MEKANISME PENGANGKATAN PADA KRAN MENARA TUGAS AKHIR - Mekanisme pengangkatan pada kran menara - USD Repository

(1)

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Jurusan Teknik Mesin

Disusun Oleh: PRANA YOGA

NIM : 025214053

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

By :

PRANA YOGA

Student Number : 025214053

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

(3)

(4)

(5)

(6)

vi

(7)

vii

Nama : Prana Yoga

Nomor Mahasiswa : 025214053

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :

MEKANISME PENGANGKATAN PADA KRAN MENARA

beserta perangkat yang diperlukan. Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannya di Internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencatumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya :

Pada tanggal, 26 februari 2008

Yang menyatakan

(8)

viii

berkat, semangat, harapan baru, rahmat dan cinta kasih yang berlimpah di dalam

penulisan tugas akhir ini hingga selesai.

Tugas akhir ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi bagi

mahasiswa Teknik Mesin sebelum dinyatakan lulus sebagai Sarjana Teknik.

Dalam pelaksanaan dan penulisan tugas akhir ini tidak lepas dari bantuan berbagai

pihak, baik berupa materi, bimbingan, kerja sama serta dukungan moril. Dalam

kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih kepada :

1. Romo Ir. Greg Heliarko, S.J., S.S., B.S.T., M.A., M.Sc., selaku Dekan

Fakultas Sains Dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

2. Bapak Budi Sugiharto, S.T., M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik

Mesin Universitas Sanata Dharma.

3. Bapak Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Dosen pembimbing

akademik.

4. Bapak Raden Benedictus Dwiseno Wihadi, S.T.,M.Si selaku Dosen

Pembimbing Tugas Akhir.

5. Seluruh dosen dan karyawan Fakultas Sains Dan Teknologi Universitas

Sanata Dharma.

6. Kepada Ibu tercinta, Prapti Utami Widyaningsih dan Eyang Putri, adikku,

(9)

ix

Adi, Ucok, Nano, Sogen, Ade, Putu, dan semua temanku),

teman-teman di Pagonan

8. Sahabat terkasihku Rinta

9. Rekan-rekan dan semua pihak yang membantu dalam penulisan tugas

akhir ini.

Yogyakarta, 16 Februari 2008

(10)

x

bertingkat. Ciri utama dari Kran menaraini yaitu mempunyai lengan menara (jibs)

yang dapat berputar sesuai dengan kebutuhan, sehingga dapat mengangkat beban pada ketinggian dan jarak jangkauan yang tertentu.

(11)

xi

HALAMAN PENGESAHAN ………...iii

DAFTAR PANITIA PENGUJI...iv

HALAMAN PERNYATAAN ……….………...……..…..v

HALAMAN PERSEMBAHAN ………...…….………...…vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ... vii

KATA PENGANTAR ……...………...……....viii

INTISARI ...………...…………...… x

DAFTAR ISI ………...…...……....……...xi

DAFTAR LAMPIRAN ...xiv

DAFTAR GAMBAR ...xvi

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Bagian-bagian tower crane...2

1.1.1 Kabin...…...………...…...……...…2

1.1.2 Lengan Penyeimbang dan pengimbang ( counter weitght)...2

1.1.3Lengan angkat………...………...…...…2

1.1.4 Rangka utama dan kepala menara ...2

1.2 Gerakan Tower Crane...3

1.2.1 Gerak Pengangkat (Hoisting)...3

1.2.2 Gerak Pejalan (travelling) ...6

(12)

xii

2.1 Ukuran Utama ...7

2.2 Perhitungan...8

2.2.1 Rumah Kait...8

2.2.1.1 Kait...9

2.2.1.2 Batang Lintang...15

2.2.1.3 Sekal ...19

2.2.1.4 Gandar ...23

2.2.2 Kabel Kawat Baja...27

2.2.3 Drum dan Puli ...33

2. 2.3.1 Drum...33

2.2.3.2 Puli ...47

2.2.4 Pemilihan Motor Penggerak...48

2.2.5 Transmisi Roda Gigi...52

2.2.5.1 Perancangan Roda Gigi ...52

2.2.5.2 Perancangan Poros Roda Gigi ...59

2.2.5.4 Bantalan Poros Roda Gigi ...77

2.2.5.5 Perancangan Kopling...78

2.2.6 Perancangan Rem...81

2.2.6.1 Perhitungan Desain Rem Sepatu...84

2.2.6.2 Pemilihan Magnet Rem...87

(13)

xiii

4. 2. Penutup...98

DAFTAR PUSTAKA

(14)

xiv

LAMPIRAN 2 Tabel Harga Desain Dasar Untuk kait tunggal

Tabel Harga Desain Dasar Bantalan

LAMPIRAN 3 Tabel Jumlah Lengkungan

Tabel Efisiensi Puli

LAMPIRAN 4 Tabel Tegangan Tarik Maksimum Pada Berbagai Diameter

Dan Beban Patah Untuk tali Baja

LAMPIRAN 5 Tabel Harga Faktor C, C1 , C2

LAMPIRAN 6 Tabel Harga Faktor m

Tabel Harga a, z2, dan β

LAMPIRAN 7 Tabel Harga e1, e2

LAMPIRAN 8 Tabel Dimensi Alur Drum

LAMPIRAN 9 Tabel Diameter Poros

Tabel Bantalan Untuk Permesinan Serta Umurnya

LAMPIRAN 10 Tabel Bantalan

Tabel Puli

LAMPIRAN 11 Tabel Nilai Perkiraan Momen Inersia Kopling

LAMPIRAN 12 Diagram Pemilihan Modul Roda Gigi lurus

LAMPIRAN 13 Tabel Faktor Bentuk Gigi

Tabel Harga Tegangan lentur Yang Diizinkan Pada BAhan

Roda Gigi

(15)

xv

LAMPIRAN 17 Tabel Harga Koefisien Pengereman

Tabel Harga Tekanan Satuan Maksimum Yang Diizinkan

Untuk Sepatu Rem

LAMPIRAN 18 Harga Kelonggaran Penyetelan

LAMPIRAN 19 Tabel Motor

(16)

xvi

Gambar 1.2 Mekanisme Pengangkatan ...3

Gambar 1.3 Gerak Pejalan Troli Pada Boom ...5

Gambar 1.4 Slewing Unit ...6

Gambar 2.1 Rumah Kait ...9

Gambar 2.2 Kait Tempa Standart...10

Gambar 2.3 Hasil Analisa Desain Kait Menggunakan Cosmoswork ...15

Gambar 2.4 Bantalan Peluru Untuk Kait ...16

Gambar 2.5 Batang Lintang ...17

Gambar 2.6 Hasil Analisa Desain Batang Lintang Menggunakan Cosmoswork.19 Gambar 2.7 Penampang Lintang Sekal ...20

Gambar 2.8 Hasil analisa desain sekal menggunakan cosmoswork ...21

Gambar 2.9 Gandar dan bebannya ...23

Gambar 2.10 Hasil analisa desain gandar menggunakan cosmoswork ...25

Gambar 2.11 Penampang tali tipe 6 x 37 = 222 +1c ...28

Gambar 2.12 Skema pengangkatan...28

Gambar 2.13 Drum ...33

Gambar 2.14 Dimensi alur drum ...35

Gambar 2.15 Pembebanan drum ...37

Gambar 2.16 Standar soviet untu mengikat tali drum ...39

Gambar 2.17 Pembebanan poros drum ...40

(17)

xvii

Gambar 2.22 Skema transmisi...52

Gambar 2.23 Bagian-bagian roda gigi ………...…..53

Gambar 2.24 Poros I Transmisi ………...…62

Gambar 2.26 Hasil Analisa Desain Gandar Menggunakan Cosmoswork ...68

Gambar 2.27 Poros II Transmisi ...69

Gambar 2.28 Nasil analisa desain poros 2 menggunakan cosmoswork ...71

Gambar 2.29 Poros III Transmisi ………72

Gambar 2.30 Hasil analisa desain poros 3 menggunakan cosmoswork ...74

Gambar 2.31 Poros IV Transmisi ………75

Gambar 2.32 Hasil analisa desain poros 4 menggunakan cosmoswork ...76

Gambar 2.33 Kopling ...78

(18)

1 Kran menara merupakan salah satu jenis pesawat pengangkat yang sering

digunakan dalam pembangunan gedung - gedung bertingkat dan industri - industri besar.

