RANCANG BANGUNPENGANGKAT DUDUKAN KAPASITAS 100 KG UNTUK PRAKTIKUM RADIOGRAFI

SEMINAR NASIONAL II SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER 2006 ISSN 1978-0176

Daftar Isi

RANCANG BANGUNPENGANGKAT

DUDUKAN

KAPASITAS 100 KG UNTUK PRAKTIKUM RADIOGRAFI SUROSO, DJOKO MARYANTO

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN Jl. Babarsari Kotak Pos 6101 YKBB Yogyakarta 55281 Telepon 0274-484085, 489716, Faksimili 0274-489715 Abstrak RANCANG BANGUN PENGANGKAT DUDUKAN KAPASITAS 100 Kg UNTUK PRAKTIKUM RADIOGRAFL Telah dilakukan perhitungan, perancangan dan pembuatan dari peralatan yang dapat menahan beban 100 kg dan membuat gerakan vertikal naik-turun dengan tujuan mendapatkan ketinggian atau jarak tertentu. Perancangan dan pembuatan meliputi perhitungan beban atas tegangan yang bekerja, penentuan dimensi dan ukuran, pemilihan bahan, pembuatan, pengujian dan pembahasan. Hasil rancang bangun berupa sebuah peralatan Sistem Pengangkat Beban Kapasitas 100 kg yang terdiri dari batang ulir, tabung ulir, roda gigi, bearing, blok bantalan dan bushing, ditumpu pada rangka dalam, rangka luar. Dimaksudkan untuk mengurangi waktu bagi para praktikan berada pada laboratorium radiografi agar resiko radiasi menjadi lebih keci!. Kata kunci : pengangkat, vertikal, batang ulir, laboratorium.

Abstract

A DESIGN FOR LIFTING LOAD WITH A CAPACITY OF 100 KG FOR RADIOGRAPHY. Equipment that can hold a weight of 100 kg and can move up and down vertically has been calculate, designed and made to obtain a certain height or distance. The designing and making included weight calculation on working strength, determination of dimension and size, material selection, production, testing and discussion. The product of design is an equipment for a leverage. System for a capacity weight of 100 kg consisting of a screw shqft, a nut/screw cylinder, gear, bearing, a bearing block and bushing, supported by an interior and exterior frames. This equipment is intended to reduce time for the practitioners in the radiography laboratory in order to lessen the radiation risk. Key word: Lifting, Vertical,k Screw shaft, Laboratory

PENDAHULUAN Salah satu aplikasi teknologi nuklir dibidang industri adalah inspeksi material yang dilakukan dengan metode Non Desstruktive Test (NDT) atau uji tak rusak. Pada inspeksi uji tak rusak berlaku adanya persyaratan standard yang mengatur masalah cara-cara pengujian atau sequen inspeksi menggunakan sumber radiasi (source) baik itu gamma ray atau x-ray. Peralatan mekanik yang akan dilakukan rancangbangun untuk menunjang sistem pengujian "Uji Tak Rusak" (UTR) dengan

Suroso dkk

353

teknik radiografi adalah sistem pengangkat dudukan benda uji yang digerakkan oleh motor stepper. Pada dasamya peralatan ini dirancang seperti dongkrak untuk menggerakkan dudukan dengan menggunakan ulir daya/sekerup pengangkat di putar oleh transmisi gigi dengan daya yang bersumber dari motor stepper Sistem ini sangat cocok untuk mengangkat beban dengan jarak yang pendek . Sistem ini mampu mengangkat dan menahan beban 100 kg dan dapat melakukan gerakan naik turun, yang perlukan untuk mendapatkan ketinggian atau jarak SFD yang tepat antara

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN

SEMINAR NASIONAL II SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER 2006 ISSN 1978-0176 benda uji terhadap sumber atau focal spot dari X-ray atau Gamma ray. Sistem pengangkat beban terdiri dari seperangkat mekanik yang mampu mendukung persyaratan di atas termasuk tenaga penggeraknya. Tenaga penggerak direncanakan menggunakan motor stepper beserta sistem kontrolnya. Gerak naik dan turun dari sistem pengangkat dilakukan oleh ulir daya yang diputar oleh transmisi roda gigi yang digerakkan oleh motor. Peralatan mekanik yang dirancang-bangun terdiri dari Batang Ulir, Tabung Ulir, Bearing, Roda gigi, Rangka dan Motor Stepper. Tujuan dari rancang-bangun ini adalah untuk mengatur posisi benda uji terhadap sumber yang menunjang peralatan laboratorium radiografi.

source to film distance (SFD) diatur dengan menggunakan persamaan : UG

= (F x D) / D

(1)

dengan : geometris (unsharpness Ug = Ketidaktajaman geometris), mm F = Ukuran sumber radiasi, yakni dimensi proyeksi ukuran sumber radiasi (focal spot) pada bidang yang tegak lurns pada jarak D dari sambungan las atau benda yang diradiasi, mm D = Jarak, dalam mm, dari sumber radiasi ke sambungan las atau benda yang diradiasi. d

= Jarak, dalam mm, dari permukaan

DASAR TEOR!

