BAB III PERANCANGAN 3.1 Data...

54

BAB III

PERANCANGAN

3.1 Data Perancangan

Pada setiap perancangan akan membutuhkan data-data pendukung baik

data primer maupun data skunder (Soedibyo, 1993). Data primer di dapat dari

pihak-pihak yang berkepentingan dan data-data actual lainnya yang berkaitan

dengan kondisi-kondisi saat ini. Data skunder yaitu data-data kearsipan yang

diperoleh dari instansi terkait, serta data-data yang berpengaruh pada

perancangan.

Berdasarkan peninjauan lokasi dan spesifikasi alat, maka didapat data-data

yang terkumpul untuk perancangan crane, sebagai berikut:

- Tipe Crane : Overhead Travelling Crane

- Kapasitas angkat : 10 Ton

- Panjang Span ` : 20 m

- Jenis girder : Box single Gider

- Tinggi angkat : 8 m

- Kecepatan angkat hoist : 0,2 m/det

3.2 Perhitungan Mekanisme Hoist

3.2.1 Kait

Untuk merancang sebuah kait, kita harus memperhatikan kondisi dinamik

pada saat pengangkatan muatan. Sehingga, tidak terjadi tegangan yang

menggakibatkan patah pada konstruksi kait. Untuk mengantisipasi hal tersebut,

maka beban yang akan di angkat menekan kait dikali dengan sebagai

55

beban akibat kondisi dinamik. Sehingga beban total yang akan menekan kait,

yaitu:

Keterangan : Beban angkat muatan sebenarnya =

Beban ditambah 20% untuk meminimalisir terjadinya

kegagalan kontruksi karena adanya kondisi dinamik.

Mencari pada batang kait yang berulir

√

(N. Rudenko, 1992:86)

√

√

Keterangan: Tegangan tarik izin, untuk baja 20 tegangan tarik yang diizinkan

=

(N. Rudenko, 1992:86)

Maka, pemilihan harus diatas . Selain itu, pemilihan harus ditinjau

dari kesesuaian antara kait dengan bantalan luncur aksial (agar tidak terjadi

kesenjangan yang berlebih antara kait dengan bantalan luncur aksial). Maka,

pada tangkai kait yang berulir dapat kita pertimbangkan dengan cara dibawah

ini

56

Tabel 3.1: Dimensi Bantalan Luncur Aksial

(Sumber : N.Rudenko, 1992:98)

Nilai bantalan luncur aksial diambil berdasarkan kapasitas

angkat hook 15 ton. Karena kapasitas 12 ton tidak ada dalam tabel. Dengan

mengacu nilai bantalan aksial dari tabel, maka nilai kait dapat dicari dengan

persamaan berikut:

Dimana : bantalan luncur aksial = (Tabel 3.1)

Dari nilai kait yang sudah didapatkan, yaitu: . Maka dapat

dipilih ulir metris dengan nilai yang mendekati . Sehingga pada saat

pemasangannya tidak terjadi kesenjangan yang terlalu lebar antara kait dengan

bantalan luncur aksial.

Jadi, dapat dipilih ulir metris dengan spesifikasi (Berdasarkan

Normalisai Negeri Belanda, N 82) (Syamsir A muin, 1987:337).

Dengan data teknik sebagai berikut :

57

- Diameter major ( )

- Diameter minor ( )

- Kisar Ulir ( )

A. Pengecekan kekuatan pada ulir kait

Tegangan tarik pada ulir kait

Dari data teknik diatas maka dapat dihitung tegangan tarik pada ulir dengan

persamaan :

Keterangan: Kapasitas muatan ditambah dengan beban tambahan

Diameter ulir dalam =

Tegangan tarik pada ulir kait

Tegangan tarik yang terjadi pada ulir aman karena tidak melebihi

untuk baja 20 (N.Rudenko, 1992:86).

Tinggi minimum mur kait

Tinggi minimum mur kait dapat ditentukan dengan persamaan (2).

(

)

( )

Keterangan : kisaran ulir

Diameter ulir dalam ( ) =

Diameter ulir luar ( )

58

Tegangan tekan aman baja dengan baja ( sampai

) Diambil 300

Jumlah ulir (Z)

Untuk menentukan jumlah lilitan ulir sepanjang , dapat ditentukan dengan

persamaan berikut:

(Syamsir A.muin, 1987:156)

lilitan

Tekanan pada permukaan yang berulir

- -

- - Kisar Ulir ( )

Maka untuk menentukan tekanan pada permukaan yang berulir dapat dicari

dengan persamaan berikut:

(

)

(Bahan Ajar Elemen Mesin I, Ir. Ali Saifullah, MT:2013)

(

)

Tegangan geser akibat beban aksial

(Bahan Ajar Elemen Mesin I, Ir. Ali Saifullah, MT:2013)

Karena tegangan tarik ( )

, dan tekanan

pada permukaan ulir ( )

, dan tegangan geser akibat beban aksial

59

( )

<

pada baja 20, maka

ulir yang dipakai aman.

B. Perhitungan dimensi kait

Untuk dapat mencari dimensi kait standar, kita dapat menggunakan persamaan

pada Gambar 3.1.

Gambar 3.1: Dimensi kait standar

(Sumber : Syamsir A. Muin, 19871:63)

Dengan mengacu pada data teknik pada Ulir Skrup Metris diatas, yaitu:

Diameter batang kait ( )

Tinggi ujung kait dari titik pusat ( )

60

Diameter lubang kait ( )

Tinggi Penampang trapesium kait I-II ( )

Lebar bagian dalam penampang trapesium kait ( )

Lebar bagian luar penampang trapesium kait ( )

Tinggi penampang trapesium kait III-IV ( )

Lebar bagian dalam penampang trapesium kait ( )

Lebar bagian luar penampang trapesium kait ( )

61

Diameter leher kait ( )

Jarak lengkungan kait ( )

Tinggi ulir pada kait ( )

Lebar ujung kait ( )

Tinggi leher kait ( )

Tinggi dari leher kait sampai titik pusat ( )

C. Pengecekan tegangan pada penampang kait

Untuk pemeriksaan tegangan tarik dan tegangan tegangan tekan yang terjadi

pada penampang kait, dapat menggunakan persamaan, tegangan tarik maksimum

pada bagian terdalam pada penampang tersebut ialah :

62

tegangan tekan satuan maksimum pada bagian terluar didapatkan dengan cara

yang sama :

Sebelum mencari tegangan tarik maksimum pada bagian dalam penampang

dan tegangan tekan maksimum pada bagian terluar penampang, kita harus

menentukan harga dari dan pada penampang I-II, begitu juga dengan

penampang III-IV.

