ANALISIS PERANCANGAN FORKLIFT DENGAN KAPASITAS 1 TON

JURNAL KALPIKA VOL.7, NO. 2 DESEMBER 2011

ANALISIS PERANCANGAN FORKLIFT DENGAN KAPASITAS 1 TON Oleh : Ir.Jenniria Rajagukguk., MSi.

ABSTRAK Forklift adalah salah satu peralatan mesin untuk mengangkat benda, dirancang yang fungsinya untuk mengangkat dan menurunkan benda, dengan kapasitas hanya 1 Ton, Terutama di gunakan pada lingkungan pabrik/pergudangan. putaran 3400 rpm, dengan perubahan posisi forklift adalah 6o dan 12o kebelakang. Dari data tersebut dianalisis, maka alat berat Forklift dapat mengankat beban dengan system hidrolik. Hasil perhitungan sebagai berikut: Lendutan ( maks) = 0,215 in, Tegangan Lengkung ( L) = 6500 lb/in2. Daya Pompa = 10,35 HP Tegangan tekan 573,55 lb/in2.Hasil Daya total untuk menjalankan pompa 82,35 HP. Dari hitungan yang dihasilkan menunjukkan bahwa hasil analsis memenuhi angka standar (Aman) untuk difungsikan.

Kata Kunci: Forklift (Alat Angkat), Kapasitas, Daya

ABSTRACT Forklift is any of machine equipments to lift the object, forklift designed to lift and to lower object with the capacities of only 1 Ton, Especially used at factory environment/warehousing. rotation 3400 rpm, with the change of position forklift is 6oto forward and 12o is back wards. Than the data analysed, hence heavy equipment of Forklift can lift burden hydraulic. system. Calculation of Result in the following calculation: deflection ( maks) = 0,215 in, Bending Tension ( L) = 6500 lb / in2. Pump Power= 10,35 HP, Pression Tension = 573,55 lb/in 2, Power of Total to run pump 82,35 HP. From calculation to show that the result of value fulfilling to standardization (peaceful) to be functioned.

Keywords: lift of equipmet, Capacity, Power

1. PENDAHULUAN Kemajuan teknologi saat ini sangat pesat dengan berbagai macam peralatan mesin yang modern dan ekonomis, khususnya untuk peralatan kontruksi Alat berat misalnya forklift. Forklift adalah suatu alat yang fungsinya untuk memindahkan barang dengan menggunakan tenaga manusia sebagai drivernya untuk menggerakan/menjalankan, menurunkan dan mengangkat barang dengan kapasitas tertentu. Dalam hal ini forklift hingga saat ini masih diperlukan, ketentuan pengankatan dengan forklift harus memenuhi aturan yang sudah standar. Beberapa keuntungan pesawat pengangkat forklift ini adalah laju pengangkatan dan pemindahan lebih bebas,

kapasitas yang diangkat lebih besat, biaya produksi ralatif lebih murah, penghematan tenaga manusia dan lebih terjamin didalam keselamatan bekerja. Permasalahannya bila pengangkatan tidak memenuhi standar mengakibatkan alat tersebut rusak, untuk itu bagaimana analisis perencanaan forklift dengan spesifikasi forklift sebagai berikut:. tinggi pengangkatan 3 meter, kapasitas pengangkatan 1 ton, putaran motor penggerak 2400 rpm, lifting speed (full speed) 470 mm/sec, dan perubahan posisi forklift adalah 6º arah kedepan dan 12º arah ke belakang, dan sistem pengangkatan dengan sistem hidrolik. Demgan tujuan ingin mengetahui lebih jelas pengangkatan/ penurunan dengan forklift yang optimal agar benda dapat di pindahkan lebih sempurna

