ANALISA KESETIMBANGAN GAYA DAN TITIK BERAT
EXCAVATOR KAPASITAS 2 TON
Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Menyelesaikan Program Studi Strata 1 Pada
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Oleh :
NUN ADI PRATAMA D 200 140 194
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
iii
2018
HALAMAN PERSETUJUAN
ANALISA KESETIMBANGAN GAYA DAN TITIK BERAT EXCAVATOR
KAPASASITAS 20 TON
PUBLIKASI ILMIAH
Oleh :
NUN ADI PRATAMA D 200 140 194
Telah diperiksa dan disetujui untuk diuji oleh :
Dosen pembimbing
Amin Sulistyanto, S.T, M.T NIK : 698
ii
HALAMAN PENGESAHAN
ANALISA KESETIMBANGAN GAYA DAN TITIK BERAT EXCAVATOR
KAPASITAS 2 TON
OLEH
NUN ADI PRATAMA D 200 140 194
Telah dipertahankan didepan Dewan Penguji Fakultas Teknik Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
Pada hari kamis, 1 November 2018
Dewan penguji
1. Amin Sulistyanto, S.T, M.T ( ) (Ketua Dewan Penguji)
2. Supriyono, S.T, M.T, Ph.D ( ) (Anggota 1 Dewan Penguji)
3. Wijianto, S.T, M.Eng, Sc ( ) (Anggota 2 Dewan Penguji)
Dekan,
iii
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam publikasi ilmiah ini tidak terdapat karya yang pernah di ajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan orang lain, kecuali secara tertulis diacu dalam naskah dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Apabila lelak terbukti ada ketidakbenaran dalam pernyataan saya diatas, maka akan saya pertanggungjawabkan sepenuhnya.
Surakarta, 12 November 2018
Penulis
NUN ADI PRATAMA D 200 140 194
1
ANALISA KESETIMBANGAN GAYA DAN TITIK BERAT EXCAVATOR
KAPASITAS 2 TON
Abstrak
Excavator merupakan jenis alat berat yang pengoperasiannya dipengaruhi oleh gaya yang bekerja pada sudut kombinasi attachment boom dan arm. Dalam analisa ini menggunakan kombinasi sudut attachment 90˚, 70˚ dan 110˚ pada kondisi unit dalam keadaan diam dengan mengangkut material berupa pasir pada bucket. Prosedur analisa selanjutnya menggunakan konsep statika dalam menghitung kesetimbangan gaya pada attachment dengan variasi sudut 90, 70 dan 110. Selanjutnya dalam mengetahui titik berat attachment menggunakan bantuan software AutoCad. Hasil analisa perhitungan beban merata main boom 0.319 kg/mm, beban merata Unit 0.452 kg/mm, dan beban merata counterweight 7.733 kg/mm, pada arm dengan variasi sudut 5˚ terhadap garis vertikal unit 3.984 kg/mm, pada variasi arm 15˚ sebesar 1.342 kg/mm , pada variasi 25˚ sebesar 0.821 kg/mm. Sedangkan titik berat pada attachment didapatkan hasil Unit dan counterweight pada sumbu y = 912.16 mm dan sumbu x = 2377.17 mm , Boom pada sumbu y = 1479 mm dan sumbu x = 2085 mm, Bucket pada sumbu y = 282 mm dan sumbu x = 657 mm, Arm dengan sudut 5˚ didapatkan titik berat pada sumbu y = 585 mm dan sumbu x = 283 mm ,Arm dengan sudut 15˚ didapatkan titik berat pada sumbu y = 647 mm dan sumbu x = 65 mm, Arm dengan sudut 25˚ didapatkan titik berat pada sumbu y = 453 dan sumbu x = 461. Dan hasil perhitungan kesetimbangan gaya pada variasi sudut attachment 90º, 70º dan 110º dinyatakan setimbang sebesar 10756 kgmm.
Kata kunci : kesetimbangan gaya, beban merata, titik berat.
Abstract
Excavators are a type of heavy equipment whose operation is influenced by the force acting on the angle of the boom and arm attachment combination. In this analysis using a combination of attachment angles 90˚, 70˚ and 110˚ on the condition of the unit in a stationary state by transporting material in the form of sand to the bucket. The next analysis procedure uses the concept of statics in calculating the equilibrium of force in attachment with angle variations of 90, 70 and 110. Furthermore, in knowing the attachment weight points using the help of AutoCad software. The results of the calculation of the calculation of the load uniformity of the main boom are 0.319 kg / mm, the unit load is evenly distributed at 0.452 kg / mm, and the even weight of the counterweight is 7.733 kg / mm, on the arm with a 5 sudut angle variation on the vertical line of the unit 3.984 kg / mm, on arm variation 15˚ amounting to 1,342 kg / mm, at a variation of 25˚ of 0.821 kg / mm. Whereas the center of attachment obtained from Unit and counterweight on
2
the y axis = 912.16 mm and x axis = 2377.17 mm, Boom on the y axis = 1479 mm and x axis = 2085 mm, Bucket on the y axis = 282 mm and x axis = 657 mm , Arm with an angle of 5 berat obtained a center of gravity on the y axis = 585 mm and x axis = 283 mm, Arm with an angle of 15˚ obtained a center of gravity on the y axis = 647 mm and x axis = 65 mm, Arm with an angle of 25˚ obtained a point weight on the y = 453 axis and x axis = 461. And the results of the force equilibrium calculation on the attachment angle variations are 90º, 70º and 110º expressed as a balance of 10756 kgmm.
