PERANCANGAN PERLENGKAPAN KERJA BACKHOE UNTUK MATERIAL BATUBARA

i

BACKHOE UNTUK MATERIAL BATUBARA

Tugas Akhir

Untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan Mencapai Derajat Sarjana S-1

Program Studi Teknik Mesin

Jurusan Teknik Mesin Disusun oleh Antonius Aan Arianto

NIM : 035214042

Program Studi Teknik Mesin

Fakultas Sains dan Teknologi

Universitas Sanata Dharma

Yogyakarta

2008

i

EQUIPMENT DESIGNING

OF COAL BACKHOE

Final Project

Pressented as Partial Fulfillment of the Requirements to Obtain the Technical Engineer Degree

in Mechanical Engineering

By

Antonius Aan Arianto Student number : 035214042

Mechanical Engineering Study Program

Sience And Technologi Faculty

Sanata Dharma University

Yogyakarta

iv

Dengan ini, saya menyatakan bahwa dalam Tugas Akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi dan sepanjang sepengetahuan saya tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Yogyakarta, 02 Februari 2008 Penulis

v

Intisari

Backhoe memiliki peran sangat penting dalam proses pekerjan yang berhubungan dengan proses penggalian. Bucket, stick, boom merupakan perlengkapan kerja backhoe yang digerakkan menggunakan sistem hidrolik double action. Pada tugas akhir ini akan dirancang silinder hidrolik boom, silinder hidrolik stick, silinder hidrolik bucket, dengan kapasitas bucket 10 meter kubik untuk mengerjakan jenis material batubara.

Perhitungan silinder hidrolik boom, silinder hidrolik stick, silinder hidrolik bucket ditinjau secara statis pada kondisi jangkauan gali datar terjauh (maximum digging reach at ground level) dan pada saat bucket bermuatan penuh.

Beban saat melakukan digging diperoleh lebih kecil (5562 kg), dibandingkan pada saat bermuatan penuh (120270 kg), sehingga diperoleh diameter kepala piston silinder hidrolik bucket 150 mm dengan diameter batang piston 90 mm dan panjang batang piston 1900 mm. Diameter kepala piston silinder hidrolik stick 160 mm dengan diameter batang piston 100 mm dan panjang batang piston 2120 mm. Diameter kepala piston silinder hidrolik boom 210 mm dengan diameter batang piston 130 mm dan panjang batang piston 2650 mm.

vi

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma : Nama : Antonius Aan Arianto

Nomor Mahasiswa : 035214042

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma, ilmiah saya yang berjudul :

PERANCANGAN PERLENGKAPAN KERJA BACKHOE UNTUK MATERIAL BATUBARA

Berserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalty kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya Dibuat di Yogyakarta

Pada tanggal : 02 Februari 2008 Yang menyatakan

vii Kata Pengantar

Puji syukur kepada Allah Bapa yang telah menganugerahkan berkat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul ” Perancangan Perlengkapan Kerja Backhoe Untuk Material Batubara ”. Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat yang harus ditempuh untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih atas segala bantuan, saran dan fasilitas, sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan, kepada :

1. Ir. Greg. Heliarko, S.J., S.S., B.S.T., M.A., M.Sc. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

2. Budi Sugiharto, S.T., M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin, dan sebagai pembimbing tugas akhir.

3. Segenap dosen dan karyawan Program Studi Teknik Mesin. 4. Bapak dan Ibu yang telah memberikan cinta, doa restu

5. Victorinus Arbe, Sepi Agus Mindarto, Ricky Fernando, Putu Adi Nugroho, Galih Permadi, J.B. Karisma Pribadi, Lorensius Hendri, Indrawan Taufik, dkk, yang telah banyak membantu dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

6. Nindy Noranda Triastrisna, Danang, dan keluarga besar R. Gito Soewarno atas dukungan dan semangatnya.

viii ini.

Penulis sadar bahwa Tugas Akhir ini tidak terlepas dari kekurangan, oleh karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun akan selalu diterima supaya laporan Tugas Akhir ini dapat berguna bagi orang lain khususnya teman-teman teknik mesin.

Yogyakarta, 2 Februari 2008 Hormat kami

ix

Daftar Isi

Halaman Judul ... i

Halaman Pengesahan Pembimbing...ii

Halaman Pengesahan ... iii

Halaman Pernyataan ... iv

Intisari ...v

Halaman Pernyataan Persetujuan Publikasi ... vi

Kata Pengantar ...vii

Daftar Isi ... ix Daftar Gambar ... xi BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ...1 1.2 Permasalah ...2 1.3 Pemecahan Masalah ...3 1.4 Batasan Masalah...3