1


2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Forklift Forklift adalah suatu pesawat pengangkat dimana fungsinya untuk mengangkat/memindahkan barang dari suatu tempat ketempat lain. Untuk perencanaan forklift ini pada forklift ini mempunyai beberpa bagian yang terpenting yaitu Fork ( Garpu ) dan Frame (Rangka). Fork (Garpu) adalah bagian dari pesawat pengangkat forklift yang berfungsi untuk mengambil beban dudukan dari beban yang akan diangkat. Fork berhubungan dengan frame, gerakan frame dihubungkan dengan booster, dimana booster berfungsi untuk menaikkan/menurunkan beban. Dalam hal ini pertimbangan ketertarikan untuk perencanaan /perancangan ini di tinjau antara lain terhadap kekuatan dan dimensi dari

bahan, bentuk yang sesuai dengan penggunaannya dan biaya pembuatan atau pembelian secara ekonomis. Sehingga berdasarkan survey yang telah dilakukan diambil perencanaan pegangkatan dengan berat 1 ton ( Q = 1000 kg ) 2.2 Formula Perancangan Forklift Dalam perencanaan ini untuk mengimbangi keadaan dinamis, diperlukan penambahan faktor “over load“ sebesar 10 % dari kapasitas di tentukan. Dan bila fork yang dipergunakan 2 buah, dengan anggapan kedua fork tersebut menerima beban terbagi rata. Dengan semikian rumus yang digunakan dalam perhitungan perancangan forklift sebagai berikut: Setiap fork menerima beban yang diterima.

Satu Beban (Qm) Qm = ½ Qd (lb) …………………………………………….1 Tegangan Lengkung pada Bagian Ttengah Fork L = ML / W.L ………………………………………………..2 dimana: WL = Qm. L; L =: Tegangan lengkung ; Wl = Momen perlawanan lengkung Wl = 1/6 b.h2 ………………………………………………………….3 ML = Momen lengkung yang timbul (lb in); Qm = Beban yang diterima oleh fork L = Panjang dari lengan (Jarak ini di ukur dari titik tangkap gaya ke penampang diatas dengan sayuan in) Tegangan Geser Forklift ( G ) G = Qm/A…………………………………………………….4 Dimana: G = Tegangan geser yang timbul; Qm = Beban yang diterima pada fork (lb); A = Luas penampang fork (in2) Posisi fork dapat dirubah sesuai dengan keperluan 6o arah ke depan dan 12o arah ke belakang. Pada Posisi 6o kedepan adalah posisi penyekopan yang bagus dan apabila lebih dari 6o barang tidak dapat lagi disekop dan mengakibatkan rusak pada fork. Juga pada posisi 12o arah kebelakang, posisi fork tegak lurus terhadap booster dan pada posisi inilah barang tidak terguling. Dan apabila lebih dari 12o kebelakang barang akan jatuh terguling dan kurang dari 12o benda diatas fork akan jatuh terguling kedepan. Yang perlu diperhatikan dari kedua posisi adalah poisis 6o kedepan, dimana pada posisi ini menyebabkan titik berat beban akan terpusat pada ujung dari fork. Pada gambar terlihat posisi fork dapat berubah. Dan posisi fork kedepan. Dan akibat gaya W akan melengkungnya fork. Tegangan Lengkung Akibat Gaya ( W) W = Qm. Cos ………………………………………………..5 Tegangan Lengkung yang Bbekerja pada Ujung Fork ( L) L = ML / WL………………………………………………….6 Difleksi ( max) max = Qm. L2 / 3. E.I ………………………………………7

2


2. 3. Frame (Rangka) Frame adalah bagian komponen dari forklift yang dapat bergerak naik turun, dimana fork ini diikat pada frame. Dalam perencanaan ini dimana pada saat frame untuk sudut 12o arah kebelakang, booster tegak lurus terhadap frame. Chain (Rantai) fungsinya mengangkat frame yang mana beban diatas fork, rantai jenis digunakan adalah jenis Roller chain (lihat gambar 2.1.) dari refeerensi faktor keamanan (V) = 6. untuk pembebanan dinamis.

