PERANCANGAN OVERHEAD TRAVELLING CRANE DENGAN KAPASITAS ANGKAT 85 TON,
DAN PERHITUNGAN BAHAN CRANE PADA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA AIR
KELOMPOK 6 (07TMSMB)
SEPTIAN HADI SUGITO (2012030389) FERRY KURNIAWAN (2012030401) HARI SUDARSONO (2012030257)
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan nikmat kesehatan, kelapangan waktu sehingga dapat menyelesaikan penulisan tugas sarjana ini.
Tulisan tugas sarjana ini diajukan sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan Sarjana S1 di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Pokok bahasan pada tulisan tugas sarjana ini adalah “Perancangan Overhead Traveling Crane dengan kapasitas angkat 120 ton dan Perhitungan Bahan (Bill of Quantity) Crane”.
Mengerjakan tulisan tugas sarjana ini tidak sedikit kesulitan yang dihadapi akan tetapi berkat bimbingan dari para pendidik dan bantuan dari semua pihak akhirnya penulisan tugas sarjana ini dapat diselesaikan. Untuk semua itu dengan hati bersyukur penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada :
1. Kedua orang tua saya, ayahanda S. Manurung dan Ibunda R. Hutabalian atas segala dukungan baik moril dan materil selama penulis menyelesaikan pendidikan mulai dari kecil hingga saat ini.
2. Bapak Ir. Alfian Hamsi MSc, sebagai Pembantu Dekan I Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara dan sekaligus dosen pembimbing dalam tugas sarjana ini.
3. Bapak Ir. Jaya Arjuna MSc, sebagai dosen Penasehat Akademik (PA), yang telah membimbing saya selama saya menuntut ilmu di departemen Teknik Mesin.
4. Bapak/Ibu Dosen serta Staf/ Pegawai di Departemen Teknik Mesin yang telah memberikan pengetahuan dan bantuan kepada penulis.
5. Bapak Frans, sebagai Kepala Proyek Asahan I, yang telah memberikan kesempatan pada saya untuk dapat melakukuan survey di Asahan I.
6. Serta sahabatku Fransiskus, Rifki, Edo, Teman-teman di Pasar I dan teman-teman stambuk 2004 Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara yang tidak dapat saya sebutkan satu per satu.
7. Serta teman baik ku Ika yang selalu setia dan sabajr menemani penulis baik suka maupun duka.
Penulis menyadari bahwa tulisan tugas sarjana ini masih terdapat kelemahan, oleh karena itu penulis mengharapakan kritik dan saran yang sifatnya membangun demi kesempurnaan tugas sarjana ini yang lebih baik.
Medan, Januari 2009 Penulis,
Fernando Manurung NIM : 040401033
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR... i
SPESIFIKASI... iii
DAFTAR ISI... iv
DAFTAR GAMBAR... viii
DAFTAR TABEL... x
DAFTAR LAMPIRAN... xi
DAFTAR SIMBOL... xiii
BAB I PENDAHULUAN... 1
1.1. Latar Belakang... 1
1.2. Tujuan Perencanaan... 2
1.3. Ruang Lingkup Perencanaan... 2
1.4. Metodologi... 3
1.5. Sistematika Penulisan... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 5
2.1. Mesin Pemindah Bahan... 5
2.2. Klasifikasi Crane... 6
2.3.1. Komponen Utama Overhead Travelling
Crane... 12
2.3.2. Cara Kerja Overhead Travelling Crane... 13
2.4. Perhitungan Bahan (Bill Of Quantity)... 14
2.5. Data Perancangan... 15
BAB III PERENCANAAN MEKANISME PENGANGKATAN... 16
16 16 24 28 31 37 41 44 47 49 3.2.2. Perancangan Kopling... 52 3.2.2. Perencanaan Rem... 54
3.3. Perencanaan Mekanisme Travelling... 57
3.3.3. Perencanaan Kopling... 62
3.3.4. Perencanaan Rem... 64
BAB IV PERHITUNGAN BAHAN (BILL of QUANTITY)... 67
4.1. Rel... 68 4.1.1. Klasifikasi Rel... 68 72 75 76 76 77 77 78 78 79 80 4.4.1. Komponen Utama Spreader... 80
4.4.2. Perhitungan Bahan (Bill of Quantity) Spreader... 81
4.5. Mekanisme Hoisting... 82
Hoisting... 82
4.6. Mekanisme Traversing Crane... 83
4.6.1. Spesifikasi Motor Mekanisme Traversing... 83
4.6.2. Perhitungan Bahan (Bill of Quantity) Mekanisme Traversing... 83
4.7. Mekanisme Travelling... 84
4.7.1. Spesifikasi Motor Mekanisme Traveling... 84
4.7.2. Perhitungan Bahan (Bill of Quantity) Mekanisme Travelling... 85
4.8. Crane Bridge (Girder)... 85
4.8.1. Komponen Utama Girder... 85
4.8.2. Perhitungan Bahan (Bill of Quantity) Girder... 86
4.9. General Assembling... 87
BAB V KESIMPULAN... 91
DAFTAR PUSTAKA... 97
DAFTAR GAMBAR
1. Gambar 2.1 : Crane Dinding
... 8 2. Gambar 2.2 : Crane Palang
...
8 3. Gambar 2.3 : Overhead Crane with Single Girder
...
8 4. Gambar 2.4 : Overhead Crane with Double
Girder...
9 5. Gambar 2.5 : Crane
gantry...
9 6. Gambar 2.6 : Crane semi
gantry... 9 7. Gambar 2.7 : Crane
Menara...
1 0 8. Gambar 3.1 : Konstruksi serat tali
baja...
1 7 9. Gambar 3.2 : Diagram Sistem Mekanisme Pengangkatan... 1 8 10. Gambar 3.3 : Diagram Lengkung
Tali...
1 9 11. Gambar 3.4 : Konstruksi roda
puli... 25 12. Gambar 3.5. : Ulir Trapesium Kait
Tanduk... 3 3 13. Gambar.3.6. : Penampang Trapesium... 3 5 14. Gambar 3.7. : Motor Penggerak... 3 7 15. Gambar 3.8. : Kopling Flens
Kaku...
4 1 16. Gambar 3.9. : Rem Blok Ganda... 4 4 17. Gambar
3.10.
: Diagram Untuk Menentukan Tahanan Gesek...
4 9 18. Gambar 3.11. : Diagram Untuk Menentukan Tahanan
Gesek...
5 8 19. Gambar 4.1 : Rel Khusus untuk Crane Jalan... 7 0 20. Gambar 4.2 : Monorel... 7 2
2
1 Gambar 4.3 : Base Plate of Rail... 72 2
2
Gambar 4.4 : Base plate of stopper... 7 2 2
3
Gambar 4.5 : Anchor Bolt... 7 3 2
4
Gambar 4.6 : Binder Plate... 7 3 2
5
Gambar 4.7 : Rel Crane... 7 4 2
6 Gambar 4.8 : Assembling Rel... 74 2 7 Gambar 4.9. : Drum... 7 6 2 8 Gambar 4.10. : Trolli... 7 9 2 9 Gambar.4.11. : Spreader... 8 0 3 0 Gambar 4.12. : Motor Mekanisme Travelling... 8 4
DAFTAR TABEL
1. Tabel 3.1. : Dimensi Roda Puli Untuk Tali Kawat Baja... 26
2. Tabel 3.2. : Tabel hubungan antara v, dan p... 27
3. Tabel 3.3. : Dimensi alur drum...29
4. Tabel 4.1 : Girder gerak...69
5. Tabel 4.2 : Rel Baja Rata...69
6. Table 4.3 : Rel Baja Persegi...70
7. Table 4.4. : Rel Khusus untuk Crane jalan...71
8. Table 4.5...: Karakteristik Penampang Rel Dan Beban Roda Maksimum Yang Diizinkan...71
9. Table 4.6 : Bill Quantity Rel...75
10. Table 4.7 : Bill Quantity Drum...77
11. Table 4.8. : Bill Quantity Trolli...79
12. Table 4.9. : Bill Quantity Spreader...81
13. Table 4.10. : Spesifikasi Motor Mekanisme Hoisting...82
14. Table 4.11. : Bill Quantity Mekanisme Hoisting...82
15. Tabel 4.12. : Spesifikasi Motor Mekanisme Traversing...83
16. Tabel 4.13. : Bill Quantity Mekanisme Traversing...83
19. Table 4.16. : Bill Quantity Girder Crane...86 20. Tabel 4.17. : Jumlah Komponen Terpasang...88
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Tegangan tarik maksimum berbagai diameter tali dan beban patah untuk tali baja : tipe : 6 x 19 + 1 fibre core
Lampiran 2. Tegangan tarik maksimum berbagai diameter tali dan beban patah untuk tali baja : tipe : 6 x 37 + 1 fibre core
Lampiran 3. Tegangan maksimum berbagai diameter tali dan beban patah untuk
tali baja : tipe : 18 x 7 + 1 fibre core
Lampiran 4. Tegangan tarik maksimum berbagai diameter tali dan beban patah
Untuk tali baja : tipe : 6 x 26 Warrington Seale + fibre core
Lampiran 5. Tegangan tarik maksimum berbagai diameter tali dan beban patah
untuk tali baja : tipe : 6 x 41 Warrington seale + 1 fibre core
Lampiran 6. Tegangan tarik maksimum berbagai diameter tali dan beban patah
untuk tali baja : tipe : 6 x 36 Warrington Seale + 1 fibre core
Lampiran 7. Tegangan tarik maksimum berbagai diameter tali dan beban patah untuk tali baja : tipe : 18 x 17 Seale I.W.R.C.
