BAB I PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang PT. Bukit Asam (persero), tbk merupakan BUMN yang bergerak dibidang

pertambangan batu bara. Dalam hal ini PT. Bukit Asam menggunakan alat-alat berat untuk menunjang aktifitas penambangan. Alat Tambang Utama yang digunakan adalah Bucket Whell Excavator (BWE). Bucket Whell Excavator

merupakan alat tambang yang berada di garis depan memegang peranan penting dalam proses penambangan sesuai fungsi utamanya yaitu mengeruk lapisan tanah dan batu bara dan untuk mencapai hasil dan kerja yang maksimal maka harus dilakukan perawatan secara berkala. Dalam pelaksanaanya BWE sering mengalami kendala-kendala maupun masalah saat pengoprasian berlangsung yang terjadi diberbagai sektor, terutama pada roda gigi main slewing yang menggunakan roda gigi segment. Roda gigi segment merupakan komponen yang sangat penting dari Bucket Whell Excavator (BWE) karena jika terjadi kerusakan pada roda gigi segment maka BWE

dipastikan tidak dapat beroperasi, penggantian roda gigi segment membutuhkan waktu yang sangat lama dan sangat berpengaruh besar pada perusahaan jika harus dilakukan pergantian apalagi harus dilakukan penggantian terus-menerus dalam waktu yang relatif singkat. Umur roda gigi segment sangat penting diketahui sebagai bahan pertimbangan, apakah roda gigi segment tersebut benar-benar sudah layak dilakukan pergantian. Karena apabila lamanya operasi roda gigi segment belum sesuai dengan yang dianjurkan pabrik namun sudah harus dilakukan penggantian roda gigi segment, berarti ada faktor-faktor lainya yang mempengaruhi roda gigi segment tersebut. Kerusakan yang kerap terjadi dan mempersingkat umur roda gigi segment diantaranya keretakan, keausan, patah dan korosi. Namun dilapangan kerusakan yang paling banyak ditemui adalah terjadinya patah pada roda gigi segment yang disebabkan faktor-faktor dinamik dan tegangan kontak roda gigi

1

dan pinion juga faktor lainya dilapangan yang mempengruhi umur dari roda gigi. Hal ini menyebabkan PT. Bukit Asam.tbk harus melakukan penggantian roda gigi yang lebih cepat dan sangat menghambat proses penambangan batu bara di PT. Bukit Asam.Tbk Untuk itu Perhitungan Umur dan Tegangan yang terjadi Roda gigi segment ini sangat diperlukan untuk meminimalisasi kerusakan yang lebih buruk dan perbaikan dalam sekala besar. 1.2 Tujuan Kerja Praktek Tujuan pada kerja praktek ini yaitu sebagai berikut: 1. Menentukan umur roda gigi segment Ban 1 pada Bucket Whell Excavator 201. 2. Mengidentifikasi kerusakan roda gigi segment Ban 1 pada Bucket Whell Excavator 201.

1.3

Manfaat Adapun manfaat yang dapat diambil dari kerja praktek ini yaitu : 1. Dapat mengetahui cara menghitung umur dan tegangan yang terjadi pada roda gigi. 2. Dapat mengetahui lebih jauh penyebab-penyebab kerusakan pada roda gigi dan cara menanggulanginya.

1.4

Batasan Masalah Kerja Praktek Dalam pelaksanaan kerja praktek, kita dapat mengetahui bahwa terdapat

banyak klasifikasi dalam pembagian kerja yang dilakukan oleh PT Tambang Batu bara Bukit Asam (Persero) Tbk. Untuk memfokuskan analisa kerusakan yang terjadi pada roda gigi segment, sebagai batasan masalah lebih ditekankan dalam membahas tentang roda gigi segment Ban 1 pada BWE khususnya faktor penyebab kerusakan roda gigi segment dilihat dari umur roda gigi dan tegangan kontak yang terjadi.

2

1.5

Metode Penulisan Dalam menyusun laporan ini metode yang digunakan adalah dengan

melakukan pengamatan secara langsung serta melakukan konsultasi dengan karyawan, pembimbing kerja lapangan dan juga melakukan studi ke perpustakaan. Pengumpulan data adalah suatu yang sangat penting. Data yang terkumpul akan digunakan sebagai bahan analisa. Ada pun pengumpulan data dilakukan dengan cara : 1. Melakukan peninjauan rutin dilapangan selama 1 (satu) bulan. 2. Melakukan wawancara dengan beberapa karyawan PT. Bukit Asam yang terlibat langsung dalam penganalisaan roda gigi segment 3. Mempelajari literatur yang berkaitan dengan tinjauan roda gigi yang akan dibahas 4. Mengambil beberapa gambar atau dokumentasi dari proses

penganalisaan.

1.6

Waktu dan Tempat Pelaksanaan Kerja praktek ini dilaksanakan selama 1 (satu) bulan, mulai tanggal 1 Juli

2010 sampai 1 Agustus 2010 yang bertempat di PT.Bukit Asam.Tbk di Tanjung Enim Palembang.