Gambar 1. Frorklift untuk beban 1 Ton Keterangan gambar : 1. Fork pengangkat 2. Booster untuk naik / turun 3. Frame yang dapat bergerak naik / turun ( fork diikat pada frame ini ) 4. Guard atau landasan untuk frame bergerak 5. Lengan frame sebagai pendukung atau dudukan system terhadap motor penggerak 6. Booster untuk menggerakkan frame 6o kedepan dan 12o kebelakang Akibat adanya gay-gaya dan pembebanan berat batang profil pada batang frame. Maka rantai akan mengalami tegangan geser , Tegangan geser = G = P / A ( kg / cm 2 )…………………….8 Berdasarkan referensi perbandingan diameter sprocket dengan diameter pin yaitu: Ds / dp = 30……………………………………….………………9 Perhitungan jarak antara gigi sprocket : t Ds = ---------------------- ………………………………………10 Sin 180 / z Rumus untuk Perhitungan Kapasitas dan Ukuran Bagian Pompa Kapasitas (Q) Q = V.A ………………………………………………………….11 Dimana : Q = Kapasitas V = Kecepatan naik ( Lifting speed ) (in3/sec) A = Luas Penampang (in2) Dimensi pompa, dengan menggunakan rumus sebagai berikut : 2. A. a.n. b. Q = ---------------- (in3 / sec) 60 Dimana : a = jumlah ruangan yang tertutup oleh gigi, dengan dinding pompa (ditentukan), b = lebar gigi (cm), = Effisensi Pompa (0-70 – 0,80), n = putaran poros roda gigi yang sesuai dengan putaran motor penggerak ( dimana sistem di kopel langsung, maka effisiensi transmisi = 1) Tekanan Pompa (P) P = Qb / A (lb / in2) ………….. ………………………….12 Dimana : P = Tekanan pompa pada booster (kg/cm2), Qb = Beban booster (berat beban + berat frame), A = Luas penam booster (cm 2). Karena didalam sistem pompa adanya losse pada tekanan, maka tekana tersebut akan bertambah. Adapun losses yang terjadi adalah velocity losses dari fluida yang bergerak dan friction losses dari fluida yang bergerak.

3


Velocity Losses Kerugian kecepatan dapat dihitung dengan kerugian tekanan yang disebabkan oleh kecepatan dari aliran fluida yang digunakan sebagai berikut : h1 = V.d 2 /2 g ( m H2O ) ……………………………….13 Dimana : Vd = kecepatan pada sisi isap dan tekan ( 2-3 m/sec) g = gravitasi ( 9,8 m /sec 2 ) Friction Losses Friction losses terjadi akibat adanya gesekan akibat aliran fluida terhadap belokan atau valve: h2 = Vd 2 / 2 g ( m H2O )………………………………14 Dimana : h2 = kofisien gesek Vd= Kecepatan fluida mengalir Untuk menentukan friction harus dicari renold number ( Re ) Re = fr .Vd . D1 / µ……………………………………..15 Dimana : D = Diameter pipa yang mengalir kan fluida ke pompa µ = Kinematik Viscosity untuk fluida dengan SAE pada temperature 86 o dengan µ = 0,175 m2 / sec. Pipa dari bahan cast iron C = 25 % (dengan menggunakan diagram Moody ( ref. 4 hal 297 ), Re = 1,31 10.5 didapat koeffisien gesek = 0,0253 Total Losses (H t) = h1 + h2 (kg /cm2 ) Tekanan total direncanakan P max = ( P + Ht ) Maka Perencanaan diambil (Pmax) Daya Pompa (Np) Np = P max . Q / 27 …………………………………….16 Dimana : Effisiensi mekanis = m= 0,85 Bhp = Np / m…. …………………………17 Karena sistem dari motor di kopling langsung, maka daya yang diberikan motor untuk menggerakkan pompa adalah : Nmp 1 = Bhp / trans, dimana ; transmisi = 1 Apabila pompa bekerja sekali gus, sehingga untuk menghitung daya pompa yang diberikan untuk menggerakan benda pada 6o (arah kedepan) dan ketinggian maksimum adalah akibat gayagaya yang bekerja pada posisi tersebut ( F1 B1 ). Dan tekanan pompa : p1 = F1 B1 / A Pmax = P1 + Ht; Nmp1 = Q. Pmax / 27 ( hp ); Bhp = Np1 / m Nmp2 = Bhp / trans; Maka total daya untuk menggerakkan pompa : Nmp = Nmp1 + Nmp2 Booster untuk Naik/Turun atau Lifting Booster Perencanaan ini , bahan Booster dipilih dari bahan SAE Number C 1035 dengan tensile strength = 80.000 psi, yield strength = 67.000 psi dan safety factor = 8. Dimensi utama booster : d1 = 130 mm = 13 cm = 5 in (diameter dalam) do = 150 mm = 15 cm = 5,88 in (diameter luar) d = 40 mm = 4 cm = 1,575 in (diameter tangki piston) Maka, dalam hal ini dilakukan pemeriksaan apakah ukuran diatas cukup aman yaitu dengan menggunakan rumus : T = Pmax . d1 / 2.pt ………………………………………18 Pemeriksaan untuk Batang Booster Booster bekerja akibat tekanan, maka di cek t pada tekanan, dimana pada pengangkutan tekanan akan bekerja pada batang penggerak (tangki) piston sehingga menimbulkan tegangan tekanan sebesar : Tekanan d (Pd) = Q b / A …………………………………19

