PERANCANGAN FORKLIFT MANUAL DENGAN KAPASITAS ANGKAT 200 KG
Zuingli Santo Bandaso1, Kadek Mulyadi2
1,2Jurusan Teknik Manufaktur Industri Agro Politeknik ATI Makassar Jl. Sunu No. 220, Makassar 90213
Email: [email protected]
ABSTRAK
Forklift pada umumnya digunakan pada gudang-gudang industri dan perusahaan-perusahaan logistik, sedangkan pada Workshop Proses Produksi Politeknik ATI Makassar alat angkat ini sangat sulit untuk digunakan karena area untuk bermanuver (bergerak) sangat sempit pada saat pengangkatan barang. Peralatan yang digunakan untuk keperluan tersebut biasanya adalah alat-alat angkat yang cukup banyak jenisnya. Salah satu jenis alat angkat tersebut adalah Hand Forklift yang menggunakan sistem katrol tetap dan kawat baja sebagai pengangkat beban. Metode pengumpulan data yaitu studi pustaka dan metode perancangan alat yaitu berdasarkan analisa data dan Simulation Stress Analysis menggunakan aplikasi Autodesk Inventor Profesional 2015. Hasil perhitungan menunjukkan bahwa tegangan maksimum terjadi pada garpu sebesar 25,61 N/mm2, sedangkan faktor keamanan (Safety Factor) yang diperoleh adalah minimum 8,08 yang terjadi pada garpu dan maksimum 15 terjadi pada rangka utama. Adapun Defleksi maksimum yang terjadi pada ujung garpu angkat sebesar 0,4411 mm. Sedangkan Dimensi dari hand Forklift yaitu panjang 1005 mm, lebar 600 mm dan tinggi 1900 mm, dengan kapasitas angkat maksimum 200 kg, dan ketinggian angkat maksimum 1500 m dari permukaan tanah. Bahan yang digunakan untuk pembuatan hand forklift yaitu kombinasi dari profil baja UNP 65 dan 100 mm, besi siku 40 x 40 mm, roda, katrol, kawat baja dan motor listrik DC.
Kata kunci: Forklift, safety factor, simulation, Autodesk
ABSTRACT
Forklifts are generally used in industrial warehouses and logistics companies, while in the Production Process Workshop this lifting equipment is very difficult to use because the area for maneuvering (moving) is very narrow at the time of lifting. The equipment used for this purpose is usually lifting equipment that is quite a lot of types. One type of lifting equipment is a Hand Forklift that uses a fixed pulley system and steel wire as a load lift. Data collection methods are literature study and tool design method which is based on data analysis and Simulation Stress Analysis using the Autodesk Inventor Professional 2015 software. The calculation results show that the maximum stress occurs at the fork of 25.61 N/mm2, safety factor occurs is a minimum of 8.08 on the fork and a maximum of 15 occurs on the main chassis, while the maximum Deflection occurs at the end of the fork lift is 0.4411 mm. While the dimension of the hand Forklift is 1005 mm of length, 600 mm of width and 1900 mm height, with a maximum lifting capacity of 200 kg, and a maximum lift height of 1500 m from the ground surface. The material used for the manufacture of forklit hands is a combination of UNP 65 and 100 mm steel profiles, 40 x 40 mm angled iron, wheels, pulleys, steel wires and DC electric motors.
Keywords: Forklift, safety factor, simulation, Autodesk
PENDAHULUAN
Aktifitas pemindahan Bahan (Material Handling) merupakan aktifitas rutin yang terjadi pada bengkel produksi khususnya pada Workshop proses proses produksi pada Politeknik ATI Makassar. Tanpa peralatan Material Handling yang memadai aktifitas kerja akan terganggu, ini disebabkan banyaknya peralatan kerja baik itu aksesoris mesin, material produksi yang memiliki bobot yang tidak ringan harus dipindahkan pada area kerja bengkel yang cukup luas. Proses pemindahan material yang tidak hati-hati akan menyebabkan kerusakan material serta menyebabkan kondisi lingkungan kerja yang tidak aman dan nyaman. Kelelahan operator akan menyebabkan motivasi kerja akan berkurang.
Pemilihan Forklift tangan Manual (Hand Stacker) sebagai salah satu alternatif perlatan Material handling pada bengkel produksi khususnya pada workshop proses produksi ATI Makassar karena desain dan kapasitas angkat yang sesuai dengan kebutuhan area kerja. Forklift tangan manual tidak memerlukan investasi yang mahal dalam pembuatan serta manuver pergerakan dalam area kerja yang sempit dapat dengan mudah dilaksanakan.