Lampiran 8. Efisiensi Puli
Lampiran 10. Harga faktor C
Lampiran 11. Harga faktor C1
Lampiran 12. Harga faktor C2
Lampiran 13. Harga a, z2 dan β
Lampiran 14. Dmin Sebagai fungsi jumlah lengkungan
d
Lampiran 15. Kekuatan batang baja karbon difinis dingin
Lampiran 16. Ukuran standar ulir kasar metris (JIS B 0205)
Lampiran 17. Baja karbon untuk konstruksi mesin
Lampiran 18. Ukuran Kopling Flens Kaku
Lampiran 19. Dimensi roda rem
Lampiran 20. Sifat Mekanis
Standart
Lampiran 21. JIS G 3221, Baja Khrom molibden tempa
Lampiran 22. JIS S 3222, Baja Tempa Nikel Khrom Molibden
Lampiran 23. Drum
Lampiran 26. Rel
Lampiran 27. Spreader
DAFTAR SIMBOL Ft N P d i Gaya tangensial Daya motor
Daya yang direncanakan
k g k W n Putaran poros rpm T Momen torsi Nm M Momen lentur Nm Tegangan geser kg/mm 2
Tegangan geser izin kg/mm2
Tegangam geser yang terjadi kg/mm2
S f
1 faktor keamanan bahan pengaruh massa
S f 2 faktor keamanan dengan pengaruh kekasaran permukaan
d p Diameter poros mm
a
tarik maksimum
C1 Faktor tergantung diameter tali
C2 Faktor yang menentukan faktor produksi dan operasi tambahan yang
Tidak diperhitungkan oleh faktor C dan C1
Berat jenis bahan kg/mm
g Konstanta gravitasi m/s2
Wp Berat poros kg
Nbr Daya pengereman kW
M
dyn Momemn gaya dinamik kg.m
M
st Momen gaya static kg.m
GD Momen girasi kg.cm2
V Kecepatan keliling m/det
Pb Beban patah kg
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pembangunan di Indonesia tidak lepas dari kebutuhan dan ketersediaan energi, terutama energi listrik. Kebutuhan listrik semakin lama semakin meningkat sesuai dengan perkembangan zaman. Hal ini disebabkan oleh kemajuan teknologi dan pertumbuhan industri yang begitu pesat, dan juga karena pertumbuhan penduduk.
Kebutuhan akan listrik ini membawa dampak positif berkembangnya perusahaan penyedia energi listrik. Untuk membangun pembangkit listrik tersebut maka dibutuhkan tenaga-tenaga yang terampil, yang lebih penting lagi, dibutuhkan mesin-mesin yang berguna untuk meringankan kerja manusia itu sendiri. Dalam hal ini, mesin-mesin yang dapat dijadikan alat untuk meringankan kerja manusia itu adalah pesawat pengangkat.
Dalam hal ini, salah satu pesawat pengangkat yang akan dibahas pada tulisan adalah Overhead Travelling Crane. Penggunaan Overhead Travelling Crane memerlukan rancangan yang seksama karena crane dipasang tetap (fixed installation) di lokasi yang tepat dengan jangka waktu yang lama. Dari posisi tetapnya, Overhead
Travelling Crane harus mampu menjangkau semua area yang diperlukan untuk
Crane, perancang harus mengetahui jenis-jenis komponen yang ada pada crane yang
dirancang, baik nama komponen, ukuran maupun jumlah dari seluruh komponen yang terpasang, sehingga akan memudahkan dalam perawatan crane tersebut. Oleh kerena itu perhitungan bahan (bill of quantity) dari Crane juga akan dibahas.
1.2 Tujuan Perencanaan
Tujuan penulisan tugas sarjana ini adalah untuk merancang dan membahas salah satu mesin pengangkat yaitu Overhead Travelling Crane dengan menjelaskan teori tentang Overhead Travelling Crane, melakukan perhitungan pada komponen-komponen mekanis dari Overhead Travelling Crane, merencanakan perhitungan bahan (Bill of Quantity) dari Overhead Travelling Crane dan memberikan gambar
Overhead Travelling Crane. Perencanaan ini diharapkan dapat meningkatkan
kemampuan dalam mengaplikasikan teori-teori yang diperoleh di Perguruan Tinggi dalam wujud yang nyata sesuai dengan tuntutan dilapangan.
1.3 Ruang Lingkup Perencanaan
Pada perencanaan ini, Overhead Travelling Crane yang direncanakan digunakan untuk kapasitas angkat 120 Ton. Karena luasnya permasalahan yang terdapat pada perencanaan Overhead Travelling Crane ini, maka perlu pembatasan permasalahan yang akan dibahas. Pada perencanaan ini yang akan dibahas adalah
mengenai komponen-komponen mekanisme dari Overhead Travelling Crane sebagai berikut: Tali baja, Puli, Drum, Kait, Motor Penggerak, Kopling dan Rem. Dalam tugas akhir ini juga akan dibahas mengenai perhitungan bahan (Bill of Quatity) dari rel, drum, trolli, spreader, girder, mekanisme traveling, traversing dan mekanisme
hoisting dari overhead travelling crane.
1.4 Metodologi
Dalam tugas sarjana ini penulis menggunakan metode analitik antara lain :
- Studi literatur, dengan mempelajari teori-teori Overhead Travelling Crane dari berbagai buku kepustakaan.
- Survei lapangan untuk mendapatkan data sebagai bahan dalam perancangan.
Tempat survey yang ditujukan yaitu PT. BAJRADAYA SENTRA NUSA (PROYEK ASAHAN I).
- Diskusi dengan pembimbing dan ahli yang memahami Overhead Travelling
Crane.
- Perhitungan.
1.5 Sistematika Penulisan
Tugas sarjana ditulis dalam 5 bab dengan sistematika sebagai berikut :
Bab I Pendahuluan, bab ini menyajikan latar belakang perencanaan, tujuan perencanaan, ruang lingkup perencanaan, metodologi dan sistematika penulisan.
Bab II Pembahasan materi, bab ini menyajikan mesin pemindah bahan, klasifikasi
crane, dasar-dasar pemilihan mesin pemindah bahan, komponen-komponen utama,
cara kerja, perhitungan bahan dan spesifikasi dari Overhead Travelling Crane.
Bab III Perancangan komponen mekanisme crane, bab ini menyajikan mekanisme gerak hoist seperti tali baja, puli, drum, kait, motor penggerak, kopling, sistem rem, perancangan mekanisme traversing dan perencanaan mekanisme travelling.
Bab IV Bab ini menyajikan mengenai perhitungan bahan (Bill of Quantity) dari
Overhead Travelling Crane..
Bab V Kesimpulan, bab ini menyajikan kesimpulan dari perancangan dalam tugas sarjana ini.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Mesin Pemindah Bahan
Mesin pemindah bahan adalah salah satu alat yang digunakan untuk memindahkan muatan yang berat dari suatu tempat ke tempat lain dalam jarak yang tertentu, (misalnya antara bagian di dalam pabrik, pada tempat-tempat penumpukan bahan, pemasangan alat, tempat penyimpanan dan sebagainya). Mesin pemindah bahan hanya memindahkan muatan dalam jumlah dan besar tertentu serta jarak tertentu dengan perpindahan bahan ke arah vertikal, horizontal, dan kombinasi keduanya.