Keywords: force equilibrium, uniform load, center of gravity.
1. PENDAHULUAN 1.1Latar Belakang
Excavator merupakan jenis alat berat yang mempunyai fungsi untuk menggali material (digging), mengangkut material (loading), mengikis tebing (scraping), dan meratakan material (grading). Dalam pengoperasiannya excavator bekerja pada bidang datar akan tetapi excavator juga membutuhkan kesetimbangan.
Kesetimbangan excavator dipengaruhi gaya yang bekerja pada kombinasi attachment boom dan arm dengan variasi sudut 70°, 90°dan 110°, titik berat yang bekerja dan beban merata pada attachment. Permasalahan kesetimbangan pada excavator dapat mempengaruhi produktifitas dan keselamatan operator maupun unit itu sendiri.
Oleh karena itu kesetimbangan pada excavator saat beroperasi sangat perlu untuk diperhatikan. Sehingga penulis mengambil judul “ANALISA KESETIMBANGAN GAYA DAN TITIK BERAT PADA EXCAVATOR KAPASITAS 20 TON”
1.2Tujuan Penulisan
1 Mengetahui beban merata pada setiap attachment.
2 Mengetahui titik berat pada setiap attachment dengan bantuan software AutoCad.
3 Mengetahui kesetimbangan gaya pada attachment boom dan arm dengan variasi sudut 70°, 90°, 110°
3
1 Analisa menggunakan excavator berkapasitas 20 ton.
2 Bentuk pada attachment excavator dianggap berbentuk balok dan digambarkan dengan 2D.
3 Analisa menggunakan variasi Sudut attachment antara boom, arm, bucket sebesar 70°, 90°, dan 110°.
4 Unit dianggap dalam keadaan diam dan pada saat loading dengan volume pasir 0.80 m3 atau sebesar 1870 kg
1.4Landasan Teori
1.4.1Hukum Newton
a. Hukum Newton I
Hukum newton I : Sebuah benda terus dalam keadaan diam atau bergerak lurus beraturan, apabila dan hanya bila tidak ada gaya atau pengaruh luar yang bekerja pada benda tersebut.
b. Hukum Newton II
Hukum Newton II : Percepatan yang diperoleh suatu benda bila gaya dikerjakan padanya akan berbanding lurus dengan resultan gaya-gaya yang bekerja pada benda tersebut, dengan suatu konstanta pembanding yang merupakan ciri khas dari benda.
c. Hukum Newton III
Hukum Newton III : Dua benda yang berinteraksi akan menyebabkan gaya pada benda pertama karena benda kedua (gaya aksi) yang sama dan berlawanan arah dengan gaya pada kedua karena benda pertama (gaya reaksi).
1.5 EXCAVATOR
Hydraulic excavator merupakan alat serba guna yang dapat digunakan untuk menggali tanah (digging), memuat material ke dump truck (loading), mengangkat material (lifting), mengikis tebing (scraping), dan meratakan (grading).
4
Terdiri dari attachmen yang memiliki fungsi dan macamnya masing-masing, perbedaan bentuk dan dimensi attachment akan berpengaruh terhadap titik berat masing-masing attachment.
1.6.1 BUCKET
Bucket merupakan perlengkapan yang terdapat pada sebuah
hydraulic excavator. Fungsi utama bucket pada hydraulic excavator adalah untuk menggali (digging) dan memuat (loading) material, jenis bucket ada beberapa macam antara lain : Ripper bucket, Trapezoiddal bucket, Slope finishing, Clamshell bucket.
1.6.2 ARM DAN BOOM
Boom dan Arm juga merupakan bagian dari perlengkapan kerja pada sebuah hydraulic excavator, macam boom dan arm antara lain : Extension Arm, Short Arm, Standard length arm, Long arm & super long front, Two piece boom
1.7GAYA
Suatu kekuatan tarikan maupun dorongan yang berkibat kepada benda yang mengakibatkan benda tersebut mengalami perubahan bentuk ataupun perubahan arah, gambar 1 merupakan ilustrasi dari benda yang mengalami pengaruh arah karena dikenai gaya.