Ciri utama dari Kran menara ini yaitu mempunyai lengan menara (jibs) yang dapat

berputar sesuai dengan kebutuhan, sehingga dapat mengangkat beban pada ketinggian

dan jarak jangkauan yang tertentu. Dengan menggunakan pesawat pengangkat ini,

memungkinkan pekerjaan kita untuk memindahkan material yang mempunyai bobot yang

besar ataupun mengerjakan pekerjaan lain pada jarak yang aman.

(19)

1.1 Bagian-bagian kran menara

1.1.1 Kabin

Kabin adalah bagian mesin pengangkat yang sangat penting karena

didalam kabin semua system dikendalikan oleh operator. Dalam pesawat

pengangkat kran menara ini kabin berada dibagian samping atas menara. Kabin

dirancang sedemikian rupa sehingga memungkinkan operator dapat melakukan

pengoperasian crane dengan baik.

1.1.2 Lengan Penyeimbang dan pengimbang ( counter weitght)

Supaya terjadi kestabilan maka diberikan pengimbang(counter weight)

yang dipasang pada bagian belakang lengan pengimbang (counter jib)

1.1.3 Lengan angkat

Lengan angkat (boom) berfungsi sebagai tempat untuk berjalannya troli

yang membawa beban untuk dipindahkan ke arah tujuan yang dikehendaki.

1.1.4 Rangka utama dan kepala menara

Rangka utama dan kepala menara berupa rangka yang terbuat dari baja

profil. Penyangga utama sebuah kran menara

1.2 Gerakan kran menara

1.2.1 Gerak Pengangkat (Hoisting)

Gerakan pengangkatan yakni gerakan untuk mengangkat atau menahan

(20)

Gambar 1.2 mekanisme pengangkatan

1. Perlengkapan pengangkat fleksibel ( rantai dan tali )

Kabel kawat baja berfungsi untuk menggantungkan kait pada pada drum

penggulung Pada kran menara ini menggunakan tali baja, karena tali baja

mempunyai keunggulan :

- lebih ringan

- lebih tahan terhadap sentakan

- operasi yang tenang walaupun pada kecepatan tinggi

- keandalan operasi yang tinggi

2. Puli, sistem puli dan drum

a. Puli ( puli dibuat dengan desain tetap dan bebas )

Fungsi dari puli yaitu untuk mentransmisikan daya. Kerja dari puli sangat

dipengaruhi oleh kekakuan tali, jenis bantalan dan pelumas yang

digunakan pada gandar puli. Semakin kaku tali, maka kerja dari puli akan

menjadi terhambat.

- Puli tetap

- Puli Bebas transmisi rem

puli drum

tali

(21)

b. Sistem puli

Suatu sistem puli adalah gabungan beberapa puli bebas dan puli tetap.

c. Drum tali

Drum untuk tali kawat baja terbuat dari besi cor, kadang-kadang dari besi

tuang.

3. Kait untuk muatan

Fungsi dari kait adalah untuk tempat penggantungan muatan yang mana

muatan tersebut biasanya sudah disatukan dalam suatu ikatan dengan

menggunakan rantai atau tali. Dalam merancang kait harus diperhatikan besarnya

beban angkat maksimum yang akan diangkat oleh kait. Disamping itu diameter

dalam kait harus dapat menyediakan tempat pada tali atau rantai yang membawa

muatan.

4. Rem

Dalam mekanisme gerakan dibutuhkan rem yang fungsinya untuk

mengurangi kecepatan dan sebagai penahan agar beban yang diangkat tetap pada

ketinggian tertentu. Dalam pemilihan rem harus diperhatikan tentang lapisan

remnya. Bahan lapisan rem yang baik harus mempunyai sifat tahan lama

terhadap keausan, koefisien geseknya besar, tahan terhadap temperatur sampai

3000 C, mudah untuk dibuat dan harganya murah

5. Motor penggerak

Pada mekanisme pengangkatan dibutuhkan daya dari motor pengerak yang

mampu untuk menggerakkan sistem sehingga bahan dapat dipindahkan ke arah

(22)

berupa motor listrik. Penggerak elektrik dapat langsung segera bekerja, sangat

amandalam operasinya dan mudah dikendalikan. Penggerak elektrik juga sangat

ekonomis dibandingkan dengan penggerak lainnya karena pemakaian daya

listriknya tergantung pada kapasitas daya unitnya.

6. Transmisi Roda Gigi

Mekanisme transmisi roda gigi disini berfungsi untuk mengatur kecepatan,

sehingga didapatkan kecepatan yang sesuai dengan yang dikehendaki. Transmisi

roda gigi yang digunakan dalam mekanisme pengangkatan ini adalah transmisi

roda gigi dengan sistem reduksi kecepatan dalam 3 tahap. Jenis roda gigi yang

digunakan disini adalah roda gigi lurus. Keuntungan dari roda gigi lurus ini yaitu

karena pembuatannya mudah, ongkos pembuatannya juga murah dan dalam

pengoperasiannya sesuai dengan yang diinginkan.

1.2.2 Gerak Pejalan

Gambar 1.3 gerak pejalan troli pada boom

Gerakan pejalan ini ialah gerakan secara horizontal untuk menggerakkan

(23)

1.2.3 Gerak Putar (Slewing)

Gerakan ini digunakan untuk memutar bagian atas dari tower crane

termasuk muatan yang dipindahkan.

Gambar 1.4 slewing unit

(Howstuffworks How Tower Cranes Work3.htm)

1.3 Batasan Masalah

Pada permasalahan ini penulis akan merancang ulang mekanisme gerakan

pengangkatan ( hoisting ) beserta perlengkapannya untuk kran menara merk GRU

(24)

7 2.1 Ukuran Utama

Dalam perancangan kran menara ini ada ukuran-ukuran utama sudah diketahui

dari tower kran menara GRU EDILMAC E-751. Ukuran utama dari kran menara yaitu

meliputi kapasitas angkat, tinggi angkat, panjang jangkauan (jib), panjang counter jib,

counter weight, macam pondasi, kecepatan angkat, kecepatan troli, kecepatan putar dan

sudut putar.

Kran menara GRU EDILMAC E-751 mempunyai spesifikasi sebagai berikut :

Kapasitas angkat : 6 ton

Tinggi angkat : 35 meter

Panjang jangkauan ( jib ) : 45 meter

Panjang counter jib : 13,5 meter

Counter weight : 6 ton

Pondasi : pondasi tetap

Kecepatan angkat : 30 m/menit

Kecepatan troli : 55 m/menit

Sudut putar : 3600

(25)

2.2 Perhitungan

2.2.1. Rumah Kait

Sesuai dengan namanya, rumah kait merupakan tempat pemasangan kait

dan peralatan lain pendukung pengangkatan untuk lebih jelas dapat dilihat pada

gambar 2.1 berikut

Gambar 2.1 Rumah kait

Peralatan pada rumah kait :

1. Puli 4. Batang Lintang

2. Gandar Puli 5. Kait

(26)

2. 2. 1.1 Kait

Kait merupakan komponen yang digunakan untuk menggantungkan beban

pada kran menara. Dalam perancangan kait perlu sekali diperhatikan tentang

kekuatannya pada saat pengangkatan beban, sehingga akan menjamin keamanan

dan keselamatan kerja. Jika dari perhitungan tidak menjamin keamanan, maka

akan diganti kait dengan kapasitas di atasnya.

Gambar 2.2. Kait Tempa Standart (N. Rudenko, 1996, hal.86)

Untuk pemilihan kait dalam perancangan ini, dipilih kait dari standar

negara Soviet yaitu jenis kait tempa standar. Dalam perancangan kait ini desain

proporsi dan dimensi kait diasumsikan berdasarkan dari standar ini, kemudian kait

diperiksa kekuatannya dan apabila sudah sesuai maka akhirnya kait tersebut akan

ditetapkan. Bahan dari kait ini diplih baja karbon cor SC 37 ( JIS G 5101),

(27)

Beban total pada kait

Q = G + Go ……….………...(2.1)

(N. Rudenko, 1996, hal. 90)

dengan, Q = berat total beban pada kait (kg)

G = kapasitas angkat crane (kg)

Go = bobot kait beserta rumah kait(kg)

K = angka keamanan ( 2), maka kapasitas angkat dikalikan 2

G = 6000 x 2

= 12000 kg

Q = 12000+ 100

= 12100 kg

Ulir yang digunakan bagian ujung atas kait yaitu bentuk ulir segi tiga

dengan ukuran standar ulir kasar metris. untuk pemilihan ulir kita tentukan dulu

diameter dalam minimal

Dengan perhitungan tegangan pada bagian berulir

t=

2 1

4

d Q

π ……….………(2.2)

dengan, t = tegangan tarik (kg/cm2)

Q = beban pada kait (kg)

d1 = diameter dalam ulir (cm)

(28)

d1 > 500 14 , 3 12100 4 x x

d1 > 5,552 cm

dari Tabel ukuran standar ulir kasar metris (JIS B 0205) diambil M64 yang

memiliki diameter dalam 5,7505 cm ( lebih besar dari 5,552 cm)

Tinggi minimum mur kait ditentukan oleh tegangan tekan yang ditentukan oleh

tegangan tekan yang dizinkan pada ulir.