Pemilihan mesin pemindah bahan yang tepat pada tiap-tiap aktivitas di atas, akan meningkatkan effesiensi dan daya saing dari aktivitas tersebut.
Mesin pemindah bahan dalam operasinya dapat diklasifikasikan atas :
1. Pesawat Pengangkat
Pesawat pengangkat dimaksudkan untuk keperluan mengangkat dan memindahkan barang dari suatu tempat ke tempat yang lain yang jangkauannya relatif terbatas. Contohnya; Crane, elevator, lift, excalator dll.
2. Pesawat PengangkutPesawat pengangkut dapat memindahkan muatan secara berkesinambungan tanpa berhenti dan dapat juga mengangkut muatan dalam jarak yang relatif jauh. Contohnya; Conveyor.
Karena yang direncanakan adalah alat pengangkat pada pembangkit listrik maka pembahasan teorinya lebih dititik beratkan pada pesawat pengangkat.
2.2 Klasifikasi Crane
Menurut klasifikasinya mesin pemindah bahan jenis crane dapat dibagi
Atas: (Lit 1 hal 13)
Crane putar stasioner (stationer crane)
Crane dengan lintasan rel (crane traveling on rail)
Crane lapangan kasar (trackless crane)
Crane lokomotif atau traktor rantai (locomotif or crow less)
Crane tipe Jembatan (Bridge type crane)
A. Crane putar stasioner (stationer
crane) Crane putar stasioner
terdiri dari :
Crane lengan tetap (guyed boom crane)
Crane dinding (wailjib crane)
Crane dengan lengan tetap (crane with turn table)
Derrick crane
Crane lengan (centillevier crane)
B. Crane dengan lintasan rel (crane traveling on
rail) Crane dengan lintasan rel terdiri atas :
Crane menara (tower crane) C. Kran lapangan kasar (trackless crane)
Crane lapangan kasar terdiri atas :
Crane gerobak (crane on power driven truck)
Crane gerobak tangan (crane on hand truck)
Crane mobil (truck mounted crane)
Crane traktor (tractor mounted crane)
D. Crane lokomotif atau traktor rantai (locomotif or crow
less) Crane lokomotif atau traktor terdiri atas :
Crane sputter
Crane traktor rantai (crowler mounted crane)
E. Crane tipe jembatan (bridge type
crane) Crane tipe jembatan terdiri
atas :
Crane palang (ginder crane)
Crane dengan lintasan atas berpalang tunggal (single ginder overhead
traveling crane)
Crane jalan dengan lintasan atas berpalang ganda (overhead crane with
double girder)
Gambar 2.1 Crane Dinding
Gambar 2.2 Crane Palang
Berikut ini merupakan gambar jenis – jenis crane :
Gambar 2.4 Overhead Crane with double Girder
Gambar 2.5 Crane gantry
Gambar 2.7 Crane Menara (Tower Crane)
Sesuai dengan tugas yang diberikan untuk merancang mesin pemindah bahan, maka disini penulis merancang Overhead Travelling Crane yang digunakan pada pembangkit listrik tenaga air (PLTA).
2.3 Dasar Pemilihan Crane
Pemilihan mesin crane yang tepat dan sesuai pada tiap-tiap aktivitas, akan meningkatkan effisiensi dan optimalisasi pekerjaan. Faktor-faktor teknis penting yang diperhatikan dalam menentukan pilihan jenis peralatan yang digunakan dalam proses pemindahan bahan, yaitu:
1. Jenis dan sifat muatan yang akan diangkat.
Untuk muatan satuan (unit load) : bentuk, berat, volume, kerapuhan, keliatan, dan temperatur. Untuk muatan curah (bulk load) : ukuran gumpalan, kecenderungan menggumpal, berat jenis, kemungkinan longsor saat dipindahkan, sifat mudah remuk (friability), temperatur dan sifat kimia. Pada
perencanaan ini yang diangkat jenis dan muatan yang diangkat adalah yang bersifat padat yang digunakan untuk pembangkitan listrik tersebut.
2. Kapasitas per jam yang dibutuhkan.
Kapasitas pemindahan muatan per jam yang hampir tak terbatas dapat diperoleh pada peralatan, seperti konveyor yang bekerja secara kontinu. Sedangkan pada peralatan lain yang mempunyai siklus kerja dengan gerak balik muatan kosong, akan dapat beroperasi secara efisien jika alat ini mempunyai kapasitas angkat dan kecepatan yang cukup tinggi dalam kondisi kerja yang berat, seperti truk dan crane jalan. Dalam perancangan ini, beban yang diangkat adalah 120 ton.
3. Arah dan jarak perpindahan.
Berbagai jenis peralatan dapat memindahkan muatan ke arah horizontal, vertikal atau dalam sudut tertentu. Untuk gerakan vertikal diperlukan pengangkat seperti : crane, bucket elevator. Dan untuk gerakan horizontal diperlukan crane pada truk yang digerakkan mesin atau tangan, crane penggerak tetap, dan berbagai jenis konveyor. Ada beberapa alat yang dapat bergerak mengikuti jalur yang berliku dan ada yang hanya dapat bergerak lurus dalam satu arah.
4. Cara menyusun muatan pada tempat asal, akhir, dan antara.
Pemuatan ke kendaraan dan pembongkaran muatan ditempat tujuan sangat berbeda, karena beberapa jenis mesin dapat memuat secara mekanis,
sedangkan pada mesin lainnya membutuhkan alat tambahan khusus atau bantuan operator.
5. Karakteristik proses produksi yang terlibat dalam pemindahan muatan.
Gerakan penanganan bahan berkaitan erat, bahkan terlibat langsung dengan proses produksi. Misalnya : crane khusus pada pengecoran logam, penempaan dan pengelasan; konveyor pada pengecoran logam dan perakitan; pada permesinan dan pengecatan.
6. Kondisi lokal yang spesifik.
Hal ini meliputi luas dan bentuk lokasi, jenis dan desain gedung, keadaan permukaan tanah, susunan yang mungkin untuk unit proses, debu, kelembaban lingkungan, adanya uap dan berbagai jenis gas lainnya, dan temperatur.
Berdasarkan faktor-faktor teknis di atas Yang perlu diperhatikan dalam pemanfaatan Crane adalah berat, tinggi angkat maksimum, berat mesin yang ditopang struktur, kecepatan angkat mesin, dan panjang kabel hoist drum yang dapat melayani, maka dipilihlah Overhead Travelling Crane sebagai alat yang tepat untuk memenuhi semua pertimbangan tersebut. Maka hanya Overhead Travelling Crane yang dibahas dalam tugas akhir ini.
2.3.1 Komponen Utama Overhead Traveling Crane
1. Trolli
Trolley berfungsi sebagai tempat bergantungnya spreader kait dan juga untuk menggerakkan spreader kait pada saat mengangkat dan menurunkan beban atau muatan. Trolli terletak pada konstruksi boom.
2. Motor Penggerak
Motor penggerak pada crane ada 3 yaitu motor penggerak drum, motor penggerak trolli, motor penggerak crane.
3. Drum
Drum adalah alat yang berfungsi sebagai tempat untuk menggulung atau mengulur tali baja pada saat menaikkan atau menurunkan beban
4. Sistem Puli
Puli (kerek) adalah alat yang berbentuk cakra bundar beralur, berfungsi sebagai laluan tali baja.
5. Tali Baja
Tali Baja adalah perlengkapan fleksibel yang berfungsi sebagai penarik atau pengulur spreader kait atau trolli.
6. Kait (Hook)
7. Kopling
Kopling tetap adalah elemen mesin yang berfungsi meneruskan daya dan putaran dari poros penggerak ke poros yang digerakkan secara pasti (tanpa slip).
8. Rem
Rem adalah alat yang digunakan untuk menghentikan pergerakan komponen mekanisme, baik pada mekanisme Hoisting, Travelling dan Traversing.
2.3.2 Cara Kerja Overhead Travelling Crane
Cara kerja dari Overhead Travelling Crane ini dapat dibagi atas 3 gerakan, yaitu :
a. Gerakan Angkat dan Turun (Hoisting)
Gerakan mengangkat dan menurunkan beban ini diatur oleh kerja
elektromotor yang berfungsi memutar drum yang akan menggulung tali baja.