Dimana: luas penampang kritis

jarak bagian luar penampang dari titik pusat penampang

jarak bagian dalam penampang dari titik pusat penampang

jari-jari lengkungan dari poros netral ketitik pusat penampang

faktor yang tergantung pada bentuk penampang mulai dari

lengkungan sampai titik pusat batang kait

● Pengecekan tegangan tarik dan tegangan tekan pada penampang I-II

Luas penampang I-II ( )

( )

(Syamsir A. Muin, Hal 163)

Jarak bagian luar penampang dari titik pusat penampang I-II ( )

(Syamsir A. Muin, 1987:163)

[(( ( )) ( ))

( ) ( )]

63

[(( ( )) ( ))

( ) ( )]

(

)

Jarak bagian dalam penampang dari titik pusat penampang I-II ( )


[(( ) ( ( )))

( ) ( )]

[(( ) ( ( )))

( ) ( )]

(

)

Jari-jari lengkungan dari poros netral ketitik pusat penampang ( )


Faktor yang tergantung pada bentuk penampang mulai dari lengkungan

sampai titik pusat batang kait ( )

Bila kita mengambil nilai , dan bila

dan

, maka kita dapat

mencari nilai dengan persamaan (5) (Ir.Syamsir .A.Muin, 1987:158).

( ) [( ) ( )]

( )

( ) [(( ) ) ( )]

[ ]

64

(

)

Tegangan tarik maksimum pada bagian terdalam pada penampang ( )

Tegangan tekan maksimum pada bagian terluar pada penampang ( )

Tegangan tarik dan tegangan tekan yang terjadi pada penampang tidak boleh

lebih dari (Syamsir A. Muin, 1987:164).

Dari perhitungan diatas, nilai dan nilai

tidak melebihi nilai . Jadi, penampang

kait pada bagian I-II yang dirancang terhitung aman.

● Pengecekan tegangan tarik dan tegangan tekan pada penampang III-IV

Dilihat dari tegangan geser yang terjadi,

, untuk

, maka:


Luas penampang III-IV ( )

( )


65

Jarak bagian luar penampang dari titik pusat penampang III-IV

( )


[(( ( )) ( ))

( ) ( )]

[(( ( )) ( ))

( ) ( )]

(

)

Jarak bagian dalam penampang dari titik pusat penampang III-IV

( )


[(( ) ( ( )))

( ) ( )]

[(( ) ( ( )))

( ) ( )]

(

)

Jari-jari lengkungan dari poros netral ketitik pusat penampang ( )


Faktor yang tergantung pada bentuk penampang mulai dari lengkungan

sampai titik pusat batang kait ( )

Bila kita mengambil nilai , dan bila

dan

, maka kita dapat

mencari nilai dengan persamaan (5) (Ir.Syamsyir.A.Muin, 1987:158).

66

( ) [( ) ( )]

( )

( ) [(( ) ) ( )]

[ ]

(

)

Tegangan tarik maksimum pada bagian terdalam pada penampang ( )

Tegangan tekan maksimum pada bagian terluar pada penampang ( )

Tegangan tarik dan tegangan tekan yang terjadi pada penampang tidak boleh

lebih dari (Syamsir A. Muin, 1987:164).

Dari perhitungan diatas, baik dan nilai

tidak melebihi nilai . Jadi, penampang

kait pada bagian III-IV yang dirancang terhitung aman.

Meninjau pada perhitungan yang telah dilakukan dapat dilihat bahwa

, . Jadi, kait standar yang dirancang untuk beban 10 ton

aman digunakan.

68

crosspiece cakra tunggal, dimana cakra tidak dipasang pada poros crosspiece

melainkan terpasang pada poros tunggal. Dari perancangan ini akan diambil acuan

data teknik dari bantalan kait, berikut data teknik yang digunakan sebagai acuan

untuk kalkulasi crospiece:

- ( ) ( Dirancang )

- ( ) ( Dirancang )

- ( ) (Dirancang) -

- ( ) ( Dirancang )

- ( ) (Dirancang)

- ( ) ( )

- ( ) ( Mengacu pada D1 bantalan

kait)

- ( ) ( Mengacu pada d1

bantalan kait)

Gambar 3.2: Batang lintang untuk kait


69

Momen bending max ( )

Gambar 3.3: Penampang Batang Lintang


Momen lentur maksimun dapat ditentukan dengan persamaaan (8)

( )

( ) (N.Rudenko, 1992:98)

( ( ))

Tahanan bending ( )

Gambar 3.4: penampang batang lintang


70

Tahanan bending dapat ditentukan dengan persamaan (9)

( )

( )

Tegangan bending pada crosspiece ( )

Momen bending pada poros batang lintang ( )

Momem bending trunion pada batang lintang ditentukan dengan persamaan

(10)

( )

( )

Tenggangan bending pada poros batang lintang (trunion) ( )

Dimana: (N.Rudenko,122)

Tekanan rata-rata pada poros batang lintang (trunion) ( )

( )

( )( )

Nilai tegangan lentur tidak boleh melebihi

.

