ANALISIS DESAIN MOBILE STAND VOLVO FH16-SST45 MENGGUNAKAN CATIA V5

ANALISIS DESAIN MOBILE STAND VOLVO FH16-SST45 MENGGUNAKAN CATIA V5

Akhmad Faizin, Dipl.Ing.HTL, M.T.

Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Malang E-mail: faizin_poltek@yahoo.com

ABSTRAK

Mobile Stand merupakan gabungan dari dua pasang landing jack yang dirakit pada sebuah rangka.

Modifikasi ini diperlukan guna menumpu bak dari kendaraan Volvo FH-SST45 saat diparkir. Guna menjamin keamanan hasil modifikasi desain tersebut, perlu dilakukan analisis kekuatan. Analisis diawali dengan pembuatan desain komponen (part design) dari mobile stand, yaitu landing jack, rangka, dan baut pengikat.

Dimensi dan bentuk desain komponen harus presisi dan sesuai dengan benda aslinya, supaya dapat memberikan hasil yang akurat. Selanjutnya dilakukan desain perakitan (assembly design) dari komponen-komponen yang telah dibuat. Setelah itu, proses analisis dapat dilakukan melalui tahapan: pemberian boundary condition (tumpuan), pemberian load (beban), pemberian connection property, dan proses computing (penghitungan).

Dengan CATIA V5, proses desain komponen dapat dilakukan dengan mudah, cepat, dan akurat. Proses analisis juga dapat langsung dilakukan dalam bentuk rakitan, karena CATIA merupakan software CAD/CAM/CAE yang terintegrasi. Setelah dipasang tumpuan pada bagian bawah sepatu, diberi beban sebesar 457710 N pada pelat bagian atas, diberi connection property pada constraint yang menghubungkan komponen satu dengan lainnya, dan dihitung, dapat diperiksa hasilnya berupa tegangan dalam satuan N/m² dan deformasi dalam satuan mm yang terjadi berupa tampilan secara grafis. Dari hasil perhitungan ini dapat digunakan untuk mencari besarnya tegangan yang terjadi pada setiap bagian dari setiap komponen sesuai dengan yang diinginkan. Besarnya tegangan yang terjadi ini selanjutnya dapat dibandingkan dengan tegangan luluh (yield) dari material yang digunakan untuk mendapatkan angka faktor keamanan (safety factor). Berdasarkan angka faktor keamanan yang diperoleh inilah suatu komponen dapat dinyatakan aman atau tidak.

Hasil analisis pada landing jack diperoleh tegangan maksimum yang terjadi pada square hollow 140x140x5mm sebesar 72 N/mm², pada square hollow 130x130x8mm sebesar 70.4 N/mm², plate samping sebesar 70.4 N/mm², plate sepatu sebesar174 N/mm². Analisis pada rangka menghasilkan tegangan maksimum yang terjadi pada square hollow 150x100x8mm sebesar 48 N/mm², plate atas sebesar 48 N/mm², plate samping sebesar 48 N/mm². Tegangan maksimum yang terjadi pada baut pengikat 81.4 N/mm². Tegangan maksimum yang terjadi pada kampuh las landing jack sebesar 57.1 N/mm² dan pada kampuh las rangka sebesar 48 N/mm². Deformasi yang terjadi adalah pergeseran bagian tengah rangka sebesar 0.36 mm.

Berdasarkan hasil analisis statis menggunakan software CATIA dan data material yang digunakan, maka dengan beban 457710 N, desain mobile stand masih dalam keadaan aman.

Kata kunci: mobile stand, landing jack, rangka, analisis statis, tegangan, deformasi, aman

1. PENDAHULUAN

Kapasitas kendaraan yang digunakan untuk mengangkut batubara di PT Pamapersada Nusantara, Bontang-Kalimantan Timur umumnya sangat besar, sekitar 50 ton. Untuk memenuhi kebutuhan tersebut digunakan trailer pengangkut jenis Volvo FH 16-SST45 dan SST50. Pada saat menunggu atau mengisi muatan (loading), bak tersebut diparkir, sedang trailer-nya digunakan menarik bak yang lain. Sementara di tempat parker, bak tersebut ditumpu menggunakan sepasang landing jack yang terpasang pada chasis bagian depan. Landing jack yang digunakan adalah dari merk YORK dan dapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 1: Landing Jack