Tali baja ini akan menggerakkan puli agar rumah puli yang diujungnya memiliki kait (hook) akan bergerak naik-turun. Beban yang akan dipindahkan digantungkan pada kait. Bila posisinya telah sesuai dengan yang dikehendaki maka gerakan drum ini akan dihentikan oleh operator dengan menarik tuas
b. Gerakan Travelling
Gerakan Travelling adalah gerakan memanjang pada rel besi yang terletak pada permukaan tanah yang dilakukan melalui roda gigi transmisi. Dalam hal ini motor memutar roda jalan ke arah yang diinginkan (maju atau mundur) dan setelah jarak yang diinginkan tercapai, maka arus listrik akan terputus dan sekaligus rem bekerja.
c. Gerakan Traversing
Gerakan ini juga diatur oleh elektromotor yang berfungsi untuk menggerakkan troli sesuai dengan arah yang diinginkan, dan gerakan ini juga dihentikan dengan memutuskan arus listrik pada elektromotor melalui tombol operator dan sekaligus rem bekerja.
2.4. Perhitungan Bahan (Bill Of Quantity)
Bill of Quantity atau perhitungan bahan adalah perhitungan jumlah
komponen-komponen yang diperlukan dalam suatu konstruksi dari suatu mesin. Banyaknya jenis perkerjaan mempunyai pengaruh dan konstribusi pada suatu proyek, setiap jenis pekerjaan harus dianalisis, dihitung dan ditetapkan jumlahnya. Karena estimasi disiapkan sebelum pelaksanaan proyek, sehingga diperlukan adanya proses penelitian dilapangan. Bill of quantity dibuat dalam bentuk tabel yang terdiri dari kolom nomor, kolom Komponen (Part), kolom ukuran (size), Jumlah (Quantity) dan Kolom Keterangan. (Sumber : PT. Bajradaya Sentranusa)
Tinggi angkat = 30 meter
Kecepatan angkat = 1,5 m/menit
Panjang perpindahan trolley = 16,5 meter
Kecepatan trolley = 12 m/menit
Panjang perpindahan crane = 59 meter
Kecepatan crane = 20 m/menit
2.5 Data Perencanaan
Sebagai data perbandingan atau dasar perencanaan pesawat pengangkat, dibawah ini tercantum data teknik dari crane yang diambil dari hasil survei pada PT. BAJRADAYA SENTRANUSA (PROYEK ASAHAN I) :
Kapasitas angkat = 85 ton
BAB III
PERENCANAAN KOMPONEN MEKANISME CRANE 3.1. PERENCANAAN MEKANISME PENGANGKATAN (HOISTING)
Perencanaan mekanisme untuk gerakan pengakatan meliputi perencanaan- perencanaan : 1. Tali baja 2. Puli 3. Drum 4. Kait 5. Motor penggerak 6. Kopling 7. Rem
3.1.1. Perencanaan Tali Baja
Tali baja digunakan untuk mengangkat dan menurunkan beban pada gerakan
hoist. Tali baja adalah tali yang dikonstruksikan dari kumpulan jalinan serat (steel wire). Beberapa serat (steel wire) dipintal hingga menjadi satu jalinan (strand),
kemudian beberapa strand dijalin pada suatu inti (core) sehingga membentuk tali.
Tali baja banyak sekali digunakan pada mesin atau perlengkapan pesawat pengangkat. Hal ini dimungkinkan tali baja mempunyai keunggulan antara lain :
2. Lebih tahan terhadap sentakan 3. Operasi yang tenang
4. Menunjukkan tanda-tanda yang jelas bila putus 5. Lebih fleksible.
Berikut ini merupakan gambar konstruksi tali baja :
Gambar 3.1. Konstruksi Serat Tali Baja
Dalam perencanaan ini berat muatan yang diangkat adalah 120 ton. Karena pada pengangkat dipengaruhi beberapa faktor, seperti overload, keadaan dinamis dalam operasi, maka diperkirakan penambahan beban 10% dari beban semula sehingga berat muatan yang diangkat menjadi :
Q0 = 85.000 + (10% x 85000)
= 93.500 Kg
Kapasitas angakat total pesawat adalah
: Q = Q0 + G
Dimana :
= 1000 Kg
Q = 94.500 Kg
Sistem pengangkat ini terdiri dari dua sistem yang masing-masing sistem dibuat sedemikian rupa (gambar 3.2) dimana sistem yang pertama menggunakan satu buah tali baja dengan arah pilinan kiri dan sistem yang kedua mempunyai arah pilinan kanan. Penempatan posisi dan arah pilinan tali baja yang berbeda pada kedua sistem ini maksudnya untuk mengurangi beban yang terjadi pada tali baja.
Diagram sistem pengangkat gerak hoist ini dapat dilihat pada gambar berikut ini :
Diagram lengkungan tali pada mekanisme gerak hoist dapat dilihat pada gambar di bawah ini:
Q S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 S11 S12
Gambar 3.3 Dagram Lengkung Tali
Dari gambar 3.3 dapat dilihat diagram lengkungan tali yang dapat
menentukan tegangan tali yang dapat menentukan tegangan tali maksimum baja yang terjadi. Sistem pengangkat yang direncanakan ini terdiri dari 12 buah tali
penggantung, sehingga ;
Q Q=S1+S2 + S3 + S4 + S5 + S6 + S7 + S8 + S9 + S10 +
S11 + S12 + S13 + S14
Tegangan tali maksimum dari sistem tali puli dihitung dengan rumus :
s= Q
nη η1
( lit.1, hal 41)
Dimana :
S = Tegangan tali maksimum
Q = 94.500 Kg
n = Jumlah tali penggantung = 12
η = Efesiensi puli = 0,892
η1 = Efesiensi yang disebabkan kerugian tali akibat kekakuan akibat menggulung pada drum yang diasumsikan 0,98
maka :
S= 94500
12.0,892 .0,98 = 9008,6 = 9009 kg
dimana kekuatan putus tali sebenarnya
P = S.K (Lit 1, hal 40)
Dengan :
S = 9009 Kg
K = Faktor keamanan (K = 5,5) (Lit 1, hal 42)
Maka :
= 49549,5 kg
Tipe tali baja yang dipilih adalah menurut standart United rope works, Roterdam
Holland yaitu 6 x 41+1 fibre core (Lampiran 5)
dengan :
Beban patah : Pb = 76300 Kg
Tegangan patah : σ b = 180 Kg/mm2
Berat tali : W = 4,710 Kg/m
Diameter tali : d = 36 mm
Maka tegangan maksimum tali yang diizinkan :
Sizin = Pb (lit.1, hal 40)
K
= 76300 13872,7Kg 5,5
Tegangan tarik yang diizinkan :
σizin = Type equation here .
F247 = S
b d
K Dm
.50000 (lit.1, hal 39)
Dmin Dimana perbandingan diameter drum dan diameter tali baja
d untuk jumlah lengkungan (NB) = 15 seperti terlihat pada gambar 3.2 adalah 37,5 (Lamp 14)
Atau: d D min 37,51 Maka: F247 = 49549,5 0,01cm2 18000 5,5 1 37,5.50000
Tegangan tarik yang terjadi pada tali baja adalah :
σt = S
F247
= 90096,5
Terlihat bahwa perencanaan tali aman untuk digunakan mengingat tegangan maksimum tali yang direncanakan lebih rendah dari tegangan maksimum izin yaitu :
9009 Kg < 13872,7 Kg dan tegangan tarik yang diizinkan lebih besar dari tegangan tarik yang direncanakan yaitu : 32,73 Kg/mm2 > 13,86 Kg/mm2.
Ketahanan tali baja ditentukan berdasarkan umur operasi dari tali baja tersebut. Umur tali baja tergantung dari jumlah lengkungan, faktor konstruksi tali baja, faktor operasi, dan faktor keausan serta material baja tersebut. Faktor keausan tali baja didapat dari rumus berikut:
m = A
.C.C1
.C2
(lit 1 hal 43)
dimana :
A = D/d = perbandingan diameter drum atau puli dengan diameter tali
m = Faktor yang tergantung pada lengkungan berulang tali selama periode
keausannya sampai tali tersebut rusak
σt = Tegangan tarik sebenarnya pada tali (13,86 kg/mm2)
C = Faktor yang memberi karakteristik konstruksi tali dan kekuatan tarik
maksimum bahan kawat, C = 0,5 (Lampiran
10)
C2 = Faktor yang menentukan faktor produksi dan operasi tambahan yang tidak diperhitungkan oleh faktor C dan c1 = 1,4 banyak lengkungan. (Lamp 12)
maka :
m =1386.(0,5)(1,24)(1,4)37,5
= 3,11
Dengan bantuan faktor m, (Lampiran 9)
didapat harga-harga untuk m (3,10) sebesar 650000, m(3,17) sebesar 700000. Dengan melakukan interpolasi harga-harga ini dapat dicari nilai Z, yaitu :
3,11 3,10
Z1 700.000 650.000 650.000 700.000 3,17 3,10
didapat, Z1 = 210.000 lengkungan berulang yang menyebabkan kerusakan.
