ANALISIS DESAIN MOBILE STAND VOLVO FH16-SST45 MENGGUNAKAN CATIA V5 Akhmad Faizin, Dipl.Ing.HTL, M.T. Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Malang E-mail:
[email protected] ABSTRAK Mobile Stand merupakan gabungan dari dua pasang landing jack yang dirakit pada sebuah rangka. Modifikasi ini diperlukan guna menumpu bak dari kendaraan Volvo FH-SST45 saat diparkir. Guna menjamin keamanan hasil modifikasi desain tersebut, perlu dilakukan analisis kekuatan. Analisis diawali dengan pembuatan desain komponen (part design) dari mobile stand, yaitu landing jack, rangka, dan baut pengikat. Dimensi dan bentuk desain komponen harus presisi dan sesuai dengan benda aslinya, supaya dapat memberikan hasil yang akurat. Selanjutnya dilakukan desain perakitan (assembly design) dari komponen-komponen yang telah dibuat. Setelah itu, proses analisis dapat dilakukan melalui tahapan: pemberian boundary condition (tumpuan), pemberian load (beban), pemberian connection property, dan proses computing (penghitungan). Dengan CATIA V5, proses desain komponen dapat dilakukan dengan mudah, cepat, dan akurat. Proses analisis juga dapat langsung dilakukan dalam bentuk rakitan, karena CATIA merupakan software CAD/CAM/CAE yang terintegrasi. Setelah dipasang tumpuan pada bagian bawah sepatu, diberi beban sebesar 457710 N pada pelat bagian atas, diberi connection property pada constraint yang menghubungkan komponen satu dengan lainnya, dan dihitung, dapat diperiksa hasilnya berupa tegangan dalam satuan N/m2 dan deformasi dalam satuan mm yang terjadi berupa tampilan secara grafis. Dari hasil perhitungan ini dapat digunakan untuk mencari besarnya tegangan yang terjadi pada setiap bagian dari setiap komponen sesuai dengan yang diinginkan. Besarnya tegangan yang terjadi ini selanjutnya dapat dibandingkan dengan tegangan luluh (yield) dari material yang digunakan untuk mendapatkan angka faktor keamanan (safety factor). Berdasarkan angka faktor keamanan yang diperoleh inilah suatu komponen dapat dinyatakan aman atau tidak. Hasil analisis pada landing jack diperoleh tegangan maksimum yang terjadi pada square hollow 140x140x5mm sebesar 72 N/mm2, pada square hollow 130x130x8mm sebesar 70.4 N/mm2, plate samping sebesar 70.4 N/mm2, , plate sepatu sebesar174 N/mm2. Analisis pada rangka menghasilkan tegangan maksimum yang terjadi pada square hollow 150x100x8mm sebesar 48 N/mm2, plate atas sebesar 48 N/mm2, plate samping sebesar 48 N/mm2. Tegangan maksimum yang terjadi pada baut pengikat 81.4 N/mm2. Tegangan maksimum yang terjadi pada kampuh las landing jack sebesar 57.1 N/mm2 dan pada kampuh las rangka sebesar 48 N/mm2. Deformasi yang terjadi adalah pergeseran bagian tengah rangka sebesar 0.36 mm. Berdasarkan hasil analisis statis menggunakan software CATIA dan data material yang digunakan, maka dengan beban 457710 N, desain mobile stand masih dalam keadaan aman. Kata kunci: mobile stand, landing jack, rangka, analisis statis, tegangan, deformasi, aman
1. PENDAHULUAN Kapasitas kendaraan yang digunakan untuk mengangkut batubara di PT Pamapersada Nusantara, Bontang-Kalimantan Timur umumnya sangat besar, sekitar 50 ton. Untuk memenuhi kebutuhan tersebut digunakan trailer pengangkut jenis Volvo FH 16-SST45 dan SST50. Pada saat menunggu atau mengisi muatan (loading), bak tersebut diparkir, sedang trailer-nya digunakan menarik bak yang lain. Sementara di tempat parker, bak tersebut ditumpu menggunakan sepasang landing jack yang terpasang pada chasis bagian depan. Landing jack yang digunakan adalah dari merk YORK dan dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1: Landing Jack
Adapun spesifikasi digunakan adalah:
landing
jack
yang
Dari spesifikasi di atas sepasang landing jack mempunyai kapasitas 28 ton. Padahal saat muatan bak 50 ton, ditambah dengan beban chasis dan baknya, maka beban yang ditahan oleh sepasang landing jack sangatlah kritis. Untuk itu, diperlukan modifikasi dari sepasang landing jack menjadi sebuah mobile stand, yang terdiri dari dua pasang landing jack seperti terlihat pada Gambar 2. Mobile stand tersebut didesain dengan sepasang roda supaya dapat dipindah-pindah dan digunakan untuk menumpu bak yang lain.
