MEKANISME PENGANGKAT TOWER CRANE 1,5 TON TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin

(1)

i

Disusun oleh:

Nama : LAURENSIUS LEDUN SOGEN

NIM : 005214052

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

(2)

ii

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements to Obtain the Sarjana

Teknik Degree

In Mechanical Engineering

Presented By:

Name : LAURENSIUS LEDUN SOGEN

NIM : 005214052

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SAINS AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

(3)

(4)

(5)

v

Yogyakarta, 29 Oktober 2007

(6)

vi

(7)

(8)

viii

sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir Mekanisme Pengangkat Tower crane 1,5 Ton. Tugas Akhir ini diajukan untuk memenuhi syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma.

Semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat untuk perkembangan perancangan elemen-elemen mesin, serta dapat menambah pengetahuan bagi para mahasiswa. Penulis menyadari adanya kekurangan dalam tulisan ini. Maka dari itu penulis mengharapkan saran maupun kritik yang membangun dari para dosen dan teman-teman mahasiswa.

Pada kesempatan ini juga, penulis ingin mengucapkan terima kasih atas semua bantuan selama proses penyusunan Tugas Akhir kepada:

1. Ir. Greg. Heliarko, S.J., S.S., B.S.T., M.A., M.Sc., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma

2. Budi Sugiharto, S.T., M.T.., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin 3. Bapak R.B. Dwiseno Wihadi, S.T., M.Si, selaku dosen pembimbing

yang telah membimbing dan memberi petunjuk-petunjuk kepada penulis dalam penyusunan Tugas Akhir.

(9)

ix

(10)

x

HALAMAN JUDUL.………ii

HALAMAN PENGESAHAN.……….iii

HALAMAN PENGESAHAN UJIAN………….……….iv

HALAMAN PERNYATAAN………...v

INTISARI………..vi

ABSTRACT………..vii

KATA PENGANTAR………..viii

DAFTAR ISI……….….ix

DAFTAR TABEL...x

DAFTAR GAMBAR...xi

DAFTAR NOTASI...xii

BAB I. PENDAHULUAN 2.1 . Tower Crane... 1

2.2. Mekanisme GerakTower Crane... 4

2.2.1. Mekanisme gerak Pengangkatan(Hoisting)... 4

2.2.2. Mekanisme gerak mendatar(Trolley)... 4

2.2.3. Mekanisme gerak berputar(Slewing)... 5

2.3.4 KlasifikasiTowerCrane ... 5

BAB II PERANCANGAN BAGIAN UTAMA 2.1. Mekanisme Pengangkatan ... 6

(11)

xi

2.2.6.Rem...20

2.2.7.Kopling...21

2.2.8.Transmisi...22

BAB III. PERANCANGAN BAGIAN-BAGIAN UTAMA 3.1.Perancangan Tali...24

3.2.Perancangan Puli Dan Drum...32

3.2.1. Anlisis manual...32

3.2.2. AnalisisCosmosworks...37

3.3.Perancangan Kait...38

3.3.1. Analisis manual...38

3.4.Batang Lintang...47

3.4.1. Analisis manual...47

3.4.2.1. Batang lintang...51

(12)

xii BAB IV PERANCANGAN TRANSMISI

4.1.Perancangan Gigi Lurus Standar...63

4.2.Perancangan Poros Dan Pasak...74

4.2.1.Perancangan Poros Dan Pasak I...74

4.2.1.1. Analisis manual...74

4.2.1.2. AnalisisCosmosworks...83

4.2.2.Perancangan Poros Dan Pasak II...85

4.2.2. Perancangan Poros Dan Pasak III...89

4.3.Perancangan Bantalan...95

4.3.1.Menghitung Umur Bantalan Pada Roda Gigi Lurus...95

4.3.2.Perhitungan Bantalan Pada Poros...95

4.4.Pelumasan...98

(13)

(14)

xiv

Tabel 2.1 Harga minimum faktor karena pengaruh K dan e1

Tabel 2.2 Efisiensi puli

Tabel 2.3 Nilai

d D_min

Tabel 2.4 Beban patah aktual dan harga nilai C Tabel 2.5 Harga faktor C1

Tabel 2.6 Harga faktor C2

Tabel 2.7 Faktor lengkungan m Tabel 2.8 Harga faktor β

Tabel 2.9 Hasil perancangan tali mekanismetravelling

Tabel 2.10 Faktor yang tergantung pada konstruksi tali Tabel 2.11 Dimensi alur drum

Tabel 2.12 Standar soviet untuk mengikat tali drum Tabel 2.13 Hasil perancangan drum mekanismetravelling

Tabel 2.14 Motor listrik

Tabel 2.15 Hasil perancangan pemilihan motor

Tabel 2.16 Hasil perancangan rem padatrolley danslewing

Tabel 2.17 Ukuran-ukuran dasar dan kapasitas kopling karet ban Tabel 2.18 Hasil perancangan kopling

(15)

xv

Tabel 3.10 Hasil perancangan poros dan pasak pada sistemtrolley

Tabel 3.11 Hasil perancangan roda gigi pada sistemslewing

Tabel 3.12 Faktor sudut kisar kγ Tabel 3.13 Faktor tahan aus Kc

Tabel 3.14 Hasil lengkap perancangan poros dan pasak sistemslewing

(16)

xvi Gambar 2.2 Skematower crane

Gambar 2.3 Lapisan serat tali baja Gambar 2.4 Konstruksi tali serat baja

Gambar 2.5 Konstruksi mekanisme pengangkat dengan puli majemuk Gambar 2.6 Kait tunggal

Gambar 2.7 Kait ganda Gambar 2.8 Pemberat kait Gambar 2.9 Rumah kait Gambar 2.10 Dimensi kait

Gambar 2.11 Penampang C-D kait

Gambar 2.12 Penampang lintang untuk kait

Gambar 2.13 Diagram rem sepatu ganda elektromagnetik Gambar 3.1 Transmisi mekanismehoisting

Gambar 3.2 Diagram pemilihan modul roda gigi lurus Gambar 3.3 Transmisi mekanismetravelling

Gambar 4.1 Diagram untuk memeriksa kestabilan kran Gambar 4.2 Koefisien permukaan

(17)

xvii Q = beban keseluruhan, kN t = waktu, detik

F = gaya, kN M = massa, kg W = berat, kg Z = tegangan tali, N

= efisiensi, % = faktor tahanan i = jumlah

= Tegangan, kg/mm2

b = tegangan tarik, kg/mm2

K = faktor keamaan tali D = diameter, mm

C = faktor yang memberikan karakteristik konstruksi tali dan kekuatan

(18)

xviii T = torsi, kgmm

P = daya, kW H = tinggi, mm A = luas mm2 i = ratio I = inersia r = jari-jari, mm

Nst = daya statik motor, kW

Mst = momen statik motor kgm

Gwt = bobot pengimbang/pemberat, kg Mbr = momen puntir, kgmm

Ck = kelonggaran puncak

d0 = diameter lingkaran jarak bagi, mm dk = diameter kepala, mm

df = diameter kaki, mm m = modul

(19)

(20)

1 1.1. Tower Crane

Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi mempunyai pengaruh yang sangat besar terhadap kemajuan industri. Hal ini karena industri dituntut untuk menghasilkan produksi secara optimal dengan efisiensi yang tinggi. Sehingga dalam bidang Iptek diharapkan mampu membuat inovasi-inovasi terhadap peralatan atau mesin yang digunakan dalam industri tersebut. Proses pemindahan bahan atau material merupakan salah satu mekanisme yang sangat penting dalam suatu industri. Dalam konstruksi bangunan bertingkat sangat dibutuhkan adanya suatu alat yang dapat memindahkan suatu material yang sangat berat pada sebuah ketinggian. Peralatan pengangkat yang sering digunakan untuk menangani proses pemindahan material dalam konstruksi bangunan bertingkat adalahtower crane.

Berdasarkan rancangannya tower crane diklasifikasikan menjadi dua kelompok utama sebagai berikut :

1. Kelompok pertama yaitu dengan meja putar (turntable) yang di pasang di bagian bawah, sedangkan mekanisme dancounterweight di pasang di atas

turntable tersebut yang berputar bersama dengan tower seperti terlihat pada Gambar 1.1.a.