Gambar 1 Ilustrasi gaya
5
Momen adalah suatu vektor M yang tegak lurus terhadap bidang benda, arah M tergantung arah berputarnya benda akibat gaya F, gambar 2 mengilustrasikan arah dari momen yang searah jarum jam dan ini berarti positif.
𝐌 = 𝐅 𝐗 𝐋 (1)
Gambar 2 Ilustrasi Momen
1.9TITIK BERAT
titik berat merupakan titik dimana benda akan berada dalam keseimbangan (tidak mengalami rotasi), pada saat benda tegar mengalami gerak translasi dan rotasi sekaligus maka pada saat itu titik berat akan bertindak sebagai sumbu rotasi dan lintasan gerak dari titik berat ini dapat menggambarkan lintasan gerak translasinya.
6
1.10 KESEIMBANGAN
Menurut hukum newton III “jika benda pertama mengerjakan gaya terhadap benda kedua, maka benda kedua akan mengerjakan gaya terhadap benda pertama yang besarnya sama tetapi arahnya berlawanan”.
𝐅𝐚𝐤𝐬𝐢 = 𝐅𝐫𝐞𝐚𝐤𝐬𝐢 (2) Ra + Rb – F = 0 Σ MA = 0 → (Rb . L) – (F . a) = 0 (3) Rb = F·a L Σ MB = 0 → (Ra . L) – (F . b) = 0 (4) Ra = F·b L 1.11 TUMPUAN
Tumpuan di bedakan menjadi tiga :
a. Tumpuan jepit mempunyai sifat dapat menahan gaya vertikal, gaya horizontal, dan momen.
b. Tumpuan Sendi mempunyai sifat dapat menahan gaya vertical dan gaya horizontal tetapi tidak dapat menahan momen.
c. Tumpuan Roll mempunyai sifat dapat menahan gaya vertical (tagak lurus roll) tetapi tidak dapat menahan gaya horizontal.
7
2. ANALISA GAYA 2.1 DIAGRAM ALIR
Gambar 4 Diagram Alir Prosedur Analisa.
2.2 ALAT DAN BAHAN
a. Excavator kapasitas 20 ton
8
2.3 PENGUMPULAN DATA
Data densitas dari beban yang diangkat dan digunakan pasir sebagai beban yang berada pada bucket, tabel 1 menunjukkan berat jenis dari pasir.
Tabel 1 material dan berat jenisnya.
Data di peroleh dari shop manual book kobelco sk200-8, dan didapatkan data sebagai berikut :
9 a. Dimensi boom
Gambar 6 Dimensi Boom
b. Dimensi Arm
Gambar 7 Dimensi Arm c. Dimensi Bucket
Gambar 8 Dimensi Bucket
3. ANALISA PERHITUNGAN
3.1 PERHITUNGAN I : PERUBAHAN JARAK HORISONTAL TERHAHADAP FUNGSI SUDUT
10
Didapatkan perubahan jarak horisontal karena fungsi sudut yang berbeda perbedaan tersebut berada pada attachment arm dengan variasi kombinasi attachment pada sudut 70˚, 90˚, 110˚.
Tabel 2 Hasil Perubahan Jarak
3.2 PERHITUNGAN II : BEBAN MERATA
Dalam perhitungan ini untuk mengetahui beban merata pada arm.
Tabel 3 Hasil Beban merata
3.3 PERHITUNGAN III : TITIK BERAT
Dalam perhitungan ini untuk mengetahui titik berat yang terdapat pada tiap attachment excvator, yang hasilnya sebagai berikut :
NO Sudut Kombinasi
Attachment
Perubahan jarak horisontal (mm) 1 70° 760 2 90° 256 3 110° 1242 VARIASI SUDUT ATTACHMENT 70˚ 90˚ 110˚ BEBAN MERATA (kg/mm) Counter weight 7,733 7,733 7,733 Unit 0,452 0,452 0,452 Boom 0,319 0,319 0,319 Arm 1,342 3,938 0,821
11 Tabel 4 Hasil Titik Berat
3.4 PERHITUNGAN IV : KESETIMBANGAN GAYA
Didapatkan data kesetimbangan gaya sebagai berikut :
Tabel 5 Hasil Kesetimbangan Gaya
Jumlah gaya reaksi tumpuan A dan B sama dengan gaya pada attachment dan dinyatakan setimbang pada kombinasi attachment variasi 70˚, 90˚ ,110˚
4 PENUTUP 4.1 KESIMPULAN
1. Perubahan jarak horisontal dipengaruhi oleh fungsi sudut yang menyebabkan perbedaan disetiap sudutnya, jarak horisontal pada kombinasi attachment 70˚ sebesar 760 mm, pada kombinasi sudut attachment 90˚ sebesar 256 mm, dan pada kombinasi sudut attachment 110˚ sebesar 1242 mm.