BAB II DASAR TEORI 2.1 Profil Batubara ...4

2.2 Excavator Backhoe...6

2.3 Klasifikasi Alat Berat ...7

2.4 Dasar Pemilihan Alat Berat...9

x

3.1 Perancangan Perlengkapan Kerja (Attachment)...12

3.2 Perhitungan Komponen Pengoprasian...13

3.3 Perancangan Bucket ...13

3.3.1 Perhitungan Silinder Bucket saat Penetrasi...17

3.3.2 Perhitungan Silinder Bucket saat Bermuatan...20

3.3.3 Perhitungan Batang Piston Silinder Bucket ...23

3.4 Perancangan Stick ...25

3.4.1 Perhitungan Silinder Stick saat Penetrasi ...25

3.4.2 Perhitungan Silinder Stick saat Bermuatan ...26

3.4.3 Perhitungan Batang Piston Silinder Stick...29

3.5 Perancangan Lengan Boom...29

3.4.1 Perhitungan Silinder Boom saat Penetrasi...30

3.4.2 Perhitungan Silinder Boom saat Bermuatan...31

3.4.3 Perhitungan Batang Piston Silinder Boom ...33

BAB IV PENUTUP 4.1 Kesimpulan ...34

4.2 Saran ...34

Daftar Pustaka ...35 Lampiran

xi

Daftar Gambar

Gambar 2.1 Jangkauan Gali Backhoe ...10

Gambar 3.1 Penampang Bucket...14

Gambar 3.2 Gaya pada bucket dan gaya pada silinder peralatan kerja...18

Gambar 3.3 Pembebanan pada silinder saat bermuatan...20

Gambar 3.4 Gaya Pada Bucket dan Silinder Bucket ...21

Gambar 3.5 Rencana Bentuk Stick ...25

Gambar 3.6 Gaya yang dialami silinder stick saat bucket bermuatan ...27

Gambar 3.7 Perencanaan lengan boom ...30

1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Negara Indonesia merupakan negara kepulauan yang di dalamnya banyak terkandung hasil alam yang dapat dimanfaatkan untuk kebutuhan manusia, misalnya hasil pertambangan, salah satu contohnya ialah tambang batubara. Potensi sumber daya batubara di Indonesia sangat melimpah, terutama di pulau kalimantan, pulau sumatra. Sedangkan daerah lain dapat dijumpai batubara walaupun dalam jumlah kecil dan belum dapat ditentukan keekonomisanya, seperti Jawa Barat, Jawa Tengah, Papua, dan Sulawesi. Untuk memperoleh batubara yang terpendam di bawah lapisan tanah dengan kedalaman permukaan batubara berkisar antara 100m - 350m tidak mudah. Sehingga dibutuhkan peralatan yang dapat mempermudah proses pengambilan batubara agar dapat dimanfaatkan untuk memenuhi kebutuhan manusia.

Selain kaya dengan hasil alam, Indonesia juga menjadi negara yang sedang berkembang. Sebagai negara yang sedang berkembang, banyak dilakukan pembangunan untuk pemerataan pembangunan. Pembangunan yang dilaksanakan membutuhkan pengadaan peralatan, dalam hal ini mesin atau sering disebut alat berat, agar dapat membantu mempercepat terselesaikannya program pembangunan. Pengadaan mesin / peralatan berat umumya disebabkan oleh keterbatasan tenaga manusia untuk menyelesaikan suatu pekerjaan secara manual

2

dengan alat-alat konvensional. Selain itu, faktor ketersediaan waktu dalam menyelesaikan pekerjaan yang relatif pendek juga menentukan.

Pekerjaan yang dimaksud ialah pekerjaan-pekerjaan dalam skala cukup besar yang membutuhkan tenaga lebih besar dan waktu yang relatif pendek, misalnya pengerukan atau penggalian membutuhkan backhoe atau clamshell, perataan / pembentukan permukaan tanah dapat menggunakan motor grader, sedangkan pemampatan / memadatkan permukaan tanah dapat dipakai roller, sedangkan untuk pengangkutan material yang akan dipindahkan dengan jarak yang relatif jauh dapat menggunakan dump truck

1.2 Permasalahan

Permasalahan yang dihadapi ialah dibutuhkan pengadaan peralatan untuk pemerataan pembangunan. Selain permasalahan tersebut permasalahan lain yang dihadapi yaitu dibutuhkan peralatan untuk mendapatkan batubara dari dalam tanah. Peralatan tersebut digunakan dalam proses pengambilan batubara, baik proses pembukaan lahan maupun proses penambangan yaitu menggali / mengeruk batubara yang sulit dijangkau dengan alat-alat konvensional. Adanya mesin / alat berat yang dapat membantu pengambilan batubara, diharapkan dapat membuat pekerjaan manusia menjadi lebih mudah dan cepat. Peralatan yang dimaksudkan yaitu excavator backhoe, excavator backhoe yang mempunyai kemampuan dalam proses penambangan batubara.

1.3 Pemecahan Masalah

Pada kesempatan ini akan dirancang perlengkapan kerja backhoe yang memiliki kemampuan untuk pemindahan material batubara. Selain memecahkan permasalahan yang dihadapi, tujuan perancangan peralatan kerja backhoe yaitu untuk mengetahui perhitungan peralatan kerja excavator backhoe, lebih khususnya perhitungan bucket, arm, boom, dan sistem hidraulik untuk menggerakan peralatan kerja tersebut

1.4 Batasan Masalah

Dalam perancangan perlengkapan kerja backhoe ini dibatasi permasalahan pada hal-hal sebagai berikut :

1. Perancangan silinder bucket, 2. Perancangan silinder arm, 3. Perancangan silinder boom,

Agar perancangan alat dapat berfungsi untuk mengerjakan pengolahan suatu material batubara, sebagai syarat perancangan salah satunya harus mengetahui sifat, karakteristik material yang akan dikerjakan dengan peralatan tersebut.

4 BAB II

DASAR TEORI

2.1 Profil Batubara

Batubara adalah salah satu bahan bakar fosil dan merupakan batuan organik. Pengertian umumnya yaitu batuan sedimen yang dapat terbakar, terbentuk dari endapan organik, utamanya adalah sisa-sisa tumbuhan dan terbentuk melalui proses pembatubaraan (coalification) yaitu proses perubahan sisa-sisa tanaman menjadi gambut sampai menjadi batubara dan berlangsung selama jutaan tahun. Proses pembentukan batubara ada 2 tahap proses yang terjadi. Proses tersebut ialah :

• Tahap Diagenetik atau Biokimia, dimulai pada saat material tanaman

terdeposisi hingga lignit terbentuk.

• Tahap Malihan atau Geokimia, meliputi proses perubahan dari lignit

menjadi bituminus dan akhirnya antrasit

Batubara di alam ditemukan dalam berbagai macam jenis dan karakteristik yang berbeda-beda hal ini disebabkan beberapa faktor. Faktor penyebab terjadinya batubara yang memiliki jenis dan karakteristik berbeda antara lain :

- Tumbuhan purba yang jenisnya berbeda sesuai jaman geologi dan lokasi tempat tumbuh,

- Lokasi pengendapan (sedimentasi) tumbuhan

- Pengaruh tekanan batuan dan panas bumi dan perubahan geologi yang berlangsung.

