PERANCANAGAN MESIN PRESS KALENG MENGGUNAKAN SISTEM HIDROLIK

PERANCANAGAN MESIN PRESS KALENG MENGGUNAKAN SISTEM HIDROLIK

Bambang Sulaksono

Dosen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Pancasila

ABSTRAK Kebutuhan akan kaleng sebagai wadah untuk membungkus suatu produk semakin

meningkat tiap tahunnya, hal ini disebabkan produk yang dikemas dengan menggunakan kaleng tidak mudah rusak dan tahan lama dalam penyimpanan. Dengan tingginya produksi kaleng di dunia, ternyata limbah yang dihasilkan hanya sedikit, hal ini dikarenakan lebih dari setengah jumlah kaleng tersebut bisa didaur ulang kembali. Dalam proses daur ulang, kaleng diperlukan dalam kondisi pengepakan karena akan lebih mudah dalam segi pengangkutan sekaligus proses peleburannya. Proses pengepakan kaleng dilakukan melalui proses pengepresan untuk mendapatkan kondisi kaleng yang padat sehingga banyak kaleng yang akan dilebur dalam sekali proses.

Mekanisme penggerak yang akan dipakai dalam mesin ini adalah dengan menggunakan sistem hidrolik, dengan alasan sistem hidrolik mempunyai daya tekan yang lebih besar dibandingkan dengan mekanisme penggerak yang lain. Sistem penggerak menggunakan sistem hidrolik dimana terdiri dari motor listrik yang terhubung ke pompa. Dari pompa maka daya akan diteruskan ke silinder hidrolik melalui selang yang berisi fluida. Dari silinder, gaya diteruskan ke plat penekan dimana plat penekan ini akan menekan tumpukan kaleng sampai ketebalan maksimum sesuai kapasitas yang sudah ditentukan.

Tujuan dari perancangan ini adalah manghasilkan sebuah rancangan mesin press limbah kaleng dengan menggunakan sistem hidrolik yang mampu mengatasi masalah limbah kaleng yang ada yang nantinya akan diproses lebih lanjut menjadi produk lain yang lebih bermanfaat.

Kata kunci : Kaleng, Tekan, Sistem hidrolik

I. PENDAHULUAN 1.2. Latar Belakang Masalah

Kebutuhan akan kaleng sebagai wadah untuk membungkus suatu produk semakin meningkat tiap tahunnya, hal ini disebabkan produk yang dikemas dengan menggunakan kaleng tidak mudah rusak dan tahan lama dalam penyimpanan. Semakin tingginya permintaan akan kaleng menyebabkan produksi juga semakin tinggi, sekitar 64 juta ton kaleng dengan bahan alumunium diproduksi tiap tahunnya di dunia.

Dengan tingginya produksi kaleng di dunia, ternyata limbah yang dihasilkan hanya sedikit, hal ini dikarenakan lebih dari setengah jumlah kaleng tersebut bisa didaur ulang. Dalam proses daur ulang, kaleng diperlukan dalam kondisi pengepakan karena akan lebih mudah dalam segi pengangkutan sekaligus proses peleburannya. Proses pengepakan kaleng dilakukan melalui proses

pengepresan untuk mendapatkan susunan kaleng yang padat.

Proses pengepakan memerlukan mesin press yang mampu memadatkan kaleng menjadi susunan kaleng yang padat. Dari latar belakang masalah yang sudah diuraikan di atas, penulis mencoba menyelesaikan masalah tersebut dengan merancang sebuah mesin yang mampu mengolah limbah kaleng dengan cara mengepress kaleng menjadi sebuah bentuk kotak padat.

Mekanisme penggerak yang akan dipakai dalam mesin ini adalah dengan menggunakan sistem hidrolik, dengan alasan sistem hidrolik mempunyai daya tekan yang lebih besar dibandingkan dengan mekanisme penggerak yang lain.