(21)

Tower crane mempunyai banyak variasi baik dalam jenis, kapasitas, cara pengoperasian, frekuensi penggunaan dan harga. Secara umumtower crane hanya menahan beban yang diangkat, tetapi rangka-rangka tower crane serta pondasi juga harus dirancang untuk menerima beban akibat lingkungan kerja sekitar seperti angin dan temperatur yang tinggi seperti terlihat pada Gambar 1.2.

a b

Gambar 1.1. Kran Menara (a) meja putar yang terpasang di bagian atas,(b) meja putar yang di pasang di bagian bawah

(22)

Gambar 1.2. Skema Tower Crane Keterangan :

1. Rangka pengimbang(balance) 2. Rangka atas menara(tower head)

3. Rangka angkat(jib)

4. Rangka menara(tower section) 5. Pondasi

6. Peralatan penahan muatan 7. Kabin

1.2. Mekanisme gerakantower crane

1.2.1. Mekanisme gerak pengangkatan (Hoisting)

(23)

e. Tali baja f. Kait g. Rem. h. Kopling

1.2.2. Mekanisme gerak pejalan (Trolley)

Gerakan trolley merupakan gerakan dari unit pengangkat secara horizontal untuk menggerakkan benda yang diangkat ke arah maju atau mundur dari operator.

Adapun komponen-komponen yang selalu digunakan pada mekanisme ini adalah :

a. Motor penggerak

b. Transmisi termasuk poros, roda gigi dan kopling. c. Drum

d. Tali baja

e. Roda yang berjalan pada rel. f. Rangka troli.

(24)

1.2.3. Mekanisme gerak putar (Slewing)

Mekanisme ini digunakan untuk memutarkan bagian atas dari tower crane

termasuk muatan yang akan dipindahkan. Adapun bagian atas dari crane ini antara lain : lengan, bobot pengimbang dan kabin. Gerakan ini berarti gerakan berputar secara horizontal untuk memindahkan barang yang akan di angkat memutar Pada tower crane digunakan kelompok crane dengan meja putar yang diletakkan pada komponen yang diam.

1.3. Klasifikasi tower crane

Tower crane dapat diklasifikasikan sebagai berikut: a. Berdasarkan momen beban

Tower crane jenis ini merupakan hasil kali dari beban yang diangkut oleh lengan kerja,terdiri dari momen beban : 4,16, 25, 40, 60, 100 dan 250 ton.meter.

b. Berdasarkan jumlah gerakan kerja

1. Tiga macam gerakan, yaitu pengangkatan, travelling dan

slewing

2. Empat gerakan, yaituhoisting, traveling, slewingdanlufing

c. Berdasarkan rancangan struktur(revolver), dengan sebuah

revolving atas atau bawah.

(25)

6 mengangkat dan menurunkan muatan pada sebuah ketinggian yang diinginkan.

Daya motor ditransmisikan menggunakan kopling ke poros input pada

gearbox, dari poros output gearbox akan memutar drum yang digunakan untuk menggulung tali baja. Ketika drum menggulung tali baja, maka tali akan menggerakkan muatan yang diangkat ke arah vertikal.. Mekanisme puli digunakan dalam perancangan supaya dalam pengangkatan beban lebih stabil. Dalam perancangan mekanisme pengangkat juga menggunakan sebuah kait tunggal untuk menggantungkan beban yang akan diangkat.

2.2. Bagian-bagian utama mekanismeHoisting

2.2.1. Tali

(26)

rami, asbes atau kawat baja lunak. Inti kawat ini akan mempertahankan bentuk dari kabel baja namun inti kawat akan mengurangi kefleksibelan tali.

Terdapat dua jenis tali yang dikenal pada saat ini, yaitu a. Tali non metal, misalnya tali rami.

b. Tali baja(steel wire rope) yang terbuat dari serat-serat baja.

Dalam perkembangannya mesin-mesin pengangkat dan pengangkut sering menggunakan tali baja karena beberapa keuntungan bila dibandingkan dengan tali yang lain. Keuntungan penggunaan tali baja sebagai berikut:

a. Dimensi tali lebih kecil sehingga lebih ringan dibandingkan dengan rantai.

b. Lebih kuat terhadap kejutan c. Pengoperasiannya tidak berisik

d. Dapat digunakan pada kecepatan angkat yang tinggi e. Kerusakan mudah di deteksi.

f. Elastis.

Kerugian dari penggunaan tali baja sebagai berikut: a. Memerlukan drum atau teromol

a. Dapat mengalami pertambahan panjang atau mulur

b. Cenderung untuk berputar terutama pada jenislangatau tali pintal paralel.

Bahan tali baja terbuat dari kawat baja yang mempunyai kekuatan

2

/ 200

130 kg mm

b = −

(27)

2. Cross (Regular’s type) seperti terlihat pada Gambar 2.1.b 3. TaliCompound seperti terlihat pada Gambar 2.1.c b. Arah lilitan

1. Arah ke kanan (Z) 2. Arah ke kiri (S)

Gambar 2.1. Lapisan Serat Tali Baja

Sumber : Mesin Pemindah Bahan, N. Rudenko, hal 31

c. Konstruksi tali

1. Tali baja konstruksi biasa seperti terlihat pada Gambar 2.2.a 2. Warrington seperti terlihat pada Gambar 2.2.b

3. Seale seperti terlihat pada Gambar 2.2.c 4. Tali baja dengan uraian yang dipipihkan 5. Tali baja dengan anyaman terkunci

a.Lang’s type

b.Cross type

(28)

Gambar 2.2. Konstruksi Tali Serat Baja Sumber : Mesin Pemindah Bahan, N.Rudenko, hal 31

Dengan mempertimbangkan keuntungan-keuntungan dari jenis tali seperti yang sudah dijelaskan di atas, maka penulis menggunakan jenis tali dengan spesifikasi sebagai berikut :

a. Konstruksi standar 6 × 19 = 114 + 1C

b. Tali baja dengan konstruksi ordinary jenis lang’s type

c. Arah lilitan kanan(Z)

d. Tegangan tarik standar tali baja σ_b =130kg/mm2 2.2.1.2. Metode pengikatan tali baja

a. Soket tali kawat tirus.

Tali baja diikat dengan menggunakan soket tirus seperti terlihat pada Gambar 2.3.

b. Soket baji.

Tali baja dilewatkan mengitari baji baja beralur dan diikat bersama dengan baji ke dalam soket rata yang terbuat dari baja tuang. Beban a. tali konstruksi

biasa

b. tali jenis

warrington

(29)

dililitkan dengan bagian utama tali. Panjang lilitan (l) lebih besar dari 15 kali diameter tali dan minimum sepanjang 300 mm seperti terlihat pada Gambar 2.4b.

Gambar 2.3. Pengikatan tali kawat dalam soket tirus Sumber : Mesin Pemindah Bahan, N.Rudenko, hal 50

Gambar 2.4. Pengikatan tali kawat dengan soket baji Sumber : Mesin Pemindah Bahan, N.Rudenko, hal 53

(30)

Gambar 2.5. Puli tetap

Sumber : Mesin Pemindah Bahan, N.Rudenko, hal 58

2.2.2. Puli

Puli dibedakan menjadi dua, yaitu:

a. Puli tetap(fixed pulley), yaitu puli yang kedudukannya tetap, tidak bergerak secara vertical seperti terlihat pada Gambar 2.5.

b. Puli bebas(movable pulley), puli yang dapat digerakkan secara vertical. Puli bebas dibedakan menjadi dua, yaitu:

1. Puli gaya

Jarak yang ditempuh oleh titik pada tali tempat usaha sama dengan dua kali tinggi jarak beban angkut.

2. Puli kecepatan

(31)

a. Menaikkan beban ke arah vertical sehingga pengangkatan lebih stabil.

b. Muatan yang dibawa dua kali lebih banyak dibanding system puli sederhana.

c. Akibat kemampuan dalam mengangkat beban lebih kecil maka diperlukan tali yang lebih kecil pula sehingga mengurangi bobot mekanisme pengangkat dan harganya lebih murah.

Gambar 2.6. Puli majemuk

Sumber : Mesin Pemindah Bahan, N.Rudenko, hal 65

2.2.3. Drum

(32)

helix pada permukaannya dengan tujuan pada saat penggulungan tali dapat tergulung rapi dan untuk mengurangi keausan. Pada drum dengan dua lilitan maka alur helix terdapat dua bagian yang masing-masing arahnya berlawanan.

Pengikatan tali pada drum menggunakan sekrup pengencang seperti terlihat pada Gambar 2.7a. Suatu lubang disediakan pada drum untuk tempat ujung tali baja. Pada lubang ini dimasukkan pelat dengan sebuah semat yang beralur berbentuk setengah lingkaran pada sisi dalam dibentuk sedemikian rupa sehingga sesuai dengan bentuk penampang tali. Cara pengikatan ini dapat disetel, sehingga tali dapat diganti dengan cepat. Bila dua tali digulung sekaligus pada drum maka proses pengikatan tali dilakukan dua kali untuk menjaga keamanan seperti terlihat pada Gambar 2.8.

Pengencangan dengan pasak baji dilakukan dengan cara tali dilingkarkan pada pasak baji dan dimasukkan ke dalam lubang bukaan pada drum. Lubang ini harus ditiruskan dari kedua sisi ke bagian tengahnya sehingga baji tersebut dapat diselipkan dari kedua arah seperti terlihat Gambar 2.7.