Umur tali baja dicari dengan rumus :
N Z1
a.z2
(lit. 1, hal 83)
Dimana :
Z1 = Jumlah lengkungan berulang yang menyebabkan kerusakan tali
a = Jumlah siklus rata-rata perbulan
Z2 = Jumlah siklus berulang persiklus
φ = Hubungan langsung antara jumlah lengkungan dan jumlah putus tali
β = Faktor perubahan gaya tekan
Merujuk pada persamaan untuk mencari umur tali diatas, harga-harga faktor a, Z2, β dan φ, dapat diambil dari (lampiran 13) sebagai berikut :
a = 3400
Z2 = 5
β = 0,3
φ sebesar 2,5 (lit. 1, hal 48)
maka :
N
3.1.2. Puli
700.000
3400.5.0,3.2,5 54,9 55 bulan
Puli disebut juga kerek (katrol) yaitu cakra yang dilengkapi dengan tali atau rantai. Cakra merupakan suatu kepingan yang bundar disebut juga dengan disk, yang terbuat dari logam atau nonlogam. Pinggiran cakra tersebut diberi alur (groove) yang berfungsi untuk laluan tali untuk mentransmisikan gerak dan gaya.
Puli ada dua macam, yaitu :
1. Puli tetap (fixed pulley)
1. Puli Tetap (fixed pulley)
Puli yang terdiri dari cakra dan seutas tali atau rantai yang dilingkarkan pada alur pada bagian atasnya yang salah satunya digantungi beban Q sedangkan ujung lainnya ditahan atau ditarik.
2. Puli Bergerak (movable pulley)
Puli bergerak mempunyai cakra yang bebas pada poros yang bebas pula. Tali atau rantai dilingkarkan dalam alur pada bagian bawah. Salah satu ujung tali diikatkan tetap dan ujung lainnya ditahan atau ditarik pada waktu pengangkatan, beban digantungkan pada kait (hook) yang tergantung pada poros.
Sistem puli adalah kombinasi dari beberapa puli tetap den puli bergerak atau terdiri dari beberapa cakra puli. Ada dua jenis system puli, yaitu :
a. Sistem puli yang menguntungkan pada gaya b. Sistem puli yang menguntungkan pada kecepatan
Sistem puli yang menguntungkan pada gaya banyak dipakai pada pesawat-pesawat pengangkat, sedangkan pada sistem puli yang menguntungkan pada kecepatan banyak dipakai pengangkatan secara hidrolik dan pneumatik.
Puli yang direncanakan dapat dilihat pada gambar 3.3 yang terdiri dari beberapa puli tetap dan puli bergerak termasuk pada sistem puli yang menguntungkan pada gaya.
Gambar 3.4 Konstruksi Roda Puli
Berdasarkan jumlah lengkungan (NB) yang terjadi pada tali kawat baja diperoleh hubungan perbandingan diameter minimum untuk puli dengan diameter tali :
D min
NB d
Untuk NB = 15
Maka diameter puli adalah :
Dmin = 15 .d
= 15 . 36 mm = 540 mm
Maka dipilih diameter puli adalah, d = 540 mm.
Selanjutnya ukuran – ukuran utama puli dapat diketahui dengan menggunakan tabel dibawah ini :
Tabel 3.1. Dimensi roda puli untuk tali kawat baja
Dengan menggunakan interpolasi, untuk d = 36 mm didapat :
36 34,5
a 110 90 90 96,6mm
39,0 34,5
Maka dengan cara yang sama dapat diperoleh ukuran – ukuran utama puli lainnya yaitu : b = 75 mm r = 22 mm c = 16 mm r1 = 8 mm e = 2 mm r2 = 9 mm h = 58 mm r3 = 32 mm i = 22 mm r4 = 23 mm
Untuk dapat berputar dan mengurangi gesekan, maka puli dipasang pada poros (gander yang didukung oleh bantalan luncur). Untuk menentukan diameter poros puli digunakan rumus :
p = Q l.d g (lit 1 hal 72) atau : dg = Q p.l dimana :
p = tekanan pada bidang puli yang tergantung pada kecepatan keliling
permukaan lubang nap roda puli dan tekanan ini melebihi
yang terlampir pada tabel dibawah ini (lit1 hal 72)
Tabel 3.2. Tabel hubungan antara v, dan p
V (m/s) 0 , 1 0, 2 0, 3 0, 4 0, 5 0 , 6 0, 7 0, 8 0 , 9 1, 0 1,1 1, 2 1, 3 P (kg/cm2) 75 70 66 62 60 75 55 54 53 52 51 50 49
Qg = beban tiap puli
i = perbandingan transmisi sistem puli, i pada sistem ini bernilai 6.
Qg = Q i Qg = 94.500 15750kg 6 Maka :
d
g
215750
75.1,8
15750
d
g
75.1,8
d
g
116,6 cm
Untuk memeriksa kekuatan cakra harus ditinjau dari tegangan tali maksimum (S) yang terjadi, yaitu sebesar 21068 kg maka tegangan tarik yang terjadi adalah:
S
t
(L).(d )
Dimana :
S = Tegangan Tali Maksimum (Kg)
d = Diameter tali
Maka :
t 9009 (23,04).(36)
= 10,8 kg/mm2
Sesuai data yang diperoleh maka bahan puli dipilih dari bahan baja S30C Dengan kekuatan tarik 10,8 kg/mm2. Dengan demikian, berdasarkan pemeriksaan diatas maka cakra yang dirancang aman untuk digunakan karena harga tegangan tarik yang terjadi lebih kecil dari tegangan tarik yang diizinkan.
3.1.3. Drum
Drum pada operasi pengangkatan dipergunakan untuk menggulung tali. Untuk drum yang digerakkan mesin maka drum dilengkapi dengan alur spiral (helical
groove), sehingga tali akan tergulung secara merata dan mengurangi gesekan
sehingga keausan berkurang. Pada perencanaan ini drum memiliki dua alur, yaitu spiral kiri dan alur spiral kanan.
Perencanaan diameter drum dapat dihitung dengan rumus :
e2 = faktor yang tergantung pada kondisi tali (0,85)(lit 1 tabel 10)
maka :
D ≥ 30 . 0,85 . 36
D ≥ 918 mm
Ukuran – ukuran drum dapat ditentukan dari tabel di bawah ini.
Tabel 3.3. Dimensi Alur Drum Dimana :
D = Diameter drum pada dasar alurnya (mm)
d = Diameter tali (36 mm)
e1 = faktor yang tergantung pada alat pengangkat dan kondisi
operasinya (30) (lit 1 tabel 9)
s1 = 39 mm
c1 = 11 mm
Jumlah lilitan atau putaran tali pada drum dapat dihitung dengan rumus :
Z = H .i
2
D
(lit 1 hal 74)
Dimana :
H = tinggi angkat muatan, H = 30 m
i = Perbandingan sistem tali, i = 6
maka :
Z = 30000(6) 918 2
= 64,45 lilitan = 65 lilitan
Panjang total drum dapat dicari dengan rumus :
2Hi L = 12 s l (lit 1 hal 75) D Dimana : 1
l1 = lebar ruang antara bagian kanan dan kiri alur
= 195 mm
Maka :
L = 2.(30000) 12 39 195
.918
= 3095,5 mm
Tebal dinding drum ditentukan dengan rumus empiris dibawah ini :
0,02D (0,6 1,0)cm
= 0,02(918) + 10mm
= 28,4 mm = 2,84 cm
Dari hasil perhitungan di atas, maka ditentukan tebal dinding drum adalah
28,4 mm = 2,84 cm.
Untuk menghitung tegangan tekan maksimum pada permukaan dalam drum digunakan rumus : S .s (lit1 hal 76) = 2,84(3,9)9009 = 813,4 kg/cm2
Maka bahan drum dipilh SFCM 95D dengan kekuatan tarik bahan σt = 10100 kg/cm2. Tegangan tarik yang diizinkan adalah :
σzin = k
dimana :
k = faktor keamanan untuk pengangkat kran, diambil k = 8
maka :
σizin = 10100
8
= 1262,5 kg/cm2
Dari hasil perhitungan didapat σ < σizin maka drum cukup aman untuk digunakan.