Adapun spesifikasi landing jack yang digunakan adalah:

Dari spesifikasi di atas sepasang landing jack mempunyai kapasitas 28 ton. Padahal saat muatan bak 50 ton, ditambah dengan beban chasis dan baknya, maka beban yang ditahan oleh sepasang landing jack sangatlah kritis. Untuk itu, diperlukan modifikasi dari sepasang landing jack menjadi sebuah mobile stand, yang terdiri dari dua pasang landing jack seperti terlihat pada Gambar 2. Mobile stand tersebut didesain dengan sepasang roda supaya dapat dipindah-pindah dan digunakan untuk menumpu bak yang lain.

Gambar 2: Mobile Stand

Desain mobile stand terdiri dari: empat buah atau dua pasang landing jack, rangka sebagai dudukan chasis, dan baut pengikat untuk mengikat landing jack pada rangka. Penggunaan mobile stand pada kendaraan Volvo FH 16-SST45 ditunjukkan pada Gambar 3.

pada Gambar 4. Pada saat mobile stand digunakan, selain akan menerima beban dari muatannya, juga beban dari chasis dan bak yang terbuat dari baja.

Gambar 4: Volvo FH16-SST45

Guna mengetahui kelayakan desain mobile stand hasil modifikasi, perlu dilakukan analisis.

Analisis diperlukan untuk mendapatkan:

- Tegangan yang terjadi pada mobile stand - Tegangan yang terjadi pada landing jack - Tegangan yang terjadi rangka

- Tegangan yang terjadi pada baut pengikat - Tegangan yang terjadi pada kampuh las - Lokasi tegangan maksimum yang terjadi - Deformasi yang terjadi

Selanjutnya tegangan tersebut dibandingkan dengan tegangan luluh (yield strength) dari material yang digunakan. Hasil perbandingan antara tegangan luluh dari material yang digunakan dengan tegangan yang terjadi merupakan faktor keamanan (safety factor).

Dalam melakukan analisis perlu diketahui bahwa, mobile stand ini merupakan suatu kumpulan beberapa komponen yang dirakit menjadi satu.

Untuk itu, perlu dalam melakukan proses analisis harus menggunakan software bisa melakukan analisis suatu desain rakitan, sehingga dapat memberikan hasil yang lebih baik.

2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Software CATIA

CATIA adalah software produk dari Dassault Systemes, dimana CAD/CAM/CAE terintegrasi dalam satu database, sehingga banyak memberikan kemudahan dalam melakukan desain dan analisis.

Beberapa pertimbangan menggunakan software CATIA:

- CATIA-Part Design, dapat membantu dalam melakukan desain suatu komponen dalam bentuk 3 dimensi (solid) dengan sangat mudah, cepat, dan akurat (sesuai dengan bentuk dan dimensi yang diinginkan).

- CATIA-Analysis, dapat membantu dalam proses analisis menggunakan Finite Element Method (FEM) terhadap komponen hasil dari CATIA- Part Design.

- Selain dapat digunakan untuk mendesain dan melakukan analisis pada sebuah komponen, software CATIA juga dapat digunakan melakukan analisis suatu desain rakitan.

2.2 Dimensi Rangkaian Volvo FH 16-SST45

Gambar 5: Dimensi Rangkaian Volvo FH16-SST45 Adapun data kendaraan dan muatannya adalah sebagai berikut:

Description R1 R2 R3

Truck weight 5285 3940

Crew 195

1st trailer frame 509 6079 9949 1st trailer payload 1431 17097 27900

1st trailer suspension 4500

GCW 7420 27116 42349

2.3 Material yang Digunakan

Material yang digunakan untuk membuat rangka adalah:

Description Dimension Type σYield

(N/mm²) σTensile

(N/mm²) square

hollow

150x100x8mm ASTM A500

377 460 Plate 250x400x20mm Bisalloy

360

1190 1260

Bolt M14 Grade

8.8

640 800

2.4 Dimensi Frame Dolly

Dimensi mobile stand yang dianalisis, dapat dilihat pada Gambar 6.

a) Pandangan Depan

b) Potongan-Potongan

c) Pandangan Samping

Gambar 6: Dimensi Mobile Stand 3. PROSES ANALISIS

3.1 Desain Mobile Stand

Berdasarkan data yang ada, Mobile Stand didesain ulang menggunakan CATIA-Part Design.