(33)

Gambar 2.8. Pengikatan tali dengan sistem lubang Sumber : Mesin Pemindah Bahan, N.Rudenko, hal 76

Metode pengikatan tali baja yang sering digunakan adalah dengan pelat pengikat menurut standar Soviet. Hal ini disebabkan karena lebih mudah dan dapat diandalkan. Pelat baja disediakan pada sisi dalam drum dan mempunyai dua alur untuk tempat ujung tali dan ditengahnya terdapat lubang untuk baut atau pasak benam seperti terlihat pada Gambar 2.9.

Gambar 2.9. Pengikatan tali standar Soviet

(34)

2.3.4. Kait(hook)

Kait(hook)digunakan untuk menggantungkan beban yang akan diangkat, terdiri dari dua jenis yaitu:

1. Single hook(standar hook)

Untuk kapasitas pengangkatan yang kecil dilengkapi dengan ulir segitiga, sedang untuk beban lebih dari 5 ton dipakai ulir trapesium atau ulir gergaji seperti terlihat pada Gambar 2.10. Biasanya pemeriksaan dilakukan pada penampang yang paling berbahaya, yaitu pada penampang terkecil. Sedangkan pada tangkai kait diperiksa tegangan tariknya pada bagian yang berulir.

2. Kait ganda(ramshorn hook)

Kait ganda dirancang dengan sadel yang lebih kecil dari sadel kait tunggal pada beban pengangkatan yang sama seperti terlihat pada Gambar 2.11.

Gambar 2.10. Kait tunggal

(35)

Gambar 2.11. Kait ganda

Sumber : Pesawat-pesawat pengangkat,Ir.Syamsir A.Muin,hal 167 Untuk mengangkat beban, kait membutuhkan perlengkapan pembantu untuk menggantungkan beban antara lain:

1. Pemberat kait

Pemberat kait digunakan untuk mengangkat muatan ringan yang biasanya langsung dikaitkan pada takel pengangkat fleksibel. Pemberat kait juga berguna untuk meredam kejut dan memenuhi bobot minimal supaya bila tidak ada beban yang akan diangkat putaran motor dapat terkendali seperti terlihat pada Gambar 2.12. 2. Batang lintang untuk kait

(36)

Gambar 2.12. Pemberat kait

Sumber : Mesin Pemindah Bahan, N.Rudenko, hal 97 3. Rumah kait

Rumah kait merupakan keseluruhan takel gantung yang terdiri dari: kait, roda puli bawah, batang lintang dan plat rumah sekal tempat gandar roda puli seperti terlihat pada Gambar 2.13.

Gambar 2.13. Rumah kait

(37)

lain:

1. Penggerak hidrolik

Umumnya penggerak hidrolik digunakan untuk mengangkat beban berat (200-600 ton) pada jarak angkat yang kecil (100-300 mm). Penggerak demikian menggerakan dongkrak tugas berat. Dongkrak hidrolik bekerja berdasarkan prinsip pres hidrolik. Tekanan kerjanya berkisar antara 100-500 atm. Tekanan dihasilkan oleh pompa plunyer kecil yang dilengkapi dengan tuas penggerak tangan.

2. Penggerak pneumatik

(38)

3. Penggerak uap

Penggerak uap masih banyak dipakai diantara berbagai jenis penggerak daya lainnya. Penggerak uap dipakai terutama pada crane-jalan lokomotif untuk pelayan umum pada rel Bantu di stasiun sekitar pabrik dan galangan kapal. Crane jenis ini mempunyai kemampuan gerak yang lebih baik dan tidak tergantung pada sumber daya luar yang stasioner.

Penggerak uap mempunyai kelemahan sebagai berikut:

a. Tidak dapat langsung beroperasi, karena diperlukan 1 sampai 1,5 untuk menghasilkan uap.

b. Bahan bakar tetap dipakai untuk menghasilkan uap walaupun mesin sedang tidak menangkut beban

c. Bahaya kebakaran dan sanitek (percikan api dan asap) d. Ukuran yang besar dan berat

e. Efisiensi yang rendah (karakterristik umum semua penggerak uap). Keunggulan penggerak uap yang masih menyebabkan penggerak uap dapat bersaing dengan penggerak lainnya adalah:

a. Keandalan operasi tinggi

b. Pelayanan dan pemeliharaan yang mudah, sehingga tidak membutuhkan tenaga ahli dibandingkan dengan motor bakar

c. Perbaikan mudah 4. Penggerak Motor Bakar

(39)

sangat menguntungkan bagi kerekan jalan dan alat penanganan beban di lokasi konstruksi, tempat pemuatan dan lainnya

e. Lebih kecil ukurannnya dibandingkan dengan penggerak uap f. Efisiensi yang lebih tinggi dibandingkan dengan penggerak uap Kelemahan penggerak motor bakar adalah sebagai berikut:

a. Tidak dapat dijalankan langsung dengan beban terpasang dan memerlukan kopling gesek untuk menghubungkan mesin dengan mekanisme penggeraknya

b. Tidak dapat beroperasi pada beban lebih yang sering c. Perawatan yang rumit memerlukan tenaga ahli

2.3.6. Rem

(40)

blok ganda elektromagnetik seperti terlihat pada Gambar 2.14. Prinsip kerja dari rem sepatu ganda elektromagnetik yaitu rem digerakkan oleh pemberat yang dilepaskan secara elektromagnetik. Jika arus listrik masuk ke motor bersama itu pula arus masuk ke magnet, sehingga magnet bekerja mengangkat pemberat yang mengakibatkan rem terlepas. Bila arus listrik dimatikan maka magnet tidak bekerja sehingga pemberat ke bawah dan terjadilah pengereman.

Gambar 2.14 Diagram rem sepatu ganda elektromagnetik Sumber : Mesin Pengangkat, Rudenko, hal 102

2.3.7. Kopling

(41)

c. Getaran dan tumbukan kecil. d. Dapat mencegah pembebanan lebih

e. Terdapat sedikit kemungkinan gerakan aksial pada poros f. Ringkas dan ringan.

2.3.8. Transmisi

(42)

(43)

24 W_d= W × f_c= 1500×1,3= 1950 kg

Beban peralatan pengangkat ( Wp ) adalah 550 kg Maka berat keseluruhan pada pengangkat ( Wt ) adalah :

Wt = Wd + Wp………...(3.1)

= 1950 + 550 = 2500 kg

Dari data diperoleh kecepatan angkat standar adalah:V =20m/menit=0,334m/s

Waktu yang diijinkan untuk percepatan(t) = 1,5 sampai dengan 5 detik, dipilih

t= 4 detik, karena digunakan sebagai mekanisme pengangkatan. Percepatan yang terjadi pada pengangkatan ini adalah : a = (-9,8 m/s2 )

Gaya yang timbul adalah:

a m

F = × ... ....(3.2)

) / 8 , 9 (

2500kg m s2

F = × =24500 kg.m/s2 = 24,5 kN Maka keseluruhan beban yang harus diangkat (Q) adalah :

(44)

Gambar 3.1. Konstruksi mekanisme pengangkat dengan puli majemuk Dirancang konstruksi seperti diatas agar beban yang diderita oleh tali tidak besar, sehingga didapat kabel yang lebih kecil sesuai standar yang ada di pasaran.

Beban sesungguhnya yang terjadi pada pengangkatan(Q) adalah

Q =

1

η η × ×

z B_t

=

98 . 0 951 . 0 4

5 , 49

×

× = 13,27 kN

Dalam keadaan stabil maka tegangan tali (Z) untukmovable pulley adalah

Z = Q× εz×

1 1

1−

− + z ε

ε

... ....(3.3)

(N. Rudenko, 1996, hal. 59) Q = Beban yang direncanakan

η= efisiensi, ditentukan sebesar 0,98

ε= faktor tahanan

ε =

η

1 = 1,02

Jumlah bagian tali(z) yang membawa beban untuk puli majemuk adalah z = (i-1), dengan i adalah jumlah puli = 2

drum

puli kompensasi

kait puli

Puli Puli

(45)

F(114) =     × − 50000 min D d K Z b σ ...(3.4)

(N. Rudenko, 1996, hal. 39)

Tegangan tarik standar tali baja σ_b =130kg/mm2 = 127450,98 N/cm2

Jumlah lengkungan ditentukan dari Gambar 2.1 adalah 7, maka

d D_min

= 30

seperti tertera pada Tabel 3.1.

Tabel 3.1. Nilai

d D_min

Sumber : Mesin Pemindah Bahan, N. Rudenko, hal 38 Jumlah

lengkungan _d

D_min Jumlah

lengkungan _d

D_min

5 26,5 9 32

6 28 10 33

7 30 11 34

8 31 12 35

Faktor keamanan tali (K) dipilih 5 karena termasuk tipe pengangkatan yang digerakkan oleh daya dengan kondisi pengoperasian ringan seperti tertera pada Tabel 3.2.

