IV.
ANALISIS RANCANGAN
4.1 Kriteria Rancangan Transporter akan difungsikan sebagai pengangkut TBS dari titik panen sampai ke TPH, sehingga pergerakan transporter harus disesuaikan dengan kegiatan panen dan pengangkutan TBS. Transporter akan menjemput TBS yang terkumpul pada titik panen dan kemudian TBS akan dimuat pada bak penampung dengan kapasitas angkut 500 – 600 kg. Setelah sampai di TPH proses unloading dilakukan secara manual tanpa hidrolik. Desain transporter disesuaikan dengan keadaan dilapangan tempat transporter diaplikasikan.Keadaan tanah pada lahan adalah termasuk dalam klasifikasi clay (USDA) dengan fraksi liat 57%, debu 40% dan pasir 3%. Berdasarkan pengukuran kondisi tanah menggunakan penetrometer diketahui tahanan tanah (kPa) seperti pada Tabel 16. Tabel 16. ConeIndeks (CI) Kedalaman (cm) 0–5 5 – 10 10 – 15 15 – 20 20 – 25 25 – 30 30 – 35
CI (kPa) 754.6 117.6 58.8 0 0 0 333.2
Berdasarkan pengukuran tersebut tahanan tanah pada kedalaman 15 – 30 adalah 0 kPa dan kemampuan tanah yang paling besar hanya 754.6 kPa. Sehingga desain transporter harus memiliki luasan bidang kontak yang besar agar ground pressure yang dihasilkan rendah dan kurang dari 800 kPa. Jalur evakuasi TBS dari titik panen samapai TPH memiliki lebar antara 80 – 100 cm dan pada sisi kanan dan kiri jalur tersebut terdapat saluran air dengan lebar rata-rata 3 m, sehingga desain lebar bidang kontak transporter terhadap tanah harus kurang dari 100 cm. Mesin yang dirancang harus memiliki mekanisme yang sederhana dan perawatannya mudah agar pada pengaplikasian mesin dilapangan lebih sesuai. Proses unloading TBS dilakukan secara manual (menggunakan tenaga manusia).
4.2 Pengembangan dan Penyempurnaan Ide Desain Pengembangan ide desain merupakan tahapan dalam proses desain. Perubahan yang terjadi pada rancangan dimaksudkan agar desain yang dihasilkan memiliki mekanisme yang sederhana dan dapat diaplikasikan di lahan. Dalam proses pengembangan desain terjadi beberapa perubahan dan mekanisme pada transporter yang dirancang, perubahan ini dipengaruhi kekuatan bahan dan persedian bahan yang ada dipasaran serta penyesuaian pola kegiatan pemanenan. Perubahan desain terletak pada bagian bak penampung, beamper penahan bak, dudukan bak dan rel bak. Mekanisme unloading pada awalnya direncanakan menggunakan hidrolik, namun dilihat dari sisi biaya memiliki harga yang cukup tinggi. Selain itu hidrolik harus memiliki perawatan yang terjadwal. Sehingga mekanisme bongkar menggunakan hidrolik digantikan dengan manual.
25
Rel dan dudukan bak
Gambar 15.Konstruksi dudukan rel dan bakdesain awal Perancangan yang selanjutnya, kontruksi dudukan bak dibuat seperti lenganserta tumpuan lengan ini berada pada rangka (Gambar 15). Tangan lengan sebagai penyangga bak, sedangkan rel berada pada ujung lengan, rel tersebut akan menjadi landasan luncur bak TBS dengan bobot 500 – 600 kg. Untuk menahan beban besar tersebut kontruksi seperti ini kurang baik karena pada lengan tersebut akan terjadi lendutan dan bengkok. Pertimbangan kekuatan bahan dan ketersediaan bahan di pasaran membuat desain mengalami perubahan pada dudukan penahan bak.Jika menggunakan besi strip maka untuk menahan beban 630 kg (kapasitas dan berat bak) digunakan bahan S45C dengan σa sebesar 30 kg/mm2 maka dimensi besi strip adalah 48 mm x 24 mm. Dudukan yang difungsikan sebagai tempat rel dan bak tidak digunakan. Rel langsung beradadi atas rangka utama dan bak disanggah menggunakan hinge (Gambar 16).
