Perancangan Alat Bantu Install Cylinder Head Engine 12V140 Unit HD 785-7

A. 195

Perancangan Alat Bantu Install Cylinder Head Engine 12V140 Unit HD 785-7 Ampala Khoryanton ^*, Kunto Purbono, Hariyanto

Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Semarang, Jl. Prof. Sudarto, SH , Semarang, 50275

*E-mail: ampala.khoryanton@polines.ac.id

Abstrak

Seluruh peralatan berat yang ada di area pertambangan, seperti bulldozer, dragline, Haul truck, bucket wheel excavator dan lain lain, tidak hanya berfungsi sebagai alat penunjang aktivitas tambang saja, tetapi juga sebagai bentuk investasi perusahaan. Oleh karenanya kegiatan perawatan dan perbaikan merupakan rutinitas pekerjaan yang harus dilakukan. COMEX (Componen Exchange) merupakan salah satu departemen di bawah naungan PT. Pamapersada Nusantara Balikpapan Operation yang membidangi overhaul pada komponen alat berat produksi seperti engine, power train dan hydraulic cylinder. Engine 12V140 merupakan tipe engine yang paling banyak dilakukan overhaul pada tahun 2019-2020. Latar belakang permasalahan yang terjadi yaitu pada kegiatan overhaul engine 12V140 saat proses assembling cylinder head (berat 22,5 kg) dilakukan dengan mengangkat secara manual satu persatu ke head engine sehingga membutuhkan waktu yang lama dan menyimpan risiko bahaya yang tinggi, dampak dari permasalahan ini adalah tidak tercapainya target JSS assembling line 8 yang telah ditetapkan. Tujuan penelitian ini yaitu merancang alat bantu instal cylinder head engine 12V140. Metode penelitiannya adalah melakukan pemilihan desain, merancang komponen dan material, selanjutnya dilakukan analisis kekuatan komponen atau material yang di gunakan. Hasil analisis bisa gunakan untuk mengubah konstruksi komponen atau material yang digunakan apabila terdapat kondisi tidak aman, sebaliknya apabila material dan konstruksi sudah aman maka rancangan bisa di teruskan dengan menghasilkan spesifikasi yang tepat. Hasil dari penelitian berupa rancangan alat bantu install cylinder head engine 12V140 yang dapat digunakan cara menggabungkan 6 cylinder head dalam satu kesatuan yang diikat dengan menggunakan bracket exhaust beban maksimal yang dapat diangkat sebesar 135 Kg, jarak antar cylinder head ke 1,2 dan 4,5 sebesar 25 mm dan jarak cylinder head ke 3 dan 4 sebesar 29 mm.

Kata kunci: Alat Bantu Install; Engine 12V140; Cylinder Head; Unit HD 785-7

PENDAHULUAN

Departemen COMEX PT. Pamapersada Nusantara Balikpapan merupakan departemen yang memiliki tugas untuk melakukan overhaul. Berdasarkan (Team PMMS, 2010) Overhaul adalah proses pemeliharaan berjangka (Periodical Maintenance) untuk meremajakan kondisi komponen yang mengalami penurunan unjuk kerja dalam kurun waktu tertentu yang sudah dijadwalkan sesuai dengan standar yang direkomendasikan oleh pabrik atau standard yang dibuat oleh management Perusahaan. Proses overhaul harus memenuhi

2 National Conference of Industry, Engineering and Technology 2021, Semarang, Indonesia.

A. 196

standart yang telah ditentukan atau Quality Assurance (QA) yang terdiri dari 8 tahapan yaitu reciving & prewashing, dissassembling, measuring & recommended part, fabrication request, assembling, performance test, final inspection, delivery inspection. komponen yang dilakukan overhaul di departemen COMEX yaitu: engine, powertrain dan cylinder hydraulic. Engine merupakan salah satu komponen yang dilakukan overhaul. Jenis engine yang dilakukan overhaul antara lain 12V140, 6D140 dan 6D170. Berdasarkan data key performance indicator tahun 2019-2020 jenis engine 12V140 merupakan jenis engine yang paling banyak dilakukan overhaul dengan jumlah 126 unit dari 144 unit engine yang dilakukan overhaul.