Penelitian tentang perencanaan dan perancangan Material Handling khususnya mengenai Forklift telah banyak dilakukan sebelumnya, diantaranya Gabrieel Nukee R.K (2016) yang merancang Forklift untuk memindahkan Coil sheet metal, Nanang Hariono (2015) yang merancang Forklift dengan gaya angkat 500 kg dengan bantuan motor Hidrolik, Robi Firdaus (2015) yang melakukan perancangan prototipe Forklift manual untuk membantu proses pengangkatan tool dan peralatan repair maintenance pada bengkel perawatan mesin. Dari penelitian tersebut semua perancangan Forklift disesuaiakan dengan kebutuhan area kerja dimana peralatan material handling dibutuhkan. Demikian pula pada penelitian ini, perancangan Forklift disesuaikan dengan kondisi kerja
pada Workshop proses produksi yang terdapat pada Politeknik ATI Makassar.
Berdasarkan latar belakang tersebut di atas, maka pada penelitian ini, penulis merancang peralatan Forklift tangan Manual sesuai dengan kebutuhan Workshop proses produksi pada Politeknik ATI Makassar untuk memudahkan proses Pemindahan bahan (Material Handling) pada area kerja Workshop.
METODOLOGI
Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Metode eksperimental yaitu membuat alat dan melakukan pengujian langsung pada alat hand Forklift untuk mengetahui fungsi dan kinerja alat.
2. Metode simulasi: Membuat desain media yang akan diteliti baik dari segi desain, dimensi dan material yang digunakan hingga mendekati rancangan aslinya melalui media Software Inventor, kemudian melakukan simulasi analisis terhadap menggunakan Inventor 2015 simulation.
Gambar 1. Diagram alir penelitian
HASIL DAN PEMBAHASAN Perancangan Garpu Angkat
1) Pemeriksaan kekuatan garpu terhadap defleksi.
Garpu angkat berfungsi sebagai komponen untuk mengangkat beban dan menerima beban yang cukup besar. Oleh karna itu bahan yang digunakan harus kuat dan tahan terhadap defleksi dan tegangan bengkok yang terjadi akibat adanya beban yang besar.
Adapun beban yang ditanggung oleh garpu angkat yaitu sebesar 200 kg. Sedangkan panjang garpu angkat yang dirancang adalah 630 mm. Bahan yang digunakan dan dipilih adalah paja profil U Standar Industri Indonesia (SII).
Untuk menjaga keamanan maka beban yang diterima oleh masing-masing garpu kami asumsikan sebesar 100 kg. Mengingat kemungkinan peletakan beban yang tidak seimbang, maka pada garpu angkat ini dapat diasumsikan menerima beban titik seperti gambar dibawah ini.
Gambar 2. defleksi pada garpu
Sehingga momen inersianya dapat diketahui dengan menggunakan rumus sebagai berikut :
𝑌
𝑚𝑎𝑘𝑠=
𝐹 𝑥 𝐿33 𝑥 𝐸 𝑥 𝐼 (1) Dimana :
E = modulus elastisitas bahan (210000 N/𝑚𝑚2)
I = momen inersia (575000 Nmm2), L = panjang garpu (630 mm)
F = beban (gaya maksimum) = (100 kg = 1000 N)
Sehingga defleksi yang terjadi pada garpu angkat adalah :
𝑌
𝑚𝑎𝑘𝑠=
1000 𝑥 (630)33 𝑥 210000 𝑥 575000
(2)
=
1000 𝑥 250047000 36225 𝑥 1011 = 0,69 𝑚𝑚Adapun defleksi yang diijinkan, yaitu : 𝑌 ̅ = 0.0015 𝑥 𝐿
= 0.0015 𝑥 630 = 0,945 𝑚𝑚
Tegangan bengkok yang terjadi pada garpu akibat beban titik adalah :
𝜎𝑏 = 𝑀𝑏
𝑊𝑏 (3) Dimana:
Wb = momen tahanan bengkok Wb = Wx b
= 17,7 cm3 = 17700 mm3 Sehingga tegangan bengkoknya yaitu
𝜎 𝑏 =630000 17700 = 35,9 𝑁/𝑚𝑚2
Adapun bahan yang digunakan adalah profil U (BJ 50) yang mempunyai kekuatan tarik (σ_t) 500 N/mm2 dan faktor keamana bahan adalah 4. Sehingga tegangan bengkok yang diijinkan adalah:
𝜎̅
𝑏=
0,33 𝑥 𝜎𝑡4 (4) = 0,33 𝑥 500
4 = 41,25 𝑁/𝑚𝑚2 Karena tegangan bengkok yang terjadi lebih kecil dari tegangan bengkok yang diijinkan (𝜎 𝑏 < 𝜎̅𝑏 ), maka bahan baja profil U memenuhi peryaratan untuk digunakan sebagai garpu angkat.