H =

p d d t Q ) ( 4 2 1 2 0 −

π ...(2.3)

dengan, H = tinggi minimum mur kait (cm)

Q = beban pada kait (kg)

t = kisar ulir (cm)

d0 = diameter dalam ulir (cm)

d1 = diameter luar ulir (cm)

p = tegangan tekanan aman (baja dengan baja) 300 - 350

kg/cm2, dipilih 150 kg/cm2

H = 150 ) 7505 , 5 4 , 6 ( 5 , 0 12100 4 2 2 − π x x

H = 6,5 cm

H = 7 cm

Pemeriksaan tegangan pada bagian dudukan kait . Berdasarkan data pada

tabel harga desain dasar untuk kait tunggal pada lampiran 2, maka digunakan kait

(29)

F = luas penampang kritis (104 cm2)

xc = jarak antara centroid dan kontur dalam (6,28 cm)

2

a

= jari jari mulut kait (6,5 cm)

= jari – jari kelengkungan kait (12,78 cm)

f1 = luas desain dalam (4,25 cm)

f2 = luas desain dalam (10,5 cm)

x = faktor yang tergantung pada bentuk penampang dan kelengkungan

kait (0,12)

= jarak antara garis nol dengan centroid (1,185 cm)

h2 = e1 = jarak antara garis nol dengan kontur dalam (5,095 cm)

Tegangan tarik maksimum pada kontur dalam ( I), bagian dalam akan

mengalami tarikan ketika kait mengangkat beban ( tegangan aman tidak boleh

melebihi 1800 kg/cm2 untuk bahan dari baja karbon cor SC 37)

I = Fxa

e Q2 ₁

………...………..(2.4)

I =

13 120 , 0 104

095 , 5 2 12100

x x

I = 759,97 kg/cm2

dari perhitungan didapat I = 759,97 kg/cm2 , aman karena lebih kecil dari batas

(30)

Tegangan tekan maksimum pada kontur luar ( II), tegangan terbesar yang

diterima kait ketika menahan beban pada bagian luar yang menerima tekanan

( tegangan tekan aman tidak boleh melebihi 900 kg/cm2 untuk bahan dari baja

karbon cor SC 37, nilai dari tegangan tekan aman biasanya setengah dari nilai

tegangan tarik ijin)

II =

) 2 (

2

h a Fx

Qe

+

...(2.5)

dengan h = 13 cm

e2 =h – e1 ...(2.6)

e2 = 13 – 5,095

e2 = 7,905 cm

II =

) 13 5 , 6 ( 12 , 0 104

905 , 7 12100

+

x x

x

II = - 393,04 kg/cm2

dari perhitungan didapat II = - 393,04 kg/cm2, aman karena lebih kecil dari

tegangan tekan ijin = 900 kg/cm2

(31)

Hasil analisa dari cosmoswork untuk kait, material yang digunakan AISI

304 dengan batas mulur(σy = 2068 kg/cm2)

Gambar 2.3 . hasil analisa desain kait menggunakan cosmoswork

Pada gambar 2.2 terlihat FOS ( factor of safety) = 1,2. ini berarti kait

mampu menerima beban 1,2 dari baban yang dikenakan yaitu 12 ton. Bila

kapasitasnya 6 ton dan angka keamanan (2) maka kait mampu menerima beban

sekitar 14 ton.

Bantalan yang dipakai adalah bantalan peluru aksial. Bantalan ini

memungkinkan kait untuk berputar dengan mudah pada saat menangani beban

(32)

digemuk). Bantalan ini dipasangkan pada batang lintang yang berfungsi sebagai

dudukannya.

Gambar 2.4. Bantalan Peluru untuk Kait

Dari tabel harga desain dasar bantalan pada lampiran 2 diketahui spesifikasi

bantalan. Kapasitas pengangkatan 15 ton, limit beban kerja 15,8 ton,

spesifikasinya

d1= 80 mm D1 = 145 mm

d4 = 82 mm k = 50 mm

d5 = 110 mm R = 110 mm

D = 136 mm r = 2 mm

2. 2. 1.2 Batang Lintang

Untuk menggantung kait pada rumah kait digunakan batang lintang. Batang

lintang kait dapat berputar pada pelat sisi rumahnya yang diperkuat sengan strap

(33)

pada dua arah yang saling tegak lurus. Batang lintang ini ditempa dari baja dan

diberi trunion ( batang gerak) pada ujungnya

Gambar 2.5. batang lintang

ukuran batang lintang adalah sebagai berikut:

l = panjang batang lintang (200 mm)

d1 = diameter dudukan bantalan (145 mm)

d2 = diameter lubang batang lintang (80 mm)

b = lebar batang (200 mm)

D = diameter trunion (40 mm)

(34)

Dipakai bahan baja karbon untuk kontruksi mesin ( JIS G 4051) S 45 C

dengan batas mulur(σy )= 5000 kg/cm2

Momen lentur maksimum (Ml maks) yang akan terjadi bila batang lintang

mengalami beban 12100 kg

Beban total Q = 12100 kg

Ml maks = ( 0,5 )

4 l d1

Q

− ...(2.7)

= (20 0,5 14,5) 4

12100

x

x −

= 583068,75 kg.cm

Momen perlawanan (W). Volume batang lintang yang mengalami

tegangan

W= ( ₂) 2 6

1

h d

b− …………...…...……….(2.8)

= ₍₂₀ ₈₎₆2

6 1

−

(35)

Tegangan lentur ( lentur). Tegangan yang terjadi pada batang lintang,

Tegangan aman yang diijinkan 5000 kg/cm2

lentur =

W

M

_lmaks

……….………(2.9)

(N. Rudenko, 1996, hal. 104)

=

128 75 , 583068

= 4555 kg/cm2

dari perhitungan didapat lentur = 4555 kg/cm2, aman karena lebih kecil dari

tegangan aman yang diijinkan = 5000 kg/cm2

Hasil analisa dari cosmoswork untuk batang lintang, material yang

digunakan AISI 304 dengan batas mulur(σy) = 2068 kg/cm2

(36)

Pada gambar 2.6 terlihat FOS ( factor of safety) = 1,5. ini berarti batang

lintang mampu menerima beban 1,5 dari beban yang dikenakan yaitu 12 ton. Bila

kapasitasnya 6 ton dan angka keamanan (2) maka kait mampu menerima beban

sekitar 18 ton.

2. 2. 1.3 Sekal

Batang lintang kait dapat berputar pada pelat sisi rumahnya yang diperkuat

oleh sekal yang terbuat dari pelat baja.

Bahan yang digunakan dalam pembuatan sekal yaitu baja karbon cor

SC 37 (JIS G 5101) dengan batas mulur (σy) = 1800 kg/cm2. Desain dari sekal

yang akan mempunyai ukuran sebagai berikut:

Diameter lubang (d) = 4 cm Jari – jari sakel (R) = 8 cm

Lebar sekal (b) = 8 cm Tebal sekal (s) = 1 cm

Gambar 2.7 penampang lintang sekal

(37)

Tegangan maksimum pada permukaan A3 ( A3)

A3 = ₂ ₂

2 2

4 4 2 R d

d R x ds Q − + ...(2.10)

(N. Rudenko, 1996, hal. 101)

= ₂ ₂

2 2 4 ) 8 ( 4 4 ) 8 ( 4 1 4 2 12100 − + x x x x x

= 1713,66 kg/cm2

dari perhitungan didapat A3 = 1713,66 kg/cm2, aman karena lebih kecil dari

tegangan aman yang diijinkan =1800 kg/cm2

Tegangan maksimum pada penampang A2 ( A2)

A2 = s d b Q ) (

2 − ...(2.11)

(N. Rudenko, 1996, hal. 100)

= 1 ) 4 8 ( 2 12100 −

= 1512,5 kg/cm2

dari perhitungan didapat A2 = 1512,5 kg/cm2, aman karena lebih kecil dari

(38)

Hasil analisa dari cosmoswork untuk sekal, material yang digunakan AISI

304 dengan batas mulur(σy) = 2068 kg/cm2

Gambar 2.8 . hasil analisa desain sekal menggunakan cosmoswork

Sekal yang dipakai berjumlah 2 buah, masing-masing akan menerima beban

6 ton. Dari gambar 2.8 terlihat FOS ( factor of safety) = 1,3 ini berarti sekal

mampu menerima beban 1,3 dari beban yang dikenakan yaitu 6 ton. Maka sekal

mampu menerima beban 7,8 ton.