Proses Quality Assurance (QA) ke 5 overhaul adalah assembling dimana semua komponen yang telah direkondisi dirangkai kembali pada assembling line salah satu proses yang dikerjakan pada assembling line adalah proses install cylinder head, dimana dalam satu engine jenis 12V140 terdapat 12 cylinder head dengan bobot 22.5 kg. Proses pemasangan ini dimulai dari memindahkan cylinder head satu persatu dari rak yang telah disediakan oleh team small room ke tangga kemudian cylinder head yang telah disusun ditangga didekatkan disisi engine dan diangkat satu persatu oleh mekanik ke head engine.

Gambar 1 Proses Install Cylinder Head

Proses ini tidak efektif karena metode pemasangan dengan cara tersebut (gambar1.2) membutuhkan waktu yang lama dan dapat menimbulkan penyakit akibat kerja.

Pertimbangan faktor lain adalah: faktor manusia (man) mekanik sulit mengangkat cylinder head, faktor material berat cylinder head melebihi berat maksimal manual handling, faktor

A. 197

metode (method) metode pengangkatan tidak sesuai dengan standar operasional prosedur, faktor mesin (machine) tidak ada alat bantu install cylinder head dan faktor lingkungan (environment) cylinder head berserakan dilantai. Dari faktor penyebab tersebut faktor dari manusia (man) dan material merupakan faktor yang paling berpengaruh dalam permasalahan install cylinder head engine 12V140.

Identifikasi permasalahannya adalah bagaimana merancang alat bantu install cylinder head engine 12v140 unit HD 785-7? Diharapkan dengan adanya rancangan alat bantu ini dapat mengatasi permasalahan-permasalahan di atas. Penelitian sebelumnya yang terkait dengan penelitian ini yaitu, penelitian yang dilakukan oleh (Rasma & Purwono Hendro, 2018) dengan judul “Designing Special Tool Remove and Install Hoist Cylinder On Unit Dump Truck HD 1500-7”, membahas tentang rancang bangun special tool untuk proses remove and install hoist cylinder pada unit HD 1500-7. Penggunaan alat ini terbukti mampu memberikan kenyamanan dalam proses remove and install hoist cylinder dan dapat mengurangi proses lead time penggantian hoist cylinder dari 6 jam menjadi 2 jam. Penelitian lain yang dilakukan (Bae Jinho et all, 2019) dengan judul “Design overview and structural analysis of ITER sector lifting tool” membahas tentang analisa struktural desain alat angkat untuk menangani komponen ITER. Analisa yang dilakukan meliputi analisa struktural dan rekayasa perhitungan load, stress, deflection.

METODE PENELITIAN

Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah melakukan pemilihan desain, Merancang komponen dan material, selanjutnya dilakukan analisis kekuatan komponen atau material yang di gunakan. Hasil analisis bisa gunakan untuk mengubah konstruksi komponen atau material yang digunakan apabila terdapat kondisi tidak aman, sebaliknya apabila material dan konstruksi sudah aman maka rancangan bisa di teruskan dengan spesifikasi yang di dapat. Seperti terlihat pada gambar 1 flow chart metode penelitian.