Dari persamaan di atas jarak sumber ke film atau source to film distance (SFD), perlu pengaturan untuk memperoleh SFD yang tepat.

Prinsip Radiografi adalah sumber radiasi dilewatkan pada benda uji (specimen), intensitas transmisi yang ditangkap dengan detektor (film). Perbedaan intensitas ini setelah film diproses dinyatakan sebagai perbedaan densitas.

Ulir Sekrup Untuk uraian gaya yang beketja pada ulir pengangkat, dapat dilihat pada Gambar 2. Dasar perhitungan gaya-gaya pada ulir dapat dilihat pada Gambar 2, diambil (Asril Abbas, 1952). Hubungan segitiga pqr dan segitiga ANL, sehingga didapatkan persamaan sebagai berikut : pr : rq = AL : LN

ndr:S

=L:K

K = L. S/(n df)

Gambar 1. Proses Pembentukan Bayangan Pada Film Dalam Teknik Radiografi Sinar X . Sumber Classroom Training Handbook, Nondestructive Testing, 1983 Transmisi radiasi ditangkap atau diproyeksikan ke film radiografi oleh karena reaksi fotokimia, bagian ini akan menjadi lebih hitam dibandingkan dengan bagian lainnya, seperti digambarkan pada Gambar 1. Ana/isis radiograf untuk menentukan cacat atau defect dari benda uji tersebut. Agar diperoleh radiograf yang baik dimensi sumber dibuat kecil dan jarak sumber ke film atau


las

atau benda sebelah penyinaran ke film.

(2)

Gaya K, yang diperlukan untuk mengangkat beban L keatas sepanjang bidang miring bila tidak ada gesekan. Jika gesekan diperhitungkan maka diperlukan gaya W. Dalam ilmu gaya (mekanika) dapat ditulis persamaan segitiga di atas menjadi : K

K

=

L

tg

Y

+ W = L ( tg

(y

Rendemen ulir sekrup : TJ Tegangan memperhitungkan (J

__

354

=

(3)

S x 100 %(4) s+ 1t.1t.q

tekan dalam teras beban dibagi luas :

L_

d - n/4.dk

+ /-l))

ulir

(5)

2

Surosodkk

SEMINAR NASIONAL II SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGY AKARTA, 21-22 DESEMBER ISSN 1978-0176

2006

dengan = Tegangan tekan. ad L = Beban kg dk = Garis tengah teras (dalam em) Momen puntir yang terjadi pada pusat adalah Mw, sehingga Tegangan puntir dihitung dengan : 't = ~ w

= 112.df(Wi-K) _ .df(W+K) 0,2.dk

Ww

O,4.dk

(6)

dengan Mw = Momen puntir = Yz df (W + K)

Ww df

= Tahanan puntir = 0,2 dk2 = garis tengah sisi, dk = garis tengah teras Tahanan gesek yang tetjadi antara bidang ulir pada bout dan mur adalah : W

= N xll

(7)

dengan : N = tekanan normal, biasanya 1,2 P 11 = koefisien gesekan baja = 0,15 = adalah sudut miring ulir Y

p

Gambar 2 Gaya-gaya Pada Ulir Sekrup, Sudut Lereng dan Sudut Gesek

Ulir Pengangkat

Ulir atau sekrup pengangkat untuk beban-beban yang besar, sudut lereng ulir diupayakan kecil, dengan tujuan agar gaya untuk mengangkat beban relatif kecil, karena harns diperhitungkan, adanya gesekan, oleh karena itu harga rendemen 11 perlu diperhitungkan. Jika harga 11 = 10 % , torsi untuk naik, maka persamaan ulir pengangkat untuk menaikkan beban menjadi : Waktu naik T >L

r

tg (y

+ 11) 1,1

Suroso dkk

p

(8) Lc = L

Waktu turun (9) T > L r tg (y - 11) 1,1 dengan = Torsi T = beban(kg) L r = jari-jari rerata jalan sekerup em Perhitungan

Beban P yang bekerja pada batang dengan panjang L dengan kedua ujung ditumpu sendi seperti tertera pada Gambar 3. (Ferdinand P Bear, 1988), jika pada ujung-ujung batang mendapat beban, maka berlaku rumus Euler:

Gambar 3. Gaya Lengkung Yang Bekelja Pada Batang

batang terhadap gaya lengkung

355


SEMINAR

NASIONAL

II

SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGY AKARTA, 21-22 DESEMBER 2006 ISSN 1978-0176

akan menimbulkan momen bengkok. Kekuatan gigi dapat ditentukan dengan persamaan sebagai berikut :

(10)