F(114) =

      _× − 50000 30 1 5 98 , 127450 77 , 3342

(46)

F_δ = 114

114 F

...(3.5)

F_δ = 114

14

= 0,122 mm2

Tabel 3.2. Harga minimum factor karena pengaruh K dan e1 yang diijinkan

Sumber : Mesin Pemindah Bahan, N Rudenko, hal 42

TIPE ALAT PENGANGKAT Digerakkan oleh Kondisi pengoperasian Faktor K Faktor 1 C 1.Lokomotif,caterpillar mounted tractor dan trukyang mempunyai crane pilar (termasuk excavator yang dioperasikan sebagai crane dan pengangkat mekanik pada daerah konstruksi dan pekerjaan berkala.

2.Semua tipe lain dari crane dan pengangkat mekanik

3.Derek yang dioperasikan dengan tangan dengan kapasitas beban perangkat diatas 1 ton yang

digandeng dengan peralatan otomotif 4.Pengangkat dengan troli 5. Penjepit mekanis (kecuali untuk puli pada grabs) untuk pengangkat mekanik pada no 1.

6. Idem untuk pengangkat mekanik pada no 2.

Tangan Daya Daya Daya Tangan Daya Daya -Ringan Ringan Medium Berat dan sangat berat Ringan Ringan Medium Berat dan sangat berat -4 5 5,5 6 4,5 5 5,5 6 4 5 5 5 16 16 18 20 18 20 25 30 12 20 20 30

Tabel 3.3.Efisiensi puli

Sumber : Mesin Pemindah Bahan, N Rudenko, hal 41

Puli tunggal Puli ganda Effisiensi

(47)

Maka diameter kawat (δ ) adalah

δ =

14 , 3 4×F_δ

...(3.6)

δ =

14 , 3 4×F_δ

= 0,395 mm

Maka diameter tali (d) adalah

d = 1,5× δ × 114...(3.7) (N. Rudenko, 1996, hal. 39)

d = 1,5× δ × 114 = 6,3 mm Diameter tali baja yang dipakai adalah 7 mm. Tegangan tarik sebenarnya dalam tali(σ) adalah

σ =

114

F Z

= 14

77 , 3342

...(3.8)

σ =

114

F Z

= 14

77 , 3342

(48)

Perancangan tali aman karena tegangan sebenarnya yang terjadi dalam tali 22,285kg/mm2 lebih kecil dari tegangan tariknya σ_b =130kg/mm2

Harga faktor m adalah

m = 2 1 min C C C L d D e × × × −       σ ...(3.9)

C = Faktor yang memberikan karakteristik konstruksi tali dan kekuatan maksimum.

faktor C dipilih 0,91 karena penulis menginginkan supaya kawat sedemikian rupa sehingga tidak bersilangan seperti tertera pada Tabel 3.4.

Tabel 3.4 Beban Patah actual dan harga nilai C Sumber : Mesin Pemindah Bahan, N rudenko, hal 44

Konstruksi tali 6x19=114+1C 6x7=42+1C

Ordinary Warrington Seale

6x37=222+1C b σ kg/ mm 2 Cross laid Parale l laid Cross laid Paralel laid Cross laid Parale l laid Cross laid Parale l laid Cross laid Parale l laid 130 1.31 1.13 1.08 0.91 0.69 0.61 0.81 0.69 1.12 0.99 160 1.22 1.04 1.00 0.83 0.63 0.54 0.75 0.62 1.06 0.93 180 1.16 0.98 0.95 0.78 0.59 0.50 0.70 0.57 1.02 0.89

C1= Faktor yang tergantung pada tali

Faktor C1 dipilih 0,85 karena diameter tali yang dihasilkan adalah 7 mm seperti

tertera pada Tabel 3.5.

C2 = Faktor yang menentukan factor produksi dan faktor tambahan

(49)

D tali Up to 5 5.5-8 8.5-10 11-14 15-17.5 18-19 19.5-24 25-28 30-34.5 37-43.5 1

C 0.83 0.85 0.89 0.93 0.97 1.00 1.04 1.09 1.16 1.24

Tabel 3.6 Harga factor C2

Sumber : Mesin Pemindah Bahan, N Rudenko,hal 44

Bahan wayar tali C₂

Baja karbon : 0.55%C, 0.57%Mn, 0.25%Si, 0.09%Ni, 0.08%Cr,

0.02%S dan 0.02%P ……….……….

Baja karbon : 0.70%C, 0.61%Mn, 0.09%Si, 0.2%Ni, dan 0.028%P…….……… ………..

Cromium pearlitic baja : 0.40%C, 0.52%Mn, 0.25%Si, 0.2%Ni,

1.1%Cr, 0.025%S, 0.025%P………

Baja stainless : 0.09%C, 0.35%Mn, 0.3%Si, 8.7%Ni, 17.4%Cr, 0.02%S,

0.02%P………. Ordinary open-hearth

steel………...

Open-hearth steel smelted of charcoal pig iron and clean scrap……….. 1 0.9 1.37 0.67 1 0.63 m = 9 , 0 91 , 0 85 , 0 285 . 22 7 30 × × × − = 1,35

Dengan m = 1,35 maka hasil interpolasi z = 200909 berdasarkan Tabel 3.7

Tabel 3.7 Faktor lengkungan m

(50)

Z dalam ribuan m 30 0.26 50 0.41 70 0.56 90 0.70 110 0.83 130 0.95 150 1.07 Z dalam ribuan m 170 1.18 190 1.29 210 1.40 230 1.50 225 1.62 280 1.74 310 1.87 340 2.00 Z dalam ribuan m 370 2.12 410 2.27 450 2.42 500 2.60 550 2.77 600 2.94 650 3.10 700 3.17

Berdasarkan Tabel 3.8 maka Z2 = 7, untuk kondisi operasi pengangkatan medium. β= 0,25 untuk kondisi operasi pengangkatan medium seperti tertera

pada Tabel 3.8. Umur tali baja(N) adalah

N = β × × 2 1 z a z ...(3.10)

N = β × × 2 1 z a z = 25 , 0 7 3400 200909 ×

(51)

K

ondisi

operasi peng

angk O peras i H ari ke rja/ Jumlah rata -r ata siklus per hari Mode suspensi 2 Ti nggi h be ban dia lengk ungan tal imak un tuk l1 =1 m dan l2

=2m dan (

manual 8 25 16 400 Suspensi

sederhana

2 - 0,7

Rin gan

8 25 40 1000

Suspensi dengan

satu bebas puli 4 2 0,5

Me diu m

16 25 136 3400 2x2 3 2 0.4

2x2 5 3 0.3

2x4 7 4 0.25

P en ggerak mesi n Ber at dan san gat ber at

24 30 320

9600 B eberapa puli de ngan rasio

2x5 9 5 0.2

3.2. Perancangan puli dan drum

3.2.1. Analisis manual

Diameter minimal puli adalah

Dmin =e1×e2×d...(3.11)

1

(52)

2

e = Faktor yang tergantung konstruksi tali, yaitu 0,9 karena tali yang digunakan adalah jenis ordinary 6 × 19 = 114 + 1C seperti tertera pada Tabel 3.9

D = 20 × 0,9 × 7 = 126 mm

Diameter puli yang digunakan adalah 200 mm.

d D_min

= 30

D_min = 30× 7 = 210 mm

Diameter drum yang dipakai adalah 350 mm.

Jumlah gulungan yang diperlukan pada drum(n) adalah

n = 2

min

+ ×

×

D i H

π ...(3.12)

i = perbandingan sistem tali atau sistem suspensi, ditentukan (i) = 4 dengan mode suspensi sederhana seperti tertera pada Tabel 3.2.

Tabel 3.9.Faktor yang tergantung konstruksi tali Sumber : Mesin Pemindah Bahan, N Rudenko, hal 42

Konstruksi tali _Faktor

2 e

Ordinary 6x19=114+1core Cross raid………. Paralel raid……….. Compound 6x19=114+1core a. Warrington

Cross raid……… Paralel raid………. b. Seale

Cross raid……… Paralee raid………. Ordinary 6x37=222+1core Cross raid……… Paralee raid……….

1.00 0.90

0.90 0.85

0.95 0.85

(53)

×

Dengan diameter tali = 7 mm didapat dimensi dari alur drum dengan cara interpolasi seperti tertera pada Tabel 3.10.