Ditinjau dari perhitungan diatas, hasil dari tegangan lentur pada crosspiece tidak

71

ada yang melebihi

. Jadi, hasil perancangan crosspiece

aman digunakan (N. Rudenko, Hal 98)

Material yang dipakai untuk Crosspieces yaitu Steel AISI 1050. Dengan data

teknik sebagai berikut :

- Tegangan tarik =

- Tegangan luluh

- Safety faktor (G.Nieman, Elemen Mesin 1, :69)

- Faktor pemakaian (G.Nieman, Elemen Mesin 1, :68)

- Tegangan tarik izin

( )

● Perancangan shackel (Plat penyangga batang lintang)

Gambar 3.5: Penampang lintang shackel, dengan 4 buah cakra


Pada perancangan shackel ini berlaku cara yang sama untuk beban yang

diterima, yaitu beban dari pada muatan yang sudah ditambah untuk

mengantisipasi kegagalan konstruksi komponen saat adanya kondisi dinamik

sewaktu pengangkatan muatan dan berat komponen yang akan diterima shackel.

Berikut adalah beban yang akan diterima shackel:

72

- GTotal = Berat total sebelumnya :

- GCrosspieces = (diambil dari Software Autodesk Inventor)

- GAccessori lain = (diambil dari Software Autodesk Inventor)

- Gtotal 1 = GTotal + Gcrosspieces + GAccessori lain

Data perencanaan shackel :

- ( ) (Dirancang)

- (

(Dirancang)

- ( ) (Dirancang)

- ( ) (Mengacu pada diameter poros

crosspiece)

Tegangan tarik pada penampang

(N. Rudenko, 1992:100)

Tegangan tarik pada penampang

( ) (N. Rudenko, 1992:100)

=

( )

Tekanan satuan pada penampang ( )

(N. Rudenko, 1992:100)

73

Tegangan satuan pada permukaan dalam ( )

[( ) ]

( ) (N. Rudenko, 1992:101)

[( ) ]

( )

Tegangan satuan pada permukaan luar ( )

( ) (N. Rudenko, 1992:101)

( )

( )

Tegangan maksimal pada permukaan dalam ( )

(

)

( ) (N. Rudenko, 1992:101)

(( ) )

(( ) )

Material yang dipakai untuk Shackel yaitu Steel AISI 1050

Dengan data teknik sebagai berikut :

- Tegangan tarik =

- Tegangan luluh

- Safety faktor (G.Nieman, Elemen Mesin 1, :69)

- Faktor pemakaian (G.Nieman, Elemen Mesin 1, :68)

- Tegangan tarik izin

( )

74

3.2.4 Pemilihan Tali

Berikut data berat yang akan diterima tali:

- G0 = Berat muatan awal + Penambahan beban 20% untuk antisipasi

kegagalan kontruksi komponen pada saat pengangkatan beban

pada kondisi bergerak, sebesar berat muatan awal, jadi total

bebannya = ( )

- GShackel = ,karena shackel ada 2 =

(Autodesk Inventor)

- G Hook = Berat Kait = (Autodesk Inventor)

- GCrosspiece = (Autodesk Inventor)

- G Total = G0 + GHook + GShackel + GCrosspieces = 12000 +

=

Gambar 3.6 sistem Pully Majemuk

Tarikan tali maksimum ( )

Tarik kerja maksinum pada bagian tali dari sistem puli beban dihitung

dengan persamaan:

75

(N. Rudenko, Hal 41)

Keterangan:

= Total berat muatan yang diangkat (kg)

= Jumlah muatan puli(tali penggantung) yang menyangga muatan

= Efisiensi puli (N. Rudenko, Hal 41)

= Efisiensi yang disebabkan kerugian tali akibat kekakuannya ketika tergulung

pada drum sebesar 0.98 (N. Rudenko, Hal 41)

Kekuatan putus tali sebenarnya ( )

Kekuatan putus tali sebenarnya dapat ditentukan dengan persamaan (23)

; jadi

Keterangan:

= Teganganmaksimum pada tali (kg)

= Kekuatan putus tali sebenarnya (kg)

K= faktor keamanan tali 5,5(N. Rudenko hal.42)

76

Ditinjau dari beban putus tali yang sebenarnya ( ) = , maka dapat

dipilih tali dengan tipe: (United rope works), dengan data

teknik sebagai berikut:

- Beban patah ( ) :24500

- Tegangan patah ( ) :

- Berat tali ( ) :

- Diameter tali ( ) :

Tarikan maksimum izin pada tali ( )

Tegangan maksimal yang diizinkan,dapat ditentukan dengan persamaan

Tegangan tarik izin tali ( )

Luas penampang tali baja ( )

Luas penampang tali baja dengan wayar 222 dapat dicari dengan persamaan:

( )

77

Dimana :

= 23 (N. Rudenko hal.38)

Tegangan tarik tali baja ( )

Jadi tegangan tarik sebenarnya pada tali baja sebesar

Tali baja yang di rancang aman digunakan karena

dan

.

Menentukan faktor m (modul)

Faktor m modul tergantung pada pembengkokan tali selama periode pemakaian

dalam operasinya. Data untuk mencari modul didapatkan sebagai berikut:

- Tegangan tarik sebenarnya pada tali =

- Faktor yang tergantung pada konstruksi tali=0,89(SyamsirA.Muin,Hal103)

- Faktor yang tergantung pada diameter tali=1,04(Syamsir A.Muin, Hal103)

- Faktor yang tergantung pada bahan tali = 1 (Syamsir A. Muin, Hal 103)

Maka:

78

Jumlah bengkokan selama periode pemakaian (z) dapat dicari dengan modul

Didapatkan nilai z dengan cara interpolasi sebesar 218000 (Syamsir A.Muin,

Hal 102)

Umur tali

Untuk mencari umur tali dapat menggunakan persamaan berikut:

(Syamsir A.Muin, Hal 108)

hub langsung antara jumlah lengkungan dan jumlah tali =

Dimana :N= umur tali (bulan)

a= jumlah rata-rata siklus kerja per bulan

Z2 = jumlah bengkokan berulang persiklus pada pengangkatan penuh

faktor pengganti dalam ketahanan tali

Harga harga a.Z2 dan dapat dilihat pada (Syamsir A.Muin, Hal 105)

79

3.2.5 Perancangan pully

Dalam perencanaan ini bahan pully terbuat dari cor ( besi kelabu atau baja).