MB=WB xcrB

dengan : P cr

Beban Kritis, P < P cr (dalam Newton) Modulus elastisitas bahan (dalam N/mz ) Cross section dari batang (m) Panjang batang (m)

E

I

= =

L

Momen bengkok = P x H Tahanan bengkok = 1/6 b. hZ Tegangan bengkok yang diijinkan dari bahan

Mb Wb

P

Gaya yang bekeIja Tinggi profil gigi Lebar gigi dan h

H

Roda Gigi Pada sebuah alat yang menggunakan rangkaian transmisi putar atau roda gigi seperti Gambar 4, mempunyai ketentuan sebagai berikut: Nilai dari perbandingan jumlah putaran roda gigi 1 (nj) denganjumlah putaran roda gigi 2 (n2), sarna besamya dengan nilai dari perbandingan diameter roda gigi 2 (D2) dengan dan sarna juga diameter roda gigi 1 (Dj), dengan perbandingan jumlah gigi roda gigi 2 (Z2) dengan jumlah gigi roda gigi 1(Zj) (Anwari, 1980).

b

,j

...

"'T'

I

".

sehingga dapat ditulis :

PH

/_----~._.-

H Gambar 4 Perbandingan

M t

Transmisi Roda Gigi

D] Dz

: diameter pitch roda gigi 1 : diameter pitch roda gigi 2 n] : jumlah putaran roda gigi 1 n2 : jumlah putaran roda gigi 2 Z] : Jumlah gigi roda gigi 1 Z2 : Jumlah gigi roda gigi 2 Dari uraian dan gambar di atas dapat dirumuskan sebagai berikut: Dz 1=-=-=-

Zz

D]

Z]

n]

nz

i : perbandingan

(13)

= 1,8 M = 1,8

t n

-

= 0,57t

= Modul gigi = tin

= jarak antara gigi.

Roda gigi bekerja untuk menghasilkan daya tertentu dan dengan putaran yang tertentu, maka gaya yang bekeIja pada gigi dapat dihitung dengan persamaan :

P=71620 -

N

n.R

dengan P N n R z

(11)

tansmisi

Momen lengkung Gigi pada roda gigi menerima gaya P seperti tertera pada Gambar 5, gaya tersebut


= 1/6 b. h2. crb

Dari tabel untuk gigi evolvente harga H berbanding dengan modul (M) dan jarak antara (t) adalah :

I I

.

/

/

Gambar. 5. Skema Gaya Pada Gigi

l1/iJ/'-', ./

= Tebal gigi

~t

I 2

(12)

dengan

R

(14)

= Beban dalam kg = Daya dalam HP = Putaran = rpm = Jari-jari dari diameter gigi = Banyaknya gigi = (z . M)/2

Ukuran profil gigi biasanya ditentukan dengan modul (M), dan jarak gigi t = n. M,

356

Surosodkk


(Asril Abbas, 1952) besamya modul gigi untuk suatu roda gigi dapat ditentukan dengan persamaan : b

M2

= ± 50 000 OOO~

(15)

n,z'O'b

dengan: b = panjang gigi atau lebar jari-jari dalam em M = Modul atau jari-kutub gigi2 t.dalam.mm 1t

N = Tenaga yang hams dipindahkan dalam HP n = Putaran dalam rpm z = Banyaknya gigi R = Jari-jari dari diameter gigi

tebal'gigi

crb

= Tegangan bengkok yang diijinkan dalam kg/em2

Untuk menentukan ukuran dimensi roda gigi dengan jumlah gigi (Z) dan modul gigi (M) dan diameter (D) menurut Asril Abbas, 1952 dapat dihitung. Bagian-bagian dimensi roda gigi dapat ditunjukkan pada Gambar 6. Diameter luar atau lingkaran kepala, linkaran dasar, lingkaran kaki, tebal gigi, lebar lekuk. Untuk menentukan ukuranldimensi dapat ditentukan sebagai berikut : Diameter tusuk (lingkaran dasar) D = Z x M Diameter luar (lingkaran kepala) Dl = D + 2 (0,8 M) Diameter kaki (lingkaran kaki) Dk D 2 (M)

lebar lekuk

modu Ius = ----jarak antara

lingkaran kaki

Tt-

Gambar. 6. Profil Roda Gigi dan Isti1ah Da1am Dimensi Roda Gigi

Sistem Kelistrikan Motor Stepper Untuk dapat mengendalikan suatu motor stepper agar bekerja berputar seperti yang diinginkan, perlu dije1askan beberapa hal pokok tentang prinsip dasar motor stepper, data putar yang hams diberikan ke motor stepper serta rangkaian driver atau penggerak elektroniknya. Motor stepper termasuk ke1ompok motor de yang mempunyai beberapa fase tegangan dan beroperasi pada tegangan rendah. Motor ini terdiri dari rotor yang terbuat dari magnet permanen dan stator yang berisi kumparan kawat email. Motor ini juga mempakan motor sinkron sehingga terdapat hubungan antara perintah dan pembahan posisi yang dihasilkan. Oleh karena itu motor stepper mempunyai ke1ebihan yaitu dapat dikendalikan atau diprogram sesuai data putar yang diberikan. Kekurangan pada motor stepper adalah

