RANCANG BANGUN ALAT/MESIN PEMBENGKOK PIPA LAPORAN TUGAS AKHIR Diajukan untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III
SPESIALISASI PERAWATAN DAN PERBAIKAN PROGRAM STUDI TEKNIK MEKANIK
oleh : 1. ADYTIA ALBANA 2. JOSUA A.SITINJAK 3. KRISTIAN NAINGGOLAN 4. MANDOWIN G. ARITONANG 5. MUHAMMAD NUR
NIM: 1105012098 NIM: 1105012145 NIM: 1205013308 NIM: 1105012156 NIM: 1105012164
JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2014
ABSTRAK PERANCANGAN ALAT/MESIN PEMBENGKOK PIPA
Tujuan dari perancangan mesin pembengkok pipa ini adalah: (1) membuat detail gambar kerja dan bagian-bagiannya, (2) merencanakan konstruksi yang aman yang mampu membengkokkan dengan cepat dan tepat serta spesifikasi pada mesin, (3) merencanakan biaya yang dibutuhkan untuk proses pembuatan alat/mesin pembengkok pipa. Alat/mesin pembengkok pipa ini berfungsi sebagai pembengkok pipa yang semula dari lurus dibuat menjadi melengkung. Konsep perancangan alat/mesin pembengkok pipa ini mengacu pada tahapan konsep perancangan Pahl dan Beitz yaitu: (1) perencanaan dan penjelasan tugas, (2) perancangan konsep produk, (3) perancangan bentuk pada produk, (4) perancangan rinci/detail. Alat-alat yang digunakan dalam merancang alat/mesin pembengkok pipa ini adalah: (1) kertas, (2) pensil, (3) komputer, (4) software autodesk inventor, (5) printer. Langkah proses perencanaan alat/mesin pembengkok pipa ini adalah: (1) mencari produk jadi yang tersedia dipasaran, (2) memilih material dan teknik produksi, (3) mendalami keter batasan ruang, (4) mengidentifikasi komponen-komponen produk, (5) mengembangkan interface atau titik kontak antara dua buah komponen, (6) member bentuk, (7) evaluasi, (8) perbaikan material dan cara produksi, (9) perbaikan bentuk. Hasil perancangan adalah desain dan gambar kerja produk alat/mesin pembengkok pipa. Gambar kerja terdiri dari: gambar kerja rangka dan bagianbagiannya, gambar kerja slide dan bagian-bagiannya, gambar kerja handle penekan dan bagian-bagiannya, gambar kerja gear sprocket, gambarkerja poros geser dan poros tetap, gambar kerja roller. Mesin pembengkok pipa ini mempunyai spesifikasi antara lain: (1) berdimensi 700x 500x700mm. (2) mempunyai daya penggerak motor listrik 1 HP, (3) menggunakan sistim elektrik sebagai pembalik arah putaran motor listrik, (4) sistim transmisi menggunakan rantai dan kopel, (5) menggunakan reduser 1:60. Proses pembengkokan pipa memerlukan waktu ± 14 meni tuntuk 1x proses pembengkokan. Taksiran harga jual yang ditawarkan adalah senilai Rp. 3.900.000,00.
Kata Kunci : Perancangan Alat/Mesin Pembengkok Pipa
v
KATA PENGANTAR Puji dan syukur kami ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat-Nya yang telah memberikan kesempatan, pengetahuan, pengalaman, kekuatan kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini. Laporan tugas akhir ini berjudul “Rancang Bangun Alat/Mesin Pembengkok Pipa. Dengan tujuan untuk menyelesaikan sebagian persyaratan dalam menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III Mesin, Program Studi Teknik Mekanik. Sesuai dengan judulnya, dalam laporan tugas akhir ini akan dibahas untuk mengetahui cara kerjadan perancangan Alat/Mesin Pembengkok Pipa sesuai dengan perencanaan dan komponen-komponen yang digunakan. Dalam proses pembuatan laporan tugas akhir ini, penulis telah mendapat bimbingan dari berbagai pihak, baik berupa material, spiritual, informasi, maupun dari segi administrasi. Oleh karena itu, sudah selayaknya penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. M. Syahruddin, S.T.,M.T., Direktur Politeknik Negeri Medan; 2. IdhamKamil, S.T.,M.T., Ketua Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Medan; 3. Joni Indra, S.T.,M.T., Kepala Program Studi Teknik Mekanik, Politeknik Negeri Medan; 4. Nuraswara Putra,S.T.,M.T, Dosen Pembimbing penulis yang telah meluangkan waktu dan tenaganya dalam memberikan saran serta petunjuk dalam menyelesaikan laporan ini; 5. Seluruh Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Medan; 6. Administrasi Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Medan; 7. Seluruh keluarga tercinta khusunya buat Ayahanda dan Ibunda penulis yang terus memberi semangat dan memberikan dukungan materi, semangat dan doa sehingga laporan ini bisa diselesaikan;
vii
8. Seluruh mahasiswa semester VI angkatan 2014 yang turut berpartisipasi dalam memberikan dukungan dan masukan kepada penulis. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada lembaga pendidikan yaitu Politeknik Negeri Medan, yang telah memberi bantuan dalam pembuatan laporan ini. Penulis menyadari bahwa Laporan Tugas Akhir ini terdapat kekurangan dan kesalahan. Oleh sebab itu, penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun dari pembaca untuk kesempurnaan Laporan Tugas Akhir ini dan juga sebagai masukan bagi penulis. Semoga Laporan Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi semua orang yang membacanya dan yang akan membahas hal yang sama. Medan, 23 Agustus 2014