Rel dan dudukan bak
26
Gambar 16. Kontruksi dudukan rel dan bak perbaikan
4.3 Rancangan Fungsional Fungsi utama dari mesin yang dirancang adalah untuk menggantikan fungsi angkong yaitu mengangkut TBS dari titik panen sampai dengan TPH. Alat yang dirancang akan diaplikasikan pada tanah yang memiliki daya dukung tanah yang rendah dengan Cl < 800 kPa. Sehingga mesin yang dirancang harus memiliki ground pressure yang kurang dari 800 kPa. Untuk memenuhi kriteria dengan ground pressure rendah maka upaya yang dilakukan adalah memilih tipe roda trek. Kapasitas angkut dari mesin yang dirancang akan diupayakan dapat menampung TBS lebih besar dibandingkan menggunakan angkong. Sehingga perlu didesain bak penampung yang memiliki kapasitas besar. Kendala yang dihadapi adalah unloading TBS pada bak dilakukan secara manual, sehingga perlu mekanisme tambahan untuk menunjang fungsi tersebut. Untuk mendukung tercapainya fungsi utama tersebut maka diperlukan fungsi-fungsi turunannya antara lain: fungsi penggerak, fungsi penampung TBS, fungsi kemudi dan lain – lain. Tabel 17 menyajikan desain fungsional yang menyatakan hubungan antara fungsi – fungsi yang dibutuhkan dengan komponen/bagian untuk mencapai fungsi tersebut. Tabel 17. Desain fungsional No 1
2 3 4 5 6 7 8 9
Fungsi Menahan beban yang ada dalam Transporter yang dirancang. Selain itu rangka juga digunakan sebagai landasan untuk meletakan bagian yang lain Menampung TBS Landasan gerak bak penampung TBS Transmisi gaya dari motor penggerak ke penggerak (Crawler) Sumber tenaga penggerak Menghasilkan traksi untuk menggerakkan transporter Melawan gaya dari bawah sehingga dapat mendukung dan memberikan tekanan pada trek kayu bagian bawah. Sebagai sistem kendali arah gerak dan kecepatan transporter Penopang beban operator saat mengemudikan transporter
Komponen/bagian Rangka
Bak Rel bak Gear box Motor penggerak Crawler Roller Kemudi Tempat duduk
Rangka dirancang agar mampu menahan sebagian besar beban yang ada dalam transporter yang dirancang. Fungsi utama rangka adalah memberikan bentuk dari suatu alat atau mesin dan sebagai tempat terpasangnya bagian/komponen yang lain.Selain itu rangka juga menentukan
27
dimensi transporter yang dirancang. Sehingga lebar dan panjang rangka harus disesuaikan dengan parameter desain yang ada. Rel bak berfungsi sebagai landasan pergerakan bak penampung. Cara unloading TBS pada bak direncakan secara manual, sehingga perlu perhitungan terhadap titik jungkit agar unloading dapat dilakukan secara manual. Titik jungkit yang direncanakan tidak berada pada ujung bak sehingga perlu ada pergerakan ke depan agar sudut unloading memungkinkan untuk semua TBS keluar. Gearbox berfungsi sebagai penyalur tenaga dari motor penggerak ke penggerak (Crawler). Gearbox yang dipilih memiliki fungsi maju dan mundur. Transmisi gearbox yang dipilih memiliki dua kecepatan maju dan satu kecepatan mundur. Gearbox yang dipilih sudah memiliki sistem pembelok yaitu mekanisme Dog Clutch. Pemilihan motor penggerak didasarkan pada kebutuhan power yang akan ditransmisikan. Motor penggerak yang dipilih harus mampu menjaga transporter tetap berada dalam performa yang baik agar kegiatan pengangkutan TBS berjalan lancar. Transporter diaplikasikan untuk pengangkutan TBS pada lahan yang memiliki daya dukung tanah yang rendah. Untuk mendukung hal tersebut maka alat traksi yang dirancang harus memiliki ground pressure yangrendah. Crawler memiliki gaya tekan yang lebih rendah dibandingkan dengan roda traksi lain seperti roda ban atau roda besi karena luas bidang kontak Crawler lebih besar.
4.4 Rancangan Struktural 4.4.1
Analisis pada bak penampung TBS Analisis titik jungkit Proses unloading TBS dilakukan dengan tenaga manusia. Kemampuan angkat maksimal rata – rata manusia sebesar 30 kg. Sehingga untuk memungkinkan tenaga tersebut mengangkat beban TBS yang mencapai 600 kg maka titik jungkit harus dihitung agar pengoperasian mudah. Sebelum dilakukan analisis titik jungkit terlebih dahulu dilakukan simulasi peletakan/penyusunan TBS pada bak untuk menentukan jumlah TBS yang mampu ditampung oleh bak. Pada simulasi ini dilakukan penyusunan TBS secara rapih dan tegak. Dimensi bak TBS (tampak samping) disajikan dalam Gambar 17.
Gambar 17. Dimensi bak (tampak samping)
28
Penyusunan TBS tipe I Simulasi penyusunan TBS tipe I disajikan dalam Gambar 18. Pada simulasi penyusunan ini TBS diposisikan berbaring dan tersusun rapih.Pada simulasi ini TBS yang dapat ditampung oleh bak sebanyak 15 buah.