Suroso dkk

357

pereepatan dan perlambatan putar yang terputus-puttus dan standar yang terbatas. Meskipun demikian, sebuah obyek dapat dipindahkan oleh motor stepper seeara teliti, baik gerak arah putar maupun keeepatannya. Kekurangan tersebut dapat diatasi dengan eara menyesuaikan tegangan yang diperlukan, memperbaiki struktur, ukuran kumparan dan bentuk ee1ahudara. METODEPERANCANGAN Bahan yang digunakan dibedakan menjadi beberapa bagian, di antaranya seperti roda gigi, poros/batang uHr, tabung ulir , duduka bearing, bearinglbantalan, rangka. Bahan yang digunakan hams mempunyai daya tahan yang baik dan mudah untuk dikerjakan, tahan aus, mempunyai permukaan yang licin, mampu menahan beban gaya tarik atau tekan,


SEMINAR

NASIONAL

II

SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER2006 ISSN 1978-0176

tidak mudah patah, tahan terhadap puntiran. Sehingga dipiLIH bahan sebagai berikut : Batang ulir : Fe 360 Tegangan tekan ad 60-100 N/mm2, Tabung Ulir : Yellow Brass Tension 540 MPa, Shear 300 MPa. Gigi transmisi : Yellow Brass Tension 540 MPa, Shear 300 MPa Dudukan bearing : Yellow Brass Tension 540 MPa, Shear 300 MPa Kerangka : Dari besi siku L 25x25 x2,5 mm Plat penyangga.Plat besi siku L 3,5 x3,5 x 35 mm tebal : 2 mm Sistem pengangkat dudukan benda uji yang menggunakan motor stepper dirancang seperti gambar, diharapkan mampu mengangkat

beban (berupa benda uji dan alas benda uji) kurang lebih 70-100 kg, motor steper sebagai penggerak sudah tersedia dengan spesifikasi Voltage = 24 Volt, 7,5 Ampere, 1,8 degree. Sebagai dasar untuk perhitungan-perhitungan. PEMBAHASAN Sistem pengangkat dudukan yang menggunakan penggerak motor stepper dirancang seperti gambar nomor 7, diharapkan mampu mengangkat beban dengan kapasitas 100 kg yang terdiri dari berat alat dan benda uji atau sampel. Untuk referensi terdapat motor steper sebagai penggerak dengan spesifikasi Voltage = 24 Volt, 3,2 Ampere, 1,8 degree.

13 10

9

6

12

, ' . I -I Gambar 7. Sistem Pengangkat

11. Bout penahan 12. Plat penyangga 13. Rol jalan

Keterangan : 1. Batang Ulir 2. Tabung Ulir 3. Roda gigi 4. Bearing 5. Bantalan (rumah bearing) 6. Bushing 7. Plat Penyangga spesimen 8. Rangka dalam 9. Rangka luar 10. Penahan batang ulir


Dudukan Benda Uji

Cara keIja sistem adalah sebagai berikut : Jika tabung ulir (2) yang disatukan dengan roda gigi (3) digerakkan oleh roda gigi pada motor stepper, maka batang ulir (1) akan bergerak vertikal yang dapat berupa gerak naik atau gerak turon, karena batang ulir (1) diikatkan pada rangka dalam (8) dengan bout M 12 (11), sehingga rangka dalam/meja akan ikut terbawa

358

Suroso dkk

SEMINAR NASIONAL II SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGY AKARTA, 21-22 DESEMBER 2006 ISSN 1978-0176

gerakan ulir tersebut. Untuk mendukung agar gerakan putar tabung ulir ringan dan sentris, tabung ulir didukung oleh dua buah bearing (4) dan blok bantalan (5). Blok bantalan dipasang terikat dengan rangka luar (9) dengan menggunakan bout. untuk menahan gerakan tabung ulir dan roda gigi, agar tetap berada pada tempatnya, (diam ditempat). Dalam peraneangan ini ulir sekrup sebagai dasar dalam perhitungan. Kecepatan gerak angkat Pengangkat dudukan untuk fasilitas laboratorium radiografi, dipersyaratkan mempunyai kemampuan menahan beban dengan kapasitas 100 kg dan dapat bergerak naik turon, dengan keeepatan 5 em untuk tiap menit dan tinggi angkat 20 em. Untuk keperluan tersebut di atas dipilih ulir pengangkat dengan kisar atau jarak puneak 5 mm, sesuai dengan normalisasi ulir, yang terdapat pada lampiran 2, maka d = 22 mm, dtb = 16,5 mm, dr = 19,5 dan k = 5 mm. Untuk ulir dengan kisar 5 mm, maka dalam 1 putaran dapat melakukan gerakan naik setinggi 5 mm. 1 putaran = 5 mm, untuk mendapatkan ketinggian 20 em = 200 mm dalam 5 menit maka : Ulir harus berputar = 200 putaran/5 menit =

5

40 putaran/5 menit = 8 putaran /menit. Untuk 1 putaran bergerak 5 mm maka dalan 8 putaran tiap menit dapat bergerak ketinggian angkat setinggi = 8 x 5 mm = 40 mm atau (v) = 4 emlmenit.