4


Booster untuk Memiringkan (Tilting Boster) Pada Forklift jumlah tilting booster ada dua, dimana satu diletakkan pada bagian sebelah kiri dan satu lagi ada pada sebelah kanan. Bahan tilting booster diambil sama dengan bahan tilting booster ini digerakkan oleh sebuah pompa penggerak. Dimensi utama dari tilting booster: do = diameter luar , di = diameter dalam, q = diameter tangkai piston, Kekuatan boosterTilting booster bekerja akibat proses tekanan, maka booster diperlukan pada tegangan tekan D = Qb2 / A’ (lb/in2) Flans tempat Kedudukan Booster. Kedudukan Booster pada motor penggerak yang dibuat dari bahan plat yang dilaskan pada rangka atau badan motor. Pemeriksaan kekuatan Flen. Akibat adanya beban, maka flrns akan mengalami gaya-gaya tekan . dengan demikain flens mengalami tegangan geser pada penampang AA. bahan flens biasanya diambil dari ASTM A-2509 dengan kekuatan strength = 30.000 psi, safety factor = 6. maka tegangan izin = 30.000 / 6 = 3750 psi (maka kontruksi cukup aman ) Daya untuk menggerakkan forklift: RA = Gaya reaksi roda depan , RB = Gaya reaksi roda Belakang. Dari kesetimbangan gaya : Qb + P + G = RA + RB …… ……………………..20 Ma = o : - 106. Qb + 80.P + 160 .RB + 210. G = 0. Dalam perencanaan ini diambil perbandingan antara jarak poros depan dengan poros belakang terhadap titik beratnya adalah 3 : 2, dengan pengertian gaya pada bagian depan adalah besar karena lebih dekan dengan beban. Daya menggerak Pompa (dihitung sebelumnya), maka Daya total adalah = Daya penggerak forklift di tambah dengan Daya penggerak pompa 3. PERHITUNGAN PARAMATER UNTUK PERANCANGAN Perancangan alat pengangkat Forklift menggunakan Pahl and Beitz Model of Design Process. Model perancangan Forklift (lihat gambar 4) mempunyai langkah-langkah kerja, gambar/spesifikasi dan langkah kerja sebagai berikut:

Motor Penggerak Daya yang diperhitungkan adalah daya total yaitu daya untuk mrnjalankan forklift dan daya untuk untuk menggerakkan pompa. Lihat gambar 2, dibawah ini.