Pemilihan Model Desain Mulai

Spesifikasi Material Rancangan Komponen

Analisis kekuatan Tidak

Aman

A. 198

Gambar 2. Flow Chart Metode Penelitian

HASIL DAN PEMBAHASAN

1. Pemilihan Desain

Tindakan perbaikan dari permasalahan yang ada dilakukan dengan membuat rancangan alat bantu install cylinder head yang akan menggantikan metode yang lama. Berikut adalah desain alternatif perancangan desain alat bantu install cylinder head engine 12V140 beserta komponennya.

a. Desain alternatif 1

Gambar 3. Alternatif desain 1 alat bantu install cylinder head engine 12V140

Prinsip kerja dari desain alternatif 1 alat bantu install cylinder head engine 12V140 yaitu cylinder head diletakan di bawah lifter dan diikat dengan menggunakan bolt. Kemudian rantai dikaitkan pada eye bolt dan diangkat dengan menggunakan over head crane untuk dipasangkan ke head engine yang berada di assembling line 8.

b. Desain alternatif 2

A. 199

Prinsip kerja dari alternatif desain 2 alat bantu install cylinder head engine 12V140 yang di tunjukkan pada gambar 2 adalah cylinder head yang dipasang pada bracket exhaust dan diikat dengan menggunakan bolt. Kemudian lifter yang telah dipasang eye bolt dipasangkan pada posisi atas cylinder head ke 2, 3 dan ke 4, 5. Mal pelurus diletakan pada bagian atas cylinder head sisi intake untuk menjaga agar cylinder head tidak bergerak pada saat bolt cylinder head dikencangkan pada bracket exhaust. Eye bolt yang dipasang pada lifter dikaitkan ke hook yang dihubungkan pada rantai dan diangkat menggunakan over head crane untuk kemudian di pasang pada head engine yang berada di Assembling line 8.

Gambar 4. Alternatif desain 2 alat bantu install cylinder head engine 12V140 Prinsip kerja dari alternatif desain 2 alat bantu install cylinder head engine 12V140 adalah cylinder head yang dipasang pada bracket exhaust dan diikat dengan menggunakan bolt. Kemudian lifter yang telah dipasang eye bolt dipasangkan pada posisi atas cylinder head ke 2, 3 dan ke 4,5. Mal pelurus diletakan pada bagian atas cylinder head sisi intake untuk menjaga agar cylinder head tidak bergerak pada saat bolt cylinder head dikencangkan pada bracket exhaust. Eye bolt yang dipasang pada lifter dikaitkan ke hook yang dihubungkan pada rantai dan diangkat menggunakan over head crane untuk kemudian di pasang pada head engine yang berada di Assembling line 8.

Pemilihan alternatif desain dipilih berdasarkan kriteria yang telah ditentukan yang terdiri dari kontruksi, ergonomi, pengerjaan dan keamanan. Dalam pemiliham alternatif desain dimulai dari menentukan nilai pembobotan dari setiap kriteria. Setelah nilai pembobotan

A. 200

ditentukan, langkah selanjutnya adalah memberikan penilaian dari masing – masing alternatif desain. Penentuan nilai pembobotan ditunjukan pada tabel 1 berikut ini:

Tabel 1 Bobot Penilaian Desain Alternatif

Kriteria A B C D E Bobot (*W)

A - 1 1 1 0 4

B 0,5 - 0,5 1 0 2

C 0,5 0 - 0 0 0,5

D 1 1 1 - 1 4

E 0 0 0,5 0 - 0,5

Jumlah Nilai 10

Keterangan:

A = Fungsi B = Keamanan C = Ergonomi D = Kontruksi dan E = Biaya Pembuatan

Setelah ditentukan bobot masing-masing kriteria maka langkah selanjutya adalah memberikan nilai untuk setiap desain alternatif. Dalam memberikan nilai untuk setiap desain alternatif diperlukan skala nilai untuk menentukkan berapa nilai dari setiap kriteria yang ada pada desain alternatif tersebut. Tabel 2 adalah penjelasan dari batasan penilaian masing- masing desain alternative. Cara sederhana untuk melakukan penilaian desain alternatif adalah dengan mempertimbangkan daftar urutan peringkat seolah - olah tujuan ditempatkan dalam posisi yang relative penting, atau nilai pada skala katakanlah 1 hingga 10 atau 1 hingga 100 (Cross, 2000).