1.7

Sistematika Penulisan Laporan kerja praktek ini dibagi menjadi lima bab dan lampiran dengan

sistematika penulisan Bab I Pendahuluan, pada bab ini dibahas mengenai latar belakang, tujuan penulisan, manfaat dari kerja praktek , batasan masalah, metode penulisan, waktu dan tempat pelaksanaan serta sistematika penulisan.Bab II Tinjauan pustaka, pada bab ini dibahas tentang tinjauan umum roda gigi, berisi tentang materi-materi yang berhubungan dengan penelitian. Bab III Metodologi Percobaan, pada bab ini berisi tentang diagram alir percobaan, data teknis, objek percobaan serta cara mengolah data. Bab IV Analisa dan Pembahasan, pada bab ini berisi tentang perhitungan, analisa kerusakan roda gigi segment, faktor penyebab kerusakan roda gigi segment. Bab V Penutup. Pada bab ini berisi tentang kesimpulan dari penulisan laporan beserta saran-saran.

3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 2.1.1

Dasar Teori Roda Gigi Roda gigi adalah roda slinderis bergigi, yang digunakan untuk

mentransmisikan gerak dan daya dari sebuah poros berputar ke poros yang lain. Gigi roda gigi penggerak terletak secara akurat antara gigi roda gigi yang digerakan. Gigi penggerak mendorong gigi yang digerakan dengan gaya yang tegak lurus jari-jari roda gigi. Umumnya roda gigi digunakan untuk menghasilkan perubahan kecepatan putar pada roda gigi yang digerakan relatif terhadap kecepatan putar roda gigi penggerak. Roda gigi disusun sedemikian rupa,sehingga bekerja secara berpasangan dan setiap pasangan terdapat sebuah roda gigi yang menggerakkan (driving gear) dan sebuah roda gigi yang digerakkan (driven gear). Pergerakan dengan roda gigi merupakan pergerakan yang paling banyak digunakan, baik untuk poros sejajar, poros bersilangan, maupun untuk poros berpotongan. Suatu kelompok/kumpulan roda gigi dengan komponen lain membentuk suatu sistem transmisi dalam suatu kendaraan, mereka terletak dalam suatu wadah yang disebut transmission case. Gambar 2.1 memperlihat macam-macam bentuk roda gigi roda gigi lurus,roda gigi cacing,roda gigi miring, roda gigi kerucut.

Gambar 2.1 Macam-macam roda Gigi

4

2.1.2

Geometri Roda Gigi Geometri roda gigi memiliki berrmacam-macam bentuk sesuai dengan

aplikasinya. Berikut adalah macam-macam roda gigi : 1. Roda gigi lurus Roda gigi lurus mempunyai gigi lurus dan tersusun paralel terhadap sumbu poros yang membawa roda gigi. Gambar 2.2 memperlihatkan bentuk roda gigi lurus secara keseluruhan dimana bentuk kurva pada muka gigi roda gigi lurus mempunyai geometri khusus yang disebut dengan kurva involut. Poros yang membawa roda gigi-roda gigi tersebut terletak paralel terhadap roda gigi lurus yang lain.

Gambar 2.2 Roda gigi lurus

2.

Roda gigi miring Gigi pada roda gigi miring tersusun dengan membentuk sudut terhadap

sumbu poros terlihat pada Gambar 2.3 bentuk roda gigi miring dan membentuk sudut,dimana Sudut tersebut disebut sudut kemiringan (helical angle). Secara umum sudut kemiringan berkisar antara 10o sampai 30o. Roda gigi miring bekerja lebih halus dibandingkan dengan roda gigi lurus yang ekivalen dan mengalami tegangan tarik yang kecil. Karena itu, untuk kapasitas pentransmisian daya yang sama, roda gigi miring dapat dirancang lebih kecil dibandingkan roda gigi lurus. Namun, kekurangan roda gigi miring adalah terjadinya gaya aksial yang disebut gaya dorong, sebagai tambahan untuk gaya penggerak yang bekerja menyinggung selinder dasar tempat gigi-gigi tersebut tersusun.

5

Gambar 2.3 Roda gigi miring 3. Roda gigi kerucut Roda gigi kerucut memiliki gigi-gigi yang tersusun sebagai elemenelemen pada permukaan kerucut. Gigi pada sebuah roda gigi kerucut harus mempunyai bentuk gigi yang sama dengan roda gigi lurus, tetapi gigi-gigi tersebut dibuat tirus, lebih lebar dibagian luar dan mengecil pada bagian atas kerucut. Roda gigi kerucut umumnya pada poros yang membentuk sudut 90o satu terhadap yang lain. Roda gigi kerucut dengan rancangan khusus dapat bekerja pada poros dengan sudut selain 90o. bila roda gigi kerucut dibuat dengan gigi yang membentuk sudut kemiringan yang sama seperti sudut kemiringan pada roda gigi miring, maka disebut roda gigi kerucut spiral. Jenis ini bekerja lebih halus dan dapat dibuat lebih kecil dibandingkan roda gigi kerucut lurus.untuk kapasitas pentransmisian daya tertentu. Jika sepasang roda gigi kerucut mempunyai jumlah gigi yang sama, maka pasangan ini disebut roda gigi miler dan hanya digunakan untuk mengubah arah sumbu poros 90o.

Gambar 2.4 Roda gigi kerucut

6

4.

Batang gigi Batang gigi adalah roda gigi yang bergerak linier, bukan berputar Gambar

2.3. memperlihatkan posisi batang dan roda gigi, jika roda gigi lingkaran dipasangkan dengan batang gigi, kombinasinya disebut sebagai transmisi batang gigi pinion.

Gambar 2.5 Batang gigi dan roda gigi

5.