Gambar 18. Penyusunan TBS tipe I Untuk mendapatkan letak titik jungkit pada bak terlebih dahulu ditentukan centroid pada simulasi penyusunan TBS. Penentuan centroid dilakukan menggunakan perangkat lunak AutoCAD. Gaya – gaya yang bekerja pada penyusunan TBS tipe I dalam bak dapat dilihat pada Gambar 19. F 633.1
466.9
L1 W1
L2 lg
W2 lm
Gambar19. Diagram benda bebas penyusunan tipe I Centroid
x = 633.1 mm y = - 102.3 mm z = 467.8 mm (L1+ lg)W1 + (lm - lg)F = (L2 - lg)W2 (286.72 + lg)270 + (466.9 – lg)30 = (439.28 - lg)240 (270 x 286.72) + 270lg + (30 x 466.9) – 30lg = (439.28 x 240) – 240lg 14005.8 lg = (270 − 30 + 240) = 29.18 mm Dari hasil perhitungan diketahui jarak titik jungkit pada penyusunan TBS tipe I berada pada 437.72 mm dari belakang bak. 29
Penyusunan TBS tipe II Simulasi penyusunan TBS tipe II disajikan dalam Gambar 20. Pada penyusunan ini TBS diposisikan tegak dan disusun padat.Penyusunan ini dimaksudkan untuk menentukan jumlah maksimal yang dapat ditampung bak. Pada simulasi ini TBS yang dapat ditampung oleh bak sebanyak 19 buah.
Gambar 20. Penyusunan TBS tipe II Untuk mendapatkan letak titik jungkit pada bak terlebih dahulu ditentukan centroid pada simulasi penyusunan TBS. Penentuan centroid dilakukan menggunakan perangkat lunak AutoCAD. Gaya – gaya yang bekerja pada penyusunan TBS tipe II dalam bak dapat dilihat pada Gambar 21. Centroid
x = 615.79 mm y = - 58.23 mm z = 881.67 mm 615.8
484.2
L1 W1
F
L2 lg
W2 lm
Gambar 21. Diagram benda bebaspenyusunan TBS tipe II (L1 + lg)W1 + (lm - lg)F = (L2 - lg)W2 (74.49 + lg)390 + (484.2 – lg)30 = (242.1 - lg)240 (390 x 74.49) +390lg + (30 x 484.2) – 30lg = (242.1 x 240) – 240lg 14526.9 lg = (390 − 30 + 240) = 24.21 mm Dari hasil perhitungan diketahui jarak titik jungkit pada penyusunan TBS tipe II berada pada 459.99 mm dari belakang bak. 30
4.4.2
Rancangan Rangka Bahan utama yang digunakan untuk rangka adalah besi U. Besi U yang digunakan memiliki panajang 100 mm, lebar 50 mm dan tebal 5 mm. Rancangan rangka dibuat seperti Gambar 22. Dalam perkembangannya rangka dibuat lebih rumit dan kaku.
Gambar 22. Diagram benda bebas pada rangka (chasis) Dari analisis rangka, data rangka dan beban statis utamanya adalah:
Bak TBS + isi
= 630 kg
Gearbox
= 63.6 kg
Mesin = 27 kg Karena beban masing-masing diatas posisinya berbeda maka secara riil tiap-tiap posisi menerima beban yang berbeda pula. 1.
Distribusi beban mesin statis Beban mesin didistribusikan ke sisi kanan dan kiri rangka sebesar: Bagian C1 – C2 We 91mm
209 mm
C1
C2
Gambar 23. Diagram benda bebas bagian C1-C2 ΣMC1 (91 x 27) – (C2x300) C2 ΣMC2 (209 x 27) – (C1x300) C1
=0 =0 = 8.19 kg =0 =0 = 18.81 kg 31
Beban bak didistribusikan ke sisi kanan dan kiri rangka sebesar: Bagian A1 – A2 Wb 227mm
73mm
A1
A2
Gambar 24. Diagram benda bebas bagian A1- A2 ΣMA1 (227 x 630) – (A2 x 300) A2 ΣMA2 (73 x 630) – (A1 x 300) A1
=0 =0 = 476.7 kg =0 =0 = 153.3 kg
Beban gearbox didistribusikan ke sisi kanan dan kiri rangka sebesar: Bagian B1 – B2 Wg 150mm
150mm
B1
B2
Gambar 25. Diagram benda bebas bagian B1-B2 ΣMB1 (150 x 63.6) – (B2x300) B2 B2 = B1 2.
=0 =0 = 31.8 kg = 31.8 kg
Perhitungan reaksi tumpuan pada sumbu depan dan belakang Karena beban yang paling besar berada pada B2, maka digunakan sebagai perhitungan. Beban yang diterima pada sumbu depan dan belakang digambarkan seperti gambar dibawah ini. Jarak pendekatan yang sebenarnya:
dpn sampai A2
= 215 mm
dpn sampai B2 (blk)
= 800 mm
dpn sampai C2
= 1115 mm
blk sampai C2
= 315 mm
32
476.7 kg
dpn
31.8 kg
8.19 kg
B2 (blk)
Gambar 26. Diagram benda bebas pada rangka sebelah kanan ΣMdpn = 0 (blk x 800) - (476.7 x 215) – (31.8 x 800) - (8.19 x 1115) = 0 Blk = 171.33 kg dpn = (476.7 + 31.8 + 8.19) – 171.33 = 345.36 kg Dalam perhitungan kekuatan chasis ini dihitung berdasarkan anggapan sumbu dpn dan blk sebagai tumpuan sederhana (simple beam).
