BAB II
KAJIAN PUSTAKA
Sebagaimana diketahui bahwa pada saat ini perkembangan teknologi begitu pesat yang umumnya muatan pada pelabuhan sudah dikemas dalam bentuk unitisasi sehingga penangananya dibutuhkan alat mesin pemindah bahan tepat dan sesuai untuk tiap-tiap aktivitas dalam meningkatkan efisiensi dan daya saing.
Mesin pemindah bahan dalam operasinya dapat diklasifikasi atas dua jenis yaitu :
1. Pesawat Pengangkat
Pesawat pengangkat dimaksudkan untuk keperluan mengangkat dan memindahkan barang dari suatu tempat ke tempat yang lain yang jangkauannya relatife terbatas.
Contohnya : 1. Crane
2. Reachstacker 3. Lift
2. Pesawat Pengangkut
Pesawat pengangkut dapat memindahkan muatan secara berkesinambungan dan kontinuitas dan juga dapat mengangkut muatan dalam jarak yang relatif jauh.
Contohnya : 1. Conveyor 2. Lori pengangkut 3. Elevator buah
Pada bab ini, akan dibahas mengenai landasan teori yang berkaitan dengan analisa untuk mengetahui kerja maksimum pada reach stacker.
2.1 Reachstacker
Reachstacker merupakan salah satu tipe pesawat pengangkat dimaksudkan untuk keperluan mengangkat dan memindahkan barang dari suatu tempat ketempat yang lain yang jangkauannya relatif terbatas. Reachstacker merupakan peralatan pemindah bahan yang paling flexibel yang dioperasikan pada terminal pelabuhan kecil maupun sedang. Reachstacker dapat mengangkut kontainer dalam jarak dekat dengan relatif cepat dan juga dapat menyusun kontainer pada berbagai
posisi tergantung ruang gerak yang ada. Reachstacker terlihat pada gambar 2.1 dapat mengangkat beban hingga 40 ton. Terdapat beberapa keterbatasan dalam pengoperasian sudut lengan pengangkat. Keterbatasan ini menjadi objek kajian penelitian ini.
Gambar 2.1 reachstacker
2.2 Komponen-komponen Reachstacker
Terdapat 2 komponen utama pada Reachstacker yaitu : 1. Spreader
2. Lengan/ boom 1. Spreader
Spreader berfungsi untuk menjepit peti kemas. Pada spreader inilah terdapat komponen Twist lock yang berguna untuk mengunci peti kemas sebelum diangkat spreader terlihat pada gambar 2.2
Gambar 2.2 spreader
2. Lengan / boom
Lengan berfungsi sebagai pengangkat / penyangga beban agar dapat menjangkau tempat yang tinggi. Lengan reach stacker terlihat pada gambar 2.3
Gambar 2.3 Lengan Pengangkat
2.3 Spesifikasi Teknis
Untuk keperluan penelitian penulis mengambil data teknik yang dibutuhkan melalui survey data dilapangan.spesifikasi teknik yang dibahas meliputi spesifikasi pada reachstacker dan spesifikasi peti kemas.
2.3.1 Spesifikasi Reachstacker
Data teknis reachstacker untuk perhitungan dapat dilihat pada gambar 2.4.
yaitu :
Daya, putaran = 246 kW, 2000 rpm
Tipe boom = 2 seksi teleskopik
Mmaks = Berat kendaraan = 68400 kg
W = Beban maksimal = 392000 N
u = jarak maksimum spreader dari tanah = 15 m
l = wheel base = 5,9 m
m = Panjang lengan/ boom(pendek/ panjang) = 9,3/16,06 m n/q = Tinggi keseluruhan,min/max = 4,7/18,1 m o = Lebar keseluruhan,20feet/40feet = 6,04/12,17 m p = Panjang Keseluruhan dengan lengan = 11,5 m
r = jarak roda terluar = 4,2 m
s = panjang mobil = 8 m
t = jarak titik berat beban ke roda depan = 1,9 m
Gambar 2.4 dimensi reachstacker
2.3.2 Spesifikasi Peti Kemas
Peti kemas digunakan untuk wadah/ tempat muatan barang yang akan dipindahkan agar tidak mengalami kerusakan saat proses pemindahan. Peti kemas mempunyai ukuran standar yang dipakai oleh hampir semua negara. Badan International Standart Organization (ISO) telah menetapkan ukuran-ukuran dari peti kemas. Dalam pembahasan skripsi ini ukuran peti kemas yang dipakai adalah ukuran 40 kaki dengan berat maksimum yaitu 40 ton.