Rendemen ulir pada diameter luar d = 22 mm, dtb = 16,5 mm, dr = 19,5 danjarak puneak

S

x100 %,

S .. JlooJl··1tf

(Asril Abbas, 1952). Untuk Jl adalah koefisien gesek antara mur atau tabung dengan batang ulir = 0,1 didapatp=

5 x 100 % = 16,5% 5..0,1..3,14.. 19,5

Daya untuk mengangkat beban

Suroso dkk

Daya rugi pada gesekan bearing Daya rugi pada gesekan bearing yang terjadi (G.Niemann, 1999) adalah :

dengan : Ql = gaya normal (pembebanan pada rol), F

= lengan tuas dari gesekan rol (untuk bantalan yang masih baik 0,05 mm),

Dl

= diameter elemen rol. maka momen gesek yang tetjadi pada bantalan adalah : 50

= 2. 100 . 0,05 x ""5

MR

= 100 kg.mm

= 0,1 kg.m

Sehingga daya rugi yang (G.Niemann, 1999) adalah: P = MR. 2.1t.N, dengan

tetjadi

n=8rpm = 0,1 kg.m. 2 . 3,14 . 8/60 = 0,0837 kg.mldt

200.mm = 0,2.m - 0,000666 meter/d'k v= --etl 5.menit 5.x.60.dt

S = 5 mm., didapat p =

Daya yang dibutuhkan untuk mengangkat beban 100 kg dengan keeepatan angkat 4 emlmenit adalah : Daya = P x v = 100 kg xO,000666 meter/detik = 0,0666 kgrnldetik Untuk rendemen mekanik 16,5 %, maka dapat ditulis kebutuhan daya : Daya yang diperlukan N = (100/16,5) xO.0666 kgmldetik= 0,403 kgmldetik

359

Daya total yang dibutuhkan = Daya untuk menaikkan beban + daya rugi gesek bantalan = 0,403 kg.mldt + 0,0837 kg.mldt = 0,4867 kg.mldt Daya

0,4867 ---HP 75

yang dibutuhkan

0,4867 = --x 730 watt = 4,73 watt 75

Jika sebagai penggerak dipilih menggunakan motor stepper, dengan spesifikasi mempunyai kemampuan untuk memberikan arus minimum 3,2 Ampere setiap fasenya

Seko/ah Tinggi Tekn%gi Nuklir-BATAN

SEMINAR NASIONAL II SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER 2006 lSSN 1978-0176

dengan tegangan de 24 volt, sehingga daya dari motor stepper tersebut : N motor = I x v = 3,2 Amp x24 Volt N motor = 76,8 watt. Maka motor stepper dianggap mampu sebagai penggerak. Perhitungan

Untuk perhitungan sudut lereng y perlu dihitung dm, untuk itu dm dapat dihitung dengan: df = (22 + 16,5) / 2 = 19,25 mm, kini 5

sudut lereng y ialah tg y: = ll".19,25 = 0,067, sehingga y = 30 30', jika diumpamakan tg 11 = 0,1, jadi 11 = 50 50' maka tg (y + 11) = tg (90 20') = 0,167.

Batang Ulir

Batang ulir yang direncanakan adalah batang ulir yang dapat mengangkat beban sebesar 100 kg dengan tinggi angkatan 20 em. Sesuai dengan tabel pada lampiran 2, jenis ulir dipilih trapesium cocok sebagai ulir pengangkat dengan kisar 5. Dari data tabel (terlampir) didapat : garis tengah luar (d ) = 22 mm; garis tengah teras (dtb ) = 16,5 mm; dalarnnya ulir (tl) = 2,25 mm; kisas (k) = 5 mm Adapun gaya-gaya yang bekerja pada bidang miring, maupun tegangan-tegangan yang harus diperhitungkan pada batang ulir dapat dijelaskan pada bab ini. Tegangan tekan pada batang ulir :

Tegangan tekan pada Batang Ulir dalam teras dengan beban 100 kg, dapat diketahui dari beban per satuan luas. (Asril Abbas, 1952) Tegangan tekan crt :

gaya untuk menaikkan beban Batang ulir dibuat dengan diameter rusuk atau df = 19,25 mm, jarak puncak 5 mm, L adalah beban 100 kg, sehingga gaya lereng S 5 Gaya K = L x -= 100 x ---Perhitungan