Hormat Penulis,
1.Adytia Albana 2.Josua A. Sitinjak 3.Kristian Nainggolan 4.Mandowin G. Aritonang 5.Muhammad Nur
NIM: 1105012098 NIM: 1105012145 NIM: 1205013308 NIM: 1105012150 NIM: 1105012164
viii
( ( ( ( (
) ) ) ) )
DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL .........................................................................................
i
SPESIFIKASI TUGAS AKHIR .....................................................................
ii
LEMBAR PERSETUJUAN .............................................................................
iii
LEMBAR PENGESAHAN ..............................................................................
iv
ABSTRAK .........................................................................................................
v
MOTTO .............................................................................................................
vi
KATA PENGANTAR .......................................................................................
vii
DAFTAR ISI ......................................................................................................
ix
DAFTAR GAMBAR .........................................................................................
xii
DAFTAR TABEL .............................................................................................
xiv
BAB I
PENDAHULUAN .............................................................................
1
A. B. C. D. E. F. G.
Latar Belakang .............................................................................. Identifikasi Masalah ..................................................................... Batasan Masalah ........................................................................... Rumusan Masalah......................................................................... Tujuan ........................................................................................... Manfaat ......................................................................................... Keaslian ........................................................................................
1 2 3 3 3 3 4
PENDEKATAN PEMECAHAN MASALAH................................
5
A. B. C. D.
Kajian Tentang Alat / Mesin Pembengkok Pipa .......................... Tuntutan Alat / Mesin Pembengkok Pipa Dari Calon Pengguna . Analisis Morfologi Alat / Mesin pembengkok Pipa ..................... Gambaran Alat / Mesin Pembengkok Pipa................................... 1. Gambar Teknologi .................................................................. 2. Langkah Kerja Alat / Mesin Pembengkok Pipa ..................... 3. Prinsip Kerja Alat / Mesin Pembengkok Pipa ........................
5 6 9 11 11 12 13
BAB III KONSEP PERANCAGAN ..............................................................
16
BAB II
ix
A. Diagram Alir Proses Perancangan ................................................ 1. Perencanaan dan Penjelasan Tugas ........................................ 2. Perencanaan Konsep Produk .................................................. 3. Perencanaan Bentuk ............................................................... 4. Perencanaan Rinci .................................................................. B. Pernyataan Kebutuhan .................................................................. C. Analisis Kebutuhan....................................................................... 1. Spesifikasi Tenaga Penggerak ................................................ 2. Spesifikasi Alat / Mesin .......................................................... 3. Standart Penampilan ............................................................... D. Pertimbangan Perencanaan ........................................................... 1. Pertimbangan Teknis .............................................................. 2. Pertimbangan Ekonomi .......................................................... 3. Pertimbangan Ergonomis ....................................................... 4. Pertimbangan Lingkungan ...................................................... 5. Pertimbangan Keselamatan Kerja .......................................... E. Tuntutan Perancangan .................................................................. 1. Tuntutan Konstruksi ............................................................... 2. Tuntutan Ekonomi .................................................................. 3. Tuntutan Fungsi ..................................................................... 4. Tuntutan Pengoperasian ......................................................... 5. Tuntutan Keamanan ................................................................ 6. Tuntutan Ergonomis ...............................................................
16 16 18 18 23 23 24 24 24 24 25 25 25 26 26 26 26 27 27 27 27 28 28
BAB IV PROSES, HASIL, DAN PEMBAHASAN ......................................