Gambar 2. Motor Penggerak

Mekanisme Penggerak Mekanisme penggerak pada forklift digunakan secara “Hidraulic Sistem“, dalam hal ini digunakan “Hidraulic Booster“. Booster mempunyai fungsi mengangkat dan menurunkan forklift dan memiringkan frame dalam arah kedepan dan kebelakang. Untuk menggerakkan booster ini dibutuhkan suatu alat yang mempunyai mekanisme antara lain :

5


Pompa Hidraulik Pompa Hidraulic fungsinya menggerakkan booster keatas, untuk itu diperlukan suatu analisis yang kontinu dengan tekanan kemampuan (Head) yang tetap. Pada umumnya pompa yang digunakan adalah Pompa Plunyer (Reciprocating) dan Pompa Roda Gigi (Gear Pump). Dimana pada pompa hidraulik yang sesuai digunakan adalah pompa roda karena telah ditinjau dari bagian-bagian masing-masing pompa juga pompa roda gigi ini mempunyai kelebihan sebagai berikut: Aliran dari fluida tetap, Tekanan yang ditimbulkan konstan, Daya relatif kecil dan Jenis pompa roda gigi dapat bekerja terus menerus walau pun tidak bekerja, ini disebabkan adanya “By Pass Valve” Mekanisme Penggerak Booster

Gambar 3. Hidraulic Booster Keterangan Gambar : 1. Hidraulic Oil Tank 2. Gear Pump 3. Control Valve 4. Tilting Selinder 5. Lifting Selinder Menggerakkan mekanisme pengankutan beban, terlebih dahulu mesin motor penggerak dihidupkan dan dimana mesin akan berputar. Untuk memutar gear pump yang dihubungkan dengan menggunakan kopling, sehingga dengan demikian pompa akan mengalir kan udara dengan hydraulic oil tank. Selanjutnya dengan mengatur posisi melalui control valve kita dapat mengatur/arahkan dari boosterbooster tersebut. Seandainya mekanisme booster ini tidak dipergunakan sedangkan mesin-mesin dari motor penggerak nya tetap hidup, Ini akan mengakibatkan tekanan dalam sistem tersebut akan bertambah besar. Bila hal ini dibiarkan terus-menerus maka akan berbahaya bagi amterial (bahan) dan juga akan merusak seal dari pada hidraulic sistem yang menyebabkan akan terjadi kebocorankebocoran nyata. Untuk mengatasi hal-hal dan akibat yang mungkin terjadi seperti tersebut diatas, apabila booster tidak bekerja. Sedangkan mesin penggerak tetap hidup maka direncanakan suatu “By PASS VALVE“ yang berguna bila tekanan cukup besar (tekanan berlebih). Maka aliran fluida tersebut akan melalui by pass valve, secara automatis akan terbuka sendiri. Sehingga fluida tersebut akan kembali lagi ke hydraulic oil tank. Dengan demikian cara diatas menjaga keamanan dari booster dari kerusakan akan timbul. Pompa Roda Gigi (Gear Pump), lihat gambar 4.

6


Gambar 4. Pompa Roda Gigi Maka aliran fluida tersebut akan melalui by pass valve, secara automatis akan terbuka sendiri. Sehingga fluida tersebut akan kembali lagi ke hydraulic oil tank. Dengan demikian cara diatas menjaga keamanan dari booster dari kerusakan akan timbul. Pompa Hidraulik pada pesawat pengangkat ini adalah untuk menimbulkan tekanan dari kemampuan naik (Head) pada fluida yang dialirkan di hydraulic booster, dimana mengatur fork dan frame untuk dapat naik atau mengangkat/ menurunkan yang diatur oleh tekanan kemampuan (head). Dan komponen lain, seperti: Sprocket (lihat gambar 5)

Gambar 5. Sprocket Tegangan Lengkung pada Tengah Fork Spesifikasi Forklift: Q = Kapasitas angkat = 1 ton = 1000 kg Qd = Kapasitas desain = Qd = 1 + 0,1 Q = 1000 + 100 = 1100 kg = 1100. 2,2 lb = 2420 lb. Berhubung fork yang digunakan 2 buah, maka beban terbagi rata menjadi, beban yang di terima untuk 1 fork, Qm = 2420 / 2 = 1210 kg. Sesuai gambar Forklift, untuk perencanaan, Tebal (h) = 2 in, Lebar (b) = 6 in, Panjang (L) = 40 in. Hasil perhitungan keseluruhan parameter perancangan Forklift, dapat dilihat pada tabel 3, dibawah ini: Tabel 3. Parameter Perancangan Forklift PERHITUNGAN SPESIFI NO PARAMETER KOMPONEN KASI FORKLIFT 1 Kapasitas Pengangkatan (1 ton, 1000 1000 kg, 1 kg = 2,2 lb) 2 Tinggi Pengangkatan lebar (h)= 6in, Tebal (b)= 2 in, L(panjang)= 40 in

HASIL PERHITUNGAN

KET.