Dari faktor tersebut batubara memiliki tingkat kekerasan yang berbeda-beda tergantung nilai HGI, semakin rendah nilai HGI maka tingkat kekerasan batubara akan semakin keras. Dari data penyelidikan bersistem dalam cekungan Sumatra Selatan di Daerah Nibung dan sekitarnya diperoleh nilai kekerasan batubara berkisar 49 - 73 sehingga batubara tersebut tergolong lunak, sedangkan lapisan Suban sangat keras dengan nilai HGI 21.

Berdasarkan proses pembentukan yang dikontrol oleh tekanan, panas dan waktu, batubara umumnya dibagi dalam lima kelas: antrasit, bituminus, sub-bituminus, lignit dan gambut.

• Antrasit adalah kelas batubara tertinggi, dengan warna hitam

berkilauan (luster) metalik, mengandung antara 86% - 98% unsur karbon (C) dengan kadar air kurang dari 8%.

• Bituminus mengandung 68 – 86% unsurkarbon (C) dan berkadar air 8 - 10% dari beratnya. Kelas batubara yang paling banyak ditambang di Australia.

• Sub-bituminus mengandung sedikit karbon dan banyak air, dan oleh karenanya menjadi sumber panas yang kurang efisien dibandingkan dengan bituminus.

• Lignit atau batubara coklat adalah batubara yang sangat lunak yang

mengandung air 35 - 75% dari beratnya.

• Gambut, berpori dan memiliki kadar air di atas 75% serta nilai kalori

6

2.2 Excavator Backhoe

Backhoe sering disebut Pull Shovel menggunakan prime mover excavator, perlu diketahui bagian-bagian excavator, bagian utama excavator antara lain sebagai berikut :

- Bagian atas revolving unit (bagian yang dapat berputar) - Bagian bawah travel unit (bagian untuk berpindah / berjalan)

- Bagian attachment (bagian yang dapat diganti - ganti untuk menyesuaikan pekerjaan)

Backhoe merupakan golongan shovel yang didesain khusus untuk menggali material yang berada di bawah kedudukan alat gali. Pekerjaan menggali di bawah permukaan misalnya membuat parit, membuat lubang untuk fondasi bangunan, membuat lubang untuk menempatkan pipa dan sebagainya.

Tipe backhoe dibedakan dalam beberapa hal antara lain dilihat dari sistem kendali dan dilihat dari sistem penggerak untuk pindah (undercarriage). Dilihat dari penggeraknya dapat digunakan penggerak dengan roda kelabang (crawler mounted) dan penggerak dengan roda karet (whell mounted). Sedangkan pembagian menurut sistem kendali dapat dibadakan menjadi sistem kendali dengan menggunakan kabel (cable controlled) dan sistem kendali dengan hidrolis (hidraulic controlled). Pada umumnya backhoe dengan kendali kabel sudah jarang dijumpai, saat ini sudah beralih backhoe dengan kendali hidrolis sebab lebih banyak keuntungan yang diperoleh. Keuntungan pengoprasian backhoe dengan kendali hidrolis antara lain :

- Kontrol penuh terhadap peralatan (attachment) - Efisiensi tinggi

- Mudah dan cepat digunakan

- Menawarkan ketepatan dan ketelitian pekerjaan.

2.3 Klasifikasi Alat Berat

Berbagai macam pembangunan dengan bermacam - macam variasi pekerjaan yang menuntut efisiensi yang tinggi, sangat dibutuhkan pengadaan alat berat yang beraneka ragam untuk menyesuaikan jenis pekerjaan yang harus diselesaikan. Dengan tuntutan tersebut maka alat berat yang tersedia juga beraneka ragam. Keanekaragaman alat berat dapat diklasifikasikan menjadi : 2.3.1 Pengelompokan alat berat berdasar penggerak utama

1. Penggerak utama berupa traktor, alat berat dapat dibedakan menjadi : Ø Bulldozer sebagai alat gusur

Ø Ripper sebagai alat pembajak Ø Screpper sebagai alat pengelupas Ø Graders sebagai pembentuk permukaan Ø Loder sebagai alat pemuat.

2. Penggerak utama berupa Excavator, alat barat dapat dibedakan menjadi :

Ø Backhoe yaitu alat gali dengan arah penggalian kebelakang Ø Clamshell, alat untuk mengeduk dengan cara kerja menjepit Ø Skider, merupakan excavator untuk balok-balok kayu

8

Ø Dragline, excavator untuk mengeduk dengan cara kerja ditarik.

2.3.2 Pengelompokan alat berat selain berdasar pada fungsi : 1. Alat untuk pembersih lapangan :

Ø Bulldozer Ø Ripper

2. Alat untuk pengangkat dan pemuat :

Ø Backhoe

Ø Power shovel Ø Dragline Ø Clamshell Ø Loaders

3. Sebagai alat untuk penggali dan pengangkut : Ø Screpper

Ø Truck

4. Sebagai alat untuk pembentuk permukaan : Ø Motor Grader

5. Alat untuk pemadat permukaan : Ø Roller

Pengelompokan ini dengan tujuan untuk mempermudah dalam pemilihan alat berat agar dapat dipilih sesuai dengan medan yang akan dikerjakan, sehingga pengeluaran biaya dapat ditekan seminimal mungkin.

2.4 Dasar Pemilihan Alat Berat

Penggunaan alat berat sangat berhubungan dengan pekerjaan yang membutuhkan tenaga besar, pengerjaan yang cepat, dan yang paling penting efisien biaya yang dikeluarkan. Mengingat hal tersebut, maka untuk memilih alat berat yang akan digunakan tidak sembarangan. Untuk memilih alat berat yang tepat dan sesuai, maka perlu memperhatikan hal – hal sebagai berikut:

Ø Medan kerja / kondisi lapangan harus disesuaikan dengan alat, akan menggunakan mesin dengan roda ban atau beroda rantai (trackshoe) Ø Besar kecil / kapasitas perlatan yang digunakan,

Ø Kemampuan kerja dan waktu siklus yang di tempuh alat berat,

Ø Termasuk dalam pengoprasian alat berat harus dipilih tenaga operator yang terampil, sebab juga menentukan pengeluaran biaya. Alat berat biasanya dibuat dengan berbagai macam tipe peralatan (attachment), dengan tujuan agar disesuaikan dengan kwantitas dan kwalitas pekerjaan. Oleh sebab itu alat yang dipilih harus sesuai, dengan pemilihan yang tepat maka hasil pekerjaan diharapkan sesuai dengan keinginan.

