IV. PERENCANAAN KOMPGINEIN MESIN POTONG PIPA BESI OTOMATIS
1. PERENCANAAN SISTEM PEMDTONGAN
1.1 Menghitung Gaya Potong
Pemotongan pipa besi dilakukan oleh pahat yang berbentuk disc dengan diameter 355 mm. Pahat diputar oleh motor dengan putaran 3800 rprn/ 63,3 rps dan daya 2,68 hp. Feed speed diketahui sebesar 6,3 mrn/s.
Untuk dapat menghitungym/ (q) digunakan rumus :
q = Vf/n = 6,3 mm.s"1/ 3800 rpm = 3,9.10"3 ipr = 0,1 mm/r
PIPA BRSI
0,08in=2Tnm
Gambar 4.1 Deep OfCut (b)
Dengan melihat gambar pipa besi di atas, besar deep ofcut (b) adalah : b = (0,75 + (2.0,08))/2 = 0,45 in - 11,4 mm
Untuk dapat menghitung gaya pemotongan adalah sebagai berikut:
u = 400.000 psi (machining steet)
Gaya potong tangansiai Fp = u.b.q = 400.000. 0,45. 3,9.10"3
Fp = 702 lb = 3122,6 N
Gaya potong radial Fq = Fp/2 = 702/2 = 351 lb = 1561,3 N Gaya potong total Fr = V7022 + 3512 = 785/5= 3491,8 N
1.2 Merencanakan Elemen Mesin Pendukung Pemotongan
MOTOR POTONG
TORSI RFAKSI GAYA POTONG DISCPOTONG TORSl
AKIBAT MOTOR POROS POTONG
3122.6N
Gainbar 4.2 Sistem Pemotongan Torsi (T) yang terjadi akibat motor potong :
T = 63000. P/n = 63000. 2,68/3800 = 44,43 Ib.in = 5020,6 N.mra Besar gaya impact (Fi) yang terjadi akibat pemotongan : (ref.3, hal:49)
Fi - 2. Fp = 2. 702 = 1404 lb - 6245,27 N Besar torsi yang terjadi pada poros potoag adalah :
T = Fi.7in + 44,43 -1404.7 + 44,43- 9872,431b.in= 1115584N.mm Besar dianieter poros untuk menanggung torsi:
^ \6.T.Ak 16.9872,43.2 , , „
d > 3 =\\ = 1,12/w = 28,3 mm
\05BS V °58125000
Bahan poros yang digunakan AISI 4340 (Syp=125000 psi), bantalan yang digunakan no.3306 dengan diameter lubang 1,18 in, bantalan menerima
gaya radial pemotongan sebesar 351 ib, untuk menghitung umur bantalan digunakan rumns :
\Kt.Fr) \ 1,01.351/A
Poros potong yang digunakan mempunyai jari-jari 0,59 in/ 15 mm, untuk mengbitung panjang pasak digunakan rumus :
T.Ak 9872,43.2 1O_. ._
/ > > > 1,85/w > 47mm r.w.0,5$,Syp 0,59.0,25.0,58.125000
2. PERENCANAAN STSTEM FEEDING
2.1 Merencanakan Sistem Penggerak Feeding
PULLEY TALI PULLEY
POROS FEED
GEARMOTOR
Garnbar 4.3 Sistem Penggerak Feeding
Gearmotor yang digunakan mempunyai putaran output 1 rpm/
0,018 rps dan daya 0,037 hp. Pidley tali yang digunakan mempunyai diameter 11 crn, jadi kecepatan tali:
V = n.d.n — K.\ lcm.0,01 %rps = 6,3mm I s
Waktu yang dibutuhkan untuk memotong pipa besi berdiameter 52 mm adalah:
t = d/V = 52 cm/ 6,3 = 8,25 s Torsi pada poros feed:
T = 63000. P/n = 63000. 0,037/1 = 2331 lb.in = 263403 N.mm Gaya tangensial yang dihasilkanpulley tali adalah:
.Ft = T/r = .2331 lb.in/2,16in = 1080 lb = 4804 N Besar diameter poros/eed untuk menanggung torsi:
. ^ l6.T.Ak 16.2331.2 _ _ , . ._
d>3 = 3 = 0j73m = 1 KJ
\Q$%JS V ^-0,58.106500