Roda gigi cacing Sebuah roda gigi cacing dan pasanganya bekerja pada poros 90o satu

terhadap yang lain, jenis ini umunnya digunakan sebagai transmisi dengan perbandingan reduksi kecepatan yang lebih besar dibandingkan dengan roda gigi jenis lain pada Gambar 2.4 diperlihatkan Cacing sebagai penggerak dan roda gigi cacing sebagai bagian yang digerakan. Gigi pada cacing mempunyai bentuk yang sama dengan ulir sekrup, dan lebih sering disebut ulir ketimbang gigi. Gigi pada roda gigi cacing dapat mempunyai bentuk lurus seperti pada roda gigi lurus, atau dapat juga berbentuk miring. Sering bentuk ujung dari roda gigi cacing melebar hingga sebagian dapat melingkupi ulir dari cacing, hal ini berguna untuk meningkatkan kapsitas pentransmisian daya dari pasangan tersebut. Kerugian dari pasangan roda gigi cacing ini adalah pasangan ini mempunyai efisiensi mekanis yang rendah dibandingkan kebanyakan roda gigi jenis lain karena terdapat kontak gesek yang berlebihan antara permukaan ulir cacing dan sisi gigi roda gigi cacing.

7

Gambar 2.6 roda gigi cacing 2.1.3 Roda Gigi Lurus Roda gigi lurus merupakan salah satu jenis roda gigi yang paling mendasar. Gigi-giginya lurus dan sejajar dengan sumbu poros yang membawa roda gigi tersebut . Gigi-gigi roda gigi ini memiliki bentuk involut aksi satu gigi terhadap gigi pasangannya serupa dengan aksi dua bagian kurva cembung yang bersinggungan. Pada saat roda gigi penggerak berputar ,gigi-giginya memberikan gaya pada roda gigi pasangannya yang garis kerjanya menyinggung lingkaranlingkaran jarak bagi kedua roda gigi tersebut. Karena gaya ini bekerja pada jarak yang sama dengan jari-jari jarak bagi roda gigi ,maka akan timbul sebuah torsi pada poros yang membawa roda gigi tersebut. Di saat kedua roda gigi mulai berputar,maka daya yang besarnya sebanding dengan torsi segera ditransmisikan. 1. Geometri Roda Gigi Lurus Bentuk Gigi Involut Bentuk gigi roda gigi lurus yang banyak digunakan adalah bentuk Involut kedalaman penuh. Karakteristik bentuk gigi involut ini diperlihatkan pada Gambar 2.5 dimana Involut adalah salah satu kelas geometri kurva yang disebut kurva bersama. Jika dua gigi roda gigi bekerja sama dan berputar, maka terdapat rasio kecepatan sudut yang konstan antara kedua roda gigi: dari saat awal kontak sampai kontak keduanya lepas, kecepatan putar roda gigi yang digerakkan mempunyai proporsi yang konstan terhadap roda gigi yang menggerakkan. Aksi yang dihasikan keduanya sangat halus . Jika ini tidak terjadi, maka akan terjadi penambahan kecepatan dan penurunan selama kontak, Sehingga menyebabkan getaran, suara berisik dan osilasi torsi yang berbahaya pada sistem.

8

Perlu diingat bahwa pada tiap posisi dari kurva, kawat mewakili sebuah garis yang menyinggung lingkaran dasar dan pada saat yang sama, tegak lurus terhadap Involut. Pinsip dasar kinematik yaitu bahwa jika garis yang digambar tegak lurus dengan permukaan dari dua benda yang berputar pada titik kontaknya selalu memotong garis pusat antara dua benda pada tempat yang sama, maka rasio kecepatan sudut dua benda tersebut akan konstan.

Gambar 2.7 Bentuk gigi involut 2. Fitur Roda Gigi lurus Dalam perancangan dan pemeriksaan roda gigi kita harus mengetahui beberapa fitur-fitur khusus pada roda gigi. Fitur roda gigi dapat dilihat pada gambar 2.6.

Gambar 2.8 Fitur roda gigi lurus

9

Fitur roda gigi yang sangat penting diketahui untuk melakukan pemeriksaan roda gigi pada gambar 2.8 diatas yaitu: a. Jarak Bagi Lingkaran Jarak dari sebuah titik pada sebuah gigi dari sebuah roda gigi pada lingkaran jarak bagi ketitik pada posisi yang sama pada gigi disebelahnya, diukur sepanjang lingkaran jarak bagi disebut jarak bagi lingkaran. p = D/N ............................................................................................. (2.1) Dimana : p D N : jarak bagi lingkaran (in) : diameter lingkaran jarak bagi (in) : jumlah roda gigi

b. Jarak Bagi Diameteral Jarak bagi diameteral yaitu jumlah gigi per inchi diameter lingkaran jarak bagi. Pd = NG/DG = NP/DP ........................................................................ ..(2.2) Dimana : Pd NG DG NP DP c. Jarak Pusat Jarak dari pusat pinyon ke pusat roda gigi, jumlah radiud jarak bagi dari dua roda gigi yang bekerja sama. C = (DG + DP)/2 ............................................................................... ..(2.3) Dimana : C DG DP : jarak pusat (in) : diameter roda gigi (in) : diameter pinyon (in) ; jarak bagi diameteral (in-1) : jumlah gigi roda gigi : diameter roda gigi (in) : jumlah gigi pinion : diameter pinyon (in)

