POLITEKNOSAINS VOL. VIII NO.2
September 2009
Analisa kekuatan Poros Pada Mesin Pengolah Pakan ternak Sapi.
Oleh : Jumardi, SPd. ABSTRACT Boyolali District is a community area that many entrepreneurship kususnya raise dairy cows. Permalahan that appears on the ranch is on the system including processing rations / feed livestock. In canoe Tridharma Universities, the author has developed a mechanical engineering processing of cattle feed. animal feed processing machinery Cow is one alternative to improve productivity in the process produksi.sedang authors emphasize pembuatanya "Analysis of the Axis Powers". Engineering carried out 6 months, at the start to begin on March 1, 2007 until the date of 30 september 2007 at the Laboratory of Mechanical Engineering Polytechnic Pratama Mulia Surakarta. The results of analysis of the data found, locomotion P 1.5 Kw, 1400 Rpm Motor Round, Round Axis 700 engine rpm, diameter 15 mm doros theory, Axis torque kg.mm 3103, 40 deflections. Keywords: locomotion, Axis, shaft power. ABSTRAKSI Kabupaten Boyolali merupakan daerah yang masyarakatnya banyak berwirausaha beternak sapi kususnya sapi perah. Permalahan yang muncul pada peternakan diantaranya adalah pada sistim pengolahan ransum/ pakan ternak. Dalam rangkan Tridarma Perguruan Tinggi, penulis telah mengembangkan rekayasa mesin pengolah pakan ternak sapi. mesin pengolah pakan ternak Sapi merupakan salah satu alternative untuk meningkatkan produktifitas proses produksi.sedang dalam pembuatanya penulis menekankan pada “Analisa Kekuatan Poros”. Rekayasa dilaksanakan 6 bulan,di mulai dimulai tanggal 1 Maret 2007 sampai tanggal 30 september 2007 di Laboraturium Teknik Mesin Politeknik Pratama Mulia Surakarta. Hasil analisa di dapatkan data, daya penggerak P 1,5 Kw, Putaran Motor 1400 Rpm, Putaran Poros mesin 700 rpm, diameter doros teori 15 mm, momen puntir Poros 3103 kg.mm , defleksi 40. Kata Kunci : daya penggerak, Poros, Kekuatan poros.
13
POLITEKNOSAINS VOL. VIII NO.2
PENDAHULUAN 1. Latar Belakang Berkembangnya peternakan Sapi di Indonesia khususnya di jawa Tengah mendorong para Peternak untuk dapat membuat pakan sapi yang berkualitas baik. Makanan yang baik mempunyai kadar zat-zat yang dibutuhkan oleh sapi. Sekarang banyak makanan ternak sapi yang dibuat oleh pabrik. Makanan tersebut telah memenuhi kadar gizi yang dibutuhkan oleh sapi. Namun, makanan tersebut banyak mengandung bahan pengawet, harganya juga lebih mahal dibandingkan dengan makanan buatan sendiri. Sebenarnya para peternak mampu membuat campuran bahan makanan tersebut dalam bentuk kering maupun basah. Hal ini dapat dilakukan dengan mencegah kemudian mencampurkan berbagai jenis campuran bahan makanan yang dibutuhkan oleh ternak sapi. Biasanya pencacah dan pencampur dilakukan dengan cara manual, misalnya menggunakan skop maupun tangan. Namun, hasilnya kurang sempurna dan membutuhkan waktu yang lama. Berdasarkan kondisi tersebut maka dirasakan perlu merancang suatu alat untuk memproduksi pakan. Alat tersebut adalah Mesin Pengolah Pakan Ternak. Dengan penggunaan alat pengolah pakan ternak ini diharapkan mampu mencacah dan mencampur makanan dengan cepat dalam jumlah banyak dan hasilnya baik. 2. Tujuan dan Kegunaan 1. Tujuan Mengaplikasi teori kedalam praktek langsung dengan membuat rekayasa mesin pengolah pakan ternak sapi. 2. Manfaat Konsep rekayasa ini menjadikan wahana latihan para
