MEKANISME TUMBUH TINGGI
KRAN MENARA
TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
JurusanTeknik Mesin
Disusun Oleh : PUTU ADI NUGRAHA J.
NIM : 035214017
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
THE GROWING MECHANISM OF
TOWER CRANE
FINAL PROJECT
Presented As Partial Fulfillment Of The Requirements To ObtainSarjana Teknik Degree
In Mechanical Engineering
By
PUTU ADI NUGRAHA J. Student Number : 035214017
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
PERNYATAAN
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi ini adalah asli hasil karya
saya dan tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar
kesarjanaan di Perguruan Tinggi, dan sepanjang sepengetahuan saya juga tidak
terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau dipublikasikan oleh orang
lain, kecuali yang secara tertulis disebutkan sumbernya dalam naskah dan dalam
daftar pustaka.
Yogyakarta, 5 Desember 2007
PERSEM BAHAN
Karya Tulis I ni Kupersembahkan Kepada Yang Kuyakini : I da Sanghyang Widhi Wasa yang senantiasa memmberikan perlindungan, kesehatan dan berkah kepada keluarga dan penulis,
I da Bhatara Surya, I da Bhatara Kawitan, I da Bhatara Taksu yang senantiasa melindungi, memberikan tunt unan dan kesehatan kepada penulis
Kedua Orang Tuaku I Putu Sukarya dan Ni M ade Suparmiati, kedua adikku M ade Bayu M artayoga dan Nyoman Wahyu D iat mika Pranata yang senantiasa memberikan dukungan, semangat dan doa
Novi tersayang, you re really my first valentine
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma:
Nama : Putu Adi Nugraha J.
Nomor Mahasiswa : 035214017
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberian kepada Perpustakaan
Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul:
Mekanisme Tumbuh Tinggi Kran Menara
beserta 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 royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya
sebagai penulis.
Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya.
Dibuat di Yogyakarta
Pada tanggal: 14 Februari 2008
Yang menyatakan
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Ida Sanghyang Widhi Wasa,
Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan rahmat dan bimbingan-Nya
sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan skripsi ini yang merupakan
salah satu syarat untuk meraih gelar sarjana di Jurusan Teknik Mesin Fakultas
Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
Penyusunan skripsi ini tidak terlepas dari bantuan berbagai pihak sehingga
pada kesempatan ini, penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada :
1. Bapak Budi Sugiharto, S.T.,M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.
2. Bapak Raden Benedictus Dwiseno Wihadi, S.T.,M.Si. selaku dosen
pembimbing yang telah membimbing penulis dalam penyusunan dan
penyelesaian tugas akhir.
3. Seluruh Dosen Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Sanata Dharma atas semua ilmu yang telah diberikan dan
semoga dapat bermanfaat bagi semuanya.
4. Seluruh staf pengajar dan karyawan di Jurusan Teknik Mesin Fakultas
Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma, yang telah membantu
penulis selama kuliah hingga selesainya penyusunan tugas akhir ini.
5. Kedua orang tuaku Bapak I Putu Sukarya dan Ibu Ni Made Suparmiati,
kedua adikku Made Bayu Martayoga dan Nyoman Wahyu Diatmika
dorongan kepada penulis sehingga penyusunan tugas akhir ini dapat
terselesaikan.
6. Seluruh teman-teman Teknik Mesin (Landung, Yoga, Ade, Aan, Moyo
dll) yang telah memberikan bantuan dalam bentuk moril maupun material
hingga tugas akhir ini dapat terselesaikan.
7. Seluruh teman-teman Stupid Fruit Camp : Kakul, Sepur, Gepenk
(terimakasih pinjaman printernya), Genks, Made S. dan Santi terimakasih
telah menemani dan mendengarkan keluh-kesahku selama ini.
Penyusun menyadari bahwa penulisan tugas akhir ini masih jauh dari kata
sempurna disebabkan masih banyaknya kesalahan dan kekurangan serta
keterbatasan yang penyusun rasakan yang ada pada diri penyusun sendiri. Oleh
karena itu penyusun sangat mengharapkan masukan baik berupa saran maupun
kritik yang ersifat membangun dari berbagai pihak untuk karya ini.
Akhir kata, semoga sesuatu yang telah dicapai penulis dalam bentuk karya
tugas akhir ini dapat bermanfaat baik bagi penyusun sendiri maupun bagi
pembaca demi kemajuan kita bersama. Terimakasih
Yogyakarta, 5 Desember 2007
Penulis,
INTISARI
MEKANISME TUMBUH TINGGI KRAN MENARA
Putu Adi Nugraha J. NIM : 035214017 Universitas Sanata Dharma
Yogyakarta 2008
Tower crane memiliki peranan yang sangat vital pada pembangunan dan konstruksi bangunan-bangunan tinggi. Untuk mencapai ketinggian yang diinginkan, diperlukan sebuah mekanisme yang dapat menumbuh-tinggikan tower crane tanpa bantuan dari alat yang lain. Mekanisme inilah yang disebut sistem tumbuh tinggi (growing system) yang bekerja berdasarkan sistem hidrolik. Pada tugas akhir ini akan dirancang sebuah growing sistem piston tunggal dengan beban angkat 15 ton. Semua perhitungan mengacu pada sebuah tower crane merk GRU EDILMAC E-751.
ABSTRACT
THE GROWING MECHANISM OF TOWER CRANE
Putu Adi Nugraha J. Student Number : 035214017
Sanata Dharma University Yogyakarta
2008
Tower crane has very important role in build and construction high buildings. To reach the level, a mechanism that can grow the tower crane without any helps from another things is needed. This mechanism is called the growing system that works based on hidraulic system. In this final project, there would be designed a single piston growing system which could lift 15 tons load. All of the calculations refered to a brand of tower crane GRU EDILMAC E-751.
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ………...i
HALAMAN PENGESAHAN ...iii
HALAMAN PERNYATAAN ...v
HALAMAN PERSEMBAHAN ...vi
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS...vii
KATA PENGANTAR... viii
INTISARI... x
ABSTRACT...xi
DAFTAR ISI ... xii
DAFTAR LAMPIRAN ... xiv
DAFTAR GAMBAR ...xv
BAB I PENDAHULUAN... 1
1.1 Mekanisme Gerakan Tower Crane ... 2
1.1.1 Gerakan Pengangkatan (Hoisting) ... 2
1.1.2 Gerakan Pejalan (Travelling) ... 3
1.1.3 Gerakan Berputar (Slewing) ... 3
1.2 Bagian-bagian Tower Crane ... 5
1.2.1 Beban dan Lengan Pengimbang ... 5
1.2.2 Kabin ... 5
1.2.3 Lengan Angkat (Boom) ... 5
1.3 Batasan Masalah ... 7
BAB II PENGANTAR GROWING SYSTEM... 8
2.1 Cara Kerja Growing System... 8
2.2 Bagian-bagian Growing System...15
BAB III PERANCANGAN GROWING SYSTEM………...19
3.1 Perancangan Piston dan Batang Piston………..………....20
3.2 Pemilihan Pompa……….………..33
3.3 Pemilihan Fluida Hidrolik………...………..37
3.4 Pemilihan Selang Hidrolik………38
3.5 Seal………39
3.6 Pemilihan Motor Listrik………40
3.7 Kopling……….46
BAB IV KESIMPULAN DAN PENUTUP………...52
4.1 Kesimpulan...52
4.2 Penutup...56
DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR LAMPIRAN
LAMPIRAN 1 Tabel Ukuran Modul Batang Piston
LAMPIRAN 2 Tabel Katalog Pompa Roda Gigi
LAMPIRAN 3 Grafik Daya Teoritis
LAMPIRAN 4 Tabel Fluida Industri
LAMPIRAN 5 Tabel Katalog Selang Hidrolik
LAMPIRAN 6 Tabel Katalog Motor Listrik
LAMPIRAN 7 Tabel Bentuk dan Ukuran Kopling Flens Kaku
LAMPIRAN 8 Tabel Bahan Flens dan Baut
LAMPIRAN 9 Tabel Pemilihan Pasak
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Penggunaan Tower Crane Pada Pembangunan Gedung………….... 2
Gambar 1.2 Mekanisme Pengangkatan... 2
Gambar 1.3 Gerak Pejalan Trolli pada boom...3
Gambar 1.4 Slewing Unit...3
Gambar 1.5 Bagian-bagian Tower Crane………..………..4
Gambar 1.6 Rangka Menara dan Growing System Tower Crane………….……..6
Gambar 2.1 Analogi Sistem Hidrostatis...10
Gambar 2.2 Distribusi Tekanan pada Sistem Tertutup.. ...11
Gambar 2.3 Transmisi Energi pada Sistem Hidrostatis...12
Gambar 2.4 Perubahan Energi pada Sistem Hidrolik...13
Gambar 2.5 Bagian-bagian Growing System Tower Crane...15
Gambar 2.6 Pompa Roda Gigi...18
Gambar 3.1 Bagan Sistem Hidrolik...19
Gambar 3.2 Piston Growing System...20
Gambar 3.3 Hasil pengujian part dengan cosmoswork...30
Gambar 3.4 Hasil pengujian silinder dengan cosmoswork...32
Gambar 3.5 Pompa Roda Gigi Luar (Ekternal Gearpump)...33
Gambar 3.6 Penampang Selang Hidrolik...38
Gambar 3.7 Seal...39
Gambar 3.8 Motor Listrik...41
Gambar 3.9 Kopling Flens Kaku...47
BAB I
PENDAHULUAN
Kran Menara (selanjutnya disebut tower crane) adalah salah satu mesin
yang termasuk dalam klasifikasi pesawat pengangkat. Tower crane mempunyai
peranan yang sangat penting terutama pada pembangunan dan konstruksi
gedung-gedung bertingkat dan perlengkapan infrastruktur yang lain. Tower crane
dipergunakan untuk mengangkat dan memindahkan material dan suku cadang di
lapangan atau pada tempat-tempat penumpukan bahan. Selain itu, tower crane
juga dipergunakan untuk memasang bagian-bagian yang terpisah, suku cadang
dan struktur bangunan yang lain yang akan dipasang pada gedung-gedung yang
sedang dikerjakan.