Karena pembahasannya dalam keadaan posisi maksimum. Ukuran peti kemas standar yang digunakan ditampilkan dalam tabel 2.1.
Tabel 2.1 Ukuran peti kemas standar
Peti kemas 20 kaki Peti kemas 40 kaki Peti kemas 45 kaki Inggris metrik inggris metrik inggris metrik
dimensi luar
Panjang 19' 10½" 6.058 m 40′ 0″ 12.192 m 45′ 0″ 13.716 m Lebar 8′ 0″ 2.438 m 8′ 0″ 2.438 m 8′ 0″ 2.438 m Tinggi 8′ 6″ 2.591 m 8′ 6″ 2.591 m 9′ 6″ 2.896 m
dimensi dalam
Panjang 18′ 10 5/16" 5.758 m 39′ 5 45/64″ 12.032 m 44′ 4″ 13.556 m Lebar 7′ 8 19/32″ 2.352 m 7′ 8 19/32″ 2.352 m 7′ 8 19/32″ 2.352 m Tinggi 7′ 9 57/64″ 2.385 m 7′ 9 57/64″ 2.385 m 8′ 9 15/16″ 2.698 m bukaan pintu Width 7′ 8 ⅛″ 2.343 m 7′ 8 ⅛″ 2.343 m 7′ 8 ⅛″ 2.343 m Tinggi 7′ 5 ¾″ 2.280 m 7′ 5 ¾″ 2.280 m 8′ 5 49/64″ 2.585 m Volume 1,169 ft³ 33.1 m³ 2,385 ft³ 67.5 m³ 3,040 ft³ 86.1 m³ berat kotor 52,910 lb 24,000 kg 67,200 lb 30,480 kg 67,200 lb 30,480 kg berat kosong 4,850 lb 2,200 kg 8,380 lb 3,800 kg 10,580 lb 4,800 kg muatan bersih 48,060 lb 21,800 kg 58,820 lb 26,680 kg 56,620 lb 25,680 kg Source : http://id.wikipedia.org/wiki/Peti_kemas
2.4 Cara Kerja Reachstacker
Reachstacker bekerja dengan mekanisme angkat dengan cara memanjang/
meninggikan lengan pengangkat lalu memindahkan petikemas dengan mekanisme mobil ke tempat lain.
Adapun cara kerja dari Reachstacker ini dapat dibagi atas tiga gerakan yaitu :
1. Gerakan mobil 2. Gerakan lengan/boom 3. Gerakan trolley 4. Gerakan Spreader
2.4.1 Gerakan Mobil
Gerakan mobil ini adalah gerakan reachstacker untuk pindah dari suatu tempat ketempat lain. Reachstacker bergerak seperti gerakan mobil pada umumnya. Reachstacker memiliki 6 buah ban karet yang terdiri dari 2 buah ban pada bagian belakang dan 4 buah ban dibagian depan. Roda pada reachstacker digerakkan oleh putaran yang berasal dari mesin. dimana Kecapatan maksimum dari gerakan mobil ini mencapai 25 km/hr. Gerakan mobil dapat dilihat pada gambar 2.5 berikut.
Gambar 2.5 gerakan mobil 2.4.2 Gerakan lengan/boom
Gerakan lengan/boom ini adalah gerakan angkat dan turun lengan serta gerakan memanjang dan memendek lengan secara bersamaan sehingga lengan dapat mengangkat dan menurunkan peti kemas sampai pada ketinggian tertentu.
Gerakan lengan ini memiliki sudut tertentu terhadap bidang datar yang diperbolehkan sehingga reachstacker tidak terbalik sewaktu mengangkat beban.
