ANALISA KESETIMBANGAN GAYA DAN TITIK BERAT

EXCAVATOR KAPASITAS 2 TON

Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Menyelesaikan Program Studi Strata 1

Pada

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Oleh :

NUN ADI PRATAMA

D 200 140 194

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

iii

2018

HALAMAN PERSETUJUAN

ANALISA KESETIMBANGAN GAYA DAN TITIK BERAT EXCAVATOR

KAPASASITAS 20 TON

PUBLIKASI ILMIAH

Oleh :

NUN ADI PRATAMA

D 200 140 194

Telah diperiksa dan disetujui untuk diuji oleh :

Dosen pembimbing

Amin Sulistyanto, S.T, M.T

NIK : 698

ii

HALAMAN PENGESAHAN

ANALISA KESETIMBANGAN GAYA DAN TITIK BERAT EXCAVATOR

KAPASITAS 2 TON

OLEH

NUN ADI PRATAMA

D 200 140 194

Telah dipertahankan didepan Dewan Penguji

Fakultas Teknik Jurusan Teknik Mesin

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Pada hari kamis, 1 November 2018

Dewan penguji

1. Amin Sulistyanto, S.T, M.T ( )

(Ketua Dewan Penguji)

2. Supriyono, S.T, M.T, Ph.D ( )

(Anggota 1 Dewan Penguji)

3. Wijianto, S.T, M.Eng, Sc ( )

(Anggota 2 Dewan Penguji)

Dekan,

Ir. Sri Sunarjono, M.T, Ph.D

iii

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam publikasi ilmiah ini tidak terdapat

karya yang pernah di ajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu

perguruan tinggi dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau

pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan orang lain, kecuali secara tertulis

diacu dalam naskah dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Apabila lelak terbukti ada ketidakbenaran dalam pernyataan saya diatas,

maka akan saya pertanggungjawabkan sepenuhnya.

Surakarta, 12 November 2018

Penulis

NUN ADI PRATAMA

D 200 140 194

1

ANALISA KESETIMBANGAN GAYA DAN TITIK BERAT EXCAVATOR

KAPASITAS 2 TON

Abstrak

Excavator merupakan jenis alat berat yang pengoperasiannya dipengaruhi oleh

gaya yang bekerja pada sudut kombinasi attachment boom dan arm. Dalam analisa

ini menggunakan kombinasi sudut attachment 90˚, 70˚ dan 110˚ pada kondisi unit

dalam keadaan diam dengan mengangkut material berupa pasir pada bucket.

Prosedur analisa selanjutnya menggunakan konsep statika dalam menghitung

kesetimbangan gaya pada attachment dengan variasi sudut 90, 70 dan 110.

Selanjutnya dalam mengetahui titik berat attachment menggunakan bantuan

software AutoCad. Hasil analisa perhitungan beban merata main boom 0.319

kg/mm, beban merata Unit 0.452 kg/mm, dan beban merata counterweight 7.733

kg/mm, pada arm dengan variasi sudut 5˚ terhadap garis vertikal unit 3.984 kg/mm,

pada variasi arm 15˚ sebesar 1.342 kg/mm , pada variasi 25˚ sebesar 0.821 kg/mm.

Sedangkan titik berat pada attachment didapatkan hasil Unit dan counterweight

pada sumbu y = 912.16 mm dan sumbu x = 2377.17 mm , Boom pada sumbu y =

1479 mm dan sumbu x = 2085 mm, Bucket pada sumbu y = 282 mm dan sumbu x

= 657 mm, Arm dengan sudut 5˚ didapatkan titik berat pada sumbu y = 585 mm

dan sumbu x = 283 mm ,Arm dengan sudut 15˚ didapatkan titik berat pada sumbu

y = 647 mm dan sumbu x = 65 mm, Arm dengan sudut 25˚ didapatkan titik berat

pada sumbu y = 453 dan sumbu x = 461. Dan hasil perhitungan kesetimbangan gaya

pada variasi sudut attachment 90º, 70º dan 110º dinyatakan setimbang sebesar

10756 kgmm.