2.5 Cara Kerja Backhoe

Sebelum melakukan pekerjaan dengan backhoe sebaiknya dipelajari tentang kemampuan alat tersebut, terutama tentang jarak jangkauan, tinggi maksimal pembuangan dan kedalaman galian yang mampu dicapai agar diperoleh pemilihan alat yang tepat. Untuk mulai menggali dengan backhoe, bucket dijulurkan ke depan tempat galian posisi yang diinginkan, bucket diayunkan ke

10

bawah seperti gerakan mencangkul kemudian lengan bucket diputar kearah kabin tempat operator berada. Setelah bucket terisi penuh kemudian backet diangkat dari tempat penggalian dan melakukan swing (gerak mengayun) bila diperlukan untuk memindahkan material,langsung ke truck atau tempat penampungan yang lain.

Gambar 1.1.memperlihatkan kemampuan jangkauan gali maksimal backhoe dari posisi tertinggi, terjauh, dan jangkauan gali terdalam.

Gambar 2.1 Jangkauan Gali Backhoe Keterangan gambar :

∼ A. Tinggi gali maksimal

∼ B. Tinggi buang maksimal

∼ D. Kedalaman gali permukaan

∼ E. Kedalaman gali maksimal

∼ F. Jangkauan gali mendatar

∼ G. Jangkauan gali maksimal permukaan tanah mendatar

12 BAB III

PERANCANGAN PERLENGKAPAN KERJA BACKHOE

3.1 Perancangan Peralatan Kerja (Attachment)

Perancangan alat berat disesuaikan dengan tujuan yang ingin dicapai, sehingga perlu diketahui tempat beroperasi dan pekerjaan yang akan dilakukan. Faktor dasar penunjang perancangan juga perlu diketahui dalam perancangan alat berat, dengan harapan agar perancangan berjalan lancar dan memiliki daya guna serta nilai jual dengan hasil rancangannya. Hal yang paling penting dari perancangan alat berat ialah daya mekanis yang dihasilkan. Daya mekanis yang dihasilkan tergantung oleh berat ringan, besar dan kecil dimensi peralatan. Daya mekanis mempengaruhi unjuk kerja, maka perlu diketahui daya mekanis minimal yang diperlukan untuk sistem operasi peralatan yang akan dirancang.

Perancangan peralatan kerja backhoe untuk material batubara yang dikhususkan pada perancangan peralatan kerja yaitu silinder bucket, silinder arm, silinder boom. Perancangan peralatan kerja backhoe menurut standard Liebherr direncanakan memiliki jangkauan maksimal gali mendatar (digging reach) 20000 mm. Panjang jangkauan ini terbagi menjadi tiga bagian yaitu panjang jangkauan boom 11000 mm, panjang jangkauan stick 6800mm, dan panjang jangkauan bucket 2900 mm.

3.2 Perhitungan Komponen Pengoperasian Pemotongan, Pengangkatan, Gerakan Ayun(Swing), dan Penumpahan Pada Unit Utama

Perhitungan dimulai dari setiap bagian peralatan kerja (attachment) untuk menggali, mengangkat, dan menumpahkan material batubara yang dipindahkan. Setiap elemen yang bekerja berhubungan dengan kestabilan excavator yang digunakan sebab setiap elemen memiliki gaya / berat yang mempengaruhi kerja unit utama.

Gaya yang mempengaruhi kerja unit utama ialah :

1. Berat material yang ditampung bucket (berat muatan) Berat peralatan, antara lain :

- Berat bucket dan cylinder hydraulic bucket - Berat arm dan cylinder hydraulic stick - Berat boom dan cylinder hydraulic boom 2. Gaya untuk menggali dan mengayun

3. Gaya tambahan untuk kestabilitasan peralatan.

Gaya tersebut akan mempengaruhi perhitungan unit utama, terutama untuk perhitungan daya pada sistem hidrolik yang digunakan.

3.3 Perancangan Bucket

Bucket merupakan bagian terpenting dari perancangan peralatan kerja backhoe, sebab bucket dijadikan patokan untuk melakukan perhitungan-perhitungan peralatan kerja berikutnya, dari stick, boom, sistem hidrolik peralatan dan mesin yang akan digunakan. Dalam hal ini perancangan bucket dimaksudkan

14

untuk menggali batubara, stick untuk menopang bucket dan boom untuk menopang bucket dan arm. Bucket merupakan acuan untuk perhitungan maka perlu ditentukan kapasitas bucket yang akan dirancang. Bucket yang akan dirancang memiliki kapasitas yang cukup besar, yaitu 10m3. Gambar 3.1 memberikan keterangan dimensi bucket

Gambar 3.1 Penampang Bucket Keterangan gambar :

- W = lebar bucket; A = luas penampang bucket; b = panjang bucket Sesuai aturan standar, kapasitas bucket terdiri dari dua kapasitas yaitu : a. Kapasitas peres (struck capacity) yaitu :

Volume bucket yang dibatasi oleh permukaan bucket dan strike plane b. Kapasitas munjung (heaped capacity) yaitu :

Kapasitas yang terdiri dari dua bagian, yaitu kapasitas peres ditambah dengan kapasitas yang berada di atas kapasitas peres.