Bidang gaya geser
Bidang momen
Gambar 27. Diagram bidang gaya geser dan bidang momen
33
MA2 MB2 MC2
= 345.36kg x 215 = 74252.4 kgmm = (476.7 (800 – 215)) – (345.36 x 800) = 2581.5 kgmm = (476.7 x (1115 - 215)) + (31.8 x (1115 - 800)) – (345.36 x 1115) – (171.33 x (1115 - 800)) = 1.65 kgmm
Gambar 28. Diagram bidang momen Kekuatan sumbu depan dan belakang dihitung terhadap gaya geser dan momen. Untuk perhitungannya, beban F diambil yang terbesar yaitu A2 = 476.7 kg
Ditinjau dari tegangan geser : Bahan yang digunakan S45C, σb = 58 kg/mm2 Angka keamanan = 8, σijin =
58 8
= 7.25 kg/mm2
τ geser ijin bahan, τ g = 0.8 x σijin (Sularso, 2002) = 0.8 x 7.25 = 5.8 kg/mm2 = 58N/mm2
Gambar 29. Luasan penampang besi U
34
𝐹
τ
= < τ ijin =
𝐴 476 .7 x 10 950
= 5.02 N/mm2 <58 N/mm2
Ditinjau dari tegangan bengkok σ
=
𝑀𝑐 𝐼
; dimana M = MA2
Mrangka
= 74252.4 kgmm 1 1 BH 3 − bh3 = 50 x 1003 − 45x 903 𝐼 rangka = 12 12 = 1432916.67 𝑚𝑚4 1
𝜎 𝑟𝑎𝑛𝑔𝑘𝑎 =
𝑀𝑥 𝐻 2
𝐼
1
=
74252.4 𝑥 100 2
1432916.67
= 2.59 𝑘𝑔/𝑚𝑚2 < 𝜎𝑏
Defleksi yang terjadi Dalam perhitungan defleksi ini, digunakan beban yang menimbulkan momen lentur terbesar yaitu dari bucket (A2) sebesar 476.7 kg, g =10 m/s2. Deflesi yang diijinkan, ya = 5 mm Defleksi sebesar: P = A2 = 476.7 kg
215 mm
585 mm
a
b L
Gambar 30. Diagram benda bebas defleksi
𝛿 𝑚𝑎𝑘𝑠 = 𝛿 𝑚𝑎𝑘𝑠 =
𝑃. 𝑎 (𝐿2 − 𝑏 2 )3/2 9 3𝐿𝐸𝐼 476.7 𝑥 0.215 0.82 − 0.5852
3 2
9 3 𝑥 0.8 𝑥 1.9 𝑥 1011 𝑥 2.4 𝑥 10−8 = 2.92 x 10−3 m = 2.92 mm < ya
Kesimpulan : rangka terbukti aman terhadap tegangan geser, tegangan bengkok dan defleksi. τ terjadi = 5.02 N/mm2 < 58 N/mm2 (τ ijin) σ terjadi = 2.59 𝑘𝑔/𝑚𝑚2 < 𝜎𝑏 ya maks = 2.92 mm < ya
35
4.4.3
Rancangan Roller Rangka Roller dipilih menggunakan besi square dengan ukuran 60 x 40 x 4 mm. beban yang diterima oleh rangka Roller diperlihatkan dalam Gambar 31. Wr Wr
R1 R3
R1
R3
R2
R2
R4
Gambar 31. Sketsa beban pada rangka Roller Asumsi beban keritis terjadi pada R1 dan R3 atau R2 dan R3 saja yang menopang beban Wr. Sehingga dalam rancangan diasumsikan beban kritis yang harus diterima oleh rangka Roller adalah ½ dari beban yang diterima satu rangkaian trek kayu (Setyawan 2005) yaitu sebesar 414.3 kg dengan panjang rangka 230 mm. Tebal plat yang digunakan adalah 4 mm, sehingga beban yang bekerja pada rangka Roller adalah: Dipilih bahan S45C σb = 58 kg/mm2 M = 414.3 x ½ (230) = 47644.5 kg.mm 1 1 𝐼 = 𝐵𝐻3 − 𝑏ℎ3 = 60 40 3 − 52 32 12 12 47644.5 𝑥 1/2 40 = 5.35 < 𝜎𝑏 𝜎 = 178005.3
3
= 178005.3
Poros pada rangka Roller akan menerima beban lentur murni, sehingga momen tahanan lentur dari poros dengan diameter ds adalah Z = (π/32)ds3, sehingga diameter yang diperlukan dapat diperoleh dari:
𝜎𝑎 ≥ 𝜋
𝑀 𝑑𝑠 3
32 10.2 𝑑𝑠 = 𝑥𝑀 𝜎𝑎
=
10.2𝑀 𝑑𝑠 3
1/3
Dengan asumsi Wpr = 0.5 Wr dan panjang poros yang digunakan adalah 300 mm maka: 𝑀 = 𝑊𝑝𝑟 𝑥 𝑙 = 207.15 𝑥 95 = 19679.25 𝑘𝑔. 𝑚𝑚 1/3 10.2 𝑥5541.83 = 18.84 𝑚𝑚 30 Dipilih diameter poros Roller adalah 21 mm dengan batas minimum adalah 18.84 mm.