1t •• df

3,14x19,25

= 8, 27 kg Gaya W yang berguna untuk mengatasi tahanan gesekan adalah: Gaya W = px

11

= 100 xO,1 = 10 kg

sehingga gaya total untuk menaikkan beban 100 kg dan mengatasi gaya gesekan yang terjadi 8,27 kg + 10 kg = 18,27 kg Perhitungan

torsi

Gaya yang diperlukan untuk menaikkan beban 100 kg dengan kisar sebesar 5 mm, garis tengah teras (dtb) 16,5 mm dan dr = 19,5, bila beban itu tidak turut berputar dengan batang ulir, maka gesekan pada kepala harus diperhitungkan. Oleh karena besarnya rendemen 11 = 16,5 %, maka berdasarkan rumus II - 8, untuk menghitung torsi yaitu gaya K x panjang I, dapat dihitung sebagai berikut : lika diperhatikan pada Gambar 15 Gaya K x I adalah torsi (T) pada batang ulir : T ~ L r tg (y + 11) 1,165 ~ 100. (1,925/2). (0,167) 1,165 ~ 0,17138 kgm

0

Bahan batang ulir dari Fe 360 dengan tegangan tekan yang diijinkan crt = Tegangan tekan.ijin dari tabel = 60 - 100 N/mm2 (lac. Stolk, 1984), jika L = 100 kg, jika dikonversi kedalam satuan metris menjadi : crd= 6000N/cm2= 611,62 kg/cm2

6000/9,81 kg/cm2 =

Maka tegangan tekan yang teIjadi pada batang ulir :

gaya lengkung Ulir pengangkat dengan beban L = 100 kg yang bekerja pada batang, dengan panjang L = 300 mm dan diameter inti 16,5 mm, akan teIjadi tegangang lengkung : Dari Rumus Euler II-lO : Perhitungan

ad =

100 0,785 ..1,65 ? =46,79 kg/cm2

Tegangan tekan yang teIjadi sebesar 46,79 kg/cm2 berarti < crt, Tegangan tekan.ijin dari tabel = 60 - 100 N/mm2• Dari tegangan yang teIjadi dapat ditentukan pengambilan nilai diameter teras batang = 16,5 mm, adalah aman.

dengan :


360

Suroso dkk


Pcr E 1 L

= Beban Kritis, P = 200 kg (faktor keamanan 2) = 1962 N, = Modulus elastisitas bahan 110 x 109 N/m2 (lihat lampiran 3) = Momen Inersia dari batang (m) = Panjang batang ulir 0,3 meter Sehingga didapat perhitungan : 1962..0,32. .110.x.109

n2

= 1,6264 X Sehingga diketahui :

10-10 meter4

luas

penampang

dapat

1 = (1/64) . n . d4 dengan : d = diameter batang ulir (meter) Sehingga, 1,6264 x 10-10 meter2 = (1/64) 63,14. d4 Untuk d4 = 0,000000003 meter4, d = 0,75 cm (diameter inti batang ulir = 16,5 mm, aman) Teori kelangsingan batang, menghitung besamya A, dan tegangan yang diijinkan al adalah :

kg/cm2. Tegangan tekan yang terjadi pada kolom, adalah sebesar ad = 46,79 kg/cm2. Sehingga ad < tegangan yang diijinkan

a. Maka kolom batang ulir, aman. Perhitungan

Tabung Ulir

Untuk menentukan ukuran batang ulir dan tabung ulir berbagai faktor hams diperhatikan, gaya-gaya yang bekeIja dapat bempa : beban aksial mumi, beban aksial bersama beban puntir, beban geser dan tekanan bidang . Tinggi tabung ulir dapat ditentukan dengan berdasar tekanan bidang yang diijinkan cro bidang yang singgung antara batang ulir dan tabung ulir. Juga diperhitungkan terhadap tegangan bengkok ab dan tegangan geser 'to yang teIjadi. Tabung ulir dibuat dari perunggu, maka diambil tekanan biadng Tekanan bidang cro = 10 N/mm2, harga tekanan bidang yang diijinkan menurut (Jac. Stolk, 1980) : cro < 15 N/mm2 bagi mur ulir perunggu (tabel tekanan bidang pada lampiran 4) karena beban dalam satuan metris (100 kg) ini setara dengan 981 Newton., maka didapat perhitungan tinggi tabung ulir : F cro

dengan : Lk = Panjang batang ulir (30 cm),

cro

Iy

= Momen inersia potongan batang ulir dengan (d 1,65 cm),

Iy Ap

= n/64 (d4)=0,3638cm4 = Luas potongan batang ulir dalam cm2, n/4 (d2)= 2,138 cm2

=

= .nn/4.(2,2

.nn/4.(

2

-dI2)