Gerakan lengan/boom pada saat memanjang dan memendek terlihat pada gambar 2.6 berikut
Gambar 2.6 gerakan lengan / boom
2.4.3 Gerakan trolley
Gerakan trolley ini adalah gerakan untuk memutar spreader dan menyeimbangkan petikemas agar selalu dalam keadaan tegak, yang berarti memutar peti kemas sehingga peti kemas dapat dengan tepat disusun secara bertingkat. Gerakan trolley yang memutar spreader kekiri dan kekanan terlihat pada gambar 2.7
Gambar 2.7 gerakan trolley
2.4.4 Gerakan spreader
Gerakan spreader ini adalah gerakan untuk memanjang dan memendekkan spreader sehingga dapat disesuaikan untuk mengangkat peti kemas. Spreader dapat memanjang dengan menggunakan daya hidrolik. Spreader dapat memanjang dengan panjang 40 feet dan 20 feet desesuaikan dengan standar internasional ukuran peti kemas. Gerakan spreader dapat dilihat pada gambar 2.8
Gambar 2.8 gerakan spreader
2.5 Mekanisme Reachstacker
Reachstacker mempunyai beberapa mekanisme dalam melakukan kerja sebagai satu kesatuan dari mesin pengangkat. Beberapa mekanisme bersinergi menjadikan reachstacker dapat bergerak mengangkat sekaligus berjalan. Berikut merupakan mekanisme yang terdapat pada reachstacker yaitu :
1. Mekanisme penggerak 2. Mekanisme Pengangkat 2.5.1 Mekanisme penggerak
Mekanisme penggerak merupakan salah satu mekanisme yang digunakan untuk keperluan pemindahan peti kemas dari suatu tempat ketempat lain.
Mekanisme ini menggunakan roda karet untuk bergerak berpindah. Untuk menggerakkan roda diperlukan daya. Daya didapatkan dari hasil pembakaran yang terjadi pada motor diesel dan disalurkan melalui sistem transmisi.
2.5.1.1 Motor Penggerak
Pada reachstacker terdapat sebuah mesin utama yang digunakan untuk menggerakkan seluruh kerja reachstacker. Penggerak mobil saat berjalan dan mengangkat beban maksimum yaitu sebesar 246 kW. Adapun pada saat berhenti dan mengangkat beban, daya mesin digunakan untuk memutar pompa hidrolik.
Tekanan hidrolik maksimum yang dihasilkan yaitu sebesar 20.7 Mpa 2.5.1.2 Sistem Transmisi
Pada reachstacker, kopling untuk mentransmisikan daya mesin menggunakan kopling jenis torsi converter. Kopling jenis ini akan bekerja bila terjadi perubahan torsi yang dialami oleh mesin reachstacker. Perubahan torsi yang terjadi diakibatkan oleh beban yang sedang terjadi pada reachstacker.
Sedangkan untuk gearbox digunakan gearbox tipe powershift yang mempunyai 4 perpindahan gigi kedepan dan 4 perpindahan gigi kebelakang.
2.5.2 Mekanisme Pesawat Angkat
Mekanisme pesawat angkat adalah salah satu mekanisme yang digunakan untuk mengangkat atau menurunkan peti kemas ketingkat yang lebih tinggi. Peti kemas disusun menjadi beberapa tingkat. Hal ini diperlukan untuk menghemat
tempat di pelabuhan. Peti kemas diangkat dengan menggunakan lengan penyangga hidrolik. Lengan penyangga ini akan memanjang atau memendek saat proses pengangkatan. lengan juga akan memanjang/ memendek pada saat mekanisme angkat. Mekanisme ini sangat mengutamakan sistem hidrolik untuk kemampuan mengangkat peti kemas. Adapun elektro motor digunakan hanya untuk menggerakkan spreader agar peti kemas selalu dalam keadaan seimbang.
2.5.2.1 Elektro Motor
Pada reachstacker terdapat elektro motor yang digunakan untuk memutar spreader yang memakai sistem roda gigi sehingga peti kemas dapat diputar tanpa harus memutar mobil. Tegangan listrik yang digunakan pada elektro motor berjenis tegangan listrik AC, dengan daya 1920 watt.
2.5.2.2 Sistem hidrolik
Sistem hidrolik bekerja karena adanya daya dari mesin yang diteruskan secara mekanis, elektris atau hidrolis. Sistem hidrolik adalah sistem daya yag menggunakan fluda kerja cair. Besaran utama dalam sistem ini adalah tekanan dan aliran fluida. Tekanan menghasilkan daya dorong, sedangkan aliran menghasilkan gerakan atau kecepatan aliran. Pada reachstacker ini terdapat banyak komponen hidrolik.tekanan maksimum yang dihasilkan oleh sistem hidrolik sebesar 20,7 MPa. Tekanan hidrolik yang dihasilkan dari pompa hidrolik disesuaikan dengan besaran kebutuhan masing masing komponen hidrolik. Pompa hidrolik berfungsi untuk mentransfer energi mekanik menjadi energi hidrolik. Pompa hidrolik bekerja dengan cara menghisap oli dari tangki hidrolik dan mendorongnya kedalam sistem hidrolik dalam bentuk aliran (flow). Aliran ini yang dimanfaatkan dengan cara merubahnya menjadi tekanan. Tekanan dihasilkan dengan cara menghambat aliran oli dalam sistem hidrolik. Hambatan ini dapat disebabkan oleh orifice, silinder, motor hidrolik, dan aktuator. Pompa hidrolik yang biasa digunakan ada dua macam yaitu Positive dan Non - positive Displacement Pump. Rumus dasar dari hidrolik ( sullivan,flui power theory ) adalah :
Tekanan :
2
4 D
F A P F
=
π
= (2.1)
Kapasitas Alir (debit) : v D v A
Q 2
4
=
π
⋅
= (2.2)
dimana P = tekanan, ( MPa )
D =diameter saluran, ( mm )
F = gaya tekan ( N )
Q = kapasitas aliran ( L ) v = kecepatan aliran ( l/min )
Komponen-komponen sistem hidrolik terdiri dari batang-batang pengangkat beserta silinder hidroliknya (actuator) lihat gambar 2.9, pompa, katup-katup, pipa/hose, fluida , filter, tanki dan lain-lain.