Secara umum pesawat pengangkat melakukan gerakan tertentu seperti
mengangkat, menggeser dan memindahkan muatan. Seperti halnya tower crane,
yang mempunyai peranan yang sangat vital terutama dalam konstruksi
gedung-gedung bertingkat. Tower crane digunakan untuk memindahkan material dan
suku cadang di lapangan atau pada tempat-tempat penumpukan bahan.
Penggunaan tower crane akan memberikan suatu efisiensi yang tinggi baik dari
segi waktu, tenaga maupun biaya jika dibandingkan tanpa pemakaian alat
tersebut, karena tower crane akan mempermudah dan mempercepat proses
Gambar 1.1 penggunaan tower crane pada pembangunan gedung (sumber : http://www.fotosearch.com/towercrane.php)
1.1 Mekanisme Gerakan Tower Crane 1.1.1 Gerakan Pengangkatan(Hoisting)
Gerakan pengangkatan adalah gerakan unit pengangkat secara vertikal
untuk mengangkat menurunkan dan atau menahan beban diatas saat
pengangkatan jika diperlukan. Adapun komponen-komponen mekanisme ini
ditunjukkan pada gambar berikut :
Gambar 1.2 mekanisme pengangkatan
transmisi rem
puli drum
tali
1.1.2 Gerak Pejalan(Travelling)
Gerakan pejalan ini ialah gerakan unit pengangkatan secara horizontal
untuk menggerakkan benda yang diangkat kearah menjauhi (maju) atau
mendekati (mundur) kabin operator.
Gambar 1.3 gerak pejalan troli pada boom (Howstuffworks How Tower Cranes Work.htm)
1.1.3 Gerak Berputar(Slewing)
Gerakan ini digunakan untuk memutar bagian atas dari tower crane
termasuk muatan yang dipindahkan ke tempat tujuan dimana muatan tersebut akan diletakkan.
Gambar 1.4 slewing unit
(Howstuffworks How Tower Cranes Work.htm)
Komponen pada bagian ini terdiri dari motor penggerak dan sistem
Gambar 1.5 bagian-bagian tower crane
(sumber : http://www.Interstate.com/towercrane.php)
Keterangan :
1. Rangka pengimbang (balance)
2. Rangka atas menara (tower head)
3. Rangka angkat (jib)
4. Rangka menara (tower section)
5. Kabin
6. Peralatan penahan muatan
1
2
3
4 6
1.2 Bagian - bagian Tower Crane 1.2.1 Beban dan lengan pengimbang
Beban pengimbang (counter weight) berfungsi untuk mengimbangi
berat lengan boom dan perlengkapan tower crane, yang dipasang pada
ujung belakang dari lengan pengimbang. Sehingga counter weight lebih
berat dibandingkan berat beban yang diangkat sebagai faktor keamanan.
Beban pengimbang ataucounter weight biasanya terbuat dari balok-balok
beton yang di cor supaya lebih mudah dalam pemasangan dan
pembongkarannya.
1.2.2 Kabin
Kabin merupakan ruang kerja untuk operator sehingga dirancang
sedemikian rupa supaya operator dapat mengoperasikan tower crane
dengan baik. Di dalam sebuah kabin operator harus dapat melihat semua
lingkungan kerja sehingga operator dapat mengetahui secara cepat
unit-unit atau bagian-bagian yang membutuhkan tower crane. Pada tower
crane, kabin berada di bagian atas menara. Di dalam kabin terdapat semua
sistem yang harus dikendalikan oleh seorang operator sehingga dalam
perancangan dibuat sebaik mungkin untuk memberikan kenyamanan bagi
operator.
1.2.3 Lengan angkat (boom)
Lengan angkat digunakan untuk daerah gerakan travelling (trolley).
1.2.4 Rangka batang (menara)
Rangka batang merupakan suatu bagan yang terdiri dari sejumlah
batang-batang yang disambung satu dengan yang lain pada kedua ujungnya,
sehingga membentuk satu struktur yang kokoh. Batang-batang pada
konstruksi rangka baja biasanya disambung satu dengan yang lain
menggunakan las, paku keling atau baut.
Gambar 1.6 rangka menara dan growing system tower crane
Pada tower crane, rangka menara merupakan bagian yang berfungsi
sebagai penopang bagian atas tower crane. Bagian atas yang dimaksud
antara lain lengan dan peralatan angkat, lengan dan beban pengimbang,
dan kabin. Tower crane didesain dengan tujuan utama untuk konstruksi
gedung-gedung bertingkat dan bangunan yang sangat tinggi. Maka
memadai. Untuk tower crane dengan ketinggian tidak terlalu tinggi (20-35
m), pemasangan dapat dilakukan dengan menggunakan mobile crane.
Akan tetapi untuk ketinggian lebih dari 35 m, akan terjadi kesulitan sebab
mobile crane akan sulit menjangkaunya karena mobile crane sendiri
jangkauannya terbatas. Agar dapat mencapai ketinggian tersebut, tower
crane dapat tumbuh tinggi dengan sendirinya tanpa alat bantu lainnya.
Maka diperlukan suatu mekanisme khusus untuk melakukan hal tersebut.
Mekanisme tersebut menggunakan sistem hidrolik untuk dapat
mengangkat dan menumbuh-tinggikan tower crane. Mekanisme inilah
yang kemudian disebut sebagai growing system (sistem tumbuh tinggi)
dari tower crane. Growing system selanjutnya akan menjadi topik
perancangan dan pembahasan penulis pada bab-bab berikutnya.
1.3 Batasan Masalah
Pada permasalahan ini penulis akan merancang ulang mekanisme gerakan
tumbuh tinggi rangka menara untuk tower crane merk GRU EDILMAC E-751
BAB II
PENGANTAR GROWING SYSTEM
2.1 Cara Kerja Growing System
Telah disebutkan pada bab sebelumnya bahwa mekanisme tumbuh tinggi
(growing system) dari tower crane bekerja dengan menggunakan sistem hidrolik,
maka selanjutnya akan dijelaskan apa dan bagaimana sistem hidrolik tersebut bekerja.
Sistem hidrolik adalah suatu mekanisme pemindahan tenaga dengan
menggunakan fluida cairan sebagai media perantaranya. Jenis cairan yang digunakan
dengan tujuan mentransmisikan energi inilah yang disebut sebagai fluida hidrolik.
Fluida hidrolik banyak digunakan pada mekanisme mesin-mesin baik dalam lokasi
industri (pabrik), maupun penggunaan peralatan diluar pabrik (di lapangan) yang
bersifat berpindah-pindah misalnya alat-alat transportasi, eskavator, bulldozer,
backhoe, tower crane (pada mekanisme rangka tumbuh tinggi) dan sebagainya.