September 2009
dosen dan mahasiswa dalam mengembangkan kreatifitas dalam perencanaan yang melibatkan analisa penelitian dan pengembangan dibidang teknik mesin dalam pencapaian SDM yang berkualitas dan professional. DASAR TEORI 1.Perhitungan Poros Jika P adalah daya nominal dari output penggerak mesin berbagai macam factor keamanan biasanya dapat diambil dalam perencanaan,sehingga korelasi pertama dapat diambil kecil. Jika factor koreksi adalah f (lihat tabel) maka daya rencana Pd sebagai patokan adalah: Pd = Fc . P (KW) Di mana: Pd= Daya rencana (Kw) Fc= Faktor koreksi P = Daya motor (Kw) Tabel 1.3 Faktor-faktor koreksi daya yang akan ditra unsmisikan Fc Daya yang akan ditransmisikan
Fc
Daya rata-rata yang diperlukan 1,2-20 Daya maksimum yang diperlukan 0,8-1,2 Daya normal 1,0-1,5
Sedangkan momen puntir disebut juga momen rencana, adalah : (T/1000)(2 n/ 60) Pd =--------------------------- ( kw) 102 14
POLITEKNOSAINS VOL. VIII NO.2
September 2009
Sehingga
diambil factor yang dinyatakan sebagai S dengan harga sebesar 1,3 sampai 3,0. T = 9.74 x 105 Maka besarnya a dapat dihitung dengan rumus : τ a = ρb ( sf1 xsf2 ) (Kg/mm2).
Dimana: T
= Momen Puntir (kg. mm)
Pd
= Daya rencana (Kw)
n
Dari persamaan ( 1.4) diperoleh rumus untuk menghitung diameter poros: 1/
ds =
= Putaran poros
Bila momen puntir dibebankan pada suatu diameter poros(ds), maka tegangan geser yang terjadi τ adalah :
Dimana:
τ
τ = Tegangan geser yang diijinkan ( kg/ mm2 )
=
ds = Diameter poros (mm)
Dimana :
Kt=
T
= Momen puntir (Kg. mm)
Cb
ds
= Diameter poros (mm)
τ
= Tegangan geser (Kg /mm2)
Faktor koreksi momen. = Faktor koreksi beban
puntir
Tegangan geser yang diijinkan (τ
untuk
pemakaian umum pada poros dapat diperoleh dengan berbagai cara. berdasarkan perencanaan tegangan geser dihitung atas dasar batas kelelahan puntir yang besarnya diambil 40% dari batas kelelahan tarik yang besarnya kira-kira 45% dari kekuatan tarik b (Kg / mm2). Jadi batas kelelahan puntir adalah 18% dari kekuatan tarik b, sesuai dengan standar ASME, untuk harga 18% ini factor keamanan diambil sebesar 1/0,18=5,6. Harga 5,6 ini diambil untuk bahan SF dengqn kekuatan yang dijamin dan 6,0 untuk bahan SC dengan pengaruh masa dan baja paduan. Faktor ini dinyatakan dengan S . Pengaruh kekasaran permukaan juga harus diperhatikan.Untuk memasukan pengaruhpengaruh ini di dalam perhitungan perlu
Untuk factor koreksi momen puntir dipilih 1,0 jika beban dikenakan halus, 1,0-1,5 jika sedikit kejutan atau tumbukan, dan 1,5-3,0 jika beban dikenakan dengan kejutan atau t\umbukan besar. Sedang untuk factor Cb yang harganya 1,2 sampai 2,3 dan jika tidak akan terjadi pembebanan lentur maka Cb diambil = 1,0. Poros pada umumnya meneruskan dengan melalui sabuk, roda gigi dan rantai. Dengan demikian poros tersebut mendapat beban puntir dan lentur sehingga poros terjadi tegangan geser τ = ( T/Zp ) karena momen puntir dan tegangan geser T ( =M/Z ) karena momen lentur. Untuk bahan liat seperti pada poros,dapat dipakai teori tegangan geser maksimum.
