TUGAS AKHIR PNEUMATIK DAN HIDRAULIK
PERENCANAAN SISTEM HIDRAULIK SEBAGAI MEKANISME PENGGERAK PADA MESIN PENCETAK PAVING DENGAN TIPE 12 PRODUK
Oleh : FAJAR ISMA’IL ARIFIYANTO NRP. 2102 030 023
PROGRAM STUDI DIPLOMA III JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2006
LEMBAR PENGESAHAN PERENCANAAN SISTEM HIDRAULIK SEBAGAI MEKANISME PENGGERAK PADA MESIN PENCETAK PAVING DENGAN TIPE 12 PRODUK
TUGAS AKHIR Diajukan Guna Memenuhi Persyaratan Untuk Memperoleh Gelar Ahli Madya Teknik Mesin Pada Bidang Studi Teknik Produksi Program Studi Diploma III Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya
Mengetahui/Menyetujui : Dosen Pembimbing
Ir. H. Syamsul Hadi, MT. NIP. 131 651 417
SURABAYA 2006
ABSTRAK
Proses pembuatan paving di daerah Porong, Sidoarjo, Jawa Timur memang masih menggunakan tenaga manusia dalam memasukkan bahan baku ke dalam cetakan termasuk juga dalam menggerakkan cetakan bawah ke atas, namun proses pengerjaannya lama. Oleh karena itu dibuatlah perencanaan alat yang diharapkan dapat mempercepat proses dan memperbaiki hasil. Perencanaan alat yang direncanakan ini menggunakan sistem hidraulik, sehingga alat yang semula masih menggunakan tenaga manusia dalam memasukkan bahan baku ke dalam cetakan dan menggerakkan cetakan bawah ke atas, kini dirubah menjadi alat yang menggunakan motor dan pompa sebagai sumber tekanan serta oli sebagai fluida penggerak silinder hidraulik. Selanjutnya dilakukan perencanaan dan perhitungan untuk menentukan jenis-jenis dari peralatan hidraulik. Hasil perencanaan dan perhitungan menunjukkan bahwa besarnya gaya pembentukan adalah 51192,68 N dengan ukuran silinder sebagai berikut : Dpiston = 0,080 m, Drod = 0.045 m, stroke = 0,51 m. Setelah itu didapatkan tekanan silinder sebesar 1738,68 psi serta kapasitas pompa sebesar 4,2704.10-4 m3/s. Disamping itu daya motor juga didapatkan sebesar 8,37 Hp. Kemudian dengan adanya gaya angkat sebesar F = 1007,82 N pada tiap silinder dengan ukuran silinder : Dpiston = 0,040 m, Drod = 0,0224 m dan stroke = 0,30 m, setelah itu didapatkan tekanan silinder sebesar 864,27 psi. Adanya gaya dorong pada kereta bahan sebesar 840 N diperoleh silinder dengan ukuran : Dpiston = 0,040 m, Drod = 0,0224 m dan stroke 0,30 m, maka didapatkan tekanan silinder sebesar 1730,578 psi.
iii
ABSTRACT A tool that make a stone (paving) in Porong, Sidoarjo, East Java still use man power to put raw material into dies and move dies from under to the above of.But the processing to make a stone is longer, the process takes too much time, and the result is not perfect or bad. Because of this matter, we design a tool would be faster in processing and with a better result. A tool that will be used is using an hydraulic system, so tool that used manpower to put raw material into dies and move dies from under to the above but now changed to be a tool that use motor and hydraulic pump as the pressure tool and oil as the working fluid in it. This tool required 4/3 spring centered manually actuated that useful to make the cylinder move extend and retract as on the planning. From design and result shown that the pressure force is 51192,68 N with diameter of cylinder’s : piston diameter = 0,080 m, rod diameter = 0,045 m, stroke = 0,51 m. After that we had a pressure of cylinder by 1738,68 psi and capacity of pump by 4,2704.10-4 m3/s. by the way the power of motor also got by 8,37 Hp. Next any pressure force is 1007,82 N in a cylinder with diameter of cylinder’s : piston diameter = 0,040 m, rod diameter = 0,0224 m and stroke = 0,30 m. After that we had a pressure of a cylinder by 864,27 psi.Next any pressure in material cart is 840 N in a cylinder with diameter of cylinder’s : piston diameter = 0,040 m, rod diameter = 0,0224 m and stroke = 0,30m. After that we had pressure of a cylinder by 1730,578 psi.