Pemilihan sistem hidrolik pada alat-alat tersebut didasarkan atas keuntungan
pemakaiannya jika dibandingkan dengan sistem yang lain. Adapun beberapa
keuntungan dan kelemahan sistem hidrolik adalah sebagai berikut :
Keuntungan
a. Penghematan tenaga dalam pengoperasian
b. Dapat menyalurkan tenaga lebih besar dan mencegah overload
d. Adanya pengurangan getaran dan kejutan yang besar pada sistem transmisi
Kekurangan
a. Peka terhadap kebocoran pada sistem perpipaan dan peka terhadap temperatur
fluida
b. Sistem kerja pada mekanisme penyaluran yang kompleks (perlu sistem
pengaturan perpipaan dan perkatupan yang banyak) sehingga pemeliharaan
lebih berat dan teliti
c. Kesulitan untuk penyediaan minyak hidrolik untuk jobsite yang jauh
Sistem hidrolik dirancang berdasarkan sifat-sifat dari fluida yaitu :
a. Cairan merupakan suatu fluida yang tidak termampatkan (incompressible)
b. Fluida meneruskan tekanan sama besar ke segala arah
c. Fluida tidak mempunyai bentuk sendiri, bentuknya mengikuti tempatnya
d. Gaya yang diteruskan fluida berbanding lurus dengan bidang tekannya
Prinsip dasar hidrolik
Secara garis besar, transmisi tenaga hidrolik dibedakan menjadi dua macam
sistem yaitu hidrostatis dan hidrodinamis. Sistem hidrostatis adalah penggunaan
fluida hidrolik dalam sistem (ruangan) tertutup dengan tidak ada penambahan
maupun pengurangan fluida. Dalam sistem hidrostatis ini terjadi keseimbangan
jarak yang cukup jauh (dengan melewati beberapa alat yang lain) dan gaya-gaya yang
ditimbulkan. Misalnya pada sistem turbin, fluida akan melewati beberapa komponen
seperti stator, impeler, rotor dan sebagainya.
Pada growing system tower crane, sistem transmisi tenaga hidrolik yang
dipergunakan adalah sistem hidrostatis. Sistem hidrostatis dapat diartikan dengan
ilustrasi gambar berikut :
Gambar 2.1 Analogi sistem hidrostatis
(Sumber : http://www.En.wikipedia.org/wiki/hidraulic_drive_system)
Tekanan pada sembarang titik dalam sebuah cairan diam (static liquid) adalah sama
ke segala arah, tekanan yang terdesak dalam sebuah cairan pada ruang tertutup
diteruskan dan besarnya tidak berkurang ke segala arah, bekerja dengan gaya yang
sama pada area yang sama. Inilah yang disebut sebagai hukum Pascal(Pascal’s Law).
perbatasan volume pada sebuah piston di sebuah luas area A. Jumlah tekanan tersebut
kemudian didistribusikan secara merata ke seluruh cairan dan sebanding dengan
beban pada piston yaitu F/A. Dalam hal ini kita mengabaikan berat fluida sebenarnya
yang biasanya tidak berarti dalam bagian tekanan dari sistem hidrostatis (misalnya
pada air dengan ketinggian 10 m, tekanannya semata-mata sama dengan 1 bar).
Gambar 2.2 Distribusi tekanan pada sistem tertutup (Sumber : hidraulic fluids page 6.pdf)
Prinsip dasar untuk transmisi tenaga dalam sebuah sistem hidrostatis
ditunjukkan pada gambar 2.3. Tekanan yang terjadi dalam fluida akibat gaya F1
adalah F1/A1, dan tekanan ini ditransmisikan tanpa perubahan (tidak ada tekanan yang
hilang) ke piston area permukaan A2. Besarnya gaya transmisi F2 adalah F1(A2/A1),
dan dapat mengangkat beban yang sama atau melakukan sejumlah hal yang sama
Gambar 2.3 Transmisi energi pada sistem hidrostatis (Sumber : hidraulic fluids page 6.pdf)
Asumsikan gaya ini cukup tinggi melakukan pekerjaan yang diinginkan, kemudian
pergerakan linear dari kedua piston berbanding terbalik dengan luas area yang
dimilikinya.
Perpindahan volumetrik dari media hidrolik ini merupakan faktor yang menentukan
seberapa jauh jarak yang dapat dihasilkan oleh piston-piston tersebut.
Prinsip dasar dari transmisi tenaga hidrolik ditunjukkan pada gambar 2.4, dimana
input dari energi elektrik atau energi thermal diubah menjadi energi hidrolik, yang
kembali diubah menjadi tenaga mekanis untuk keluaran sistem. 1
2
2
1
A
A
S
S
Gambar 2.4 Perubahan energi pada sistem hidrolik (Sumber : hidraulic fluids page 2.pdf)
Transmisi tenaga di dalam sebuah sistem hidrolik dipengaruhi penggunaan tekanan
pada fluida hidrolik. Bagian-bagian dari prinsip sistem hidrostatis adalah sebagai
berikut :
o Pompa hidrolik menciptakan tekanan kerja yang dibutuhkan oleh sistem.
o Pipa-pipa besar dan pipa kecil yang fleksibel menyalurkan fluida mengalir
diantara komponen-komponen sistem.
o Katup (valve) dengan berbagai tipe mengontrol arah, tekanan dan volume dari
aliran tersebut.
o Cylinder (motor linear) mengubah tekanan fluida menjadi kerja mekanis
linear, misalnya dalam sebuah tekanan hidrolik atau untuk mengoperasikan
o Motor hidrolik mengubah tekanan fluida menjadi kerja mekanis berputar
(rotary mechanical work) misalnya untuk mengemudikan roda mesin-mesin
yang dioperasikan di hutan atau pada peralatan marinir.
Selain dipengaruhi oleh penggunaan tekanan, transmisi tenaga juga
dipengaruhi oleh kesanggupan tiap unit peralatan dalam pengubahan energi untuk
ditransformasikan menjadi energi mekanis dan energi hidrolik pada masukan (input)
dan keluaran (output) dari instalasi tersebut.
Salah satu keuntungan utama dari transmisi dengan menggunakan sistem
hidrolik adalah unit konversi energi yang dimensinya relatif sedang (pompa dan
motor hidrolik) jika dibandingkan dengan pengubahan energi menggunakan sistem
yang lain.Transmisi energi antara fluida dan unit konversi dapat juga diakibatkan
penyesuaian dalam prinsip-prinsip hidrostatis dan hidrokinetik (misalnya pada
2.2 Bagian-bagian Growing System
Gambar 2.5 Bagian-bagian growing system tower crane
Keterangan :
1. Kaki pengangkat atas 7. Pompa hidrolik
2. Kaki pengangkat bawah 8. Selang penghubung
3. Piston 9. Motor listrik
4. Silinder piston
5. Cairan (fluida) hidrolik
6. Kaki engsel
1
2 3
4 5
6
6
6
6 7
A. Kaki pengangkat
Kaki-kaki pengangkat berfungsi untuk mengangkat rangka batang (section) yang
akan dipasang dan disambungkan dengan ujung section sebelumnya. Untuk
bagian penyambungan, digunakan baut beserta murnya.
B. Piston dan silinder piston
Piston berfungsi untuk mendorong kaki pengangkat ke atas, sehingga rangka
batang pun akan bergerak seiring pergerakan kaki-kaki angkat. Silinder piston
merupakan rumah tempat bekerjanya piston tersebut. Selain itu silinder piston
juga merupakan tempat fluida hidrolik yang nantinya bekerja mengangkat sistem.
C. Fluida hidrolik
Fluida hidrolik berperan penting dalam bekerjanya sistem hidrolik itu sendiri.
Fluida yang digunakan bukanlah sembarangan, dan harus memiliki persyaratan
tertentu yang harus dipenuhi misalnya :
o Angka viskositas yang tinggi
o Kemampuan tekan rendah(low compressibility)
o Sifat pelumasan yang baik
o Tekanan gas kecil(low vapour pressure) dan sebagainya.
D. Kaki engsel
Untuk mengangkat rangka batang yang akan dipasangkan, kaki pengangkat
memerlukan pijakan yang kuat. Kaki engsel berfungsi untuk hal tersebut,
rangka selesai dipasangkan kaki engsel dapat ditekuk dan siap untuk pemasangan
berikutnya.