10

2.1.4

Torsi, Gaya,dan Daya Pada Roda Gigi Untuk memahami metode perhitungan tegangan di dalam gigi-gigi roda

gigi, pelajarilah bagaimana caranya daya ditransmisikan ke sebuah sistem roda gigi untuk sepasang roda gigi reduksi tunggal sederhana daya diterima motor. Poros input mentransmisikan daya dari kopling ke titik tempat pinyon terpasang. Gigi-gigi pinyon menggerakkan gigi-gigi roda gigi pasangannya dan selanjutnya mentransmisikan daya ke roda gigi pasangannya tersebut. Tetapi transmisi daya sesungguhnya adalah bekerjanya sebuah torsi selama perputaran dengan kecepatan tertentu. Torsi adalah gaya yang bekerja, yang menyinggung lingkaran jarak bagi pinyon, dikali jari-jari pinyon. Torsi yang ditimbulkan pada sebuah gigi adalah hasil perkalian beban yang ditransmisikan Wt, dan jari-jari jarak bagi roda gigi. Torsi juga sama dengan daya yang ditransmisikan dibagi dengan kecepatan putar. Dengan demikian persamaannya adalah : T = 63000 P/n .................................................................................... . (2.4) Dimana : T P n : torsi (lb.in) : daya (lb.ft/s) : putaran (rpm)

Untuk mencari daya suatu roda gigi maka dapat diperoleh dari hasil perkalian gaya yang ditransmisikan Wt dan kecepatan jarak bagi : P = Wt . v .(2.5) Dimana : P Wt v : daya (hp):

gaya tangensial (lb)

: kecepatan garis jarak bagi (ft/s)

Dengan menentukan gaya dan dengan poenyesuaian satuan-satuan diperoleh persamaan sebagai berikut : Wt = 33000(P)/(v) (2.6)

11

Dimana : Wt P : gaya tangensial (lb) : daya (lb.ft/s)

Nilai-nilai tersebut dapat dihitung baik untuk pinyon ataupun untuk roda gigi besar dengan melakukan subtitusi yang tepat dimana kecepatan garis jarak bagi untuk pinyon sama dengan kecepatan jarak bagi untuk roda gigi besar dan beban-beban yang ditransmisikan pada pinyon dan roda gigi besar juga sama, hanya saja gaya-gaya tersebut bekerja dalam arah yang berlawanan. Gaya normal (Wn), dan gaya radial (Wr) dapat dihitung dari Wt yang diketahui yaitu dengan menggunakan hubungan-hubungan segitiga siku-siku seperti berikut : a. Gaya radial Wr = Wt tg ..(2.7) Dimana : Wr Wt : gaya radial (lb) : gaya tangensial (lb) : sudut tekan bentuk gigi

b. Gaya normal Wn = Wt/ cos ..(2.8) Dimana : Wn Wt : gaya normal (lb) : gaya tangensial (lb) : sudut tekan bentuk gigi

12

2.1.5

Tegangan pada Gigi-Gigi Roda Gigi Analisa tegangan gigi-gigi pada roda gigi diberikan dengan

mempertimbangkan komponen-komponen gaya orthogonal, Wt, dan Wr. Gaya tangensial (Wt) menghasilkan sebuah momen lengkung pada gigi roda gigi, serupa dengan yang dihasilkan dalam kasus balok kantilever. Tegangan lengkung yang diakibatkannya bernilai maksimal dalam fillet yang menghubungkan profil involut dengan dasar ruang gigi. Dengan memasukan geometri gigi yang terinci kedalam perhitungan , Wilfred Lewis telah mengembangkan persmaan untuk tegangan didasar provil involut, yang selanjutnya disebut persamaan Lewis : = .............................................................................................. (2.9)

Diamana : Wt Pd F Y : tegangan (lb/in) : gaya tangensial (lb) : jarak bagi diametral gigi : lebar muka gigi (in) :faktor bentuk lewis, yang bergantung pada bentuk gigi ,sudut tekan, lingkaran jarak bagi diametral, jumlah gigi dalam roda gigi, dan lokasi tempat Wt bekerja. Nilai faktor-faktor geometri gigi-gigi involut yang paling aman adalah untuk beban yang diberikan di puncak gigi. Namun nilai ini sangat konservatif karena terdapat beberapa beban yang ditanggung bersama-sama dengan gigi yang lainya disaat beban awal diberikan dipuncak gigi. Beban kritis pada sebuah gigi yang ditinjau terjadi ketika beban berada di titik paling tinggi dari permukaan kontak gigi tunggal, sat gigi membawa beban penuh. Dengan menggunakan faktor geometri J dalam persamaan tegangan berikut : = ............................................................................................. (2.10)

Dimana : Wt : tegangan (lb/in) : gaya tangensial (lb)13

Pd F J

: jarak bagi diametral gigi : lebar muka gigi (in) : faktor geometri

Metode analisa perancangan roda gigi yang digunakan adalah berdasarkan AGMA Standard 2001-C95. Namun karena nilai-nilai untuk beberapa faktor tida tercakup dalam standar, maka akan ditambahkan data dari sumber-sumber yang lain. Data ini mengilutrasikan jenis-jenis kondisi yang berpengaruh pada perancangan akhir. Perasamaan untuk menentukan angka tegangan lengkung yaitu: ........................................................................ (2.11) Dimana : Sf Wt Ko Ks Km KH Kv F J 2.1.6 : Tegangan lengkung (psi) : gaya tangensial (lb) : faktor beban lebih untuk kekuatan lengkung : faktor ukuran untuk kekuatan lengkung : faktor distribusi beban untuk tegangan lengkung : faktor ketebalan bingkai : faktor dinamis untuk kekuatan lengkung : lebar muka gigi (in) : faktor geometri