digunakan. Hasil perbandingan antara tegangan luluh dari material yang digunakan dengan tegangan yang terjadi merupakan faktor keamanan (safety factor). Dalam melakukan analisis perlu diketahui bahwa, mobile stand ini merupakan suatu kumpulan beberapa komponen yang dirakit menjadi satu. Untuk itu, perlu dalam melakukan proses analisis harus menggunakan software bisa melakukan analisis suatu desain rakitan, sehingga dapat memberikan hasil yang lebih baik. 2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Software CATIA Gambar 2: Mobile Stand Desain mobile stand terdiri dari: empat buah atau dua pasang landing jack, rangka sebagai dudukan chasis, dan baut pengikat untuk mengikat landing jack pada rangka. Penggunaan mobile stand pada kendaraan Volvo FH 16-SST45 ditunjukkan pada Gambar 3.
Gambar 3: Mobile Stand pada Volvo FH16-SST45 Jika dilihat dari samping, konstruksi kendaraan Volvo FH 16-SST45 adalah seperti ditunjukkan pada Gambar 4. Pada saat mobile stand digunakan, selain akan menerima beban dari muatannya, juga beban dari chasis dan bak yang terbuat dari baja.
CATIA adalah software produk dari Dassault Systemes, dimana CAD/CAM/CAE terintegrasi dalam satu database, sehingga banyak memberikan kemudahan dalam melakukan desain dan analisis. Beberapa pertimbangan menggunakan software CATIA: - CATIA-Part Design, dapat membantu dalam melakukan desain suatu komponen dalam bentuk 3 dimensi (solid) dengan sangat mudah, cepat, dan akurat (sesuai dengan bentuk dan dimensi yang diinginkan). - CATIA-Analysis, dapat membantu dalam proses analisis menggunakan Finite Element Method (FEM) terhadap komponen hasil dari CATIAPart Design. - Selain dapat digunakan untuk mendesain dan melakukan analisis pada sebuah komponen, software CATIA juga dapat digunakan melakukan analisis suatu desain rakitan. 2.2 Dimensi Rangkaian Volvo FH 16-SST45 Dimensi dan data kendaraan pada rangkaian Volvo FH 16-SST45 dapat dilihat pada Gambar 5. Semua dimensi dalam satuan cm.
Gambar 4: Volvo FH16-SST45 Guna mengetahui kelayakan desain mobile stand hasil modifikasi, perlu dilakukan analisis. Analisis diperlukan untuk mendapatkan: - Tegangan yang terjadi pada mobile stand - Tegangan yang terjadi pada landing jack - Tegangan yang terjadi rangka - Tegangan yang terjadi pada baut pengikat - Tegangan yang terjadi pada kampuh las - Lokasi tegangan maksimum yang terjadi - Deformasi yang terjadi Selanjutnya tegangan tersebut dibandingkan dengan tegangan luluh (yield strength) dari material yang
Gambar 5: Dimensi Rangkaian Volvo FH16-SST45 Adapun data kendaraan dan muatannya adalah sebagai berikut: Description R1 R2 R3 Truck weight 5285 3940 Crew 195 1st trailer frame 509 6079 9949 1st trailer payload 1431 17097 27900 1st trailer suspension 4500 GCW 7420 27116 42349
2.3 Material yang Digunakan
3. PROSES ANALISIS
Material yang digunakan untuk membuat rangka adalah:
3.1 Desain Mobile Stand
σYield σTensile (N/mm2) (N/mm2) square hollow section 150x100x8mm ASTM A500 377 460 Plate 250x400x20mm Bisalloy 360 1190 1260 Bolt M14 Grade 8.8 640 800 Description
Dimension
Type
2.4 Dimensi Frame Dolly Dimensi mobile stand yang dianalisis, dapat dilihat pada Gambar 6.
Berdasarkan data yang ada, Mobile Stand didesain ulang menggunakan CATIA-Part Design. Desain diawali dengan membuat komponenkomponennya, yaitu: landing jack, rangka, dan baut pengikat. Selanjunya komponen-komponen tersebut dirakit menggunakan CATIA-Assembly Design, sehingga menjadi desain rakitan. Desain rakitan inilah yang akan dianalisis.
