Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN - BA TAN, 14 November 2013
VERIFIKASI PERHITUNGAN PERANGKA T HOOK (KAIT) OVERHEADTRAVELLING CRANE DENGAN KAPASITAS ANGKAT 25 TON
PADA PABRIK ELEMEN BAKAR NUKLIR
Syamsurrijal Ramdja dan Petrus Zacharias
PRPN - SATAN, Kawasan Puspiptek, Gedung 71, Tangerang Selatan, 15310
ABSTRAK
VERIFIKASI PERHITUNGAN PERANGAKT HOOK (KAIT) OVERHEADTRA VELLING CRANE DENGAN KAPASITAS ANGKA T 25 TON PADA PABRIKELEMEN BAKAR NUKLIR. Telah dilakukan verifikasi perhitungan perangkat Hook (Kait)Overhead Traveling Crane dengan kapasitas angkat 25 ton yang digunakan pada pabrikelemen bakar nuklir. Verifikasi perhitungan ialah pemeriksaan tentang kebenaran ataukecocokan suatu data ukuran dan dimensi standart yang dipakai dan apakah bahanyang digunakan masih aman digunakan dalam kegiatan pengoperasian. Hal ini dilakukanuntuk mengetahui apakah perangkat kait masih berada pada batas kekuatan bahan yangdiizinkan. Verifikasi perhitungan ini berdasarkan pada standar yang berlaku dan denganfaktor keamanan yang konservatif, terhadap: kait, bantalan aksial, pemikul kait dan sackle.Setelah dilakukan verifikasi perhitungan, didapatkan bahwa perangkat kait yang terdiridari kait, bantalan aksial, pemikul kait dan shackle dalam keadaan am an
Kata kunci: kait, kekuatan bahan, crane, verifikasi perhitungan, schakle, bantalan.
ABSTRACT
CALCULA TlON VERIFICA TlON OF HOOKS OF THE OVERHEAD TRA VELLINGCRANE CAPACITY 25 TON USED IN NUCLEAR FUEL ELEMENTS PLANT. It has beenverification of the calculations Hook Overhead Traveling Crane with a lift capacity of 25tons of used nuclear fuel at the plant elements. Calculation verification is the examinationof the correctness or suitability of the data size and dimension standards are used andwhether the material used is safe for use in operating activities. This is done to determinewhether the hook is still in the material strength limit allowed. Verify calculations based onapplicable standards and with a conservative safety factors, to: hooks , axial bearings,latches and schakle bearers. After verification of the calculations, it was found that thehook consisting of hooks, axial bearings, hook and shackle bearer in a safe condition.
Keywords: hook, strength of materials, the critical section, schakel , bearings.
1. PENDAHULUAN
Pad a pabrik elemen bakar nuklir, dalam rangka melaksanakan tugas dan
pekerjaan serta kegiatan sehari-hari, diupayakan untuk dapat bekerja dengan cara yang
efektif dan se-efisien mung kin. Biasanya dalam kegiatan pekerjaan sehar-hari seringkali
mendapatkan berat bahan/material pekerjaan yang tidak dapat diangkat oleh
- 125 -
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN-BATAN, 14 November 2013
perseorangan maupun beberapa orang. Apabila beban bahan/material pekerjaan yang
diangkat sangat berat, maka harus dipakai alat bantu untuk memperingan beban
pekerjaan tersebut. Alat bantu yang dapat digunakan untuk mengangkat dan
memindahkan beban dari suatu tempat ke tempat yang lain adalah Pesawat Angkat
(Materials Handling Equipment).
Pesawat angkat adalah suatu alat atau seperangkat alat yang berfungsi untuk
memindahkan benda atau barang dari suatu tempat ke tempat yang lain dalam jarak yang
relatif dekat.
Pad a makalah ini yang akan diverifikasi perhitungannya adalah perangkat kait
(hook) yang terdapat pad a salah satu kelompok hoisting equipment yaitu Kran (Crane),
khususnya Overhead Travelling Crane. Perangkat kait (hook) terdiri atas : kait, bantalan
aksial, pemikul kait, dan schakle.