1.3. Pokok Permasalahan

Berdasakan latar belakang yang dijelaskan di atas, terdapat permasalahan yaitu

Jurnal mekanikal Teknik Mesin S‐1 FTUP Vol. 8, No. 1, Januari 2012

13

mesin press yang ada mempunyai kapasitas dan ukuran yang besar sedangkan limbah kaleng yang ada banyak didominasi oleh kaleng minuman kecil dengan volume rata-rata 300-350 ml sehingga mesin press yang diperlukan hanya mesin yang mempunyai kapasitas kecil jadi bisa lebih efektif dan efisien. Untuk mengatasi permasalahan disini, penulis akan merancang sebuah mesin press kaleng menggunakan sistem hidrolik dengan kapasitas maksimum sebesar 4 ton dan khusus digunakan untuk mengepress limbah kaleng minuman kecil. 1.4. Batasan Masalah

Untuk menghindari banyaknya bahasan maka penulisan tugas akhir ini dibatasi pada beberapa masalah antara lain: 1. Kaleng yang digunakan berbentuk silinder

dengan volume 300-350 ml. 2. Perhitungan sistem hidrolik meliputi

perhitungan daya motor dan tekanan fluida. 3. Perhitungan plat yang meliputi perhitungan

tebal dan kekuatan lasan. 4. Perhitungan rangka profil U berdasarkan

beban yang diterima. 1.5. Tujuan Perancangan

Tujuan dari perancangan ini adalah menghasilkan sebuah rancangan mesin press limbah kaleng dengan menggunakan sistem hidrolik yang mampu mengatasi masalah limbah kaleng yang nantinya akan diproses lebih lanjut menjadi produk lain yang lebih bermanfaat. 1.6. Metode Penulisan

Suatu karya ilmiah termasuk tugas akhir ini barulah dapat dikatakan baik atau sempurna apabila disusun berdasarkan data - data objektif yang diperlukan sebagai bahan analisis atau permasalahan yang dapat mendukung dalam penyelesaian masalah.

Metode yang digunakan dalam pengumpulan data yang dipakai dalam penyelesaian masalah antara lain : 1. Studi Kepustakaan

Metode yang dilakukan penulis yaitu dengan mempelajari literatur yang terkait dengan permasalahan serta mencari tambahan informasi melalui internet.

2. Wawancara Metode yang dilakukan penulis dengan melakukan tanya jawab langsung dengan orang-orang yang dianggap mengerti dan berhubungan langsung dengan permasalahan ini.

3. Observasi (Pengamatan)

Penulis dalam hal ini secara langsung melakukan pengamatan di lapangan.

II. LANDASAN TEORI 2.1. Konsep Perancangan

Perancangan adalah kegiatan awal dari usaha merealisasikan suatu produk yang keberadaannya diperlukan oleh pengguna produk tersebut dalam rangka mengatasi masalah yang terjadi. Perancangan terdiri dari serangkaian kegiatan yang berurutan yang disebut fase - fase perancangan yang dapat dijelaskan dengan diagram alir proses perancangan. Ada beberapa konsep perancangan yang biasa digunakan dalam perancangan produk, antara lain : QFD (Quality Function Deployment)

QFD adalah metodologi dalam proses perancangan dan pengembangan produk atau layanan yang mampu mengintegrasikan ‘suara-suara konsumen’ didalam proses perancangannya. QFD sebenarnya adalah merupakan suatu jalan bagi perusahaan untuk mengidentifikasi dan memenuhi suatu kebutuhan serta keinginan konsumen terhadap produk atau jasa yang dihasilkan.

Quality Function Deployment direpsentasikan sebagai sebuah perubahan dari arus utama pengendalian kualitas manufaktur tradisional sederhana ke pengendalian kualitas desain produk. Penggunaan QFD untuk membantu mendefinisikan “apa yang dilakukan” (what to do) dan transformasi yang progresif apa yang dilakukan ke dalam “bagaimana harus” (how do) dengan berbagai cara sehingga didapatkan hasil performance yang konsisten dalam memuaskan konsumen.

Alat utama dari QFD adalah matrik dimana hasil-hasilnya dicapai melalui penggunaan tim antar departemen atau fungsional dengan mengumpulkan, menginterpretasikan, mendokumentasikan dan memprioritaskan kebutuhan-kebutuhan pelanggan. Proses dalam QFD dilaksanakan dengan menyusun satu atau lebih matrik yang disebut The House of Quality (HOQ), matrik ini menjelaskan apa saja yang menjadi kebutuhan dan harapan pelanggan serta bagaimana memenuhinya.

Titik awal (starting point) QFD adalah pelanggan serta keinginan dan kebutuhan dari pelanggan. Dalam QFD hal ini disebut “suara dari pelanggan” (voice of the customer). Pekerjaan dari tim QFD dimulai dengan suara


14

pelanggan dan berlanjut melalui 4 aktivitas utama yaitu :

a. Perancangan produk Menerjemahkan kebutuhan pelanggan ke dalam kebutuhan teknik.

b. Desain produk Menerjemahkan kebutuhan teknik ke dalam karakteristik komponen.