29
A. Pemilihan Bahan ........................................................................... B. Desain dan Gambar Teknologi Alat / Mesin Pembengkok Pipa .. 1. Desain Konstruksi Alat / Mesin Pembengkok Pipa................ 2. Gambar Teknologi Alat / Mesin Pembengkok Pipa ............... C. Teknik Perancangan Alat / Mesin Pembengkok Pipa .................. 1. Sistem Pembengkok Pipa ....................................................... 2. Kecepatan Sistem Transmisi .................................................. 3. Analisis Kebutuhan Daya Motor Penggerak .......................... 4. Analisis Torsi Penggerak ........................................................ 5. Perhitungan Pada Poros Mesin Pembengkok Pipa ................. 6. Analisis Kekuatan Struktur Rangka Mesin Pembengkok Mesin ................................................................................................ 7. Analisis Perencanaan Transmisi Mesin Pembengkok Pipa .... D. Perhitungan Harga Pokok ............................................................. 1. Harga Pokok Mesin ................................................................
x
29 32 32 32 32 32 33 35 42 43 54 65 69 69
2. Analisis Ekonomi Bengkel Jasa Pembengkok Pipa ............... E. Hasil dan Pembahasan .................................................................. 1. Transmisi ................................................................................ 2. Rangka .................................................................................... 3. Analisis Ekonomi ................................................................... 4. Kapasitas Produksi Alat / Mesin ............................................
71 73 73 74 74 74
KESIMPULAN DAN SARAN ......................................................... A. Kesimpulan ................................................................................... B. Saran .............................................................................................
75 75 76
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................
77
BAB V
LAMPIRAN
xi
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1. Alat / Mesin Pengerol Pipa ......................................................
11
Gambar 2. Posisi Awal Mulai Pengerolan.................................................
13
Gambar 3. Pipa Berada di Atas Roller 1 dan Roller 3...............................
13
Gambar 4. Penggerak / Penekan Diturunkan Sampai Menyentuh Pipa ....
14
Gambar 5. Penggerak / Penekan Diputar Satu Kali Putaran .....................
14
Gambar 6. Pipa Bergerak Dari Kiri ke Kanan oleh Putaran Motor...........
15
Gambar 7. Diagram alir proses perancangan menurut Phal dan Beitz dan telah dimodifikasi ................................................................................................ 17 Gambar 8. Elemen dasar dalam perencanaan simultan.................................. 18 Gambar 9. Langkah-langkah Perancangan Produk Menurut Phal dan Beitz yang Telah dimodifikasi ....................................................................................................... 22 Gambar 10. Roller .....................................................................................
29
Gambar 11. Poros ......................................................................................
30
Gambar 12. Rangka ...................................................................................
31
Gambar 13. Sistem Pengerol Pipa .............................................................
33
Gambar 14. Sistem Transmisi Alat/mesin pengerol Pipa .......................... Gambar 15.Gaya pembebanan pada pipa ..................................................
34 36
Gambar 16. Penampang Pipa ....................................................................
37
Gambar 17. Torsi pada roller.....................................................................
38
Gambar 18. Ilustrasi Gaya yang Dialami Motor Listrik............................
39
Gambar 19. Penampang Ulir Cacing .........................................................
41
Gambar 20. Penampang Roda Gigi ...........................................................
41
Gambar 21. Aklur Perhitungan Poros yang Sudah Dimodifikasi..............
44
Gambar 22. Skema Pembebanan pada Poros Utama .................................
48
xii
Gambar 23. Diagram Momen Lentur..............................................................
49
Gambar 24. Ilustrasi pembebanan pada ujung batang ...............................
50
Gambar 25. Skema Pembebanan pada Poros Penekan ..............................
51
Gambar 26. Diagram Momen Lentur ........................................................
52
Gambar 27. Ilustrasi pembebanan pada ujung batang.................................... Gambar 28. Konstruksi Rangka ...................................................................... Gambar 29. Batang rangka yang menerima beban kritis ..............................
53 54 56
Gambar 30. Tegangan luluh pada batang A ...................................................
58
Gambar 31. Defleksi pada batang A ............................................................... Gambar 32. Tegangan luluh pada batang B....................................................
58 60
Gambar 33. Defleksi pada batang B ............................................................... Gambar 34. Tegangan luluh pada batang C.................................................... Gambar 35. Defleksi pada batang C ............................................................... Gambar 36. Tegangan luluh pada batang D ...................................................
61 62 63 64
Gambar 37. Defleksi pada batang D ...............................................................
