ANALISA BEBAN DAN UMUR BEARING 625-2RS1 PADA ROL CORD REGULATOR HORISONTAL DAN VERTIKAL MESIN TWISTING TIPE CABLE CORDER 230
TUGAS AKHIR Disusun Untuk Mencapai Gelar Sarjana di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Universitas Mercu Buana
Oleh : JOHAN WIDYANTO 0130311-047
UNIVERSITAS MERCU BUANA JAKARTA 2005
i
LEMBAR PERNYATAAN
Saya yang bertanda tangan di bawah ini : Nama
: Johan Widyanto
NIM
: 0130311-047
Jurusan
: Teknik Mesin
Fakultas
: Teknologi Industri
Universitas
: Mercu Buana
Dengan ini menyatakan bahwa tugas akhir ini adalah hasil karya saya sendiri dan bukan salinan atau duplikat dari karya orang lain, kecuali pada bagian yang telah disebutkan sumbernya dalam referensi.
Jakarta, 1 Juni 2005
(Johan Widyanto)
ii
LEMBAR PENGESAHAN
Tugas Akhir ini dengan judul “ANALISA BEBAN DAN UMUR BEARING 625-2RS1 PADA ROL CORD REGULATOR HORISONTAL DAN VERTIKAL MESIN TWISTING TIPE CABLE CORDER 230” telah diperiksa dan disetujui sebagai salah satu syarat untuk mencapai gelar Sarjana Strata Satu (S1) Fakultas Teknologi Industri, Jurusan Teknik Mesin, Universitas Mercu Buana.
Dosen Pembimbing
( Ir. Rulli Nutranta, M.Eng )
iii
LEMBAR PENGESAHAN
Tugas Akhir ini dengan judul “ANALISA BEBAN DAN UMUR BEARING 625-2RS1 PADA ROL CORD REGULATOR HORISONTAL DAN VERTIKAL MESIN TWISTING TIPE CABLE CORDER 230” telah diperiksa dan disetujui sebagai salah satu syarat untuk mencapai gelar Sarjana Strata Satu (S1) Fakultas Teknologi Industri, Jurusan Teknik Mesin, Universitas Mercu Buana.
Koordinator Tugas Akhir
( R. Ariosuko Dh, Ir )
iv
ABSTRAK
Dalam sebuah ban, terdapat tire cord (kain ban) yang merupakan kerangka bagi ban. Dalam pembuatannya ada 3 proses yang dilakukan, yaitu twisting (pemintalan), weaving (tenun) dan dipping (celup). Proses twisting merupakan proses awal yang sangat menentukan kualitas kain ban pada proses berikutnya. Pada proses ini filamen dipilin menjadi benang di Cord Regulator mesin Twisting Cable Corder 230 pada putaran ± 7500 rpm dengan tegangan tertentu. Dua filamen melintasi Rol
Cord Regulator yang bertumpu pada bearing
625-2RS1 lalu digabungkan menjadi satu. Terdapat 2 tipe Cord Regulator yaitu tipe Horisontal dan Vertikal. Perbedaan tipe ini ternyata mengakibatkan perbedaan beban dan umur bearing 625-2RS1, sehingga dalam proses produksi memerlukan pemeliharaan dan perawatan yang berbeda. PT Gajah Tunggal Tbk, Divisi Tire Cord mengoperasikan 80 unit mesin Twisting Cable Corder, terdiri dari 70 unit tipe Cord Regulator Horisontal dan 10 unit tipe Cord Regulator Vertikal. Pada setiap unit mesin terdapat 134 buah Cord Regulator dan setiap Cord Regulator menggunakan 2 buah bearing 625-2RS1, sehingga ada 134x2x80 = 21440 buah yang dipergunakan. Dari hasil perhitungan didapat beban dan umur bearing: CORD REGULATOR R = 90% R = 95% R = 99% P (N)
VERTIKAL BEARING A BEARING B 11,8 thn 16,2 thn 7,3 thn 10 thn 2,5 thn 3,4 thn 46,3 N 41,7 N
HORISONTAL BEARING A BEARING B 6 thn 6,7 thn 3,7 thn 4,2 thn 1,3 thn 1,4 thn 58 N 55,9 N
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh perbedaan letak bearing Rol Cord Regulator pada posisi Horisontal dan Vertikal terhadap beban dan umur bearing 625-2RS1. Dalam hal ini Cord Regulator Vertikal lebih baik.
v
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas berkat dan kasih-Nya penulis dapat melaksanakan dan menyelesaikan penulisan dan penyusunan tugas akhir ini dengan judul “ANALISA BEBAN DAN UMUR BEARING 625-2RS1 PADA ROL CORD REGULATOR HORISONTAL DAN VERTIKAL MESIN TWISTING TIPE CABLE CORDER 230”. Tugas akhir ini disusun sebagai salah satu syarat untuk mencapai gelar Sarjana Strata Satu (S1) Fakultas Teknologi Industri, Jurusan Teknik Mesin, Universitas Mercu Buana. Dalam penulisan dan penyusunan tugas akhir ini banyak hambatan dan rintangan yang harus dihadapi, namun banyak pihak yang telah membantu dan mendukung sehingga tugas akhir ini dapat terwujud. Untuk itu penulis mengucapkan terima kasih sebesar-besarnya kepada : 1. Ir. Rulli Nutranta, M.Eng, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin dan Dosen Pembimbing. 2. R. Ariosuko Dh, Ir, selaku Koordinator Tugas Akhir. 3. Seluruh Dosen, Staf & Karyawan Universitas Mercu Buana. 4. Manajemen PT. Gajah Tunggal Tbk, Divisi Tire Cord, Tangerang. 5. Bapak, Ibu, Desi dan Danik, atas dukungan doa, perhatian dan dorongan semangat yang diberikan. 6. Betauli, sebagai sumber inspirasi, pengertian, perhatian dan doa. 7. Teman-teman dan semua pihak yang telah membantu penulis dalam penyusunan tugas akhir ini.
vi
Penulis menyadari bahwa dalam penulisan dan penyusunan tugas akhir ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu kritik dan saran yang membangun diperlukan dalam penyusunan tugas akhir ini. Akhir kata, semoga tugas akhir ini dapat berguna dan bermanfaat bagi kita semua, serta bagi yang berkepentingan dalam permasalahan ini dan pembaca umumnya.
Jakarta,
Juni 2005
Penulis
vii
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL….……………………………………………………………..i LEMBAR PERNYATAAN…………………………………………………………ii LEMBAR PENGESAHAN…………………………………………………………iii ABSTRAK ………………………………………………………………………….v KATA PENGANTAR………………………………………………………………vi DAFTAR ISI………………………………………………………………………..viii DAFTAR GAMBAR ………………………………………………………………xi DAFTAR TABEL………………………………………………………………….xiii DAFTAR DIAGRAM ALIRAN…………………………………………………...xiv DAFTAR SIMBOL DAN SATUAN…………………………………………….…xv BAB I. PENDAHULUAN…………………………………………………….…… 1 1.1. Latar Belakang ……………………………………………………………. 1 1.2. Tujuan penulisan……………………………………………………………2 1.3. Pembatasan Masalah……………………………………………….……… 2 1.4. Metode Penulisan…………………………………………………………..2 1.5. Sistematika Penulisan……………………………………………………... 3 BAB II. LANDASAN TEORI………………………………………………….….. 4 2.1. Mesin Twisting Cable Corder…..………………………………………….4 2.1.1. Konstruksi Mesin……………………………………………………6 2.1.2. Headstock …………………………………………………………..7 2.1.3. Spindel…………………………………………………………… 8 2.1.4. Sabuk Berjalan..…………. ………………………………………..12 2.2. Cord Regulator ……………………………………………………………12 2.2.1. Beban Pada Bearing 625-2RS1…………………………………….14
viii
2.2.1.1. Tegangan Cable.………………………………………………14 2.2.1.2. Tegangan Balon ……………………………………………….14 2.2.1.3. Tegangan Spindel..…………………………………………….14 2.2.1.4. Gaya Sentrifugal ………………………………………………14 2.2.1.5. Berat Komponen ………………………………………………15 2.2.2. Putaran Rol.. ………………………………………………………..15 2.3. Gaya ……………………………………………………………………….16 2.3.1. Resultan Gaya ……………………………………………………...16 2.3.2. Kesetimbangan Gaya ………………………………………………16 2.3.3. Berat ………………………………………………………………..17 2.3.4. Gaya Setrifugal …………………………………………………….17 2.4. Bantalan (Bearing) ………………………………………………………...18 2.4.1. Kapasitas Dukung Dinamis ………………………………………..18 2.4.2. Umur Bantalan………………………………………………………20 BAB III. ANALISA BEBAN ………………………………………………………24 3.1. Analisa Beban Pada Cord Regulator Vertikal ……………………………..24 3.1.1. Data Yang Diperlukan ……………………………………………...24 3.1.2. Menentukan Sudut Kontak …………………………………………26 3.1.3. Tegangan Spindel Dan Tegangan Balon …………………………...28 3.1.4. Berat Rol, Tube Dan Baut… ……………………………………….30 3.1.5. Gaya Sentrifugal ……………………………………………………31 3.1.6. Gaya Radial (Fr) ……………………………………………………31 3.1.7. Gaya Aksial (Fa) ……………………………………………………35 3.2. Analisa Beban Pada Cord Regulator Horisontal ……………….. ………35 3.2.1. Data Yang Diperlukan ……………………………………………...35
ix
3.2.2. Menentukan Sudut Kontak …………………………………………37 3.2.3. Tegangan Spindel dan Tegangan Balon.……………………………41 3.2.4. Berat Rol, Tube Dan Baut.. ………………………………………..44 3.2.5. Gaya Sentrifugal ……………………………………………………44 3.2.6. Gaya Radial (Fr) ……………………………………………………45 3.2.7. Gaya Aksial (Fa) ……………………………………………………49 BAB IV. ANALISA UMUR BEARING ………………………………….. ………51 4.1. Cord Regulator Vertikal …………………………………………………...51 4.1.1. Beban Ekuivalen Dinamis ………………………………………….51 4.1.2. Kecepatan Putaran Rol. …………………………………………….52 4.1.3. Umur Bearing Cord Regulator Vertikal ……………………………53 4.2. Cord Regulator Horisontal ………………………………………………...55 4.2.1. Beban Ekuivalen Dinamis ………………………………………….55 4.2.2. Kecepatan Putaran Rol. …………………………………………….56 4.2.3. Umur Bearing Cord Regulator Horisontal…………………………..57 BAB V. PENUTUP ………………………………………………………………...61 5.1. Kesimpulan ………………………………………………………………...61 5.2. Saran ……………………………………………………………………….61 5.3. Saran Untuk Penelitian Lebih Lanjut ………………………………………62 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
x
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 2-1.