15

c. Perencanaan proses Mendefiniskan langkah-langkah proses dan parameter-parameter serta menerjemahkan ke dalam karakteristik proses.

d. Perencanaan pengendalian proses Menetapkan atau menentukan metode-metode pengendalian untuk mengendalikan karakteristik proses.

A. Macam-macam Pembebanan 1. Pembebanan Tarik

Pembebanan tarik adalah suatu gaya luar yang bekerja pada suatu benda dengan tarikan.

Gambar II-1 Pembebanan Tarik

F= Gaya Tarik (N) A = Luasan penampang (mm2)

tσ = Tegangan tarik (N/mm2)

2. Pembebanan Tekan Pembebanan tekan adalah suatu gaya

luar atau dalam yang bekerja pada dengan desakan.

Gambar II-2 Pembebanan Tekan

F = Gaya Tekan (N) A = Luasan penampang (mm2)

tσ = Tegangan tekan [N/mm2]

3. Pembebanan Geser Pembebanan geser adalah suatu gaya

yang bila digambarkan seperti benda yang tergunting.

Gambar II-3 Pembebanan Geser

F = Gaya Tekan (N) A = Luasan penampang (mm2)

gτ = Tegangan tekan [N/mm2]

AF

g =τ

IYlFE

FRRIE

lFY BA

×××

=

==××

×=

48

2483

3

4. 4 Pembebanan Bengkok Pembebanan bengkok adalah suatu

gaya luar yang bekerja cenderung melenturkan atau membengkokan benda tersebut.

Gambar II-4

Pembebanan Bengkok

lFaR

lIYFbaE

lFbR

lIEFbaY

B

A

..

bM = Momen Bengkok (Nmm)

bW = Momen Tahanan Bengkok (mm3)

bσ = Tegangan Bengkok (N/mm2) 5 Defleksi Pada waktu benda uji dibengkokan, maka akan terjadi perubahan bentuk pada bagian yang akan dibengkokan. Bagian luar akan mendapatkan tarikan, sedangkan bagian dalam akan mendapatkan tekanan dan ditengah netral. Besarnya defleksi ini tergantung dari jenis bahan, dimensi bahan dan beban yang bekerja. Defleksi yang terjadi dapat diukur dengan alat pengukur dan dari hasil yang diperoleh kemudian dapat menghitung besarnya gaya yang dibutuhkan. Menurut ilmu defleksi yang dipakai, defleksi Y dapat dihitung berdasarkan rumus:

AF 3

..

..3..

22

22

==

==

t =σ

b

bb W

M=σ

AF

t =σ

Gambar II-5 Defleksi Y untuk a = b

Gambar II-6 Defleksi Y untuk a ≠ b

Dimana: F = Besarnya beban (N) l = Jarak antara titik tumpuan (mm) I = Momen inersia (mm4)


16

E = Modulus elastisitas (N/mm2) Y = Defleksi (mm) 6 Unit Rangka

Unit rangka merupakan bentuk yang disusun sedemikian rupa untuk menopang atau menahan benda (gaya). Profil mempunyai bentuk yang berbeda-beda, seperti profil I, profil U, profil C dan profil H. Perbedaan ini digunakan sesuai dengan kebutuhan yang diperlukan. Adakalanya suatu bentuk profil tidak menguntungkan bila dipasang sebagai profil tunggal karena sering kali beban atau gaya luar yang terjadi memiliki gaya yang besar, maka suatu profil tidak cukup kuat untuk menahan beban tersebut, sehingga kita harus memakai batang majemuk yang terdiri dari dua batang atau lebih. Pada analisa rangka ini meliputi :

1. Benda tegar dalam keseimbangan Sebuah benda tegar berada dalam

keseimbangan jika gaya luar yang bereaksi padanya membentuk sistem gaya equivalen sebesar nol, ini berarti sistem yang tidak mempunyai resultan gaya dan resultan kopel. Dengan syarat

2. Analisa keamanan rangka

Setelah diketahui gaya yang terjadi maka keamanan rangka dapat diketahui dengan rumus:

bσ = Tegangan Bengkok (N/mm2)

bM = Momen Bengkok (Nmm)

bW = Momen Tahanan Bengkok (mm3)