𝑑𝑠 =
36
4.4.4
Rancangan Tempat Duduk Pemilihan rangka Asumsi beban maksimun yang disangga oleh rangka tersebut adalah ½ dari beban total dan beban dikenakan di tepi rangka dudukan, maka akan memberikan beban lentur pada rangka dudukan tempat duduk. Persamaan yang digunakan menurut Nash (1983) adalah: σa I
= Mc/I = II – Id
Keterangan: σa : kekuatan lentur bahan (kg/mm2) M : momen bahan (kg.mm) C : titik pusat bahan (kg.mm) I : inersia bahan (mm4) (Il : Inersia bagian luar bahan, Id : Inersia bagian dalam bahan) Karena pipa tersebut berbentuk lingkaran, maka inersia bahan yang digunakan dihitung berdasarkan rumus inersia lingkaran yaitu: I= 1/64πD4 𝜎𝑎
=
𝑀 𝑥 0.5 ((𝐷𝑙 − 𝐷𝑑)) 1 64
𝜎𝑎
=
𝑥 𝜋 𝑥 𝐷𝑙 4 −
1 64
𝑥 𝜋 𝑥𝐷𝑑 4
10.2 𝑀 𝐷𝑙3 − 𝐷𝑑3
dengan menggunakan bahan yang memiliki σa = 24 kg/mm2 dan faktor keamanan statik 6, maka σa yang digunakan sebesar 24/6 = 4 kg/mm2, sehingga didapatkan diameter dalam maksimum lingkaran sebesar: 4 38250 4 Dd3 Dd3 Dd
= 10.2 (75x50)/(503 – Dd3) = 500000 – 4 Dd3 = 461750 = 115437.5 = 48.69 mm
Dengan demikian tebal besi pipa minimum yang digunakan sebesar 50 mm – 48.69 = 1.3 mm, apabila faktor tegangan maka menjadi 1.3 x 1.3 = 1.7 mm, yang dipergunakan adalah tebal 4 mm. Plat pengencang rangka Plat pengencang rangka terbuat dari plat besi panjang 140 dan lebar 60 mm. Beban yang diterima tidap dudukan sebesar 75 kg (setiap dudukan menerima beban ½
37
dari berat total operator), maka tebal dari plat besi yang dibutuhkan dapat dihitung sebagai berikut: Dipilih bahan S45C σb = 58 kg/mm2 Lebar palt (b) = 60 mm M = 75 x 70 = 5250 kg.mm I = 1/12 (60)(h)3 = 5h3mm4 1
𝑚𝑥 ℎ 2
𝜎𝑟𝑎𝑛𝑔𝑘𝑎
=
30
=
ℎ
=
h
= 6 mm
𝐼 1 5250 𝑥 ℎ 2
5ℎ3 5250 30 𝑥 5
Baud pengencang rangka Sebagai pengikat antara rangka dudukan tempat duduk dan rangka utama digunakan baud. Baud ini akan menerima beban geser, sehingga besarnya diameter baud yang dibutuhkan dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut. Dipilih bahan S30C σb = 48 kg/mm2 Faktor keamanan Sf = 2 W = 150 kg fc = 1.2 w = 1.2 x 150 = 180 σa = 48/2 = 24 kg/mm2 τa = (0.5 – 0.75) σa τa = (0.5) x 24 = 12 kg/mm2
4.4.5
𝐷𝑏𝑎𝑢𝑑 ≥
4 𝑤 𝜋 𝑥 𝜎𝑎
𝐷𝑏𝑎𝑢𝑑 ≥
4 180 =3 𝜋 𝑥 24
Diameter PuliMotor Penggerak Ratio putaran puli pada gigi transmisi 1 adalah 1:33, pada gigi transmisi 2 adalah 1: 9 dan pada gigi transmisi mundur (R) adalah 1:56. Dengan asumsi kecepatan maju transporter yang diinginkan adalah 0.5 m/det maka diameter pulimotor penggerak dihitung sebagai berikut. Rpm max motor penggerak Droda
= 3600 = 40 cm
38
Dpuli Vtransporter wroda
= 20 cm = 0.5 m/det = 3000 cm/menit = V /( π x Droda) = 3000 /(π x 40) = 23.87 rpm wpuli = 33 x 23. 87 = 787.82 rpm untuk menentukan Dmotor penggerak menggunakan persamaan sebagai berikut: 𝑛𝑝𝑢𝑙𝑙𝑒𝑦 𝑑𝑒𝑛𝑔𝑖𝑛𝑒 = 𝑛𝑒𝑛𝑔𝑖𝑛𝑒 𝑑𝑝𝑢𝑙𝑙𝑒𝑦 787.82 𝑑𝑒𝑛𝑔𝑖𝑛𝑒 = 𝑥20 = 5.25cm = 2.076 inch 23.87 Pemilihan diameter puli disesuaikan dengan persediaan dipasaran sehingga dipilih diameter puli2.5 inchi.