Perancangan Poros Gardan Gantung Garpu
1) Pemeriksaan kekuatan poros terhadap defleksi
Poros gantung garpu ini adalah sebuah batang yang menghubungkan kedua flens dan juga sebagai tempat bergantungnya garpu angkat.
Bahan yang digunakan untuk poros gantung garpu ini adalah baja St 42 dengan elastisitas bahan (E) = 210.000 N/mm2 .
Adapun beban yang bekerja pada pengangkatan, yakni total berat beban
ditambah massa garpu yang terdiri dari poros gantung garpu .
Gambar 3. garpu angkat
dimana panjang garpu total, yaitu:
Panjang total garpu = 630 + 320 = 950 mm
Dari tabel baja profil U untuk profil UNP 65 x 42 mempunyai massa jenis 7,09 kg/m atau 0,00709 kg/mm. Jadi:
W1= G x L (5) = 6,7355 kg
= 66,075255 N
Beban maksimum yang dapat diangkat adalah (W) = 200 kg. Beban tersebut diasumsi berdasarkan adanya kemungkinan kesalahan operator dalam pengoperasian alat tersebut serta adanya kemungkinan goncangan yang mengakibatkan beban kejut. Maka beban yang bekerja pada poros gantung garpu adalah:
F1 = F2 = ( W1 + W2 ) (6) = 6,7355 + 200
= 206,7355 kg
= 2028,07526 N = 2028,1 N Dimana
L = panjang poros gantungan garpu = 585 mm
Dalam perancangan poros gantung garpu ini penulis menggunakan poros dengan diameter 32 mm. Poros gantung garpu tersebut dibuat bertingkat seperti pada gambar berikut ini:
Gambar 4. poros gantung garpu
Poros tersebut dibuat bertingkat, maka perbandingan diameternya adalah sebagai berikut
D/d = 1.28 mm atau D = 1,28 x 25 = 32 mm.
Dalam perhitungan inersianya diameter poros diasumsi sebesar 25 mm, sehingga momen inersianya adalah:
𝐼 =
𝜋 𝑥 𝑑464 (7) = 3,14 𝑥 254
= 19165,0391 𝑚𝑚4 64
Dalam pemeriksaan kekuatan poros terhadap defleksi kita harus memperhitungkan berat poros tersebut.
Sedangkan untuk menghitung berat poros kita harus menghitung volume poros dengan persamaan berikut:
𝑉 =
𝜋 . 𝑑2 . 𝐿4 (8) Dimana panjang poros (L) yang dihitung defleksinya adalah ½ panjang poros serta diameter poros diambil yang terbesar adalah 32 mm, sehingga :
𝑉 =3,14 𝑥 322 𝑥 292,5 4
= 940492,8
= 235123,2 𝑚𝑚4 3 = 0,000235 𝑚3
𝜑 besi (massa jenis besi) = 7900 𝑘𝑔/𝑚3 (lampiran 4).
Maka massa poros adalah:
𝑊𝑝 = 𝑉 . 𝜑 (9) = 0,000235 𝑥 7900 = 1,857 𝑘𝑔/𝑚3 Sehingga beban yang ditanggung poros adalah:
𝐹 = 2028,1 + 1,857
= 2029,957 𝑁
Maka defleksi yang terjadi pada poros adalah:
𝑌
𝑚𝑎𝑘𝑠=
𝐹 (1 4𝐿)2
96 𝑥 𝐸 𝑥 𝐼 (10)
= 2029,957 𝑥 (146,25)2 96 𝑥 210000 𝑥 19165,0391
= 43418877,1 3,863672 𝑥 1011 = 0,00011 mm
Sedangkan defleksi yang diijinkan adalah:
𝜃22 𝜃32
𝑌 ̅ = 0.35
1000𝑥 𝐿 (11) = 0.35
1000𝑥 585 = 204,75
1000 = 0,205 𝑚𝑚
Dari hasil perhitungan defleksi yg dilakukan ternyata Ymaks ≤ 𝑌,̅ hal itu menandakan bahwa bahan poros gantung yang digunakan aman.