7 Sambungan Las Sambungan las adalah sambungan tetap

dari peleburan tepi-tepi pada dua bagian yang disambung secara bersama, dengan atau tanpa menggunakan tekanan dan bahan pengisi. Panas diperlukan untuk melebur bahan yang diperoleh pada las gas atau busur listrik. Busur listrik banyak digunakan karena lebih cepat dalam pengelasan. Tipe sambungan las :

b

bb W

M=σ

∑ ∑ ∑ === 000 Ayx MFF

1. Lap Joint/Fillet Joint Sambungan lap/fillet selalu dilaksanakan

dengan over lapping plat, kemudian dilas bagian tepinya. Penampang lintang penyambungan biasanya berbentuk segitiga. Jenis – jenis lap joint :

a. Single Transverse

Gambar II-7 Single Transverse Joint b. Double Transverse

Gambar 2-8 Double Transverse Joint c. Parallel

Gambar 2-9 Parallel Fillet Joint Lap/fillet joint dengan transverse tidak

memiliki keuntungan karena ujung/tepi plat tidak dilas sehingga dapat menyebabkan menekuk atau melengkung keluar.

2. Butt Joint Tipe penyambungan butt joint ini

dilaksanakan dengan mempertemukan ujung/tepi plat yang disambung. Pada butt joint tepi plat tidak memerlukan penyudutan jika tebal plat sampai 5 [mm]. Lain halnya jika ketebalan plat antara 5 sampai dengan 12,5


17

[mm], tepi harus dibentuk kampuh V atau U dan plat yang lebih 12,5 [mm] dibentuk kampuh double V atau double U.

Gambar II-10 Single Butt Joint

Gambar II-11 Double Butt Joint

B. Sambungan Baut Sebagian besar sambungan baut terdiri

atas dua unsur yaitu baut dan mur. Sambungan baut secara luas digunakan sebagai elemen pengikat pada konstruksi mesin untuk disambungkan atau dilepaskan tanpa merusak konstruksi mesin atau pengikatnya.

Keuntungan sambungan baut: 1. Sambungan baut sangat dipercaya dalam

pengoperasian. 2. Sambungan baut memudahkan untuk

pemasangan dan pembongkaran. 3. Satu cakupan luas dari sambungan baut bisa

digunakan sampai berbagai kondisi operasi. 4. Baut relatif murah untuk menghasilkan

standarisasi dan tingginya efisien pada proses pabrikasi 1 Sistem Hidrolik

Sistem Hidrolik adalah suatu sistem yang bekerja berdasarkan sifat dan kemampuan yang ada pada zat cair. Sistem hidrolik ini didukung oleh 3 unit komponen utama, yaitu:

1. Unit Tenaga, berfungsi sebagai sumber tenaga dengan minyak hidrolik Pada sistem ini unit tenaga terdiri atas:

a. Penggerak awal yang berupa motor listrik atau motor bakar

b. Pompa hidrolik, putaran dari poros penggerak awal memutar pompa hidrolik sehingga pompa hidrolik bekerja

c. Tangki hidrolik, berfungsi sebagai wadah atau penampung cairan hidrolik

d. Kelengkapan, seperti : pressure gauge, gelas penduga, relief valve

2. Unit Penggerak, berfungsi untuk mengubah tenaga fluida menjadi tenaga mekanik. Actuator dapat dibedakan menjadi dua macam yaitu:

a. Penggerak lurus : silinder hidrolik

b. Penggerak putar : motor hidrolik, rotary actuator

3. Unit Pengatur, berfungsi sebagai pengatur gerak sistem hidrolik.

III. METODOLOGI PERANCANGAN 3.1. Tahap Perancangan Gambar III-1 Flow

Chart

Perancangan

Tahap awal proses perancangan adalah dengan mengumpulkan informasi data kebutuhan pelanggan serta informasi mengenai material yang akan digunakan dalam proses pembuatan mesin dan bahan yang akan dipress. Seluruh syarat tersebut diharapkan dapat terpenuhi pada solusi akhir. 3.2. Deskripsi Masalah

Deskripsi masalah adalah menjelaskan segala informasi yang berhubungan dengan alat yang dirancang, sehingga dapat membantu dan mendukung dalam tahap perancangan mesin. Informasi yang dibutuhkan untuk merancang mesin press limbah kaleng hidrolik antara lain: daya motor penggerak, gaya yang dibutuhkan untuk mengepress kaleng, sistem hidrolik dan kekuatan rangka.

3.4. Identifikasi Masalah

Dalam tahap perancangan menjelaskan mengenai bagian dari spesifikasi, dimana spesifikasi merupakan daftar persyaratan kemampuan dan sifat-sifat yang harus dimiliki oleh alat yang dirancang. Persyaratan dalam

spesifikasi dapat dibagi dalam dua kategori, yaitu :

1. Keharusan (Demand) 2. Keinginan (Wishes)

Pada proses pengidentifikasian masalah digunakan agar dapat memecahkan masalah utama yang berdasarkan pada pendapat dan ide yang dituangkan dalam proses perancangan.