Sesuai ukuran standar Liebherr R 984 C diperoleh ukuran standar bucket : W = 2800 mm; b = 2850 mm; dan kapasitas bucket (V ) =R

3 m 10

Berdasar spesifikasi standar, dapat ditentukan kapasitas peres bucket (V )S dengan persamaan : Kapasitas munjung (V ) :_R 24 8 3 2 b W b V V_R = _S + × − 3 m 10 = V +S 24 ) 85 , 2 ( 8 ) 8 , 2 85 , 2 ( 2 2 − × S V =10m3 -24 ) 85 , 2 ( 8 ) 8 , 2 85 , 2 ( 2 2 − × S V = 7,98 m3

Kapasitas peres merupakan hasil perkalian antara luas penampang bucket dengan lebar bucket. Secara matematik dapat dicari dengan persamaan berikut :

Kapasitas peres (V ) :_S W A× = S V

Maka dapat diperoleh luas penampang bucket (A) : 7,98 m =3 A×2,8m A = m 8 , 2 m 98 , 7 3 A = 2,85 m2

Bucket dapat berfungsi untuk melakukan pekerjaan menggali dan memuat material setelah dirangkai dengan stick sebagai penopang dan silinder hidrolik bucket sebagai penyalur daya untuk menggerakan bucket. Dengan demikian perlu dirancang mekanisme lengan penopang bucket yang dapat bergerak bebas agar

16

excavator dapat bekerja tanpa mengalami kesulitan yang mempengaruhi kerja peralatan (attachment). Bucket juga bekerja sebagai pemotong dan pemuat material, sehingga perlu dipertimbangkan bentuk dari bucket tersebut.

Bucket direncanakan berbentuk cekung, dengan maksud untuk mengurangi hambatan saat melakukan pemotongan material. Bucket harus memiliki kemampuan menahan tegangan lengkung agar mampu bekerja di medan yang terberat sekalipun. Bucket dilengkapi dengan pisau – pisau dan gigi bucket. Pemasangan pisau dan gigi bucket tersebut bertujuan untuk memudahkan pemotongan material. Setelah berulang kali pemakaian, pisau dan gigi bucket mengalami keausan, sehingga perlu diganti. Pisau dan gigi bucket dipasang dengan cara dibaut, sehingga mudah dilepas saat penggantian apabila telah aus, dan dapat diasah bila diperlukan. Pengasahan dimaksudkan untuk mengembalikan ketajaman pisau bucket.

Faktor yang mempengaruhi umur pisau antara lain :

- Ukuran dan tingkat kekerasan material yang dipotong - Keadaan material basah atau kering

- Sifat kohesi dan adhesi material

Faktor di atas sangat mempengaruhi gaya geser dan gaya tekan pada pisau dan gigi bucket, pisau dan gigi bucket mendapatkan gaya geser dan gaya tekan lebih besar saat mengerjakan material dalam keadaan alam (bank measure), bila dibandingkan dengan material dalam keadaan lepas (loose measure) untuk jenis material yang sama. Untuk dapat menggali batubara perlu ditentukan besarnya gaya untuk menembus batubara, disebut gaya penetrasi, karena besar gaya untuk

melakukan penetrasi ditentukan juga oleh material yang dikerjakan. Besarnya gaya penetrasi dicari dengan persamaan 3.1 berikut :

A C K × × = p F ...(3.1) - K = Koefisien (2,4-4) - C = tahanan kohesi (0,96-1,97 Kg/cm )2 - A = luas pisau (cm )2

Bucket yang direncanakan berkapasitas 10m , memiliki lebar (W) 28003 mm, jumlah gigi bucked 5 buah, dan berat 6540 Kg. Dengan spesifikasi tersebut maka dapat dicari besarnya gaya penetrasi yang dapat ditopang bucked dengan persamaan 3.1.

- Jumlah gigi bucket = 5 buah

- Luas satu buah gigi = 2 × 20 = 40 2 cm

Luas (A) 5 buah gigi = 5 × 40 cm = 2002 cm2 Sehingga dapat dihitung gaya penetrasi :

- Fp = 4 × 1,97 × 200 = 1576 Kg

3.3.1 Perhitungan Silinder Bucket Saat Penetrasi

Perhitungan gaya penetrasi tersebut memberikan keterangan gaya untuk melakukan penembusan batubara dalam keadaan alam sebesar 1576 Kg, sehinga silinder bucked harus dirancang mampu menghasilkan gaya lebih besar atau sama dengan gaya untuk penetrasi, sehingga bucket mampu menembus batubara yang digali.

18

Saat melakukan penetrasi terhadap material batubara, secara sederhana gaya yang bekerja pada silinder dapat dilihat pada Gambar 3.2 :

Gambar 3.2 Gaya pada bucket dan gaya pada silinder peralatan kerja Keterangan Gambar 3.2 :

∼ AB = Bucket tip radius

∼ BJ = Jarak bucket link

∼ JI = Batang hubung bucket link

∼ CI = Batang rotasi gaya silinder bucket

∼ BC = Jarak pena bucket dengan pena batang rotasi

∼ BD = Panjang jangkauan stick

∼ DG = Jarak pena stick dengan pena silinder boom

∼ GF = Jarak pena silinder boom dengan pena excavator

∼ DF = Panjang jangkauan boom

∼ DH = Jarak pena stick dengan pena silinder stick Fp Fs b Fsb m Material Batubara A B C D E F H I = 1576 Kg J Fss d 1 A 1

E

G

Dari perhitungan dan gambar tersebut diketahui besarnya gaya untuk penetrasi besarnya yaitu 1576 Kg, kemudian dilakukan perhitungan besar gaya yang harus disediakan silinder bucket(F ) untuk melakukan penembusan_sb batubara. Besar gaya yang diterima silinder bucket diperoleh dengan persamaan 3.2 :

sb

F × JB = Fp× AB ………...(3.2) Besarnya gaya minimal yang harus disediakan silinder bucket adalah :

sb F = JB FP ×AB sb F = (1576 × 3000) / 850 = 5562 Kg

Berdasarkan perhitungan gaya untuk melakukan penetrasi, besar gaya yang disediakan silinder bucket 5562 Kg. Direncanakan, gaya tersebut ditumpu dua silinder bucket dengan masing-masing silinder menopang gaya sebesar 2781 Kg. Dengan gaya tersebut dapat dicari besarnya diameter kepala piston dengan persamaan : A p× = SB F ...(3.3) SB