Untuk menghitung panjang alur helik, dapat digunakan rumus :

L = n× S1...(3.13)

Panjang alur (S1) hasil interpolasi = 8,96 mm

L = 155 ×8,96 mm = 1388 mm

Tabel 3.10. Dimensi alur drum

(54)

Panjang total dari drum adalah

L = 7 S₁

D i H

   



 ₊

× ×

π ...(3.14)

L = 7 S₁

D i H

   



 ₊

× ×

π = 3,14 0,35 7 8,96

4 42

   



 ₊

× ×

= 1432,4 mm

Tebal dinding drum dengan menggunakan bahan besi cor adalah

ϖ = (0,02 × D) + 1...(3.15) (N. Rudenko, 1996, hal. 82)

ϖ = (0,02 × D) + 1= (0,02× 35) + 1 = 1,7 cm

(55)

Putaran drum(n) adalah

n =

D v

× × π

4

...(3.16)

n =

D v

× × π

4

=

35 , 0 14 , 3

20 4

×

× _{= 72,79 rpm}

Momen torsi (T) adalah

T = G × ½ D...(3.17) (N. Rudenko, 1996, hal. 39)

T = G × ½ D= 3342,77 ×½ (0,35) = 584,98 Nm Daya yang dibutuhkan untuk memutar drum tersebut adalah

P =

9549

n T×

...(3.18)

P =

9549

n T×

=

9549 79 , 72 98 , 584 ×

(56)

3.2.2. Analisis Cosmosworks

1. Materials

No. Part Name Material Mass Volume

1 DRUM

SLDPRT-1

Malleable Cast Iron

199.146 kg

0.0272803 m^3

2 Prs drm-1 Malleable Cast Iron

44.9499 kg

0.00615752 m^3

2. Load & Restraint Information

Restraint Restraint-1 <Prs

drm-1>

on 1 Face(s) immovable (no translation).

Description:

Load Force-1 <DRUM

SLDPRT-1>

on 1 Face(s) apply force 24678 N normal to reference plane with respect to selected reference Top Plane using uniform distribution

Sequential Loading

(57)

3.3. Perancangan kait (Hook)

3.3.1. Analisis Manual

Kait yang dipakai dalam perhitungan menggunakan kait tunggal (standar) yang mengangkat beban 1,5 ton. Material kait disini dibuat dari bahan SC 49 dengan tegangan tarik(σ_t) tidak boleh melebihi 49Kg/mm2atau 0,48 kN/mm2. Standar ulir yang digunakan adalah M-20 dengan diameter ulir dalam

128 , 15 )

(d₁ = mm, dan diameter ulir luar (d)=20mm.

(58)

2 1 4 d Q t × × = π σ ...(3.19)

2 1 4 d Q t × × = π

σ 0,137

128 , 15 14 , 3 5 , 49 4 2 = × ×

= kN/mm2

Tegangan tarik(σ_t) hasil perancangan kait kurang dari 0,48 kN/mm2, maka perancangan aman.

Jadi tinggi ulir (H₁)adalah

1

1 1,4 d

H = × ...(3.20) (N. Rudenko, 1996, hal. 90)

1

1 1,4 d

H = × =1,4×15,128= 21,179mm Tebal ulir (t)adalah

5 , 0

t P=

P= Jarak bagi ditentukan = 5

5 , 0 5= t

5 , 0 5×

=

(59)

Gambar 3.2. Dimensi kait (Hook) Sumber: Mesin Pengangkat, Rudenko,hal 86 Jumlah ulir adalah

t H

Z = 1 _...(3.21)

t H

Z = 1 ₌

5 , 2

179 , 21

= 8,467 maka dipilih 9 ulir

Tinggi mur (H)adalah

d

H =0,8× ...(3.22) (N. Rudenko, 1996, hal. 90

d

H =0,8× = 0,8×20= 16 mm Jumlah ulir pada mur (Z_m)adalah

t H

Z_m = ...(3.23)

t H

Z_m = =

5 , 2 16

(60)

Luas penampang yang dapat tegangan tarik (A₁) adalah 2 1 1 4 1 d

A = π× ...(3.24)

2 1 1 4 1 d

A = π× = 3,14 (15,128)2 4

1

×

× = 179,652 mm2

Luas penampang ulir yang mendapat tegangan tekan (A_o) adalah

) ( 4 1 2 1 2 d d

A_o = π − ...(3.25)

) ( 4 1 2 1 2 d d

A_o = π − = 3,14(20 15,128 )

4

1 ₂ ₂

−

× = 134,34 mm2

Luas total (A_ototal)adalah

Z A

A_ototal = _o× ...(3.26) (N. Rudenko, 1996, hal. 90)

Z A

Aototal = o× = 134,34 × 9

= 1209,06 mm2

Luas penampang yang mendapat tegangan geser (A₂)adalah

1

2 P d

A = ×π× ...(3.27) (N. Rudenko, 1996, hal. 90)

1

2 P d

A = ×π× = 4×3,14×15,128 = 190 mm2

m total A Z

A2 = 2× ...(3.28)

(61)

1 A

1 A Q tarik = σ = 652 , 179 5 , 49

= 0,137 kN/mm2

Tegangan tekan pada penampang A_oadalah

o tekan A Q = σ ...(3.30)

o tekan A Q = σ = 34 , 134 5 , 49

= 0,18 kN/mm2

Tegangan geser yang terjadi pada penampang A₂adalah

2

A Q geser =

σ ...(3.31)

2 A Q geser = σ = 190 5 , 49

= 0,13 kN/mm2

Karena semua tegangan yang terjadi pada bagian yang berulir yaitu

(62)

Pada kait daerah C-D merupakan daerah kritis, karena daerah ini mengalami pembebanan tarik.

Gambar 3.3. Penampang C-D

Sumber : Pesawat Pengangkat, Drs Daryanto, hal 2

Bila titik berat (Z), maka : Jarak D-Z adalah e₁

1 2 2 1 1 1 ) 2 (

3 b b

b b r e + + × = ...(3.32)

dengan d₁= diameter ulir dalam pada kait = 15,128 mm bila r₁ =2,4×d₁= 2,4(15,128) = 36,307 mm

1

1 0,8 d

b = × = 0,8(15,128) = 12,102mm

1

2 2,2 d

b = × = 2,2(15,128) = 33,281 mm

(63)

1 1 1 1 1 2 8 , 0 2 , 2 ) 2 , 2 8 , 0 2 ( 3 4 , 2 d d d d d e + + × × = 281 , 33 102 , 12 ) 281 , 33 2 , 2 102 , 12 2 ( 3 307 , 36 2 + × + × × =

e = 15,326 mm

Luas penampang C-D adalah

1 2 2 1 1 1 ) 2 (

3 b b

b b r e + + × = ...(3.33)

F = 2

) 128 , 15 ( 72 ,

3 = 851,345 mm2

Momen inersia penampang (I)adalah

2 1 2 1 2 2 1 2

1 ( ) 2

36 b b

b b b b r I + × × + + × = = 108 1152 ,

72 d₁4

= 108 ) 128 , 15 ( 1152 , 72 4

= 34972,696 mm4

Jarak titik berat dari titik kerja beban (Z_z) adalah

2 2 2088 , 102 e

Z_z = +

= 51,1044 + 15,326 = 66,43 mm Momen yang terjadi pada titik berat (M)adalah

(64)

43 , 66 5 , 49 ×

= = 1639,36 kNmm

Tegangan yang terjadi pada sisi D (σ_D)adalah

I e M F Q D 1 × − = σ 696 , 34972 97 , 20 75 , 1640 345 , 851 5 , 49 × −

= = - 0,951 kN/mm2

Tegangan yang terjadi pada sisi C (σC)adalah

I e M F Q C 2 × − = σ 696 , 34972 326 , 15 75 , 1640 345 , 851 5 , 49 × −

= = - 0,691 kN/mm2

Tegangan yang terjadi pada sisi D lebih kecil daripada tegangan yang terjadi pada sisi C, maka konstruksi aman.

Pada penampang E-F dari kait akan menerima tegangan geser. Gaya pada penampang E-F adalah

) ( 2 1 4 3

2 b b

r

F = +

bila r₂ =2d₁

1 3 0,9d

b =

1 4 1,9d

b = ) 7432 , 28 6152 , 13 ( 256 , 30 2 1 + =

F = 640,79 mm2

Tegangan geser yang terjadi adalah

79 , 640 5 , 49 =

(65)

Restraint Restraint-1 <KAIT

TA 2>

on 1 Face(s) immovable (no translation).