2. Beban merata yang terdapat pada setiap attachment yakni, pada unit sebesar 0.452 kg/mm , pada counter weight sebesar 7.733 kg/mm, pada VARIASI SUDUT ATTACHMEN T 70˚ 90˚ 110˚ TITIK BERAT (mm) Unit & Counte r weight Y = 912,1 6 x = 2377,1 7 Y = 912,1 7 x = 2377,1 8 Y = 912,1 8 x = 2377,1 9 Boom y = 1497 x = 2085 y = 1498 x = 2086 y = 1499 x = 2087 Arm y = 647 x = 65 y = 585 x = 283 y = 453 x = 461 Bucket y = 282 x = 657 y = 283 x = 658 y = 284 x = 659 VARIASI SUDUT ATTACHMENT 70˚ 90˚ 110˚ Ʃfy 10756 10756 10756 ƩReaksi 10756 10756 10756 Ʃfy + ƩreaksI 0 0 0
12
boom sebesar 0.319 kg/mm, pada variasi sudut attcment 70˚ sebesar 3.984 kg/mm , pada variasi sudut attcment 90˚ sebesar 1.342 , pada variasi sudut attcment 110˚ sebesar 0.821 kg/mm.
3. Hasil analisa titik berat pada attachment didapatkan hasil Unit dan counterweight pada sumbu y = 912.16 mm pada sumbu x = 2377.17 mm , Boom pada sumbu y = 1479 mm pada sumbu x = 2085 mm, Bucket pada sumbu y = 282 mm pada sumbu x = 657 mm, Arm dengan sudut kombinasi 70˚ didapatkan titik berat pada sumbu y = 585 mm pada sumbu x = 283 mm , dengan sudut kombinasi 90˚ didapatkan titik berat pada sumbu y = 647 mm pada sumbu x = 65 mm, dengan sudut kombinasi 110˚didapatkan titik berat pada sumbu y = 453 pada sumbu x = 461.
4. Hasil analisa gaya kesetimbangan pada variasi sudut attachment 70º, 90º, 110º dinyatakan setimbang karena gaya pada attachment dan gaya reaksi pada tumpuan A dan tumpuan B memiliki besar yang sama yakni 10756 kgmm. Sudut attachment antara 70º sampai dengan sudut 110º pada saat melakukan loading merupakan sudut yang aman.
4.2 SARAN
1. Hendaknya operator excavator memperhatikan sudut aman attachment pada saat melakukan loading agar tidak terjadi kondisi tidak aman pada unit maupun operator, dan dapat tercapainya kinerja yang lebih baik. 2. Dalam perancangan attachment selanjutnya hendaknya menggunakan
material ringan akan tetapi juga kuat.
3. Dengan Analisa dan pendekatan ini diharapkan dapat menjadi bahan pertimbangan untuk membuat “counter weight” yang dinamis.
13
Alhamdulillahirobbil’alamin, segala puji syukur bagi Allah SWT atas limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan laporan tugas akhir yang berjudul “Analisa Kesetimbangan dan Titik Berat Excavator Kapasitas 20 Ton”.
Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini tidak dapat terselesaikan tanpa adanya bantuan, dukungan dan saran dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis ingin mengucapkan ucapan terima kasih kepada:
1. Kedua orang tua, yang tidak pernah lelah berjuang, membimbing, mendidik, dan senantiasa mendo’akan yang terbaik untuk saya.
2. Bapak Ir. Sri Sunarjono, M.T., Ph.D selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
3. Bapak Ir. Subroto, M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
4. Bapak H. Supriyono, ST, MT, Ph.D. selaku dosen pembimbing yang senantiasa memberikan arahan dan masukan yang bermanfaat hingga terselesaikannya tugas ini.
5. Dosen-dosen Jurusan Teknik Mesin dan Sekolah Vokasi Universitas Muhammadiyah Surakarta yang telah membimbing dan mendidik saya untuk menjadi pribadi yang lebih baik.
6. Teman-teman asisten beserta keluarga besar Laboratorium Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta.
7. Teman-teman seperjuangan teknik mesin, yang telah bersama berjuang untuk menuntut ilmu di Jurusan Teknik Mesin Universitas
Muhammadiyah Surakarta.
Serta seluruh pihak lain yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu, yang telah membantu dalam penyusunan tugas akhir ini.
DAFTAR PUSTAKA
14
Kobelco. 2007.Kobelco SK200-8 Shop Manual Book. Japan
Purna Irawan, Agustinus. 2007. Mekanika Teknik (Statika Struktur). Jakarta: Universitas Tarumanagara.
Sarojo, Ganijanti Aby. 2002. Mekanika. Jakarta: Salemba Teknik.
Sutarman, Encu. 2013. Konsep dan Aplikasi STATIKA. Yogyakarta: CV ANDI OFFSET
