mdin =

Mdin = 54,08 kg m + 7,518 kg m

Mdin = 61,598 kg m

Sehingga momen brake (Mbrake)

60° e+e`

e

e`

a` c`

c

a

F

Q

f

f

C

B

A

Mbrake = 61,598 kg m - 57,66328 kg m

Mbrake = 3,934 kg m

Dengan momen torsi (T) yang diserap oleh rem :

T = 9,74 x 105 (1.3) (lit 4 hal 7)

T = 9,74 x 105 T = 33805,91kg mm Dimana :

D = diameter roda rem (direncanakan 400 mm = 0,4 m)

μ = koefisiengesekan(0,45-0,35) diambil 0,45 dengan bahan yang digunakan ialah

rem asbes yang dilapisi jalinan serat kuningan (Lit 1, hal 144) maka

Gambar 3.11 Gaya yang berkerja pada rem

Dengan gaya yang terjadi pada tuas adalah (Q)

T = μ .Q . D (3.45) (lit 4 hal 83)

33805,91kg mm = 0,45 . Q . 400 mm

Sehingga gaya gesek yang terjadi pada rem (f) :

T = f . D (3.46) (lit 4 hal 83)

f = = 84,51 kg

mencari tinggi sepatu rem (h) :

α = sudut kontak antara roda dan sepatu rem (600

s/d 1200) diambil 600(lit 1, hal 168)

h = D sin ( ) (3.44) (lit 4 hal 80)

h = 400 mm .sin 300 h = 200 mm

maka tekanan kontak (p) dari permukaan blok adalah :

dengan lebar sepatu rem sebesar (b) = 125 mm yang telah ditentukan dari diameter

roda rem sebesar 400 mm (lit 1 hal 176)

p = (3.43) (lit 4 hal 80)

p = = 0,751 kg/cm2

dengan ukuran-ukuran dimensi rem yang ada pada gambar di atas 3.11 C=c’ = engkol bel sepanjang 160 mm (direncanakan) c = tinggi penyambung tuas pada sisi kanan 65 mm (direncanakan) e+e’ = panjang tuas rem 450 mm (direncanakan) a + a’ = panjang tuas A 260 mm (direncanakan) dengan mencari besar gaya yang terjadi untuk menghentikan putaran roda (F) :

187,81 kg = F x x x 187,81 kg = F x 3,463

F = = 54,28kg

3.3.8 Perencanaan Kopling

Kopling tetap adalah elemen mesin yang berfungsi meneruskan daya dan putaran dari poros penggerak ke poros yang digerakkan secara pasti (tanpa slip), dimana sumbu kedua poros tersebut terletak pada suatu garis lurus atau dapat sedikit berbeda sumbunya.

Kopling yang terpakai pada motor penggerak trolley memakai sebuah kopling jenis flens kaku, adapun Data – data awal perencanaan, untuk menentukan jenis kopling :

Daya motor (P) = 85 Hp (62,475 kW) Putaran motor (n) = 1800 rpm

Diameter poros (D) = 63mm ,

Dari data-data tersebut maka ukuran-ukuran kopling dapat ditentukan dengan menggunakan tabel yang diambil dari buku Sularso halaman 31 dengan ukuran-ukuran yang ada sebagai berikut :

Tabel 3.5 Ukuran kopling

d

D C B G A K

F F

H H

E

L L

Dan dari ukuran ini akan digambarkan bentuk potongan kopling flens :

Gambar 3.12 kopling flens (JIS B 1451-1962)

Dari perhitungan di atas maka tegangan geser (σb) pada baut :

σb =

B n d

T

e . .

. 8

2

π (lit 2, hal : 34)

dimana : n = jumlah baut 6 biasanya dalam perhitungan bahwa hanya 50 % saja dari seluruh baut yang berjumlah n buah menerima seluruh beban secara merata, maka 50% dari 6 ialah 3.

B = jarak as kedua baut = 160 mm terdapat pada tabel 3.5 d = diameter baut = 14 mm terdapat pada tabel 3.5

T = momen puntir sebesar 33805,91 kg mm yang telah didapat dengan cara perhitungan pada halaman 48

Maka : σb =

σb = 0,700kg/mm2

sedangkan tegangan geser yang diizinkan ( ba) pada baut :

ba=

b b

B K Sf .