Verifikasi perhitungan ini bertujuan untuk pemeriksaan tentang kebenaran atau
kecocokan suatu data ukuran dan dimensi standart yang dipakai dan apakah bahan
yang digunakan masih aman digunakan dalam kegiatan pengoperasian.
Kait adalah suatu peralatan pada pesawat angkat yang digunakan untuk
memegang bahan/material yang akan diangkat atau dipindahkan. Seperti telah diketahui
bahwa kait dipergunakan untuk memegang atau menggantung beban, terdiri dari dua
jenis, yaitu : kait tunggal (single hook) dan kait ganda (double hook).
~•..~-- -
,- .D\
Gambar 1. Perangkat Kait tunggal Gambar 2. Kait Ganda
- 126 -
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN - BATAN, 14 November 2013
2. TEORI
Kait yang digunakan adalah jenis kait tunggal. Adapun ukuran-ukurannya
ditentukan dengan normalisasi 661 (N-661) untuk beban lebih keeil atau sama dengan 25
ton. Bahan yang digunakan adalah St-C 25 dengan kekuatan tarik 41 kg/mm2.
Verifikasi perhitungan dilakukan pada penampang yang paling berbahaya/kritis yaitu
pemeriksaan tegangan tarik pada penampang yang terkeeil. Tegangan tarik yang
diizinkan 0"; adalah sebagai berikut:
Bila
Q0", =A
Jr.d,2 = A,4
maka
(1)
Q0",= --2
Jr.dl
4
dimana: Q = Beban
A = Luas penampang
d, = Dia. tangkai kait
(2)
Momen bengkok diasumsikan menjadi positif bila menyebabkan lengkungan kait
mengeeil. Bila beban bertendensi untuk membuka kait, maka momen adalah negatif,
sehingga :
M = -Q.r = -QeO,5 + 1,) (3)
- 127 -
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN - BA TAN, 14 November 2013
Gambar 3. Titik berat dan Penampang
Titik berat dan penampang kritis ditentukan secara grafis seperti dapat dilihat pad a
Gbr. 3. Secara geometris el dapat dinyatakan sebagai berikut :
~= bl + t b2
h1t (b2 + bl )
h b2 + 2b]
e --1-
3 bl + b2
e, = Jarak titik berat penampang A-B ke titik A
Sedangkan e2 didapatkan dari rumus :
~ _ b2 + tblh - 1t (bl + b2)
h 2b2 + ble2 = -----
3 bl + b2
e2 = Jarak titik berat penampang A-B ke titik B
Luas penampang berbentuk trapesium :
hA = - (bl + b2 )
2
(4)
(5)
(6)
- 128 -
Prosiding Perlemuan IImiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN-BATAN, 14 November 2013
Tegangan tekan yang dialami ulir trapezium pada mur kait adalah sebagaii berikut :
(Y = QP lL(d2 _d2) H
4 0 I h
(7)
Bantalan yang digunakan adalah bantalan aksial (bantalan peluru), yang
memungkinkan kait yang sedang dibebani dapat bergerak dengan mudah dalam
menangani beban berat. Bantalan yang terpasang pada gantungan kait, menyokong mur
kait. Perancangan yang baik adalah bantalan dengan peletakan khusus dengan gelang
dudukan (setting ring) berbentuk bola sehingga tidak memerlukan suatu permukaan
berbentuk bola pad a gantungan kait (crosspiece). Ceruk (alur) pad a gelang dudukan
dalamnya 3 sid 10 mm tergantung pada ukuran bantalan . Bantalan tertutup dalam suatu
rumah yang melindunginya dari debu dan kelembaban.
~. H2IO()
:cuJH)
III~O100
!:\()I 7 :;~
IX)!3-5
I.'.)I~);:,
PO!7~) j. "
t.4 II( :2
7~ lbO I ::I79 \7S I :)
10\ l&") j 3.51(.)(1 .JX)! 4
II J 23() i .t
)2\):)..5
4 t L
:~ 2715
Gambar 4. Bantalan peluru aksial
Gantungan kait dipasang pada plat samping (schakle) darl casing dan biasanya
diperkuat dengan plat dari baja. Hal ini memungkinkan kait berputar dalam dua arah yang
saling tegak lurus satu sama lain. Gantungan kait ditempa dari baja dan dilengkapi
dengan penahan yang berputar pada kedua sisinya.