Desain diawali dengan membuat komponen- komponennya, yaitu: landing jack, rangka, dan baut pengikat.

Selanjunya komponen-komponen tersebut dirakit menggunakan CATIA-Assembly Design, sehingga menjadi desain rakitan. Desain rakitan inilah yang akan dianalisis.

a) Assembly Design Mobile Stand

b) Drawing Mobile Stand Gambar 7: Desain Mobile Stand 3.2 Perhitung Beban

Gambar 8: Beban yang Beberka pada Mobile Stand Perhitungan beban ini bertujuan untuk menghitung beban yang bekerja pada mobile stand saat digunakan untuk menumpu bak yang berisi penuh dengan muatan batubara. Dalam perhitungan ini diasumsikan bahwa muatan batubara merupakan beban merata yang bekerja sepanjang bak atau chasisnya. Adapun jenis dan lokasi beban serta tumpuannya dapat dilihat pada Gambar 8.

Data yang lain adalah:

- Panjang Vessel 9.158 m

- Pay load (muatan) 50000 kg

- Berat Vessel 16537 kg

- Letak Mobile Stand Titik A - Letak Tumpuan Roda Belakang Titik B

- Pay load dan berat Vessel dianggap beban merata sepanjang chasis yaitu 9.158 m

Perhitungan beban merata (q):

m / kg 7266

158 . 9

16537 50000

vessel panjang

vessel berat load q pay

Beban yang bekerja pada mobile stand besarnya sama dengan gaya reaksi pada tumpuan titik A.

Untuk mendapatkan gaya reaksi tersebut dapat dilakukan perhitungan menggunakan prinsip free

N 557710

kg 45771

66 . 6

) 33 . 3 ( ) 66 . 6 7266 ( 0 ) 91 . 7 ( ) 5 . 2 7266 R (

) 33 . 3 ( ) 66 . 6 ( q ) 0 ( F ) 66 . 6 25 . 1 ( ) 5 . 2 q ( ) 66 . 6 ( R

) 33 . 3 ( P ) 0 ( F ) 66 . 6 25 . 1 ( P ) 66 . 6 ( R

0 M

Ay

Su spensi Ay

2 Su spensi 1

Ay B

4. HASIL

Berdasarkan data yang ada, analisis dilakukan dengan asumsi bahwa beban yang bekerja pada mobile stand sebesar 457710 N.

4.1 Analisis Menggunakan CATIA

Dalam melakukan analisis menggunakan software CATIA, langkah yang dilakukan adalah:

- Membuat desain komponen

menggunakan Part Design, yaitu: rangka, landing jack (tiang luar, tiang dalam, sepatu, dan pin sepatu)

- Membuat desain rakitan melalui Assembly Design dari komponen-komponen tersebut menjadi sebuah rakitan mobile stand.

- Membuka menu analisis, melalui:

Start Mechanical Design Analysis &

Simulation Generative Structure Analysis Static Analysis

- Menentukan tumpuan (Boundary condition)

- Memberikan beban (Load) - Memasang Connection Property - Menghitung (Computing) - Melihat hasilnya:

 Tegangan yang terjadi

(Von Mises Stress)

 Deformasi

(Deformation) 4.1.1 Boundary condition

Gambar 9: Boundary Condition Keterangan:

4.1.2 Beban (Load)

Besarnya beban yang bekerja pada mobile stand sebesar 457710 N. Beban ini merupakan beban tekan yang ditumpu oleh empat buah pelat penumpu beban.

4.2 Tegangan pada Landing Jack

Setelah proses computing, maka didapatkan hasil tegangan yang terjadi pada landing jack seperti pada Gambar 10.

Gambar 10: Tegangan pada landing jack Pada Gambar 10, dapat dilihat bahwa, tegangan maksimum yang terjadi pada landing jack sebesar 174 N/mm². Tegangan maksimum ini terjadi pada komponen sepatu. Untuk itu pada Gambar 11 dapat dilihat tegangan maksimum yang terjadi pada komponen sepatu.