2) Pemeriksaan kekuatan poros terhadap tegangan bengkok
Momen bengkok yang terjadi pada poros gantung adalah:
𝑀𝑏 = 3 𝐹 𝑥
1 2𝐿
16 (12)
= 3 𝑥 2029,957 𝑥 292,5 16
= 1781287,27 16
= 111330,454 𝑁𝑚𝑚2
Sedangkan momen tahanan bengkok pada poros yang dipakai diambil dari diameter poros terkecil yaitu 25 mm, yaitu :
𝑊𝑏 =𝜋 𝑥 𝑑3 32
= 3,14 𝑥 253 32
= 1533,203 𝑁
Tegangan bengkok yang terjadi pada poros gantung adalah :
𝜎 𝑏 = 𝑀𝑏 𝑊𝑏
= 111330,454 1533,203 = 72,61 𝑁/𝑚𝑚2
Bahan poros dari baja St 42 yang mempunyai kekuatan tarik (𝜎𝑡) 420 N/mm2 dan faktor keamanan diambil 4. Sehingga tegangan bengkok yang diijinkan adalah :
𝜎̅𝑏= 𝜎𝑡 4 =420
4
= 103 𝑁/𝑚𝑚2
Ternyata tegangan bengkok yang terjadi lebih kecil dari tengangan bengkok yang diijinkan (𝜎𝑏< 𝜎̅𝑏 ), maka bahan poros baja St 42 memenuhi persyaratan untuk digunakan sebagai gantung garpu.
Perancangan Flens Poros Gantungan Garpu
Alat angkat (hand Forklift) ini khususnya pada bagian garpu angkat akan menggunakan dua buah flens yang akan disatukan dengan poros gantung garpu agar jarak antar garpu dapat diatur sesuai keinginan. Besarnya beban yang bekerja pada masing-masing flens tersebut adalah:
- Besarnya beban angkat (Fmaks) =1000 N
- Berat garpu (Ff) = 4,47 N
Jadi total beban yang terjadi sebesar:
𝐹𝑡 = (𝐹𝑚𝑎𝑘𝑠 + 𝐹𝑓) (14) = ( 1000 + 4,47 )
= 1004,47 𝑁
Adapun bahan flens yang digunakan adalah baja jenis St 42 dengan kekuatan tarik (𝜎𝑝𝑡) adalah 420 N/mm2. Serta faktor keamananyang dipilih (v) adalah 4. Contoh flens gantung garpu yang direncanakan ditunjukan pada gambar dibawah ini:
Gambar 5. flens gantung garpu
Dimana tebal poros yang direncanakan (t) adalah 27 mm. Perancangan flens ini didasarkan atas terjadinya robekan/patahan akibat pengaruh tegangan tarik.
Pemeriksaan terhadap tegangan tarik yang terjadi adalah :
𝜎𝑡 = 𝐹 𝐴𝑡 Dimana :
F = beban yang ditanggung = 1033,04 N At = luas penanpang kritis akibat tarik
Penyelesaian : 𝐴𝑡 =𝜋
4(𝑑0 – 𝑑1)𝐿 (15) = 0,785 𝑥 ( 52 – 25 ) 60
= 0,785 𝑥 27 𝑥 60 = 1271,7 𝑚𝑚2 Maka :𝜎𝑡 = 1004,47
1271,7 = 0,79 𝑁/𝑚𝑚2 Perencanaan Rangka Utama HandForklift Rangka adalah komponen pendukung dari mesin/alat dan tempat dipasangkannya komponen-komponen seperti poros gantung garpu dan garpu angkat. Rangka ini harus dapat memikul berat beban yang akan diberikan, poros gantung garpu, garpu angkat, motor listrik, dan tahan terhadap geraran yang disebabkan oleh motor listrik serta tahan terhadap goncangan yang diakibatkan oleh permukaan lintasan. Maka dari itu perlu menghitung kekuatan dan kekakuan dari rangka yang telah di buat.