- 129 -
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN - BA TAN, 14 November 2013
Gambar 5. Gantungan kait
Momen lengkung maksimum:
M =1-Q1-1-1-Q1-d'!1I(1h 2 • 2 2' 4 I
Momentahanan (perlawanan lengkung):
W =t(b-d,).h2
Dalam perhitungan kekuatan schakle persamaan yang
sebagai berikut:
Penampang A1 - 81 pada gambar 6:
Q(j, = 2.bs
(j, = tegangan tarik
Penampang A2 - 82 pada gambar :
Q
(j, = 2.Cb - d)s
Penampang A3 - 83• dengan rumus Lame:
p=JL2.ds
(8)
(9)
digunakan adalah
(10)
(11 )
(12)
- 130 -
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN-BATAN, 14 November 2013
Gambar 6. Schakle
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Untuk penampang mendatar A - B pada gambar 3:
Dari Normalisasi 661, didapatkan:
h =r1 = 190mm 0= b2= 160mm
p = b1 = 65 mm a = w = 180 mm
Luas penampang
(13)
= 213,75 em2
Momen Inersia terhadap penampang A - B:
1= h3 • (bl + b2 Y + 2.b1·b236 bl + b2
(14)
= 4655 em4
Jarak titik berat penampang A - B ke titik A:
bl + 2.b2 hel =---.-
bl + b2 3
=
=
Jarak titik berat penampang A - B ke titik B:
2.bl +b2 he2 = .-
bl + b2 3
10,83 em
12,67 em
-131-
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN - SA TAN, 14 November 2013
Momen lengkung pada penampang A - B:
Mh = Q.z (kg-em)
z = I'i + e2 = 114,03Mb = 25000. 114,03
= 285075 kg-em
Tegangan tekan maksimum di titik A:
Q M h.e!uA=----C F I
= -546,26 kg/em2
Tegangan tarik maksimum di titik B :
u B = £ _M h .e 2
, F I
= 658.96 kg/em2
Bahan kait adalah St-C 25 dengan :
(J/ maks = 41 kg/mm2
(15)
(16)
(17)
(J/.mah
(J/ = F,.F, = faktor keamanan, untuk beban dinamik = 6
4100(J/ = -- = 683,3 kg/em2
6
Sehingga (J/A«(J/ dan (J/B«(J/, maka kekuatan kait pada daerah kritis , aman.
Untuk penampang tegak:
Dari Normalisasi 661, didapatkan :
r1 = h = 165 mmp = b1 = 65 mmo =b2= 160 mm
Luas rata-rata penampang tegak:
A h.(b, + b2 ) 2=--- (em)2
= 185.63 em2
Tegangan geser yang terjadi:
= 138,68 kg/em2
Tegangan geser izin:
(18)
" = 0,6.(J/
= 0,6 . 683,3
(kg/em2)
= 410 kg/em2
- 132 -
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN-BATAN, 14 November 2013
Sehingga didapatkan hasil , ( '" dengan demikian beban tegangan geser, aman.
Mur untuk kait menggunakan ulir trapezium. Ukuran dasar untuk batang kait
berdasarkan pada:
w = 0,25.dj
dim ana w = Dia. mulut kait = 180 mm
18
d1 = Dia. inti ulir = 2,5 = 7,2cm
Menurut N336, didapatkan ukuran-ukuran utama ulir trapesium adalah :
d1 = Dia .. inti ulir = 61,5 mm
d2 = Dia. luar ulir = 72,5 mm
h = pitch ulir = 10 mm
a = kemiringan ulir = 30·
Tegangan tarik yang terjadi pada mur kait adalah
0- _ 4.Q,- -7r.d2
4.25000
7r.(7,2)2kg/em2 = 614,34 kg/em2
Didapatkan 0-( (0-, sehingga mur kait yang digunakan aman.