Gambar 2.9 batang pengangkat hidrolik
Pada lengan pengangkat hidrolik reachstacker terdapat spesifikasi sebagai berikut:
1. Tekanan hidrolik maksimum 20,7 Mpa
2. Tingkat kebisingan menurut standar DIN 45635 part 36 di kabin 70 dB(A)
3. volume minyak hidrolik 600 l
4. Kecepatan aliran minyak hidrolik 583 l/min 5. Diameter saluran minyak hidrolik 12 cm
6. Perlindungan berat berlebih mekanis
Pada perhitungan keseimbangan mobil reachstacker ini lengan penyangga hidrolik dianggap kaku.
2.6 Distribusi Daya Motor
Pada reachstacker, daya yang berasal dari putaran mesin disalurkan ke roda penggerak dan juga pada komponen hidrolik. Motor penggerak yang digunakan menggerakkan keseluruhan mekanisme reachstacker menggunakan bahan bakar solar. Pemakaian bahan bakar jenis ini erat kaitannya dengan beban yang akan diangkat oleh reachstacker. Masing masing komponen merupakan hasil dari distribusi daya yang dihasilkan oleh motor diesel. Besar distribusi daya tergantung dari kebutuhan masing masing komponen.
Gerakan angkat merupakan sistem yang memerlukan banyak daya dari putaran motor diesel. Melalui perhitungan dengan menggunakan persamaan 2.1 maka didapat daya yang dibutuhkan untuk gerakan angkat reachstacker yaitu :
N = ⋅η
⋅ 75
V
Q (2.3)
dimana :
N = Daya statis saat keadaan mengangkat = (hp)
Q = berat angkat total = massa peti kemas +
spreader dan komponen pengait
(30480 + 3000) kg V = Kecepatan angkat dengan beban = 0,25 m/det
η = efisiensi mekanis pengangkat = 0,814
didapat daya yang dibutuhkan mengangkat beban yaitu 137,1 hp (lihat hal.
9,referensi 1 kW= 1,34 hp). Daya puncak/ maksimum yang dihasilkan oleh motor diesel yaitu 330 hp, maka daya yang digunakan untuk gerakan angkat yaitu sebesar 45% dari total daya puncak yang dapat dihasilkan oleh motor diesel.
Dan untuk daya angkat reachstacker pada saat berhenti didapat :
N = ⋅η⋅µ
⋅ 75
V
Q (2.4)
Tabel 2.2 koefisien gesek
Dimana :
N = Daya statis saat keadaan mengangkat = (hp)
Q = berat angkat total = massa peti kemas +
spreader dan komponen pengait
(30480 + 3000) kg V = Kecepatan angkat dengan beban = 0,25 m/det
η = efisiensi mekanis pengangkat = 0,814
μ = koefisien gesek = 0,3
didapat daya yang dibutuhkan mengangkat beban yaitu 457 hp. daya puncak/
maksimum yang dihasilkan oleh motor diesel yaitu 330 hp, maka daya yang digunakan untuk gerakan angkat yaitu sebesar 45% lebih dari total daya puncak yang dapat dihasilkan oleh motor diesel.
2.7 Distribusi Daya Hidrolik
Sistem hidrolik sangat berperan pada proses pemindahan petikemas.Pada reachstacker terdapat banyak daya yang dibutuhkan untuk gerakan utama seperti menaikkan dan menurunkan lengan, memanjang dan memendekkan spreader.
