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
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 hidrolikboom, silinder hidrolik stick, silinder hidrolik bucket, dengan kapasitas bucket 10 meter kubik untuk mengerjakan jenis material batubara.
Perhitungan silinder hidrolikboom, silinder hidrolik stick, silinder hidrolik bucket ditinjau secara statis pada kondisi jangkauan gali datar terjauh (maximum digging reach at ground level) dan pada saatbucket bermuatan penuh.
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 PerancanganBucket ...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 PerancanganStick...25
3.4.1 Perhitungan SilinderStick saat Penetrasi ...25
3.4.2 Perhitungan SilinderStick saat Bermuatan ...26
3.4.3 Perhitungan Batang Piston SilinderStick...29
3.5 Perancangan LenganBoom...29
3.4.1 Perhitungan SilinderBoom saat Penetrasi...30
3.4.2 Perhitungan SilinderBoom saat Bermuatan...31
3.4.3 Perhitungan Batang Piston SilinderBoom...33
BAB IV PENUTUP 4.1 Kesimpulan ...34
4.2 Saran ...34
xi
Daftar Gambar
Gambar 2.1 Jangkauan GaliBackhoe...10
Gambar 3.1 PenampangBucket...14
Gambar 3.2 Gaya padabucket dan gaya pada silinder peralatan kerja...18
Gambar 3.3 Pembebanan pada silinder saat bermuatan...20
Gambar 3.4 Gaya PadaBucket dan SilinderBucket...21
Gambar 3.5 Rencana BentukStick...25
Gambar 3.6 Gaya yang dialami silindersticksaatbucket bermuatan ...27
Gambar 3.7 Perencanaan lenganboom...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.
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 menggunakandump truck
1.2 Permasalahan
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 kerjabackhoe ini dibatasi permasalahan pada hal-hal sebagai berikut :
1. Perancangan silinderbucket, 2. Perancangan silinderarm, 3. Perancangan silinderboom,
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
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 atasrevolving unit (bagian yang dapat berputar) - Bagian bawahtravel 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.
Tipebackhoedibedakan 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 umumnyabackhoedengan 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 : Bulldozer sebagai alat gusur
Ripper sebagai alat pembajak Screpper sebagai alat pengelupas Graders sebagai pembentuk permukaan Loder sebagai alat pemuat.
2. Penggerak utama berupa Excavator, alat barat dapat dibedakan menjadi :
8
Dragline, excavator untuk mengeduk dengan cara kerja ditarik.
2.3.2 Pengelompokan alat berat selain berdasar pada fungsi : 1. Alat untuk pembersih lapangan :
Bulldozer Ripper
2. Alat untuk pengangkat dan pemuat : Backhoe
Power shovel Dragline Clamshell Loaders
3. Sebagai alat untuk penggali dan pengangkut : Screpper
Truck
4. Sebagai alat untuk pembentuk permukaan : Motor Grader
5. Alat untuk pemadat permukaan : Roller
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:
Medan kerja / kondisi lapangan harus disesuaikan dengan alat, akan menggunakan mesin dengan roda ban atau beroda rantai (trackshoe) Besar kecil / kapasitas perlatan yang digunakan,
Kemampuan kerja dan waktu siklus yang di tempuh alat berat,
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 KerjaBackhoe
10
bawah seperti gerakan mencangkul kemudian lenganbucket diputar kearah kabin tempat operator berada. Setelahbucket terisi penuh kemudianbacketdiangkat dari tempat penggalian dan melakukanswing (gerak mengayun) bila diperlukan untuk memindahkan material,langsung ketruckatau tempat penampungan yang lain.
Gambar 1.1.memperlihatkan kemampuan jangkauan gali maksimal backhoedari posisi tertinggi, terjauh, dan jangkauan gali terdalam.
Gambar 2.1 Jangkauan GaliBackhoe 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.