Proses Twisting Cable Corder ……………………………………….
Gambar 2-2.
Konstruksi Mesin, Headstock (1), Spindel (2), dan Sabuk Berjalan (3). …………………………………………………………………...
Gambar2-3.
5
6
Penggerak Rol Take-up dan Capstan Device (A) dan Penggerak Bolak-balik(B).……………………………………………………….
7
Gambar 2-4.
Komponen-komponen Spindel……………………………………….
9
Gambar 2-5.
Sabuk Berjalan……………………………………………………..
12
Gambar 2-6.
Cord Regulator……………………………………………………….
13
Gambar 2-7.
Vektor Gaya………………………………………………………….
16
Gambar 3-1
Cord Regulator Vertikal …………………………………………….
25
Gambar 3-2
Sudut a ………………………………………………………………
26
Gambar 3-3
Sudut b ………………………………………………………………
26
Gambar 3-4
Sudut c ………………………………………………………………
27
Gambar 3-5
Sudut d ………………………………………………………………
27
Gambar 3-6
Diagram Benda Bebas 1……………………………………………
28
Gambar 3-7
Diagram Benda Bebas 2 …………………………………………….
29
Gambar 3-8
Diagram Benda Bebas 3 …………………………………………….
30
Gambar 3-9
Gaya-gaya Pada Bearing A ………………………………………..
32
Gambar 3-10
Gaya-gaya Pada Bearing B ……………………………….…………
33
Gambar 3-11
Gaya Radial Pada Bearing A&B Cord Regulator Vertikal………….
34
Gambar 3-12
Cord Regulator Horisontal …………………………………………
36
Gambar 3-13
Balok Maya EFNO-QDMP………………………………………..
37
xi
Gambar 3-14
Sudut j ……………………………………………………………….
38
Gambar 3-15
Balok SRJU-TVIK ………………………………………………….
39
Gambar 3-16
Sudut k ……………………………………………………………….
39
Gambar 3-17
Sudut g ……………………………………………………………….
40
Gambar 3-18
Sudut h ……………………………………………………………….
40
Gambar 3-19
Diagram Benda Bebas 4……………………………………………
41
Gambar 3-20
Diagram Benda Bebas 5……………………………………………
42
Gambar 3-21
Diagram Benda Bebas 6 ……………………………………………
42
Gambar 3-22
Diagram Benda Bebas 7 ……………………………………………
43
Gambar 3-23
Diagram Benda Bebas 8 ……………………………………………
43
Gambar 3-24
Gaya-gaya pada Bearing A …………………………………………
45
Gambar 3-25
Gaya-gaya pada Bearing B …………………………………………
46
Gambar 3-26
Gaya Radial Bearing A&B Cord Regulator Horisontal…..…………
48
Gambar 3-27
Gaya Aksial Pada Bearing A ……………………………………...
49
Gambar 3-28
Gaya Aksial Pada Bearing B ………………………………………...
49
Gambar 4-1
Beban & Umur Bearing 625-2RS1 untuk keandalan 99%…………
60
xii
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 2-1
Data kapasitas Mesin CC230 …………………………………………
4
Tabel 2-2
Faktor Radial X dan Faktor Aksial Y Untuk Bantalan Gelinding …...
19
Tabel 2-3
Kapasitas Dukung Dinamis C dan Kapasitas Dukung Statis Co bearing 625-2RS1 …………………………………………………….
20
Tabel 2-4
Nilai Faktor Keandalan ……………………………………………….
21
Tabel 3-1
Nilai Fr dan Fa ………………………………………………………..
50
Tabel 4-1
Data Ld, C, Co, Fr & Fa …………………………………………….
51
Tabel 4-2
Umur Dan Beban Bearing 625-2RS1 ………………………………...
59
Tabel 4-3
Data riil umur bearing 625-2RS1……………………………………..
59
xiii
DAFTAR DIAGRAM ALIRAN
Halaman Diagram Aliran 2-1
Metode Penghitungan Beban Bearing 625-2RS1 …………..
22
Diagram Aliran 2-2
Metode Penghitungan Umur Bearing 625-2RS1 ……………
23
xiv
DAFTAR SIMBOL DAN SATUAN
T
: Puntiran per meter / Twist per meter (tpm)
N
: Kecepatan Putaran (rpm)
Ld
: Kecepatan Pengataran (m/min)
n
: Kecepatan Putaran (rpm)
d
: Diameter (m)
F
: Gaya (N)
W
: Berat (N)
m
: Massa (kg)
g
: Percepatan Gravitasi (m/det2)
Fs
: Gaya Sentrifugal (N)
ω
: Kecepatan putaran (rad/det)
r
: Jari-jari (m)
P
: Beban Ekivalen Dinamis (N)
Fr
: Gaya Radial (N)
Fa
: Gaya Aksial (N)
L
: Umur Bantalan (jutaan putaran)
Lh
: Umur Bantalan (jam)
Ln
: Umur Bantalan (jam)
C
: Beban Nominal Dinamis (N)
Co
: Beban Nominal Statis (N)
Tc
: Tegangan Cable (N)
Ts
: Tegangan Spindel (N)
Tb
: Tegangan Balon (N)
xv
1
BAB I PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG Dalam dunia perindustrian saat ini dipakai mesin-mesin industri yang modern. Banyak komponen dipakai dalam mesin-mesin tersebut untuk menghasilkan produk dengan kualitas dan kuantitas yang tinggi. Salah satu komponen utama dalam mesin-mesin industri adalah bantalan (bearing). Bantalan merupakan komponen yang berfungsi untuk menahan beban dan meminimalkan kerugian akibat friksi. Namun demikian bantalan bukanlah komponen yang tidak bisa rusak, seiring dengan lama pemakaiannya bantalan akan mengalami kerusakan. Bila
kerusakannya
terjadi
saat
mesin
dalam
proses,
maka
akan
mengakibatkan kerugian yang besar berupa kerugian akibat kerusakan komponen dan juga kerugian ekonomis akibat berhentinya proses. Untuk itu diperlukan sistem perawatan dan pemeliharaan yang tepat agar diperoleh umur bantalan yang optimal. Untuk penyusunan laporan Tugas Akhir ini penulis tertarik untuk melihat serta menganalisa proses kerja bearing 625-2RS1 pada Cord Regulator di mesin Twisting Cable Corder 230 di PT Gajah Tunggal Tbk Divisi Tire Cord yang mengoperasikan 80 unit mesin Twisting Cable Corder untuk menghasilkan kain ban. Dengan membandingkan 2 jenis Cord Regulator yang dipakai, yaitu Cord Regulator Horisontal 70 unit dan Cord Regulator Vertikal sebanyak 10 unit.