Tabel 2 Bobot Penilaian Alternatif Desain

Kriteria Bobot

(*W)

Alternatif Desain I Alternatif Desain II Skor (S) Nilai (U) Skor (S) Nilai (U)

Fungsi 4 8,0 3,2 8,0 3,2

Ergonomi 2 7,0 1,4 8,0 1,6

Pengerjaan 0,5 9,0 0,45 7,0 0,35

Keamanan 3 6,0 1,8 9,0 2,7

Biaya Pembuatan 0,5 9,0 0,45 7,0 0,35

Jumlah 7,3 8,2

Keterangan:

*W = Presentase pembobotan dari setiap kriteria (%) S = Kualitas nilai dari setiap desain alternatif

U = Nilai akhir dari setiap desain alternatif = *W × S

A. 201

Rentang nilai:

0 – 10 = Tidak memadai 10 – 50 = Lemah

50 – 70 = Cukup 70 – 90 = Baik

90 – 100 = Sangat baik

Berdasarkan metode tersebut maka diperoleh desain terbaik yang akan dipakai dalam proses rancang bangun lifter of bracket rock ejector HD785-7 berdasarkan nilai tertinggi yang didapatkan dari analisa tersebut adalah desain alternatif II dengan nilai akhir desain yaitu 8,2. Berikut adalah gambar desain alternative II beserta komponen penyusunnya:

Gambar 5 Desain Terpilih Alat Bantu Install Cylinder Head Engine 12V140 2. Spesifkasi Material dan Rancangan Komponen

a. Spesifikasi Material

Komponen yang digunakan untuk membuat alat bantu install cylinder head engine 12V140 terdiri dari besi hollow square ASTM A500, besi plat ASTM A36 dan menggunakan baut dengan grade 8.8. Penggunaan material didasari pada kemudahan dalam mendapatkan material dipasaran serta kemudahan dalam pembuatan , berikut adalah tabel spesifikasi dari material yang digunakan sebagai analisis penelitian ini:

Tabel 3. Material Bracket Exhaust dan Mal (Dawod, 2021)

Name ASTM A500

Yield Strength 250 N/mm²

Tensile Strength 400 N/mm²

Elongation at Break 23 %

Elastic Modulus 200000 N/mm²

Shear Modulus 79300 N/mm²

A. 202

Tabel 4. Material Lifter (Preedawiphat, 2020)

Name ASTM A36

Yield Strength 250 N/mm²

Tensile Strength 400 N/mm²

Elongation at Break 23 %

Elastic Modulus 200000 N/mm²

Shear Modulus 79300 N/mm²

Tabel 5 Material Bolt (Ketabdari, 2019)

Name Bolt Grade 8.8

Bolt Size M10

Yield Strength 640 N/mm²

Tensile Strength 800 N/mm²

b. Rancangan Komponen

Alat bantu install cylinder head engine 12V140 terdiri dari beberapa komponen standar dan komponen non standar yang memiliki fungsinya masing-masing dalam menunjang penggunaan alat bantu install cylinder head engine 12V140 agar sesuai dengan perencanaan yang telah dibuat. Berikut adalah gambar beserta penjelasan dari komponen penyusun non standar alat bantu install cylinder head engine 12V140:

 Bracket exhaust

Bracket exhaust merupakan komponen alat bantu install cylinder head engine 12V140 yang berfungsi untuk menggabungkan 6 cylinder head dalam satu kesatuan. Material yang digunakan dalam komponen ini adalah hollow square ukuran 30 mm x 30 mm x 3 mm dengan jenis material ASTM A500.

Gambar 6. Desain 3D Bracket Exhaust

 Mal

A. 203

Mal berfungsi untuk menjaga keadaan cylinder head agar tidak berubah saat dilakukan pengencangan baut antara bracket exhaust dengan cylinder head. Material yang digunakan dalam pembuatan komponen mal adalah hollow square ukuran 30 mm x 30 mm x 3 mm dengan jenis ASTM A500.