Puli yang direncanakan terdiri dari beberapa puli tetap dan puli bergerak termasuk

pada sistem puli yang menguntungkan pada daya.

Diameter

Tali

A B C E H T r r1 r2 r3 r4

4.8 22 15 5 0.5 12.5 8 4.0 2.5 2.0 8 8

6.2 22 15 5 0.5 12.5 8 4.0 2.5 2.0 8 8

8.7 2B 20 6 1.0 15.0 8 5.0 3.0 2.5 9 8

11.0 40 30 7 1.0 25.0 10 8.5 4.0 3.0 12 8

13.0 40 30 7 1.0 25.0 10 8.5 4.0 3.0 12 8

15.0 40 30 7 1.0 25.0 10 8.5 4.0 3.0 12 8

19.5 55 40 10 1.5 30.0 15 12.0 5.0 5.0 17 10

21.0 65 50 10 1 5 37.0 18 14.5 5.0 5.0 20 15

28.0 80 60 12 2.0 45.0 20 17.0 6.0' 7.0 25 15

34.5 90 70 15 2.0 55.0 22 20.0 7.0 8.6 28 20

39.0 110 85 18 2.9 65.0 22 25.0 9.0 10.0 40 30

Tabel 3.2 roda pully untuk kawat baja (N.Rudenko, 1992:71 )

Untuk mencari dimensi puli untuk tali = 20,8 mm dapat dilakukan dengan cara

interpolasi, yaitu:

[

] ( )

Dimensi tali yang belum didapatkan bisa dicari dengan cara yang sama , sehingga

didapatkan:

- -

- -

80

- -

- -

- r3 = 19,6 - r4 = 14,3

Diameter puli

Untuk mencari diameter puli dapat menggunakan persamaan (23a), yaitu:


Dimana :

d = diameter tali = 20,8 mm

faktor tergantung alat angkat dan kondisi operasi = 25 (Syamsir A.

Muin, 1987:77)

faktor tegantung kontruksi tali = 1 (Syamsir A. Muin, 1987:77)

Maka :

520 mm

Diameter poros pully

untuk menentukan diameter poros pully digunakan rumus

( ) (N.Rudenko, 1992:72)

Keterangan:

= Panjang Bushing

= Diameter poros pully

Q = Beban yang bekerja pada puli

81

Dari data kecepatan keliling , kecepatan angkat yang diketahui

adalah tekanan bidang yang diijinkan P Perbandingan

panjang bushing dengan diameter gandar yakni:

(N.Rudenko,

1992:72). Sehingga didapat : ,

(diambil 1,5) ,

Maka:

Pemeriksaan kekuatan pada cakra

Pemeriksaan kekuatan harus ditinjau dari tegangan tali maksimal ( ) yang

terjadi. Dari perhitungan diatas didapat sebesar:

Jadi,

Berdasarkan pemeriksaan diatas, bahan yang digunakan adalah Steel AISI 4130

dengan

maka cakra yang dirancang aman ( safe )

digunakan.

3.2.6 Perancanngan Drum

Drum yang akan dirancang adalah drum dengan alur standar. Berdasarkan

jumlah lengkungan tali ( ) dan diameter tali yang sudah diketahui, maka

diperoleh hubungan antara diameter minimum untuk puli dan drum. Dengan nilai

= 23 maka didapatkan diameter drum dengan persamaan berikut:

82

Diameter drum

Untuk menghitung diameter drum dapat dipakai rumus:

(Untuk = 3)

Dimana: = diameter tali baja (mm)

Dimensi alur drum

Tabel 3.3 alur drum (N.Rudenko, 1992:74 )

Untuk menentukan dimensi alur drum dengan diameter tali 20,8 dapat dilihat

dari table diatas, dan dicari dengan cara interpolasi maka didapat :

*

+ ( )

*

+ ( )

83

[

] ( )

Jumlah lilitan

Jumlah lilitan pada drum untuk satu tali dapat dicari dengan persamaan.


lilitan

Dimana

tinggi angkat

z = jumlah lilitan tali

D = diameter drum

= Perbandingan sistem puli tali

Panjang drum heliks

Setelah mendapatkan data ukuran dari alur drum dan jumlah lilitan pada drum,

kita dapat mencari panjang heliks pada drum dengan persamaan berikut:


Keterangan:

= panjang alur spiral

Z = jumlah lilitan

= Kisar ( didapat dari data dimensi alur drum )

84

Panjang drum keseluruhan

Dalam perancangan ini sistem puli yang digunakan adalah sistem puli

majemuk. jadi, saat dua tali digulung pada satu drum (sistem puli majemuk).

Karena jenis drum yang dipakai adalah drum tunggal maka panjang total drum

dapat ditentukan dengan persamaan :

(

) (Syamsir A. Muin, 1987:83)

*( )

+

Dimana:

L = panjang drum keseluruhan (mm)

H = tinggi angkat maksimum

D = diameter drum

= Perbandingan sistem puli tali

= Kisar ( didapat dari data dimensi alur drum )

Tebal dinding drum

Tebal dinding drum dari besi cor dapat ditentukan dengan rumus empiris

sebagai berikut:

( ) (N.Rudenko, 1992:75)

( )

85

Tegangan tekan maksimal pada permukaan dalam drum

Tegangan tekan maksimal yang terjadi pada permukaan dalam drum dapat

ditentukan dengan persamaan:


1000

Material yang digunakan adalah (C4) 15 (besi cor) dengan Nilai yang

diizinkan untuk kelas (C4) 15-32 (besi cor) sampai 1000 Jadi, drum yag

dirancang terhitung aman. Karena, .