Description:

Load Force-1 <KAIT

TA 2>

on 1 Face(s) apply force -19500 N normal to reference plane with respect to selected reference Top Plane using uniform distribution

Sequential Loading

(66)

3. Design Check Results

3.4. Batang lintang (crosspiece)

3.4.1. Analisis manual

Batang lintang kait dapat berputar pada pelat sisi rumahnya yang diperkuat dengan seker yang terbuat dari pelat baja. Batang lintang ini ditempa dari baja dan diberi trunion (batang gerak) pada ujungnya. Trunion batang lintang tidak boleh bergerak secara aksial, tetapi harus dapat berputar. Pengencangannya dapat

(67)

Kekuatan batang lintang (M_maks)adalah

) 5 , 0 (

4 l d1

Q

M_maks = − ...(3.34)

(N. Rudenko, 1996, hal. 104)

Gambar 3.4. Penampang Lintang Untuk Kait Sumber : Mesin Pengangkat, Rudenko, hal 99 dengan :

l = besarnya ditentukan = 9 cm

1

(68)

) 8 , 4 5 , 0 9 ( 4 5 , 49 × − = maks M

= 40,72 kNcm Momen Perlawanan (W)adalah

2 1) ( 6 1 h d b

W = − ...(3.35)

(N. Rudenko, 1996, hal. 104)

=

b ditentukan dari hasil survai sebesar 8 cm

=

h ditentukan dari hasil survai sebesar 5 cm

2 5 ) 8 , 4 6 ( 6 1 − =

W =5cm3

Tegangan satuan pada batang lintang (σ_lentur)adalah

W M_maks lentur = σ 5 72 , 40

= = 8,14 kN/cm2

Momen lentur pada trunion batang lintang (M₂)adalah

      + = 2 2 1 2 S S Q M ...(3.36)

Untuk mencari S dan S₁ digunakan rumus

2

1 S S

l= + ...(3.37)

dimana S₁ besarnya = S

3 1

dan l diketahui dari hasil survei sebesar 7,4 cm, maka:

2 3 1 9 S S+ = S 6 4 = 5 , 13 =

(69)

      + = 2 5 , 4 5 , 13 2 5 , 49 2

M = 111,1 KNcm B

Tekanan rata-rata pada poros gantungan (P) adalah

) ( 2d₁ S S₁

Q P + = ...(3.39) ) ( 2d₁ S S₁

Q P + = ) 5 , 4 5 , 13 ( 4 2 5 , 49 + ×

= =0,171 kN/cm3

Material yang dipilih baja SC42 dengan tegangan lentur 11,76KN/cm2, karena tegangan lentur dari perhitungan diatas masih dalam batas tegangan lentur tersebut, maka penggunaan dari material tersebut cukup aman.

3.4.2. AnalisisCosmosworks

3.4.2.1. Batang lintang

1. Materials

1 Batang lintang AISI 304 1.89715 kg 0.000237144 m^3

Restraint Restraint-1 <poros

kait 2>

(70)

Description:

Load Force-1 <poros

kait 2>

on 1 Face(s) apply normal force 15000 N using uniform distribution

Sequential Loading Description:

3.4.2.2. Sekal

1. Materials

(71)

Load

Force-1 <sekal> on 2 Face(s) apply force -19499 N normal to reference plane with respect to selected reference Top Plane using uniform distribution

Sequential Loading

(72)

3.5. Motor penggerak

Daya yang dibutuhkan untuk memutar drum pada sistem hoisting sebesar

HP kW

P=4,77 =6,48 .

Vt= kecepatan tinggi pengangkatan : 40 m/menit

Vr= kecepatan rendah pengangkatan : 20 m/menit

η = efisiensi motor : 0,85

Beban angkat rencana

(73)

Nst = 

  

 

× ×

η

60 75

735 , 0

r

V Q

= 

  

 

× ×

85 , 0 60 75

735 , 0 20 1950

= 7,4 kW = 10,06 HP

Berdasarkan Tabel 2.14, maka motor dapat dipilih sesuai dengan daya statik motor yang dibutuhkan.

Daya = Nrated = 7,5 kW =10,2 HP

Putaran(n) = 1430 rpm

Tabel 3.12.Tabel motor

Sumber : Low voltage cast iron motors series QY,ABB Yuejin Motors

Momen tahanan statis(Mst) adalah

Mst = 71620

motor st

(74)

= 71620 1430

4 , 7

= 370,62 kgcm = 3,7062 kgm

Momen dinamis(Mdynamis) adalah

D poros = 38 mm

Momen inersia(I) = 0,04 kgm/dt2

GD2 kopling = I (4 x g) = 0,04 × 4 × 9,8 m/dt2 = 1,568 kgm GD2 motor = 0,16 kgm

GD2 = GD2 kopling + GD2 motor = 1,728 kgm2

ts = 4 dt

Mdynamis =

    × × × × × + × × η δ s

s n t

v Q t n GD 2 2 2 60 975 , 0 375 =

( )

    × × × × × + × × × 85 , 0 4 1430 60 20 1950 975 , 0 4 375 1430 728 , 1 5 , 1 2 2

= 2,5 kgm

Momen maksimal motor = Mst + Mdynamis

= 3,7062 + 2,5 = 6,21 kgm

Momen daya = 716,2

motor rated n N

= 716,2 1430

2 , 10

= 5,1 kgmm

Hasil pembagian dari momen maksimal dan momen daya harus lebih kecil dari 2,4 maka perancangan motornya baik.

(75)

= 9,74×105₁₄₃₀ 5 , 7

= 6640,91 kgmm = 664,1 Kgcm

Diameter roda rem(D) dipilih 250 mm= 25 cm

Gaya keliling total yang dihasilkan oleh kedua sepatu pada permukaan gesek untuk melakukan pengereman ditentukan dengan persamaan

Tr = D

Mb_r

×

2

= 25

1 , 664 2×

= 53,128 kg

Bahan gesek rem menggunakan bahan cetakan yang terdiri dari paduan damar dan asbes karena lebih murah, koefisien geseknya yang tinggi dan dapat menahan temperatur yang sangat tinggi sampai 200°.

Momen pengereman yang dihasilkan adalah T = µ×Tr×D= 0,4×53,128×250= 5312,8 Kg.mm

Besarnya daya yang yang dibutuhkan untuk pengereman adalah

P = 1 ₅

10 74 , 9 ×

×n

T

= ₅

10 74 , 9

1430 8 , 5312

×

× _{= 7,8 kW}

Koefisien gesek(µ) = 0,4

(76)

Efisiensi sistem tuas (η) = 0,9 Panjang l1= 17 cm, l = 27,5 cm

Bobot pemberat yang diperlukan untuk menggerakkan rem adalah

P1=

1 2 2 2 1 l l b l D Mb_r × × − × × × µ η µ ...(3.40)

= 48,035

5 , 27 17 4 4 , 0 17 9 , 0 25 4 , 0 1 ,

664 2 2 2

= × × − × ×

× Kg

Tekanan normal maksimum pada sepatu sebelah kiri didapatkan dengan persamaan

N1=

b l l P × − × µ 1 1 _...(3.41)

(N. Rudenko, 1996, hal. 181)

N1=

b l l P × − × µ 1 1 ₌ 4 4 , 0 17 5 , 27 035 , 48 × − ×

= 85,77 Kg

Tekanan normal maksimum pada sepatu sebelah kiri didapatkan dengan persamaan

N2=

b l b P × + × µ 1 1 ₌ 4 4 , 0 17 4 035 , 48 × + ×

= 12,47 Kg

Sudut kontak (β) = 70°, panjang B = 8 cm

Luas permukaan kontak desain antara lapisan gesek sepatu dengan roda rem ditentukan dengan persamaan

F = ( )

360 β

π× _×

B D

...(3.42)

(77)

(N. Rudenko, 1996, hal. 181)

P =

F N₁

=

11 , 122

77 , 85

= 0,72 kg/cm2

Kecepatan keliling roda rem adalah

V = 60

n D×

× π

=

60

1430 250 , 0 14 ,

3 × ×

= 18,709 m/dt

Maka harga pv = 0,72×18,709 = 13,5 kg.m/cm2.dt

Harga pv = 13,5 kg.m/cm2.dt masih dibawah harga maksimum sebesar 15 kg.m/cm2.dt, maka perancangan masih aman dari batas yang diijinkan.

Bobot tuas rem(G1) = 3 kg

Bobot jangkar magnet(Gar) = 2 kg

Efisiensi sistem tuas(µ₁) = 0,9

(78)

Gambar 3.5. Penampang Lintang Untuk Kait Sumber : Mesin Pengangkat, Rudenko, hal 99

Maka bobot pemberat yang mengaktifkan rem adalah

Gwt =

(

)

d

c G f G k a l

P − × + _ar×

× ×

1 1

1

µ

...(3.43)

(N. Rudenko, 1996, hal. 181)

Gwt =

(

)

18

14 2 10 3 5 , 4 9 , 0

8 4 035 ,

48 − × + ×

× ×

= 17,86 Kg

3.7. Kopling

Daya yang ditransmisikan (P) adalah: P = 7,5 kW

(79)

Diameter poros ds = 38 mm

Berdasarkan tabel Ukuran kopling flens pada lampiran 8 didapatkan ukuran dari kopling sebagai berikut:

Diameter poros ds = 38 mm

Berdasarkan tabel Ukuran kopling flens pada lampiran 8 didapatkan ukuran dari kopling sebagai berikut

Diameter luar kopling (A) = 160 mm Panjang naf (L) = 56 mm Diameter naf (C) = 80 mm Diameter pusat baut (B) = 112 mm Tebal flens (F) = 20 mm Panjang flens (H) = 28 mm Tebal sisi flens (K) = 6 mm Jumlah baut (n) = 4 Diamter baut (db) = 14 mm