Angka tegangan yang diizinkan Sebuah roda gigi bekerja seperti sebuah balok kantilever dalam menahan

gaya yang ditimbulkan oleh gigi roda gigi pasangannya. Titik yang mengalami tegangan lengkuk tarik paling tinggi berada di dalam agar gigi tempat kurvainvolut bergabung dengan filetr. AGMA telah mengembangkan seperangkat angka tegangan lengkung yang diizinkan yang dinyatakan dengan Sat, yang harus dibandingkan dengan tingkat tegangan lengkung terhitung didalam gigi sampai pada taraf yang dapat diterima pada sebuah perancangan.

14

Kedua, bentuk kegagalan yang tak gayut adalah cacat muka pada gigigigi,yang biasanya terjadi disekitar garis jarak bagi yang tegangan kontaknya paling tinggi. Pemindahan gaya dari gigi penggerak ke gigi yang digerakan secara teoritis terjadi pada sebuah garis kontak karena beraksinya dua kurva busur lingkaran satu terhadap yang lainya. Berulangnya kejadian tegangan kontak yang tinggi ini dapat menyebabkan sejenis kegagalan lelah permukaan. Yang menghasilkan keretakan lokal dan kehilangan bahan yang nyata. Hal ini disebut cacat muka. 2.1.7 Pemilihaan Bahan Roda Gigi Untuk mendapatkan operasi yang aman, perancang perlu menetapkan bahan yang mempunyai tegangan lengkung izin yang lebih besar daripada tegangan terhitung akibat pelengkungan. St < Sat 1. Angka tegangan lengkung izin tetapan (Sat) Seorang perancang dapat memilih dan menerapkan sebuah faktor keamanan untuk angka tegangan lengkung izin dengan memperhitungkan ketidak tentuan dalam analisis perancangan, sifat-sifat bahan, toleransi pembuatan, atau memberikan ukuran keamanan ekstra dalam terapan-terapn yang kritis. Faktorfaktor tersebut diterapkan terhadap nilai Sat untuk menghasilkan sebuah angka tegangan lengkung izin tetapan yang ditunjukan sebagai berikut : Sat = Sat. YN / (SF-KR) ........................................................................ (2.12) Dimana : Sat Sat YN SF KR : tegangan lengkung izin tetapan : tegangan lengkung yang diizinkan : faktor siklus tegangan :faktor keamanan : faktor keandalan

15

a. Faktor Siklus Tegangan (YN) Faktor tetapan umur ditentukan jika gigi-gigi roda gigi yang dianalisis diperkirakan mengalami sejumlah siklus pembebanan diluar 107 siklus. Perlu dicatat bahwa untuk jumlah siklus yang lebih rendah, jenis bahan secara umum merupakan sebuah faktor yang dilibatkan dalam diagram tegangan lengkung. Perhitungan jumlah siklus pembebanan dapat dicari dengan persamaan berikut : NC = (60)(L)(n)(q) .............................................................................. (2.13) Dimana : NC L N q : jumlah siklus pembebanan perkiraan : umur rancangan (jam) : kecepatan putar roda gigi (rpm) : jumlah pemakaian beban

b.

Pemilihan Bahan Roda Gigi Berdasarkan Tegangan Lengkung Logika proses pemilihan bahan yaitu angka tegangan lengkung

harus lebih rendah dari angka tegangan lengkung izin tetapan. Ungkapan diatas dapat diperluas sebagai berikut : St < Sat ....(2.14)

Dalam upaya pemilihan bahan, maka hubungan tersebut lebih tepat digunakan untuk menentukan Sat : St < Sat ....................................................................................... (2.15) Dimana : WT SF Wt Ko Ks Km : gaya tangensial (lb) : faktor keamanan : gaya tangensial (lb) : faktor beban lebih untuk kekuatan lengkung : faktor ukuran untuk kekuatan lengkung : faktor distribusi beban untuk tegangan lengkung16

KH Kv F J YN Pd

: faktor ketebalan bingkai : faktor dinamis untuk kekuatan lengkung : lebar muka gigi (in) : faktor geometri : faktor siklus tegangan : jarak bagi diametral gigi

Beberapa faktor perlu ditambahkan pada persamaan untuk mendapatkan tegangan lengkung dalam gigi-gigi roda gigi. Besaran yang dihasilkan disebut sebagai angka tegangan kontak (contact stress number), Sc : Dimana : SC CP I Wt Ko Ks Km KH Kv F DP : tegangan kontak (psi) : koefisien elastis : faktor geometri : gaya tangensial (lb) : faktor beban lebih untuk kekuatan lengkung : faktor ukuran untuk kekuatan lengkung : faktor distribusi beban untuk tegangan lengkung : faktor ketebalan bingkai : faktor dinamis untuk kekuatan lengkung : lebar muka gigi : diameter pinion (in) .......................................................................... (2.16)

2.1.8 Transmisi daya ( Power transmission) Transmisi daya adalah upaya untuk menyalurkan/memindahkan daya dari sumber daya (motor diesel,bensin,turbin gas, motor listrik dll) ke mesin yang membutuhkan daya ( mesin bubut, pumpa, kompresor, mesin produksi dll). Ada dua klasifikasi pada transmisi daya : a. Transmisi daya dengan gesekan ( transmission of friction) yang terdiri dari direct transmission (contoh : roda gesek transmission (contoh: belt dan ban mesin). dll) dan indirect

17

b.