Pemeriksaan trunion batang lintang, tegangan aman yang diijinkan 5000

kg/cm2

Momen maksimum trunion (M2 maks)

M2 maks =

2 2

1 s s x

Q +

...………..(2.12)

(39)

s = tebal sekal (1 cm)

s1 = tebal pelat samping (0,5 cm)

M2 maks =

2 ) 5 , 0 1 ( 2

12100 +

x

= 4537,5 kg-cm

Momen perlawanan trunion (Wtr)

Wtr =

C I

………..(2.13)

dengan, I = momen inertia trunion

C = jari – jari trunion

I = 4 64d

π

= 44 64x

π

= 12,56cm4

Wtr =

2 56 , 12

(40)

.Tegangan lentur pada trunion ( lentur)

lentur =

tr

W M₂

………..(2.14)

(N. Rudenko, 1996, hal. 104)

= 28 , 6

5 , 4537

= 722,53 kg/cm2

dari perhitungan didapat lentur = 722,53 kg/cm2 , aman karena lebih kecil dari

tegangan aman yang diijinkan 5000 kg/cm2

2. 2. 1.4 Gandar

Gandar yang dipakai untuk berputarnya puli menggunakan bahan baja

karbon untuk kontruksi mesin S30C ( JIS G 4051 ) yang mempunyai batas mulur

(σy)= 29 kg/mm2.

Gambar 2.9 gandar dan bebannya

l = panjang gandar ( 205 mm)

a = 102,5 mm

Q = 12100 kg

Besar momen lentur yang terjadi

MB =

2 .a Q

………(2.15) a

l

C B

A

(41)

( G. Niemann, 1994. hal 325)

=

4 5 , 102 12100x

= 310062,5 kg mm

Diameter minimal gandar

ds = 2,71 3

a B

M

σ

………...(2.16)

( G. Niemann, 1994. hal 321)

= 2,17 3

29 5 , 310062

= 47,805 mm

Diameter gandar diambil 50 mm

Hasil analisa dari cosmoswork untuk gander puli, material yang digunakan

AISI 304 dengan batas mulur(σy)= 2068 kg/cm2

(42)

Pada gambar 2.10 terlihat FOS ( factor of safety) = 1. ini berarti gandar

mampu menerima beban 1x dari beban yang dikenakan yaitu 12 ton.

Bantalan untuk berputarnya puli pada gandar dipilih bantalan rol silinder.

Dari tabel bantalan pada lampiran 10 dipilih bantalan dengan spesifikasi sebagai

berikut:

Jenis bantalan : Type N 310EC

Diameter luar (D) : 110 mm

Diameter dalam (d) : 50 mm

Jari-jari fillet luar (r) : 2 mm

Jari-jari fillet dalam (r1) : 2 mm

Lebar (b) : 20 mm

Beban nominal dinamis izin : 110000 N = 11000 kg

Perhitungan kekuatan bantalan

a. Perhitungan faktor umur (fh)

10 3

500

= Lh

fh ………...………(2.17)

(Sularso, 1997, hal.136)

dengan Lh = umur bantalan yang direncanakan (20000 jam), dari

tabel bantalan untuk permesinan dan umur nya

pada lampiran 9

10 3

500 20000

=

fh

024 , 3

=

(43)

b. Perhitungan faktor kecepatan (fn) 10 3 3 , 33 = n

fn ………..(2.18)

10 3 23 , 21 3 , 33 = fh 16 , 1 = fh

c. Perhitungan beban equivalen dinamis (P)

a

r yF

F x

P= . + . ...(2.19)

dengan Fr = beban radial ( kg

Q

6050 2

12100

2 = = )

a

F = beban aksial, besarnya dapat diabaikan karena

drum ditumpu oleh dua bantalan sehingga drum

tidak mendapat beban aksial

x = 1 untuk bantalan bola baris tunggal

y = 0

0 0 6050 1x x

P= +

P = 6050 kg

d. Perhitungan beban nominal dinamis (C)

fn fhP

C = ...(2.20)

(44)

16 , 1

6050 . 415 , 3

=

C

C = 9943,27 kg

Pemilihan bantalan benar karena Cdinamis < Cdinamis izin

Karena perhitungan 1 bantalan menggunakan setengah beban maka dipakai 2 bantalan pada perancangannya.

2.2.2 Kabel Kawat Baja

Dalam kabel kawat baja banyak sekali hal – hal yang sangat kompleks dan

rumit mengenai tegangan yang terjadi pada kabel kawat baja tersebut. Tegangan

yang terjadi tersebut merupakan gabungan dari tegangan tarik, lentur dan puntir

serta adanya tekanan dan gesekan antara kawat dan untaian. Disamping itu dengan

adanya tali yang melewati puli dan drum akan mengakibatkan kekuatan tali

tersebut menjadi berkurang, hal ini disebabkan karena kikisan yang dialami oleh

kawat bagian luar.

Gambar 2.11 penampang tali tipe 6 x 37 = 222 +1c

(45)

Gambar 2.12 skema pengangkatan

Dari gambar skema pengangkatan jumlah lengkungan yang digunakan

yaitu 15, sehingga dari tabel jumlah lengkungan pada lampiran 3, didapatkan

perbandingan antara diameter drum atau puli (Dmin ) dengan diameter tali (d) yaitu

5 , 37

min =

d D

………...……….…….(2.21) (N. Rudenko, 1996, hal. 36)

Menentukan tarikan maksimum pada tali (Sw)

Sw =

1

ηη n

Q

………..(2.22)

dengan, Q = beban total (12100 kg)

n = jumlah puli (5)

= efisiensi puli (0,8), dari tabel efisiensi puli pada lampiran 3

1 = efisiensi akibat tali (0,98)

drum puli 1

puli 2

puli 4

puli 5 puli 3

(46)

S = 98 , 0 823 , 0 5 12100 x x

= 3000,47 kg

Penampang tali (F)

Diambil desain tali dengan jumlah kawat i = 222

F(222) =

000 . 36 min D d K S b −

σ

……….……….(2.23)

Dari tabel tegangan tarik maksimum pada berbagai diameter dan beban

patah untuk tali baja 6 x 37 + 1 fibre core pada lampiran 4, diketahui:

kekuatan putus tali b :18.000 kg/cm2

Beban putus pada tali (P) : 8200 kg

Berat tali per meter : 0,480 kg/m

Faktor keamanan tali (K) : 2

F(222) =

5 , 37 000 . 36 2 000 . 18 47 , 3000 −

= 0,373 cm2

Diameter untuk satu kawat/ serat ( )

=

π

i F 4 ………..(2.24) =

π

x x 222 373 , 0 4

(47)

Diameter tali kawat baja (d)

d = 1,5δ i ………..………..(2.25)

= 1,5x0,046 222

= 1,02 cm diambil diameter tali = 12 mm

Pemeriksaan terhadap tarikan maksimal yang diizinkan

S =

K P

………..(2.26)

= 2 8200

= 4100 kg

Karena Sw < S (3000,47 kg <4100 kg), jadi pemilihan jenis tali benar karena

sudah memenuhi batas keamanan.

