BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 PERENCANAAN DAN PENJELASAN PRODUK
Tahap perencanaan dan penjelasan produk merupakan tahapan awal dalam metodologi perancangan. Tahapan perencanaan meliputi penjelasan fungsi alat, analisis pasar, dan uraian tentang daftar tuntutan.
4.1.1 Fungsi Alat
Produk yang dirancang adalah alat treadwall. Alat ini berfungsi untuk alat latihan olahraga panjat tebing.
4.1.2 Analisis Kebutuhan Pasar
Analisis pasar ini dilakukan dengan mencari produk sejenis yang sudah ada dipasaran.
Produk tersebut dapat dilihat sebagai berikut:
1. Alat treadwall merek Brewer fitness
Gambar 4.1 Alat tredwall Brewer (sumber: Brewer fitness, 2017)
Pada alat treadwall merek Brewer fitness ini menunjukan alat pengaman jatuh untuk atlet hanya menggunakan matras, dan cara kerja alat treadwall Brewer seperti alat treadwall umumnya menggunakan penggerak motor listrik, sistem pengaturan kecepatannya menggunakan inverter, yang membedakan dengan alat treadwall lainnya yaitu pada kerangkanya/frame yang hanya sampai setengah papan panjat.
2. Alat treadwall merek Climbstation
Gambar 4.2 Alat treadwall climbstation (sumber: climbstation, 2017)
Pada alat treadwall merek Climbstation ini menunjukan alat pengaman jatuh hanya menggunakan matras. Matras ini menyatu dengan papan panjat sehingga papan panjat dapat dilipat menjadi satu dengan matras gunanya untuk memudahkan dalam penyimpanan. Penggerak papan panjat ini menggunakan motor listrik.
3. Alat treadwall merek Alibaba
Gambar 4.3Alat treadwall Alibaba (sumber: Alibaba, 2017)
Pada alat treadwall merek Alibaba ini menunjukan alat pengaman jatuh tidak ada atau hanya menggunakan matras. Desain alat treadwall ini terlihat sederhana, bentuk frame yang berbeda dengan betuk pipa bukan hollow square, ketinggian tiang penahan papan hanya setengah dari papan panjat, mekanis penggerak alatnya menggunakan motor listrik, dan kecepatannya menggunakan inverter.
4.1.3 Uraian Daftar Tuntutan
Alat Treadwall yang ada dipasaran atau yang telah dipatenkan, masing-masing memiliki kelemahan diantaranya tidak ada alat pengaman khusus ketika atlet terjatuh dari papan panjat sehingga dapat minimbulkan terserangnya asma dikarenakan matras akan robek dan menghasilkan debu.
Dari beberapa kajian dan analisa yang dilakukan pada perencanaan dapat disimpulkan batasan rancangan sebagai persyaratan pengguna ditetapkan sebagai berikut:
1. Alat aman untuk digunakan.
2. Memiliki alat pengamanan yang lebih aman ketika jatuh dari papan panjat.
3. Alat mampu menahan beban atlet hingga maksimal 90 Kg.
4. Alat dapat dioperasikan dengan mudah, tidak perlu prosedur atau persiapan yang rumit untuk mengoperasikannya.
5. Mudah dalam perbaikan dan penggantian komponen termasuk biaya perbaikan dan komponen.
6. Kontruksi atau rangka alat dapat menahan beban.
7. Alat tersebut tidak memerlukan ruangan yang luas atau lebar.
4.2 PERANCANGAN KONSEP (CONCEPTUAL DESIGN)
4.2.2 Kotak Morfologi
Kotak morfologi merupakan informasi dari setiap fungsi bagian yang berbentuk tabel.
Dari setiap fungsi bagian ada beberapa alternatif solusi, alternatif solusi inilah yang akan dijadikan sebagai pemilihan variasi konsep pada tahap selanjutnya.
Tabel 4.1 Kotak Morfologi
No. Fungsi Bagian
Alternatif
A B C
1. Komponen kerangka utama
Baja Hollow Square
Baja siku Baja UNP
2. Tiang Penahan pengaman
Baja Hollow Square
Baja siku Pipa baja 3. Menggerakan
sistem
Motor bakar Motor listrik 4. Meneruskan
daya
Pulley dan belt Sprocket dan chain Roda gigi (gearbox) 5. Sambungan
pada kerangka
Baut Las
4.2.2 Variasi Konsep Rancangan
Selanjtunya dari alternatif yang telah dipilih pada kotak morfologi akan menghasilkan beberapa variasi konsep yang kemudian akan dikembangkan menjadi sketsa.