Kata kunci : kesetimbangan gaya, beban merata, titik berat.

Abstract

Excavators are a type of heavy equipment whose operation is influenced by the

force acting on the angle of the boom and arm attachment combination. In this

analysis using a combination of attachment angles 90˚, 70˚ and 110˚ on the

condition of the unit in a stationary state by transporting material in the form of

sand to the bucket. The next analysis procedure uses the concept of statics in

calculating the equilibrium of force in attachment with angle variations of 90, 70

and 110. Furthermore, in knowing the attachment weight points using the help of

AutoCad software. The results of the calculation of the calculation of the load

uniformity of the main boom are 0.319 kg / mm, the unit load is evenly distributed

at 0.452 kg / mm, and the even weight of the counterweight is 7.733 kg / mm, on the

arm with a 5 sudut angle variation on the vertical line of the unit 3.984 kg / mm, on

arm variation 15˚ amounting to 1,342 kg / mm, at a variation of 25˚ of 0.821 kg /

mm. Whereas the center of attachment obtained from Unit and counterweight on

2

the y axis = 912.16 mm and x axis = 2377.17 mm, Boom on the y axis = 1479 mm

and x axis = 2085 mm, Bucket on the y axis = 282 mm and x axis = 657 mm , Arm

with an angle of 5 berat obtained a center of gravity on the y axis = 585 mm and x

axis = 283 mm, Arm with an angle of 15˚ obtained a center of gravity on the y axis

= 647 mm and x axis = 65 mm, Arm with an angle of 25˚ obtained a point weight

on the y = 453 axis and x axis = 461. And the results of the force equilibrium

calculation on the attachment angle variations are 90º, 70º and 110º expressed as

a balance of 10756 kgmm.

Keywords: force equilibrium, uniform load, center of gravity.

1. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Excavator merupakan jenis alat berat yang mempunyai fungsi untuk menggali

material (digging), mengangkut material (loading), mengikis tebing (scraping),

dan meratakan material (grading). Dalam pengoperasiannya excavator bekerja

pada bidang datar akan tetapi excavator juga membutuhkan kesetimbangan.

Kesetimbangan excavator dipengaruhi gaya yang bekerja pada kombinasi

attachment boom dan arm dengan variasi sudut 70°, 90°dan 110°, titik berat

yang bekerja dan beban merata pada attachment. Permasalahan kesetimbangan

pada excavator dapat mempengaruhi produktifitas dan keselamatan operator

maupun unit itu sendiri.

Oleh karena itu kesetimbangan pada excavator saat beroperasi sangat perlu

untuk diperhatikan. Sehingga penulis mengambil judul “ANALISA

KESETIMBANGAN GAYA DAN TITIK BERAT PADA EXCAVATOR

KAPASITAS 20 TON”

1.2 Tujuan Penulisan

1 Mengetahui beban merata pada setiap attachment.

2 Mengetahui titik berat pada setiap attachment dengan bantuan software

AutoCad.

3 Mengetahui kesetimbangan gaya pada attachment boom dan arm dengan

variasi sudut 70°, 90°, 110°

1.3 Batasan Masalah

3

1 Analisa menggunakan excavator berkapasitas 20 ton.

2 Bentuk pada attachment excavator dianggap berbentuk balok dan

digambarkan dengan 2D.

3 Analisa menggunakan variasi Sudut attachment antara boom, arm, bucket

sebesar 70°, 90° , dan 110°.

4 Unit dianggap dalam keadaan diam dan pada saat loading dengan volume

pasir 0.80 m3 atau sebesar 1870 kg

1.4 Landasan Teori

1.4.1 Hukum Newton

a. Hukum Newton I

Hukum newton I : Sebuah benda terus dalam keadaan diam atau

bergerak lurus beraturan, apabila dan hanya bila tidak ada gaya atau

pengaruh luar yang bekerja pada benda tersebut.

b. Hukum Newton II

Hukum Newton II : Percepatan yang diperoleh suatu benda bila gaya

dikerjakan padanya akan berbanding lurus dengan resultan gaya-gaya

yang bekerja pada benda tersebut, dengan suatu konstanta pembanding

yang merupakan ciri khas dari benda.

c. Hukum Newton III

Hukum Newton III : Dua benda yang berinteraksi akan

menyebabkan gaya pada benda pertama karena benda kedua (gaya aksi)

yang sama dan berlawanan arah dengan gaya pada kedua karena benda

pertama (gaya reaksi).