Beban putus tali yang sebenarnya (P)

P = S x K ………...………..(2.27)

= 3000,47 x 2

= 6000,94 kg

Tegangan tarik yang sebenarnya ( b)

b = F P

………(2.28)

=

373 , 0

(48)

= 16088,31 kg/cm2

Untuk mengetahui umur tali, menentukan dulu faktor m (faktor yang

tergantung pada jumlah lengkungan berulang dari tali z selama periode keausan

sampai tali tersebut rusak).

m =

2 1 min

C CC

d D

b

σ ……….……….(2.29)

dengan, b = tegangan tarik sebenarnya pada tali (kg/mm2)

C = faktor yang memberi karakteristik kontruksi tali dan

kekuatan tarik maksimum bahan kawat =0,89 (tabel

harga factor C pada lampiran 5)

C1 = faktor yang tergantung pada tali = 0,93 karena diameter

tali 12 mm (tabel harga factor C1 pada lampiran 5)

C2 = faktor yang menentukan faktor produksi dan operasi

tambahan yang tidak diperhitungkan oleh faktor C dan

C1, ( C2 = 1, pada tabel harga factor C2 pada lampiran 5)

m =

1 1 89 , 0 185 , 143

5 , 37

x x

x

= 0,26

dari tabel Harga factor m pada lampiran 6, didapat hubungan antara m

dengan jumlah lengkungan z1, maka dengan nilai m = 0,26 didapatkan

(49)

Umur kabel kawat baja (N)

β

2 1

az z

N = ………..(2.30)

dengan, a = jumlah siklus kerja rata rata perbulan (3400) dari tabel

harga a pada lampiran 6

z2 = jumlah lengkungan berulang per siklus kerja

(mengangkat dan menurunkan) pada tinggi

pengangkatan penuh dan lengkungan satu sisi (3)

= faktor perubahan daya tahan tali akibat mengangkut

muatan lenih rendah dari tinggi total dan lebih ringan

dari muatan (0,4)

z1 = jumlah lengkungan yang didapat dari tabel harga faktor m

pada lampiran 6

N =

4 , 0 3 3400

30000

x

= 7,35

Jadi umur kawat baja yaitu 7 bulan 11 hari.

2. 2.3. Perancangan Drum dan Puli

2. 2.3.1.Perancangan Drum

Drum yang akan dirancang menggunakan bahan dari baja karbon cor SC

37 (JIS G 5101) dengan kekuatan tarik (σb)= 3700 kg/cm2 dan batas mulur (σy)=

1800 kg/cm2 . Dengan membuat berongga pada bagian dalam dari drum, maka

(50)

Disamping itu untuk pemandu arah dari lilitan kabel kawat, maka dibuat alur helik

pada permukaan drum.

Gambar 2.13. Drum - faktor bahan dengan kekuatan yang dijamin, Sf1 = 6

- faktor konsentrasi tegangan karena poros akan diberi alur pasak atau dibuat

bertangga, Sf2 = 3

- faktor keamanan karena momen puntir, Kt = 1,5 (beban dikenakan

sedikit kejutan atau tumbukan)

- faktor koreksi pembebanan lentur, Km = 1 (beban dengan tumbukan

ringan)

Tegangan geser yang diijinkan

2

1 f

f b a

xS S

σ

τ

= ……… …………..(2.31)

= 3 6 3700

x

= 205,55 kg/cm2

Diameter drum dapat dihitung berdasarkan dari diameter kabel kawat baja

(51)

5 , 37

=

d Ddrum

Ddrum = 37,5 x 12

= 450 mm

Sedangkan untuk diameter drum yang diizinkan diperoleh dengan

menggunakan persamaan berikut ini:

D e1.e2.d ……….(2.32)

e1 = faktor yang tergantung pada alat pengangkat dan kondisi operasinya

(30) didapat pada dari harga e1 lampiran 7

e2 = faktor yang tergantung pada konstruksi tali (0,9) didapat pada dari

harga e2 lampiran 7

D 30x0,9x12

D 324 mm

Panjang drum (L), drum yang didesain hanya untuk satu tali tergulung ,

sehingga hanya mempunyai satu arah helik ke kanan. Dalam perhitungan panjang

drum, perlu juga diketahui juga jumlah lilitan pada tiap sisi dari drum yang

didapatkan dari persamaan berikut ini:

2

+ =

D Hi z

π

………...(2.33)

dengan, z = jumlah lilitan

H = tinggi angkatan muatan (3500 cm)

i = perbandingan sistem tali (1)

(52)

Angka dua ditambahkan untuk lilitan yang menahan muatan.

2 45

1 3500

+ =

x x z

π

z = 26,76 lilitan

Digunakan jumlah lilitan z = 27 lilitan.

Dari perhitungan diameter kabel kawat baja di muka telah didapatkan

d = 12 mm, maka dengan menggunakan tabel dimensi alur drum pada lampiran 8,

maka diambil d = 13 mm dengan alur standar didapatkan r1 = 8 mm, s1 = 1,7 mm

dan c1 = 4 mm. Untuk perhitungan panjang drum digunakan persamaan berkut ini:

Gambar 2.14. Dimensi Alur Drum

s D Hi

L = +7

π

………...……….(2.34)

dengan, s = kisar (cm)

5 , 1 7 45

1

3500 ₊

=

x x L

π

L = 47,65 cm

Digunakan panjang drum sepanjang L = 48 cm

Tebal dinding drum yang digunakan ( ). Tebal dinding drum dari besi cor

(53)

= 0,02 D + 1 ………...……….(2.35)

= (0,02x45) + 1

= 1,9 cm

Pemeriksaan terhadap tegangan komplek pada drum tidak boleh melebihi

dari tegangan aman yang diizinkan yaitu1800 kg/cm2.

Tegangan komplek ( comp)

1

s S

comp

ω

σ

= ...(2.36)

dengan, S = gaya maksimal pada kabel

s1 = jarak dua alur berurutan/kisar

5 , 1 9 , 1

47 , 3000

x

comp =

σ

2

/ 63 ,

1052 kg cm

comp =

σ

dari perhitungan didapat Tegangan komplek ( comp) = 1052,63 kg/cm2, aman

karena lebih kecil dari tegangan aman yang diijinkan =1800 kg/cm2

Pemeriksaan kekuatan drum terhadap lenturan dan torsi, dari perhitungan

dimensi drum diatas maka diperoleh ukuran drum sebagai berikut:

D1 = diameter luar (45 cm)

(54)

L = panjang drum (48 cm)

Pemeriksaan terhadap momen lentur ( lentur)

lentur = I MC

………(2.37)

(R. S. Khurmi dan J. K. Gupta, 1982, hal. 111)

dengan, M = momen maksimum drum, terjadi ketika tali berada di

tengah–tengah drum yang berjarak L dari tumpuan

(kg.cm)

C = jari – jari dalam drum (cm)

I = momen inersia drum (cm4)

Beban Q = 12100 k

Q

L

Ra Rb

Gambar 2.15. Pembebanan Drum

2

L x Ra

M = ………(2.38)

2 2

L x Q

M =

2 48 2

12100

x

M =

cm kg M =145200 .

(55)

I = momen inersia drum (cm4) ) ( 64 4 2 4 1 D D

I =

π

− ………(2.39)

) 1 , 43 45 ( 64 4 4 − =

π

I 4 21 , 31886 cm I = sehingga,

lentur = I MC

lentur =

21 , 31886 55 , 21 145200x

lentur = 98,13 kg/cm2

. Pemeriksaan terhadap torsi (T)

T = Q x Rdrum ………...…..(2.40)

T = 12100 x 21,55

T = 260755 kg.cm

Tegangan geser terhadap drum ( )

− = 1 4 2 4 1 16 D D D T

π

τ

...(2.41)

(R. S. Khurmi dan J. K. Gupta, 1982, hal. 107)

− = 45 1 . 43 45 260755 16 4 4

π

τ

x 2 / 99 ,

91 kg cm

=

(56)

dari perhitungan didapat tegangan geser terhadap drum ( ) = 91,99 kg/cm2, aman

karena lebih kecil dari tegangan geser yang diijinkan τa =1800 kg/cm2

Dalam pemilihan plat untuk pengikat kabel kawat baja digunakan standar

dari Soviet. Dengan berdasar pada diameter kabel kawat baja yang digunakan

yaitu 12 mm, maka dari tabel pengikat kabel standar soviet pada lampiran 8

didapatkan data – data sebagai berikut:

k = 52 mm, t = 35 mm, do = 16 mm, l = 45 mm, c =5 mm, jumlah

ikatan =1

Gambar 2.16. standar soviet untu mengikat tali drum ( Rudenko 1992, hal 78 )

Poros drum menggunakan bahan S30C (baja karbon untuk kontrulsi mesin

JIS G 4051), kekuatan tarik σb =5500 kg/cm2, tegangan geser yang diijinkan

a = 305,55 kg/cm2dan batas mulur σy = 3400 kg/cm2 Beban total yang diderita

(57)

5 cm RA

RB

5 cm 48 cm

12100 kg

Momen terbesar terjadi pada saat tali berada di tengah–tengah drum

Gambar 2.17. Pembebanan Poros Drum

MB = 0

0 = RA x 58 – 12100 x 29

RA =

58 29 12100x

RA = 6050 kg

Perhitungan reaksi di B

RB = 12100– RA

RB = 12100 – 6050

RB = 6050 kg

Perhitungan besarnya momen pada titik yang berjarak X dari tumpuan A (MX)

untuk 0 < X < 5

MX = RA.X

= 6050 X

M0 = 6050 x 0

= 0

(58)