(80)

B n d T e b b 2 8 π

τ = ...(3.45)

(Sularso, 1997, hal. 34)

dengan b= tegangan geser baut (kg/mm2)

T = torsi (kg.mm) db= diameter baut (mm)

ne= jumlah baut efektif

= e x n = 0,5 x 4 =2

B = diameter pusat baut (mm)

2 2 / 4 , 0 112 2 14 91 . 6640 8 mm kg x x x x b b = = τ π τ

Dipilih bahan baut dari baja karbon SS41B (JIS G 3101), dengan kekutan tarik B = 40 kg/mm2. dengan mengambil faktor keamanan Sfb = 6 dan

faktor Kb = 3, maka diperoleh harga tegangan geser bahan ( ba).

ba =

3 6

40

x

ba = 2,222 kg/mm2 > 0,4 kg/mm2

bahan baut yang digunakan aman Menghitung tegangan geser flens

F C T F 2 2 π

τ = ...(3.46)

dengan F = tegangan geser flens (kg/mm2)

(81)

Dipilih bahan flens dari besi cor kelabu FC20 (JIS G 5501), dengan kekuatan tarik B = 20 kg/mm2. Dengan mengambil faktor keamanan SfF

= 6 dan faktor KF = 3, maka diperoleh harga tegangan geser bahan ( ba).

Fa =

3 6

20

x

Fa = 1,111 kg/mm2

F x 3 = 0,037 x 3 = 0,11 kg/mm2 < 1,111 kg/mm2

(82)

63 4.1 Perancangan transmisi roda gigi lurus standar

Pada transmisi untuk sistem hoisting menggunakan transmisi roda gigi lurus standar dengan memakai 2 tingkat kecepatan seperti terlihat pada Gambar 4.1. Transmisi ini digunakan untuk mereduksi putaran motor ke putaran drum yang diinginkan.

Gambar 4.1 Transmisi mekanismehoisting

Daya(P) = 7,5 kW

Putaran motor(n1) = 1430 rpm

Putaran drum(n4 ) = 72,79 rpm

i total =

4 1 n n

...(4.1)

i = 4,625 i = 4,25

in put

roda gigi

out put bantalan

(83)

Putaran poros 2(n2) adalah

n2 = 2

1 1

z Z n ×

... ………...………(4.2)

n2 = 2

1 1

z Z n ×

= 85

20 1430×

= 336,47 rpm

modul pahat (m) = 3,5 seperti terlihat pada Gambar 4.2

Gambar 4.2 Diagram pemilihan modul roda gigi lurus Sumber : Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin, Sularso

(84)

sudut tekanan pahat(α) = 20

Jumlah gigi yang akan dirancang adalah Jumlah gigi 1(Z1) = 20

Jumlah gigi 2(Z2) = 85

Diameter lingkaran jarak bagi roda gigi kecil adalah

do1= Z1× m ... …………(4.3)

do1= Z1× m = 20 × 3,5 = 70 mm

Diameter lingkaran jarak bagi roda gigi besar adalah

do2= Z2× m ...…………(4.4)

do2= Z2× m = 85 × 3,5 = 297,5 mm

Jarak sumbu poros dari hasil perhitungan adalah

Ao =

2

1 o

o d

d +

= ...………(4.5)

Ao =

2

1 o

o d

d +

=

2 5 , 297 70+

= 183,75 mm

Jadi jarak sumbu poros yang akan dirancang adalah 184 mm Kelonggaran puncaknya adalah

Ck = 0,25× m ...…………(4.6)

(85)

Diameter kepala untuk roda gigi besar adalah

Dk2 = ( Z2 + 2 ) m ...………(4.8)

Dk2 = ( Z2 + 2 ) m = ( 85 + 2 ) 3,5 = 304,5 mm

Diameter kaki roda gigi kecil adalah

Df1 = ( Z1 - 2 ) m - ( 2 Ck) .. …………(4.9)

Df1 = ( 20 - 2 ) 3,5 -( 2 ×0,875 ) = 61,25 mm

Diameter kaki roda gigi besar adalah

Df2 = ( Z2 - 2 ) m -( 2 Ck ) ... .………...……(4.10)

Df2 = ( 85 - 2 ) 3,5 -( 2 ×0,875 ) = 288,75 mm

Kedalaman pemotongan adalah

H = 2m + Ck .………(4.11)

(86)

Tabel 4.1 Faktor bentuk gigi

Sumber : Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin, Sularso dan Kiyokatsu Suga, hal 240

Jumlah gigi

(Z) Y

Jumlah gigi

(Z) Y

10 0,201 25 0,339

11 0,226 27 0,349

12 0,245 30 0,358

13 0,261 34 0,371

14 0,276 38 0,383

15 0,289 43 0,396

16 0,295 50 0,408

17 0,302 60 0,421

18 0,308 75 0,434

19 0,314 100 0,446

20 0,320 150 0,459

21 0,327 300 0,471

23 0,333 Batang gigi 0,484

Berdasarkan jumlah gigi yang dipilih maka harga Y1 dan Y2 sesuai Tabel 4.1

adalah

Z1 = 20, maka Y1 = 0,32

Z2 = 85, maka hasil interpolasi Y2 = 0,4388

(87)

Gaya tangensialnya adalah

Ft = v

P_d

×

102

...………(4.13)

Ft = v P_d × 102 = 238 , 5 5 , 7 102× = 146,04

Berdasarkan Tabel 4.2 dengan v = 5,238 m/s maka persamaan faktor dinamisnya adalah

fv = v

+

6 6

...……..………(4.14)

fv =

283 , 5 6

6

+ = 0,53

Tabel 4.2 Faktor dinamis f_v

Kecepatan rendah

s m

v=0,5−10 / fv _v + = 3 3 Kecepatan sedang s m

v=5−20 / fv = ₊_v

6 6 Kecepatan v =20−50m/s

(88)

Dengan mempertimbangkan kekuatan tarik, kekerasan Brinell dan tegangan lentur yang diijinkan maka pemilihan bahan roda gigi yang dipakai sesuai pada Tabel 4.3 dan Tabel 4.4 adalah

Bahan roda gigi kecil yang dipilih adalah S45C dengan perlakuan panas celup dingin

- Kekuatan tarik(σ_B₂) = 70 kg/mm2 - Kekerasan Brinell(HB1) = 250

- Tegangan lentur yang diijinkan(σ_a₂) = 50 kg/mm2

Bahan roda gigi besar yang dipilih adalah S45C dengan perlakuan panas celup dingin

- Kekuatan tarik(σ_B₂) = 70 kg/mm2 - Kekerasan Brinell(HB1) = 250

- Tegangan lentur yang diijinkan(σ_a₂) = 50 kg/mm2 Tabel 4.3 Tegangan lentur yang diizinkanσ_apada bahan roda gigi Sumber : Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin, Sularso

dan Kiyokatsu Suga, hal 241

Kelompok Bahan Lambang

Bahan

Kekuatan Tarik

2

/ (Kg mm

B

σ )

Kekerasan

(Brinell) H_B

Tegangan Lentur

2

/ (Kg mm

a

σ )

FC 15 15 140-160 7

FC 20 20 160-180 9

FC 25 25 180-240 11

Besi Cor

FC 30 30 190-240 13

(89)

S 15 CK 50 400 30

SNC 21 80 35-40

Baja Paduan

dengan

pengerasan kulit SNC 22 100

600

40-55

SNC 1 75 212-255 35-40

SNC 2 85 248-302 40-60

Baja Krom Nikel

SNC 3 95 269-321 40-60

- 18 85 5

- 36-60 10-20

- 19-30 80-100 5-7

Perunggu

Logam delta

Perunggu pospor

Perunggu nikel - 60-90 180-260 20-30

Damar phenol,dll - 3-5

Berdasarkan pada Tabel 4.5 maka faktor tegangan kontak(KH) dengan HB bahan

roda gigi kecil sebesar 250 dan HB roda gigi besar sebesar 250 adalah 0,086

kg/mm2

FB1 =σa1×m×Y1× fv .………...…(4.15)

FB1 = 45×3,5×0,32×0,533 = 26,8 kg/mm2

FB2 =σa2×m×Y2× fv .………...…(4.16)

(90)

FB2 = 50×3,5×0,34388×0,533 = 32 kg/mm2

Tabel 4.4 Sifat-sifat mekanis standar

Temperatur transformasi

Perlakuan panas Sifat mekanis Lamb

ang Ac C

) Ar C) Penormal an (N) Celup dingin(H) Temper (H) Pe rla ku an pa na s Batas mulur( Kg/mm2 ) Kekuata n tarik(Kg

/mm2)

Keker asan (HB)