F = Gaya yang harus disediakan silinder hidrolik bucket (Kg) p = Tekanan minyak hidrolik ( 326 Kg/cm )2

A = Luas penampang piston (cm ) = (2 .d2 4

π

)

Dengan persamaan 3.3 tersebut maka perhitungan diameter kepala piston adalah : 2781 = 326 ×

4

π _× 2 d

20 SB d = 4 326 2781 π × SB d = 3,29 cm = 32,9 mm

3.3.2 Perhitungan Silinder Bucket Saat Bucket Bermuatan

Perhitungan di atas mungkin tidak berlaku pada saat bucket dengan kapasitas10m3 terisi penuh material batubara, maka perlu dilakukan perhitungan kembali diameter kepala piston yang digunakan agar silinder mampu menumpu gaya yang ditimbulkan oleh berat bucket dan berat material batubara yang dimuat. Gambar 3.4 menunjukkan kondisi yang menyebabkan momen terbesar yang dialami silinder.

Gambar 3.3 Pembebanan pada silinder saat bermuatan

Pada saat bucket terisi batubara dari alam (bank measure) silinder bucket akan menahan momen yang ditimbulkan oleh berat bucket ditambah berat material. Sehingga dapat dihitung gaya minimal yang ditopang silinder bucket.

b a B A C G D F E H J I c b F +F_m d 1 a Fss SB F

Berat material batubara (antrasit) dalam keadaan alam sebesar 1226 Kg / 0,7 m .3 Sehingga berat setiap 1m batubara dalam keadaan alam dapat diperoleh sebesar3 1751,4 Kg / m . Bucket yang dirancang memiliki kapasitas 103 m , berarti berat3 material yang ditampung bucket sebesar 17514 Kg. Jumlah berat total bucket(F )_B dan batubara(F ) dapat diperoleh sebesar 24054 Kg. Secara sederhana gaya-gaya_M yang terjadi dapat dilihat pada Gambar 3.4

Gambar 3.4 Gaya Pada Bucket dan Silinder Bucket

Dengan mengasumsikan berat material terpusat di X, dapat dicari besarnya momen gaya yang ditumpu silinder bucket, dengan persamaan :

(F +b F ) .m BX = F .sb 1

aa ...(3.4) Dengan persamaan tersebut akan diperoleh gaya yang ditumpu silinder bucket : sb F = (F +_b F ) ._m BX . ] / 1 aa sb F = [(6540 + 17514) . 1500] / 300 Batubara 1 a b F +F_m Fsb D H A B C I J a X

22

sb

F = 120270 Kg

Gaya tersebut akan ditumpu dua silinder bucket sehingga masing – masing silinder akan menumpu beban sebesar 60135 Kg. Menggunakan persamaan 3.3 perhitungan diameter kepala piston diperoleh sebesar :

60135 = 326× 4 π _× 2 d SB d = 4 326 60135 π × SB d = 15 cm = 150 mm

Dengan panjang langkah piston (stroke) (L) ditentukan 1899 mm, maka volume minyak yang dibutuhkan dapat diperoleh dengan persamaan :

V = A . L...(3.5) A = (π/4) . d 2

Menggunakan persamaan 3.5 perhitungan volume minyak yang dibutuhkan dapat diperoleh yaitu :

V = [ (π/4) . dSB 2

] . L

V = [(π/4) . 1502 mm] . 1899 mm V = 35 liter

Pada saat tekanan maksimal (p=326 Kg /cm ) aliran minyak dari pompa2 a

Q = 472 liter / menit. Sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mengisi silinder adalah : a Q = t V 60× ...(3.6)

Menggunakan persamaan 3.6 waktu yang dubutuhkan untuk mengisi silinder diperoleh yaitu :

472 =

t 35 60 ×

t = 5 detik Kecepatan batang piston :

t L = v ...(3.7) = 5 9 , 189 = 35 cm /detik = 0,35 m / detik

Daya yang diperlukan piston pada saat aliran minyak maksimal Q = 472_a liter / menit: P = 455 p a× Q ...(3.8) P = 455 326 472× = 338 Hp

3.3.3 Perhitungan Batang Piston

Momen yang ditimbulkan pada saat melakukan penetrasi lebih kecil bila dibandingkan dengan momen yang ditimbulkan saat bucket terisi penuh material. Momen yang ditimbulkan berat bucket dan material batubara 120270 Kg, direncanakan menggunakan dua silinder maka setiap silinder menumpu 60135 Kg, dengan menganggap batang piston dengan panjang 1899 mm dapat mengalami gaya aksial yang menyebabkan tekukan, maka dihitung besarnya diameter batang

24

piston agar mampu menahan gaya kritis yang ditimbulkan beban tersebut, dengan menggunakan persamaan : K 2 2 S . I . E . K L F= π ...(3.9) Keterangan : F = gaya kritis (Kg)

E = modulus elastisitas ( Kg/cm ) untuk bahan baja (E = 2,1 .2 10 )6 I = momen inersia penampang ( batang bulat I = 4

64d

π

)

=

K

L panjang tekuk bebas

=

K

L n . L ; dengan :

- n = konstanta (n =1 untuk hubungan sendi) - L = Panjang batang (cm)

=

K

S angka keamanan nilainya 3-6

60135 Kg = 3 . 9 , 189 64 . ) 10 (2.1 . 2 4 6 2 d π π × d = _{3 6} 2 10 2,1 64 3 189,9 60135 4 × × × × × π d = 9 cm = 90 mm

3.4 Perancangan Stick

Stick untuk menambah jangkauan penggalian yang terpasang pada ujung boom dan ujung lain terpasang dengan bucket. Stick merupakan bagian yang akan dirancang setelah bucket, sebab perancangan stick didasarkan pada gaya yang ditimbulkan oleh bucket. Stick juga digerakan menggunakan sistem hidrolik. Besarnya gaya yang ditopang silinder stick pada saat bucket terisi material, besarnya tergantung pada berat bucket, dan berat material. Dengan demikian dapat diperoleh momen yang ditimbulkan.