= 30250 kg

untuk 5 X 58

MX = RAX – 6050 (X - 5)

= 6050X – 6050 (X – 5)

= 6050 X – 6050X + (6050 x 5 )

= 30250 kg.cm

Menghitung Torsi

n N

T =71620 ...……….……….(2.42)

(N. Rudenko, 1996, hal. 292)

dengan N = daya statik motor (hp)

n = kecepatan putaran `drum (rpm)

Daya statik motor (N)

η

75

Qv

N = …...………...………..(2.43)

(N. Rudenko, 1996, hal. 292)

dengan Q = beban angkat (kg)

v = kecepatan angkat (m/s) dilihat dari sistem pulinya maka didapat

jika keceptan angkat 30 m/menit maka kecepatan drum 60

m/menit

= efisiensi (0,8)

8 , 0 . 75

1 . 12100

=

N

(59)

Putaran drum sama dengan putaran poros IV (n8) D v n

π

= 8 ………..………....………(2.44) 45 6000

8 =

π

n

rpm n₈ =42,46

46 , 42 66 , 201 71620 = T cm kg T =340152,83 .

Menghitung diameter poros drum (ds)

(

) (

)

3

1 2 2 . . 1 , 5 +

≥ KmM KtT

ds

a

τ

………...…...…….(2.45)

Dengan τa = tegangan geser ijin

(

) (

)

3

1 2 2 83 , 340152 . 1 30250 . 5 , 1 55 , 305 1 , 5 ₊ ≥ ds cm ds≥17,09

Dari Tabel poros pada lampiran 9 maka dipilih diameter poros drum sebesar

180 mm.

Tegangan geser yang terjadi:

3 1 , 5 Ds T × =

τ

………..(2.46)

(60)

3

18 83 , 340152 1

, 5 ×

=

τ

= 297,45 kg/cm2

Tegangan rencana: τa x Sf2 = 305,55 x 3 = 916,65 kg/cm2

Syarat terpenuhi : τ x kt x Cb < τa x Sf2

Dengan Cb = faktor lenturan (1,2)

Maka : 535,41 kg/cm2< 916,65 kg/cm2

Direncanakan pada poros ini akan terdapat spline (poros bintang) sepanjang

168 mm. dengan dimensi sebagai berikut

Diameter dalam (di) sebesar = 192 mm.

Diameter luar (do) sebesar = 180mm.

Banyaknya baji (i) sebanyak = 12

Lebar baji (b) sebesar = 24 mm.

Gambar 2.18. poros bintang

Pemeriksaan kekuatan poros spline

(61)

l

b

F

K

×

=

τ

…………..………...(2.47)

(Sularso, 1997, hal. 25) :

2 / 3 168 24 12100 mm kg

K = _× =

τ

Tekanan permukaan (P):

l t F P × = ………...(2.48)

(Sularso, 1997, hal. 27)

Untuk t = kedalaman alur pasak, yaitu sebesar 12 mm.

Maka : 9,002 168 12 12100 = × =

P kg/mm2

Tekanan permukaan ijin (Pa) untuk poros yang berdiameter besar biasanya

telah ditentukan, yaitu sebesar 10 kg/mm2 (Sularso, 1997, hal. 27). Maka syarat

dan ketentuan berikut ini :

K

Ka

τ

≥ dan Pa> P

(₃_,₀₅₅_kg_/_mm2≥₃_kg_/_mm2_{) dan (}₁₀_kg_/_mm2 >₉_,₀₀₂_kg_/_mm2_).

Pemeriksaan poros terhadap sudut puntir (θ) . Batas maksimum sudut puntir

pada poros yaitu antara 0,250-0,30 persatuan panjang. Poros terbuat dari baja

dengan modulus geser G = 830.000 kg/cm2. dengan panjang poros 58 cm

4 584 Gds l T =

θ

...(2.49)

(62)

13 , 0

=

θ untuk 0,58 m maka untuk 1 meter = 0,22

karena0,22≤0,25, aman

Pemeriksaan poros terhadap lenturan (y). Batas maksimum lenturan pada

poros yang diijinkan adalah sebesar 0,3 persatuan panjang.

l ds l Fl y ₄ 2 2 2 1 4 10 . 23 , 3 −

= ……….………(2.47)

580 180 290 . 290 . 12100 10 . 223 , 3 4 2 2 4 − = y

y = 0,045 untuk 58 cm, untuk 1 m = 0,077, maka 0,077<0,3 ( aman)

Bantalan yang digunakan untuk poros drum ini dipilih bantalan bola Dari

tabel bantalan pada lampiran 22 maka dipilih bantalan dengan spesifikasi sebagai

berikut:

Jenis bantalan : Bola radial Type 6236

Diameter luar (D) : 320 mm

Diameter dalam (d) : 180 mm

Jari-jari fillet luar (r) : 4 mm

Jari-jari fillet dalam (r1) : 4 mm

Lebar (b) : 52 mm

Beban nominal dinamis izin : 255000 N = 25500 kg

Perhitungan kekuatan bantalan

(63)

10 3

500

= Lh

fh ………...………(2.48)

dengan Lh = umur bantalan yang direncanakan (30.000 jam), dari tabel

bantalan untuk permesinan dan umur nya pada lampiran 9

10 3 500 20000 = fh 415 , 3 = fh

Perhitungan faktor kecepatan (fn)

10 3 3 , 33 = n fn ………..(2.49)

10 3 46 , 42 3 , 33 = fh 93 , 0 = fh

Perhitungan beban equivalen dinamis (P)

a

r yF

F x

P = . + . ...(2.50)

dengan Fr = beban radial ( kg

Q

6050 2

12100

2 = = )

a

F = beban aksial, besarnya dapat diabaikan karena drum

ditumpu oleh dua bantalan sehingga drum tidak mendapat

(64)

x = 0,56 untuk bantalan bola baris tunggal

y = 0

0 0 6050 56

,

0 x x

P= +

P = 3388 kg

Perhitungan beban nominal dinamis (C)

fn fhP

C = ...(2.51)

93 , 0

3388 . 415 , 3

=

C

C = 12446,76 kg

Pemilihan bantalan benar karena Cdinamis < Cdinamis izin

2. 2.3.2. Perancangan Puli

Gambar 2.19. puli

Puli dibuat dari bahan besi cor kelabu FC 20 (JIS G 5501) dengan kekuatan

tarik σb = 24 kg/mm2 Diameter puli = 420 mm. Untuk desain dari puli tali diambil

ukuran-ukuran berdasarkan tabel roda puli pada lampiran 10, dengan menganggap

(65)

Gambar 2.20. Roda Puli Tali

Ukuran dari puli tali (gambar 2.20) yaitu sebagai berikut:

a = 40 mm b = 30 mm c = 7 mm e = 1 mm h = 25 mm

l = 10 mm r = 8,5 mm r1 = 4 mm r2 = 3 mm r3 = 12 mm

r4 = 8 mm

2.2.4 Pemilihan Motor Penggerak

Gambar 2.21. Motor

(catalog motor AC tiga fase pada AEG Electric Motors)

Motor listrik disini digunakan untuk mengangkat beban (W) sebesar 12100

kg, dengan kecepatan maksimal pengangkatan (v) sebesar 30 m/min dengan

(66)

Perhitungan daya statik motor (N)

Dengan mengunakan persamaan 2.45 maka didapatkan harga daya adalah

N = η 75

v Q

………(2.52)

8 , 0 . 60 . 75

60 . 12100

=

N

N = 201.66 hp

Pemilihan motor listrik sesuai dengan catalog motor AC tiga fase pada AEG

Electric Motors( terdapat pada lampiran 19, dan juga dimensi dari motor pada

lampiran 20)

Motor listrik yang digunakan adalah motor listrik tiga fase

Type : AM 315 MZE

Daya : 220 hp / 160 kW

Voltase : 380 V – 420 V± 5% - 50 Hz

Faktor daya (cos θ) : 0,86

Jumlah kutub : 4

Putaran (n) : 1485 rpm

Diameter poros (d) : 80 mm

Jari-jari girasi motor (GD2) : 98,1 kg.m2

izin M

M

rata rata

tot

−

: 2,1

Momen girasi kopling (GD_kopling2 )

dporos = 80 mm, maka dari tabel Nilai perkiraan momen inersia kopling pada

(67)

2

kopling

GD = 4.I.g ...(2.53)

(N. Rudenko, 1996, hal. 300)

= 4.0,0078.9,81

= 0,3060 kgm2

2

tot

GD = GD_motor2 + GD_kopling2 ...(2.54)

(N. Rudenko, 1996, hal.300)

= 98,1 + 0,3060

= 98,4 kgm2

Perhitungan momen tahanan statik motor (Mst)

n N

M_st =71620 ...(2.55)

(N. Rudenko, 1996, hal. 292)

1485 66 , 201 71620 = st M

Mst = 9725,85 kg.cm = 97,258 kg.m

Perhitungan momen tahanan dinamis motor (M_din )

η

δ

s s tot din t n v Q t n GD M 2 2 975 , 0 375 +

= ...(2.56)

(N. Rudenko, 1996, hal. 293)

dengan = koefisien yang memperhitungkan pengaruh massa mekanisme

transmisi (1,25)

(68)

8 , 0 . 5 . 1485 60 60 . 12100 . 975 , 0 5 . 375 1485 . 4 , 98 . 25 , 1 2 + = din M m kg M_din₁ =99,366 .