3.1.4. Kait
Kait digunakan untuk menggantungkan beban yang akan diangkat. Kait umumnya mempunyai penampang trapesium dibagian dalam dibuat lebih lebar daripada bagian luar. Bentuk penampang trapesium selain untuk menghemat pemakaian bahan dan desain yang lebih sederhana, juga untuk mengantisipasi terjadinya tegangan yang lebih besar pada sisi dalam.
Pada perencanaan ini digunakan jenis kait ganda, dengan kapasitas angkat 120 ton.
- Pemilihan Bahan Kait
Bahan untuk kait proses pengerjaannnya dilakukan dengan proses penempaan dan pengecoran. Pada proses pengecoran bahan yang telah dicor dibersihkan kemudian dikerjakan dengan mesin, selanjutnya dilakukan pemanasan atau penempaan.
Bahan kait dipilih baja S 55 C (Lampiran 17) dengan komposisi sebagai berikut : (0,52-0,58)% C (0,15-0,35)%Si (0,60-0,90)%Mn (0,030)%P (0,35)%Si
Kekuatan tarik bahan (σb) = 8000 kg/cm2
Ukuran dari batang yang licin dan yang berulir dari batang kait ganda sama pada kait tunggal dan kekuatan dari batang yang berulir dicek sama seperti pada kait tunggal. Begitu juga bagian yang melengkung dari kait ganda di cek dengan metode yang sama pula dengan kait tunggal. Gambar kait ganda yang dipakai dalam mekanisme pengangkat pada kran dapat dilihat pada gambar 3.5 di bawah ini :
Gambar 3.5. Ulir Trapesium Kait Tanduk
- Tegangan Tarik Pada Ulir
Pada perencanaan ini baut yang dipilih adalah jenis ulir metris ( M 64 ) maka berdasarkan tabel ukuran standar ulir kasar metris (Lampiran 16) diperoleh :
Diameter luar (d0) = 64 mm
Diameter dalam (d1) = 57,505 mm
Diameter efektif (d2) = 60,103 mm
Tinggi kaitan (H) = 3,426 mm
Jarak bagi (p) = 6 mm
Untuk menghitung tegangan tarik pada ulir digunakan rumus :
σt = 4.Q
(d1 )
= 4.94500
= 36,4 kg/mm2
Tegangan tarik yang terjadi dalam keadaan aman karena σ > σt dimana 80 kg/mm2 > 36,4kg/mm2.
- Panjang Minimum Ulir Kait
Panjang minimum ulir kait dihitung dengan menggunakan rumus :
H = .(d 4.Q. p2 d 2 ) p (lit 1 hal 86) 0 1 Dimana :
σp = tegangan tekan aman untuk baja = (300 – 350) kg/cm2
maka : H = .(642 4.94500.6 57,5052 )350 = 2,6 cm = 26 mm Jumlah ulir : z = H (lit 3 hal 297) p = 266
b2 = 2,2 d1 = 2,2 . 57,505 = 126,5 mm A = h .(b b ) 2 12 = 138,01.(51,75 126,5) 12300,14mm2 2 e1 =h . 2b3 b 1 b2 1 b2 = 138,01. 2(51,75) 126,5 3 51,75 126,5= 59,35 mm
Untuk ukuran – ukuran lainnya dapat ditentukan sebagai berikut :
h = 2,4.d1 = 2,4 . 57,505 = 138,01 mm b1= 0,9. d1 = 0,9 . 57,505 = 51,75 mm e2 = h . b1 2.b2 3 b1 b2 = 138,01. 51,57 2.(126,5) = 78,59 mm 3 51,75 126,5
= 2,5 . 57,505 = 143,76 mm
Z = W
2 e2
= 143,76 78,59
2 = 150,47 mm
Gambar penampang trapesium dari kait dapat dilihat pada gambar 3.6 di bawah ini :
Gambar.3.6. Penampang Trapesium
Jadi luas penampang A-A
A-A = 3,72.57,505
= 3,72 . (57,505)2
Momen inersia untuk penampang A-A h3 (b b )2 2.b .b I = 1 2 1 2 3 b1 b2 = (138,01) (51,57 126,5)2 2.51,57.126,5 3 51,57 126,5 = 235887,46 mm4 = 23,5887 cm4
Untuk luas penampang B-B
A = h . (b b ) 2 1 2 Dimana : h = 2 . d1 = 2 . 57,505 = 115,01 mm b2 = 1,9. d1 = 1,9 . 57,505= 109,25 mm b1 = 0,9 d1 = 0,9 . 57,505 = 51,75 mm Sehingga : 3
A = 115,01.(51,75 109,25) 2
= 9258,30 mm2 = 92,58 cm2
Momen inersia untuk penampang B-B
h3 (b b )2 2.b .b I = . 1 2 1 2 36 b1 b2 = (115,01) . (51,75 109,25) 2.51,75.109,25 36 51,75 109,25 = 3835627,26 mm4 = 383,5627 cm4
3.1.5. Motor Mekanisme Pengangkatan
Tenaga penggerak yang dapat digunakan dalam perancangan suatu pesawat pengangkat ada bermacam – macam jenis, antara lain :
1. Penggerak daya hidrolik 2. Penggerak daya pneumatik 3. Penggerak daya mesin uap 4. Penggerak daya motor bakar 5. Penggerak daya motor listrik
Gambar motor penggerak untuk mekanisme hoisting dapat dilihat pada gambar 3.7 berikut:
Gambar 3.7. Motor Penggerak
Perencanaan ini direncanakan tenaga penggerak menggunakan tenaga daya
motor listrik. Besarnya daya yang dibutuhkan oleh elektromotor dapat dihitung dengan rumus :
N =75.totQ.v (lit 1 hal 234)
Dimana :
ηtot= efisiensi mekanis pengangkat, diasumsikan 0,8 dengan tiga pasang
roda gigi penggerak (lit 1 hal 299)
v = Kecepatan angkat, direncanakan v = 1,5 m/menit = 0,025 m/det
sehingga :
= 39 Hp
Maka ditentukan elektromotor dengan N = 39 Hp untuk elektromotor dengan putaran 560 rpm disesuaikan dengan standart, jumlah kutub enam buah, momen girasi motor (GDrot = 0,22kg/m2).
Momen gaya ternilai dari motor (Mrated) adalah :
Mrated = 71620 Nrated
n
= 71620 39
560
= 4988 kg.cm
Bahan poros penggerak dipilih S50C dengan kekuatan tarik bahan σ = 7500 kg/cm2. Tegangan tarik yang diizinkan adalah :
σzin = k
dimana :
k = faktor keamanan untuk pengangkat kran, diambil k = 8
maka :
σizin = 7500
= 937,5 kg/cm2
Tegangan puntir yang diizinkan ialah :
σp = 0,7.(σizin)
= 0,7 (937,5) = 656,25 kg/cm2
Maka diameter poros penggerak adalah
dp 3 Mrated 0,2.( .izin) dp 3 4987 0,2.(687,5) dp ≥ 3,6 cm
Dipilih diameter poros penggerak dp = 36 mm yang diambil dari tabel standar
poros (lit 3 hal 9)
Momen girasi kopling dapat dicari dengan rumus :
GD2 kopling = 4.g.I (lit 1 hal 289)
Dimana :
Maka :
GD2kopling = 4.(9,81).(0,0078)
= 0,30607 kg/m2
Momen girasi rotor dan kopling pada poros motor adalah :
GD 2 (GD 2
rotor ) (GD 2 kopling )
= 0,22 + 0,30607 = 0,52607 kg/m2
Momen gaya dinamis (M dyn ) dapat dihitung
M dyn .GD 2 .n 375.ts 0,975.Q.V2 n.ts. (lit 1 hal 293) Dimana :
= koefisien yang memperhitungkan pengaruh massa mekanisme
transmisi ( 1,1 – 1,25 )
Ts = waktu start, ts = (3 – 8 ) detik
M dyn 1,25.0,52607.(560) 375.(3) 0,975.(94500).(0,025)2 (560).3.(0,8) = 0,37 kg.m
Momen gaya motor yang diperlukan untuk start adalah :
M mot M st M dyn
(lit 1 hal 291)
Momen statis poros motor adalah :
M st 71620 N n (lit1 hal 300) = 71620 39 560 = 4987 kg.m Maka : M mot 4987 0,37 = 4987,37 kg.m
Pemeriksaan motor terhadap beban terhadap beban lebih adalah sebagai berikut :
M mot M rated (1,75 2) (lit.1, hal 296) Mmot < 1,75(7085,3) Mmot < 12399,3
Dari perhitungan didapat harga di atas maka pemakaian motor aman terhadap beban lebih.
berbeda sumbunya.