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 ditampungbucket(berat muatan) Berat peralatan, antara lain :
- Beratbucket dancylinder hydraulic bucket - Beratarm dancylinder hydraulic stick - Beratboomdancylinder 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 PerancanganBucket
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 dimensibucket
Gambar 3.1 PenampangBucket Keterangan gambar :
- W = lebarbucket;A = luas penampangbucket;b = panjangbucket Sesuai aturan standar, kapasitasbucket terdiri dari dua kapasitas yaitu : a. Kapasitas peres (struck capacity) yaitu :
Volumebucket yang dibatasi oleh permukaanbucketdan 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.
Berdasar spesifikasi standar, dapat ditentukan kapasitas peresbucket (VS)
Kapasitas peres merupakan hasil perkalian antara luas penampang bucket dengan lebarbucket. Secara matematik dapat dicari dengan persamaan berikut :
Kapasitas peres (VS) :
Maka dapat diperoleh luas penampangbucket(A) : 7,98 m3 = A×2,8m
16
excavator dapat bekerja tanpa mengalami kesulitan yang mempengaruhi kerja peralatan (attachment). Bucket juga bekerja sebagai pemotong dan pemuat material, sehingga perlu dipertimbangkan bentuk daribucket 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 pisaubucket.
Faktor yang mempengaruhi umur pisau antara lain :
- Ukuran dan tingkat kekerasan material yang dipotong - Keadaan material basah atau kering
- Sifat kohesi dan adhesi material
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/ 2 cm ) - A = luas pisau (cm2)
Bucket yang direncanakan berkapasitas 10m3, memiliki lebar (W) 2800 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 gigibucket = 5 buah
- Luas satu buah gigi = 2 × 20 = 40 cm2
Luas (A) 5 buah gigi = 5 × 40 cm2 = 200 cm2 Sehingga dapat dihitung gaya penetrasi :
- Fp = 4 × 1,97 × 200 = 1576 Kg
3.3.1 Perhitungan SilinderBucketSaat Penetrasi
18
Saat melakukan penetrasi terhadap material batubara, secara sederhana gaya yang bekerja pada silinder dapat dilihat pada Gambar 3.2 :
Gambar 3.2 Gaya padabucket dan gaya pada silinder peralatan kerja Keterangan Gambar 3.2 :
∼ AB =Bucket tip radius
∼ BJ = Jarakbucket link
∼ JI = Batang hubungbucket link
∼ CI = Batang rotasi gaya silinderbucket
∼ BC = Jarak penabucket dengan pena batang rotasi
∼ BD = Panjang jangkauanstick
∼ DG = Jarak penastick dengan pena silinderboom
∼ GF = Jarak pena silinderboom dengan penaexcavator
∼ DF = Panjang jangkauanboom
∼ DH = Jarak penastick dengan pena silinderstick
Dari perhitungan dan gambar tersebut diketahui besarnya gaya untuk penetrasi besarnya yaitu 1576 Kg, kemudian dilakukan perhitungan besar gaya yang harus disediakan silinder bucket(Fsb) untuk melakukan penembusan 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 silinderbucketadalah :
sb
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 :
F = Gaya yang harus disediakan silinder hidrolikbucket(Kg) p = Tekanan minyak hidrolik ( 326 Kg/cm2)
A = Luas penampang piston (cm2) = ( .d2 4
π )
Dengan persamaan 3.3 tersebut maka perhitungan diameter kepala piston adalah :
2781 = 326 ×
4
20
3.3.2 Perhitungan SilinderBucket SaatBucket 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 beratbucketdan 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.