2
Pada setiap unit mesin terdapat 134 Cord Regulator dan setiap Cord Regulator menggunakan 2 buah bearing 625-2RS1, sehingga jumlah totalnya ada 134x2x80 = 21440 buah bearing 625-2RS1 yang dipergunakan. Adapun penelitian ini menitikberatkan pada masalah beban dan umur bearing 625-2RS1 pada Cord Regulator jenis Horisontal dan Vertikal sehingga dapat ditentukan metode pemeliharaan dan perawatan yang tepat.
1.2 TUJUAN PENULISAN Tujuan penelitian dan penulisan terhadap bearing 625-2RS1 Cord Regulator ini adalah terutama untuk : -
Menganalisa beban dan umur teoritis bearing 625-2RS1 pada Cord Regulator Horisontal dan Cord Regulator Vertikal.
1.3 PEMBATASAN MASALAH Agar penelitian dan penulisan Tugas Akhir ini terarah dan memiliki batasan yang jelas, maka penulisan Tugas Akhir ini hanya akan membahas mengenai perbedaan posisi bearing pada Cord Regulator Horisontal dan Cord Regulator Vertikal dan pengaruhnya terhadap beban dan umur bearing 625-2RS1.
1.4 METODE PENULISAN Untuk menyelesaikan tugas akhir ini, dipakai metode penulisan sebagai berikut : - Survei langsung ke PT. Gajah Tunggal Tbk, Divisi Tire Cord, Tangerang. - Studi Literatur
3
- Mempelajari, mengolah dan menganalisa data. - Bimbingan kepada Dosen Pembimbing.
1.5 SISTEMATIKA PENULISAN Penulisan tugas akhir ini dibagi menjadi lima bagian, dengan sistematika sebagai berikut : BAB I
PENDAHULUAN Bab ini menguraikan tentang latar belakang, tujuan penulisan, pembatasan masalah, metode penulisan dan sistematika penulisan.
BAB II
LANDASAN TEORI Bab ini berisi tentang dasar-dasar teori Mesin Twisting Cable Corder, proses kerja Cord Regulator, gaya, bearing, dan metode penentuan umur bearing.
BAB III ANALISA BEBAN Bab ini berisi tentang data-data dan perhitungan beban Cord Regulator. BAB IV ANALISA UMUR BEARING Bab ini berisi tentang data hasil perhitungan yang dilakukan sebelumnya dan perhitungan umur bearing.. BAB V
PENUTUP Berisi kesimpulan dan saran bagi pemanfaatan hasil tugas akhir ini, yang kemudian dapat dijadikan pertimbangan untuk operasional perawatan dan pemeliharaan mesin Twisting Cable Corder 230.
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
4
BAB II LANDASAN TEORI
2.1 MESIN TWISTING CABLE CORDER Mesin Twisting Cable Corder didesain untuk menghasilkan benang ban yang simetris dengan sekali proses. Selama tegangan dari spindel dan creel seimbang (filamen dalam dan luar), maka akan diperoleh tensile strength dari benang yang maksimal. Data spesifikasi mesin Twisting Cable Corder dan standard inspeksi tension twisting dapat dilihat pada tabel dibawah ini. Tabel 2.1. Data Kapasitas Mesin CC 230. Kecepatan maksimal spindel Kecepatan Pengantaran Range of twists Tegangan Cable maksimal yang diijinkan
8500 rpm 8 – 40 m/min 200 – 600 tpm 1695 ± 65 cN = 17.6 N
Dalam proses twisting (pemintalan), untuk menghasilkan benang (2 ply) diperlukan 2 suplai filamen, yaitu dari filamen yang disuplai dari Creel (1) (creel yarn = outer thread) dan suplai dari Spindel (2) (spindle yarn = inner thread). Creel yarn (1) ditarik dari creel melintasi Creel Yarn Tensioner (4) masuk ke poros Spindel dan muncul dari thread duct pada Storage Disc (7). Benang diberikan twist/puntiran kemudian disimpan di storage disc dengan melilit sekitar 360º sebelum melewati ujung Twisting plate (8) menuju ke Cord Regulator (10) dengan mengelilingi pot sehingga balon benang (9) terbentuk. Creel yarn dan Spindle yarn ditwist bersama oleh putaran Cord Regulator (10), dimana proses twisting yang sesungguhnya terjadi. Terakhir, benang yang sudah ditwist diarahkan Capstan
5
Device (11) ke area penggulungan melalui Compensating Lever (13) dan melewati Traversing Thread Guide (14) dan digulung bersilangan di Tube (15).
1. Creel Yarn 2. Spindle Yarn 3. Creel Yarn (outer thread) 4. Creel Yarn Tensioner 5. Spindle Yarn Tensioner 6. Spindle Motor 7. Storage Disc 8. Twisting Plate 9. Thread Balloon 10. Cord Regulator 11. Capstan Device 12. Twisted Yarn 13. Length Compensation Lever 14. Traversing thread guide 15. Cross-wound take-up package 16. Reverse package-creel
Gambar 2-1. Proses Twisting Cable Corder
6
2.1.1
KONSTRUKSI MESIN Mesin Cable Corder terdiri dari 3 fungsional grup : (1) Headstock & Sistem Kontrol Berisi Roda Gigi utama untuk Penggerak Capstan Device, Penggerak Rol Take-up dan Penggerak Bolak-balik, Switch Cabinet, Display dan elemen operasi. (2) Spindel Dengan individual twisting position, terdiri dari 134 cabling position. (3) Sabuk berjalan Terdiri dari penggerak untuk Sabuk Berjalan.
Gambar 2-2. Konstruksi Mesin, Headstock (1), Spindel (2), dan Sabuk Berjalan (3).
7
Secara umum, setiap spindle pada Cable Corder digerakkan oleh individual motor spindle. Sedangkan untuk pengantaran (capstan) dan take-up digerakkan secara bersamaan dalam hubungan mekanik. Masukan untuk kecepatan spindel, twist dan anti-patterning dimasukkan ke program elektronik melalui keyboard. Berdasarkan kecepatan spindel, sistem kontrol akan menjaga semua data tetap konstan selama proses twisting berlangsung. Sedangkan tegangan penggulungan diatur dengan kombinasi roda gigi/change wheel. Setiap spindel dapat distart sendiri-sendiri. maupun bersamaan melalui switch cabinet.
2.1.2
HEADSTOCK Didalam Headstock terdapat sistem kontrol elektronik yang mengatur
semua data dan mengontrol jalannya mesin, juga terdapat Roda Gigi utama yang menggerakkan Capstan Device, Rol Take-Up dan Gerakan Bolak-balik.
Gambar2-3. Penggerak Rol Take-up dan Capstan Device (A) dan Penggerak Gerakan Bolak-balik (B).
8
1. Penggerak Rol Take-up dan Capstan Device Penggerak Rol Take-up dan Capstan Device digerakkan oleh satu motor penggerak yang dihubungkan dengan Sabuk Gilir. 2. Penggerak Gerakan Bolak-balik Penggerak Gerakan Bolak-balik digerakkan oleh step motor. Putaran step motor melalui Sabuk Gilir dirubah menjadi gerakan longitudinal.
2.1.3
SPINDEL Dalam satu mesin Twisting Cable Corder terdapat 134 spindel yang
memiliki komponen-komponen utama sebagai berikut : 1. Spindel Spindel digerakkan oleh individual motor. Motor penggerak dihubungkan langsung dengan spindel. Storage disc pada motor spindel digunakan untuk menyimpan cukup yarn untuk kompensasi perbedaan tegangan akibat perilaku take off. Storage (lilitan yarn pada storage disc) disetel melalui creel yarn tensioner. Pada twisting plate yarn masuk ke balon benang. 2. Bobbin Pot Filamen atau yarn yang belum ditwist ditampung di bobbin pot. Posisi bobbin pot terletak di poros motor spindel. Magnet menahan posisi bobbin pot sehingga tidak ikut berputar saat poros motor spindel berputar. 3. Spindle yarn tensioner Komponen dapat disetel sendiri-sendiri di setiap spindel. Tanda warna pada tensioner menunjukkan besarnya gaya pengereman.
9
1. Spindel 2. Bobbin pot 3. Spindle yarn tensioner 4. Cord Regulator 5. Air threading 6. Swivel support 7. Length compensation level 8. Self-adjusting sensor 9. Capstan device 10. Take-up roller 11. Creel yarn tensioner 12. Package catch 13. Take-up package 14. Take-up cradle 15. Conveyor belt 16. Bobbin creel 17. Cable duct
Gambar 2-4. Komponen-komponen Spindel.