Langkah pertama dalam melakukan penyusunan identifikasi masalah adalah dengan menganalisis daftar spesifikasi dan dihubungkan dengan fungsi yang diinginkan secara jelas dan sesuai urutan daftar spesifikasi tersebut.

3.5. Struktur Fungsi

Struktur fungsi adalah rangkaian dari beberapa fungsi keseluruhan dan mempunyai hubungan antara masukan yang diinginkan oleh struktur dan dapat dinyatakan dalam bentuk aliran energi, material dan sinyal dengan menggunakan diagram blok. Dalam pengertian fungsi terdiri dari dua unsur, yaitu:

1. Fungsi Keseluruhan 2. Sub Fungsi keseluruhan

Fungsi keseluruhan dibuat setelah adanya ketentuan pada tiap-tiap tugas dari bagian yang akan dirancang secara keseluruhan, dimana tugas yang akan dijalakannya secara terperinci. Tahap pertama yang akan dibuat adalah mekanisme mesin press kaleng.


18

Prinsip Solusi 1. Mencari Prinsip Solusi

Untuk dapat memecahkan permasalahan dalam perancangan, maka ada beberapa metode yang digunakan. Metode yang digunakan antara lain:

a. Metode Konvensional (Conventional Method)

b. Metode Intuitif (Intuitive Method) c. Metode Destruktif

2. Pemilihan Kombinasi yang Sesuai Pada proses perancangan sistem

sistematik ruang lingkup permasalahan yang ada harus dibuat dengan luas. Hal ini bertujuan agar memperoleh kemungkinan solusi sebanyak-banyaknya. Setiap kemungkinan yang ada harus diperiksa melalui prosedur yang tepat dan cermat. 3. Diagram Prinsip Sub Fungsi dan Solusi

Tabel III-3 Diagram Sub Fungsi dan Solusi

Hasil dari kombinasi prinsip yang terdapat pada tabel diatas menghasilkan varian-varian sebagai berikut :

• Varian 1: 1.1 ; 2.2 ; 3.1 ; 4.1 • Varian 2: 1.1 ; 2.1 ; 3.2 ; 4.3 ; 5.2 • Varian 3: 1.2 ; 2.3 ; 3.3 ; 4.2

Varian 1 Varian 2

Varian 3 IV. PERANCANGAN KOMPONEN MESIN Perhitungan Gaya Press

Tahap awal untuk merancang mesin ini adalah menentukan acuan kaleng yang akan digunakan sebagai dasar awal perhitungan. Kaleng yang akan dijadikan acuan dalam perancangan ini adalah kaleng minuman kecil. Gaya deformasi untuk satu buah kaleng diasumsikan sebesar 20 kg dan kapasitas maksimum untuk satu kali proses sebanyak 125 buah kaleng.

Gaya yang dibutuhkan untuk menekan kaleng adalah 20 kg x 125 = 3000 kg

Ditentukan faktor keamanan sebesar 20 % 3000 kg + 600 kg = 3600 kg F = 3600 kg x 9.81 m/s2 = 35316 N Perhitungan Sistem Hidrolik 1. Menghitung daya Motor

Ditentukan langkah piston sepanjang 40 cm atau 0.4 m dan waktu yang dibutuhkan selama 10 detik sehingga kecepatan dapat dihitung sebesar :

smv

104.0

= = 0.04 m/s

P = F x v = 35316 N x 0.04 m/s = 1412.64 Nm/s = 1412.64 watt 1 Hp = 735.75 watt maka daya motor sebesar 1.92 Hp atau 2 Hp

2. Menghitung Tekanan Fluida

( )24.04.035316

mxmN

AF

P ==

= 220725 N/m2 = 220725 Pa = 2.2 bar Perhitungan Rangka Profil U


19

3. Perhitungan Rangka Atas Rangka atas akan mengalami gaya

bending ke atas. Bahan yang digunakan S30C dengan angka keamanan 2.

tσ = 48 kg/mm2 maka tegangan tarik ijin sebesar

vgt

t×

=σσ

2

22

/44.2352

/81.9/48 mmNsmmmkg=

×=

NNFF

NF

176582

353162

35316

max ===

=

Gambar IV-1 Reaksi Pembebanan Profil U Rangka Atas

Untuk reaksi tumpuan di A dan B :

NNNRFR

Nmm

mmNmm

mmFR

mmFmmRM

BA

B

B

A

8829882917658

88291000

500176581000

50005001000

0

=−=−=

=×

=×

=

=×−×

=∑

Untuk reaksi tumpuan di C dan D :

NNNRFR

Nmm

mmNmm

mmFR

mmFmmR

M

DC

D

D

c

8829882917658

88291000

500176581000

50005001000

0

=−=−=

=×

=×

=

=×−×

=∑

Maka, reaksi di setiap tumpuan A, B, C, D adalah sama yaitu sebesar 8829 N.