Tinggi minimum ulir tangkai kait :
H = 4.Q.h
7r.(d,2 - dnp
Dari ketentuan H = (0,8 + 1,0).d2
Diambil H = 7 em
Agar kait dapat bergerak dengan bebas terhadap benda lintang (cross-piece),
maka digunakan bantalan tekan (thrust bearing).
Dari gambar 4, kita dapatkan ukuran-ukuran utama bantalan tersebut :
d1 = 100 mm
D = 172 mm
4.25000.1
= 7r.(7,22 - 6,152 }350= 6,491 em
H = 64 mm
Pemikul kait dipasang pada dua buah plat pendukung (shackle) seperti yang terdapat
pada gambar 5.
Besar beban lengkung maksimum ialah :
M = Q (1- O,5d)maks 4
= 25000 (30 - 0,5(17,5»
(19)
- 133 -
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN - BA TAN, 14 November 2013
= 316125 kg-em
Besar momen perlawanan lengkung ialah :
Wb = (b-d]).h26
(24 -17,2).72
6= 293,2 em3
Tegangan lengkung yang terjadi ialah:
Mmaks
ah = Wh
(20)
= 317125
263,2
= 1245078,18 kg/em2
Bahan pemikul kait adalah St-60 dengan tegangan tarik maksimum a, = 6000 kg/em2
Tegangan tarik izin
6000---5
F, = Faktor keamanan
Tegangan lengkung izin
= 1200 kg/ em2
(21 )
(22)
Didapatkan hasil bahwa, ah (aM
Perhitungan Schakle:
Schakle (Gambar. 6) berfungsi sebagai penumpu kait, pemikul kait dan pulley
pembawa beban. Pada schakle ini terdapat terdapat beberapa daerah kritis yang perlu
diperhatikan terhadap adanya tegangan.
Ukuran - ukuran yang direneanakan adalah sebagai berikut :
-d = Dia. poros pemikul kait = 120 mm
-s = tebal sakel = 75 mm
-b = lebar sakel = 200 mm.
Pemeriksaan tegangan :
- Pad a penampang A1 - B1 :
a, = ~ (kg/cm2)2.b.s
- 134 -
Prosiding Pertemuan I/miah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN-BATAN, 14 November 2013
- 25000 = 83,34 kg/ cm2- 2.20.7,5
- Pad a penampang A2 - B2 :
Q 2
0"/ = ( ) (kg/em)2. b - d .s(23)
- Pada penampang A3 - B3 :
0"/ = ~ (kg/cm2)2.d.s
25000
2.12.7,5
Bahan sakel adalah St-37 dengan kekuatan tegangan tarik = 37 kg per mm2.
Tegangan tarik izinnya adalah :
25000
- 2.(20 -12).7,5
=
= 208.34 kg/ cm2
= 138,89 kg/cm2
(24)
_ 3700
6= 616,67 kg/cm2
Oari hasil perhitungan didapatkan bahwa 0"/ (0"/1' maka kekuatan sakel adalah aman.
4. KESIMPULAN
Oari pembahasan verifikasi perhitungan yang telah dilakukan dapat diambil
kesimpulan bahwa perangkat kait yang terdiri atas; kait, bantalan aksial, pemikul kait dan
schakle masih dalam batas aman untuk digunakan.