10
4. Cord Regulator Merupakan tempat terjadinya twist dan penggabungan creel yarn dan spindle yarn menjadi twisted cord (benang). 5. Air Threading Aliran udara yang dibentuk oleh air threading device mendorong creel yarn masuk ke spindel dan storage disc. 6. Swivel Support Cord Regulator, self adjusting sensor dan length compensating lever dipasang di swivel support. Untuk mengganti suplai spindle yarn di pot, swivel support dapat diputar ke kiri. Setelah bobbin pot diisi swivel support dapat diputar kembali ke posisi semula. 7. Length Compensating Lever Tegangan penggulungan yang diatur oleh change wheel melalui perbedaan panjang penarikan antara capstan device dan rol take-up. Tegangan tersebut disetel sedemikian rupa sehingga length compensation lever dapat bergerak bebas. 8. Self Adjusting Sensor Berfungsi untuk memberikan sinyal bila terjadi tegangan yang berlebihan, untuk menghentikan proses pada spindel. 9. Capstan Device Berfungsi untuk menarik benang dari Cord Regulator dan bersama Rol Take-up mengatur tegangan benang saat digulung.
11
10. Rol Take-up Berfungsi untuk menarik benang dari Capstan untuk kemudian digulung di Tube yang berada di Package cradle. 11. Creel Yarn Tensioner Berfungsi untuk mengatur tegangan Creel Yarn. Gaya pengeraman dihasilkan secara elektromagnetik dan disetel melalui keyboard di kontrol program elektronik yang terdapat di headstock. 12. Package Catch Alat untuk mencegah kemungkinan take-up package terjatuh ke dalam spindle saat terjadi kekeliruan penanganan. 13. Take-up Package Merupakan hasil proses twisting berupa benang yang digulung pada tube. 14. Take-up Cradle Sebagai dudukan tube yang juga memberikan tekanan sehingga diperoleh kekerasan gulungan tertentu. 15. Sabuk Berjalan (lihat 2.1.4) 16. Bobbin Creel Filamen atau yarn yang belum ditwist ditampung di bobbin creel. Posisinya terletak di atas sebagai suplai creel yarn. 17. Cable Duct Tempat dan jalur kabel dan sistem elektronik.
12
2.1.4
SABUK BERJALAN Terdiri dari motor gearbox
dan sabuk berjalan yang berguna untuk
mengangkut benang yang sudah selesai diproses di spindel untuk dipindahkan ke mobile creel yang selanjutnya diproses di mesin Weaving (tenun).
Gambar 2-5. Sabuk Berjalan
2.2 CORD REGULATOR Cord
Regulator
merupakan
tempat
dimana
proses
twisting
yang
sesungguhnya terjadi. Cord Regulator berputar karena putaran motor spindel yang diteruskan oleh creel yarn ke Cord Regulator. Creel yarn dan spindle yarn mengalami twisting / puntiran akibat putaran Cord Regulator. Creel yarn dan spindle yarn yang sudah ditwist kemudian melintasi Rol Cord Regulator dan ditwist bersama hingga menjadi benang Cable (2 ply). Benang Cable ini selanjutnya menuju ke Capstan Device den diteruskan ke Rol Take-up untuk digulung di Tube.
13
Gambar 2-6. Cord Regulator.
14
2.2.1
BEBAN PADA BEARING 625-2RS1
2.2.1.1 TEGANGAN CABLE Tegangan Cable (Tc) adalah tegangan yang terjadi pada benang akibat tarikan capstan drive dan tahanan dari inner brake dan balloning. Besarnya tegangan cable ini ditentukan sesuai spesifikasi benang / style yang akan dihasilkan.
2.2.1.2 TEGANGAN BALON Tegangan Balon (Tb) adalah tegangan yang terjadi akibat putaran creel yarn mengelilingi pot, yang besarnya diatur sesuai dengan besarnya tegangan cable yang hendak dicapai, dengan cara mengatur besarnya tahanan pada creel yarn tensioner.
2.2.1.3 TEGANGAN SPINDEL Tegangan Spindel (Ts) adalah tegangan yang terjadi akibat tahanan yang diberikan oleh spindle yarn tensioner, yang besarnya diatur sesuai dengan besarnya tegangan cable yang hendak dicapai, dengan cara mengatur posisi magnet brake pada spindle yarn tensioner.
2.2.1.4 GAYA SENTRIFUGAL Untuk menghasilkan pilinan/twist Cord Regulator diputar dengan kecepatan putar tertentu, sehingga mengakibatkan beban yang berupa gaya sentrifugal pada komponennya. Dalam penghitungan beban yang dialami
15
bearing 625-2RS1, beban akibat gaya sentrifugal dihitung pada gaya yang dialami oleh komponen yang didukung oleh bearing yaitu rol, tube dan baut.
2.2.1.5 BERAT KOMPONEN Dalam hal ini adalah berat komponen yang didukung oleh bearing 625-2RS1, yaitu rol, tube dan baut yang dipasang simetris dengan titik pusat massa di pusat bearing.
2.2.2
PUTARAN ROLL Twist/puntiran ditentukan oleh rasio putaran spindel dan kecepatan
pengantaran. Twist per meter (pilinan tiap meter) :
(1)
T = N / Ld
(2-1)
Bila T dan N ditentukan, maka Ld dapat ditentukan sebagai berikut: Ld = N / T
(2-2)
Dimana : Ld = panjang per menit (m/min) N = putaran Cord Regulator (rpm) T = twist per meter (tpm) Putaran roll dapat dihitung dengan rasio kecepatan pengantaran Ld dan keliling roll (π.d). Sehingga didapat persamaan untuk putaran rol : n = Ld / (π.d)
(1) Twisting Cable Corder, Allma. Bab 8.6, halaman 44.
(2-3)
16
Dimana : n = putaran rol (rpm) d = diameter rol ( 10 mm = 0,01 m)
2.3 GAYA 2.3.1
RESULTAN GAYA Resultan gaya dapat dihitung dengan analisa gaya sebagai penjumlahan
vektor, sebagai berikut :
Q
P
R
Gambar 2-7. Vektor Gaya. Resultan gaya R merupakan hasil penjumlahan vektor dari gaya P dan Q.
2.3.2
(2)
KESETIMBANGAN GAYA Dalam hukum ketiga Newton disebutkan bahwa untuk setiap aksi ada satu
reaksi yang sama dan berlawanan arah.
(3)
∑F=0
(2) J.K. Gupta, R.S. Khurmi. Machine Design, halaman 11. (3) J.K. Gupta, R.S. Khurmi. Machine Design, halaman 9.
(2- 4)
17
2.3.3
BERAT Berat suatu benda adalah gaya yang menarik masa benda tersebut ke arah
pusat bumi. Berat suatu benda dapt dihitung sebagai berikut: w=m.g
(4)
(2-5)
Dimana : w = berat (N) m = massa (kg) g
2.3.4
= percepatan gravitasi ( 9.81 m/det2 )
GAYA SENTRIFUGAL Massa yang bergerak dengan kecepatan linear pada lintasan lingkaran
dengan jari-jari tertentu akan mengalami gaya radial kearah luar dari pusat lingkaran. Gaya sentrifugal :
(5)
Fs = mω2r Dimana : Fs = gaya sentrifugal (N) m = massa (kg) ω = kecepatan putar (rad/det) r
= jari-jari (m)
(4) J.K. Gupta, R.S. Khurmi. Machine Design, halaman 13. (5) J.K. Gupta, R.S. Khurmi. Machine Design, halaman 12.
(2-6)
18
2.4 BANTALAN (BEARING) Bantalan adalah elemen mesin yang berfungsi menumpu poros berbeban, sehingga putaran atau gerakan bolak baliknya dapat berlangsung secara aman, halus dan panjang umur. Ada dua jenis bantalan, yaitu bantalan luncur (sliding bearing) dan bantalan gelinding (roller bearing). Bearing 625-2RS1 termasuk jenis bantalan gelinding tipe bantalan bola radial alur dalam baris tunggal. Bantalan jenis ini dapat membawa beban radial dan beban aksial dengan baik. Sifat-sifat bantalan gelinding dibandingkan dengan bantalan luncur adalah sebagai berikut : -
Gesekan mula jauh lebih kecil
-
Gesekan kerja kecil sehingga penimbulan panas lebih kecil pada pembebanan yang sama.
-
Penurunan waktu pemasukan dan pengaruh dari bahan poros.
-
Pelumasan terus-menerus yang sederhana dan hampir bebas pemeliharaan pada jumlah pelumas yang jauh lebih sedikit.
-
Kemampuan dukung yang lebih besar setiap lebar bantalan.