E. Pompa hidrolik dan selang penghubung.
Pompa hidrolik adalah suatu sistem yang mengubah energi mekanik menjadi
energi hidrolik. Alat ini mengambil energi yang berasal dari motor listrik atau
engine. Prinsip dasar dari pompa hidrolik adalah menghisap oli (minyak hidrolik)
dari tangki dan mendorongnya ke bagian sistem hidrolik yang disebut sebagai
aliran fluida (flow). Pompa hidrolik hanya menghasilkan flow dan tidak
menyebabkan tekanan (pressure). Tekanan disebabkan oleh hambatan terhadap
aliran. Hambatan ini disebabkan oleh flow yang melewati selang (hose), pipa
(orifice), fitting, silinder atau apapun yang ada di dalam sistem yang menghalangi
flow menuju tangki. Dari pompa akan menghasilkan gaya yang digunakan untuk
menggerakkan piston dan mengangkat kaki angkat beserta rangka batangnya. Jika
dianalogikan (gambar 2.1), bagian luas penampang yang lebih kecil adalah pada
pompa, sedangkan luas penampang yang lebih besar adalah pada bagian
pengangkat. Maka gaya yang dihasilkan pompa dapat digunakan untuk
mengangkat berat yang berkali-kali lipat besarnya. Pada tower crane ini, pompa
yang digunakan adalah jenis pompa roda gigi dengan putaran kontinyu (gear
pump continuous rotation). Pompa ini terdiri dari bagian-bagian yang tidak
bergerak bolak-balik. Konstruksinya cukup sederhana, hanya terdiri dari dua roda
gigi berdekatan yang saling mengunci dan berputar seperti yang terlihat pada
a b
Gambar 2.6 Pompa roda gigi; a. eksternal, b. Internal (Sumber : http://www.home.wxs.nl/%7ebrink494/frm_e.htm)
Ketika gigi keluar dari jalinan pusat, terbentuk suatu vakum parsial yang menarik
fluida masuk ke ruang inlet. Fluida terjebak antara gigi luar dan rumah pompa
sehingga terjadi aliran fluida yang kontinu dari ruang inlet ke ruang outlet dimana
fluida dialirkan ke sistem. Perpindahan pompa dipengaruhi oleh volume fluida
diantara tiap-tiap pasang gigi, jumlah gigi dan kecepatan putaran.
F. Motor listrik
Motor listrik mengubah energi listrik menjadi energi mekanis. Sebuah motor
dapat menjadi suatu bagian yang sangat penting pada sebuah sistem dimana
biasanya menjadi satu bagian dengan pompa (pump) atau kipas (fan), atau
tersambung dengan bentuk-bentuk dari peralatan mekanis yang lain seperti mesin
pengering, konveyor atau mesin pengaduk. Pada sistem tumbuh tinggi sebuah
tower crane, motor listrik berfungsi sebagai tenaga penggerak untuk pompa
hidrolik sehingga pompa dapat menjalankan fungsinya mengalirkan fluida ke
sistem hidrolik.
inlet inlet
BAB III
PERANCANGAN GROWING SYSTEM
Gambar 3.1 menunjukkan bagan dari sebuah sistem hidrolik. Untuk
menghindari kerumitan diperlukan penyederhanaan penggambaran, dengan
mempergunakan garis dan simbol yang telah digunakan secara luas dalam
perancangan dan penggambaran sistem hidrolik, yang disebut sirkuit hidrolik.
Gambar 3.1a menampilkan bagan sebuah sistem hidrolik, sedangkan gambar 3.1b
adalah tampilan sirkuit hidroliknya. Untuk perancangan ini sirkuit hidrolik
ditunjukkan pada lampiran 10.
a b
Gambar 3.1 bagan sistem hidrolik
3.1 Perancangan Piston dan Batang Piston
Data-data yang di dapat dari lapangan adalah sebagai berikut :
Gaya berat bagian atas W = 15 ton = 15.000 kg = 147.150 N
Panjang langkah s = 3 m
Untuk melakukan perhitungan digunakan asumsi-asumsi yang juga berdasarkan
keadaan dilapangan sebagai berikut :
Kecepatan angkat v = 1 m/menit
Diameter batang piston minimal d = 25 cm
Nilai keamanan sf = 3
Waktu untuk mencapai percepatan ta = 0,5 detik
Gaya yang terjadi F
Dengan menggunakan persamaan 1 diperoleh beban yang harus diangkat oleh piston :
p p
W a g W
+ =
F ……….…(1)
(Sumber : Oil Hidraulic System; SR Majumdar hal 260)
dengan :
F = beban piston (N)
Wp = gaya berat bagian atas Tower crane (N)
g = percepatan oleh gravitasi bumi ; 9,81 m/s2
a = percepatan gerak piston (m/s2)
Dengan pertimbangan keamanan, maka beban yang ada secara aktual dilapangan
perlu dikalikan dengan angka keamanan(factor of safety). Nilai keamanan ini diambil
berdasarkan pengalaman dilapangan, dalam hal ini penulis mengambil nilai kemanan
tersebut berdasarkan buku elemen mesin Ir. Jack Stolk halaman 10-11.
Nilai keamanan ditentukan berdasarkan tiga pertimbangan antara lain :
a. Ketidaktelitian beban. Apabila tidak ada pola beban dan perubahan periodik
dalam beban selama periode kerja, hanya dapat diperkirakan secara tidak
teliti, maka beban nominal dikalikan dengan faktor ketidaktelitian sf 1= 1,2 –
1,4. Dalam hal ini termasuk beban yang diakibatkan oleh angin yang
b. Bekerjanya mesin. Efek tumbuk yang lewat ilmu hitung sulit atau bahkan
tidak dapat ditentukan dan yang tergantung pada jenis serta cara kerja mesin,
diperoleh dengan mengalikan beban nominal dengan suatu faktor kerja sf 2.
Untuk pompa efek tumbuk adalah sedang dengan sf 2 = 1,2 – 1,5.
c. Resiko patah. Patahnya piston akan mengakibatkan kerugian biaya, selain itu
juga membahayakan jiwa manusia, maka beban nominal dikalikan dengan
suatu faktor keandalan sf 3 = 1,2 -1,5.
Hasil kali dari ketiga nilai tersebut adalah nilai keamanan yang dikalikan dengan
beban nominal untuk menentukan beban kerja. Pada perancangan ini, penulis
mengambil nilai maksimal dari masing-masing nilai diatas, dengan asumsi sistem
dilapangan bekerja dengan beban total pada kondisi maksimal (kritis). Nilai yang
diambil adalah 1,4 untuk nilai ketidaktelitian beban, 1,5 untuk faktor kerja dan 1,5
untuk faktor keandalan. Hasil kali dari ketiga faktor tersebut :
3 f 2 f 1
f .s .s
s
=
f
s ...(2)
sf = 1,4 . 1,5 . 1,5
sf = 3,1 ≈ 3
Perhitungan beban kerja rencana
Wp = W . sf...(3)
Wp = 147.150 . 3
Karena percepatan a belum diketahui, maka terlebih dahulu akan dihitung dari
kecepatan sebesar 1 m/menit
vt = vo +a.t………...…………..(4)
vt = 1 m/menit
vt = 60
1 m/s
vt = 1,7 cm stroke per detik; dan
ta = 0,5 s
maka :
vt = vo +a.ta
a o t t v -v = a 0,5 0 -60 1 = a
a= 0,033 m/s2
Dengan demikian perhitungan gaya dapat dilakukan :
441.450 0,033 9,81 441.450 + = F
F =1485 + 441.450
Tekanan pada piston
Mengacu pada hasil survei di lapangan sebelumnya, dipilih diameter batang
piston d = 25,4 cm ≈ 10 in bardasarkan lampiran 1 (tabel Modul Batang Piston).
Dengan menggunakan persamaan 3 maka penampang piston adalah sebagai berikut :
A = d2 4
π
………..…(5)
(
)
20,254 4
π =
A ; didapat
A = 0,051 m2
Sedangkan gaya yang terjadi sebesar F = 442.935 N ≈ 99.571,8 lb. Perhitungan
tekanan dilakukan dengan persamaan 5 sebagai berikut :
A F
=
P ………..……(6)
(Sumber : Oil Hidraulic System; SR Majumdar hal 262)
dengan :
P = tekanan yang terjadi (Pa)
F = gaya akibat beban bagian atas Tower crane (N)
Perhitungan tekanan dapat dilakukan :
0,051 442.935
=
P
P = 8.685.000 Pa ≈ 1259,3 psi
Berdasarkan tabel modul batang piston pada lampiran 1, untuk diameter piston d = 10
in dapat menahan beban F = 117.810 lb pada tekanan P = 1500 psi. Oleh karena dari
standar tersebut diperoleh harga yang lebih tinggi, maka harga tersebut yang
dipergunakan dalam perancangan berikutnya.