σ

(Lit 4, hal : 35)

Dimana :

σB = dengan bahan baut yang direncanakan S35C-D dengan kekuatan tarik σB = 60

kg/mm2. (lit 4, hal 33)

Sfb = faktor keamanan 6 (lit 4, hal 34)

Kb = faktor koreksi (1,5 s/d 3) diambil 2 (lit 4, hal 34)

Maka : ba=

2 . 6

/ 60kg mm2

ba= 5 kg/mm2

makapenggunaan baut dengan baja S35C-D aman untuk digunakan karena ba > σb,

yang artinya tegangan geser yang diizinkan lebih besar dari pada tegangan geser yang terjadi.

Tegangan geser yang terjadi pada kopling (σ_F) :

F σ =

F C

T . .

2 2

π (Lit 4, Hal : 34)

Dimana :

T = momen Puntir = 33805,91(kg mm)

Maka : σ_F =

F

σ = = 0,076 kg/mm2

Karena tegangan geser yang diizinkan di kenakan faktor koreksi (Kf) maka tegangan

geser dikenakan faktor koreksi juga dimana faktor koreksinya (Kf) = 2 s/d 3 diambil

3, maka 0,076. 3 = 0,288 kg/mm2

Tegangan geser yang diizinkan pada kopling flens (σ_Fa) :

Fa =

F F

B K Sf .

σ

(Lit 4hal : 35)

Bahan flens yang dipilih baja karbon tempa SF60 dengan kekuatan tarik yang

diizinkan σ_B = 70 kg/mm2, ditentukan dari tabel. (Lit 4 hal : 33)

Maka : Fa=

3 . 6

/ 70kg mm2

Fa= 3,888 kg/mm2

Dari perhitungan yang telah dilakukan maka Fa>σF, dengan ini bahan yang telah ditentukan untuk kopling ini aman digunakan.

3.3.9 Perhitungan Bantalan poros utama pada Transmisi Trolley

ditimbulkan oleh bantalan. Sebaliknya apabila kapasitas nominal dinamis spesifik (C) lebih kecil dari pada kapasitas nominal yang ditimbulkan oleh bantalan, maka bantalan akan mengalami kegagalan. Berikut ini akan dijabarkan perencanaan pada bantalan, seperti gambar pada halaman 64.

Gambar 3.13 potongan bantalan gelinding

Dimana beban nominal dinamis spesifik (C) :

fh = fn .

P C

(lit 4, hal 136)

C = fh

n f P

Mencari faktor umur ( fh ) :

Lh = 500 .fh3 (lit 4, hal 136)

fh3 =

dimana bantalan untuk permesinan serta umurnya (Lh) = 40000-60000 jam, pada

penggunaan poros transmisi dengan pemakaian terus-menerus dengan keandalan tinggi, diambil 60000 jam. Pada tabel 4.11 (Lit 4, Hal 137)

menentukan faktor kecepatan (fn) :

fn =

menentukan beban ekivalen dinamis (P) :

P = X V Fr + Y.Fa (lit 4 hal 136)

Dimana :

Fr = beban radial (kg) beban yang tegak lurus pada sumbu poros

Fa = beban aksial (kg) = 0, karena tidak ada pembebanan secara aksial atau tidak ada

beban yang sejajar dengan sumbu poros maka Fa dinyatakan 0.

X = baris tunggal (0,56) (lit 4, hal 135)

Y= baris tunggal (0,5) (lit 4, hal 135)

V = beban putar pada cincin luar (1,2) Mencari berat pada poros (WP) :

WP = volume x berat jenis benda

Dimana :l = panjang poros = 50 cm BJ = Berat Jenis baja 7,81 ton/m3 D = diameter poros 6,3 cm

Maka pembebanan ekivalen dinamis P : P = X V Fr + Y.Fa

P = 0,56 . 1. 147,642 N + 0,5 . 0 N P = 82,679 N

Maka beban spesifik dinamis nominal (C) :

Maka jenis bantalan yang dipilih dengan diameter bantalan 63 mm ialah Single RowDeep Groove Ball Bearing tipe RLS 20 dengan kapasitas beban spesifik dinamis nominal yang diizinkan sebesar Cizin = 60500 N, dengan berat bearing 1,25

kg, yang terlampir pada lampiran 15

3.4 Perancangan Pada Spreader

Spreader direncanakan untuk mengangkat beban dengan kapasitas besar, dimana sewaktu spreader mengangkat beban batang spreaderakan mengalami pembebanan secara merata maka dari itu untuk mencari berapa besar kekuatan batang spreader dan kekuatan twist lock saat mengalami pembebanan.

Dimana spesifikasi pada spreader ini : • Merk : Bromma

• Serial no : 12791

• Panjang max : 40 feet

• Berat spreader : 10 ton

3.4.1 Perencanaan pada Batang Spreader