Gambar 3.5 Rencana Bentuk Stick

Stick dirancang seperti pada Gambar 3.6, dengan spesifikasi panjang jangkauan direncanakan 6800 mm, dengan berat stick 6600 Kg. Dengan spesifikasi tesebut diagram gaya yang ditumpu silinder stick saat penetrasi secara sederhana dapat dilihat pada Gambar 3.2

3.4.1 Perhitungan Silinder Stick Saat Penetrasi

Gambar 3.2, gaya yang ditimbulkan saat penetrasi ditahan silinder stick dapat diperoleh dengan persamaan 3.10 :

26

p

F . AD = F . Hd ...(3.10)_ss dari persamaan 3.10 diperoleh F :_ss

ss F = ( Fp . AD ) / Hd ss F = ( 1576 . 9800 ) / 850 ss F = 18170 Kg

Perhitungan tersebut menunjukan besarnya gaya minimal yang harus disediakan silinder bucket untuk melakukan penetrasi, direncanakan digunakan dua silinder bucket, sehingga setiap silinder akan menumpu gaya sebasar 9085 Kg. Sehingga besarnya diameter kepala piston yang menumpu gaya tersebut dapat diperoleh dengan persamaan 3.3 yaitu :

9085 = 326 × 4 π _× 2 d ss d = 4 326 9085 π × ss d = 5,95 cm = 59,5 mm

3.4.2 Perhitungan Silinder Stick Saat Bucket Bermuatan

Besar gaya penetrasi dapat menimbulkan momen 1822 Kg ditumpu silinder stick, saat bucket dengan kapasitas 10 m bermuatan penuh akan3 menimbulkan momen lebih besar jika dibandingkan saat penetrasi, sehingga harus dihitung ulang besar diameter kepala piston yang di gunakan. Secara sederhana gaya – gaya dapat dilihat pada Gambar 3.6

Gaya yang disebabkan berat bucket dan berat material diasumsikan terpusat pada X, sehingga dapat dihitung besar gaya yang ditopang silinder stick dengan persamaan 3.11 :

(F +_b F ) . Dd =_m F . Dc ...(3.11)ss

Gambar 3.6 Gaya yang dialami silinder stick saat bucket bermuatan Dengan persamaan 3.11, maka gaya yang ditumpu silinder stick (F ) :_ss

ss F = [(F +_b F ) . Dd ] / Dc_m ss F = [(6540 + 17514) . 3900] / 750 ss F = (24054 . 3900 ) / 750 ss F = 125081 Kg

Gaya tersebut akan ditumpu dua silinder stick sehingga masing – masing silinder menumpu beban sebesar 62540,5 Kg. Untuk menyediakan gaya tersebut

a

B

A

C

G

D

H

J

I

c

b F

+

F_m

d

1 a ss F sb F X

28

dibutuhkan perhitungan diameter kepala piston, perhitungan tersebut menggunakan persamaan 3.3 yaitu :

62540,5 = 326 × 4 π _× 2 d ss d = 4 326 5 , 62540 π × ss d = 16 cm = 160 mm

Dengan panjang langkah piston (stroke) (L) ditentukan 2120 mm, maka volume minyak yang dibutuhkan dapat diperoleh dengan persamaan 3.5 :

V = [(π/4) . 1602] . 2120 V = 43 liter

Pada saat tekanan maksimal (p=326 Kg /cm ) aliran minyak dari pompa2 Q_a = 472 liter / menit. Sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mengisi silinder dapat diperoleh dengan persamaan 3.6 adalah :

472 = t

43 60 ×

t = 6 detik

Kecepatan batang piston persaman 3.7:

6 212

=

v

3.4.3 Perhitungan Batang Piston

Momen yang ditimbulkan pada saat melakukan penetrasi lebih kecil bila dibandingkan dengan momen yang ditimbulkan saat bucket terisi penuh material. Momen yang ditimbulkan berat bucket dan material batubara 125081 Kg, direncanakan menggunakan dua silinder maka setiap silinder menumpu 62540,5 Kg, dengan menganggap batang piston dengan panjang 2120 mm dapat mengalami gaya aksial yang menyebabkan tekukan, maka dihitung besarnya diameter batang piston agar mampu menahan gaya kritis yang ditimbulkan beban tersebut, dengan menggunakan persamaan 3.7 :

62540,5 Kg = 3 . 212 64 . ) 10 (2.1 . 2 4 6 2 d π π × d = _{3 6} 2 10 2,1 64 3 212 5 , 62540 4 × × × × × π d = 10,0 cm = 100 mm

3.5 Perancangan Lengan Boom

Boom merupakan lengan yang dirancang dan direncanakan seperti pada Gambar 3.9. Lengan boom merupakan peralatan kerja terpasang dengan stick dan bagian ujung boom lain terpasang pada excavator. Dengan demikian boom menerima gaya dari berat material, dan bucket. Gaya dari material dan berat bucket akan menyebabkan momen yang diterima silinder boom menjadi lebih besar.