-
Normalisasi dari pengukuran luar, ketelitian (presisi), pembebanan yang diizinkan dan perhitungan dari umur kerja, berhubungan dengan pembuatan yang bermutu tinggi dalam pabrik khusus dan dari sini memberikan keuntungan untuk penggunaan dan penyediaan suku cadang.
2.4.1
KAPASITAS DUKUNG DINAMIS Pada proses twisting Cable Corder, bearing 625-2RS1 bekerja pada
kondisi dinamis, sehingga beban dinamisnya dapat ditentukan sebagai berikut :
19
Menentukan beban ekivalen dinamis :
(6)
P = X . Fr + Y . Fa
(2-7)
Dimana : P = beban ekivalen dinamis (N) Fr = beban radial (N) Fa = beban aksial (N) X = faktor radial Y = faktor aksial Nilai faktor X & Y dapat ditentukan dengan tabel 2-2.
(7)
Tabel 2-2. Faktor radial X dan faktor aksial Y untuk bantalan gelinding.
(6) G. Niemann, Elemen Mesin, halaman :261 (7) Kiyokatsu Suga dan Sularso, Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin, halaman : 135
20
Besarnya dukungan dinamis C dan statis C0 bearing 625-2RS1 dapat dilihat pada tabel 2-3.
Tabel 2-3. Kapasitas dukung dinamis C dan statis C0 bearing 625-2RS1. d (mm) 5
2.4.2
D (mm) 16
B (mm) 5
C (N) 923
(8)
C0 (N) 365
UMUR BANTALAN Umur nominal adalah dinyatakan melalui banyaknya putaran yang 90%
dicapai atau dilebihi oleh sejumlah besar bantalan yang benar-benar serupa.
(9)
Menentukan umur nominal bantalan jenis bantalan peluru dengan keandalan 90% :
(10)
L = (C/P)3
dalam jutaan putaran
(2-8)
Lh = 106 . L/(60 . n)
dalam jam operasi
(2-9)
Dimana : L = Umur bantalan (jutaan putaran) Lh = Umur bantalan (jam) C = Beban dinamis (N) P = Beban ekivalen dinamis (N) n = Kecepatan putaran (rpm)
(8) www.skf.com (9) G. Niemann, Elemen Mesin, halaman :259 (10) G. Niemann, Elemen Mesin, halaman : 265
21
Dengan bertambah panjangnya umur karena adanya perbaikan dalam mutu bahan dan karena tuntutan keandalan yang lebih tinggi, maka bantalan modern direncanakan dengan Lh yang dikalikan dengan faktor koreksi. Jika Ln menyatakan keandalan umur (100-n)(%), maka : Ln
(11)
= a1 . a2 . a3 . Lh
(2-10)
Dimana : a1 = faktor keandalan (tabel 2-4) a2 = faktor bahan. a2 = 1 untuk bahan baja bantalan yang dicairkan secara terbuka atau dengan nilai C sama
(12)
, dan kurang lebih = 3 untuk
baja bantalan dengan-gas hampa. a3 = faktor kerja. a3 =1 untuk kondisi kerja normal.
Tabel 2-4. Nilai faktor keandalan.
(13)
Faktor Keandalan (%) 90 95 96 97 98 99
Ln L10 L5 L4 L3 L2 L1
a1 1 0.62 0.53 0.44 0.33 0.21
(11) Kiyokatsu Suga dan Sularso, Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin, halaman : 136 (12) General Catalogue SKF, halaman : 35 (13) Kiyokatsu Suga dan Sularso, Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin, halaman : 137
22
Diagram aliran untuk perhitungan beban pada bearing 625-2RS1.
START
Putaran Cord Regulator (rpm) Massa rol, tube dan baut (kg) Geometri Cord Regulator (mm)
Menentukan sudut-sudut kontak pada rol
Menghitung tegangan spindel (Ts) dan tegangan balon (Tb) Menghitung berat rol, tube dan baut (N) Menghitung gaya sentrifugal (Fs)
Menghitung Fr (N), Fa (N) dan arahnya
Gaya radial Fs (N) Gaya aksial Fa (N)
STOP
END
Diagram aliran 2-1. Metode penghitungan beban bearing 625-2RS1.
23
Diagram aliran untuk perhitungan umur bearing 625-2RS1.
START
Gaya radial Fr (N) Gaya aksial Fa (N) Beban nominal dinamis C (N) Beban nominal statis Co (N) Kecepatan Pengantaran (m/min)
Menghitung Fa/Co, faktor e Menghitung Fa/Fr, faktor X, Y Menghitung beban ekivalen dinamis P (N)
Putaran rol n (rpm)
Umur L (juta putaran) Umur Lh (jam) Umur keandalan Ln (jam) Umur keandalan Ln (tahun)
Beban ekivalen dinamis P (N) Umur keandalan Ln (tahun)
STOP
END
Diagram aliran 2-2. Metode penghitungan umur bearing 625-2RS1.
24
BAB III ANALISA BEBAN
Dalam analisa beban ini dilakukan penghitungan beban-beban yang dialami bearing 625-2RS1 saat proses twisting. Perhitungan beban ini didasarkan pada kondisi maksimal proses, atau kemampuan maksimal mesin yang diijinkan oleh pembuatnya, dengan asumsi kondisi kerja normal dan tidak terjadi kerugian akibat gesekan/friksi pada jalur benang. Dari tabel 2-1 diketahui : -
N maksimal
= 8500 rpm
-
Tegangan Cable (Tc) maksimal = 1760 cN = 17,6 N
Langkah analisa dalam bab ini dapat dilihat pada diagram aliran 2-1.
3.1 ANALISA BEBAN PADA CORD REGULATOR VERTIKAL 3.1.1
DATA YANG DIPERLUKAN -
Putaran Cord Regulator N maksimal
-
Massa rol, tube dan baut
-
= 8500 rpm
-
rol
= 3,22 gr
= 0,00322 kg
-
tube
= 1,27 gr
= 0,00127 kg
-
baut
= 1,23 gr
= 0,00123 kg
Geometri Cord Regulator, dapat dilihat pada gambar 2-6 dan 3-1.
25
Gambar 3-1. Cord Regulator Vertikal.
26
3.1.2
MENENTUKAN SUDUT KONTAK Pada penentuan resultan gaya-gaya yang terjadi pada cord regulator perlu
diketahui sudut dari benang terhadap jalurnya. Menentukan sudut a, b, c, dan d. -
Sudut a a /2 = tan–1 (10/28,5) = 19,335° a
= 19,335° x 2 = 38,67°
Gambar 3-2. Sudut a.
-
Sudut b b
= 90° – (b1+b2)
b1 = tan–1 (34/29) = 49,538° AP = 34/sin b1 = 44,688 mm b2 = sin–1 (5/44,688) = 6,424° Diperoleh : b
= 90° - (49,538° + 6,424°) = 34,038°
Gambar 3-3. Sudut b.
27
-
Sudut c c
= 90° - (c1 + c2) ½
AB = (5² + 20²)
= 20,616 mm AB/2 = 20,616 / 2 = 10,308 mm c1 = cos–1 (5/10,308) = 60,984° c2 = tan–1 (5/20) = 14,036° Diperoleh : c
Gambar 3-4. Sudut c.
= 90° – (60,984° + 14,036°) = 14,98°
-
Sudut d d
= d1 + d2
d1 = tan –1 (2,5/38,5) = 3,715° BR = 38,5/cos d1 = 38,581 mm d2 = sin–1 (5/38,581) = 7,446° Diperoleh : d
= 3,715 + 7,446 = 11,161°
Gambar 3-5. Sudut d.
28
3.1.3
TEGANGAN SPINDEL DAN TEGANGAN BALON Berdasarkan kesetimbangan gaya dan momen, dapat dihitung besarnya
tegangan spindel dan tegangan balon sebagai berikut : -
Diagram Benda Bebas 1
y x
Gambar 3-6. Diagram Benda Bebas 1. ∑F
=0 0
= Tc’ cos a/2 + Tc” cos a/2 – Tc
Untuk Tc’ = Tc”, didapat : 0
= Tc’ cos a/2 + Tc’ cos a/2 – Tc
Tc
= (Tc’ + Tc’) cos a/2 = 2 Tc’ cos a/2
Tc’
= Tc” = Tc / (2 cos a/2) = 17,6 / 2 cos (38,67/2) = 9,326 N
(3-1)
29
Dimana :
-
Tc
= Tegangan Cable (N)
Tc’
= Tegangan Spindel (N)
Tc”
= Tegangan Balon (N)
Diagram Benda Bebas 2
Gambar 3-7. Diagram Benda Bebas 2.