500 500

F

B

-8829

+8829

1

2

Keterangan Gambar :1. Baja Profil U ( Rangka Atas )2. Baja Profil U ( Tiang Penyanggah )

Diagram Gaya Geser

Diagram Momen Bending

A

Gambar IV-2 FBD Rangka Atas

4. Rangka Samping

Pada rangka samping mengalami gaya tarik. Adapun yang harus dianalisa adalah kekuatan konstruksi tiang penyangga terhadap gaya yang terjadi. Bahan rangka adalah S30C dengan angka keamanan 2.

tσ = 48 kg/mm2 maka tegangan tarik ijin sebesar

vgt

t×

=σσ

222

/44.2352

/81.9/48 mmNsmmmkg=

×=

F = RA = RB = R

( )( )

( )( ) [ ]mm

tblhg 043,0

45029094

2=

−−

=−−

=

B C = RD Pada profil U rangka atas, yaitu 8829 N Luasan pada profil U adalah :

Gambar IV-3 Luasan Pada Rangka Samping

A1 = P x L = 100 x 4 = 400 mm2

A = P x L = 2 mm x 46 = 92 mm2

A = P x L = 46 mm x 5 mm = 230 mm2

A2 = A–A1= (230–92) x 2= 276 mm2

A3 = 15 mm x 4 mm = 60 mm2

Maka, luasan di daerah A-A :

321 AAAA AA −+=− = 400 + 276 – 60 = 616 mm2

Maka, luasan di daerah B-B :

21 AAA BB +=− = 400 + 276 = 676 mm2 Untuk daerah A-A : Gambar IV-4 FBD Tegangan pada rangka samping di daerah A-A.

222

22

2

/67.54/66.28/01.26

/66.2861617658

/01.2695.229413

6768829

mmNmmNmmN

mmNmm

NAF

mmNWbMb

AAtbAAmaks

AAAAt

b

=+=+=

===

=×

==

−−

−−

σσσ

σ

σ

Karena tAAmaks σσ <− maka rancangan tiang penyangga untuk daerah A-A aman.Untuk daerah B-B :

Gambar IV-5 FBD Tegangan pada rangka

samping di daerah B-B.

22

22

/13.52/12.26/01.26

/12.2667617658

NmmNmmN

mmNmm

NAF

BBtbBBmaks

BBBBt

=+=+=

===

−−

−−

σσσ

σ

Karena tBBmaks σσ <− maka rancangan tiang penyangga untuk daerah B-B aman. 3. Defleksi pada Profil U

Gambar IV-6 Penampang Profil U

Momen inersia

( )

( )

( )44

4

443

443

1147070767.1147069

21.13764837121

9094043.08

110050121

81

121

mmmm

mm

lhg

bdI

==

=

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ −

×−×=

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−−=

( ) mmmmmm

NmmN

IELFY

527.1114707021000048

10001765848

42

3

3

=××

×=

×××

=

NmmmmN

tumpuankebebanpusatdarijarakRM ab

44145005008829

=×=

×=

( )

( )

( )3

4

443

443

395.22941

21.13764837600

1

9094043.08

11005010061

81

61

mm

mmmm

lhg

bdd

Wb

=

=

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ −

×−×

×=

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−−=


20

23 /425.192

395.229414414500 mmN

mmNmm

WM

b

bb ===σ Kar

ena maka rancangan profil U rangka atas aman.

