BAB III PERENCANAAN DAN GAMBAR 3.1 Skema Dan Prinsip Kerja Alat Prinsip kerja mesin pencacah rumput ini adalah sumber tenaga motor listrik di transmisikan ke poros melalui pulley dan v-belt. Sehingga pisau pencacah bergerak untuk mencacah rumput. Sketsa mesin pencacah rumput dapat dilihat pada Gambar 3.1.
Gambar 3.1 mesin pencacah rumput
3.2 Pengertian Alat Mesin pencacah rumput ini dirancang untuk membuat ukuran rumput menjadi kecil-kecil dengan menggunakan pisau yang berputar. Diharapkan mesin pencacah rumput yang akan dibuat dapat membantu peternak sapi agar lebih mudah dalam memberi pakan ternak dan dapat menghemat waktu.
13
14
3.3 Diagram Alir Proses Perancangan Konstruksi Proses perancangan konstruksi mesin penepung singkong ini terlihat pada Gambar 3.2.
Mulai
Survei alat yang sudah ada dipasaran
Membuat gambar sketsa rangka
Perencanaan dan pemilihan material rangka
Perhitungan kekuatan rangka dan sambungan las
Proses pembuatan
Proses perakitan Ya
Perbaikan Tidak
Pengujian
Berhasil Selesai Gambar 3.2 Perencanaan alur pengerjaan
3.4 .Perencanaan Konstruksi Dalam pembuatan mesin pencacah rumput, rangka merupakan bagian yang penting untuk menopang semua komponen. Oleh karena itu, rangka harus didesain sedemikian rupa sehingga didapatkan hasil konstruksi yang kuat dan aman. Konstruksi rangka ditunjukkan pada Gambar 3.3.
15
Gambar 3.3 Konstruksi rangka 3.4.1 Perencanaan rangka bagian atas Perhitungan perencanaan rangka bagian atas adalah sebagai berikut: Data-data yang diketahui antara lain: 1. Beban pada batang besi
= 3,7 kg
(Karena pembebanan terjadi pada 2 bidang besi maka massa dibagi 2) Beban (F) = = 1,85 kg . 10 m/s2 = 18,5 N 2. Beban akibat tarikan sabuk = 36 kg
(sumber : Ade Wicaksono K
(2016) )
Gambar 3.4 kontruksi rangka bagian atas
16
1. Analisa beban pada batang
Gambar 3.5 gaya yang bekerja pada batang B-C ∑F = 0 -F1 + RBY + RCY – F2 = 0 -12 N + RBY + RCY – 360 N = 0 RBY + RCY = 12 N + 360 N RBY + RCY = 372 N ∑MB = 0 - F1. 65 mm - RCY . 155 mm + F2 . 215 mm = 0 - 12 N . 65 mm - RCY . 155 mm + 360 N . 215 mm = 0 - 780 N.mm - RCY . 155 mm + 77400 N.mm = 0 RCY . 155 mm = 77400 N.mm – 780 N.mm RCY = RCY = 494,32 N RBY + RCY = 372 N RBY + 494,32 N = 372 N RBY = 372 N – 494,32 N RBY = - 122,32 (karena beban yang terjadi pada batang C lebih besar, maka perhitungan diambil beban yang lebih besar)
17
Total beban batang C = Beban + RCY = 18,5 N + 494,32 N = 512,82 N
Konstruksi rangka bagian atas ditunjukkan pada gambar 3.4.
Gambar 3.6 Konstruksi rangka bagian atas 1. Analisa pada batang A-C Gaya yang bekerja pada batang dapat dilihat pada Gambar 3.5. 512,82 N
Gambar 3.7 Gaya yang bekerja pada batang A-C ∑FX = 0 ∑FY = 0 RAY + RCY - 512,82 N = 0 RAY + RCY = 512,82 N ∑MA = 0 - 512,82 N . 210 mm + RCY . 420 mm = 0 RCY . . 420 mm = 512,82 N . 210 mm
18
RCY . 420 mm = 107692,2 Nmm RCY = RCY = 256,41 N RAY + RCY
= 512,82 N
RAY + 256,41 N = 512,82 N RAY = 512,82 N – 256,41 N RAY = 256,41 N ∑MA = 0 ∑MB = RAY . 210 mm = 256,41 N . 210 mm = 53846,1 N.mm ∑MC = RAY . 420 mm – 512,82 N . 210 mm = 256,41 N . 420 mm – 512,82 N . 210 mm = 107692,2 N.mm – 107692,2 N.mm =0 Diagram: Diagram NFD, SFD dan BMD seperti terlihat pada Gambar 3.8.
NFD A
B
C
SFD
256,41 N
256,41 N A
B
C
19
BMD 53846,1 N.mm
A
B
C
Gambar 3.8 NFD, SFD dan BMD
Tegangan pada Rangka A-C -
Rangka yang digunakan adalah profil L ST 37 a. Dimensi Rangka : 40mm x 40mm x 3mm b. Momen Inersia (I): I= t[
]
I= 3[
]
I= 3[
]
I= 3[
]
I= 3 x 23821,04 I= 71463,12 mm4
c. Jarak titik berat Y=
=
=
= 8,88 mm
d. Beban Maksimum (Mmax)= 53846,1 N.mm e. Faktor keamanan (Sf) = 3 f. Tegangan yie d pada st
(σy) = 240 N/mm2 (karena Sf = 3)
Maka Tegangan tarik ijin (σijin) =
= 80 N/mm2
20
g. Tegangan tarik rangka (σ)= = = 6,69 N/mm2 Jadi karena σijin > σ maka pemilihan rangka dengan beban besi Profil St 37 dengan dimensi 40mm x 40mm x 3mm aman untuk menahan beban.