1.5 EXCAVATOR

Hydraulic excavator merupakan alat serba guna yang dapat digunakan untuk

menggali tanah (digging), memuat material ke dump truck (loading),

mengangkat material (lifting), mengikis tebing (scraping), dan meratakan

(grading).

1.6 PERLENGKAPAN KERJA

4

Terdiri dari attachmen yang memiliki fungsi dan macamnya masing-

masing, perbedaan bentuk dan dimensi attachment akan berpengaruh

terhadap titik berat masing-masing attachment.

1.6.1 BUCKET

Bucket merupakan perlengkapan yang terdapat pada sebuah

hydraulic excavator. Fungsi utama bucket pada hydraulic excavator

adalah untuk menggali (digging) dan memuat (loading) material, jenis

bucket ada beberapa macam antara lain : Ripper bucket, Trapezoiddal

bucket, Slope finishing, Clamshell bucket.

1.6.2 ARM DAN BOOM

Boom dan Arm juga merupakan bagian dari perlengkapan kerja

pada sebuah hydraulic excavator, macam boom dan arm antara lain :

Extension Arm, Short Arm, Standard length arm, Long arm & super long

front, Two piece boom

1.7 GAYA

Suatu kekuatan tarikan maupun dorongan yang berkibat kepada benda yang

mengakibatkan benda tersebut mengalami perubahan bentuk ataupun

perubahan arah, gambar 1 merupakan ilustrasi dari benda yang mengalami

pengaruh arah karena dikenai gaya.

Gambar 1 Ilustrasi gaya

1.8 MOMEN

5

Momen adalah suatu vektor M yang tegak lurus terhadap bidang benda, arah M

tergantung arah berputarnya benda akibat gaya F, gambar 2 mengilustrasikan

arah dari momen yang searah jarum jam dan ini berarti positif.

𝐌 = 𝐅 𝐗 𝐋 (1)

Gambar 2 Ilustrasi Momen

1.9 TITIK BERAT

titik berat merupakan titik dimana benda akan berada dalam keseimbangan

(tidak mengalami rotasi), pada saat benda tegar mengalami gerak translasi dan

rotasi sekaligus maka pada saat itu titik berat akan bertindak sebagai sumbu

rotasi dan lintasan gerak dari titik berat ini dapat menggambarkan lintasan

gerak translasinya.

Gambar 3 Ilustrasi Titik Berat

6

1.10 KESEIMBANGAN

Menurut hukum newton III “jika benda pertama mengerjakan gaya terhadap

benda kedua, maka benda kedua akan mengerjakan gaya terhadap benda

pertama yang besarnya sama tetapi arahnya berlawanan”.

𝐅𝐚𝐤𝐬𝐢 = 𝐅𝐫𝐞𝐚𝐤𝐬𝐢 (2)

Ra + Rb – F = 0

Σ MA = 0 → (Rb . L) – (F . a) = 0 (3)

Rb = F·a

L

Σ MB = 0 → (Ra . L) – (F . b) = 0 (4)

Ra = F·b

L

1.11 TUMPUAN

Tumpuan di bedakan menjadi tiga :

a. Tumpuan jepit mempunyai sifat dapat menahan gaya vertikal, gaya

horizontal, dan momen.

b. Tumpuan Sendi mempunyai sifat dapat menahan gaya vertical dan gaya

horizontal tetapi tidak dapat menahan momen.

c. Tumpuan Roll mempunyai sifat dapat menahan gaya vertical (tagak

lurus roll) tetapi tidak dapat menahan gaya horizontal.

7

2. ANALISA GAYA

2.1 DIAGRAM ALIR

Gambar 4 Diagram Alir Prosedur Analisa.