Perhitungan momen tahanan total motor (Mtot)

st din

tot M M

M = + …...(2.57)

(N. Rudenko, 1996, hal. 296)

tot

M = 99,366+ 97,258

= 196,62 kg.m

Perhitungan momen rata-rata motor (M_rata)

n N

Mrata =716,2 ………...(2.58)

1485 220 2 , 716 = rata M rata

M = 106,103 kg.m

53 , 0 624 , 196 103 , 106 = = rata tot M M ...(2.59)

Aman jika

rata tot

M M

< izin M M rata rata tot −

, dari perhitungan didapat 0,53 < 2,1

(69)

2.2.5 Perancangan Transmisi Roda Gigi

2.2.5.1 . Perancangan Roda Gigi

Perancangan transmisi roda gigi untuk gerak pengangkatan menggunakan

susunan roda gigi lurus dengan 3 tingkat kecepatan.

Gambar 2.22 skema transmisi

Angka transmisi total diperoleh dengan membandingkan antara kecepatan

putar poros motor (n1) dengan kecepatan putar dari poros drum (n8).

8 1

n n

i_tot = ………(2.60)

dengan n₈ = 42.46 rpm

46 , 42 1485

=

tot

i

9 , 34

=

tot

i ≅ 35

Angka transmisi tiap roda gigi yaitu

Kopling RG = roda gigi

Kopling

RG6

RG5 RG4

RG3

RG2 RG1

drum rem

motor

(70)

i tot= i12 x i34 x i56

35 = 4 x 3,5 x 2,5

Dari perhitungan di atas maka dapat ditentukan besarnya angka transmisi

pada tiap roda gigi sebagai berikut:

i12 = 4

i34 = 3,5

i56 = 2,5

Perancangan roda gigi tingkat I

Jenis roda gigi yang digunakan yatiu roda gigi standar lurus. Daya rencana

yang akan ditransmisikan (P) sebesar 160 KW. Sudut tekan pahat yang digunakan

yaitu sebesar 200 , sedangkan faktor koreksinya (fc) sebesar 1.

Putaran poros , n1 = 1485 rpm

Perbandingan reduksi , i12 = 4

Gambar 2.23 bagian-bagian roda gigi

(71)

12 1

i 1

a . 2 d

+

= ...(2.61)

(Sularso, 1997, hal 216)

dengan d1 = diameter sementara lingkaran jarak bagi (mm)

a = jarak sumbu poros sementara, diambil 300 mm

i12 = angka transmisi roda gigi 1dan roda gigi 2

d1 =

4 1

300 2

+

x

d1 = 120 mm

d2 = d1 x i12 ...(2.62)

d2 = 120 x 4

d2 = 480 mm

Modul pahat, m = 8, α0 = 20 o ( nilai didapat pada lampiran 12)

Jumlah gigi :

z1 = jumlah roda gigi 1

z2 = jumlah roda gigi 2

m d

z 1

1 = ...(2.63)

z1 =

8 120

z1 = 15

z2 = z1 x i12 ...(2.64)

(72)

z2 = 15 x 4

z2 = 60

Diameter lingkaran jarak bagi :

d01 = z1 x m...(2.65)

= 15 x 8 = 120 mm

d02 = z2 x m = 60 x 8 = 480 mm

Jarak sumbu poros :

a01 =

2

02 01 d

d +

...(2.66)

a01 =

2 480 120+

= 300 mm

Kelonggaran sisi, C0 = 0 mm

Kelonggaran puncak, ck = 0,25 x m ...(2.67)

ck = 0,25 x 8

ck = 2 mm

Diameter kepala :

dk1 = (z1 + 2 ) x m ...(2.68)

= ( 15 + 2 ) x 8 = 136mm

(73)

Diameter kaki :

df1 = (( z1 – 2 ) x m) – 2 ck ...(2.69)

= (( 15– 2 ) x 8) – 2 x 2 = 100 mm

df2 = (( z2 – 2 ) x m) – 2 ck = (( 60 – 2 ) x 8) – 2 x 2 = 460 mm

Kedalaman pemotongan (tinggi gigi) :

H = 2m + ck ………...………(2.70)

= 2 x 8+ 2 = 18 mm

Faktor bentuk gigi : Dengan pembacaan tabel factor bentuk gigi pada lampiran 13

maka didapatkan Y

z1 = 15 Y1 = 0.289

z2 = 60 Y2 = 0,421

Kecepatan keliling pada diameter jarak bagi roda gigi 1 dengan n1 :

v =

100 . 60

. .d₀₁n₁

π

………...(2.71)

1000 . 60 1485 . 120 .

π

= = 9,3 m/det

Gaya tangensial, gaya yang bekerja dalam arah putaran roda gigi pada titik jarak

baginya :

Ft = v

xP

102

…………...………...……….(2.72)

Ft =

3 , 9 160 . 102

(74)

Berdasarkan kecepatannya yaitu antara 0,5-10 m/s, maka harga faktor dinamis :

fv =

3 , 9 3 3 3 3 + =

+v = 0.24 ...(2.73)

Bahan pinion (RG 1) dan driven (RG 2) dibuat dari bahan yang sama yaitu baja

paduan SNC 22 dengan pengerasan kulit yang mempunyai sifat sebagai berikut

(pada tabel bahan di lampiran 13) :

- Kekerasan (HB) = 600 HB

- Tegangan lentur yang diijinkan ( a) = 55 kg/mm2

Berdasarkan harga kekerasan (HB) sebesar 600 HB, maka dengan pembacaan tabel

didapatkan kH = 0,569 kg/m (tabel factor tegangan kontak pada bahan roda gigi

pada lampiran 14)

Beban lentur yang diijinkan per satuan lebar sisi :

Fb1 = σa1 x m x Y1 x fv ………..(2.74)

Fb1 = 55 x 8 x 0,289 x 0,24

Fb1 = 30,94 kg/mm

Fb2 = σa2 x m x Y2 x fv

Fb2 = 55 x 8 x 0,421 x 0,24

Fb2 = 45,08 kg/mm

Beban permukaan yang diijinkan per satuan lebar :

FH =

2 1 2 01 h v z z 2z . d k . f + ……….……….……(2.75)

(75)

FH = 60 15 2.60 120 . 569 . 0 . 24 , 0 +

FH = 26,59 kg/mm

Fh < Fb1< F b2, maka F min = 26,59 kg/mm

Lebar sisi :

59 , 26 98 , 1749 min = = F F b t ...(2.76)

b = 65,81 mm

Diambil b = 66 mm

Cek 8,25 8 66 ₌ = m b (aman) ...(2.77)

(Syarat b/m antara 6-10)

Perancangan roda gigi tingkat II dan III

Cara perhitungan roda gigi tingkat II dan III ini adalah sama dengan cara

perhitungan pada pada perancangan roda gigi tingkat I (transmisi I). Hasil dari

perhitungan dapat disajikan dalam tabel berikut ini:

Transmisi Roda Gigi untuk tingkat II dan III Tingkat II Tingkat III

N (rpm) 371,25 106,21 Dipilih i 3,5 2,5

M 9 9

Z1 26 46

Z2 91 115

D1 (mm) 234 414

(76)

Tingkat II Tingkat III A0 (mm) 526,5 724,5

Ck 2,25 2,25

Co 0 0

Dk1 (mm) 252 432

Dk2 (mm) 837 1053

df1 (mm) 211,5 391,5

df2 (mm) 796,5 1012,5

H 20,25 20,25

Y1 0,344 0,400

Y2 0,445 0,445

V (m/s) 4,5 2,3

0,39 0,565

Fv

Bahan roda gigi pinion gear pinion gear SNC21 SNC21 SNC21 SNC21

kH (kg/m) 0,569 0,569

HB 600 600

a (kg/mm2) 40 40

F'b1 (kg/mm) 49,23 81,48

F'b2 (kg/mm) 63,68 90,65

Ft (kg/mm) 3589,711 7092 Fh (kg/mm) 82,337 190,44

B (mm) 72,91 87,02

b/m 8,1 9,66

6<8,1<10 baik 6<9,66<10 baik

2.2.5.2 . Perancangan Poros Roda Gigi

Poros merupakan elemen mesin yang berfungsi untuk meneruskan daya dari

(77)

puntir dan lentur sehingga pada permukaan poros akan terjadi tegangan geser

karena momen puntir T dan tegangan karena momen lentur M. Poros-poros ini

disusun sejajar satu sama lain, hal ini disebabkan karena roda gigi yang digunakan

adalah roda gigi lurus. Pada rancangan ini terdapat 4 poros.