Kekuatan dan pemilihan bahan batang piston
Beban bukling kritis (critical buckling load)
2 k 2
c
l
I E
F =π ……….……….(7)
(Sumber : Oil Hidraulic System; SR Majumdar hal 267)
dengan :
Fc= besar gaya kritis yang dapat diterima batang piston (N)
I = momen inersia batang (m4)
lk = panjang piston (m)
Untuk menghitung gaya bukling kritis, terlebih dahulu dihitung momen inersia batang : 64 d4 π =
I ……….. (8)
(Sumber : Oil Hidraulic System; SR Majumdar hal 267)
(
)
64 0,254 4 π = II= 0,000204 m4
Maka perhitungan gaya bukling kritis dapat dilakukan :
(
)
(
)
2 11 2 3 000204 , 0 10 . 2 π = c FFc = 44.742.206,62 N
Beban maksimum pada batang piston
Beban yang diijinkan adalah beban yang telah dibagi dengan faktor keamanannya.
2 k 2 maks l . s I E
F =π ………(9)
(Sumber : Oil Hidraulic System; SR Majumdar hal 267)
atau dapat pula ditulis :
f c maks s F = F ………...(10)
dengan s = 3; maka :
3 ,62 44.742.206
maks =
F
Fmaks = 14.914.068,87 N
Pemilihan bahan batang piston dapat dilakukan dengan menghitung tegangan tarik
(yield strength), kemudian memilih bahan yang cocok. Perhitungan tegangan tarik
dapat dilakukan dengan :
y
Fmaks =A.σ ………..……….(11)
(Sumber : Oil Hidraulic System; SR Majumdar hal 267)
dengan :
Fmaks = gaya yang diterima batang piston (N)
A = luas penampang piston (m2)
y
σ = tegangan tarik yang terjadi (Pa)
Fmaks = 14.914.068,87 N
d = 10 in ≈ 0,254 m
A = d2 4
π
A =
(
0,254)
2 4π
y
Fmaks =A.σ
A Fmaks
=
y
σ
0,050671 ,87 14.914.068
=
y
σ
y
σ = 292.432.723 Pa
y
σ = 292,4 MPa
Tegangan tarik sebesar 292,4 MPa ; maka dengan mempergunakan tabel bahan yang
tersedia padacosmoswork 2007 dipilih bahan AISI 1015 dengan σy = 325 Mpa. σy
adalah batas tegangan tarik luluh sehinga jika dibebani sampai batas tersebut, benda
dapat kembali ke posisi dengan dimensi semula jika beban dihilangkan. Dari hasil
perhitungan dan pengujian dapat dibandingkan bahwa : gaya yang menjadi beban
piston (F) lebih rendah dari batas beban yang dapat ditahan oleh batang piston (Fmaks),
maka dapat disimpulkan piston dengan diameter 25,4 cm berbahan baja AISI 1015
aman. Gambar 3.3 berikut menunjukkan hasil pengujian kekuatan bagian-bagian
piston dengan cosmoswork. Bahan yang digunakan adalah baja yang termasuk bahan
ulet (ductile material) Pengujian ini berdasarkan tegangan yang terjadi dimana
tegangan maksimal yang terjadi dibagi tegangan batas harus lebih kecil dari 1, yang
disebut angka keamanan atau FOS (factor of safety). Jika setelah pengujian dengan
beban yang diinginkan benda uji memiliki FOS lebih besar dari 1, maka benda
tersebut dinyatakan aman. Gambar 3.3a menunjukkan hasil pengujian batang piston
pengujian-pengujian untuk kaki pengangkat atas dan bawah. Kaki pengangkat atas memiliki
FOS = 1,1 dan kaki bawah memilik FOS = 1,4 maka kedua kaki pengangkat aman.
a
a
c
Gambar 3.3 Hasil pengujian part dengan cosmoswork a.batang piston, b.kaki
pengangkat atas, c.kaki pengangkat bawah
Ketebalan silinder piston
Ketebalan silinder merupakan salah satu faktor yang penting. Silinder yang terlalu
tipis atau tebal akan mempengaruhi keamanan kerja dan operasional piston secara
keseluruhan. Diperlukan ketebalan silinder yang dapat menahan tekanan yang terjadi
saat piston bekerja. Perhitungan ketebalan silinder mempergunakan persamaan
berikut :
2 i 2 0
2 i 2 o
d -d
d d P +
=
σ ……….(12)
(Sumber : Oil Hidraulic System; SR Majumdar hal 264)
2 d -d0 i
=
c
t ………(13)
(Sumber : Oil Hidraulic System; SR Majumdar hal 265)
dengan :
tc = ketebalan silinder (m)
do = diameter luar silinder (m)
di = diameter dalam silinder (m)
P = tekanan kerja (MPa)
σ = tegangan tarik (MPa)
Dari hasil perhitungan sebelumnya bahan yang digunakan adalah AISI 1015 dengan
σ = 325 MPa. Tekanan kerja piston adalah P = 1500 psi ≈ 10,35 MPa, dan diameter
dalam silinder adalah sama dengan diameter piston di = 0,254 m. Dengan
menggunakan bahan yang sama akan dihitung ketebalan silinder piston.
Pertama dihitung diameter luar silinder :
2 i 2 0 2 i 2 o d -d d d P + = y σ
(
)
(
)
22 0 2 2 o 254 , 0 -d 254 , 0 d 10,35
325= +
(
)
(
)
2 2 0 2 2 o 254 , 0 -d 254 , 0 d 10,35325 = +
31,4 (d02- 0,064516) =d 0,064516
2
o+
31,4d - 2,0258024 =20 2 0
d + 0,064516
31,4d02 -2 0
d = 2,0258024 + 0,064516
30,4d02 = 2,0903184
4 , 30 2,0903184 d0 =
0,069 d0 =
0
d = 0,260 m
Maka ketebalan silinder dapat dihitung :
2 d -d0 i = c t 2 0,254 -0,260 = c t
tc= 0,006 m
Silinder diuji dengan menggunakan cosmoswork. Hasil pengujian terlihat pada
gambar 3.4 dengan FOS silinder piston adalah 2,4. Dengan demikian silinder aman.
3.2 Pemilihan Pompa
Pada perancangan ini mempergunakan pompa hidrolik jenis roda gigi luar
(external gearpump) dengan pertimbangan prinsip perancangan yang relatif mudah,
konstruksi yang lebih sederhana, lebih ringan, harga yang relatif lebih murah, kuat
dan efisiensi kerja yang cukup tinggi.