Transmisi dengan gerigi ( transmission of mesh) yang terdiri dari direct transmission (conto: gear) dan indirect transmission (contoh: rantai, timing belt dll).

18

BAB III METODOLOGI

3.1 Skema Penelitian Skema penelitian analisa kerusakan roda gigi segment pada Bucket Whell Excavator (BWE)201 ini dapat dilihat pada Gambar 3.1.Mulai

A

Studi LiteraturData Hasil Perhitungan : L , Sc

Studi Lapangan

Analisa dan PembahasanPengumpulan Data : P,NP,NG

Kesimpulan-

Perhitungan : VR =

Selesai( )

nG =DG Vt, Wt Kv L SC

Pd = np- Dp

= = DP = =* = =

( )

+

Km = 1 + Cpf + Cma

A

Gambar 3.1 Skema Penelitian19

3.2

Objek Pengamatan Sesuai dengan analisa yang dilakukan yaitu analisa kerusakan pada roda

gigi segment maka pada Gambar 3.2 memperlihatkan objek pengamatan dari analisa ini yaitu roda gigi segment dan pinion.

Roda gigi segment

Pinion

Gambar 3.2 Roda Gigi dan Pinion Segment pada BWE Roda gigi segmet adalah roda gigi yang ukurannya lebih besar di sistim transmisi yang terdiri dari beberapa bagian yang disusun menjadi satu roda gigi segment dan merupakan pengarah transmisi. Pinion adalah roda gigi yang ukurannya lebih kecil dari pada roda gigi lainnya, dan merupakan penggerak (inpout power) untuk roda gigi yang lebih besar. 3.3 Data Teknis Setelah dilakukan survei langsung dilapangan dan pengambilan data spesifikasi Roda gigi segment dari Entry Data Centre (EDC) PT. Bukit Asam.Tbk setelah itu dilakukan analisa data-data yang diperlukan dalam melakukan perhitungan dan pembahasan untuk menyelesaikan kasus yang terjadi pada kerja praktek ini maka didapatkan data-data berikut ini : Daya operasi (P) Modul (m) Sudut kontak (Rt) Jarak antar pusat (C) Gear ratio (mg) : 10,3 kW : 0,866142 inch : 20o : 94,4488 : 9,333

20

Tooth thickness (tR) Rim thickness (ht) Tinggi kontak (Z) Kualitas (Qv) Kekasaran permukaan (tp) Umur yang diinginkan Batasan Tegangan kontak (Sc) Putaran (rpm) Roda gigi Pinion

: 1,5744 inch : 2,06693 : 1.82008 inch : 11 : 50 rms : 20000 jam : 9862.5636 psi

: 0,1016 : 0,9480

Jumlah gigi Roda gigi Pinion : 196 : 21

Diameter luar Roda gigi Pinion : 171,496 inch : 20,8661 inch

Material Roda gigi Pinion : GS 30 Cr Mo V 64 : 20 Mn Cr 5

3.4

Pengolahan Data dan Perhitungan Data teknis yang di dapatkan kemudian diolah untuk mendapatkan hasil

yang berupa Umur Roda gigi, Faktor dinamik, Tegangan Kontak Pinion dan Roda Gigi Besar sebagai berikut: 1. Menghitung Rasio Kecepatan. VR = = = 9,33

21

2. Menghitung Kecepatan Output. nG = nP ( ) = 0,9480 rpm ( = 0,10157 rpm )

3. Menghitung Nilai Jarak Bagi Diametral ( C =( ) =( =( ) ) ) )

).

94,4488 in 94,4488 in 2 Pd Pd Pd =( =(

= 1,14877

4. Menghitung Diameter Lingkaran Jarak Bagi untuk Pinion dan Roda gigi Dp = = = 18,28042 in

DG

= = = 170,617 in

5. Kecepatan Jarak Bagi Vt = DP = 3,14 (18,28042 in)( )

= 4,5346 ft/menit

22

6. Beban yang ditransmisikan Wt = =( ) ( )

= 1883 lb

7. Gaya radial Wr = Wr tan = 1883 tg 20o =685,35 lb

8. Gaya normal Wn = = = 2003,84 lb

9. Lebar Muka Pinion dan Roda Gigi Batas bawah = = = 6,96397 in Batas atas = = = 13,92794 in Nilai nominal = (F) = =10,44595 in

23

10. Jenis-jenis Bahan Roda-roda Gigi Bahan yang dipergunakan diasumsikan baja. Maka Cp = 2300, dapat dilihat pada (lampiran Tabel 1).