5. DAFT AR PUST AKA
1. N.RUOENKO, Material Handling Equipment Mir Publisher, Moscow, 1968.
2. Ir. SYAMSIR A. MUIN, Pesawat-pesawat Pengangkat, Rajawali Press Jakarta, 1987
3. MOHO, TAIB SUTAN S, Buku Polyteknik Sumur Bandung, 1971.
4. SKF, Ball and Roller Bearing, Cataloue No. 241 E
5. TIMOSHENKO S, Strength of Material Part I dan /I, Kreiger Publishing Co. Inc.New
York, 1976
6. SULARSO, Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin, Penerbit Pradnya
Paramitha, Jakarta, 1985
- 135 -
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN- BATAN, 14 November 2013
TANYA JAWAB
Pertanyaan:
1. Apa yang menjadi pertimbangan untuk menentukan bahwa beban maksimum yang
terangkut 25 Ton? (Yan Bony M)
2. Mengapa memilih bahan St-37? (Yan Bony M)
3. Berapa factor koreksi yang diambil dan mengapa? (Yan Bony M)
4. Kalau dilihat dari gambar makalah ini sebenarnya untuk pabrik yellow cake bukan
untuk EBN. Kalau untuk pabrik YC maka alat ada alat besar TAngki pre_Breatment
dan mixer yang harus dicheck, apakah > 25 Ton atau tidak? kalau > 25Ton maka
perhitungan beban harus berubah. (Bambang GS)
Jawaban :
1. Yang menjadi pertimbangan adalah equipment/material terberat yang ada di pabrik
Elemnen Bakar Nuklir.
2. Karena pengerjaannya adalah dengan ditempa/besi tem St-37, bukan besi cor.
3. Factor koreksi = 6, diambil dari Literature Material Handing Equipment-Rudenko.
4. Gambarnya akan diganti dnegan gamabr pabrik EBN sehingga perhitungan tidak perlu
dig anti. Untuk pabrik YC yang equipment> 25ton, nanti akan dipelajari dengan person
yang bersangkutan.
- 136 -
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN- BATAN, 14 November 2013
6. LAMPI RAN
A. LAM PIRAN 1
PANITIA UTAMA UNTUK NORMALISASI DI NEGERI BELANDA
W'H' "
dcng;m l;m~klllf'l("nd(,K
~d_ •.• _
1m; ~ ntkng;tn lan~k.al pun,tang
I ., I_ ,d
!
P • bel",n an!:kal yangdiholchknn <!:110m ton
(lOCO kg). sma pulnukurnn nominal 11M;
bil·hil')" • Icbarm~lulh • lubang mulul
d •• Rnris tcngah UlngkniIlk a gan! Icngah Icras
min,mum dari uhr
.krup dnri \:Ingkn;o •. "01><>1 yang dipcr·
"itllngk!.n d310m kg(kira·kirp)
UKURAN·UKURAN OALAM rom
f"
•b•d\;.f I~k!.IUm•.r,1 ,2,,RIIU10N'10N6 1(1J'~;;;:IAll_!.!!
..E£.!LI~~. ~9 ?~_25Uto1154)0NW)IL}L _UY'0111.1'IU....~Ls~_ ..!lL1"0?O2)0201.5 10~2-1.~1
IS
1<0115956S12 IOS11101~2W510MO2G J\ J)OSO1.\01:Ii)101W ]())1MIW29020IS 2S"ISIS
20
160nolto~61 110JHtoDoS8S
t\(i)10 4~ IH;)17U'iW'liS10 ]'~OI!SI'"no2020 10H1us14m ~ 19\
--- ~ 210ISOHOJO~o }ousIbIn no14511012 S IIH.'i610 2~ 4~ ~~1"\12110 2'1
)/)
200lro1251948 I XI••00202W1mI{1(X']~ 50 J'~1l~2115110140!5 2S02)1)140JSOW25 40liS~J.4
40
220110m101
6sTw~20)jQ
110IO~)
1OT5\-~AO
~)O~(X')
"iT\
~~ f 110
25SI""420)0H .02N)100
SO
24019$1501126! 1M)49020HOHO11011~+W-.no\)I)
255220110105 HO280".,45040}O 40HOPi>
I) Utrtak rrwataft r-fcohU1"~ i_it dtrtt dtmlnu t4:'tIthSO""8&h•• sa>-: A.d.KlS mcnuNi N )()1, ''''1- Ufltuk memuma..,. p.adl mana dlfet•••• fI.y .•nl .• yu.f"ki.mi.:k-.aJ .•, ,at annc0,25"'kadat mat,irn." be-lcnnc 0,04' rodor0.04' bot•• ,.., •• todOf 0,07", m."uan O.I1~ uluiLWtl O•.n.••· ke-tcpl\an uri\. "I (.•6)...••'($ ••)lUnv,,', beta.• tunw' mtnt.murn '" (1') kcJntM', re.M,_ m~21('J4)"1.. An&b-a.na.h mClluh.i l.a"nda ku.l\HJI btr'u1oI un-hI. Nhan Y-U'II da.mumltratt.