Gambar 3.5 Pompa roda gigi luar (external gearpump) (Sumber : http://www.home.planet.nl/~brink494/tw_pmp_e.htm)
Dari perhitungan piston sebelumnya, didapat tekanan kerja yang terjadi sebesar 1500
psi ≈ 103,4 bar. Pompa yang akan digunakan haruslah dapat memberikan tekanan
yang minimal sama dengan tekanan kerja yang terjadi pada piston. Selain itu,
persyratan lain yang harus dipenuhi pompa yang digunakan adalah dapat memenuhi
debit atau kapasitas aliran yang yang dibutuhkan untuk mencapai kecepatan
Debit yang dibutuhkan dari pompa
Q = v . A ... (14)
dengan :
Q = debit yang dialirkan pompa (m3/s)
v = kecepatan
= 1 m/menit = 0,0167 m/s
A = luasan penampang piston = 0,051 m2
Q = v . A
Q = 0,0167 m/s . 0,051 m2
Q = 0,0008517 m3/s
Q = 0,051102 m3/menit
Q = 51,102 liter/menit
Dengan panjang langkah piston sejauh 3 m dan luasan penampang piston 0,051 m2,
maka kebutuhan fluida untuk piston adalah :
V = s . A ... (15)
V = 3 m . 0,051 m2
V = 0,153 m3
Maka pada tabel pemilihan pompa merk haldex seri w900 di lampiran 2 dipilih
pompa dengan spesifikasi sebagai berikut :
Kode model : 190
Kapasitas aliran (displacement) : 19 cm3/rev
Tekanan kerja kontinyu maksimal : 276 bar ≈ 4000 psi
Tekanan kerja sesaat maksimal : 300 bar ≈ 4400 psi
Putaran kerja : 500 - 3000 rpm
Untuk memenuhi kapasitas aliran (debit) sebesar 51,102 liter/menit, maka putaran
minimal yang dibutuhkan pompa adalah :
vpump =
rev liter 0,019 menit liter 102 , 51
vpump= 2690 rpm
Gaya yang dihasilkan pompa untuk mengangkat piston
Pada sistem tertutup, tekanan yang terjadi di setiap titik adalah sama besar (sesuai
hukum Pascal), dengan demikian P1= P2 = P
P1= P2 ; A F = P 2 2 1 1 A F = A F ...(16) dengan :
F2 = gaya yang dibutuhkan pada piston = 442.935 N
A1 = luas penampang pada pompa = 0,0003 m2
A2= luas penampang piston pengangkat = 0,051 m 2
Maka F 1 dapat dihitung :
2 2 1
1 F
A A
=
F
442.935 0,051
0,0003
1=
F
F1 = 2605,5 N
Daya hidrolik yang diperlukan dari pompa
Perhitungan daya hidrolik dapat dihitung mempergunakan persamaan 17 berikut :
t s . F
N= ………(17)
dimana :
N = daya hidrolik (watt atau Hp)
F = gaya = 117.810 lb ≈ 524.065,8 N
s = panjang langkah atau jarak yang ditempuh minyak = 3 m
maka : t s . F = N 180 3 . 524.065,8 = N
N= 8734,43 watt
N= 8,7 kw≈ 11,7 Hp
3.3 Pemilihan Fluida Hidrolik
Fluida dalam sistem hidrolik digunakan untuk mentransmisikan energi dan
menghasilkan gaya yang dibutuhkan oleh aktuator (piston). Fluida hidrolik yang
digunakan tentunya haruslah sesuai dengan kebutuhan kerja di lapangan, meliputi
kekentalan (viscosity) dan seberapa banyak fluida tersebut diperlukan (volume). Pada
perhitungan sebelumnya telah diperoleh tekanan kerja P = 1500 psi. Pada tabel fluida
industri di lampiran 4 untuk instalasi pengangkat hidrolik digunakan jenis teresso N
45 dengan spesifikasi :
Massa jenis ρ= 0,873 kg/dm3.
Pada temperatur 1220F (500C) denganνcst 23,9 = 115 SUS standar SAE 10
Pada temperatur 2100F (98,90C) denganνcst 6,1 = 45,6 SUS standar SAE 10
Viskositas kinematis(ν)
− = cst ν ν
ν 0,22 cst 135
3.4 Pemilihan Selang (Hidraulic hose)
Untuk menghubungkan pompa dengan piston diperlukan sebuah saluran yang
berfungsi sebagai jalan yang dilalui fluida hidrolik dalam mentransmisikan energi dan
menghasilkan gaya. Pada sistem tumbuh tinggi tower crane, diperlukan saluran yang
fleksibel, karena saluran tersebut harus dapat mengikuti pergerakan sistem hidrolik
itu sendiri. Maka dipergunakan selang (hose) yang terbuat dari bahan bukan logam.
Selang (flexible hose) memiliki beberapa kelebihan jika dibandingkan dengan pipa
yaitu:
a. Dapat meredam getaran dari sistem hosing pada kontrol hidrolik
b. Dalam pengoperasian lebih fleksibel
c. Lebih ringan dan efisien
Gambar 3.6 penampang selang hidrolik (Sumber : bridgestone brochure)
Pada perancangan sistem hidrolik tower crane ini diketahui bahwa tekanan operasi
pompa = 1500 psi (105,45 kgf/cm2). Bahan selang yang digunakan harus kuat
pada tabel katalog selang hidrolik pada lampiran 5, diputuskan untuk memilih selang
dengan kode PA 1012 dengan data-data sebagai berikut :
Diameter dalam (I.D) = 19,0 mm
Diameter luar (O.D) = 26,8 mm
Tekanan kerja = 105 kgf/cm2
Tekanan kerja maksimal = 160 kgf/cm2
Berat = 610 g/m
Dengan data-data tersebut, maka dapat dipastikan selang tersebut telah memenuhi
persyaratan untuk digunakan. Selain itu, selang ini terbuat dari karet sintetik (syntetic
rubber) sehingga cukup fleksibel dan konstruksinya yang paling sederhana sehingga
mudah dipasangkan pada sistem.
3.5 Seal
Seal atau perapat adalah komponen yang sangat penting dalam sistem hidrolik.
Perapat bertujuan untuk memberikan kekedapan (isolasi) pada dua elemen atau lebih
dari kebocoran.
Pemilihan seal berdasarkan beberapa hal :
a. Suhu kerja fluida
b. Tekanan kerja fluida
c. Jenis gerakan salah satu eleman yang memerlukan perapat
d. Jenis fluida kerja yang digunakan
Beberapa jenis seal yang umum digunakan dalam sistem hidrolik adalah :
a. Seal bentuk cincin (O ring) digunakan untuk gerakan resiprokating, berputar
atau statis dengan bahan karet buatan atau polimer.
b. V seal, digunakan untuk silinder hidrolik dengan bahan karet
c. Floating seal
3.6 Pemilihan Motor Listrik
Dengan mengacu pada perhitungan pompa sebelumnya telah didapatkan bahwa
putaran minimal yang dibutuhkan dari motor untuk memenuhi kapasitas aliran yang
diperlukan adalah 2690 rpm.. Penggerak pompa yang dipergunakan harus dapat
memberikan daya masukan minimal setara atau lebih tinggi dari daya yang
Gambar 3.8 motor listrik 3 phasa (Sumber : AEG technical catalogue)
Dengan menggunakan katalog motor listrik pada lampiran 6 maka dipilih motor
dengan merk AEG kode AM 132YG dengan spesifikasi :
Daya motor ternilai (Nrated) = 15 Hp
Jumlah kutub = 2
Jumlah putaran (n) = 2885 rpm
Frekuensi motor = 50 Hz
Diameter poros transmisi = 38 mm
Momen girasi motor (GD2) = 0,01 kgm2
Dengan memilih motor dengan putaran n = 2885 rpm maka kebutuhan debit 51
liter/menit dapat dipenuhi dengan perhitungan :
Qt = 0,019 liter/rev . 2885 rpm
Momen tahanan statis yang diacu pada poros motor
Menghitung momen tahanan statis yang diacu pada poros motor mempergunakan
persamaan 18 :
n N 71.620 st =
Mst ... (18)
(Sumber : Rudenko hal 292)
dengan :
Nst = daya motor yang dihasilkan pada gerakan tunak
n = putaran motor
= 2885 rpm
Sebelumnya dihitung daya statik motor yang diperlukan (Ns) :
m s N η . 75 v . Wp
= ... (19)
(Sumber : Rudenko hal 292)
Wp adalah beban rencana 441.450 N = 45.000 kg
v adalah kecepatan angkat 1m/menit
m
η adalah efisiensi mekanis, diasumsikan 0,8 sebagai efisiensi terendah yang
mungkin terjadi pada sistem.