65
xiii
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1. Tuntutan Perancangan Alat/Mesin Pembengkok Pipa .............................
8
Tabel 2. Matriks Morfologis Alat/Mesin Pembengkok Pipa .................................
10
Tabel 3. Hasil Uji Kekerasan Brinell Hardness Tester Untuk Bahan Poros ......
45
Tabel 4. Hasil Uji Kekerasan Brinell Hardness Tester Untuk Bahan Rangka....... Tabel 5. Hasil analisis pembebanan pada batang A ...........................................
55 59
Tabel 6. Hasil Analisis pembebanan pada batang B ...............................................
61
Tabel 7. Hasil analisis pembebanan pada batang C ................................................ Tabel 8. Hasil analisis pembebanan pada batang D ................................................
63 65
Tabel 9. Biaya Desain Alat/Mesin Pembengkok Pipa ............................................
70
Tabel 10. Biaya Pembelian Komponen Alat/Mesin Pembengkok Pipa................
70
Tabel 11. Biaya Pembuatan Alat/Mesin Pembengkok Pipa ..................................
70
Tabel 12. Biaya Non Produksi Alat/Mesin Pembengkok Pipa ..............................
71
Tabel 13. Laba Alat/Mesin Pembengkok Pipa .......................................................
71
Tabel 14. Taksiran Harga Alat/Mesin Pembengkok Pipa ......................................
71
xiv
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Di era perkembangan zaman ini semua serba dituntut cepat dan tepat khususnya dalam bidang industri. Oleh karena itu, dunia industri dituntut memiliki sumber daya manusia yang berkualitas tinggi dalam menyeimbangkan kemajuan teknologi, khususnya dalam bidang industri. Seseorang harus memiliki suatu keahlian dalam bidang tertentu, agar seseorang bisa menempatkan diri dan berguna. Selain itu, kemajuan teknologi juga sangat berpengaruh terhadap produksi. Semakin majunya teknologi yang digunakan maka semakin cepat laju produksi yang dihasilkan oleh industri itu sendiri. Di samping mempengaruhi lebih cepat dan banyak hasil produksinya, juga produk yang dihasilkan lebih baik dari segi kualitas maupun kuantitas. Dalam dunia industry seseorang dituntut untuk lebih aktif dan kreatif. Seseorang dituntut mampu memiliki kemampuan terhadap hasil produk untuk diinovasi maupun diinovasi. Guna tercapainya kemajuan
dan
perkembangan
dalam
industri
itu
sendiri.Untuk
menghasilkan/membuat alat/mesin yang baru dirasa memang sulit. Seseorang harus kreatif mampu mempunyai ide dan menuangkan gagasannya tersebut. Semakin ketatnya persaingan dalam dunia industri, semua pekerjaan dituntut semakin cepat dan tepat. Salah satunya adalah proses pengerolan, pada umumnya pembengkokan dibengkel masih dilakukan secara manual dan lama. Melihat adanya peluang untuk dibuat dan diinovasi sebuah alat/mesin pembengkok pipa yang cepat dan tepat. Pada umumnya alat/mesin pembengkok ini digunakan untuk membengkokan pipa dalam pembuatan kanopi (canopy), pagar tralis, jendela tralis, pintu tralis, maupun untuk membengkokan bagian atap dari rangka sepeda becak, dan lain-lain.
1
Perancangan alat/mesin pembengkok pipa ini dikhususkan hanya untuk mengerol maximum ¾ lingkaran, karena dalam pengaplikasiannya tidak banyak digunakan untuk membengkokan satu lingkaran penuh. Misalnya dalam pembuatan kanopi (canopy) hanya membutuhkan ¼ lingkaran untuk membuat bagian rangka atapnya. Pada umumnya, di bengkel-bengkel biasanya masih menggunakan sistem manual dengan tenaga manusia untuk pemutarnya. Direncanakan untuk dirancang dan menginovasi dari alat/mesin pembengkok pipa yang sudah ada. Selain untuk mempermudah dan mempercepat dalam pekerjaan, produksi yang dihasilkan juga lebih tepat sehingga lebih efektif dan efesien. Dalam pembuatan sebuah alat/mesin pembengkok pipa ini dibutuhkan pemilihan bahan yang tepat, sehingga alat/mesin ini mampu bekerja secara optimal. Serta pengoperasiannya sangat sederhana, agar semua orang dapat menggunakan alat/mesin tersebut. Di samping itu, dalam pemilihan bahan yang tepat akan dihasilkan alat/mesin yang baik pula dilihat dari segi kekuatan maupun keawetan alat/mesin tersebut. Untuk mencapai hal tersebut, maka dalam perancangan sangat dibutuhkan ketelitian dan perencanaan yang matang.Agar bahan-bahan yang dipilih tepat dan alat/mesin yang dihasilkan lebih efektif dan efesien. Serta alat/mesin yang akan dirancang mampu beroperasi secara maksimal. Di samping itu, dengan perencanaan yang matang akan menghasilkan hasil yang diinginkan.