Didapatkan 3 variasi konsep yaitu:
Konsep 1
Gambar 4.4Konsep 1 tampak samping
Keterangan konsep alat 1:
Pada konsep 1 ini, motor listrik digunakan sebagai penggerak utamaya, chain dan sprocket sebagai penerus daya dari motor. Kerangka utama alat menggunakan besi hollow square 25x50x1,4mm. Tiang pengaman safety harness dibentuk siku didepan kerangka utama yang penyambunganya dengan pengelasan, dan dan sistem kontrol dipasang di kerangka utama depan.
Konsep 2
Gambar 4.5Konsep 2 tampak samping
Keterangan alat konsep 2:
Pada konsep ini, motor bahan bakar digunakan sebagai penggerak utamannya, puli dan sabuk digunakan sebagai penerus daya motor. Kerangka utama alat menggunakan besi hollow square 75x75x3,2mm. Tiang pengaman untuk safety harness dibentuk siku didepan kerangka utama yang penyambungannya dengan baut, dan sistem kontrol dipasang di kerangka utama depan.
Konsep 3
Gambar 4.6Konsep 3 tampak samping
Keterangan alat konsep 3:
Pada konsep ini, motor listrik digunakan sebagai penggerak utamanya, puli dan sabuk digunakan sebagai penerus daya motor. Kerangka utama alat menggunakan besi hollow square 50x50x1,6mm. Tiang pengaman untuk safety hardness dibentuk L dibelakang kerangka utama yang penyambungannya dengan pengelasan, dan sistem kontrol dipasang di kerangka utama depan.
4.2.3 Penilaian Konsep terhadap Kriteria Teknis dan Ekonomis
Langkah-langkah penyaringan konsep:
1. Menyiapkan matriks seleksi
Memasukkan kriteria seleksi dengan bobot yang sama
Memasukkan konsep referensi (benchmark) 2. Menilai konsep
Lebih baik (+), sama dengan (0), atau lebih buruk (-)
Membandingkan setiap konsep 3. Merangking konsep
Memberi peringkat pada setiap konsep 4. Memperbaiki konsep
Menghapus konsep yang buruk 5. Memilih satu atau lebih konsep
Bisa lebih dari satu konsep
Tabel 4.2 Penyaringan konsep
No. Kriteria Seleksi Konsep
1 2 3 Reef
1. Pemeliharaan mudah 0 0 0 0
2. Pengoperasian mudah 0 0 0 0
3. Kenyamanan pengguna - - + 0
4. Keamanan pengguna + - + 0
5. Kekokohan sambungan + + + 0
6. Kemampuan menggerakan sistem 0 0 0 0
7. Kemampuan meneruskan daya - - - 0
Jumlah (+) 2 1 3
Jumlah (0), sama 3 3 3
Jumlah (-) 3 3 1
Nilai akhir (diambil dari nilai (+) terbanyak) 2 1 3
Ranking 2 3 1
Lanjutkan? Perbaiki Tidak Ya
Dan selanjutnya yaitu, langkah-langkah penilaian konsep terbaik:
1. Menyiapkan matriks seleksi
Tambahkan bobot kepentingan untuk setiap kriteria 2. Menilai konsep
Skala penilaian yang direkomendasikan 1-5 3. Memilih konsep terbaik
Tabel 4.3 Konsep terbaik
No. Kriteria Seleksi Bobot Konsep
1 3
1. Pemeliharaan mudah 10% 2 0.2 2 0.2
2. Pengoperasian mudah 10% 2 0.2 2 0.2
3. Kenyamanan pengguna 18% 3 0.54 4 0.72
4. Keamanan pengguna 25% 3 0.75 4 1
5. Kekokohan sambungan 12% 2 0.24 2 0.24
6. Kemampuan menggerakan sistem
10% 3 0.3 3 0.3
7. Kemampuan meneruskan daya 15% 2 0.3 3 0.45
Total nilai peringkat 2.53 3.11
Lanjutkan? Tidak Kembangkan
4.2.4 Konsep Terpilih
Dari tabel penyaringan konsep (Tabel 4.8 ) didapatkan 2 konsep yaitu konsep 1 dan konsep 3 untuk dilanjutkan ketahap selanjutnya yaitu penentuan konsep terpilih, pada konsep yang terpilih didapatkan oleh konsep 3 dengan nilai tertinggi yaitu 3.11 berdasarkan penilaian yang telah dilakukan melalui tabel penilaian (Tabel 4.9).
Konsep tersebut ditentukan sebagai konsep terpilih.