3600 45.000
=
s
N
Ns = 12,5 Hp
Maka momen statis motor adalah :
n N 71.620 st = Mst 2885 12,5 71.620 = Mst
Mst = 310,3 kg cm
Mst = 3,103 kg m
Momen gaya dinamik pada motor ketika start
Dipilih kopling tetap dengan diameter luar 160 mm, dan
Momen inersia 3,2 .10-5 kg m/s2 (Sumber : Rudenko hal 295)
Momen girasi kopling (GD2) adalah :
g I
. 4 GD2
= ... (20)
(Sumber : Rudenko hal 289)
dengan :
I = inersia kopling
g I
. 4 GD2
= GD2 = I (4 . g)
GD2= 3,2 .10-5 kg m/s2 (4 . 9,81 m/s2)
GD2 = 1,26 . 10-3 kg m2
Momen girasi rotor motor dan kopling pada poros motor :
2 kopling 2 rotor 2 GD GD + = GD 2
GD = 0,01 kg m2 + 1,26 . 10-3 kg m2
2
GD = 0,01126 kg m2
Momen gaya dinamik saat start
Momen gaya start motor yang dibutuhkan adalah :
m dyn n M η δ . t . v . G . 0,975 t . 375 n . GD . s 2 ' s 2 +
= ………. (21)
(Sumber : Rudenko hal 293)
dengan :
δ = koefisien yang diperhitungkan terhadap massa mekanisme
transmisi ; 1,1-1,25; diambil 1,15
G’ = bobot komponen = 45.000 kg
maka momen dinamik ketika start adalah m dyn n M η δ . t . v . G . 0,975 t . 375 n . GD . s 2 ' s 2 + =
(
)
,8 0 . 3 . 885 2 0.0167 . 5.000 4 . 0,975 3 . 375 2885 . 0,01126 . 15 , 1 2 + = dyn M 6924 3 , 12 1125 4 , 37 + = dyn M ,0018 0 ,033 0 + = dyn M m kg 0348 , 0 = dyn MMomen gaya start motor yang diperlukan
Mmot = Mst + Mdyn... (22) (Sumber : Rudenko hal 293)
Mmot = 3,103 kg m + 0,0348 kg m
Mmot = 3,138 kg m
Momen gaya ternilai dari motor adalah :
Pemeriksaan motor terhadap beban lebih
Beban lebih motor selama start :
Mmot = 3,138 kg m
Momen gaya ternilai dari motor :
Mrated = 3,742 kg m
Momen pada motor lebih besar dibandingkan dengan momen yang diperlukan
untuk start, maka dapat disimpulkan motor mampu mengangkat beban sebesar
45.000 kg
3.7 Kopling
Jika dibandingkan antara daya yang dibutuhkan oleh pompa dengan daya motor
listrik yang dihasilkan adalah cukup ideal (tidak jauh berbeda), maka diperlukan
sambungan kopling untuk menyambung poros motor dan pompa. Kopling dalam
perencanaan ini menggunakan kopling tetap yang berfungsi sebagai penerus putaran
dan daya dari poros penggerak ke poros yang digerakkan secara pasti (tanpa terjadi
slip) dimana sumbu kedua poros tersebut terletak pada satu garis lurus dalam keadaan
selalu terhubung. Jenis kopling tetap yang digunakan adalah kopling flens kaku.
Gambar 3.9 kopling flens kaku
Metode untuk perencanaan kopling yang digunakan dalam perancangan ini
menggunakan persamaan-persamaan yang digunakan Ir. Sularso ”Dasar
Perancanaan dan Pemilihan Elemen Mesin” 1997 bab 2.
Diameter poros dm = 38 mm
Berdasarkan tabel ukuran kopling flens pada lampiran 7, didapatkan ukuran dari
kopling sebagai berikut:
Diameter luar kopling (A) = 160 mm
Panjang naf (L) = 56 mm
Diameter naf (C) = 80 mm
Diameter pusat baut (B) = 112 mm
Tebal flens (F) = 20 mm
Panjang flens (H) = 35,5 mm
Tebal sisi flens (K) = 6 mm
Jumlah baut (ne) = 4
a. Menghitung tegangan geser baut B n d T e b b 2 8 π
τ = ...……….(23)
(Sumber : Sularso, 1997, hal. 34)
dengan :
b= tegangan geser baut (kg/mm2) T = torsi (kg mm)
db= diameter baut (mm)
ne= jumlah baut efektif
= e x n = 0,5 x 6 =3
B = diameter pusat baut (mm)
n N
T 5 m
10 . 9,74
= ... (24)
(Sumber : Sularso, 1997, hal. 7)
Nm= 15 Hp ≈11,2 kw
n = 2885 rpm
2885 2 , 11 10 . 9,74 5 = T
112 4 14 2 , 781 3 8 2 x x x x b π τ = b
τ = 0,11 kg/mm2
Dipilih bahan baut dari baja karbon SS41B (JIS G 3101), dengan kekuatan tarik
B = 40 kg/mm 2
. dengan mengambil faktor keamanan Sfb = 6 dan faktor Kb = 3,
maka diperoleh harga tegangan geser bahan ( ba)
ba = 3 6
40
x
ba = 2,222 kg/mm2 > 0,11 kg/mm2 bahan baut yang digunakan aman
b. Menghitung tegangan geser flens
F C T F 2 2 π
τ = ………(25)
(Sumber : Sularso, 1997, hal. 34)
dengan :
F = tegangan geser flens (kg/mm2) T = torsi (kg.mm)
C = diameter naf (mm)
F = tebal flens (mm)
Dipilih bahan flens dari baja karbon cor SC 49 (JIS G 5101), dengan kekuatan tarik
B = 49 kg/mm2. dengan mengambil faktor keamanan SfF = 6 dan faktor KF = 3, maka diperoleh harga tegangan geser bahan ( ba).
Fa =
3 6
49
x
Fa = 2,72 kg/mm2
F x 3 = 0,0188 . 3
= 0,0564 kg/mm2 < 2,72 kg/mm2
Dari perhitungan, tegangan geser bahan lebih rendah dibandingkan dengan tegangan
izin maka bahan yang digunakan flens yang digunakan aman
Kemudian dari perhitungan kopling tersebut, terakhir akan dipilih pasak yang
digunakan untuk mengunci kopling dengan poros. Pemilihan poros mempergunakan
tabel pasak pada lampiran 9.
Dengan ukuran poros 38 mm maka dipilih pasak dengan ukuran sebagai berikut :
Panjang pasak (l) : 56 mm (sesuai ukuran kopling)
Lebar pasak (b) : 10 mm
Tinggi pasak (h) : 8 mm
Tinggi pasak ke poros (t1) : 5 mm
BAB IV
KESIMPULAN DAN PENUTUP
4.1 Kesimpulan
Dengan data-data awal untuk perancangan “Growing System of Tower Crane”
antara lain :
a. Gaya berat bagian atas W = 15 ton = 15.000 kg = 147.150 N
b. Panjang langkah s = 3 m
c. Kecepatan angkat v = 1 m/menit
d. Diameter batang piston d = 25,4 cm
e. Nilai keamanan sf = 3
f. Waktu untuk mencapai percepatan ta = 0,5 detik
Maka dari hasil-hasil perhitungan pada bab sebelumnya dapat ditarik
kesimpulan sebagai berikut :
4.1.1 Perancangan Piston dan Batang Piston
a. Daya rencana yang digunakan adalah Wp= 441.450 N
b. Gaya angkat yang dihasilkan piston adalahF = 442.935 N
c. Tekanan yang terjadi pada piston adalahP = 8.685.000 Pa ≈ 1259,3 psi
e. Bahan yang digunakan untuk batang piston adalah AISI 1015 dengan
σ = 325 Mpa
f. Ketebalan silinder piston adalahtc = 6 mm
4.1.2 Pemilihan Pompa Hidrolik
Pompa hidrolik yang digunakan adalah jenis pompa roda gigi luar(external
gearpump) merkhaldex seri w900dengan spesifikasi sebagai berikut :
a. Tekanan rata-rata adalah Pp = 276 bar
b. Tekanan maksimal adalah Ppmaks = 300 bar
c. Putaran minimal adalah nmin = 500 rpm
d. Putaran maksimal adalah nmaks = 3000 rpm
e. Daya hidrolik adalah N = 8,7 kw ≈ 11,7 Hp
f. Debit minimal yang dibutuhkan dari pompa Q = 51,102 liter/menit
4.1.3 Pemilihan Fluida Hidrolik
Untuk perangkat hidrolik digunakan fluida hidrolik jenisteresso N 45 dengan
data sebagai berikut :
a. Volume fluida yang diperlukan adalah V = 153 liter
b. Massa jenis adalah ρ= 0,873 kg/dm3.
c. Pada temperatur 1220F (500C) denganνcst 23,9 = 115 SUS standar SAE 10
e. Viskositas kinematisν =24,13cst
4.1.4 Pemilihan Selang(Hidraulic Hose)
Digunakan selang hidrolik dengan kode PA 1012 dengan spesifikasi sebagai
berikut :
a. Diameter dalam (I.D) = 19,0 mm
b. Diameter luar (O.D) = 26,8 mm c.