3.2.7 Pemilihan Motor Penggerak Mekanisme Pengangkat

Untuk mencari daya motor yang dibutuhkan, kita harus minjau dulu berat yang

akan diterima putaran motor. Berat yang akan diterima motor adalah berat dari

muatan dan komponen yang diangkat yang telah direduksi oleh multiple sistem

puli. Berat yang akan diterima motor penggerak diambil dari tarikan kerja

maksimum tali , yaitu

Besarnya daya motor penggerak mekanisme pengangkatan dapat dihitung

dengan persamaan berikut:

(N.Rudenko, 1992:240)

Dimana: kecepatan angkat, diketahui

86

efisiensi mekanis total pengangkat 0,82

3

x 0,983

0,82

Untuk mendapatkan motor yang digunakan kita sesuaikan dengan yang ada

dipasaran, Kita lihat catalog StandardIE2IE3MotorCatalogueAESV-AESU hal 10,

sehingga didapatkan spesifikasi motor sebagai berikut:

Daya motor N 11,5 HP, n = 870 rpm

Arus I =16,6 A

Eficiency = 88%

Motor induksi 400V/50 Hz

3.2.8 Transmisi roda gigi

Sistem transmisi yang digunakan pada perencanan mesin ini berfungsi untuk

mentransmisikan daya dan putaran dari motor yang digunakan. Transmisi roda

gigi untuk gerak hoist ini berfungsi untuk mereduksi putaran motor penggerak

drum. Pada umumnya motor yang tersedia putarannya

tinggi, sedangkan putaran drum yang diinginkan lebih lambat sesuai dengan

kecepatan angkat yang diinginkan.

87

pemilihan modul

Pemilihan modul roda gigi tergantung pada putaran dan daya yang ditransmisikan,

untuk putaran motor 870 rpm, dan daya yang di transmisikan 11,5 hp = 11,5 x

0,746 kw = 8,579 kw, maka dipilih modul 2,5 .

Gambar 3.7 Diagram pemilihan modul roda gigi lurus (sularso,1991:245)

3.4 Tabel roda gigi transmisi

88

Mencari putaran roda gigi 2:

Gambar 3.8 Transmisi

=

(sularso,1991:216)

=

=

174 rpm

Dimana:

= jumlah gigi pada roda gigi 2


n1 = putaran poros motor = 870 rpm

n2 = putaran poros 2

D2 = diameter roda gigi 2


89

Karena roda gigi 3 berada satu poros dengan roda gigi 2, maka putaranroda gigi3

sama dengan putaran roda gigi 2 yaitu sebesar 174 rpm

Mencari putaran roda gigi 4 :

=

(sularso,1991:216)

=

=

34,27 rpm

Dimana:



n4= putaran roda gigi4

n3= putaran roda gigi3 = 174 rpm

D4= diameter roda gigi 4


Karena roda gigi 5 berada satu poros dengan roda gigi 4, maka putaran roda gigi 5

sama dengan putaran roda gigi 4 yaitu sebesar 34,27 rpm

Mencari putaran roda gigi 6 :

=

(sularso,1991:216)

=

=

90

7,99 rpm

Dimana:



n6 = putaran roda gigi 6

n5 = putaran roda gigi 5 = 34,27 rpm



M= modul = 4,5

Menghitung putaran poros drum

Drum dan roda gigi 6 berada dalam satu poros maka putaran poros drum sama

dengan putara roda gigi 6 yaitu sebesar:

m/s

Dimana :

v = kecepatan angkat m/s

D= diameter drum 478,4 mm

n = putaran drum 7,99 rpm

91

Dimensi roda gigi

Untuk menentukan ukuran-ukuran utama roda gigi dapat dilihat dari gambar 3.10.

Gambar 3.9 Bagian-bagian roda gigi (sularso,1991:214)

Untuk roda gigi I ukuran utamanya adalah :

−Diameter jarak bagi lingkar ( d1 )

d1 = m1 . z1 (sularso,1991:214)

d1 = 3 x 13 = 39 mm

Dimana :

m1 = modul = 3

z1 = jumlah gigi roda gigi I

- jarak bagi lingkar t1

t1=m x (sularso,1991:214)

t1 = 3,14 x 3

t1 = 9,42

- Tinggi kepala ( h kl )

h kl = m(sularso,1991:214)

h kl = 3 mm

92

- Tinggi kaki ( hf)

h f= c k+ m(sularso,1991:219)

h f = 0,625 + 3

h f = 3,625mm

Dimana :

c k= kelonggaran puncak

c k= 0,25 x m

- Tinggi gigi ( H1 )

H1 = 2.m+ c k (sularso,1991:219)

Hl = 2 x 6 + 0,625= 12,625 mm

- Diameter lingkar kepala ( d k)

d k = ( z1 + 2 ) m1 ( mm )(sularso,1991:219)

d k = ( 13 + 2 ) 6 = 120 mm

- Tebal gigi

b = (m x )/2

= (3 x 3,14)/2

= 4,71 mm

- Lebar gigi

l = 25 mm

Sehingga dengan cara yang sama seperti diatas, maka akan diperoleh

perhitungan untuk roda gigi lainnya dan hasilnya dapat dilihat pada tabel 3.5 :

93

no z N M d1 t1 hkl h fl hi Dkl b l

Rpm mm mm mm mm mm Mm mm mm

1 13 870 3 39 9.42 3 3.75 6.75 45 4.71 25

2 65 174 3 195 9.42 3 3.75 6.75 201 4.71 25

3 13 174 4 52 12.6 4 5 8.75 60 6.28 40

4 66 34,27 4 264 12.6 4 5 8.75 272 6.28 40

5 14 34,27 4.5 63 14.1 4.5 5.625 9.75 72 7.065 60

6 60 7,99 4.5 270 14.1 4.5 5.625 9.75 279 7.065 60

Tabel 3.5 Dimensi roda gigi

menghitung kekuatan roda gigi

Bahan yang digunakan baja cor SC 46 (sularso,1991:241) dengan spesifikasi:

kekuatan tarik izin = 46 kg/mm2

tegangan lentur izin δ izin = 19 kg/mm2

- kekuatan roda gigi 1

menghitung beban yang terjadi pada roda gigi 1,

N =

N =

P =

P =

P =

= 485,73 kg

94

Menghitung tegangan lentur ijin pada roda gigi 1

δ =

δ =

δ =1,25 kg/mm2

< δ izin = 19 kg/mm2

dimana:

M ( momen akibat gaya tangensial pada gigi roda gigi)

M = p x h

= 485,73 x 6,75

= 3278,67

I ( momen inersia)

I = b t3/12

=

= 6132.81

Y = b/2

= 4,71/2

= 2,355

dimana:

h = tinggi gigi mm

t = lebar gigi mm

b = tebal gigi (mm)

95


menghitung beban yang terjadi pada roda gigi 2

N =

N =

P =

P =

P =

P = 485,73


δ =

δ =

δ =6,68 kg/mm2


dimana:

M = momen akibat gaya tangensial pada gigi roda gigi

M = p x h

= 485,73 x 6,75

= 3278,67

I = momen inersia

I = b t3/12

=

= 6132.81

96

Y = b/2

= 25/2 = 12.5

dimana:

h = tinggi gigi mm

t = lebar gigi mm

b = tebal gigi (mm)



N =

N =

P =

P =

P =

P = 1821,49 kg


δ =

δ =

δ =1,49 kg/mm2


dimana:


M = p x h

97

= 1821,49 x 8,75

= 15938.04

I = momen inersia

I = b t3/12

=

= 33493.34

Y = b/2

= 6,28/2

= 3,14

dimana:

h = tinggi gigi mm

t = lebar gigi mm

b = tebal gigi (mm)



N =

N =

P =

P =

P =

P = 485,73

98


δ =

δ =

δ =0,39 kg/mm2


dimana:


M = p x h

= 485,73 x 8,75

= 4250.13

I = momen inersia

I = b t3/12

=

= 33493.34

Y = b/2

= 6,28/2

= 3,14

dimana:

h = tinggi gigi mm

t = lebar gigi mm

b = tebal gigi (mm)

99



N =

N =

P =

P =

P =

P = 7633,54


δ =

δ =

δ =2,06 kg/mm2


dimana:


M = p x h

= 7633,54 x 9,75

= 74427.015

I = momen inersia

I = b t3/12

=

= 127170

100

Y = b/2

= 7,065/2

= 3,53

dimana:

h = tinggi gigi mm

t = lebar gigi mm

b = tebal gigi (mm)



N =

N =

P =

P =

P =

P = 7639,59


δ =

δ =

δ =2,06 kg/mm2


dimana:


101

M = p x h

= 7639,59 x 9,75

= 74486,0025

I = momen inersia

I = b t3/12

=

= 127170

Y = b/2

= 7,065/2

= 3,53

dimana:

h = tinggi gigi mm

t = lebar gigi mm

b = tebal gigi (mm)

3.2.9 Poros

Poros motor terhubung lurus dengan poros roda gigi 1 yang berada

didalam gearbox, sehingga desain poros penggerak roda gigi satu dibuat

bertingkat. dan besarnya poros tersebut dapat dilihat seperti gambar 3.9:

Gambar 3.10 Poros motor

102

Menghitungkekuatan diameter poros 1

Bahan yang digunakan adalah baja karbon S45C (sularso,1991:241) dengan data

sebagai berikut:

= kekuatan tarik izin 58 kg/mm2

izin tegangan geser izin 43,5 kg/mm2

d = diameter poros 1 (26 mm)

Gambar 3,11 poros1

Mencari gaya tangensial yang terjadi pada roda gigi 1

N =

Ft =

Ft =

Ft =

Ft = 485,73 kg

Dimana:

Ft = gaya tangensial (kg)

N = daya yang digunakan (11,5 hp)

D = diameter roda gigi 39 mm

n = putaran (870 rpm)

103

Mencari Torsi yang terjadi

N =

T =

T =

T =

T = 9471.777 kg mm

Menghitung gaya radial pada sudut kontak roda gigi 200

Ft = cos 20 x Fn

Fn =

Fn =

Fn = 522,29 kg

Maka:

Fr = sin 20 x fn

Fr = 0,34 x 522,29

Fr = 177,57 kg

Dimana :

Fn = gaya normal (kg)


Fr = gaya radial (kg)

104

Gaya yang terjadi pada poros 1

Dengan menjadikan pusat momen pada titik A dan untuk arah momen searah

jarum jam bernilai positif (+) maka:

∑MA = 0

Fr1 x 30 - 67,5 x R2=0

R2 x 67,5 =177,57 x 30

R2 =5327,1 / 67,5

=78,92

Maka momen bending pada pusat gaya Fr1:

M = R2 x 37,5

M = 78,92 x 37,5

M = 2959,5 kg mm

Menghitung torsi equivalen

Te = √( ) ( )

Te = √( ) ( )

105

Te = 19846,73 kg mm

Dimana:

mt = factor koreksi poros dengan beban sedikit kejutan (1,5-2,0)

mb = factor koreksi poros dengan beban sedikit kejutan (1,5-2,0)

T = Torsi 9471.777 kg mm

M = momen bending kg mm

Te = torsi equivalent kg mm

Menghitung momen inersia polar poros 1

=

4

=

4

=

= 44840.77 mm4

Dimana :

= momen inersia polar

d = diameter poros 1 = 26 mm

Menghitung torsional shear stress

=

=

= 5,75 kg / mm2 < izin 43,5 kg/mm

2

106

Dimana :


tegangan geser akibat torsi ( kg / mm2)

T = torsi equivalent 19846,73 kg mm

r = jari – jari poros (13 mm)

Menghitung kekuatan diameter poros 2


sebagai berikut:




Gambar 3,12 poros 2


N =

Ft =

Ft =

Ft =

Ft = 1821,49 kg

107

Dimana:




n = putaran (174 rpm)


N =

T =

T =

T =

T = 47358.88 kg mm


Ft = cos 20 x Fn

Fn =

Fn =

Fn = 1958,59 kg

Maka:

Fr = sin 20 x fn

Fr = 0,34 x 1958,59

Fr = 665,92 kg

108

Dimana :