∑ MB 0
=0 = (Ts’+ Tb’) . r – (Tc’ + Tc”) . r
Untuk Tc’ = Tc” dan Ts’ = Tb’, didapat : 2 Ts’ = 2 Tc’ Ts’
= Tb’ = Tc’ = Tc” = 9,326 N
30
- Diagram Benda Bebas 3
Gambar 3-8. Diagram Benda Bebas 3.
∑ MA = 0 0
= Ts . r + Tb . r – (Ts’ + Tb’) . r
Untuk Ts = Tb dan Ts’ = Tb’, didapat :
3.1.4
2 Ts
= 2 Ts’
Ts
= Tb
= Ts’ = Tb’ = 9,326 N
BERAT ROL, TUBE DAN BAUT Berat rol, tube dan baut : w = mg Dimana : w
= berat (N)
m
= massa rol, tube, dan baut (kg)
g
= gravitasi bumi (9,81 m/det²)
31
m
= m rol + m tube + m baut = (2 x 0,00322) + 0,00127 + (2 x 0,00123) = 0,01017 kg
Diperoleh : w
= 0,01017 x 9,81 = 0,0998 N
3.1.5
GAYA SENTRIFUGAL Dari persamaan 2-6, Fs = mω2r
(2-6)
Dimana : Fs
= gaya sentrifugal (N)
m
= massa rol, tube dan baut (0,01017 kg)
ω
= kecepatan putar (8500 rpm = 890,118 rad/det)
r
= jari-jari (2,5 mm = 0,0025 m)
Diperoleh : Fs
= 0,01017 x 890,118² x 0,0025 = 20,1445 N
3.1.6
GAYA RADIAL (Fr) Perhitungan gaya radial dapat dihitung dengan terlebih dahulu menghitung
Frx dan Fry, kemudian menghitung resultan gayanya, sebagai berikut : Fr = (Frx² +Fry²)
½
32
-
BEARING A
y x
Gambar 3-9. Gaya-gaya pada Bearing A. Frx
= - Fs – Tb sin b – Tb’ sin c – Ts’ sin c = - Fs – Tb (sin b + 2 sin c) = - 20,1445 – 9,326 (sin 31,272° + 2 sin 14,98°) = - 29,8065 N (tanda – menunjukkan arah gaya ke kiri)
Fry
= -Tb cos b – Ts – Tb’ cos c – Ts’ cos c – w = - Tb (cos b + 1 + 2 cos c) - w = - 9,326 (cos 31,272° + 1 + 2 cos 14,98°) – 0,09977 = - 35,4145 N (tanda – menunjukkan arah gaya ke bawah)
Sehingga, Fr
= (29,8065² + 35,4145²)
½
= 46,2884 N Dengan sudut, α
= tan-1 Fry/Frx = tan-1 (35,4145/29,8065) = 49,9145° (kuadran 3)
33
-
BEARING B
y x
Gambar 3-10. Gaya-gaya pada Bearing B. Frx
= Fs + Tb’ sin c + Ts’ sin c – Tc’ sin d – Tc” sin d = Fs + 2 Tc’ (sin c – sin d) = 20,1445 + (2 x 9,326 (sin 14,98° - sin 11,161°)) = 20,7495 N
Fry
= Tb’ cos c + Ts’ cos c + Tc’ cos d + Tc’ cos d – w = 2 Tc’ ( cos c + cos d) – w = (2 x 9,326 (cos 14,98° + cos 11,161°)) – 0,09977 = 36,2175 N
Sehingga, Fr
= (20,7495² + 36,2175²)
½
= 41,7403 N Dengan sudut, α
= tan-1 Fry/Frx = tan-1 (36,2175/20,7495) = 60,191° (kuadran 1)
34
Gambar 3-11. Gaya radial pada Bearing A & B Cord Regulator Vertikal.
35
3.1.7
GAYA AKSIAL (Fa) Pada Cord Regulator Vertikal semua tension terjadi pada arah radial, baik pada bearing A maupun bearing B, sehingga gaya aksial Fa = 0.
Dari analisa beban pada Cord Regulator Vertikal didapat hasil sebagai berikut : -
Bearing A Fr = 46,2885 N Fa = 0
-
Bearing B Fr = 41,7403 N Fa = 0
3.2 ANALISA BEBAN PADA CORD REGULATOR HORISONTAL 3.2.1
DATA YANG DIPERLUKAN -
Putaran Cord Regulator N maksimal
-
Massa rol, tube dan baut
-
= 8500 rpm
-
rol
= 4,2 gr
= 0,0042 kg
-
tube
= 2,1 gr
= 0,0021 kg
-
baut
= 2,4 gr
= 0,0024 kg
Geometri Cord Regulator, dapat dilihat pada gambar 2-6 dan 3-2.
36
Gambar 3-12. Cord Regulator Horisontal
37
3.2.2
MENENTUKAN SUDUT KONTAK Pada penentuan resultan gaya-gaya yang terjadi pada cord regulator perlu
diketahui sudut dari benang terhadap jalurnya. Menentukan sudut e, f, g, dan h. -
Sudut e
Terlebih dulu dihitung rusuk-rusuk balok maya EFNO-QDMP sebagai berikut: -
EO = 17/2 = 8,5 mm
EF dan EQ dengan terlebih dahulu menghitung sudut j. -
Sudut j
j
= 180 – (j1 + j2)
j1
= tan-1 (49/12,5) = 75,689°
DA
= (49² + 12,5²)
½
= 50,5693 mm j2
= cos-1 (5/50,5693) = 84,3257°
j
= 180 – (75,689° + 84,3257°) = 19,9853°
EF
= 12,5 + 5 cos j = 12,5 + 5 cos 19,9853° = 17,1989 mm
EQ
= 49 – 5 sin j = 49 – 5 sin 19,9853° = 47,2911 mm
Gambar 3-13. Balok maya EFNO-QDMP.
38
Didapat EM, EM
½
= (EQ² + EO² + EF²)
= (47,2911² + 8,5² + 17,1989²)
½
= 51,0343 mm Didapat, e/2
= cos-1 (47,2911/51,0343) = 22,081°
e
= 44,162°
l
= cos-1 (17,1989/51,0343) = 70,3054°
m
= cos-1 (8,5/51,0343) = 80,4124°
n
= e/2 = 22,081° Gambar 3-14. Sudut j.
-
Sudut f
Terlebih dulu dihitung rusuk-rusuk balok maya RJUS-VIKT sebagai berikut: besarnya RJ = 17/2 = 8,5 mm, sedangkan RS dan RV dengan terlebih dahulu menghitung sudut k. -
Sudut k,
k = 180 – (k1 + k2) k1
= tan-1 (25,5/12,5) = 63,8861°
39
BJ
= (25,5² + 12,5²)
½
= 28,3989 mm k2
= cos-1 (5/28,3989) = 79,8595°
k
= 180 – (63,8861° + 79,8595°) = 36,2544°
RS
= 12,5 + 5 cos k = 12,5 + 5 cos 36,2544° = 16,532 mm
RV
= 25,5 – 5 sin k = 25,5 – 5 sin 36,2544° = 22,5431 mm
Didapat RK, RK
Gambar 3-15. Balok maya SRJU-TVIK. ½
= (RV² + RJ² + RS²)
= (22,5431² + 8,5² + 16,532²)
½
= 29,219 mm Didapat, f
= cos-1 (22,5431/29,219) = 39,5092°
p
= cos-1 (16,532/29,219) = 55,5424°
q
= cos-1 (8,5/29,219) = 73,0878°
Gambar 3-16. Sudut k.
40
r
=f = 39,5092°
-
Sudut g
g
= 90 – (g1 – g2)
g1
= tan-1 (22/23,5) = 43,1118°
BW
= (22² + 23,5²)
½
= 32,1908 mm g2
= sin-1 (5/32,1908) = 8,9356°
g
Gambar 3-17. Sudut g.
= 90° - (43,1118° - 8,9256°) = 55,8138°
h
Sudut h = sin-1 (5/12,5) = 23,5782°
Gambar 3-18. Sudut h.
41
3.2.3
TEGANGAN SPINDEL DAN TEGANGAN BALON Berdasarkan kesetimbangan momen, dapat dihitung besarnya tegangan
spindel dan tegangan balon sebagai berikut : -
Diagram Benda Bebas 4
y x
Gambar 3-19. Diagram Benda Bebas 4. ∑ F 0
=0 = Tc – Tc’ cos e/2 – Tc” cos e/2
Diketahui Tc’ = Tc”, didapat : Tc’
= Tc / 2 cos (e/2) = 17,6 / 2 cos (44,162 / 2) = 9,497 N
42
- Diagram Benda Bebas 5
Gambar 3-20. Diagram Benda Bebas 5. ∑ MA
=0
0
= Tc’ sin m . r – Tb’ . r
Tb’
= 9,497 . sin 80,4124° = 9,364 N
- Diagram Benda Bebas 6
Gambar 3-21. Diagram Benda Bebas 6. ∑ MB
=0
0
= Tb’ . r – Tb . r
Tb
= Tb’
Tb
= 9,364 N
43
-
Diagram Benda Bebas 7.