Untuk bahan dari poros diambil baja karbon untuk kontruksi mesin JIS G

4051 ( S55C). Sifat dari bahan tersebut adalah sebagai berikut:

- kekuatan tarik ( b) : 80 kg/mm2

Untuk perhitungan poros selanjutnya maka harus ditentukan terlebih dahulu

beberapa faktor yang menyangkut keamanan sebagai berikut:

- faktor bahan dengan kekuatan yang dijamin, Sf1 = 6

- faktor konsentrasi tegangan karena poros akan diberi alur pasak atau

dibuatbertangga, Sf2 = 3

- faktor keamanan karena momen puntir, Kt = 1,5 (beban dikenakan sedikit

kejutan atau tumbukan)

- faktor koreksi pembebanan lentur, Km = 1 (beban dengan tumbukan ringan)

Tegangan geser pada poros yang diijinkan

2

1 f

f b a

xS S

σ

τ

= ...(2.78)

2

/ 44 , 4

3 . 6

80

mm kg

a a

= =

(78)

Perhitungan Poros I

Daya yang ditransmisikan , P = 160Kw

Putaran poros 1, n1 = 1485 rpm

Momen puntir rencana :

1 5 . 10 74 , 9 n P x

T = ...(2.79)

mm kg T x T . 76 , 104942 1485 160 10 74 , 9 5 = =

Berat roda gigi 1 (RG 1) :

Wgl = x

π

xd xb1x

ρ

x fk

2 1

25 ,

0 ...(2.80)

Dengan d1 = diameter jarak bagi 120 mm

b1 = lebar gigi 66 mm

= berat jenis bahan roda gigi (baja) 7833 x 10-9 kg/m3

fk = faktor koreksi 1 (roda gigi pejal) dan 0,4 ( berongga)

Wgl = 0,25x1202x

π

x66x7833x10−9x1

Wgl = 5,8 kg

Gaya tangensial

FT1 = FT ………....(2.81)

= 1749,98kg

Gaya radial :

(79)

RG 1

65 mm

250 mm

B A

= 1749,98x tan 200

= 635,24 kg

Poros dan letak roda gigi 1 dapat digambarkan sebagai berikut:

Gambar 2.24 Poros I

Poros didukung oleh dua buah bantalan yang diletakkan pada kedua ujung

poros sehingga beban dari roda gigi dapat ditahan oleh reaksi pada bantalan.

Dengan berdasar pada reaksi A dan B, maka kita dapat menentukan momen lentur

yang terjadi.

Gaya reaksi pada tumpuan akibat gaya radial :

kg R x R x F R RB RB R RB 163 , 165 250 65 24 , 635 250 65 1 = = =

RRA = FR1 – RRB

= 635 – 165,163

= 470,079 kg

Gaya reaksi pada tumpuan akibat gaya tangensial:

kg R x R x W F R TB TB g T TB 51 , 456 250 65 ) 8 , 5 1749 ( 250 65 ) ( 1 1

=

+ =

(80)

RTA = FT1 + Wg1 – RTB

= 1749,98 + 5,8 –456,51

= 1299,31 kg

Momen lentur akibat gaya radial :

MR = RRA x 65 = 470,079 x 65 = 30555,18 kgmm

Momen lentur akibat gaya tangensial :

MT = RTA x 65 = 1299,31 x 65 = 84455,13 kgmm

Momen lentur gabungan :

2 2

) ( )

( _R _T

G M M

M = + ………...………..(2.83)

mm kg M M G G . 51 , 89812 ) 13 , 84455 ( ) 18 , 30555

( 2 2

=

+ =

Diameter poros

(

) (

)

3

1 2 2 . . 1 , 5 +

≥ KmM KtT

ds

a

τ

……….………(2.84)

3 / 1 2 2 ) 76 , 104942 5 , 1 ( ) 51 , 89812 1 ( 44 , 4 1 , 5 ₊

≥ x x

d_s

ds≥ 57,71 mm

Diambil ds = 80 mm karena untuk menyamakan dengan diameter dari motor

penggerak.

Tegangan geser yang terjadi :

2 2

3 ( ) ( )

1 , 5 KtxT KmxM ds + =

τ

...(2.85)

(81)

2 2

3 (1 89812,51) (1,5 104942,76)

) 80 (

1 , 5

x

x +

=

τ

= 0,963 kg/mm2

Tegangan rencana : τa x Sf2

= 4,44 x 3 = 13,33 kg/mm2

Syarat yang harus dipenuhi :

(

τ

×Kt×Cb

)

< tegangan rencana

Dengan Cb = factor lenturan ( diambil 1,5 )

Maka: ( 0,963 x 1,5 x 1,5 ) < 13,33

1,44 kg/mm2 < 13,33 kg/mm2

pemilihan poros sebesar 80 mm adalah cukup aman untuk menahan tegangan

geser yang terjadi.

Direncanakan pada poros ini akan terdapat spline (poros bintang) sepanjang

94 mm. dengan dimensi sebagai berikut

Diameter dalam (di) sebesar = 86 mm.

Diameter luar (do) sebesar = 80mm.

Banyaknya baji (i) sebanyak = 10

Lebar baji (b) sebesar = 12 mm.

(82)

Pemeriksaan kekuatan poros spline

Tegangan geser yang ditimbulkan (

τ

_K) :

l b

Ft

K = _×

τ

………...(2.86)

(Sularso, 1997, hal. 25) :

2 / 55 , 1 94 12 98 , 1749 mm kg

K = _× =

τ

Tekanan permukaan (P):

l t Ft P × = ………...(2.87)

Untuk t = kedalaman alur pasak, yaitu sebesar 8 mm.

Maka : 3,10 94 6 98 , 1749 ₌ × =

P kg/mm2

Tekanan permukaan ijin (Pa) untuk poros yang berdiameter besar biasanya

telah ditentukan, yaitu sebesar 10 kg/mm2 (Sularso,1997, hal. 27). Maka syarat

dan ketentuan berikut ini :

K

Ka

τ

≥ dan Pa> P

(4,44kg/mm2 ≥1.55kg/mm2) dan (10kg/mm2 >3,10kg/mm2).

Telah terpenuhi, maka poros bintang aman untuk digunakan.

(83)

0 4 3 04 , 0 ) 80 ( 10 3 , 8 250 76 , 104942 584 = =

θ

x x x

Besarnya defleksi puntiran yang terjadi yaitu sebesar 0,03 untuk 250 mm

maka untuk 1 meternya = 0,18. aman terhadap beban puntir karena lebih kecil dari

0,250.

Lenturan poros (y). Perhitungan lenturan poros berdasarkan resultan komponen

gaya tangensial dan gaya radial

kg F

F

F F

F _R _T

7 , 1861 ) 98 , 1749 ( ) 24 , 635 ( ) ( ) ( 2 2 2 2 = + = + =

Jarak titik pusat pembebanan ke bantalan A, l1 = 65 mm.

Sedangkan l2 =185 mm dan l = 250 mm

Maka : l ds l Fl y ₄ 2 2 2 1 4 10 . 23 , 3 − = ………..(2.89) mm y x x y 008 , 0 250 ) 80 ( ) 185 ( ) 65 ( 7 , 1861 10 . 23 , 3 ₄ 2 2 4 = = −

sehingga lenturan per 1 m jarak bantalan a