∑MA = 0

Fr2 x 67,5 – Fr1 x 30 - R2 x 105 =0

665,92 x 67,5 – 177,57 x 30 – R2 x 105=0

R2 x 105 = 44949,6 – 5327,1

R2 =377,35

Maka momen bending pada pusat gaya:

M = R2 x 37,5

109

M = 377,35 x 37,5

M = 14150,62 kg mm


Te = √( ) ( )

Te = √( ) ( ) = 98855,52 kg mm

Dimana: mt = factor koreksi poros dengan beban sedikit kejutan (1,5-2,0)


T = Torsi 47358,88 kg mm

M = momen bending kg mm


Menghitung momen inersia polar poros2

=

4

=

4

=

= 439350.37 mm4

Dimana :




=

110

=

= 5,17 kg / mm2

< izin 43,5 kg/mm2

Dimana :


tegangangeserakibat torsi ( kg / mm2)

Te = torsi equivalent (98855,52 kg mm)

r = jari – jariporos (23 mm)



sebagai berikut:




Gambar 3,13 poros3


N =

Ft =

Ft =

111

Ft =

Ft = 7633,54 kg

Dimana:




n = putaran (34.27 rpm)


N =

T =

T =

T =

T = 240456,5 kg m


Ft = cos 20 x Fn

Fn =

Fn =

Fn = 8208,1 kg

Maka:

Fr = sin 20 x fn

112

Fr = 0,34 x 8208,1

Fr = 2790,75 kg

Dimana :







∑MA = 0

Fr3 x 122,5 – 67,5 x Fr2 - R2 x 170

R2 x 170 = Fr3 x 122,5 – 67,5 x Fr2

=2790,75 x 122,5 – 67,5 x 665,92

113

R2 x 170 = 341866,87 – 44949,6

R2 = 296917,27/170

= 1746,57

Maka momen bending pada pusat gaya Fr3 :

M = R2 x 47,5

M = 1746,57x 47,5

M = 82962,07 kg mm


Te = √( ) ( )

Te = √( ) ( )

Te = 508731,88 kg mm

Dimana:



T = Torsi 240456,5 kg mm

M = momen bending 82962,07 kg mm



=

4

=

4

=

= 439350.37 mm4

114

Dimana :




=

=

= 26,63 kg / mm2

< izin 43,5 kg/mm2

Dimana :



Te = torsi equivalent ( kg mm)

r = jari – jariporos (45 mm)


Bahan yang digunakan adalah baja S45C dengan data sebagai berikut:



d0 = diameter poros dalam (28 mm)

d1 = diameter poros luar (100 mm)


N =

Ft =

115

Ft =

Ft =

Ft = 7639,59 kg

Dimana:




n = putaran (34.27 rpm)


N =

T =

T =

T =

T = 1031345 kg mm

Menghitung gaya radial akibat kontak dengan roda gigi 5pada sudut

kontak roda gigi 200

Sebesar 2790,75 kg

116




∑MA = 0

Fr4 x 47,5 = 122,5 x R2

122,5 x R2 = 2790,75 x 47,5

R2 = 132560,62 / 122,5

R2 = 1082,12

Maka momen bending pada pusat gaya Fr4 :

M = R2 x 75

M = 1082,12 x 75

M = 81159 kg mm


Te = √( ) ( )

117

Te = √( ) ( )

Te = 2092493,95 kg mm

Dimana:



T = Torsi 1043094.413 kg mm

M = momen bending 81159 kg mm

Te = torsi equivalen kg mm


=

4

=

( )

=

= 9752186,88 mm4

Dimana :



=

=

= 7,72 kg / mm2

< izin 43,5 kg/mm2

118

Dimana :



Te = torsi equivalent (2092493,95 kg mm)

r = jari – jari poros (d1 –d0)/2

= (100-28)/2 =36

3.3 Perancangan Girder Crane

Potongan A-A

Gambar 3,14 Girder Crane

119

Girder pada overhead travelling crane single girder ini menggunakan type

box girder.

Bahan dari plat yang digunakan pada box girder adalah

Alloy steel A500 ASTM

Tensile strange = 400 Mpa = 4078,9 kg/c

Modulus elastisitas E= = 2,2002 kg/

Berat jenis = 0.00785

3.3.1 Mencari Berat Girder

Menghitung berat plat 1a

Menghitung volume

=

=

Menghitung berat plat 1a

Menghitung Berat plat 1b

Menghitung volume

Menghitung berat plat 1b

Menghitung berat plat 1c

Berat 1c = 1a

=

Menghitung berat plat 2

Menghitung volume

120



Menghitung volume

Menghitung plat 3


Menghitung volume

Menghitung plat 4


Menghitung volume

Menghitung plat 5

Bobot Girder dapat dihitung bengan cara menjumlahkan bobot 2 kali plat

1 di tambah dengan bobot plat 2,3,4,5

121

( )

( )

3.3.3 Menghitung moment inersia

Gambar 3.15 gambar penampang girder

Inersia batang

Penampang A1

=

=

=385339691

Penampang A2

=

=

= 385339691

Penampang A3

=

× 3375 = 98437.5

122

Penampang A4

=

× 3375 = 98437.5

(

)

(

)

= (

) ( )

3.3.4 Modulus Penampang (Z)

Modulus penampang Z dapat dicari dengan persamaan

123

(

) (

)

= (

) ( )

124

3.3.5 Menghitung Defleksi Girder

Menghitung defleksi dapat di cari dengan menggunakan persamaan berikut

Sumber

(http://www.roymech.co.uk/Useful_Tables/Timber/Timber_Strength_Calcs.html )

125

Defleksi pada girder

(sumber:http://www.roymech.co.uk/Useful_Tables/Form/Stress_Strain.html)