2420

7


NO 3 4 5

6 7 8 9

10 11 12 13 14 15 16 17 18

PERHITUNGAN PARAMETER KOMPONEN FORKLIFT Putaran Motor Penggerak(rpm) Lifting Speed (mm/sec) Perubahan Posisi Forklift Kedepan 6 o - Kebelakang 12 o Tegangan Lengkung yang timbul ( L, lb/in2 ) Difleksi akibat beban ( max, in) Tegangan frame (σ f, lb/in2 ) Perhitungan Komponen Lain: 1.Chain atau Rantai ( G, lb) 2.diam sprocket (Ds,in) 3.Jarak gigi sprocket (t,in) Kapasitas (lt / sec) Ukuran Pompa ( ) Tekanan Pompa Booster (P) Velocity Losses Friction Losses Tekanan Total (Ptotal) Daya Pompa (Np, hp) Nmp (Daya motor menggerakan pompa, hp) Perencanaan Booster dengan Posisi Naik/Turun: - t (tebal, in) - P (tekanan lb/in2)Kekuatan - Booster ( b,lb)

SPESIFI KASI

HASIL PERHITUNGAN

2400 470

2400

6o 12 o 12500

6o 12 o 6500

KET.

t<

ijin (aman)

0,215 4738,8

6250

0,70 - 0,80

533,36 10,02 3,82 0,922 0,70

σ ijin> σ f (Aman)

Aman

4,48 10,35

t sebenarnya =1 10.000 655,94

-Perencanaan Tempat Kedudukan Booster ( b)

t hitung 0,28 672,759 599,035

417,796

t S > t hit (Aman) P ijin > PTimbul (Aman) b diterima > ijin (Aman) ijin>

b (Aman)

3750 19

Perhitungan Motor Penggerak: - Berat (Wt, lb ) - Efisiensi total ( t,) - Daya mekanis (Nm,hp) - Daya total (Nt, hp)

2344,65 0,93 72,44 82,79

Nm < Nt ( Aman)

KESIMPULAN: Dari hasil perhitungan dan analisis, adapat disimpulkan sebagai berikut: Kapasitas Pengangkatan =1 ton, 1000 kg, 1 kg = 2200 lb, Tegangan Lengkung yang timbul ( L) = 6500 lb/in2, Difleksi akibat beban ( max) = 0,215 in, Tegangan lenkung pada frame = 4738,6 lb/in2, Tegangan tekan = 473, 55 lb/in2, daya yang diperlukan untuk menjalankan forklift 72,44 hp dan daya total = 82,35 hp.

8


SARAN: Diperlukan perencanaan selanjutnya lima tahun kedepan dengan kapasitas yang sama dan kapasitas diatasnya. DAFTAR PUSTAKA Boris Bresle T.Y., “Design of Steel Structure”, Second Edition, New York, Jhon Siley and Sonc Inc. Hadi Suganda., “Mechanical Automobile”, Cetakan Departemen Mesin ITB, HMM Bandung, 1976 M.Khata Gutoov.,” Marine Auxxillary Machinary and System”, Second Edition, New York,1965. N. Rodenko.,” Material Handling Equitment”, Second Edition, Moscow, 1069. Pat L. Manganon.,” The Principle of material Selection for Engineering Design”, International Edition, Florida Institute of Technology Melbourne, Florida, 1999. S. Timosenko.,”Strength of Material”, Third Edition, D.Van Nostrad Company Inc, New York, 1967. Victor L.Streeccter.,” Fluid Mechanics”, Sixth Edition, Mc Graw Hill London, 1975.

9

ANALISIS PERANCANGAN FORKLIFT DENGAN KAPASITAS 1 TON

Recommend Documents