30

3.5.1 Perhitungan Silinder Boom Saat Penetrasi

Masih mengacu saat melakukan penetrasi Gambar 3.3 perhitungan diameter silinder boom dapat diperoleh, momen yang diterima silinder boom yang disebabkan gaya penetrasi dapat dicari dengan persamaan 3.12 :

P

F . A1F= Fsbm . 1

FE ...(3.12) Dari persamaan 3.12 diperoleh gaya yang diterima silinder boom (Fsbm) adalah :

sbm F = (Fp . A1F) / FE1 sbm F = (1576. 20600) / 1700 sbm F = 19097 Kg

Gambar 3.7 Perencanaan lengan boom

Gaya minimal yang disediakan silinder boom agar dapat melakukan penetrasi sebesar 19097 Kg. Direncanakan gaya tersebut akan ditumpu dengan dua silinder, sehingga setiap silinder akan menopang gaya sebesar 9549 Kg. Untuk menyediakan gaya tersebut diameter minimal kepala piston yang digunakan dapat diperoleh menggunakan persamaan 3.3 :

9549 = 326 × 4 π _× 2 d sbm F = 4 326 9549 π × = 6,10 cm = 61,0 mm

3.5.2 Perhitungan Silinder Boom Saat Bucket Bermuatan

Besar gaya penetrasi dapat menimbulkan momen 19097 Kg ditumpu silinder boom, saat bucket dengan kapasitas 10 3

m bermuatan penuh akan menimbulkan momen lebih besar jika dibandingkan saat penetrasi, sehingga harus dihitung kembali besar diameter kepala piston yang di gunakan. Secara sederhana gaya – gaya dapat dilihat pada Gambar 3.8

Gambar 3.8 Gaya yang dialami silinder boom saat bucket bermuatan

Gaya yang disebabkan berat bucket dan berat material diasumsikan terpusat pada X, sehingga dapat dihitung besar gaya yang ditopang silinder stick dengan persamaan 3.13 :

B

A

C

G

D

F

E

H

J

I

b F

+

F_m ss F sbm

F

b

X

32

(F +_b F ) . bF =_m

F

sbm . EF ...(3.13)

Dengan persamaan 3.13, maka gaya yang ditumpu silinder boom (

F

sbm) :

sbm

F

= [(F +b F ) . bF ] / EFm sbm

F

= [(6540 + 17514) . 14700] / 1500 sbm

F

= 235729 Kg

Gaya tersebut akan ditumpu dua silinder stick sehingga masing – masing silinder menumpu beban sebesar 117864,5 Kg. Untuk mengatsai gaya tersebut dibutuhkan perhitungan diameter kepala piston, perhitungan diameter kepala piston dapat digunakan persamaan 3.3 adalah :

117864,5 = 326 × 4 π _× 2 d sbm d = 4 326 5 , 117864 π × sbm d = 21cm = 210 mm

Dengan panjang langkah piston (stroke) (L) ditentukan 2650 mm, maka volume minyak yang dibutuhkan dapat diperoleh dengan persamaan 3.5 :

V = [(π/4) . 2102] . 2650 V = 92 liter

Pada saat tekanan maksimal (p=326 Kg /cm ) aliran minyak dari pompa2 a

Q = 472 liter / menit. Sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mengisi silinder diperoleh dengan persamaan 3.6 adalah :

472 = t

92 60 ×

t = 12 detik

Kecepatan batang piston persamaan 3.7 :

12 265

=

v

= 22 cm /detik = 0,22 m / detik

3.5.3 Perhitungan Batang Piston

Momen yang ditimbulkan pada saat melakukan penetrasi lebih kecil bila dibandingkan dengan momen yang ditimbulkan saat bucket terisi penuh material. Momen yang ditimbulkan berat bucket dan material batubara 235729 Kg, direncanakan menggunakan dua silinder maka setiap silinder menumpu 117864,5 Kg, dengan menganggap batang piston dengan panjang 2650 mm dapat mengalami gaya aksial yang menyebabkan tekukan, maka dihitung besarnya diameter batang piston agar mampu menahan gaya kritis yang ditimbulkan gaya tersebut, dengan menggunakan persamaan 3.9:

117864,5 Kg = 3 . 217 64 . ) 10 (2.1 . 2 4 6 2 d π π × d = _{3 6} 2 10 2,1 64 3 265 5 , 117864 4 × × × × × π d = 13,0 cm = 130 mm

34 BAB IV

PENUTUP

4.1 Kesimpulan

Dari perhitungan diameter dan batang piston, silinder bucket, silinder stick, silinder boom saat bucket bermuatan batubara dapat disimpulkan :

a. Saat penetrasi dibutuhkan gaya lebih kecil yaitu 5562 Kg dibandingkan dengan bucket bermuatan penuh membutuhkan gaya 120270 Kg, untuk bucket dengan kapasitas10 m bermuatan material batubara penuh3

b. Diameter kepala piston silinder bucket 150 mm, dengan diameter batang piston 90 mm

c. Diameter kepala piston silinder stick 160 mm, dengan diameter batang piston 100 mm

d. Diameter kepala piston silinder boom 210 mm, dengan diameter batang piston 130 mm

e. Volume minyak total 200 liter

f. Total waktu yang dibutuhkan untuk bekerja dari posisi terpendek sampai terpanjang 30 detik.

4.2 Saran

1. Untuk mempermudah perhitungan, dibuat skema gaya secara sederhana dengan ukuran yang tepat dalam berbagai posisi untuk perhitungan manual

2. Untuk lebih mudah dalam perhitungan, sebaiknya menggunakan program yang sudah ada misalnya menggunakan Solidwork

3. Untuk memperkecil diameter piston dan batang piston salah satunya dapat dilakukan dengan menambah jumlah silinder.

36

Daftar Pustaka

Ferdinand P. dan Jonston, R. Jr. Mekanika Untuk Insinyur, Edisi keempat. Ondi K., 2002, Wheel Hydraulic excavator Design

Rochmanhadi,1987,Alat-alat Berat dan Penggunaanya, Badan Penerbit Pekerjaan Umum

Wigroho,H.Y.,dan Suryadhana,H.,(1998). Pemindahan Tanah Mekanis. Jilid1. Fakultas Teknik, UAJY,Yogyakarta

_____,2004,Pedoman Penulisan Skripsi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

_____,Caterpillar Performance Handbook, Edisi 31, Caterpillar Brosur dan leaflet dari produsen Alat-alat Berat :

Komatsu, Liebherr, Caterpillar.

http://www.dim.esdm.go.id-Pusat sumberdaya Geologi (PMG) Powered by Mambo Open Source Generated : 4sep,2007.