4.4.6
Kecepatan Maju Transporter Gigi transmisi 1 Kecepatan maju transporter pada gigi transmisi satu merupakan keadaan yang diasumsikan untuk mendapatkan dimensi (diameter) motor penggerak. Nilai dari kecepatan maju transporter pada gigi transmisi 1 adalah 0.5 m/det Gigi transmisi 2 wpuli sebesar 787.81 rpm pada wmotor penggerak 3000 rpm sehingga w roda = 787.81/9 = 87.53 rpm Vroda = wroda x (π Droda) = 87.53 x (π 40) = 10999.90 cm/menit = 1.83 m/detik Gigi transmisi mundur (R) wpuli sebesar 787.81 rpm pada wmotor penggerak 3000 rpm sehingga w roda = 787.81/56 = 14.07 rpm Vroda = wroda x (π Droda) = 14.07 x (π 40) = 1767.84 cm/menit = 0.29 m/detik
4.4.7
Perhitungan Poros Idler Poros sprocket idler merupakan dudukan sprocket Crawler bagian depan. Poros ini merupakan poros gandar yaitu poros yang tidak mendapatkan beban punter, bahkan kadang-kadang tidak boleh berputar. Poros ini hanya mendapatkan beban lentur murni saja. Diasumsikan poros idler menerima beban statis sebesar 50% dari berat traktor (tanpa dudukan sepatu trek kayu, sepatu trek kayu, sprocket dan rantai), jarak pillow 39
block (g) 240 mm, jarak sprocket (j) 740 mm, tinggi titik berat dari poros (h) 615 mm, kecepatan kerja maksimum (v) 1.83 m/s dan jari – jari sprocket (r) 150 mm. Dengan menggunakan diagram alir untuk perencanaan poros dengan beban lentur murni (Sularso dan Suga 1994) maka besarnya diameter poros idler yang dibutuhkan dapat diketahui. W
a
h
240 740
Gambar 32. Diagram benda bebas poros idler M1 = 𝑊 𝑥
𝑗 −𝑔 4
= 422.8 𝑥
740 −240 4
= 52850 kg.mm
αv M2 M2 a P P Q0
= 0.4 dan αL = 0.3 = αvx M1 = 0.4 x 52850 = 21140 kg.mm = 250 mm dan l (lebar sproket) = 23.5 mm = αL x W = 0.3 x 422.8 = 126.84 kg = P x (h/j) = 126.84 x (615/740) = 105.41 kg R0 = P x ( h + r ) / g R0 = 126.84 x (615 + 150) /240 = 404.30 kg M3 = P x r + Q0( a + l) – R0 x ( a +l – ((j – g/2)) = (126.84 x 150) + 105.41 (250 + 23.5) – 404.30 (250 + 23.5 – (740 – (240/2)) = 187947.6 kg.mm Poros gandar, Kelas 2 SFA60A, σwb = 60 kg/mm2 Untuk poros pengikut, m = 1 ds
≥[
ds
≥[
σb
=
σb
=
10.2
𝜎 𝑤𝑏
𝑚 𝑀1 + 𝑀2 + 𝑀3 ]1/3
10.2 𝑥 1 𝑥 52850 +21140 +187947 .6 1/3 ] 60 10.2 𝑚 (𝑀1+𝑀2+𝑀3)
= 35.44 mm diambil poros 40 mm
𝑑𝑠 3 10.2 𝑥 1 52850 +21140 +187947 .6 40 3
= 41.75 kg/mm2 n
=
𝜎 𝑤𝑏 𝜎𝑏
≥1
n = 60 / 41.75 = 1.43, baik. Ditentukan ds = 40 mm,bahan SFA60A
40
4.4.8
Perhitungan Poros Bak Diasumsikan poros bak menerima beban statis sebesar 315 kg, jarak hinge (g) 160 mm, jarak bearing (j) 282 mm, tinggi titik berat dari poros (h) 402 mm, kecepatan kerja maksimum (v) 1 m/s dan jari – bearing (r) 45 mm. Dengan menggunakan diagram alir untuk perencanaan poros dengan beban lentur murni (Sularso dan Suga 1994) maka besarnya diameter poros bak yang dibutuhkan dapat diketahui.