3.4.2 Perencanaan rangka bagian bawah (dudukan motor) Perhitungan gaya yang bekerja pada rangka bagian bawah (dudukan motor) adalah sebagai berikut: Data-data yang diketahui yaitu: -
Massa 1 buah motor listrik
= 20 kg
-
Massa 1 buah pulley
= 0,3 kg
Massa total
= massa motor listrik + massa pulley = 20,3 kg
(Karena pembebanan terjadi di 2 bidang besi maka massa total dibagi 2) Beban (F) = =
= = 10,15 kg . 10 m/s2 = 101,5 N Rangka bagian bawah dapat dilihat pada Gambar 3.9
Gambar 3.9 Rangka bagian bawah
21
1. Analisa pada batang F-H Gaya yang bekerja pada batang F-H ditunjukkan pada Gambar 3.10.
Gambar 3.10 Gaya yang bekerja pada batang F-H ∑FX = 0 ∑FY = 0 RFY + RHY - 101,5 N = 0 RFY + RHY = 101,5 N ∑MF = 0 -101,5 N . 150 mm + RHY . 420 mm = 0 RHY . 420 mm = 101,5 N . 150 mm RHY . 420 mm = 15225 Nmm RHY = RHY = 36,25 N
RFY + RHY
= 101,5 N
RFY + 36,25 N = 101,5 N RFY = 101,5 N – 36,25 N RFY = 65,25 N ∑MF = 0 ∑MG = RFY . 150 mm = 65,25 N . 150 mm = 9787,5 Nmm
22
∑MH = RFY . 420 mm - 101,5 N . 270 mm = 62,25 N . 420 mm – 101,5 N . 270 mm = 27405 Nmm - 27405 Nmm =0 Diagram: Diagram NFD, SFD dan BMD seperti terlihat pada Gambar 3.11.
NFD F
G
H
SFD 65,25 N
36,25 N
F
G
H
BMD 9787,5 Nmm
F
G
H
Gambar 3.11 NFD, SFD dan BMD gaya vertical
23
Tegangan pada Rangka F-H -
Rangka yang digunakan adalah profil L ST 37 a. Dimensi Rangka : 40mm x 40mm x 3mm b. Momen Inersia (I): I= t[
]
I= 3[
]
I= 3[
]
I= 3[
]
I= 3 x 23821,04 I= 71463,12 mm4
c. Jarak titik berat Y=
=
=
= 8,88 mm
d. Beban Maksimum (Mmax)= 9787,5 Nmm e. Faktor keamanan (Sf) = 3 f. Tegangan yie d pada st
(σy) = 240 N/mm2 (karena Sf = 3)
Maka Tegangan tarik ijin (σijin) =
= 80 N/mm2
g. Tegangan tarik rangka (σ)= = = 1,21 N/mm2 Jadi karena σijin > σ maka pemilihan rangka dengan beban besi Profil St 37 dengan dimensi 40mm x 40mm x 3mm aman untuk menahan beban.
24
3.5 Perhitungan Las Dari data hasil perhitungan di atas diambil beban terberat untuk dilakukan perhitungan yaitu 512,82 N Diketahui: P = 512,82 N
Tegangan tarik maks (σu) = 370 N/mm2
e = 400 mm
Tegangan geser (
b = 37 mm a. Mencari Throat area A=txl = 0,707 s x 40 = 28,28 s mm2
b. Tegangan geser
= N/mm2
c. Moment bending M=Pxe = 512,82 x 210 = 107692,2 N.mm
d. Mencari Section Modulus Z= [
]
=
[
= 0,18 x σu = 66,6 N/mm2
l = 40 mm
=
)
] = 858,88 s mm2
25
e. Tegangan bending
=
f.
= =
N/mm2
= √
+4
√
+4
66,6 = √
+4
66,6 =
66,6 = √
66,6 =
s= s = 0,97 mm
Dari hasil perhitungan diatas, didapatkan kampuh las (s) yaitu 0,97 mm
26
3.6 Simulasi analisa kekuatan rangka menggunakan software solidwork 1. Faktor keamanan (Factor of safety/FOS/SF) Factor of safety merupakan acuan utama yang digunakan dalam menentukan kualitas suatu produk. Acuannya, jika nilai FOS minimal kurang dari 1, maka produk tersebut kualitasnya jelek, tidak aman untuk diproduksi. Sebaliknya jika nilai FOS lebih dari 1 maka produk tersebut berkualitas baik. Warna merah pada hasil safety faktor menginformasikan bahwa area tersebut dinyatakan aman. Pada rangka meja ini, berdasarkan nilai minimal FOS sebesar 12,48. Factor of safety ditunjukkan pada Gambar 3.12.
Gambar 3.12 Factor of safety
27
2. Von mises Metode Von mises memiliki keakuratan lebih besar dibanding metode lain, karena melibatkan tegangan tiga dimensi. Von mises merupakan kriteria kegagalan untuk meterial ulet. Untuk menentukan kriteria dari material tersebut dinyatakan aman atau tidak, maka dapat menggunakan hasil analisis von mises ini. Jika tegangan von mises lebih kecil dari yield strength material yang digunakan maka kekuatan struktur tersebut aman. Nilai tegangan von mises sebesar 49708064 N/m2. Von mises rangka ditunjukkan pada Gambar 3.13.
Gambar 3.13 Von mises rangka
28
3. Perubahan bentuk (Displacement) Displacement adalah perubahan bentuk pada benda yang dikenai gaya. Jika beban semakin besar maka displacement yang akan dihasilkan akan semakin besar, jika beban semakin kecil maka displacement yang dihasilkan juga kecil. Nilai tegangan Displacement sebesar 0,67 mm. Displacement rangka ditunjukkan pada Gambar 3.14.
Gambar 3.14 Displacement rangka