N 29 48 137-197 S30C 720-815 780-720 850-900 pendingi nan udara 850-900 pendingi nan air 550-650 pendingi

nan cepat H 34 55

152-212 N 31 52 149-207 S35C 720-800 770-710 840-890 pendingi nan udara 850-890 pendingi nan air 550-650 pendingi

nancepat H 40 58

nan cepat H 45 62

nan cepat H 50 70

nan cepat H 55 75

nan cepat H 60 80

229-285 S15C K 720-880 845-770 880-930 pendingi nan udara - 150-200 pendingi nan cepat

H 35 50 143-235

Beban lentur persatuan lebar yang diijinkan untuk pinion adalah

FH =

2 1 2 1 2 Z Z Z d K

f_v _H _o

+ × ×

× .………(4.17)

(91)

B =

FH F_t

= 19 , 5

04 , 146

= 28,13 mm

m b

... .………...…(4.19)

m b

=

5 , 3

13 , 28

= 8,03 mm

Hasil pembagian antara lebar roda gigi dengan modul sebesar 8,03 baik karena masih berkisar antara 6 mm sampai dengan 10 mm

b d

... .………(4.20)

b d

=

13 , 28

70

= 2,4 mm

(92)

Tabel 4.5 Faktor tegangan kontak pada bahan roda gigi Sumber : Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin, Sularso

dan Kiyokatsu Suga, hal 243

Bahan roda gigi (H_B) Bahan roda gigi (H_B) Pinyon Roda gigi besar

H K

) /

(Kg mm2 Pinyon Roda gigi besar

H K

) / (Kg mm2 Baja 150 Baja 150 0,027 Baja 400 Baja 400 0,311

“ 200 “ 150 0,039 “ 500 “ 0,329

“ 250 “ 150 0,053 “ 600 “ 0,348

“ 200 “ 150 0,053 “ 500 “ 0,389

“ 250 “ 200 0,069 “ 600 “ 0,569

“ 300 “ 200 0,086 “ 150 Besi cor 0,039

“ 250 “ 250 0,086 “ 200 “ 0,079

“ 300 “ 250 0,107 “ 250 “ 0,130

“ 350 “ 250 0,130 “ 300 “ 0,139

“ 300 “ 250 0,130 “ 150 Perunggu Fosfor

0,041

“ 350 “ 300 0,154 “ 200 “ 0,082

“ 400 “ 300 0,168 “ 250 “ 0,135

“ 350 “ 350 0,182 Besi cor Besi cor 0,188 “ 400 “ 350 0,210 Besi cor

nikel

Besi cor nikel

0,186

“ 500 “ 350 0,226 Besi cor nikel

Perunggu Fosfor

0,155

(93)

Jumlah gigi(Z) 24 111

Modul(m) 3

Diameter lingkaran jarak bagi(do1)

72 mm 333 mm

Jarak sumbu poros(Ao) 202,5 mm

Kelonggaran puncak(Ck) 0,875

Diameter kepala(dk) 78 mm 339 mm

Diameter kaki(df) 64,5 mm 325,5 mm

Kedalaman pemotongan(H) 5,625 mm

Faktor bentuk gigi(Y) 0,336 0,448

Kecepatan keliling(v) 1,267 m/s

Faktor dinamis(fv) 0,7

Gaya tangensial(Ft) 603,788 kg

Bahan S45C

Kekuatan tarik(σ_B) 70 kg/mm2

Kekerasan Brinell(HB) 250

Tegangan lentur yang diijinkan(σ_a)

45 kg/mm2

FB 21,168 kg/mm 28,224 kg/mm

FH 25,776 kg/mm2

B 24 mm

m

b 8 mm

4.2. Perancangan poros dan pasak

4.2.1. Perancangan poros dan pasak I

4.2.1.1. Analisis manual

Daya(P) = 7,5 kW

(94)

Momen puntir rencana adalah

T1 = 9,74 ×105

motor d

n P

.…..…………...(4.21)

= 9,74×105₁₄₃₀ 5 , 7

= 640,91 kgmm

T2 =9,74 ×105 2 n P_d

= 9,74×105₃₃₆_,₄₇

5 , 7

= 28223,91 kgmm

Pembebanan pada poros I Gaya tangensial(ft) = 146,04 kg

Gaya radial(fr) = ft× tg α = 53,15 kg

Pembebanan akibat gaya tangensial

HA = HB =

120 60 04 ,

146 ×

=73,02 kg

Diagram momen

MCH = 4381,2 kgmm

Pembebanan akibat gaya radial ft =146,04 kg

60 mm 60 mm

HA HB

A C B

(95)

Diagram momen

M_CV = 1594,5 kgmm Reaksi gabungan adalah

RA =RB = 2 2

VA

HA + = 2 2

575 , 26 02 ,

73 + = 77,7 kg

Momen gabungan adalah

MC = M_CH2 +M_CV2 = 4381,22 +1594,42 = 4662,33 kgmm Berdasarkan Tabel 3.4 dengan bahan poros S50C maka σ_B= 75 kg/mm2

Faktor keamanan 1 (Sf1) = 6

Faktor keamanan 2 (Sf2) = 2

a

τ =

2

1 f

f B

S

S ×

σ

...………...(4.22)

a τ =

2

1 f

f B

S

S ×

σ

= 2 6

75

× = 6,25 kg/mm2

(96)

Faktor koreksi untuk momen puntir(Kt) = 1,5

Maka diameter poros adalah

ds =

(

) (

)

3 1 2 2 1 , 5     × + ×M K T

K_m _t

a

τ ………...…(4.23)

=

(

) (

)

3

1 2 2 39 , 5108 5 , 1 33 , 4662 2 25 , 6 1 , 5       _× ₊ _×

= 21,4 mm, maka diameter poros yang dipakai 35 mm Modulus geser(G) = 8,33 × 103 kg/mm2

Defleksi puntiran( ) adalah

= 584 ₄

s

Gd Ml

…………..………(4.24)

= 584 ₃ ₄

35 10 33 , 8 120 39 , 5108 × × × = 0,028

Sehingga defleksi puntiran untuk setiap 1 m adalah

' = l 1000 × ' = 120 1000

× 0,028 = 0,2386

Karena defleksi puntiran kurang dari 0,25 setiap 1 m, maka perancangan poros aman.

Lenturan poros(y) adalah

y = 3,23

l d l l Ft s × × × × − 4 2 2 2 1 4

(97)

Hasil perbandingan lenturan poros dan panjang poros sebesar 0,000108 maka perancangan aman karena kurang dari 0,013

Berat jenis baja( ρ) = 7833 ×₁₀−9_kg/mm3

Berat pinion(Wpin) = ρ

π

× × ×d_o₁2 b

4 ………...(4.26) (Sularso, 1997, hal. 249)

(Wpin) = 702 28,13 7833 10 9

4 14 , 3 ₋ × × ×

× = 0,84 kg

Berat poros(Wp) = ρ

π

× × ×d_s2 l

4 ………..…(4.27)

(Wp) = 352 120 7833 10 9

4 14 ,

3 _× _× _× _× − _{= 0,9 kg}

Putaran kritis poros(Nc1) adalah

Nc1= 52700

p s w l l l d 2 1 2

× ………...(4.28)

Nc1 = 52700

9 , 0 120 60 60 352

× = 105647,08 rpm

(98)

Nc2= 52700 pin s w l l l d 2 1 2

× ………...…(4.29)

Nc2= 52700

84 , 0 120 60 60 252

× = 109355,1175 rpm

Putaran kritis keseluruhan(Nco) adalah

2 1 1 1 1 c c

co N N

N = + ………..…(4.30)

2 1 1 1 1 c c

co N N

N = + = (8,95952+8,36222) 10 -11

(Nco)2= 1010(1,732)

Nco = 131605,47 rpm

co N n₁ = 47 , 131605 1430 = 0,0108

Hasil pembagian putaran input dengan putaran kritis keseluruhan sebesar 0,0108 maka perancangan aman karena kurang dari 0,6.

Bahan poros S50C denganσ_B= 75 kg/mm2 Faktor keamanan 1(Sf1) = 6

Faktor keamanan 2(Sf2) = 2

Tegangan geser ijin adalah

a τ = 2 1 f f B S S × σ ...………...(4.31)

(99)

Diameter poros adalah

Ds1=

3 1 1 , 5       × × ×K_t C_b T

a

τ ………...…(4.32)

Ds1 =

3 1 39 , 5108 1 2 25 , 6 1 , 5       × ×

× = 20,27 mm

Diameter poros yang akan dipakai adalah 40 mm

Ds2 =

3 1 1 , 5       × × ×K_t C_b T

a

τ ………..…(4.33)

Ds2 =

3 1 7 , 21710 1 2 25 , 6 1 , 5       × ×

× = 32,8 mm

Diameter poros yang akan dipakai adalah 40 mm

Berdasarkan Tabel 3.7 dengan diameter poros 35 mm maka ukuran pasak,