11. Angka kualitas (Q) sesuai dengan data dari EDC angka kualitas Qv = 11 12. Faktor Dinamis (Kv) Dimana Qv = 11B

=

= 0,25 = 92+ +

A = 50+56(1-B)K v=* K v= K v=

* 0,99

13. Faktor-faktor geometri untuk kelengkungan/sudut tekan 20o Faktor-faktor kelengkungan untuk pinion dan roda gigi (lampiran tabel 2) JP JG = 0,325 = 0,410

Faktor geometri untuk ketahanan cacat muka (lampiran tabel 1) I = 0,104

11. Faktor distribusi beban km Untuk F = 10,44595, Dp = 18,28042 in dan = 0,571428 in

Maka Cpf = F/10Dp 0,025 Cpf = 0,03214 Untuk Roda Gigi sangat presisi yaitu Cma =0,05 Maka km = 1 + Cpf + Cma = 1 + 0,03214+ 0,05 =0,08214

24

12. Faktor ukuran k (Tabel: 9.6) Untuk Pd = 1,14877, maka Ks = 1,40 (lampiran tabel 2) 13. Faktor Ketebalan Bingkai Untuk roda gigi pejal KH = 1,00

14. Faktor Layanan (SF) Pada perhitungan sistim roda gigi ini diasumsikan SF = 1,00

15. Faktor Rasio kekerasan (CH) CH = 1,00 16. Faktor Keandalan (kR) kR = 1,00 17. Umur Roda-roda Gigi. Umur pemakaian roda gigi segment (L) diasumsikan 20000 jam untuk pemakaian 8 Jam/Hari. jadi masa pemakaian adalah : = 2500 hari yaitu 6,84 tahun.

Siklus yang terjadi adalah : Untuk pinyon. NCP = (60)(20000)(0,9480 rpm)(1) = 1,137600x 106 Siklus Untuk roda gigi segment. NCG = (60)(20000)(0,1016 rpm)(1) = 1,21920 x 105 siklus 18. Tegangan Kontak Pinyon dan Roda Gigi Besar SC =

=

= 8491,133008 psi

25

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1

Hasil Perhitungan Setelah Data-data diperoleh dan setelah dilakukan perhitungan sebagai

bahan penganalisaan maka didapatkan nilai-nilai dibawah ini :

Rasio kecepatan (VR) Kecepatan out put (ng) Nilai jarak bagi lingkaran (Pd) Diameter Lingkaran Jarak Bagi Pinyon (Dp)

: 9,33 : 0,10157 rpm : 1,14877 : 18,28042 inch

Diameter Lingkaran Jarak Bagi Roda gigi (Dp) : 170,617 inch Kecepatan Jarak Bagi (Vt) Beban yang ditransmisikan (Wt) Gaya radial (Wr) Gaya normal (Wn) Faktor Dinamis (Kv) Faktor distribusi beban km Umur roda gigi untuk operasi 8 jam/perhari Tegangan Kontak Pinyon dan Roda Gigi (Sc) : 4,5346 ft/menit : 1883 lb : 685,35 lb : 2003,84 lb : 0,99 : 0,08214 : 6,84 tahun : 8491,133008 psi

26

4.2

Pembahasan

4..2.1 Analisa Bahan Roda gigi segment dibuat dari bahan GS 30CrMoV64 dengan tingkat tempernya level II, yang berarti bahan tersebut mempunyai batas mulur sebesar 46 kg/mm2dan kekuatan tariknya 70-80 kg/mm2. 4.2.2 Faktor Umur Dari hasil perhitungan yang dihasilkan umur roda gigi segment adalah 6,8 tahun dengan 1.21920 x 106 siklus, seharusnya roda gigi segment ini harus beroperasi sesuai umur yang dianjurkan tersebut jika melebihi maka biasanya roda gigi akan mengalami kerusakan, seperti haus karena gesekan yang terjadi sudah terlalu banyak, korosi karena material seperti tanah yang menempel pada roda gigi segment pada saat pengoprasian, patah dan retak karena kekuatan roda gigi tersebut telah berkurang. Namun kenyataanya dilapangan penggantian dilakukan 5 tahun hal ini dikarenakan faktor-faktor lain dilapangan yang menyebabkan roda gigi segment lebih mudah rusak dan juga pengoprasian yang terlalu lama perharinya. 4.2.3 Faktor Dinamik Pada kondisi gaya dinamik ditetapkan oleh perusahaan yaitu Kv = 1,0. Dari perhitungan didapat harga Kv = 0,99 dengan demikian berarti bahwa roda gigi segment masih mampu menerima gaya-gaya dinamik yang timbul. Gaya dinamik yang berlebihan dan berulang-ulang dapat menyebabkan patah pada gigi roda gigi segment tersebut, yaitu berupa fatigue failure (patah lelah).. Pada awal terjadinya patah lelah maka logam tersebut akan mengalami crack (retak) yang bermula dari tempat terjadinya pembebanan berulang yang menyebabkan terjadinya deformasi plastis setempat yang bersekala mikro. System operasional BWE yang bersifat kontinue akan mengakibatkan suatu pembebanan yang berulang tagangan bolak-balik atau tegangan berfluktuasi. Dengan adanya tegangan tersebut dapat menimbulkan kerusakan pada roda gigi yang disebut fatigue failure (patah lelah). Kegagalan ini bermula dari retak kecil

27

yang timbul pada permukaan gigi.namun pada kenyataanya patah lelah disebabkan oleh beban yang berlebih, cacat material yang berupa porositas dan retak dalam, geometri yang salah. Gambar 4.1 memperlihatkan bagian roda gigi patah yang diakibatkan oleh patah lelah. Data dan hasil pengecekan dilapangan, bahwa salah satu kerusakan yang terjadi pada roda gigi segment adalah adanya keretakan pada gigi bahkan terjadi patah. Hal ini selain diakibatkan beban yang berulang juga akibat dari polishing setelah pengelasan, ini akan mempengaruhi kekerasan permukaan dari bahan tersebut akhirnya berpengaruh dari ketahanan lelah dari roda gigi segment tersebut.