τ max = Pada poros yang pejal penampang bulat, T = 32 M/ ds3 dan τ = 16T/ ds3. 15
POLITEKNOSAINS VOL. VIII NO.2
September 2009
Sehingga : τ max = (5,1/ds3 τ max
+T3 = ( 5,1 / ds3 .8)
Dimana : τ = Tegangan geser maksimum (kg.mm) ρ = Tegangan karena momen lentur 2 (kg/mm ) T
= Momen puntir (kg.mm)
M
= Momen lentur (kg.mm)
Kt
= Faktor koreksi momen puntir
Z
=
Km
= Faktor koreksi momen lentur
Kekakuan poros terhadap poros perlu diperiksa. Perlu dicatat bahwa termasuk beban F adalah gaya luar seperti gaya roda gigi, tegangan dari sabuk dan berat pully beserta sabuk, berat poros itu sendiri dan lain-lain. B ila gaya yang bekerjaq berbagai arah, perlu ditentukan komponen vertical dan horizontal dari resultantenya,selanjutnya dihitung lenturan yang akan terjadi dalam arah vertical dan horizontal. Jika berat poros sendiri tidak dapat diabaikan maka penambah gaya vertical dengan berat poros tersebut dapat dianggap cukup. Maka lenturan poros dapat ditentukan dengan rumus : Y = 3,23 x 10-4
)
Dimana :
/ 32 ds3
Y = Lenturan poros Ds = Diameter poros -
Pembebanan tetap 1,5 Tumbukan ringan antaara 1,5 dan 2,0 Tumbukan berat antara 2 dan 3
-
Untuk poros dipasang pada mesin umum kerja normal, besar defleksi puntiran dibatasi 0,25 atau 0,3 derajat. ( 0)
= 584 Dimana : ds
= Diameter poros (mm) 0
Defleksi puntiran ( ) poros (mm)
F = Beban dan = Jarak bantalan yang bersangkutan ke titik pembebanan ( mm ) Untuk poros putaran tinggi, putaran kritis sangat penting untuk diperhitungkan. Demi keamanan, dapat diambil pedoman secara umum bahwa putaran poros maksimum tidak melebihi 80% putaran kritisnya, maka putaran kritisnya adalah :
= Nc = 52700
= Panjang
T = Momen puntir (kg.mm) G
= Jarak antara bantalan penumpu
= Modulus geser ( kg/mm2 )
Dalam hal baja G = 8,3 x 103 ( kg/mm2)
Dimana : Nc
= Putaran kritis ( Rpm )
Ds
= Diameter poros (mm)
16
POLITEKNOSAINS VOL. VIII NO.2
dan = Jarak bantalan yang bersangkutan ke titik pembebanan ( mm ) Bila terdapat beberapa benda berputar pada suatu poros, maka dihitung lebih dulu putaran-putaran kritis , ……dari masing-masing benda tersebut yang seolah-olah berada sendiri pada poros,maka putaran kritis keseluruhannya adalah =
+
September 2009
B. Perhitungan Poros 1. Gaya-gaya yang bekerja pada bantalan Bahan poros disini memakai baja 545C, dengan kekuatan tarik (σb) 58 kg/mm2, poros dibebanni 1 buah puli dan 3 buah beban dengan berat yaitu pisau 1,5 kg, pengayak 18 kg, dan spiral 0,5 kg = 20 kg.