W
a
h
160 282
Gambar 33. Diagram benda bebas poros bak M1 = 𝑊 𝑥
𝑗 −𝑔
= 315 𝑥
4 282 −160 4
= 9607.5 kg.mm
αv M2 M2 a P P Q0
= 0.4 dan αL = 0.3 = αvx M1 = 0.4 x 19215 = 3843 kg.mm = 61 mm dan l (lebar bearing) = 20 mm = αL x W = 0.3 x 315 = 94.5 kg = P x (h/j) = 94.5 x (402/282) = 134.71 kg R0 = P x ( h + r ) / g R0 = 94.5 x (402 + 45) /160 = 264.01 kg M3 = P x r + Q0( a + l) – R0 x ( a +l – ((j – g/2)) = (94.5 x 45) + 134.71 (61 + 20) – 264.01 (61 + 20 – ((282 – 160/2)) = 4252.5 + 10911.51 – 264.01 ( - 121) = 47109.37 kg.mm Poros gandar kelas 4, σwb = 15 kg/mm2 (Sularso, 2004) Untuk poros pengikut, m = 1 ds
≥[
ds
≥[
σb
=
σb
=
10.2
𝜎 𝑤𝑏
𝑚 𝑀1 + 𝑀2 + 𝑀3 ]1/3
10.2 𝑥 1 𝑥 9607 .5 +3843 +47109 .37 1/3 ] 15 10.2 𝑚 (𝑀1+𝑀2+𝑀3)
= 34.53 mm diambil poros 38 mm
𝑑𝑠 3 10.2 𝑥 1 9607 .5+3843 +47109 .37 38 3
= 11.25 kg/mm2 n
=
𝜎 𝑤𝑏 𝜎𝑏
≥1
n = 15 / 11.25 = 1.3, baik. Ditentukan ds = 38 mm, kelas 4
41
4.4.9
Perhitungan Belt Diasumsikan transporter bekerja 8 – 10 jam/hari. Motor penggerak adalah motor torak dengan daya 6.7 Hp atau 4.99 kW. Kecepatan putar motor penggerak 3000 rpm dan kecepatan puli transmisi 787.81. Jarak poros motor penggerak – poros transmisi adalah 386 mm. [Penyelesaian] P = 6.7 Hp = 4.99 kW, n1 = 3000 rpm, i≈ 3000/787.81 ≈ 3.81, C = 386 mm fc = 1.7 Pd = 1.7 x 4.99 = 8.483 kW T1 = 9.74 x 105 x (8.483/3000) = 2754.147 kg.mm T2 = 9.74 x 105 x (8.483/787.81) = 10487.86 kg.mm Bahan poros S45C, σB = 58 kg/mm2 Sf1 = 6, Sf2 = 2 τα = 58/(6 x 2) = 4.83 kg/mm2 Kt = 2 untuk beban tumbukan Cb = 2 untuk lenturan ds1 = {(5.1/4.83) x 2 x 2 x 2754.147}1/3 = 22.65 mm 24 mm ds2 = {(5.1/4.83) x 2 x 2 x 10487.86}1/3 = 35.37 mm 38 mm Penampang sabuk-V tipe B dmin = 145 mm dp = 145, Dp = 145 x 3.81 = 552.45 mm dk = 145 + 2 x 5.5 = 156 mm Dk = 552.45 + 2 x 5.5 = 563.45 mm 5 3 5 3
ds1 + 10 = 50 dB = 55 mm ds2 + 10 = 73.3 DB = 75 mm
3.14 𝑥 145 𝑥 3000 = 22.765 < 30 𝑚/𝑠, 𝑏𝑎𝑖𝑘 60 𝑥 1000 156 + 563.45 386 – = 26.275 𝑚𝑚, 𝑏𝑎𝑖𝑘 2 Dipakai tipe standar 1600 1600 𝑃0 = 3.14 + 3.42 − 3.14 + 0.53 + (0.53 − 0.47) = 6.39 𝑘𝑊 200 200 (552.45 − 145)2 𝐿 = 2 𝑥 386 + 1.57 (552.45 + 145) + = 1519.543 𝑚𝑚 4 𝑥 386 Nomor nominal sabuk V: No.60 L = 1524 b = 2 x 1524 – 3.14 (552.45 + 145) = 858.01 mm 𝑣=
8582 − 8 552.45 − 145 2 = 203.42 𝑚𝑚 8 57(552.45 − 145) = 119.83𝑜 , 𝐾𝜃 = 0.82 𝜃 = 180𝑜 − 386 8.483 𝑁 = = 1.619 𝑏𝑢𝑎ℎ 6.39 𝑥0.82 ∆𝐶𝑖 = 35 (𝑚𝑚) ∆𝐶𝑡 = 50 (𝑚𝑚) Tipe B, No. 60, 2 buah, dk = 156 (mm), Dk = 563.45 (mm) 𝐶=
858 +
42
4.5 Analisis Gaya dan Tenaga 4.5.1 Ground Pressure Analisis gayatekan transporter pada tanah digunakan untuk penyesuaian luasan bidang kontak dengan keadaan lahan yang memiliki daya dukung yang rendah.Gound Pressure unit harus lebih kecil dari daya dukung tanah (bearing capacity) yaitu 800 kPa. 𝐹 𝐴 Dimana: F adalah berat keseluruhan transporter dikali gravitasi A adalah luasan bidang kontak transporter terhadap tanah 𝐴 = 788 𝑥 300 = 236400 𝑚𝑚2 𝐹 = 828.6 𝑥 9.8 = 8120.28 𝑁 = 8120280 𝑘𝑁 8120280 𝑃= = 34.35 𝑘𝑃𝑎 236400 𝑃=
Dari analisis tersebut diketahui ground pressure transporter34.35 kPa < bearing capacity lahan yaitu 800 kPa.