.•

n

981 -1,652) ..n < cro <15N/mm2

~81 2 < 15 N/mm2 -1,65 )..n maka, jumlah jalan ulir n didapat : .nn/4.(2,

n>

Sehingga :

A=

30 '0,3638

= 72,71 ;

2,138 dari hasil harga A sebesar 72,73, maka menumt tabel harga kelangsingan batang terhadap tegangan (sumber dari Heinz Frich, 1979, Kekuatan Bahan, Kanisius, Yogyakarta), tegangan yang diijinkan a sebesar = 887

Suroso dkk

361

981 =4 -1,652 )..15 Tinggi tabung ulir (H) = 4 x kisar = 4 x 5 = 20 mm, agar lebih stabil dibuat 35 mID.Harga tinggi ulir (H) ini juga karena pertimbangan teknis pembuatan. Dengan jalan ulir yang mendukung dibuat 35 mm atau 7 jalan ulir. Garis tengah dalam dari tabung ulir dibuat d = 22 mm , sedangkan garis tengah luar D dibuat 35 mm. Pada tabung ulir terdapat 4 bout M 6 .nn/4.(2,2


SEMINAR NASIONAL II SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER 2006 ISSN 1978-0176 yang dipasang untuk menghubungkan tabung ulir dengan roda gigi.

antara

roda gigi lurus. Keuntungan roda gigi lurus salah satunya adalah relatif mudah dalam proses pembuatan. Mekanik penggerak untuk pengangkat beban adalah ulir pengangkat dan tabung pengangkat yang digerakkan oleh roda gigi yang dipasaang pada tabung ulirMotor stepper mempunyai keeepatan angkat adalah v = 4 em/menit.

Tegangan bengkok dan tegangan geser pada tabung uUr Tabung ulir berputar bersama roda gigi untuk menggerakkan batang ulir bergerak vertikal naik atau turun untuk mendapatkan ketinggian tertentu hal ini menimbulkan tegangan bengkok. Tegangan bengkok juga terjadi karena tekanan beban.Untuk menggerakkan batang ulir bergerak vertikal dilakukan dengan memutar tabung ulir yang dilakukan dengan mekanik roda gigi. Ulir pada tabung ulir akan menerima beban aksial (Asril Abbas, 1952) yang besarnya sarna dengan yang diterima batang ulir. Beban aksial pada tabung ulir (mur) akan menimbulkan tegangan bengkok dan tegangan geser pada ulir, besarnya tegangan bengkok dapat ditentukan sebagai berikut: (Asril, 1952) Tegangan bengkok O"b : P

..

Jumlah gigi motor stepper yang (Zl) adalah 20 gigi, maka reduksi dan normal pada motor stepper yang dipilih rpm, Jumlah roda gigi Zz dieari, persamaan : . n1 Dz 1=-=-=nz Dl

't"D

1,57 ..7..2,2 =5,79kg/emz

Tegangan bengkok dan tegangan geser, akan mengakibatkan tegangan kombinasi yang disebut tegangan ideal. Tegangan ideal dapat ditentukan dengan persamaan : Tegangan ideal

Zl

Perhitungan gaya yang bekerja pada gigi Gaya yang bekerja pada gigi ditentukan oleh daya yang ditransmisikan, putaran gigi dan diamter gigi atau ruji-ruji roda gigi. Gaya yang bekerja pada gigi dapat dihitung sebagai berikut

P

1,57 ..H..d

Zz

nz = nl/i= 8 rpm = 5 x 20 = 100 gigi. Zz = i X Zl = 5 x 20 = 100 mm Dz = i X Dl

0,52 ..7..2,2 = 14 kg/emz

Untuk tegangan geser yang terjadi dapat ditentukan : P

tersedia putaran nl = 40 dengan

se h.. lllgga 1= -40 = 5 8

100

0,52 ..H ..d

v 40 = rpm = 8 rpm. S 5

Putaran roda glgl nz = -

Usaha

= gerak x jalan

1 HP

= kilogram meter tiap detik

O"i

N 75 kgm tiap detik =Px jalan ..yang ..dilalui detik

N 75 x 100 kgem = P x 2.1t.1t.R 60

= 17,22 kg/emz (Tegangan bengkok IJlll sehingga eukup aman)

O"b

P = 7500.N.60 2.1t.1t.R

Roda Gigi Pada pereneanaan roda gigi didasarkan pada keadaan roda gigi silindrik, yaitu bentuk dasar roda gigi ini ialah dua buah silinder yang saling bersinggungan menurut sebuah garis lukis, gigi dapat sejajar dengan garis lukis silinder (gigi lurus). Untuk itu roda gigi yang dipergunakan untuk memutar tabung ulir dipilih


P = 71620 N/n.R Daya N telah diketahui sebesar 0,403 kgm/detik = 0,403/75 = 0,00537 HP, maka besarnya gaya (P) : P=71620