Crane direncanakan memakai sebuah kopling jenis flens kaku, gambar 3.8 dibawah menunjukkan bentuk dari kopling flens yang direncanakan.
3.1.6. Perencanaan Kopling
Kopling tetap adalah elemen mesin yang berfungsi meneruskan daya dan putaran dari poros penggerak ke poros yang digerakkan secara pasti (tanpa slip), dimana sumbu kedua poros tersebut terletak pada suatu garis lurus atau dapat sedikit
Gambar 3.8. Kopling Flens Kaku Data-data awal perencanaan :
Putaran motor (n) = 560 rpm
Momen torsi (T) = 9,74.105 x P.
fc n
(lit.3 , hal 11)
dimana : fc adalah faktor koresi daya = 1,2
= 9,74.105 x 29,1(1,2)
560 = 56582 kg.mm
Diameter poros (D) = 38 mm
Data-data ini dipakai sebagai dasar perhitungan rancangan selanjutnya yaitu : Kopling yang digunakan untuk menghubungkan poros dari motor ke poros roda gigi memakai kopling tetap jenis flens. Dimensi-dimensi kopling tersebut sesuai dengan notasi yang dipakai pada gambar 3.8 dan dengan menggunakan tabel pada lampiran 18 maka diperoleh nilai-nilai sebagai berikut :
Diameter lubang D = 38 mm, diameter terluar kopling A = 145,2 mm, lebar kopling H = 32,5 mm, panjang dudukan poros L = 51,5 mm, diameter luar dudukan poros C = 67,4 mm, diameter lobang baut d = 11 mm, diameter jarak pusat lobang baut B = 103 mm, G = 128 mm, F = 18,5 mm, K = 4,5 mm dan jumlah baut n = 6
Bahan kopling dipilih dari besi cor kelabu (FC 20) dengan kekuatan tarik bahan σb =
20 kg/mm2. Bahan baut dan mur dari baja karbon dengan kekuatan tarik bahan σb =
Tegangan geser pada baut dengan efektivitas baut 50 % (jumlah baut yang menerima beban terbagi merata hanya 3 buah) dapat dicari dengan persamaan :
τb = 8. T 2 (lit.3 , hal 35) .d .ne .B dimana :
d = diameter baut, sesuai dengan diameter lobang baut yang disarankan
untuk kopling dengan diameter 38,8 mm sebesar 11 mm,
sehingga :
τb = 8(56582)
.112.3.103 = 3,9 kg/mm 2
.
Tegangan geser izin untuk baut dari baja karbon adalah :
τba = b = S f 1.S f 2 70 (6)(2) = 5,84 kg/mm 2 .
Harga Sf1 dan Sf2 adalah faktor keamanan terhadap kelelahan puntir dan konsentrasi
tegangan.
Dari hasil terlihat bahwa tegangan geser yang terjadi lebih kecil daripada harga yang diperbolehkan, sehingga baut cukup aman dipakai.
τf = 2T
.C 2 .F
, harga-harga dimensi kopling dipakai disini, sehingga :
τf =
2(56582) .
67,42.18,5
= 0,4 kg/mm2.
Tegangan geser izin bahan baja karbon cor sebesar :
τfa = b = S f 1.S f 2 20 (6)(2) = 1,66 kg/mm 2 .
Dari perhitungan dapat dilihat bahwa tegangan geser izin kopling lebih besar daripada tegangan geser yang terjadi sehingga kopling aman buat dipakai.
3.1.7 Perencanaan Rem
Pada pesawat pengangkat rem tidak hanya dipergunakan untuk menghentikan mekanisme tetapi juga untuk menahan beban pada waktu diam dan mengatur kecepatan pada saat menurunkannya. Adapun jenis rem yang dipergunakan pada mekanisme pengangkatan yaitu jenis rem blok ganda.
Daya statik pengereman yang dipakai adalah :
Nbr = W .V
75.
dimana : W = kapasitas angkat
V = kecepatan angkat = 0,03 m/dtk
η = effisiensi total mekanisme = 0,8
maka :
Nbr = 94500.0,025
75.0,8
= 39 Hp
Momen statis pada saat pengereman adalah :
Mst = 71620 N br
nbr (lit 1, hal 292)
= 71620 39
560 = 4987 kg.cm
Momen gaya dinamik saat pengereman adalah :
Mdin = .GD 2 .n 375.tbr 0,975.Q.V 2 . n.tbr (lit 1, hal 293)
δ = koefisien efek massa bagian mekanisme transmisi (δ = 1,1 s/d 1,25) diambil 1,25 maka : Mdin = 1,25
0,52607
.560 375.1 0,975
94500
.(0,1)2 .0,8 = 2,3 kg.m 560.1Momen gaya yang diperlukan untuk pengereman adalah :
Mbr = Mst – Mdin
= 49,87 – 2,3 = 47,57 kg.m
Tekanan yang diperlukan untuk menggerakkan rem dengan sepatu ganda dapat dihitung dengan rumus :
S = Mbr D.
dimana : μ = koefisien gesekan (0,35 atau 0,65)
D = diameter roda rem (direncanakan = 40 cm)
maka :
S =0,40(0,35)47,57 = 340 kg
F =
.D.B. 360
(lit 1, hal 181)
dimana :
B = lebar sepatu (direncanakan = 80 mm)
β = sudut kontak antara roda dan sepatu rem (600 s/d 1200)
maka :
F = .
40.8.60 360
= 167,47 cm2
Tekanan satuan antara sepatu dan roda rem adalah :
P = S F
= 167,47 = 2,03 kg/cm340 2
Harga tekanan satuan ini masih dalam batas tekanan satuan yang diizinkan
yaitu untuk bahan asbes pada besi cor, P = (0,5 s/d 7) kg/cm2. Dengan demikian
bahan yang dipilih sudah tepat.
Trolli dirancang sedemikian rupa sebagai tempat bergantungnya puli dan
hook. Disamping harus dapat menahan beban yang diangkat, troli juga berfungsi
Gaya maksimum yang bekerja pada troli adalah :
Pmax
Q 4 q
Dimana :
q = berat trolli (10.000) kg diambil dari data survey
Maka :
Pmax 94500 10000
4 26125kg
Faktor perhitungan kecepatan gelinding adalah:
H
0,2s /d1
Vw(lit.1, hal 261)
dimana :
Vw = kecepatan gelinding direncanakan 0,2 m/det
Sehingga :
H = 1 x 0,2 = 0,2
Bahan roda trolley S30C dengan kekuatan tarik, σt = 4800 kg/cm2.
Pmax .H bw 2 600 Dw 2 (lit.1, hal 260) c
Dimana :
σc = Tegangan tekan izin pada roda trolley, diambil σc = 4000 kg/cm2
bw = lebar roda trolley, direncanakan bw = 120 mm
Sehingga : 600 Dw 2 2 26125.0,2 20cm, 4000 12
Diameter poros roda trolley dapat ditentukan dengan rumus :
d 3 10,2.Pmax .L w (lit.3, hal 12) b
Dimana : L = jarak plat gantungan dengan roda trolley (direncanakan L = 25 cm). dan bahan poros diplih S45C dengan kekuatan tarik σt = 7000 kg/cm2 dan tegangan lentur
izin σb = 3000 kg/cm2.
Maka :
d 3 10,2.26125.25 13,04 cm, diambil 13 cm
w
3000
Tahanan akibat gesekan pada roda trolley adalah :
2K
DW
μ = koefisien gesek pada bantalan (0,1)
K = koefisien gesek roda gelinding (0,05)
Maka :
W (94500 10000) 0,01(17) (2)0,05 = 1045 kg
27
Gambar 3.10. Diagram Untuk Menentukan Tahanan Gesek
3.2.1 Perencanaan Motor
Daya motor penggerak yang dibutuhkan pada kecepatan konstan :
N
Dengan :
W .V1
W = Tahanan untuk menggerakkan Trolley
η = Effesiensi mekanisme pengangkat, diasumsikan 0,8 dengan tiga pasang roda gigi penggerak
Vt = Kecepatan jalan trolley (Direncanakan = 0,2 m/detik)
Sehingga :
N 1045.0,2 5,5 Hp 75.0,8
Mekanisme trolli yang direncanakan memakai 2 buah motor penggerak. Sehingga daya tiap motor penggerak yang ditentukan adalah:
Noht
5,52 2,75Hp
Maka dipilih elektromotor dengan N = 2,75 Hp, putaran (n) = 1200 rpm disesuaikan dengan standart, jumlah kutub 6 buah, momen girasi motor (GDrot = 0,22 kg.m2).