_

tb σσ <

4. Tegangan Las pada Rangka Samping

Gambar IV-7 FBD Tegangan las

Momen inersia lasan :

( ) ( )

( ) ( )( )

( )4

223

223

476.2334909.3047617717505

5021105011050

125021105

2122

mm

I

lblbllbtI

=

−×=⎭⎬⎫

⎩⎨⎧

×++×

−×+

×=

⎭⎬⎫

⎩⎨⎧

++

−+

=

346.4245355

476.2334940 mmyIWb ===

2/58.14046.424536768829 mmN

WbMb

b =×

==σ

2/4.45

25552

17658 mmNAF

t =×

×==σ

2

2 ltA ××=

Karena

2/98.1854.4558.140 mmNtbWt =+=+= σσσ

tWt σσ < maka kondisi lasan aman. Perhitungan Plat

1. Tebal Plat Box dan Penekan Bahan box yang direncanakan adalah

bahan S30C dengan tegangan tarik sebesar 48 kg/mm2 sehingga tegangan bengkoknya sebesar 28.8 kg/mm2. Plat pada box akan menerima beban dari kaleng yang terdeformasi dengan gaya maksimum sebesar 3600 kg jadi plat yang digunakan harus aman supaya tidak rusak ketika menerima beban dari kaleng.

F = bσ x A 3600 kg = 28.8 kg/mm2 x A A = 125 mm2 A = p x t

981 mm2 = 400 mm x t t = 2.5 mm supaya aman tebal box dipilih 5 mm

Hal yang sama juga terjadi pada plat penekan yang digunakan untuk mendeformasi kaleng. Plat penekan akan menerima gaya balik dari bawah ketika menekan kaleng sehingga plat penekan juga harus mampu menahan beban tersebut. Dengan bahan yang sama maka tebal plat penekan juga sebesar 4 mm. 2. Lasan pada Box dan Plat Penekan Momen inersia lasan :

( ) ( )

( ) ( )( )

( )4

223

223

476.23349409.3047617717505

5021105011050

125021105

2122

mm

I

lblbllbtI

=

−×=⎭⎬⎫

⎩⎨⎧

×++×

−×+

×=

⎭⎬⎫

⎩⎨⎧

++

−+

=

346.4245355

476.2334940 mmyIWb ===

2/58.14046.424536768829 mmN

WbMb

b =×

==σ

2/4.45

25552

17658 mmNAF

t =×

×==σ 2

2 ltA ××=

Karena

2/98.1854.4558.140 mmNtbWt =+=+= σσσ

tWt σσ < maka kondisi lasan aman. Perhitungan Titik Berat

Untuk menghitung titik berat dari mesin ini maka perlu diketahui berat dari masing-masing komponen. Semua komponen mesin tertumpu pada plat bawah dengan luasan 1200 mm x 660 mm sehingga titik berat perlu dihitung supaya seimbang pada saat mesin dioperasikan.

1. Perhitungan berat plat box Plat depan dan belakang = 410 mm x500 mm x 5 mm = 1025000 mm3 = 1.025 m3

Plat samping kanan dan kiri = 400 mm x 500 mm x 5 mm = 1000000 mm3 = 1 m3

Berat jenis besi = 7.85 kg/m3

Jadi berat plat box = (2 x 1.025 m3 x 7.85 kg/m3) + (3 x 1 m3 x 7.85 kg/mm3) = 39.6 kg = 40 kg

2. Perhitungan berat plat penyangga


21

Berdasarkan tabel profil U berat plat dengan ukuran 100 mm x 50 mm x 5 mm adalah 9.4 kg/m jadi berat plat profil u untuk 4 buah adalah = 4 m x 9.4 kg/m = 37.6 kg = 38 kg

3. Berat dari perangkat hidrolik diasumsikan sebesar 35 kg Jadi berat total 39.6 kg + 37.6 kg + 35 kg = 112.2 kg

Gambar IV-8 Cog Plat Dasar

No Part F x Y Fx Fy

1 Rangka

1 19 500 50 9500 950

2 Rangka

2 19 500 50 9500 950

3 Box 40 0 50 0 2000

4 Hidrolik 35 473 198 6555 6930

Jumlah 113 35555 10830


22

∑∑=

FFx

X o 11335555

=

= 314.6 mm = 315 mm

∑∑=

FFy

Yo 11310830

=

= 95.8 mm = 96 mm Jadi titik berat terletak pada Xo = 315 mm dan Yo = 96 mm

Gambar IV-9 Cog Mesin Press

B. Hasil Perancangan

Gambar IV-10 Hasil Rancangan

Setelah melalui semua tahapan perancangan maka menghasilkan rancangan dengan spesifikasi sebagai berikut :

1. Dimensi Mesin a. Plat Dasar : 1200 mm x 660 mm b. Plat Box : 400 mm x 400 mm x 500 mm 2. Mekanisme Penggerak

a. Sistem Hidrolik : DAC 1 silinder b. Daya motor : 2 Hp 3. Waktu press : 3 menit 4. Gaya tekan maksimum : 3600 kg 5. Kapasitas kerja : 125 kg/jam