2.2 ALAT DAN BAHAN

a. Excavator kapasitas 20 ton

Gambar 5 Excavator kapasitas 20 ton

8

2.3 PENGUMPULAN DATA

Data densitas dari beban yang diangkat dan digunakan pasir sebagai

beban yang berada pada bucket, tabel 1 menunjukkan berat jenis dari

pasir.

Tabel 1 material dan berat jenisnya.

Data di peroleh dari shop manual book kobelco sk200-8, dan didapatkan data

sebagai berikut :

9

a. Dimensi boom

Gambar 6 Dimensi Boom

b. Dimensi Arm

Gambar 7 Dimensi Arm

c. Dimensi Bucket

Gambar 8 Dimensi Bucket

3. ANALISA PERHITUNGAN

3.1 PERHITUNGAN I : PERUBAHAN JARAK HORISONTAL

TERHAHADAP FUNGSI SUDUT

10

Didapatkan perubahan jarak horisontal karena fungsi sudut yang berbeda

perbedaan tersebut berada pada attachment arm dengan variasi kombinasi

attachment pada sudut 70˚, 90˚, 110˚.

Tabel 2 Hasil Perubahan Jarak

3.2 PERHITUNGAN II : BEBAN MERATA

Dalam perhitungan ini untuk mengetahui beban merata pada arm.

Tabel 3 Hasil Beban merata

3.3 PERHITUNGAN III : TITIK BERAT

Dalam perhitungan ini untuk mengetahui titik berat yang terdapat pada tiap

attachment excvator, yang hasilnya sebagai berikut :

NO Sudut Kombinasi

Attachment

Perubahan jarak horisontal

(mm)

1 70° 760

2 90° 256

3 110° 1242

VARIASI

SUDUT

ATTACHMENT

70˚ 90˚ 110˚

BEBAN

MERATA

(kg/mm)

Counter

weight 7,733 7,733 7,733

Unit 0,452 0,452 0,452

Boom 0,319 0,319 0,319

Arm 1,342 3,938 0,821

11

Tabel 4 Hasil Titik Berat

3.4 PERHITUNGAN IV : KESETIMBANGAN GAYA

Didapatkan data kesetimbangan gaya sebagai berikut :

Tabel 5 Hasil Kesetimbangan Gaya

Jumlah gaya reaksi tumpuan A dan B sama dengan gaya pada attachment dan

dinyatakan setimbang pada kombinasi attachment variasi 70˚, 90˚ ,110˚

4 PENUTUP

4.1 KESIMPULAN

1. Perubahan jarak horisontal dipengaruhi oleh fungsi sudut yang

menyebabkan perbedaan disetiap sudutnya, jarak horisontal pada

kombinasi attachment 70˚ sebesar 760 mm, pada kombinasi sudut

attachment 90˚ sebesar 256 mm, dan pada kombinasi sudut attachment

110˚ sebesar 1242 mm.

2. Beban merata yang terdapat pada setiap attachment yakni, pada unit

sebesar 0.452 kg/mm , pada counter weight sebesar 7.733 kg/mm, pada

VARIASI

SUDUT

ATTACHMEN

T

70˚ 90˚ 110˚

TITIK

BERAT (mm)

Unit &

Counte

r

weight

Y =

912,1

6

x =

2377,1

7

Y =

912,1

7

x =

2377,1

8

Y =

912,1

8

x =

2377,1

9

Boom y =

1497

x =

2085

y =

1498

x =

2086

y =

1499

x =

2087

Arm y =

647 x = 65

y =

585

x =

283

y =

453

x =

461

Bucket y =

282

x =

657

y =

283

x =

658

y =

284

x =

659

VARIASI SUDUT

ATTACHMENT 70˚ 90˚ 110˚

Ʃfy 10756 10756 10756

ƩReaksi 10756 10756 10756

Ʃfy + ƩreaksI 0 0 0

12

boom sebesar 0.319 kg/mm, pada variasi sudut attcment 70˚ sebesar

3.984 kg/mm , pada variasi sudut attcment 90˚ sebesar 1.342 , pada

variasi sudut attcment 110˚ sebesar 0.821 kg/mm.