Diketahui

Berat girder (W) = 3745 kg =3745.(9,81) = 36738.45 N

Reaksi pada batang tumpuan B =

Moment maksimal pada girder adalah

Momen maksimal pada girder total = 151576875 N.mm

126

Defleksi yang terjadi pada girder adalah

=1,6

3.15 Menghitung Gaya dan Momen Akibat Beban

Momen pada P dengan L= 2,5 m

Mencari gaya reaksi pada penumpu A dan penumpu B

Diketahui

L= 20m

P=12900kg=12900×9,81 m/s = 126549 N

Reaksi panda penumpu A dapat dicari dengan menggunakan moment

127

Reaksi pada penumpu A

∑MA=0

=+(126549×17.5m)-( ×20m)=0

=2214607.5= ×20m

=2214607.5/20m=110730.375N/m

110730.375N/9.81

11287.5kg

Reaksi pada penumpu B

∑Fy=0

=-126549+110730.375=0

=126549-110730.375 =15261.5N=1612.5 kg

Momen bending pada P adalah:

Momen pada P dengan L= 5 m

Mencari gaya reaksi pada penumpu A dan penumpu B

Diketahui

L= 20m

P=12900kg=12900×9,81 m/s = 126549 N

128

a= 5 m=5000 mm

b=L-a=20m-5m=15m=15000mm

Reaksi panda penumpu A dapat dicari dengan menggunakan moment


∑MA=0

=+(126549N×15m)-( ×20m)=0

=1898235 N/m= ×20 m

=1898235 Nm/20 m=94911.75 N

94911.75 N/9.81

9675 kg


∑Fy=0

=-126549+ 0

=-126549 N+94911.75 N =0

=126549 N-94911.75 N=31637.25N=3225 kg

Momen bending pada P adalah:

Momen pada P dengan L= 10 m

129


∑MA=0

=+(126549N×10m)-( ×20m)=0

=1265490 N/m= ×20 m

=1265490 Nm/20 m=63274.5 N

63274.5N/9.81

6450 kg


∑Fy=0

=-126549+ 0

=-126549 N+63274.5 N =0

=126549 N-63274.5 N=63274.5N=6450 kg

Momen bending pada p adalah:

Karna momen dibagian tengah yang paling besar maka dianggap sebagai momen

maksimal

Mencari tegangan bending maksimal

=

< = 4078,9 kg/c

130

Defleksi Girder Akibat Beban

( )

’’ = 10.7 mm

Defleksi total

Defleksi izin

(N.Rudenko, 1992:339)

Girder yang dirancang terhitung aman, karena nilai defleksi yang terjadi dibawah

defleksi izin, yaitu: ̅

131

3.4 Perhitungan End carriage

Gambar 3.16 Endcarriage

Bahan dari plat yang digunakan pada box girder adalah

Alloy steel A500 ASTM

Tensile strange = 400 Mpa = 4078,9 kg/c

Modulus elastisitas E= = 2,2002 kg/

Berat jenis = 0.00785

Menghitung Momen Inertia

132

Penampang A1

=

=281853961.7mm4

Luas A1 = b×h= 20×553=11060 mm2

Penampang A2

=

=281853961.7mm4

Luas A2=b×h= 20×553=11060 mm2

Penampang A3

=

=173333.3333mm4

Luas A3=b×h= 260×20=5200 mm2

( ( )) ( (

)) ( ( ))

( ( ))

( ( ))

( ( ) )

= (281853961.7)+(281853961.7)+(427001033.3)

= 990708956.7 mm4

Menghitung Modulus Penampang

Penampang A1

=

=1019363.333 mm3

133

Penampang A2

=

=1019363.333 mm3

Penampang A3

=

= 17333.33333 mm3

( ( )) ( (

)) ( ( ))

( ( ))

( ( ))

( ( ( ) ))

= 1019363.333 + 1019363.333 + 426845033.3 = 428883760 mm3

Menghitung berat End carriage

Menghitung volume

Volume = A×L

V=28120 mm2× 3826.9mm= 107612428mm

3= 1076124.3cm

3

Dimana A = 28120 mm2

Menghitung berat endcarriage

F2= V × ρ

= 107612.42 cm3

× 7.85 g/cm3

= 831 kg = 8149.3261N

Mencari

=11287.5kg =11287.5kg ×9,81 m/s = 110730.375 N

134

( )

Mencari Reaksi Pada Roda

1. Reaksi pada penumpu A

∑MA=0

=+(110730.375× 1.615m)-( × 3.23m)=0

=178829.555625N/m= ×3.23 m

=178829.555625N /3.23 m=55365.1875 N

55365.1875 /9.81

g

2. Reaksi pada penumpu B

∑Fy=0

=- + 0

=- N+55365.1875 N=0

=110730.375N-55365.1875 N = 55365.1875N = 5643.75kg

Menghitung defleksi pada endcarriage

135

0.54 mm

Menghitung momen bending pada end cariage

Menghitung tegangan pada end cariage

=

= 0.21

Mencari gaya gesek pada roda

Tabel 3,6 koefisien gesek pada roda

(sumber: http://www.engineeringtoolbox.com/rolling-friction-resistance-

d_1303.html)

136

√

√

√

Dimana :

=koefisien gesek rolling dari dua pnampang

Fr =gaya resistive dari gesek rolling

W = gaya normal tegak lurus dengan per mukaan (N)

Menghitung Torsi motor

Gaya yang bekerja pada roda:

Setelah gaya diketahui maka torsi ( ) dari motor dapat dihitung:

Dari kecepatan linear carriage dirubah menjadi rpm untuk mencari kecepatan

roda, kecepatan linear carriage Vt = m/mt

Dari rpm dirubah ke rad/s untuk menghitung daya

137

15

Menghitung daya Satu endcarriage

daya yang dibutuhkan pada satu endcarriage adalah

= 0.65Kw

Motor end carriage

Gambar 3.17 Motor Endcarriage

Specification:

Power: 0,75kW, Rpm: 21 Rpm

Kecepatan transversal 20m/mnt

Power supply: 200V~600V/(50/60Hz)

BAB III PERANCANGAN 3.1 Data...

Documents

Transcript of BAB III PERANCANGAN 3.1 Data...