Dalam menghitung kekuatan dan kekakuan dari rangka menggunakan Simulasion Stress Analysis menggunakan Autodesk Inventor Profesional 2015. Berikut hasil perhitungannya:
1) Meshing
Kegiatan analisis sistem mekanik diawali dengan meshing. Meshing adalah proses membagi geometri model solid menjadi elemen-elemen dan setiap elemen mempunya node. Setiap node mempunyai derajat kebebasan dimana gaya akan terdistribusi ke setiap elemen. Semakin banyak node maka hasilnya semakin mendekati kondisi aslinya.Namun perlu diperhatikan kemampuan komputer yang digunakan untuk melakukan analisis, karena dengan bertambahnya node diperlukan perhitungan yang semakin banyak sehingga membutuhkan spesifikasi komputer yang tinggi. Hasil meshing pada analisis ini tediri dari 667879 node dan 400334 elements dan dapat dilihat pada gambar 6.
Gambar 6. hasil meshing dan Hasil pembesaran meshing
2) Hasil analisis tegangan maksimun (von mises stress)
Tegangan maksimum dalam hal ini equivalent stress (Von-Mises) yang terjadi pada garpu angkat yaitu sebesar 25,61 N/mm2. Seperti terlihat pada gambar 7, sehingga struktur tersebut dapat dikatakan aman karena masih di bawah tegangan maksimum yang diijinkan material yaitu sebesar 2,15 x 1011 N/m2 untuk material mild steel.
Gambar 7. hasil analisa tegangan maksimum
3) Analisa Safety factor tegangan maksimum Safety factor tegangan maksimum dalam hal ini equivalent stress (Von-Mises) yang terjadi adalah minimum 8,08 dan maksimum 15 dan dapat dilihat pada gambar 8.
Gambar 8. hasil analisa safety factor
4) Analisis Defleksi maksimum
Setelah melakukan simulasion analisis defleksi maksimum didapatkan peralihan/deformasi maksimum yang terjadi sebesar 0,4411 mm seperti terlihat pada gambar 9.
Gambar 9. hasil analisis defleksi maksimum
KESIMPULAN
Perancangan handforklift terdiri dari dua Perhitungan rangka utama hand Forklift dilakukan pada aplikasi Autodesk Inventor Profesional 2015 menggunakan Simulation Stress Analysis. Hasil perhitungan untuk tegangan maksimum terjadi pada garpu sebesar 25,61 N/mm2, Hasil perhitungan faktor keamanan (Safety Factor) tegangan maksimum yang terjadi adalah minimum 8,08 yang terjadi
pada garpu dan maksimum 15 terjadi pada rangkan utama, sedangkan hasil perhitungan analisis Defleksi maksimum yang terjadi pada ujung garpu angkat sebesar 0,4411 mm.
Sedangkan Demensi dari hand forklift yaitu panjang 1005 mm, lebar 600 mm dan tinggi 1900 mm, dengan kapasitas angkat maksimum 200 kg, dan ketinggian angkat maksimum 1500 mm dari permukaan tanah. Bahan yang digunakan untuk pembuatan hand forklift yaitu kombinasi dari profil baja UNP 65 dan 100 mm, besi siku 40 x 40 mm, roda, katrol, kawat baja dan motor listrik DC.
DAFTAR PUSTAKA
Kurniawan Anggi. 2014. Skripsi Analisa Kekuatan Struktur Crane Hook Dengan Perangkat Lunak Elemen Hingga Untuk Pembebanan 20 Ton, Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Bengkulu.
Lasinta Ari Nendra Wibawa, S.T. 2018.
Simulasi Kekuatan Komponen Sarana Pengujian Roket Menggunakan Autodesk Inventor professional 2017.
Vila Bukit Cemara No. 1 Mojosongo Solo, bukuKatta.
Ramses Yohannes Hutahaean. M.T. 2014.
Mekanika kaekuatan material. edisi 2.
Graha Ilmu.
Rudenko N. 1994. Mesin pengangkat.
Jakarta, Erlangga.
Shigley M. 1991. Perencanaan Teknik Mesin. jilid 1, jakarta, Erlangga.
Standar Industri Indonesia. Departemen Perindustrian, Baja Profil U, SII.
0223, 1979, hal. 3.
Sularso dan Suga K. 1997. Dasar Perancangan Dan Pemilihan Elemen Mesin. Jakarta, PT. Pradnya Paramita.