3. Hasil analisa titik berat pada attachment didapatkan hasil Unit dan

counterweight pada sumbu y = 912.16 mm pada sumbu x = 2377.17 mm

, Boom pada sumbu y = 1479 mm pada sumbu x = 2085 mm, Bucket pada

sumbu y = 282 mm pada sumbu x = 657 mm, Arm dengan sudut

kombinasi 70˚ didapatkan titik berat pada sumbu y = 585 mm pada

sumbu x = 283 mm , dengan sudut kombinasi 90˚ didapatkan titik berat

pada sumbu y = 647 mm pada sumbu x = 65 mm, dengan sudut

kombinasi 110˚didapatkan titik berat pada sumbu y = 453 pada sumbu x

= 461.

4. Hasil analisa gaya kesetimbangan pada variasi sudut attachment 70º, 90º,

110º dinyatakan setimbang karena gaya pada attachment dan gaya reaksi

pada tumpuan A dan tumpuan B memiliki besar yang sama yakni 10756

kgmm. Sudut attachment antara 70º sampai dengan sudut 110º pada saat

melakukan loading merupakan sudut yang aman.

4.2 SARAN

1. Hendaknya operator excavator memperhatikan sudut aman attachment

pada saat melakukan loading agar tidak terjadi kondisi tidak aman pada

unit maupun operator, dan dapat tercapainya kinerja yang lebih baik.

2. Dalam perancangan attachment selanjutnya hendaknya menggunakan

material ringan akan tetapi juga kuat.

3. Dengan Analisa dan pendekatan ini diharapkan dapat menjadi bahan

pertimbangan untuk membuat “counter weight” yang dinamis.

PERSANTUNAN

13

Alhamdulillahirobbil’alamin, segala puji syukur bagi Allah SWT atas

limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan

laporan tugas akhir yang berjudul “Analisa Kesetimbangan dan Titik Berat

Excavator Kapasitas 20 Ton”.

Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini tidak dapat terselesaikan

tanpa adanya bantuan, dukungan dan saran dari berbagai pihak. Oleh karena itu,

penulis ingin mengucapkan ucapan terima kasih kepada:

1. Kedua orang tua, yang tidak pernah lelah berjuang, membimbing, mendidik,

dan senantiasa mendo’akan yang terbaik untuk saya.

2. Bapak Ir. Sri Sunarjono, M.T., Ph.D selaku Dekan Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta.

3. Bapak Ir. Subroto, M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas

Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.

4. Bapak H. Supriyono, ST, MT, Ph.D. selaku dosen pembimbing yang

senantiasa memberikan arahan dan masukan yang bermanfaat hingga

terselesaikannya tugas ini.

5. Dosen-dosen Jurusan Teknik Mesin dan Sekolah Vokasi Universitas

Muhammadiyah Surakarta yang telah membimbing dan mendidik saya

untuk menjadi pribadi yang lebih baik.

6. Teman-teman asisten beserta keluarga besar Laboratorium Teknik Mesin

Universitas Muhammadiyah Surakarta.

7. Teman-teman seperjuangan teknik mesin, yang telah bersama berjuang

untuk menuntut ilmu di Jurusan Teknik Mesin Universitas

Muhammadiyah Surakarta.

Serta seluruh pihak lain yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu, yang telah

membantu dalam penyusunan tugas akhir ini.

DAFTAR PUSTAKA

Kastiawan, I Made. 2013. Statika Struktur. Yogyakarta : Andi

14

Kobelco. 2007.Kobelco SK200-8 Shop Manual Book. Japan

Purna Irawan, Agustinus. 2007. Mekanika Teknik (Statika Struktur). Jakarta:

Universitas Tarumanagara.

Sarojo, Ganijanti Aby. 2002. Mekanika. Jakarta: Salemba Teknik.

Sutarman, Encu. 2013. Konsep dan Aplikasi STATIKA. Yogyakarta: CV ANDI

OFFSET

Team Pengembang Vokasi. 2013. Product Knowledge. Surakarata: Sekolah Vokasi