Gambar 3-22. Diagram Benda Bebas 7. ∑ MB
=0
0
= Tc” sin m . r – Ts’ . r
Ts’
= 9,497 . sin 80,1424° = 9,364 N
-
Diagram Benda Bebas 8
Gambar 3-23. Diagram Benda Bebas 8. ∑ MB
=0
0
= Ts’ . r – Ts sin q . r
Ts
= Ts’ / sin q = 9,364 / sin 73,0878° = 9,787 N
44
3.2.4
BERAT ROL, TUBE DAN BAUT Berat rol, tube dan baut : w = mg Dimana : w
= berat (N)
m
= massa rol, tube, dan baut (kg)
g
= gravitasi bumi (9,81 m/det²)
m
= m rol + m tube + m baut = (2 x 0,00254) + 0,00093 + (2 x 0,00123) = 0,00847 kg
Diperoleh : w
= 0,00847 x 9,81 = 0,0831 N
3.2.5
GAYA SENTRIFUGAL Dari persamaan 2-6, Fs = mω2r Dimana : Fs
= gaya sentrifugal (N)
m
= massa rol, tube dan baut (0,00847 kg)
ω
= kecepatan putar (8500 rpm = 890,118 rad/det)
r
= jari-jari (12,5 mm = 0,0125 m)
(2-6)
45
Diperoleh : Fs
= 0,00847 x 890,118² x 0,0125 = 83,8858 N
3.2.6
GAYA RADIAL (Fr) Perhitungan gaya radial dapat dihitung dengan terlebih dahulu menghitung
Frx dan Fry, kemudian menghitung resultan gayanya, sebagai berikut : Fr = (Frx² +Fry²) -
½
BEARING A
y x
Gambar 3-24. Gaya-gaya pada Bearing A Frx
= Tb’ cos h + Ts’ cos h + Tc’ cos l + Ts cos p - Fs = (Tb’ + Ts’) cos h + Tc’ cos l + Ts cos p - Fs = (9,364 + 9,364) cos 23,5782° + 9,497 cos 70,3054° + 9,787 cos 55,5424° – 83,8858 = - 57,9833 N (tanda – menunjukkan arah gaya kekiri)
46
Fry
= Tb’ sin h - Ts’ sin h + Tc’ cos n - Ts cos r – w = 9,364 sin h – 9,364 sin h + 9,497 cos 22,081° - 9,787 cos 39,5092° - 0,0831 = 1,1664 N
Sehingga, Fr
= (57,9833² + 1,1664²)
½
= 57,995 N Dengan sudut, α
= tan-1 Fry/Frx = tan-1 (1,1664/57,9833) = 1,1524° (kuadran 4 )
-
BEARING B
y x
Gambar 3-25. Gaya-gaya pada bearing B.
47
Frx
= Fs - Tb’ cos h - Ts’ cos h – Tc” cos l - Tb sin g = 83,8858 – (9,364 + 9,364) cos 23,5782° - 9,497 cos 70,3054° - 9,364 sin 55,8138° = 55,7747 N
Fry
= Tb’ sin h - Ts’ sin h + Tc” cos n – Tb cos g – w = 9,497 cos 22,081° - 9,364 cos 55,8138° – 0,0831 = 3,4558 N
Sehingga, Fr
= (55,7747² + 3,4558²)
½
= 55,8817 N Dengan sudut, α
= tan-1 Fry/Frx = tan-1 (3,4558/55,7747) = 3,5455° (kuadran 1)
48
Gambar 3-26. Gaya radial bearing A & B Cord Regulator Horisontal.
49
3.2.7
GAYA AKSIAL (Fa) Pada Cord Regulator Horisontal terdapat tegangan arah aksial, sebagai berikut : -
BEARING A
y x
Gambar 3-27. Gaya aksial pada bearing A.
Fa
= Tc’ cos m - Ts cos q = 9,497 cos 80,4124° - 9,787 cos 73,0878° = - 1,2653 N (tanda – menunjukkan arah gaya kekiri)
-
BEARING B
y x
Gambar 3-28. Gaya aksial pada bearing B.
Fa
= - Tc” cos m = - 9,497 cos 80,4124° = - 1,5818 N (tanda – menunjukkan arah gaya kekiri)
50
Dari analisa beban pada Cord Regulator Horisontal didapat hasil sebagai berikut : -
Bearing A Fr = 57,995 N Fa = 1,2653 N
-
Bearing B Fr = 55,8817 N Fa = 1,5818 N
Sehingga hasil analisa beban dalam bab ini didapat ditunjukkan dalam tabel 3-1, sebagai berikut : Tabel 3-1. Nilai Fr dan Fa. CORD REGULATOR BEARING Fr Fa
VERTIKAL A B 46,2885 N 41,7403 N 0 0
HORISONTAL A B 57,995 N 55,8817 N 1,2653 N 1,5818 N
51
BAB IV ANALISA UMUR BEARING
Perhitungan umur bearing ini dilakukan dengan mengikuti diagram aliran 2-2 dengan asumsi bahwa kondisi bearing selalu tetap dan mengabaikan faktor lingkungan seperti korosi dan lain-lain. Umur dihitung pada keandalan 90%, 95% dan 99%. Dari tabel 2-1, tabel 2-3 dan tabel 3-1 diperoleh data Ld, C, Co, Fr, dan Fa, sebagai berikut : Tabel 4-1 Data Ld, C, Co, Fr & Fa CORD REGULATOR VERTIKAL BEARING A BEARING B 40 m/min 40 m/min 923 N 923 N 365 N 365 N 46,2885 N 41,7403 N 0 0
Ld C Co Fr Fa
4.1 CORD REGULATOR VERTIKAL 4.1.1
BEBAN EKUIVALEN DINAMIS -
BEARING A Diketahui : Fr
= 46,2885 N
Fa
=0
Didapat : Fa/Co = 0 Fa/Fr = 0
CORD REGULATOR HORISONTAL BEARING A BEARING B 40 m/min 40 m/min 923 N 923 N 365 N 365 N 57,995 N 55,8817 N 1,2653 N 1,5818 N
52
X
=1
Y
=0
P
= X . Fr + Y . Fa = Fr = 46,2885 N
-
BEARING B
Diketahui : Fr
= 41,7403 N
Fa
=0
Didapat : Fa/Co = 0 Fa/Fr = 0 X
=1
Y
=0
P
= X . Fr + Y . Fa = Fr = 41,7403 N
4.1.2
KECEPATAN PUTARAN ROL
Kecepatan putaran rol dapat dihitung berdasarkan kecepatan pengantaran Ld sesuai persamaan 2-3, sebagai berikut : n = Ld / (π.d)
(2-3)
53
Dimana : Ld
= kecepatan pengantaran (40 m/min)
n
= putaran rol (rpm)
d
= diameter rol ( 10 mm = 0,01 m)
Didapat : n
= 40 / (π x 0,01) = 1273,24 rpm
4.1.3 -
UMUR BEARING CORD REGULATOR VERTIKAL BEARING A Diketahui : P
= 46,2885 N
C
= 923 N
n
= 1273,24 rpm
Didapat : L
= (C/P)3 = (923/46,2885)3 = 7928,404 juta putaran
Lh
= 106 x L / (60 x n) = 106 x 7928,404 / (60 x 1273,24) = 103782,53 jam = 11,84 tahun
Ln
= a1 . a2. a3 . Lh
54
L10
= 1 . 1 . 1 . 11,84 = 11,84 tahun
L5
= 0,62 . 1 . 1 . 11,84 = 7,34 tahun
L1
= 0,21 . 1 . 1 . 11,84 = 2,49 tahun
-
BEARING B Diketahui : P
= 41,7403 N
C
= 923 N
n
= 1273,24 rpm
Didapat : L
= (C/P)3 = (923/41,7403)3 = 10812,806 juta putaran
Lh
= 106 x L / (60 x n) = 106 x 10812,806 / (60 x 1273,24) = 141539,249 jam = 16,16 tahun
Ln
= a1 . a2. a3 . Lh
L10
= 1 . 1 . 1 . 16,16 = 16,16 tahun
55
L5
= 0,62 . 1 . 1 . 16,16 = 10,019 tahun
L1
= 0,21 . 1 . 1 . 16,16 = 3,394 tahun
4.2 CORD REGULATOR HORISONTAL 4.2.1
BEBAN EKIVALEN DINAMIS -
BEARING A Diketahui : Fr
= 57,995 N
Fa
= 1,2653 N
Didapat : Fa/Co = 1,2653/365 = 0,003 e
= 0,19 + ((0,003-0,014)/(0,028-0,014)x(0,22-0,19)) = 0,166
Fa/Fr = 1,2653/57,995 = 0,022 Fa/Fr < e, maka : X
=1
Y
=0
P
= X . Fr + Y . Fa = Fr = 57,995 N
56
-
BEARING B
Diketahui : Fr
= 55,8817 N
Fa
= 1,5818 N
Didapat : Fa/Co = 1,5818/365 = 0,004 e
= 0,22 + ((0,004-0,028)/(0,014-0,028)x(0,19-0,22)) = 0,169
Fa/Fr = 1,5818/55,8817 = 0,028 Fa/Fr < e, maka : X
=1
Y
=0
P