Poros feed yang digunakan (AlSI 4150, Syp = 106500 psi) mempunyai jari-jari 0,4 in/ 10 mm, panjang pasak dihitiing dengan ruraus :
r,w.0,58.Syp 0,4.0,1875.0,58.106500
Besar diameter poros feed untuk menanggung gaya yang ditanggung tali (F=1266,15lb):
4.F.Ak 4.1266,15.2
d > J = J '- = 0,22/« = 5$mm V 0 5 8 ^ K058106500
Bantalan yang diguiiakan no.3304 dengan diameter lubang 0,79 in, bantalan mcncrima gaya radiai yang ditanggimg tali scbcsar 1266,15/2 = 633,075 Ib, untuk mengbitung umur bantalan digunakan rumus :
, 1 4 1 9 / ,
\ Kt.fr) 5,1,01.633,075»;
2,2 MengMtung Diameter Kawat Pegas Torsi
Pegas disini bertujuan untuk dapat mengaiigkat beban massa (W™33,7 lb) yang menimpa pegas. Diharapkan pegas dapat mengalahkan
beban massa, sehingga pegas dapat mengangkat pemotong lce atas setelah memotong pipa besi. Momen yang diterima pegas akibat beban massa (lihat gambar 4.4):
M = W.l = 33,71b.659in = 232,2 lb.in = 26238,6 N.mni
REAKSIFPOTONG = 349t,8N 63°
>176mm 6,9in
Gatnbar 4.4 Sistem Feeding
Diameter kawat pegas dihitung dengan menggunakan rumus (bahan pegas AISI4340):
= . 32-232,2
n.St \n. 185500
Diameter kawat pegas yang digunakan 7mni=0,275in, jadi momen maksimum yang dihasilkan pegas adalah:
w d\St.n 0,2753.185500 jr
32 32 42940 N.mm
Pegas mempunyai diameter kumparaii D = 1/26 in/ 32 mm, dan nilai modulus elastisitas E = 29.000.000 psi. Pada ganibar 3.4 apabila pegas diberikan gaya sebesar 3,5 lb pada titik A, maka pegas akan terdefleksi
137 0,036 putaran. Maka momen yang diterima pegas : M = 3,5Ib. 18in = 63 lb.in = 7119 N.mm
Dan jumlah Klitan pcgas adajah :
d"£JS __ 0,2754.290QQQQ0.0,036
~ 1-0,8-1,26.63 = 7 lilitan
2.3 Merencanakan Tali Kawat
Dari gambar 4.4, besamya gaya yang ditanggung tali adalah sebagai berikut:
Gaya yaiig dihasilkan pulley tali = 10801b
Gaya potong radial- beban W = 351 - 33,7 —317,3 lb Momen yang dihasilkan = 317,3. 6,9-= 2189,37 Ib.in
Jadi gaya potong radial - beban W di litik A - 2189,37 : 13,8 - 158,65 lb dengan arah ke atas
Gaya yang dihasilkan pegas pada tittk A adalah :
Fpegas= M pegas/1 = 38Olb.iti/ 13,8in = 27,5 lb - 122,3 N Jadi total gaya yang ditanggtmg tafi adalah :
F - 1080 + 158,65 + 27,5 = 1266,15 lb - 5632 N
Tali kawat yang digunakan mempunyai dlameter d = 0,4 in. Dan apabila menggunakan katrol, maka digunakan katrol berdiameter D = 4,5 in.
Besarnya gaya yang diijinkan Fult = 72.000. d2 = 72.000. 0,42 = 1 U 2 0 lb Besarnya diamder lcawat dw =-0,063.d ^0,063.0,4 ^0,0252 in
Besarnya luas- penampang kawat A = 0,38.d2 = 0,38.0,42 = 0,06 in Untuk menghitimg besar gaya iending adalah sebagai berikut:
Fb = k.A.dw/ D = 12000000.0,06.0,0252/ 4,5 = 4^)32 Ib = 17935 N Untuk mengbitung besar gaya yang dapat ditanggung tali (Fs) adalah sebagai berikut:
Fs < iJ^L _ ph <AA^ - 4032 < 1724» < 7668,
^ l 2
Sedangkan gaya yang ditanggung tali = 1266,15 lb = 5632 N.