Gambar 11: Tegangan pada Sepatu

Tegangan yang terjadi pada square hollow 140x140x5mm dapat dilihat pada Gambar 12.

Gambar 12: Tegangan pada Square Hollow 140x140x5mm

Tegangan yang terjadi pada square hollow 130x130x8mm dapat dilihat pada Gambar 13.

Gambar 13: Tegangan pada Square Hollow 130x130x8mm

4.3 Tegangan pada Rangka

Pada Gambar 12, dapat dilihat tegangan yang terjadi pada rangka. Tegangan yang terjadi ini maksimum sebesar 48 N/mm² yang lokasinya dapat dilihat pada gambar.

Gambar 12: Tegangan pada Rangka 4.4 Tegangan pada Baut Pengikat

Tegangan yang terjadi pada baut pengikat dapat dilihat pada Gambar 13. Tegangan maksimum yang terjadi sebesar 81.4 N/mm².

Selain itu, dalam pemasangan baut pengikat, harus diperhatikan momen pengencangan yang diperlukan. Besarnya momen pengencangan tergantung pada dimensi baut dan grade-nya.

Untuk baut M14 grade 8.8 adalah:

Nm 5 . 32 M_Pengencangan

Gambar 13: Tegangan pada Baut Pengikat 4.5 Tegangan pada Kampuh Las Landing Jack

Tegangan yang terjadi pada kampuh las landing jack dapat dilihat pada Gambar 14.

Tegangan maksimum yang terjadi adalah sebesar 57.1 N/mm².

Gambar 14: Tegangan pada Kampuh Las Landing Jack 4.6 Tegangan pada Kampuh Las Rangka

Tegangan yang terjadi pada kampuh las rangka dapat dilihat pada Gambar 15. Tegangan maksimum yang terjadi adalah sebesar 48 N/mm².

Gambar 15: Tegangan pada Kampuh Las Rangka 4.7 Deformasi pada Mobile Stand

Defleksi yang terjadi pada mobile stand secara keseluruhan dapat dilihat pada Gambar 16.

Displacement maksimum yang terjadi sebesar 0.36mm.

Gambar 16: Deformasi pada Mobile Stand

5. KESIMPULAN

2- Hasil analisis yang dilakukan adalah:

Landing Jack

Uraian Material yang terjadi (N/mm²)

Yield (N/mm²)

Safety Factor Square Hollow

(140x140x5mm)

ASTM A500 72 377 5.2

Square Hollow (130x130x8mm)

ASTM A500 70.4 377 5.3

Plate Samping (tebal 20mm)

Bisalloy 360 72 1190 16.5

Plate Sepatu (tebal 5.9mm)

Bisalloy 360 174 1190 6.8

Rangka

Uraian Material yang terjadi (N/mm²)

Yield (N/mm²)

Safety Factor Square Hollow

(150x100x8mm) ASTM A500

48 377 7.8

Plate Atas (tebal 20mm)

Bisalloy 360

48 1190 24.7

Plate Samping (tebal 20mm)

Bisalloy 360

48 1190 24.7

Baut Pengikat

Uraian Material yang terjadi Yield Safety Factor Baut M14 Grade 8.8 81.4 N/mm² 640 N/mm² 7.8

Kampuh Las

Uraian Material yang terjadi Yield Safety Factor Landing Jack ASTM A500 57.1 N/mm² 339 N/mm² 5.9 Rangka ASTM A500 48 N/mm² 339 N/mm² 7.0

3- Berdasarkan hasil analisis menggunakan CATIA V5 dan data material yang digunakan, maka dengan beban 457710 N desain Mobile Stand yang telah dimodifikasi masih dalam keadaan aman.

6. SARAN

Saat proses perakitan, momen pengencangan baut pengikat harus diperhatikan.

REFERENSI

1. Kohler J. (1985) Normen auszug, VSM- Normenbüro, Zürich.

2. Matek W, Muhs D und Wittel H. (1987) Roloff/Matek Maschinenelemente, Fredr.

Vieweg & Sohn, Braunschweig, Deutschland, ISBN 3-528-64028-1.

3. Niemann G, Budiman Anton Dipl. Ing., Priambodo Bambang (1992) Elemen Mesin I edisi Kedua, Erlangga, Jakarta.

I-7