a) Assembly Design Mobile Stand
a) Pandangan Depan
b) Drawing Mobile Stand b) Potongan-Potongan
Gambar 7: Desain Mobile Stand 3.2 Perhitung Beban
Gambar 8: Beban yang Beberka pada Mobile Stand c) Pandangan Samping Gambar 6: Dimensi Mobile Stand
Perhitungan beban ini bertujuan untuk menghitung beban yang bekerja pada mobile stand
saat digunakan untuk menumpu bak yang berisi penuh dengan muatan batubara. Dalam perhitungan ini diasumsikan bahwa muatan batubara merupakan beban merata yang bekerja sepanjang bak atau chasisnya. Adapun jenis dan lokasi beban serta tumpuannya dapat dilihat pada Gambar 8. Data yang lain adalah: - Panjang Vessel 9.158 m - Pay load (muatan) 50000 kg - Berat Vessel 16537 kg - Letak Mobile Stand Titik A - Letak Tumpuan Roda Belakang Titik B - Pay load dan berat Vessel dianggap beban merata sepanjang chasis yaitu 9.158 m Perhitungan beban merata (q): pay load berat vessel panjang vessel 50000 16537 9.158 7266 kg / m
q
Beban yang bekerja pada mobile stand besarnya sama dengan gaya reaksi pada tumpuan titik A. Untuk mendapatkan gaya reaksi tersebut dapat dilakukan perhitungan menggunakan prinsip free body diagram dari sebuah simple beam. M B 0 R Ay (6.66) P1 (1.25 6.66) FSuspensi (0) P2 (3.33) R Ay (6.66) (q 2.5) (1.25 6.66) FSuspensi (0) q (6.66) (3.33) (7266 2.5) (7.91) 0 (7266 6.66) (3.33) 6.66 45771kg 557710N
R Ay
4.1.1 Boundary condition
Gambar 9: Boundary Condition Keterangan: Titik A, B, C, D adalah tumpuan. F adalah letak beban sebesar 457710 N. 4.1.2 Beban (Load) Besarnya beban yang bekerja pada mobile stand sebesar 457710 N. Beban ini merupakan beban tekan yang ditumpu oleh empat buah pelat penumpu beban. 4.2 Tegangan pada Landing Jack Setelah proses computing, maka didapatkan hasil tegangan yang terjadi pada landing jack seperti pada Gambar 10.
4. HASIL Berdasarkan data yang ada, analisis dilakukan dengan asumsi bahwa beban yang bekerja pada mobile stand sebesar 457710 N. 4.1 Analisis Menggunakan CATIA Dalam melakukan analisis menggunakan software CATIA, langkah yang dilakukan adalah: - Membuat desain komponen menggunakan Part Design, yaitu: rangka, landing jack (tiang luar, tiang dalam, sepatu, dan pin sepatu) - Membuat desain rakitan melalui Assembly Design dari komponen-komponen tersebut menjadi sebuah rakitan mobile stand. - Membuka menu analisis, melalui: Start Mechanical Design Analysis & Simulation Generative Structure Analysis Static Analysis - Menentukan tumpuan (Boundary condition) - Memberikan beban (Load) - Memasang Connection Property - Menghitung (Computing) - Melihat hasilnya: Tegangan yang terjadi (Von Mises Stress) Deformasi (Deformation)
Gambar 10: Tegangan pada landing jack Pada Gambar 10, dapat dilihat bahwa, tegangan maksimum yang terjadi pada landing jack sebesar 174 N/mm2. Tegangan maksimum ini terjadi pada komponen sepatu. Untuk itu pada Gambar 11 dapat dilihat tegangan maksimum yang terjadi pada komponen sepatu.
Gambar 11: Tegangan pada Sepatu
Tegangan yang terjadi pada square hollow 140x140x5mm dapat dilihat pada Gambar 12.