4.5.2 Beban dan tenaga transporter W Koefisien traksi (Ct) Koefisien tahanan gelinding (CRR) Daya motor penggerak (P) Kecepatan maju 1 (V1) Kecepatan maju 2 (V2) Kecepatan mundur (V3)
= 828.6 kg = 0.6 (Sembiring dan Desrial 2005) = 0.15 = 4.99KW = 0.5 m/det = 1.83 m/det = 0.29 m/det
Daya tarik
= P x Ct = 4.99 x 0.6 x 1000 = 2994 Watt 𝑑𝑎𝑦𝑎 𝑡𝑎𝑟𝑖𝑘 = 𝑉𝑛 2994 = = 5988 𝑁 = 611.02 𝑘𝑔 0.5 2994 = = 1636.07 𝑁 = 166.95 kg 1.83 2994 = = 10324.14 𝑁 = 1053.48 𝑘𝑔 0.29 = Traksi pesnl.1 = 611.02 kg = 486.73.04 = 47.51o
𝑇𝑟𝑎𝑘𝑠𝑖 𝑝𝑒𝑠𝑛𝑙. 𝑛 𝑇𝑟𝑎𝑘𝑠𝑖 𝑝𝑒𝑠𝑛𝑙. 1 𝑇𝑟𝑎𝑘𝑠𝑖 𝑝𝑒𝑠𝑛𝑙. 2 𝑇𝑟𝑎𝑘𝑠𝑖 𝑝𝑒𝑠𝑛𝑙. 𝑚𝑢𝑛𝑑𝑢𝑟 Traksi bersih pesnl.1 Sin α α
43
4.5.3 Kesetimbangan Saat Bak Kosong Analisis kesetimbangan menggunakan kesetimbangan gaya dengan diagram benda bebas disajikan dalam Gambar 34. Analisis ini melihat kesetimbangan transporter ketika digunakan sebagai alat transportasi, sehingga bak tidak memuat TBS namun terdapat operator yang mengemudikan. Wk1 Wb
Wg
Wk2
We
332
x
330
1268
510
1268
Gambar 34. Diagram benda bebas transporter saat bak kosong Wb (lb) = Wg (lg) + We (le) + Wk1 (lk1) + Wk2 (lk2) 60 (x – 332) = 63.6 (920 – x) + 27 (1268 – x) + 50 (1721 – x) + 50 (1901 – x) 60x – 19920 = 58512 – 63.6 x + 34236 – 27 x + 86050 – 50 x + 95050 – 50 x 250.6 x = 293768 x = 1172.26 mm Titik kesetimbangan berada pada 1172.26 mm dari bagian depan rangka sehingga transporter masih dalam keadaan setimbang dan aman untuk digunakan sebagai transportasi operator.
4.5.4 Kesetimbangan Saat Siap Unloading Analisis ini untuk melihat kesetimbangna transporter saat dilakukan proses unloading yaitu ketika bak berada pada posisi siap dijungkitkan. Diagram benda bebas dari kesetimbangan gaya dapat dilihat dalam Gambar 36. Wk1 Wb
Wg
Wk2
We
22
x
1268 1268
330 510
Gambar 35. Diagram benda bebastransporter saat siap unloading
44
Wb (lb) = Wg (lg) + We (le) + Wk1 (lk1) + Wk2 (lk2) 630 (x – 22) = 63.6 (920 – x) + 27 (1268 – x) + 0 630 x – 13860 = 58512 – 63.6 x + 34236 – 27 x 720.6 x = 106635 x = 147.98 mm Titik kesetimbangan berada pada 147.98 mm dari bagian depan rangka sehingga transporter masih dalam keadaan setimbang atau dalam hal ini transporter tidak terbalik saat dilakukan proses unloading.
4.5.5 Analisi Gaya Pada Tempat Duduk
41o
Gambar 36. DBB tempat duduk ΣFy =0 ΣM =0 Momen pada R1 R2 x a – W1 x b – W2 x c =0 R2 x a = W1 x b + W2 x c R2
=
W1 x b + W2 x c 𝑎
Diketahui : W1 = 50 kg W2 = 50 kg a = 530 mm b = 644 mm c = 824 mm 50 x 644 + 50 x 824 𝑅2 = 530 R2 = 138.5 kg.mm R2 = W3 Momen pada R2 ΣM = 0 W1 x b + W2 x c – R1 x a = 0 R1 x a = W1 x b + W2 x c W1 x b + W2 x c 𝑅1 = = 𝑅2 𝑎 = 138.5 kg.mm
45
4.6 Analisis Jangkauan Kemudi Pengoperasian kemudi transporter dilakukan oleh tangan (kecuali rem) meliputi clutch handle, speed change rod dan disc clutch handle.Parameter perancangan posisi alat kendali disesuaikan dengan jenis daerah kerja yaitu daerah normal kerja dan daerah maksimum kerja. Daerah normal kerja merupakan radius dari jarak siku tangan - ujung jari tangan dan berada pada 47.47 cm dari SRL (Seat Reference Level), yaitu jarak siku tangan – pantat. Daerah maksimum kerja merupakan radius jangkauan ke depan yang berada pada 84.35 cm dari SRL.
Gambar 37. Sketsa daerah normal jangkauan tangan transporter.
Gambar 38. Sketsa daerah maksimal jangkauan tangan transporter
46