Gambar 7. Desain 3D Mal

 Lifter

Lifter berfungsi untuk mengangkat cylinder head yang telah disatukan dengan bracket exhaust menggunakan overhead crane menuju head engine yang berada di assembling line 8. Material yang digunakan adalah plat dengan ketebalan 10 mm dan plat 5 mm dengan jenis ASTM A36.

Gambar 8. Desain 3D Lifter

 Poros Mal

A. 204

Gambar 9. Desain 3D Poros Mal

Poros mal merupakan bagian dari komponen mal berfungsi untuk menghubungkan mal dengan cylinder head. Material yang digunakan adalah besi poros dengan diameter 20 mm dengan jenis material ASTM A36.

3. Analisis Kekuatan

a. Analisis kekuatan pada Bracket exhaust

Analisa perhitungan gaya dan tegangan pada rancangan alat bantu install cylinder head engine 12V140 dilakukan untuk mengetahui kekuatan material. Berikut adalah perhitungan gaya dan tegangan pada komponen bracket exhaust dan lifter. Dengan memperhatikan posisi Bracket Exhaust Penahan Cylinder Head seperti pada gambar 10, maka dapat dibuat free body diagram seperti pada gambar 11.

Gambar 10. Bracket Exhaust Penahan Cylinder Head

Berat cylinder head: W = m x g = 22,5 kg x 9,8 m/s² = 220,5 N Total beban cylinder head: W_tot = 6 (m x g) = 1.323 N

Dari perhitungan tersebut dihasilkan beban total sebesar 1.323 N

A. 205

Gaya yang terjadi pada bracket exhaust:

Gambar 11. Free Body Diagram Bracket Exhaust

ΣMF_B = (W₁×L₁) + (W₂×L₂) + (W₃×L₃) + (W₄×L₄) - (F_a×L_a) - (W₅×L₅) - (W₆×L₆) Gaya yang bekerja dari hasil perhitungan diatas adalah sebesar F_a = 572,807 N dimana gaya tersebut nantinya akan digunakan untuk menghitung momen bengkok material.

Menentukan konstruksi aman atau tidak dapat dicari tegangan izin dan tegangan bengkok yang terjadi.

Tegangan bengkok yang diijinkan: 𝜎̅̅̅ = 0,55 × 𝜎_{𝑏 𝑦} = 173,25 N/mm² Momen bengkok yang terjadi: M_b = F_a× 399 mm = 228.549,99 Nmm

tegangan bengkok yang terjadi: σ_b = ^M_Z^b = 86,05 N/mm²

Dari perhitungan di atas material hollow yang dipilih aman digunakan. Karena tegangan bengkok material nilainya lebih kecil daripada tegangan bengkok yang diijinkan atau σ_b = 86,05 N/mm² < 𝜎̅̅̅ = 173,25 N/mm_𝑏 ²

b. Analisis kekuatan pada Lifter

A. 206

Gambar 12. Lifter

Gambar 13. Free Body Diagram Lifter

ΣMF_A = F_Bxcosα ×l = 661,5 N Cos25⁰ ×110 mm = 65.947,48 Nmm

Tegangan bengkok yang diijinkan: 𝜎̅̅̅ = 0,55 × 𝜎_{𝑏 𝑦} = 137,5 N/mm² Momen inersia pada sumbu X : I_xx = ^{Bh3-b(h-t)3+ah1}

3

3 = 68.368,733 mm⁴ Section modulus : Z_xx = ^2Ixx(aH+bt)

aH²+bt² = 10.027,414 mm³ Tegangan bengkok yang terjadi : σ_b=^Mb

Z_xx= 6,576 𝑁/𝑚𝑚².

Dari perhitungan di atas material lifter yang dipilih aman digunakan. Karena tegangan bengkok yang terjadi nilainya lebih kecil daripada tegangan bengkok yang diijinkan atau σ_b = 6,576 N/mm² < 𝜎̅̅̅ = 137,5 N/mm_𝑏 ²

4. Hasil dan Spesifikasi Alat

A. 207

Prinsip kerja dari alat bantu install cylinder head engine 12V140 yaitu menggabungkan 6 cylinder head dalam satu kesatuan yang diikat dengan menggunakan bracket exhaust.