Dalam satu jam mesin press bisa mengepress dengan 20 kali proses sehingga untuk satu jam berproduksi dengan hitungan : 50 gr x 125 x 20 = 125 kg/jam

V. SIMULASI DAN ANALISIS KEKUATAN

Simulasi Setelah selesai tahap perancangan

komponen maka tahap selanjutnya adalah tahap pengujian. Pengujian disini akan ditampilkan berupa simulasi dan juga analisis kekuatan untuk mengetahui kondisi kritis dari mesin apabila mesin press kaleng mengalami operasional secara terus-menerus. Perancangan akan berhasil apabila pengujian dengan simulasi berhasil dijalankan.

Gambar V-1 Simulasi Mesin Press Kaleng

Analisis

Untuk mengetahui daerah kritis dari mesin press ini, perlu pengujian berupa analisis untuk mengetahui kekuatannya. Software yang digunakan untuk analisis adalah Solidworks 2010. Dari semua komponen yang terdapat pada mesin press kaleng ini, komponen yang paling banyak menerima beban adalah plat dasar. Plat ini selain menerima beban dari kaleng yang dipress, juga menopang dari komponen-komponen yang lain. Jadi plat dasar ini yang akan dianalisis untuk mengetahui kekuatannya.

Gambar V-2 Tampilan Menu Analisis

Solidworks

Gambar V-3 Tampilan Model Informasi Plat

Gambar V-4 Tampilan Material Properties Plat

Gambar V-5 Tampilan Beban yang diterima

plat


23

Gambar V-6 Tampilan Mesh Information

Gambar V-7 Daerah Pada Plat Yang

Mengalami Deformasi

Gambar V-8 Daerah Pada Plat Yang

Mengalami Kritis

Kesimpulan Dari perhitungan komponen yang sudah

diuraikan pada bab sebelumnya, untuk merancang mesin press dengan gaya tekan maksimum 3600 kg membutuhkan plat untuk box dan penekan dengan bahan S30C yang mampu menahan gaya tekan terbesar yang diberikan oleh rangkaian hidrolik. Analisis yang

dilakukan terhadap plat juga menunjukan bahwa plat yang digunakan masih lebih besar terhadap gaya tekan maksimum sehingga perancangan ini layak untuk dibuat.

Saran

Penulis menyadari bahwa perancangan ini masih jauh dari sempurna, maka dari itu saran yang membangun tetap dibutuhkan untuk pengembangan rancangan selanjutnya yang lebih baik. Saran untuk pengembangannya antara lain :

1. Mekanisme penggerak sebaiknya menggunakan rangkaian pneumatik yang lebih murah dan lebih aman pengoperasiannya.

2. Perlu pengkajian lebih lanjut untuk perhitungan plat sehingga didapat spesifikasi plat yang efisien.

3. Perlu pengkajian lebih lanjut untuk perhitungan rangka untuk mendapatkan spesifikasi rangka yang lebih efisien.

4. Sebaiknya tidak perlu menggunakan roda penggerak sehingga tebal plat dasar cukup 2 mm – 3 mm sehingga biaya pembuatan plat dasar lebih efisien. VI. DAFTAR PUSTAKA

1. Khurmi,R.S dan Gupta, J. K. 1982. Text Books of Machine Design. New Delhi: Eurasia Publishing House (Pvt) LTD.

2. Sularso dan Suga, K. 1979. Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin. Jakarta: P.T.Pradnya Paramita.

3. Sato, Takeshi, 1986. Menggambar Mesin Menurut ISO. Jakarta : PT. Pradnya Paramita.

4. Suyitno. 1995. Mekanika Teknik 2. Departemen Pendidikan dan Kebudayaan Bandung.

5. Romadony, Yudi. 2011. Perancangan Mechanic Riveting Machine. Tugas Akhir Teknik Mesin Universitas Pancasila. Jakarta

6. P.Beer, Ferdinand and E. Russell Johnstone, Jr. 1987. Mekanika Untuk Insinyur Statika. Terjemahan Ir. H. Nainggolan. Jakarta : Erlangga.

7. Mulia, Tony, J.L. Meriam dan L.G Kraige. 1986. Mekanika Teknik Statika. Jakarta : Erlangga.


24

PERANCANAGAN MESIN PRESS KALENG MENGGUNAKAN SISTEM HIDROLIK

Documents

Transcript of PERANCANAGAN MESIN PRESS KALENG MENGGUNAKAN SISTEM HIDROLIK