+
Dimana : Nc0 = Putaran kritis keseluruhannya ( Rpm ) HASIL DAN PEMBAHASAN A. Mesin Pengolah Pakan Ternak
Beban pada bantalan A dan B : q= = = 2700 kg/mm ∑MA = 0
Gambar 3.1 Mesin Pengolah Pakan Ternak Sapi Keterangan : 1. Motor Listrik 2. Puli motor listrik 3. Sabuk atau belt 4. Puli poros mesin pengolah pakan ternak sapi 5. Poros mesin pengolah pakan ternak sapi 6. Bantalan 7. Brower 8. Pengayak 9. Pisau
P1.40+q.440+P2.840-RB.880 =0 0,5.40=2700.440=1,5.840RB.880 =0 20 + 1188000 +1260 – 880.RB =0 RB = = 1351,45 kg.mm ∑MB = 0 -P1.840-q.440-P2.40+RA880 =0 -0,5.840-270.44015.40+RA880 = 0 -420-1188000-60+ RA880 =0 RA = 17
POLITEKNOSAINS VOL. VIII NO.2
= 1350,54 kg.mm
September 2009
Maka momen punter rencana (T) : T
= 9,74 x 105 = 9,74 x 105 = 3102,88 kg.mm = 3103 kg.mm
MA = P2 . 40 = 1,5 . 40 = 60 kg.mm 2. Daya yang ditransmisikan Pada mesin pengolah ternak sapi ini menggunakan motor penggerak dengan daya 2 Hp dan putaran motornya 1400 rpm. Untuk mengubah suatu daya dari Hp ke dalam Kw maka dikalikan 0,746 Kw, karena 1 Hp = 0,746 Kw, maka : P = 2 x Hp = 2 x 0,746 = 1,492 Kw 3. Daya rencana Factor koreksi menggunakan daya rata-rata1,5 ; factor koreksi daya yang ditransmisikan (fc) terdapat pada table 2.1 Pd = fc x P = 1,5 x 1,492 = 2,23 Kw
5. Tegangan geaser yang diijinkan ( τa ) : Untuk pemakaian umum pada poros dapat diperoleh dengan berbagai cara. τa dihitung atas dasar batas kelelahan punter yang besarnya 45% dari kekuatan tarik ( σb ) sesuai standard ASME. Harga ini diambil untuk bahan S – C dengan kekuatan yang dijamin dan 6,0 untuk bahan dengan pengaruh massa dan baja paduan dinyatakan sebagaai Sfi. selanjutnya perlu ditinjau apakah poros tersebut akan diberi pasak atau dibuat bertangga dan pengaruh kekasaran permukaan perlu juga diperhitungkan untuk memasukkan pengaruhpengaruh ini dalam perhitungan perlu diambil factor yang dinyatakan dengan Sf2 dengan harga sebesar 1,3 – 3,0. Daari hal tersebut diatas maka τa dapat dihitung: τa = =
4. Momen punter Besar daya ditentukan dengan persamaan :
= 4,83 kg/mm2 Factor koreksi disini dari ASME dinyatakan dengan kt 1,0 jika beban dikenakan secara halus, kt 1,0 – 1,5 jika terjadi sedikit kejutan atau tumbukan-tumbukan dan kt 18
POLITEKNOSAINS VOL. VIII NO.2
September 2009
1,5 – 3,0 jika beban dikenakan kejutan atau tumbukan besar. Factor kelenturan Cb 1,2 – 2,3 ( jika diperkirakan tidak akan terjadi pembebanan lentur maka Cb diambil 1,0 ). 6. Diameter poros Bila momen puntir T (kg.mm) dibebankan pada suatu diameter poros ds (mm) maka tegangan geser τ (kg/mm2) yang terjadi, maka: ds =
1/3
=
= 584 = 584 = 0,3796 = 0,40 ( defleksi pintiran aman 0,4 – 1,80 ) 8. Putaran kritis (Nc) :
=
52700
1/3
1/3
= [ 1,05 . 1 . 1 . 3103 ] = [ 3258,15 ] 1/3 = 14,79 mm = 15 mm
= 52700 1/3
Diameter poros yang digunakan 38 m. jadi poros yang kami gunakan aman. Dari hasil diatas, maka untuk menghitung tegangan geser maksimum adalah: τa
ϴ = 584
Nc = 52700
dari rumus diatas, maka diameter poros dapat dihitung: ds =
dalam hal baja G = 8,3 x 103 (kg/mm2), maka:
=
= 52700 = 52700 x 5,625 x 0,035 = 10375 rpm DAFTAR PUSTAKA Joseph E.Shigley, larry D Mitchel, gandi harahap, Perencanaan teknik Mesin 2, Erlangga, Jakarta. Khurmi P.S, Gupta J.K, 2002, Machine design Eurisia Publishing house ( PVT) LTO, New Dlhi.
=
=
Sularso, Kiyokatsu Suga, 1997, Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin, Pradya Paramita, Jakarta.
= 0,0015 = 4,65 kg/mm2
7. Defleksi puntiran Jika ds adalah diameter poros (mm), ϴ defleksi puntiran ( 0 ), L panjang poros (mm), T momen puntir (kg.mm), dan G modulus geser (kg/mm2), 19