iv
KATA PENGANTAR Alhamdulilllah, segala puji dan syukur dipanjatkan ke hadirat Allah SWT, yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penyusunan Tugas Akhir yang berjudul : “Perencanaan Sistem Hidraulik Sebagai Mekanisme Penggerak Pada Mesin Pencetak Paving Dengan Tipe 12 Produk”, dapat diselesaikan dengan baik. Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan yang harus dipenuhi oleh setiap mahasiswa Program Studi D3 Teknik Mesin FTI-ITS untuk bisa dinyatakan lulus. Dalam rangka tersebut maka disusunlah Tugas Akhir ini oleh penyusun dengan berusaha semaksimal mungkin untuk menguraikan serta menganalisa hal-hal yang berkaitan dengan Tugas Akhir ini. Selain itu Tugas Akhir ini juga merupakan suatu bukti yang dapat diberikan kepada almamater dan masyarakat untuk kehidupan sehari-hari. Selama waktu yang dibutuhkan untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini penyusun banyak memperoleh dukungan dari beberapa pihak. Dengan segala kerendahan hati penulis menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. ALLAH SWT. dan junjungan Nabiku Muhammad SAW. 2. Ayah dan Ibu (Alm) tercinta beserta kakak - kakak atas doa serta dukungannya sehingga terselesaikan Tugas Akhir ini. 3. Bapak Ir. Hari Subiyanto, MSc, selaku Koordinator Program Studi D3 Teknik Mesin FTI – ITS, yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk menempuh Tugas Akhir ini. 4. Bapak Dedy Zulhidayat ST. MT, selaku Koordinator Tugas Akhir Program Studi D3 Teknik Mesin FTI – ITS. 5. Bapak Ir. H. Syamsul Hadi, MT, selaku Dosen Pembimbing yang telah meluangkan waktu dan tenaga serta bantuannya baik moril maupun materiil
untuk
memberikan
bimbingan
kepada
penulis
selama
menyelesaikan Tugas Akhir ini.
v
6. Bapak Ir. Subowo, Msc, selaku Dosen Wali yang telah memberikan nasehat dan semangat kepada penulis sehingga Tugas akhir ini dapat terselesaikan. 7. Bapak Dosen Tim Penguji yang telah banyak memberikan masukan dan saran guna kesempurnaan Tugas Akhir ini. 8. My Love M@ma Ninik yang telah memberikan banyak dorongan, semangat, cinta dan kasih sayang serta do’a yang sangat berarti bagiku. 9. Rekan satu tim Tugas Akhir Moch. Choifin (Ucup) dan rekan – rekan d3mits 2002 : (Cokro trims atas dasinya, Penyu trims atas sepatunya, Abied, Ade, Adi ndut, Adi kecap, Adimul, Agung, Agus S., Aldi, Andra, Aan (Alm), Ardi, Arga, Arif B., Asad, Ayubi, Badrut, Basuki, Bayu, Copet, Damai, David, Dedi E., Dedi S., Diyah, Djibon, Dwi K., Doweh, Fais, Frenky, Glocon, Gunawan, Gusur, Haram, Hardianto, Haris, Haspar, Heri P., Heri W., Indra, Jazil, Jufri, Kake’, Kandank, Kenanga, L. Bagus, Ma2k, Mansur, Mat, Mbenx, Ndaru, Ogie’, Pri, Puguh, Rafief, Riky, Sarjono, Sawab, Sigit, Sony, Tohir, Topan, Umar, Untung, Wadlik, Wahyu, Wi2n, Yitno, Zamroni, Ziko. 10. Teman – teman kost Gebang Rodah Sekolahan 16 dan Gebang Wetan Gg 1 No.06 serta semua pihak yang tidak mungkin disebutkan satu-persatu, terima kasih atas dukungan dan bantuannya sehingga Tugas Akhir ini dapat terselesaikan. Kekurangan atau ketidaksempurnaan tentu masih ada, namun bukan sesuatu yang disengaja, hal tersebut semata-mata disebabkan karena kekhilafan dan keterbatasan pengetahuan yang dimiliki. Oleh karena itu kritik dan saran yang membangun sangat diharapkan demi kesempurnaan Tugas Akhir ini. Akhir kata, semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi pembaca dan mahasiswa, khususnya mahasiswa Program Studi D3 Teknik Mesin FTI – ITS. Surabaya, Januari 2006 Penyusun
vi
DAFTAR ISI
COVER ……………………………………………………………………………i LEMBAR PENGESAHAN…………………..…………………………………..ii ABSTRAKSI ……..……………………………………………………………...iii ABSTRACT ……...………………………………………………………………iv KATA PENGANTAR ………………………..…………………………………..v DAFTAR ISI…………………………………………………………………….vii DAFTAR GAMBAR ……………………………………………………………xi DAFTAR TABEL………………………………………………………………xiii DAFTAR LAMPIRAN ………………………………………………………...xiv
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar belakang ……………...………………………………………1 1.2 Perumusan masalah ………...………………………………………1 1.3 Batasan masalah …………...……………………………………….2 1.4 Tujuan ……………………...……………………………………….2 1.5 Sistematika penulisan ……...……………………………………….3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Proses konversi energi sistem tenaga hidraulik …...………………..4 2.2 Hukum Pascal……………………………………..………………….5 2.3 Transmisi gaya hidraulik ………………………….…………………6 2.4 Transmisi tekanan ………………………………………………….8 2.5 Persamaan kontinuitas ……………………………………………...9 2.6 Daya hidraulik ……………………………………………………...9 2.7 Persamaan energi ………………………………………………….11 2.8 Sistem distribusi …………………………………………………..14 2.8.1 Pipa …………………………………………………………14 2.8.2 Hose