4.3 PERANCANGAN PENGWUJUDAN (EMBODIEMENT DESIGN)
4.3.1 Menentukan Layout Awal
Konsep produk yang telah dipilih akan dikembangkan dengan diberi bentuk (embodiment). Pada fase ini konsep yang sudah dipilih di visualisasikan dalam bentuk sketsa dengan mempertimbangkan daftar tuntutan yang telah ditentukan.
Gambar 4.7 Layout awal
Keterangan gambar:
1. Motor listrik 2. V-belt dan puli 3. Rangka utama 4. Unit house bearing 5. Rangka safety harness 6. Safety harness
7. Point panjat 8. Box panel kontrol
Setelah dilakukan layout awal berdasarakan pemilihan konsep terbaik pada fase sebelumnya, kemudian dilakukan perhitungan kekuatan pada rangka dengan analitik dan simulasi von mises software solidworks.
4.3.2 Perhitungan Analitik Kekuatan pada Rangka Penahan Beban
Beban yang diterima rangka penahan beban terdiri dari beban-beban berat orang dan komponen-komponen alat. Beban-beban tersebut antara lain adalah beban orang (90kg), bantalan (3kg), papan panjat (32kg), sprocket (1kg), rantai (3kg), dan beban poros (16kg). Bahan rangka yang digunakan adalah carbon steel ASTM A36 profil square tube ukuran 60mm x 60mm x 3,2mm.
Gambar 4.8 Rangka penahan beban
a. Diagram benda bebas
Gambar 4.9 Diagram benda bebas
ΣMA = 0
F . 250mm – R2 . 500mm = 0
1450N/mm² . 250mm – R2 . 500mm = 0 𝑅2 = 362500N/mm²
500 R2 = 725 N/mm²
ΣMC = 0 F = R1 + R2
1450N/mm² = R1 + 725N/mm² R1 = 1450N/mm² – 725N/mm² R1 = 725 N/mm²
R1
F =1450N/mm²
A C
x 500mm
250mm
R
2
A
B A
b. Diagram gaya geser
Gambar 4.10 Diagram gaya geser c. Diagram momen
Momen yang terjadi:
M = R1 . 250mm
M = 725N/mm² . 250mm M = 181250 N/mm²
Momen diagram:
Gambar 4.11 Diagram momen d. Momen inersia hollow square
Momen inersia yang terjadi pada penampang square tube:
𝐼𝑥= 𝐻𝐵³ 12 −ℎ𝑏³
12 𝐼𝑥= 50 . 50³
12 −46,8 . 46,8³ 12 𝐼𝑥= 520833 − 399763 𝐼𝑥= 121070 𝑚𝑚⁴
+
- V
A B C x
725N/mm²
725N/mm²
M
+
181250N/mm²
A C x
B
H h
B b
y
Dik:
B = 50mm b = 46,8mm H = 50mm h = 46,8mm y = 25mm
Tegangan bengkok:
𝜎𝑏 = 𝑀𝑏 𝑊𝑏 𝜎𝑏 =𝑀𝑏 . 𝑦
𝐼𝑥
𝜎𝑏 =181250 N/mm² . 25 𝑚𝑚 121070 mm⁴ 𝜎𝑏 =4531250 𝑁/𝑚𝑚²
121070 mm⁴ 𝜎𝑏 = 37,42 𝑁/𝑚𝑚²
Bahan rangka penahan beban dipilih square tube dengan bahan AISI 304, nilai Sy = 206,81 N/mm², maka:
Faktor keamanan:
𝐹. 𝐾 =𝜎𝑦(𝑡𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑙𝑢𝑙𝑢ℎ 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙) 𝜎𝑒(𝑡𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑘𝑒𝑟𝑗𝑎) 𝐹. 𝐾 =172,37 𝑁/𝑚𝑚²
37,42 𝑁/𝑚𝑚² 𝐹. 𝐾 = 4,6
Jadi, dengan menggunakan material AISI 316 didapatkan safety factor sebesar 4,6 dari beban yang ditentukan sebesar 1450N.
4.3.3 Analisis Hasil Rancangan
Pada tahap analisis rancangan ini menggunakan simulasi dari software solidworks 2013.
Tabel 4.4Mechanial properties AISI 316
A. Analisis pada rangka penahan yang diberikan beban 1450N dengan menggunakan material AISI 316.
Gambar 4.12 Simulasi tegangan (von mises) pada rangka penahan beban
Nilai faktor keamanannya adalah:
𝐹. 𝐾 =𝜎𝑦(𝑡𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑙𝑢𝑙𝑢ℎ 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙) 𝜎𝑒(𝑡𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑘𝑒𝑟𝑗𝑎) 𝐹. 𝐾 = 172,37 𝑁/𝑚𝑚²
20,669 𝑁/𝑚𝑚² 𝐹. 𝐾 = 8,3
Dari hasil analisa tegangan menggunakan software Solidworks 2013, didapatkan tegangan minimum yang terjadi adalah 1,722 N/mm² dan tegangan maksimum yang terjadi adalah 20,669 N/mm², kekuatan luluh material adalah 172,37 N/mm² dan didapatkan nilai safety factor sebesar 8,3 dari beban yang ditentukan 1450N/mm².