Momen gaya ternilai dari motor (Mrated) adalah :
Mrated 71620 X Nrated n rated 71620 X 2,75
1200 164,1kg.cm
p
i K
Dimana K adalah faktor keamanan dan diambil K = 8
p
i K
52008 650kg / cm2
Tegangan puntir yang diizinkan adalah :
k 0,7
i
0,7
650
455kg / cm2Maka diameter poros penggerak :
d p 3 M rated 0,2 k 164,1 3 0,2455 1,8cm
Dipilih diameter poros penggerak dp = 20 mm, diambil dari tabel standar poros.
Momen girasi kopling dapat dicari dengan rumus
GD2kop = 4.gI
girasi rotor dan kopling pada poros motor adalah
GD2 = GD2kop + GD2rot
= 0,00011772 + 0,22 = 0,22001kg.m2
gaya dinamis (Mdin) dapat dihitung :
M din .GD
2 .n0,975.V 2 .W
375.ts2.n.ts . a :
δ = Koefisien pengaruh massa mekanisme transmisi (1,1 / 1,25)
ts = waktu start (1,5 s/d 5)
g = Percepatan gravitasi (9,81 m/det2)
I = Momen inersia kopling ( 0,003 kg.cm2)
Maka : GDkop 4
9,81
0,000003
0,00011772kgm2 Momen Momen Diman Maka : M din 5.0,22001.1200 372.2 0,975
1045
(0,2)2 2
1200
.2.
0,8
1,18kg.m 2M mot M st M din
Momen statis (Mst) poros motor adalah :
M st 71620x N n 71620x 2,75 1200 163,9kg.cm Maka : M mot 163,9 1,18 165,08 kg.m
Pemeriksaan motor terhadap beban lebih adalah sebagai berikut :
M maks M rated 2,5 dimana : M maks M mot M maks M rated 165.08163,9 1,00
Harga 1,00 < 2,5 ; Maka motor aman untuk dipakai.
Kopling yang direncanakan untuk meneruskan daya dan putaran dari motor ke poros tranmisi trolli adalah kopling flens kaku.
Data-data awal perencanaan :
Daya motor (P) = 2,75 Hp (2,05
kW) Putaran motor (n)= 1200 rpm
Momen torsi (T) = 9,74.105 x P. fc n
dimana : fc adalah faktor koresi daya = 1,2
= 9,74.105 x 2,05(1,2)1200 = 1996,7 kg.mm
Diameter poros (D) = 20 mm
Data-data ini dipakai sebagai dasar perhitungan rancangan selanjutnya yaitu :
Kopling yang digunakan untuk menghubungkan poros dari motor ke poros roda gigi memakai kopling tetap jenis flens. Dimensi-dimensi kopling tersebut sesuai dengan notasi yang dipakai pada gambar 3.8 dan dengan menggunakan tabel pada lampiran 18 maka diperoleh nilai-nilai sebagai berikut :
Diameter lubang D = 20 mm, diameter terluar kopling A = 112 mm, lebar kopling H = 22,4 mm, panjang dudukan poros L = 40 mm, diameter luar dudukan poros C = 45 mm, diameter lobang baut d = 10,5 mm, diameter jarak pusat lobang baut B = 75 mm, G = 100 mm, F = 11,2 mm, K = 4 mm dan jumlah baut n = 4 baut.
Bahan kopling dipilih dari baja karbon cor dengan kekuatan tarik bahan σb =
20 kg/mm2. Bahan baut dan mur dari baja karbon dengan kekuatan tarik bahan σb =
60 kg/mm2.
Tegangan geser pada baut dengan efektivitas baut 50 % (jumlah baut yang menerima beban terbagi merata hanya 2 buah) dapat dicari dengan persamaan :
τb = 8.T2 .d .ne .B
dimana :
d adalah diameter baut, sesuai dengan diameter lobang baut yang disarankan untuk kopling dengan diameter 20 mm sebesar 10,5 mm,
sehingga :
τb = 8(1996,7)
.
10,52.2(75)
= 0,13 kg/mm2.
Tegangan geser izin untuk baut dari baja karbon adalah :
τba = b = S f 1.S f 2 60 (6)(2) = 5 kg/mm 2 .
Harga Sf1 dan Sf2 adalah faktor keamanan terhadap kelelahan puntir dan konsentrasi
Dari hasil terlihat bahwa tegangan geser yang terjadi lebih kecil daripada harga yang diperbolehkan, sehingga baut cukup aman dipakai.
Tegangan geser pada kopling, dicari dengan rumus :
τf = 2T
.C 2 .F
, harga-harga dimensi kopling dipakai disini, sehingga : τf
= 2(1996,7) .452
.11,2 = 0,056 kg/mm2.
Tegangan geser izin bahan baja karbon cor sebesar :
τfa = b = S f 1.S f 2 20 (6)(2) = 1,66 kg/mm 2 .
Dari perhitungan dapat dilihat bahwa tegangan geser izin kopling lebih besar daripada tegangan geser yang terjadi sehingga kopling aman buat dipakai.
3.2.3 Perancangan Rem
Jenis rem yang dipergunakan pada mekanisme traversing direncanakan sama dengan jenis rem pada sistim pengangkat yaitu jenis rem blok ganda.
Daya statik pengereman yang dipakai adalah :
Nbr = W .V
.75.
W = Tahanan akibat gesekan roda troli
η = Effisiensi total mekanisme = 0,8
Maka :
Nbr = 1045.0,2
0,8.75
= 3,5 Hp
Momen statis pada saat pengereman adalah :
M = 71620 Nbr
nbr
(lit.1 , hal 292)
= 71620 3,5
1200 = 209 kg.cm
Momen gaya dinamik saat pengereman adalah :
Mdin = .GD 2 .n 375.tbr 0,975.G.V 2 . n.tbr Dimana :
tbr = Waktu untuk pengereman (1 detik)
δ = koefisien efek massa bagian mekanisme tranmisi
( δ = 1,1 s/d 2,5) diambil 1,5
Maka :
Mdin = 1,5(0,33772)1200 375.1 0,975.94500.(0,2)2 .0,8 1200
1
= 3,2 kg.mMomen gaya yang diperlukan untuk pengereman adalah :
Mbr = Mst – Mdin
= 209 – 3,2 = 205,8 kg.m
Tekanan yang diperlukan untuk menggerakkan rem dengan sepatu ganda dapat dihitung dengan rumus :
S = Mbr D.
Dimana :
μ = koefisien gesekan ( 0,35 atau 0,65)
D = Diameter roda rem (direncanakan = 30 cm)
Maka :
205,8 S =
0,6
0,35
= 980 kg
Luas permukaan kontak antara sepatu dan roda rem adalah :
F = .D.B.360
Dimana :
β = Sudut kontak antara roda dan sepatu rem (600 s/d 1200) Maka : F = . 30.6.120 360 = 188,4 cm2
Tekanan satuan antara sepatu dan roda rem adalah :
P = S = 980 = 5,2 kg/cm2
F 188,4
Harga tekanan satuan ini masih dalam batas tekanan satuan yang diizinkan yaitu untuk bahan asbes pada logam, P = (0,5 s/d 7) kg/cm2, dengan demikian bahan yang dipilih adalah tepat.
3.3. PERENCANAAN MEKANISME TRAVELLING 3.3.1 Perencanaan Roda Jalan Crane
Gaya maksimum yang terjadi pada roda jalan adalah :
Pmax = W cr nw
dimana : Wcr = berat total girder dan troli 100 ton (data survey)
nw = jumlah roda jalan (direncanakan 16 buah)
Pmax = 100000 = 6250 kg
16
Bahan roda jalan yang dipilih adalah S 30 C dengan kekuatan tarik σt = 4800 kg/cm2
Diameter roda jalan ditentukan dengan menggunakan persamaan dibawah ini :
600 Rw = 2 2 Pmax .H g ci bw dimana :
σci = tegangan yang diizinkan = 4000 kg/cm2
bw = lebar roda jalan (direncanakan = 60 mm)
Hg = faktor perhitungan kecepatan gelinding, Hg = 0,2 s/d 1
Vw = kecepatan gelinding (direncanakan 20 m/menit atau 0,33 m/dtk)
sehingga :
Hg = (0,2 – 1) Vw
Dimana :
Vw = kecepatan gelinding, direncanakan 0,33 m/det
Maka :
H = 1 x 0,33 = 0,33 m/det