2.4 Merencanakan Elemen Mesin Pendukung Pegas Torsi
702lb <
POROS PEGAS
\
762jlb
Gambar 4.5 Pendukung Pegas Torsi Poros pegas menerima gaya radial yaitu :
Gaya radial = gaya yang dihasilkan pulley tali + beban massa - gaya radial pemolongan - 1080 + 33,7 - 351 = 762,7 lb = 3392,6 N
Poros pegas menerima gaya tangensial pemotongan = 702 lb = 3122,6 N.
Gaya tolal yang dilerima poros pegas = 1036,6 lb = 4611 N.
Jadi untuk menghitung diameter poros pegas (AlSl 1040, Syp = 54300 psi) adalah sebagai berikut:
4.F.Ak 4.1036,6.2
d > \ J^.0,58.54300
Untuk menghitung diameter dalam baut digunakan runius ,.^ 4.F.Ak 4.(762,7/2)2 A 1
di >, = . '- '— = 0,13/» = 3,
\ nJSyp V ;r.54300
Diameter dalam baut yang digunakan = 0,35 in= 9 mm.
Untuk menghitung panjang ulir baut digunakan rumus :
_ F.Ak ^ (762,7/2).2 _ , . _ _ . % n „ H s > — > 0,()22m > OSbmm
xxiL0,5S.Syp ,7.0,35.0,58.54300
Untuk menghitung diameter luar baut digunakan rumus : A.F.Ak 4 . ( 7 0 2 / 2 ) . 2 n i „
do > = , —- — = 0,1 lin = 4,3mm
\x.0.5&Syp \ ^.0,58.54300
2.5 Menghitung Panjang Las Pendukung Motor Potong
Dalam gambar 4.4 terJihat las mengalami gaya-gaya:
Momen yang dib.asilka.n beban massa = 33,7. 6,9 = 232,53 lb.in Gaya yang diterima las = 232.53: 5.4 = 43 lb
Momen yang dihasilkan gaya dari pulley tali = 1080.13,8 = 14904,6 lb.in Gaya yang diterima las = 14904,6: 5,4 = 2760 lb
Momen akibat gaya potong radiai = 351.6,9 - 242159 lb.in Gaya yang diterima las = 2421,9: 5,4 = 448,5 lb
Jadi gaya yaiig diterinia las = 2760 + 43 - 448,5 = 2354,5 lb dengaii arali radial ke bawah.
Momen akibat gaya potong tangensial - 702. 5,8 = 4071,6 lb.in Gaya yang diterima las = 4489,2: 4,5 = 904,8 lb
Jadi gaya total (F) yang diterima las adalah:
F - V 2 3 54'5 2 +904,82 =2522/6= 11218,4N
Pelat yang digunakan setebal 1 in = 25,4 mm, jadi ukuran las (w) = 3/8 in Untuk mengliitung panjang las digunakan mmus :
F.Ak 2522.2
/ 0,707.w^o 0,707.(3/8). 14.000> > > l,36m > 34,5mm
3. PERENCANAAN SISTEM PENGUMPAN
DISCPOTONG,
ROLLER
= 70mm POROS UMPAN
F POTONG TANGENSIAL
F POTONG RADTAL
PULLEY 2
1GEARMOTOR
Ganibar 4.6 Sistem Pengmnpan 3.1 Merencanakan Elemen Mesin Pengumpan
Sistem pengumpan mendapat sumber tenaga dari gearmotor dengan putaran ouipui 2,64 rpm/ 0,044 rps dan daya 0,037 hp. Besar diameter pulley 1 = 16 in, dan diameter pulley 2 = 2,5 in, jadi besar putaran pada poros umpan adalah :
n2 = nl.dl/ d2 - 2,64.16/ 2,5 = 16,9 rpm = 0,28 rps
Diameter roller = 70 mm, jadi untuk menghitung kecepatan pengumpanan pipa besi adalah:
v = n.d.n - 7tJ0mm.0,2Srps = 6\,5tnm! s Torsi yang tcrjadi pada poros umpan adalah :
T = 63.000. P/n = 63.000. 0,037/16,9 = 138 lb.in =15594 N.imn Untiik mcnghitung diamctcr poros mrtpan digiuiakan rumus :
a > \6T.Ak 16.138
yc.0,5o.Syp y /c. 0,58.54300 = 0,3 5 in = 9mm
umpan yang digunakan mempunyai jari-jari 0,5 in- 12,7 mm, panjang pasak dihitung dengan rumus :
T.Ak _ 138.2
r.M',0M,Syp ' 0,5.0,25.0,58.54300
>0,Q35in>0,9mm
3.2 Merencanakan Pemegang Pipa Besi
Pemegang pipa besi berflmgsi untuk menahan gerakan pipa besi akibat gaya pemotongan, agar pipa besi tetap stabil pada tempainya.