……………………………………………………….16
2.9 Aliran hidraulik dalam pipa ……………………………………….17 2.10 Aliran laminer dan turbulen ………………………………………...17
vii
2.11 Bilangan Reynolds ………………………………………………….18 2.12 Persamaan Darcy ……………………………………………………19 2.12.1 Kerugian mayor
…………………………………………19
2.12.2 Kerugian minor …………………………………………….21 2.13 Fluida hidraulik ……………………………………………………..22 2.14 Peralatan komponen hidraulik………………………………………26 2.14.1 Pompa hidraulik ……………………………………………26 2.14.2 Reservoar…………………………………………………...30 2.14.3 Aktuator…………………………………………………….32 2.14.4 Katup (valve) ……………………………………………….34 2.14.5 Saringan (strainer) ………………………………………….38 2.15 Poros ………………………………………………………………...39 2.15.1 Macam – macam poros …………………………………….40 2.15.2 Hal penting dalam perencanaan poros ……………………..40 2.15.3 Perencanaan poros secara garis besar………………………41 2.16 Bantalan……………………………………………………………..43 2.16.1 Macam – macam bantalan ………………………………….43 2.16.2 Perencanaan bantalan ………………………………………46 2.17 Analisa posisi sudut…………………………………………………49 2.17.1 Pergerakan mekanisme cetakan bawah …………………….49 2.17.2 Pergerakan mekanisme kereta bahan ………………………51
BAB III METODOLOGI PERENCANAAN 3.1 Diagram alir…………………………………………………………55 3.2 Sirkuit hidraulik……………………………………………………..57
BAB IV PEMBAHASAN 4.1 Skema hidraulik……………………………………………………..59 4.2 Perhitungan tekanan perencanaan …………………………………..60 4.3 Pemilihan pipa ………………………………………………………62 4.4 Pemilihan hose ……………………………………………………...63 4.5 Memilih komponen hidraulik ……………………………………….63
viii
4.5.1 Directional control valve …………………………………….63 4.5.2 Check valve ………………………………………………….63 4.5.3 Strainer ………………………………………………………63 4.6 Kerugian tekanan (head loss) ……………………………………….63 4.6.1 Head loss mayor ……………………………………………..64 4.6.2 Head loss minor……………………………………………...67 4.7 Menentukan pompa …………………………………………………69 4.8 Menentukan daya motor …………………………………………….70 4.9 Perhitungan pada silinder penggerak cetakan bawah ………………71 4.9.1 Perhitungan kerugian perpipaan …………………………….71 4.9.2 Perhitungan tekanan perencanaan …………………………...76 4.9.3 Perhitungan gaya dan kecepatan silinder ……………………77 4.10 Perhitungan pada silinder penggerak kereta bahan …………………78 4.10.1 Perhitungan kerugian perpipaan ……………………………..78 4.10.2 Perhitungan tekanan perencanaan …………………………...83 4.10.3 Perhitungan gaya dan kecepatan silinder ……………………84 4.11 Analisa gaya dan kecepatan ………………………………………...85 4.11.1 Gaya pada mekanisme penggerak cetakan bawah …………85 4.11.2 Gaya pada mekanisme penggerak kereta bahan …………….89 4.11.3 Kecepatan pada mekanisme penggerak cetakan bawah …….94 4.11.4 Kecepatan pada mekanisme penggerak kereta bahan ……….95 4.12 Perencanaan dan pemilihan poros …………………………………..96 4.12.1 Poros 1 ……………………………………………………….96 4.12.2 Poros 2 ……………………………………………………103 4.12.3 Poros 3 ……………………………………………………..110 4.12.4 Poros 4 ……………………………………………………..116 4.13 Perencanaan dan pemilihan bantalan ……………………………...123 4.13.1 Bantalan untuk poros 1……………………………………..123 4.13.2 Bantalan untuk poros 3……………………………………..125 4.14 Perhitungan posisi sudut …………………………………………..128 4.14.1 Pergerakan mekanisme cetakan bawah …………………….128 4.14.2 Pergerakan mekanisme kereta bahan ………………………133
ix
BAB V KESIMPULAN……………………………………………………….142
DAFTAR PUSTAKA ………………………………………………………….144 LAMPIRAN ……………………………………………………………………145
x
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Skema perubahan energi pada excavator.......................................... 4 Gambar 2.2 Distribusi tekanan pada ruang tertutup ............................................. 6 Gambar 2.3 Prinsip hukum Pascal ........................................................................ 6 Gambar 2.4 Skema pemindah gaya hidraulik ....................................................... 7 Gambar 2.5 Skema transmisi gaya........................................................................ 8 Gambar 2.6 Kontinuitas aliran.............................................................................. 9 Gambar 2.7 Silinder hidraulik............................................................................. 10 Gambar 2.8 Sistem pipa untuk mendapatkan persamaan Bernouli .................... 12 Gambar 2.9 Tekanan dan gaya yang terjadi di dalam pipa................................. 15 Gambar 2.10 Aliran laminer ................................................................................. 18 Gambar 2.11 Aliran turbulen ................................................................................ 