Gambar 4.1 Roda gigi mengalami patah lelah

4.2.4

Analisa Suhu Diketahui pada suhu > 175oC harus diperhatikan adanya efek tempering

yang mengakibatka turunya kekerasan dan kekuatan material gigi. Dari hasil pengamatan, roda gigi segment tidak pernah mencapai suhu tersebut, karena lokasi kerja bukan daerah yang bertemperatur terlalu tinggi jadi roda gigi segment ini masih berada di batas aman.

28

4.2.5 Analisa Tegangan Dari perhitungan didapatkan harga tegangan kontak Sc = 8491,133008 psi dari perhitungan sebalumnya diketahui batasan untuk Sc adalah 9862.5636 psi. tegangan kontak belum melampaui batas keamanannya jadi roda gigi tersebut relatife masih aman selama tidak terjadi penambahan beban secara mengejutkan, yang bisa menyebabkan patahnya gigi pada roda gigi.

4.2.6

Faktor-faktor Lain yang Mempengaruhi Kerusakan Roda Gigi Segment Dari pengamatan dilapangan dan data-data yang ada, terdapat beberapa hal

yang memungkinkan mengakibatkan kerusakan antara lain : 1. Harga back lash yang tidak sesuai Secara teoritis untuk keamanan gigi-gigi pada roda gigi segment maka harga back lash antara gigi pinion dan roda gigi segment berkisar antara 1,0-1,3 mm. tetapi dalam pengoprasianya back lash pada gigi tersebut sering tidak memenuhi syarat, hal tersebut di karenakan roda gigi segment terdiri dari empat bagian yang digabung. yang mana tidak akan membentuk lingkaran yang sempurna, sehingga harga back lash tidak seragam bahkan ada nilainya yang kurang dari 1,0 mm. Apabilaa terjadi penyimpangan beban yang merubah posisi normal dari pinion atau roda gigi segment maka roda gigi akan mudah termakan oleh pinion. Pada pengamatan dilapangan bagian roda gigi yang mengalami kerusakan adalah bagian gigi sebelah atas. Hal ini menunjukan bahwa lebih yang terjadi pada bagian depan BWE yaitu saat pemakanan material mengakibatkan sumbu pinion tidak lagi sejajar dengan sumbu roda gigi segment sehingga bagian gigi terkena gesekan pinion dan menimbulkan kerusakan.

29

2. Kondisi operasional dari Bucket Whell Excavator (BWE). Pengopasian BWE yang mana kondisi lapangan yang tidak benar-benar datar menyebabkan adanya suatu sudut diantara sumbu normal tanah dengan sumbu berat BWE. Hal ini akan mengakibatkan adanya gaya tambahan yang bekerja pada roda gigi segment sehingga salain menerima gaya dari pinion roda gigi juga menerima beban dari komponen berat BWE, yang arahnya horizontal. Gaya ini akan memperbesar resultan gaya yang mengenai roda gigi dan mempercepat kerusakn pada roda gigi segment.

30

BAB V PENUTUP

5.1

Kesimpulan Setelah melakukan perhitungan dan penganalisaan maka dapat

disimpulkan bahwa : 1. Dari hasil perhitungan didapatkan umur yang dianjurkan untuk roda gigi segment Ban 1 pada Bucket Whell Excavator (BWE)201, untuk pemakaian 8 jam/hari adalah 6,84 tahun namun dilapangan umur roda gigi segment 5 tahun hal ini disebabkan harga back lash yang

berubah ubah yang tidak memenuhi batasanya 1,0-1,3mm, dan kondisi operasional Bucket Whell Excavator (BWE) yang kurang baik karena lapangan yang kurang datar. 2. Tegangan kontak yang terjadi antara pinion dan roda gigi segment (Sc) adalah 8491,133008 psi belum melewati batas yang ditentukan yaitu

(Sc) 9862.5636 psi jadi tegangan kontak pinion pada roda gigi segment masih memenuhi batas keamanan. 3. Nilai faktor dinamik (Kv) adalah 0,99 dan batasan untuk Kv adalah 1,0 dengan demikian roda gigi segment masih aman dan mampu menahan gaya dinamik yang timbul. 5.2 Saran 1. Lakukan pengamatan secara kontinue untuk menganalisa

kerusakan pada roda gigi segment. 2. Lakukan prosedur perbaikan secara kontinue 3. Lakukan pengoprasian seakurat mungkin untuk memperpanjang Umur roda gigi dan memperhatikan faktor-faktor yang dapat menyebabkan kerusakan roda gigi segment.

31

DAFTAR PUSTAKA

American Gear Manufactures Asociation, 1500 Kingstreet, Sweet 201, Alexandria, VA 22314. Niemen. G., 1996, Elemen Mesin, Jilid 1, Edisi ke-2, Erlangga, Jakarta. Sato. G. T., 1996, Menggambar Mesin Menurut Standar ISO, PT. Pradya Paramita, Jakarta.

32