= X . Fr + Y . Fa = Fr = 55,8817 N
4.2.2
KECEPATAN PUTARAN ROL
Kecepatan putaran rol dapat dihitung berdasarkan kecepatan pengantaran Ld sesuai persamaan 2-3, sebagai berikut : n = Ld / (π.d)
(2-3)
57
Dimana : Ld
= kecepatan pengantaran (40 m/min)
n
= putaran rol (rpm)
d
= diameter rol ( 10 mm = 0,01 m)
Didapat : n
= 40 / (π x 0,01) = 1273,24 rpm
4.2.3 -
UMUR BEARING CORD REGULATOR HORISONTAL BEARING A Diketahui : P
= 57,995 N
C
= 923 N
n
= 1273,24 rpm
Didapat : L
= (C/P)3 = (923/57,995)3 = 4031,19 juta putaran
Lh
= 106 x L / (60 x n) = 106 x 4031,19 / (60 x 1273,24) = 52768,13 jam = 6,02 tahun
Ln
= a1 . a2. a3 . Lh
58
L10
= 1 . 1 . 1 . 6,02 = 6,02 tahun
L5
= 0,62 . 1 . 1 . 6,02 = 3,73 tahun
L1
= 0,21 . 1 . 1 . 6,02 = 1,26 tahun
-
BEARING B Diketahui : P
= 55,8817 N
C
= 923 N
n
= 1273,24 rpm
Didapat : L
= (C/P)3 = (923/55,8817)3 = 4506,05 juta putaran
Lh
= 106 x L / (60 x n) = 106 x 4506,05 / (60 x 1273,24) = 58984,04 jam = 6,73 tahun
Ln
= a1 . a2. a3 . Lh
L10
= 1 . 1 . 1 . 6,73 = 6,73 tahun
59
L5
= 0,62 . 1 . 1 . 6,73 = 4,17 tahun
L1
= 0,21 . 1 . 1 . 6,73 = 1,41 tahun
Dari perhitungan diatas diperoleh umur bearing 625-2RS1 sebagai berikut : Tabel 4-2. Umur dan beban bearing 625-2RS1 UMUR (tahun) R = 90% R = 95% R = 99% P (N)
CORD REGULATOR VERTIKAL BEARING A BEARING B 11,8 16,2 7,3 10 2,5 3,4 46,3 41,7
CORD REGULATOR HORISONTAL BEARING A BEARING B 6 6,7 3,7 4,2 1,3 1,4 58 55,9
Di dalam kenyataannya umur bearing 625-2RS1 yang dipakai pada kondisi operasi normal (sesuai program produksi / berganti-ganti spesifikasi benang) dapat dilihat pada tabel 4-3 dibawah ini. (14)
Tabel 4-3. Umur riil bearing 625-2RS1. CORD REGULATOR Umur rata-rata
VERTIKAL Bearing A Bearing B 2,9 thn 3,6 thn
HORISONTAL Bearing A Bearing B 1,8 thn 1,9 thn
(14) Laporan Perawatan Mesin Cable Corder, PT. Gajah Tunggal Tbk.
60
Beban (N) (N)
Bearing A VBearing B VBearing A HBearing B Horisontal 46.29 41.74 58 55.88 (Tahun)
70
4
60
3.5
Bearing A VBearing B VBearing A HBearing B Horisontal 3 50 Umur (tahu 2.49 3.394 1.26 1.41 2.5
40
2 30
1.5
20
1
10
0.5 0
0 Bearing A Vertikal
Bearing B Vertikal
Bearing A Horisontal
Bearing B Horisontal
Bearing A Vertikal
Bearing B Vertikal
Bearing A Horisontal
Bearing B Horisontal
Gambar 4-1. Beban dan Umur Bearing 625-2RS1 untuk keandalan 99%.
60
BAB V PENUTUP
5.1 KESIMPULAN Dari analisa beban dan umur bearing 625-2RS1 pada Crod Regulator Vertikal dan Horisontal pada keandalan 99% dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1. Pada Cord Regulator Vertikal, bearing 625-2RS1 mengalami beban ekuivalen dinamis maksimal sebesar 46.3 N untuk bearing A dengan umur teoritis selama 2.5 tahun dan 41.7 N untuk bearing B dengan umur teoritis selama 3.4 tahun. 2. Pada Cord Regulator Horisontal, bearing 625-2RS1 mengalami beban ekuivalen dinamis maksimal sebesar 58 N untuk bearing A dengan umur teoritis selama 1.3 tahun dan 55.9 N untuk bearing B dengan umur teoritis selama 1.4 tahun. 3. Perbedaan posisi bearing menghasilkan pembebanan dan umur yang berbeda. 4. Dalam hal ini Cord Regulator Vertikal lebih baik.
5.2 SARAN Dari hasil penelitian ini, penulis menyarankan hal-hal sebagai berikut : 1. Sebaiknya memakai Cord Regulator Vertikal, karena menghasilkan beban yang lebih kecil terhadap bearing 625-2RS1, sehingga diperoleh umur yang lebih panjang. 2. Pemeliharaan dan perawatan bearing 625-2RS1 secara rutin dengan pembersihan dan pelumasan sehingga diperoleh umur yang optimal. 3. Supaya lebih diperhatikan cara pemasangan yang baik dan benar sesuai petunjuk mounting/pemasangan dari pabrik pembuat bearing untuk menghindari
61
pengurangan umur akibat kesalahan pemasangan, sehingga diperoleh umur yang maksimal.
5.3 SARAN UNTUK PENELITIAN LEBIH LANJUT Untuk penelitian lebih lanjut, dapat diambil tema tentang : -
Pengaruh posisi bearing 625-2RS1 pada Cord Regulator Vertikal dan Horisontal terhadap pelumas.
Semoga hasil penelitian ini dapat bermanfaat bagi civitas akademika, praktisi dan semua pihak yang berkepentingan. Dan dapat turut serta dalam menambah dinamika perkembangan ilmu pengetahuan.
DAFTAR PUSTAKA
General Catalog SKF. Gupta, J.K, Khurmi, R.S, A Text Book of Machine Design, Eurasia Publishing House (PUT) Ltd, Ram Nagar, New Delhi : 1982. Kiyokatsu Suga, Sularso, Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin, Pradnya Paramita, Jakarta, 1986. Niemann, G, Anton Budiman, Bambang Priambodo, Elemen Mesin, Erlangga, 1986. Operating Manual of Twisting Cable Corder 230, Allma. www.skf.com.
LAMPIRAN
Lampiran 1
Machine type/machine designation Cable Corder : CC 205 / CC 230 / CC 290 Number of spindles
14 to 134
Spindle gauge
500 mm
Spindle speed max. mech.
CC 205
10000 rpm
CC 230
8500 rpm
CC 290
7500 rpm
Delivery speed
8 – 40 m/min
Range of twists
200 – 600 tpm
Twist direction
S/Z
Supply packages
creel max. 12” spindle 6 – 10”
Twist packages
10”, cylindrical
Inside diameter of tube
min. 49 mm
Sumber : Operating Manual of Twisting Cable Corder 230, Allma.
Lampiran 2
Spare Part List Item
Number Part
Name
Weight (gr)
01
679 350 0131 000
Roll (Horizontal)
2.54
02
679 350 0131 500
Roll (Vertical)
3.22
03
679 350 0131 100
Tube (Horizontal)
0.93
04
679 350 0131 400
Tube (Vertical)
1.27
05
802 200 0045 820
Oval Head Screw
1.23
Sumber : Operating Manual of Twisting Cable Corder 230, Allma.
Lampiran 3
Standard Inspection MAXIMUM TENSION (cN) CABLE
TAKE UP
CREEL
1695 ± 65
225 ± 80
190 ± 35
Sumber : Inspection Standard Tension Twisting PT. Gajah Tunggal Tbk, Divisi Tire Cord.
Lampiran 4
Sumber : www.skf.com