B. Analisis pada rangka safety hardness yang diberikan beban 900N dengan menggunakan material AISI 316.
Gambar 4.13Simulasi tegangan (von mises) pada rangka safety harness
Nilai faktor keamanannya adalah:
𝐹. 𝐾 =𝜎𝑦(𝑡𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑙𝑢𝑙𝑢ℎ 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙) 𝜎𝑒(𝑡𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑘𝑒𝑟𝑗𝑎) 𝐹. 𝐾 = 172,37 𝑁/𝑚𝑚²
22,591 𝑁/𝑚𝑚² 𝐹. 𝐾 = 7,6
Dari hasil analisa tegangan menggunakan software Solidworks 2013, didapatkan tegangan minimum yang terjadi adalah 1,883 N/mm² dan tegangan maksimum yang terjadi adalah 22,591 N/mm², kekuatan luluh material adalah 172,37 N/mm² dan didapatkan nilai safety factor sebesar 7,6 dari beban yang ditentukan 900N/mm².
4.4 PERANCANGAN DETAIL (DETAIL DESIGN)
Pada tahap ini berisikan dokumen pembuatan produk yang terdiri dari gambar lengkap dengan assembly yang diberikan penunjukan penamaan, spesifikasi alat, bill of material, dan gambar teknik terlampir.
Gambar hasil rancangan dengan menggunakan software solidworks:
Gambar 4.14 Tampak depan dan samping kanan
Gambar 4.15 Tampak Isometri
8 10
1 2 5
9 7
3
4
11
6
Keterangan gambar:
1. Rangka utama 7. V-belt dan puli 2. Rangka safety harness 8. Motor listrik
3. Papan panjatan 9. Dudukan motor listrik 4. Point panjatan 10. Box panel
5. Unit house bearing 11. Safety harness 6. Poros
Perancangan detail alat latihan olahraga panjat tebing terdapat dalam lampiran gambar teknik. Terdapat dua bagian part yaitu part standar yang telah ada dipasaran dan part yang akan dibuat.
Adapun part standar atau telah ada dipasaran yaitu: motor listrik, unit house bearing, v-belt, puli, point panjatan, safety harness, dan box panel.
Dan part yang akan dibuat yaitu: rangka utama, rangka safety harness.
4.4.1 Spesifikasi Alat
Spesifikasi alat sudah ditetapkan dengan mencari katalog yang sudah ada dan dapat dilihat pada tabel dibawah ini sebagai berikut:
Tabel 4.5 Spesifikasi alat
No. Spesifikasi Keterangan
1. Pengguna alat Olahragawan
2. Material rangka AISI 316
3. Kapasitas pemanjat 90kg
4. Tinggi alat 2318mm
5. Lebar alat 1300mm
6. Daya motor 2,2kW
7. Kecepatan alat 1445rpm
8. Pemindah daya Puli dan v-belt
9. Elemen sambungan Las dan baut
10. Alat pengaman Safety harness
11. Sistim kontrol kecepatan Inverter
4.4.2 Bill Of Material
Bill of material menjelaskan nama komponen yang diperlukan dari rancangan alat yang akan dibuat. Selain itu ukuran dari komponen pun dicantumkan agar dapat mengetahui kebutuhan material setiap unitnya, menjelaskan berapa banyak komponen tersebut yang dibutuhkan.
Tabel 4.6 BOM
No. Komponen Spesifikasi/Ukuran Jumlah Keterangan
1. Motor AC 2.2 kW 1 Lenze
2. Puli 1 dia. 158mm 1 SKF
3. Puli 2 dia. 115mm 1 SKF
4. V-belt A 40 dia. keliling 1016 2 Oleostatic
5. Unit bearings UCP 209 4 ZNL
6. Besi hollow 50x50x1,6 mm 16 AISI 316
7. Poros 1 1300mm 1 S45C
8. Poros 2 1370mm 1 S45C
9. Papan panjatan 1100x88x20mm 47 Pinus
10. Baut M10 8 Limindo
11. Baut M5 48 Limindo
12. Mur M10 8 Limindo
13. Mur M5 48 Limindo
14. Point panjatan - 48 tokopedia
15. Safety harness dia. 440mm 1 tokopedia