Proses mengangkat cylinder head dilakukan menggunakan overhead crane dimana rantai dari overhead crane tersebut dikaitkan pada eyebolt yang dipasang pada lifter. Lifter tersebut dipasangkan pada cylinder head ke 2,3 dan 4,5. Kemudian cylinder head tersebut diangkat menuju head engine yang berada di assembling line 8.

Berdasarkan hasil analisis perancangan dan proses pengerjaan yang dilakukan dihasilkan alat bantu install cylinder head engine 12V140 dengan spesifikasi seperti pada tabel ...:

Tabel 5. Spesifikasi Alat Bantu Install Cylinder Head Engine 12V140 Mechanical Specifications

Dimension (L x W x H) : 1100 mm x 319 mm x 172 mm Safety Working Load (SWL) : 135 Kg

Material Specifications

Bracket Exhaust : ASTM A500

Lifter : ASTM A36

Mal : ASTM A500

Poros Mal : ST 37

Bolt M10 x 1,25 : Grade 8.8

Bolt M12 x 1,25 : Grade 8.8

Gambar 14. Alat Bantu Install Cylinder Head Engine 12V140

A. 208

Eye Bolt M14 : SWL 2,5 Ton

KESIMPULAN

Kesimpulan yang didapatkan dari penelitian Perancangan alat bantu install cylinder head engine 12V140 adalah sebagai berikut::

1. Hasil rancangan alat bantu install cylinder head engine 12V140 dengan spesifikasi beban maksimal yang dapat diangkat sebesar 135 Kg, tipe cylinder head engine 12V140, jarak antar cylinder head ke 1,2 dan 4,5 sebesar 25 mm dan jarak cylinder head ke 3 dan 4 sebesar 29 mm.

2. Aplikasi alat bantu install cylinder head engine 12V140 yaitu dengan cara menggabungkan 6 cylinder head dalam satu kesatuan yang diikat dengan menggunakan bracket exhaust lebih efektif karena dapat mempersingkat waktu install cylinder head engine 12V140.

DAFTAR PUSTAKA

Bae Jinho, Ha Min-Su, Nam Kyoungo, Park Soo-Hyeon, Chung Sikun, Chung Wooho. 2019.

Design overview and structural analysis of ITER sector lifting tool. Fusion Engineering and Design. Vol.146. National Fusion Research Institute.

Cross, N. 2000. Engineering design methods: strategies for product design. NewYork: John Wiley & Sons, Ltd.

Dawod, B. M., & Safar, S. S. (2021). Experimental and Numerical Investigations on Strength of Eccentrically Loaded Steel Square Hollow Sections. Design Engineering, 2638- 2656.

Ketabdari, H., Daryan, A. S., & Hassani, N. (2019). Predicting post-fire mechanical properties of grade 8.8 and 10.9 steel bolts. Journal of Constructional Steel Research, 162, 105735.

Ma, Jia-Lin, Tak-Ming Chan, and Ben Young. 2017. Test On High-Strength Steel Hollow Sections. Structures and Buliding. Vol.170. Hong Kong Polytechnic University.

Preedawiphat, P., Mahayotsanun, N., Sa-Ngoen, K., Noipitak, M., Tuengsook, P., Sucharitpwatskul, S., & Dohda, K. (2020). Mechanical Investigations of ASTM A36 Welded Steels with Stainless Steel Cladding. Coatings, 10(9), 844.

A. 209

Rasma, Purwono Hendro. 2018. Designing Special Tool Remove and Install Hoist Cylinder On Unit Dump Truck HD 1500-7. Journal of Applied Science and Advanced Technology. Vol.1 No.2. Universitas Muhamdiyah Jakarta