iBAUT
Gambar 4.7 Pemegang Pipa Besi
Gaya yang diterima keling adalah gaya akibat menahan proses pemotongan (785 lb), jadi unluk menghitung diameter keling diguiiakan ramus:
d> 4.F.Ak 4.785.2
<x.0t5&J5yp V ^.0,58.54300
Bantalan yang digunakan no.3300, bantalan menerima gaya akibat menahan proses pemotongan sebesar 785/4 = 196,25 lb, untuk menghitimg
um]Lir bantalan digunakan rumus :
\Kt.Fr)
51
Baut menerima gaya akibat menahan proses pemotongan 785 Ib. Untuk menghitung diameter luar baut diguimkan mmus :
4.F.Ak 4.785.2 ^ J = 0 , 2 5 i n - 6 , 3 5 m m
"V n.0,5SJSyp V ,T.0,58.54300
Diameter dalam baut yang digunakan = 0,35 in= 9 mm.
Untuk menghituiig panjang ulir baut digunakan rumus :
H > l^L > Z*^2 > o,O45/« > Urnm diQ5&S ;r.0,35.0,58.54300
4. MENGfflTUNG LAJU PRODUKSI
Bahan baku pipa besi yang terdapat dalam pabrik bisa mencapai 6 meter.
Jika pipa besi akan dipotong menjadi 10 cm, berarti dilakukan 60 kali proses pemotongan.
Dcngan menggimakan nicsin potong maiiual, sctiap kali pemotongan memerlukan waktu 5 detik. Jadi untuk memotong 60 kali diperlukan waktu operasi (To):
T o - 6 0 . 5 = 300 s
Sebelum setiap kali pemotongan, operator menset-up selama 5 detik.
Setiap kali selesai pemotongan, operator mengeluarkan daii meletakkan hasil potongan pada tempatnya selama 3 detik. Jadi waktu set-up (Tsu) ctan waktu non prodiiktif (Tnp) adaiah :
Tsu = 60. 5 = 300 s Tnp = 60. 3 = 180 s
Jl.
Jadi waktu produksl (Tp) dan laju produksi (Vp) untuk menghasilkan sebuah potongan adalah:
Tp = (Tsu+To+Tnp)/ 60 = (300+300+180)/ 60= 13 s/ potong Vp = 1/ Tp = 1/13 = 0,077 potong/ s
Dengan menggunakan mesin potong otomatis, setiap kali pemotongan memerlukan waktu 8,25 detik. Jadi untuk memotong 60 kali diperlukan waktu operasi (To):
To = 60. 8,25 = 495 s
Operator menset-up satu kali saja yaitu pada saat memasukkan pipa besi ke dalam mesin selama 5 detik. Setiap kali selesai pemotongan, pemotong bergerak kembali ke atas dan pipa besi diumpankan iagi untuk dipotong secara otomatis. Semua itu memerlukan waktu selama 256 detik. Jadi waktu set-up (Tsu) dan wakiu non produkiif (Tnp) adalah :
Tsu = 5 s
Tnp = 6 0 . 2 , 6 = 1 5 6 s
Jadi waktu produksi (Tp) dan laju produksi (Vp) untuk menghasilkan sebuah potongan adalah:
Tp - (Tsu+To+Tnp)/ 60 = (5+495+156)/ 60 = 10,9 s/ potong Vp = 1/ Tp = 1/10,9 = 0,09 potong/ s
Dibandingkart dengan mesin potong manual, pemotongan dengan niesin potong otomatis akan menghemat waktu produksi sebesar :
1 3~1 0 ? 9x l Q 0 % = 13
Dibandingkan dengan mesin potong manual, pemotongan dengan mesin potong otomatis akan meningkatkan laju produksi sebesar :
Q-0 9- ° -0 7 7x l 0 0 % = 1
0,077