362

-

N

n..r

Surosodkk

SEMINAR NASIONAL II SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER 2006 ISSN 1978-0176 b = 1,5 x 0,48 = 0,72 em = 7,2 mm

= 71620 0,00537.HP - 962 k 8..5 ' g

Dapat juga dihitung dari :

dengan : n = putaran motor stepper = 8 rpm r = diameter gigi = 100 mm, sehingga r = 5 em Gaya (P) = 9,62 kg

karena bentuk/profil Wb

Perhitungan modul b M2 =

P. H

50000000~

dengan: Tegangan bengkok ijin bahan dari Bt. 18). Z = jumlah gigi = 100

O"b= 1100 kg/em2

(

b M2= ± 0,305 dari tabel (Asril, 1952) harga b = 15 x Modul mm, sehingga b = 1,5 M em untuk dimasukkan kedalam persamaan :

3/ V

M = modul dibuat = 1

Perhitungan diameter roda gigi Lingkaran jarak roda gigi didapat dengan persamaan :

+ 2 = 102 mm

Sehingga untuk : D2 = (z x M)

0" b

Dengan : Jarak antara = t = M x

1t

= 4,39 mm,

=

5,29988 P = 0,09 ..t..O"b 0,09 ..0,439 .. 1100 Lebar b yang ditemukan yaitu 0,12 em atau 1,2 mm. Karena harga itu terlalu keeil harga b diambil yang lebih aman, yaitu 7,2 mm atau 1 em.

Bearing: Untuk mengangkat beban aksial 100 kg pada batang ulir, tabung ulir harns dapat berputar. Agar transmisi daya dapat efisien, maka pada tabung ulir perlu diberi bantalan. Untuk keperluan tersebut dipilih jenis bantalan gelinding, dikarenakan perawatan pada sistem pelumasan relatif sederhana. Diameter bearing Ukuran diameter bearinglbantalan gelinding menurut (Asril dkk, 1952) dapat ditentukan dengan rnmus :

0,305 1,5 = 0,48

DI = (z x M) + 2 = (100 xl)

= 1/6 b h2 x

Menjadi b

0,00537 8.100.1100

didapat M =

h2

karena H = 0,57 t , h = 0,55 t

n.zO"b

b M2= 50000000

= 1/6 b

gigi lurus didapat

P=kd2

+ 2 = (20 x 1) + 2 = 22

mm

Dengan : P = beban 100 kg, k = faktor, tergantung pada bahan, golongan bidang jalan dan keeepatan (harga diambil paling rendah 25 untuk bahan Bt 18). Menurut Asril Abbas, 1952.

Z2 = 100 gigi D2 = (Z2 x m) + 2 D2 = (Z2 X I) + 2 = 102 mm n2 = 8 rpm ZI pinion = 20 gigi DI = (ZI x m ) + 2 Dl = (20 xl) + 2 = 22 mm nl = 40 rpm

k = 25, untuk golongan dari Bt. 18 k = 60, untuk golongan dari Bd. 50. d, diameter bearing dalam em, ialah : 100 = 25 d2 sehingga d = 2 em diameter bearing ditentukan = 35 mm jenis bearing aksial dan radial

Perhitungan tebal gigi. Menurut Asril Abbas, 1952, untuk menghitung tebal gigi (b), dapat dihitung berdasarkan momen yang terjadi Mb dengan tahanan bengkok sehingga didapat :

KESIMPULAN Dari hasil peraneangan pemilihan bahan, dimensi dan ukuran hasil perhitungan telah

b = 15 modul mm, atau b = 1,5 modul em

Suroso dkk

363



dibuat sistem pengangkat beban kapasitas 100kg Setelah melalui pengujian rancangbangun sebuah Pengangkat dudukan benda uji tersebut untuk radiografi sinar-X, bahwa daya yang dibutuhkan untuk menggerakkan naik turun dudukan benda uji 0,244 HP atau 0,178kW Motor stepper mampu menggerakkan mengingat daya motor sebesar 0,18 kW. DAFT AR PUST AKA ASRIL, ABBAS B, 1952, Konstruksi, Perhitungan Pemakaian Bagian-bagian Pesawat Sederhana, H. Starn, Jakarta STOLK JAC., KROS C., teIjemahan oleh H. Herdarsin,1984, Elemen Konstruksi dan Bagian Mesin, Erlangga, Jakarta ABBAS BASLIM, 1953, Pengangkat, H. Starn, Jakarta

Pesawat-pesawat

BEER FERDINAND, and JOHNSON JR. RUSSEL, 1987, Mechanics of Material, Me. Graw-Hill Ltd, Singapore Standard ASME, Section V. HEINZ, FRICK, 1979, Kekuatan bahan, Kanisius, Yogyakarta

Daftar Isi Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN

364

Suroso dkk

RANCANG BANGUNPENGANGKAT DUDUKAN KAPASITAS 100 KG UNTUK PRAKTIKUM RADIOGRAFI

Recommend Documents