Tekanan kerja = 105 kgf/cm2 d. Tekanan kerja maksimal = 160 kgf/cm2
e. Berat = 610 g/m
4.1.5 Pemilihan Motor Listrik
Digunakan motor listrik merk AEG kode AM 132S YG dengan spesifikasi sebagai
berikut :
a. Daya motor ternilai (Nrated) = 15 Hp
b. Jumlah kutub = 2
c. Jumlah putaran (n) = 2885 rpm
d. Frekuensi motor = 50 Hz
e. Diameter poros transmisi = 38 mm
4.1.6 Perhitungan kopling
Digunakan kopling flens tetap dengan hasil perhitungan sebagai berikut :
a. Diameter luar kopling (A) = 160 mm
b. Panjang naf (L) = 56 mm
c. Diameter naf (C) = 80 mm
d. Diameter pusat baut (B) = 112 mm
e. Tebal flens (F) = 20 mm
f. Panjang flens (H) = 35,5 mm
g. Tebal sisi flens (K) = 6 mm
h. Jumlah baut (ne) = 4
i. Diameter baut (db) = 14 mm
j. Tegangan geser baut (τb) = 0,11 kg/mm
2
k.
Bahan baut adalah baja karbon SS41B (JIS G 3101), dengan kekutan tarik
B = 40 kg/mm2
l. Tegangan geser flens adalah (τF) = 0,0188 kg/mm
2
m. Bahan flens adalah baja karbon cor SC 49 (JIS G 5101), dengan kekuatan
4.2 Penutup
Puji syukur penyusun panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena
berkat pertolongan dan anugerahnyalah penulisan tugas akhir dengan judul ”The
Growing System of Tower Crane” ini akhirnya dapat terselesaikan.
Penulisan tugas akhir perancangan the growing of tower crane ini dapat
terselesaikan dengan berdasarkan studi literatur dan bimbingan bapak dosen serta
kerjasama dengan semua pihak.
Penyusun menyadari bahwa penulisan tugas akhir ini masih jauh dari kata
sempurna disebabkan masih banyaknya kesalahan dan kekurangan yang penyusun
rasakan yang ada pada diri penyusun sendiri. Oleh karena itu penyusun sangat
mengharapkan masukan baik berupa saran maupun kritik dari berbagai pihak untuk
karya ini.
Akhir kata, semoga karya penulisan tugas akhir ini dapat bermanfaat baik bagi
DAFTAR PUSTAKA
Esposito, Anthony. 1997.Fluid Power with Applications Fourth Edition.Ohio USA :
Prentice Hall Intenational.
Harjanto, Greg. 2001. Dasar Pesawat Pengangkat dan Pengangkut : Jurusan Teknik
Mesin UGM Yogyakarta.
Muin, Syamsir.1990.Pesawat-pesawat Pengangkat, Jakarta: CV. Rajawali.
Niemen, Gustav.1986.Elemen Mesin Edisi Kedua Jilid I. Jakarta : Erlangga.
Parr, Andrew. 2003.Hidrolika dan Pneumatika Pedoman untuk Teknisi dan Insinyur.
Jakarta : Erlangga.
Rudenko, N. 1996.Mesin Pemindah Bahan. Jakarta : Erlangga. Stolk, Jac., C. Kros. 1986.Elemen Mesin. Jakarta : Erlangga.
Sularso. 1997. Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin. Jakarta : PT.
Pradnya Paramita.
Yeaple, Frank. 1996. Fluid Power Design Handbook Third Edition. New York :
Marcel Dekker Inc.
Lampiran 1 Tabel Modul Batang Piston
Lampiran 2 Tabel Pompa Roda Gigi merk Haldex seri w900
Sumber : HALDEX Gearpump catalogue
Model code 60 80 100 110 140 160 190 230 270 280
Displacement cm3/rev 6 8 10 11 14 16 19 23 27 28
in3/rev 0.366 0.488 0.61 0.671 0.854 0.976 1.159 1.403 1.647 1.709
Inlet Pressure bar (psi) min 0.2 bar below atmospheric (6 in Hg) max 2.0 bar (29 psi)
bar 276 bar 221 185 180
Max. Continous Pressure (P1)
psi 4000 psi 3200 2700 2600
bar 300 bar 241 203 197
Max. Intermittent Pressure (P2)
psi 4400 psi 3500 2950 2850
Min. Rotational Speed At 500
Max. Rotational Speed At 4000 3600 3300 3000 2800 2400 2300
kw 3.01 4.02 5.02 5.52 7.03 8.03 9.54 9.24 9.15 9.14
Input Power @P1@1000 rpm
Lampiran 3 Grafik Daya Teoritis
Lampiran 4 Tabel Fluida Industri
Lampiran 5 Tabel Katalog Selang Hidrolik
Lampiran 6 Tabel Motor Listrik AEG
Type Rated Rated Efficiency Power Rated Direct-on-line starting Moment Weight output speed factor current Starting Breakaway Pull-up Pull-out of
at current torque torque torque inertia ratio ratio ratio ratio
η cosϕ IN IA/IN MA/MN MS/MN MK/MN
kW HP min-1 50% 75% 100% 400V 380-420V 10-3 kgm2 kg
3000 min-1 (2 poles) Cast iron frame
AM 132S YG 2 11 15.0 2885 84.7 86.2 85.7 0.86 10.8 11.0 6.6 2.5 2.1 2.9 10.0 55
AM 132S ZG 2 15 20.0 2890 86.5 87.6 87.0 0.89 14.1 14.5 7.2 2.6 2.2 3.0 14.0 60
AM 132M RG 2* 11 15.0 2900 88.2 89.2 88.7 0.87 20.6 21 7.8 2.9 2.5 3.3 20.5 68
AM 132M TG 2* 15 1) 20.0 1) 2890 88.0 89.0 88.5 0.88 28.0 28.5 7.8 3.1 2.6 3.4 25.0 74
AM 160M VG 2 11 15 2925 86.6 88.5 88.7 0.84 21.5 22 6.7 2.3 2.2 3.0 28 101
AM 160M XG 2 15 20 2920 88.0 89.6 89.7 0.85 28.5 29.5 7.2 2.4 2.2 3.1 36 113
AM 160L XG 2 18.5 25 2925 88.8 90.3 90.4 0.86 34.5 35 7.6 2.7 2.5 3.3 42 121
AM 160L RG 2* 22 1) 30 1) 2920 89.0 90.8 90.8 0.87 41 42 7.9 2.7 2.5 3.3 52 134
AM 180M XG 2 22 30 2925 89.1 90.7 90.8 0.86 41 42 7.4 2.5 2.3 3.2 65 155
AM 180M RG 2* 30 1) 40 1) 2925 89.3 91.4 91.5 0.86 56 57.5 7.9 2.7 2.5 3.4 88 175
AM 200L LG 2 30 40 2945 89.2 91.1 91.6 0.85 56 57 7.8 2.2 2.0 3.0 120 212
AM 200L NG 2 37 50 2950 90.0 91.8 92.2 0.86 67.5 69 7.7 2.2 2.0 3.0 145 230
AM 225M N 2 45 60 2945 90.9 92.4 92.6 0.89 80 83 7.8 2.4 1.9 2.8 270 310
AM 250M N 2 55 75 2950 90.9 92.7 93.1 0.89 96 101 7.5 2.3 1.8 3.0 424 410
AM 280S T 2 75 100 2975 90.9 92.9 93.7 0.87 134 136 7.2 1.9 1.5 3.2 770 540
AM 280M T 2 90 125 2975 93.6 94.8 94.1 0.89 156 161 7.3 1.9 1.5 3.2 957 615
AM 315S YE 2 110 150 2980 93.2 94.5 95.0 0.85 195 200 7.7 2.2 1.6 3.3 1000 650
AM 315M ZE 2 132 180 2980 94.1 95.2 95.5 0.88 227 235 6.8 2.4 1.3 2.6 1200 810
AM 315L YE 2 160 220 2980 94.7 95.7 95.9 0.90 267 280 7.2 2.5 1.3 2.6 1400 900
AM 315L ZE 2 200 1) 270 1) 2980 95.2 96.1 96.3 0.91 329 347 7.8 2.7 1.3 2.7 1600 1000
Lampiran 7 Bentuk dan Ukuran Kopling Flens Kaku
Lampiran 8 Bahan untuk Flens dan Baut Kopling Tetap
Lampiran 9 Pemilihan pasak
Lampiran 10 Diagram Sirkuit Hidrolik Growing System
A B
P T
1
1
2
3
4
Keterangan : 1. Tangki 2. Pompa
3. Katup pengatur aliran 4. Katup pengatur tekanan 5. Piston