Berat material batubara (antrasit) dalam keadaan alam sebesar 1226 Kg / 0,7 m3. Sehingga berat setiap 1m3 batubara dalam keadaan alam dapat diperoleh sebesar 1751,4 Kg / m3. Bucket yang dirancang memiliki kapasitas 10 m3, berarti berat material yang ditampungbucket sebesar 17514 Kg. Jumlah berat totalbucket(FB) dan batubara(FM) dapat diperoleh sebesar 24054 Kg. Secara sederhana gaya-gaya yang terjadi dapat dilihat pada Gambar 3.4
Gambar 3.4 Gaya PadaBucket dan SilinderBucket
Dengan mengasumsikan berat material terpusat di X, dapat dicari besarnya momen gaya yang ditumpu silinderbucket, dengan persamaan :
(Fb +Fm) . BX = Fsb. 1
22
sb
F = 120270 Kg
Gaya tersebut akan ditumpu dua silinderbucket sehingga masing – masing silinder akan menumpu beban sebesar 60135 Kg. Menggunakan persamaan 3.3 perhitungan diameter kepala piston diperoleh sebesar :
60135 = 326×
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 /cm2) aliran minyak dari pompa
a
Menggunakan persamaan 3.6 waktu yang dubutuhkan untuk mengisi silinder diperoleh yaitu :
472 =
t 35 60 ×
t = 5 detik Kecepatan batang piston :
t
Daya yang diperlukan piston pada saat aliran minyak maksimal Qa = 472 liter / menit:
3.3.3 Perhitungan Batang Piston
24
piston agar mampu menahan gaya kritis yang ditimbulkan beban tersebut, dengan menggunakan persamaan :
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
3.4 Perancangan Stick
Stick untuk menambah jangkauan penggalian yang terpasang pada ujung boom dan ujung lain terpasang denganbucket. Stickmerupakan 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 beratbucket, dan berat material. Dengan demikian dapat diperoleh momen yang ditimbulkan.
Gambar 3.5 Rencana BentukStick
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 SilinderStick Saat Penetrasi
26
p
F . AD = Fss . Hd...(3.10) dari persamaan 3.10 diperoleh Fss :
ss
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 ×
3.4.2 Perhitungan SilinderStickSaatBucketBermuatan
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 :
(Fb +Fm) . Dd = Fss . Dc...(3.11)
Gambar 3.6 Gaya yang dialami silindersticksaatbucket bermuatan Dengan persamaan 3.11, maka gaya yang ditumpu silinderstick (Fss) :
ss
Gaya tersebut akan ditumpu dua silinder stick sehingga masing – masing silinder menumpu beban sebesar 62540,5 Kg. Untuk menyediakan gaya tersebut
28
dibutuhkan perhitungan diameter kepala piston, perhitungan tersebut menggunakan persamaan 3.3 yaitu :
62540,5 = 326 ×
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 /cm2) aliran minyak dari pompa Qa = 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 bucketterisi 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 =
3.5 Perancangan LenganBoom
30
3.5.1 Perhitungan SilinderBoomSaat Penetrasi
Masih mengacu saat melakukan penetrasi Gambar 3.3 perhitungan diameter silinderboom dapat diperoleh, momen yang diterima silinderboom yang disebabkan gaya penetrasi dapat dicari dengan persamaan 3.12 :
P
F . A1F= Fsbm . FE1...(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 lenganboom
9549 = 326 ×
3.5.2 Perhitungan SilinderBoomSaatBucket Bermuatan
Besar gaya penetrasi dapat menimbulkan momen 19097 Kg ditumpu silinder boom, saat bucket dengan kapasitas 10 m3 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 silinderboomsaatbucket 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 :
32
(Fb +Fm) . bF=
F
sbm . EF...(3.13) Dengan persamaan 3.13, maka gaya yang ditumpu silinderboom (F
sbm) :sbm
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 ×
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 /cm2) aliran minyak dari pompa
a
Q = 472 liter / menit. Sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mengisi silinder diperoleh dengan persamaan 3.6 adalah :
472 =
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 bucketterisi 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:
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 bucketdengan kapasitas 10 m3 bermuatan material batubara penuh
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
2. Untuk lebih mudah dalam perhitungan, sebaiknya menggunakan program yang sudah ada misalnya menggunakan Solidwork
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.