B. Identifikasi Masalah Dengan melihat latar belakang diatas dapat diidentifikasikan beberapa masalah di antaranya: 1. Proses perancangan alat/mesin pembengkok pipa dengan diinovasi dari alat/mesin pembengkok pipa manual serta memenuhi safety bagi operator. 2. Proses pembuatan rangka alat/mesin pembengkok pipa yang kuat 3. Proses pembuatan roller alat/mesin pembengkok pipa yang presisi 4. Proses pembuatan ulir pada penekan alat/mesin pembengkok pipa yang presisi 5. Proses pembuatan dudukan ulir penekan pada alat/mesin pembengkok pipa 2
yang kuat. 6. Proses perakitan rangkaian elektrik untuk sistem ON-OFF pada alat/mesin pembengkok pipa. 7. Proses pengujian alat/mesin pembengkok pipa untuk mengetahui kinerja dari alat/mesin.
C. Batasan Masalah Melihat banyaknya masalah dalam membuat produk alat/mesin pembengkok pipa, maka penulisan laporan ini difokuskan pada masalah perancangan alat/mesin pembengkok pipa. Agar pembahasan dalam penulisan laporan ini lebih fokus dan mendalam.
D. Rumusan Masalah Berdasarkan batasan masalah tersebut maka dapat ditarik rumusan masalah yaitu: 1. Bagaimanakah desain dan gambar kerja dari alat/mesin pembengkok pipa? 2. Bagaimanakah tingkat keamanan dan spesifikasi pada alat/mesin pembengkok pipa? 3. Berapakah biaya yang dibutuhkan untuk pengerjaan keseluruhan (harga jual alat/mesin pembengkok pipa)?
E. Tujuan Berdasarkan rumusan masalah di atas maka tujuan dari perancangan alat/mesin pembengkok pipa ini adalah: 1. Mendesain alat/mesin yang lebih praktis atau mudah digunakan dan efesien tenaga. 2. Merencanakan konstruksi yang aman dan spesifikasi dari alat/mesin. 3. Merencanakan biaya yang dibutuhkan untuk proses pembuatan alat/mesin pembengkok pipa.
3
F. Manfaat Adapun manfaat yang dapat diperoleh adalah: 1. Bagi mahasiswa, adalah: a. Merupakan implementasi ilmu yang telah diberikan selama duduk dibangku kuliah, sebagai tolok ukur kompetensi mahasiswa untuk meraih gelar Ahli Madya. b. Salah satu bekal pengalaman ilmu untuk mahasiswa sebelum terjun ke dunia industri, sebagai modal persiapan untuk dapat mengaplikasikan ilmu yang telah diberikan. 2. Bagi Lembaga Pendidikan, adalah: a. Merupakan pengembangan ilmu dan pengetahuan (IPTEK) yang tepat guna dalam hal menciptakan ide untuk menghasilkan suatu alat yang baru. b. Merupakan inovasi awal yang dapat dikembangkan kembali dikemudian hari dengan lebih baik. 3. Bagi Dunia Industri, adalah: a. Merupakan bentuk kreativitas mahasiswa yang dengan diciptakannya alat/mesin ini diharapkan mampu menghasilkan produksi yang lebih cepat dan menggunakan tenaga yang sedikit. b. Memacu masyarakat untuk berfikirs ecara dinamis dalam memanfaatkan teknologi tepat guna dalam kehidupan sehari-hari.
G. Keaslian Perancangan alat/mesin pembengkok pipa merupakan bentuk inovasi alat/mesin pembengkok pipa yang menggunakan sistem manual. Kesesuaian konsep kerja alat/mesin merupakan dasar utama perancangan alat/mesin pembengkok pipa yang digunakan untuk proses pembengkok pipa agar melengkung sesuai kebutuhan. Perubahan mesin difokuskan pada penyederhanaan konstruksi dan sistem daya penggerak. Inovasi mesin ini bertujuan untuk meningkatkan kualitas, kuantitas dan keamanan pada proses pembengkok pipa.
4