Daya ini diambil dari putaran mesin yang digunakan untuk memutar pompa hidrolik. Tekanan maksimum hidrolik pada reachstacker yaitu sebesar 20.7 Mpa.
Volume oli hidrolik yaitu 600 liter.
Komponen hidrolik pada reachstacker terdiri dari :
1. lengan hidrolik penyangga boom yang terdiri dari dua batang penyangga.
2. teleskopik hidrolik pada boom yang digunakan untuk memanjang/
memendekkan boom.
3. hidrolik pada trolley yang berjumlah dua batang, berguna untuk menyeimbangkan petikemas.
4. hidrolik pada spreader, yang digunakan untuk memanjang/ memendekkan spreader untuk disesuaikan dengan petikemas yang ada.
Lengan pengangkat digerakkan oleh fluida bertekanan. Fluida bertekanan yang dipakai berasal dari pompa hidrolik yang digerakkan oleh motor diesel.
Putaran motor diesel dihubungkan melalui sebuah coupling dan sebuah reduction gearbox memutar poros engkol. Putaran ini dengan bantuan connecting road dirubah menjadi gerak lurus untuk memompakan fluida dengan tiga buah piston secara bergantian.
2.8 Distribusi tegangan
Dengan mengasumsikan tegangan terbagi rata diseluruh permukaan, sedangkan gaya terdistribusi kontiniu bekerja pada seluruh penampang. Intensitas gaya (yaitu gaya per satuan luas) disebut dengan tegangan dan diberi notasi σ.
Dengan melihat gambar dibawah ini, maka persamaan untuk tegangannya :
Gambar 2.10 tegangan berbeban aksial
Gambar 2.11 potongoan permukaan
Rumus tegangan yang digunakan dari ( Meriam, mekanika teknik edisi II ) yaitu : Untuk rumus tegangan normal yang disebabkan oleh gaya aksial :
(2.5)
Dimana : A = luas lengan reachstacker (m2)
Dari statika kita ketahui bahwa resultan dari tegangan yang bekerja di penampang adalah gaya geser V dan momen lentur M. Dengan menjumlahkan gaya-gaya dalam arah vertical dan mengambil momen terhadap potongan, kita dapatkan :
∑ Fx = 0 (2.6)
∑ Mx = 0
Untuk komponen gaya pada sumbu y digunakan rumus :
∑ Fy = 0;
∑ My = 0 (2.7)
Tegangan yang disebabkan oleh lenturan pada bangunan lurus seperti terlihat pada gambar 2.12 di bawah ini :
Gambar 2.12 penurunan tegangan lentur rumus :
(2.8)
Dimana : I = momen inersia (m4)
M = momen lentur (kN.m)
y = jarak sumbu netral dengan titik berat daerah parsial (m) Sedangkan tegangan geser yang disebabkan oleh gaya geser dalam balok digunakan rumus :
(2.9)
Dimana : V = tegangan geser total (kN)
Q = momen statis (m3)
t = tebal atau lebar bagian bangunan (m)
untuk distribusi tegangan geser dalam balok didapat dari persmaan (2.9) dimana t = b dan sedangkan y = h/2 maka :
Gambar 2.13 penurunan tegangan geser dalam balok
= =
=
= =
Maka rumus yang digunakan untuk distribusi tegangan geser adalah :
(2.10)
2.8.1 Lingkaran Tegangan / Tegangan Mohr.
lingkaran tegangan mohr sangat luas dipergunakan dalam praktek transformasi tegangan. Ordinat dari sebuah titik pada lingkaran merupakan tegangan geser τxysedang absisnya adalah tegangan normal σx. Dan didapat σ1
merupakan tegangan maksimum sedangkan σ2 merupakan tegangan minimum.
Gambar 2.14 tegangan yang bekerja pada sebuah elemen Persamaan tegangan Von Mises maksimum minimum adalah :
σx'dA = σxdA cosθ cosθ + σydA sinθ sinθ + τxydA cosθ sinθ + τxydA sinθ cosθ σ = σ cos2θ + σ sin2θ + 2τxy cos θ sin θ
(2.11)
Tegangan maksimum :
Dengan mendeffrensialkan persamaan 2.11 terhadap sudut θ hasilnya :
(2.12)
Dengan mensubsitusikan persamaan 2.12 ke persamaan 2.11 maka didapat tegangan Von Mises / tegangan maksimum & minimum :
σ1 = tegangan maksimum
σ2 = tegangan minimum
Gambar 2.15 lingkaran tegangan mohr Dimana :
(2.13)
(2.14)
R = radius