18 Gambar 2.12 Moody diagram............................................................................... 21 Gambar 2.13 Grafik efisiensi hidraulik sebagai fungsi dari viskositas ................ 24 Gambar 2.14 Istilah dari viskositas untuk operasi sistem hidraulik ..................... 24 Gambar 2.15 Fluida hidraulik sebagai sealing...................................................... 25 Gambar 2.16 Pompa roda gigi eksternal............................................................... 29 Gambar 2.17 Pompa roda gigi internal ................................................................. 30 Gambar 2.18 Konstruksi dari reservoar ................................................................ 31 Gambar 2.19 Silinder single acting....................................................................... 32 Gambar 2.20 Silinder double acting ..................................................................... 33 Gambar 2.21 Pressure relief valve ........................................................................ 35 Gambar 2.22 Operasi check valve ........................................................................ 36 Gambar 2.23 Katup 4/3 spring centered manually actuated ................................. 37 Gambar 2.24 Katup four way air pilot actuated.................................................... 38 Gambar 2.25 Operasi dari solenoid untuk menggeser spool ................................ 38 Gambar 2.26 Strainer ............................................................................................ 39 Gambar 2.27 Susunan bantalan gelinding............................................................. 45 Gambar 2.28 Pergerakan mekanisme cetakan bawah............................................49 Gambar 2.29 Pergerakan lengan AB dan silinder hidraulik.................................. 51 Gambar 2.30 Pergerakan lengan AB dan BC........................................................ 53
xi
Gambar 3.1 Diagram alir perencanaan ............................................................... 55 Gambar 3.2 Sirkuit hidraulik .............................................................................. 57 Gambar 3.3 Tuas Penggerak Mesin Pencetak Paving......................................... 58 Gambar 4.1 Skema hidraulik (depan) ................................................................. 59 Gambar 4.2 Skema Hidraulik (samping)............................................................. 60 Gambar 4.3 Perencanaan hidraulik cetakan bawah............................................. 85 Gambar 4.4 Perencanaan hidraulik kereta bahan................................................ 89 Gambar 4.5 Poros 1 tampak atas......................................................................... 97 Gambar 4.6 Poros 2 tampak atas........................................................................103 Gambar 4.7 Poros 3 tampak atas........................................................................110 Gambar 4.8 Poros 4 tampak atas........................................................................116 Gambar 4.9 Distribusi gaya pada bantalan 1..................................................... 123 Gambar 4.10 Distribusi gaya pada bantalan 3..................................................... 125 Gambar 4.11 Pergerakan mekanisme cetakan bawah..........................................128 Gambar 4.12 Pergerakan lengan AB dan silinder hidraulik................................ 133 Gambar 4.13 Pergerakan lengan AB dan BC...................................................... 136
xii
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Harga kekasaran permukaan pada berbagai pipa.................................20 Tabel 2.2 Faktor K untuk katup dan fitting..........................................................22 Tabel 2.3 Kesesuaian sifat fluida hidraulik..........................................................26 Tabel 2.4 Perbandingan pada berbagai jenis pompa............................................28 Tabel 2.5 Perbandingan dari berbagai jenis motor ..............................................34 Tabel 3.1 Prinsip kerja tuas DCV.........................................................................58
xiii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran A Pemilihan komponen hidraulik Lampiran B Pemilihan material Lampiran C Angka keamanan Lampiran D Pemilihan motor listrik Lampiran E Poros Lampiran F Bantalan Lampiran G Standart konversi Lampiran H Hasil pengujian
xiv