~rt\ac.Un-pe-rb.tian: Ka.· •.•n h.m, dlPlJ&ttan t.~. lid mani;'rhn krjldi dalCa" ,.1Ift ~."ulr.aft hie cSlI.mfUftlku (1ihlt N 10'11 J'5j)Hlatfta }Onwnit,..t. ftlhI9(X)'"C. PlNimpn.an br:rikua\y. 1«)".11 den, •• u$" (1·utundu dan tn.in) din .e.J~.\.p-(n~ 41 k_"" ~""\U
PAKArLAH LEMBARAN 11'11DENGAN N 294, N 66),1-J 66) DAN N 664
PI!NUNJUKAN OAGANO UNTUK KArl TVNGOAL !ENIS A UN"TUK P g 10 lnn:
ALAT-ALAT nAG IAN PESAWAT J\NGKATLEDIB KJIUSUS DlTUJUKAN UNTl.JK PEMAKAIAN DI DARATAN
KAIT.KArTroNGGAL (DiKERJAKAN AWAL)
N 661·A-IO
N 66111.0.: 62U6
- 137 -
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN - SA TAN, 14 November 2013
B. LAM PIRAN 2
·rU.:al Pp,o!' i-thAAnHJO Pero8uonqan
.1MISI BESAR UNTUK NOHMALISASI 01 NEGFHI i l ANDA
?'H'~. lJI·ng••h I•.••t .J,n1 f:-.'-" .:.i ••. , •••• <!., ,I, .I\a-
.. ', ~:: .."10'··, ri ,
I··;"; I:...•. "\'
j : I, ,>">'. i .,t
--L
t
"r ~. ~'O<-
f
Hi
i
i1 ".'~--"C::.' r' I
. ,161 il,,;'", 1'1,2,:" ,t. ••• { :S t ..-- 1
cj~1~tf-!t~4~t'cf~~tfa,q-i '='_IT~~"'$'~-~~-~,..-j.._."r:~~~-.._.~- __._1" __~'_j' I
.71~f.:>- :S,_l.::'" ll, •.,;} ;0,.' rd 4, __., n" }u 4,""1 hi 0.,,;,.7
-..j-..-~.~-.--t-i\ .. '-<~. '~.q'" -'.'-.-.-- - .y'" .. '''1- ' ., '.'- ! .y'.;.,j '''.' J'" ,,' U •• " f .' . 6 " " {.-, [
.---.--.~:3"-,~1S-,-U",-::.~--~- ---7J,'-----··----;.r,7n---"??'i'-·_,·, _nT<j __- --~-.r~-->---"._~-li;- - -
':::~~iJ=1ittr{=.i-:I~;F-;F ..{B'-Br=lJ~--t~r~~;. IHATl/\N!!~.\: u.hr' 'FUJX'.fh.\fn t'knf HI 3- J~1iu> 11:1 h '. ,•. ,","~ 1:,,> '~
,'I:Y"J 81\rn1\ dengnn }.. "1 1HflIt Icblh \:.n!i u!~; Hrnp.\'i:81 thHull>. rnCH r»n.',a" nilrU~1 .11f t Hf1::1~ •.\n din: \..:i5..'\fnya, ha.r1.l~ d11n'ilai tkng;w 5;t'uJ':q.(:ith itU1H ~f*;hf'" l:\o!tb~d11Jdr 'k..L';.,/U <Ian~antt1f~J':J..,da :2 atA>I .-~JU!IU"Id"I"t uIIt lit
H" halt.. dipai. Ii gA"L'~&WtS tc0G-liih YI\I\& hd:~. dlkunHl
ULIR SKRUP-TR;\.PESll 'VIGARiS TENGAH OAR} 10 .$-AM.PA1 80 MM
IN 3'64-1{. ifn-6218-8]..n~21
- 138 -
Top Related