Untuk baut M14 grade 8.8 adalah: M Pengencang an 32.5 Nm
Gambar 13: Tegangan pada Baut Pengikat Gambar 12: Tegangan pada Square Hollow 140x140x5mm Tegangan yang terjadi pada square hollow 130x130x8mm dapat dilihat pada Gambar 13.
4.5 Tegangan pada Kampuh Las Landing Jack Tegangan yang terjadi pada kampuh las landing jack dapat dilihat pada Gambar 14. Tegangan maksimum yang terjadi adalah sebesar 57.1 N/mm2.
Gambar 13: Tegangan pada Square Hollow 130x130x8mm 4.3 Tegangan pada Rangka Pada Gambar 12, dapat dilihat tegangan yang terjadi pada rangka. Tegangan yang terjadi ini maksimum sebesar 48 N/mm2 yang lokasinya dapat dilihat pada gambar.
Gambar 14: Tegangan pada Kampuh Las Landing Jack 4.6 Tegangan pada Kampuh Las Rangka Tegangan yang terjadi pada kampuh las rangka dapat dilihat pada Gambar 15. Tegangan maksimum yang terjadi adalah sebesar 48 N/mm2.
Gambar 12: Tegangan pada Rangka 4.4 Tegangan pada Baut Pengikat Tegangan yang terjadi pada baut pengikat dapat dilihat pada Gambar 13. Tegangan maksimum yang terjadi sebesar 81.4 N/mm2. Selain itu, dalam pemasangan baut pengikat, harus diperhatikan momen pengencangan yang diperlukan. Besarnya momen pengencangan tergantung pada dimensi baut dan grade-nya.
Gambar 15: Tegangan pada Kampuh Las Rangka 4.7 Deformasi pada Mobile Stand Defleksi yang terjadi pada mobile stand secara keseluruhan dapat dilihat pada Gambar 16. Displacement maksimum yang terjadi sebesar 0.36mm.
REFERENSI 1. Kohler J. (1985) Normen auszug, VSMNormenbüro, Zürich. 2. Matek W, Muhs D und Wittel H. (1987) Roloff/Matek Maschinenelemente, Fredr. Vieweg & Sohn, Braunschweig, Deutschland, ISBN 3-528-64028-1. 3. Niemann G, Budiman Anton Dipl. Ing., Priambodo Bambang (1992) Elemen Mesin I edisi Kedua, Erlangga, Jakarta. Gambar 16: Deformasi pada Mobile Stand
5. KESIMPULAN Dari hasil analisis dapat disimpulkan bahwa: 1- Hasil perhitungan beban yang bekerja pada mobile stand sebesar 457710 N. 2- Hasil analisis yang dilakukan adalah: Landing Jack Material yang terjadi
Uraian Square Hollow (140x140x5mm) Square Hollow (130x130x8mm) Plate Samping (tebal 20mm) Plate Sepatu (tebal 5.9mm)
Yield
Safety Factor
ASTM A500
(N/mm2) 72
(N/mm2) 377
ASTM A500
70.4
377
5.3
Bisalloy 360
72
1190
16.5
Bisalloy 360
174
1190
6.8
Yield
Safety Factor
5.2
Rangka Material yang terjadi
Uraian Square Hollow (150x100x8mm) Plate Atas (tebal 20mm) Plate Samping (tebal 20mm)
ASTM A500 Bisalloy 360 Bisalloy 360
(N/mm2) 48
(N/mm2) 377
48
1190
24.7
48
1190
24.7
7.8
Baut Pengikat Uraian Baut M14
Material Grade 8.8
yang terjadi
Yield
81.4 N/mm2 640 N/mm2
Safety Factor 7.8
Kampuh Las Uraian
Material
yang terjadi
Yield
Landing Jack ASTM A500 57.1 N/mm2 339 N/mm2 Rangka ASTM A500 48 N/mm2 339 N/mm2
Safety Factor 5.9 7.0
3- Berdasarkan hasil analisis menggunakan CATIA V5 dan data material yang digunakan, maka dengan beban 457710 N desain Mobile Stand yang telah dimodifikasi masih dalam keadaan aman. 6. SARAN Saat proses perakitan, momen pengencangan baut pengikat harus diperhatikan.
