TUGAS AKHIR PERANCANGAN KEKUATAN MATERIAL RANGKA PADA MESIN PENGANGKAT DENGAN TENAGA TANGAN ( HANDLIFT )

TUGAS AKHIR

PERANCANGAN KEKUATAN MATERIAL RANGKA PADA MESIN PENGANGKAT DENGAN TENAGA TANGAN ( HANDLIFT ) Diajukan untuk memenuhi syarat mencapai gelar Strata -1

Disusun Oleh :

Nama

: Dwi Wahyudi

NIM

: 4130401-004

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA JAKARTA 2009

Laporan Tugas Akhir Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Universitas Mercu Buana Jakarta

LEMBAR PENGESAHAN I TELAH DIPERIKSA DAN DISAHKAN

Jakarta, 17 Juli 2009

( H. Abdul Hamid, M.Eng. Dr. ) Koordinator TA

Jurusan Teknik Mesin Universitas Mercu Buana

ii

Laporan Tugas Akhir Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Universitas Mercu Buana Jakarta

LEMBAR PENGESAHAN II TELAH DIPERIKSA DAN DISAHKAN

Jakarta, 17 Juli 2009

( Ir. Ariosuko Dh, MT. ) Pembimbing TA


iii

Laporan Tugas Akhir

ABSTRAK

Dengan perkembangan industri yang semakin pesat menuntut kita untuk terus mengembangkan ide - ide tentang bagaimana peralatan sederhana dengan sistem yang serba praktis menjadi peralatan dengan sistem yang kompleks dan otomatis dapat mendukung proses kerja. Pada saat sekarang ini, dimana biaya pergudangan dan pengangkutan semakin mahal pula, maka untuk itu haruslah seefisien mungkin yaitu dengan cara menempatkan barang didalam gudang dengan sebaik - baiknya dan handlift merupakan alat yang tepat untuk menangani hal tersebut. Didalam perancangn handlift ini, efisiensi dan kemudahan adalah konsep utama yang akan diaplikasikan kedalam suatu bentuk rancang bangun handlift. Perancangan handlift ini menggunakan sistem katrol untuk mengangkat barang sedangkan untuk sistem penggeraknya menggunakan motor listrik. Konsep perancangan handlift ini menekankan kemudahan untuk memindahkan barang dari satu tempat ketempat lain. Berdasarkan dari kekuatan rangka pada (handlift), didapat hasil perhitungan dengan diagram benda bebas (DBB) dan teganganregangan.

Kata kunci : Perencanaan dan Perancangan alat, Perhitungan benda bebas (DBB), dan Perhitungan kekuatan rangka (Handlift ).


v

Laporan Tugas Akhir

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT, karena hanya dengan rahmat dan karunia – Nya penulis dapat menyelesaikan penyususunan Tugas Akhir ini tepat pada waktunya. Maksud dan tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk memenuhi syarat kurikulum pada Jurusan Teknik Mesin Universitas Mercu Buana demi mencapai gelar Strata 1. Selama penyusunan Tugas Akhir ini tidak sedikit mengalami kendala yang penulis hadapi, baik berupa pengumpulan literature maupun kurangnya pengalaman dalam menulis. Namun berkat dorongan dan bimbingan sedikit demi sedikit kendala yang penulis hadapi ini dapat diatasi sehingga tersusunlah Tugas Akhir ini dengan judul

"Perancangan Kekuatan Material Rangka Pada

Mesin Pengangkat Dengan Tenaga Tangan (HANDLIFT )". Dalam pelaksanaanya maupun menyusun Tugas Akhir ini penulis telah banyak mendapat dorongan, bimbingan, arahan, dan masukan dari berbagai pihak. Oleh karena itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan banyak terima kasih, khususnya kepada : 1. Keluarga dan saudara atas dukungan dan doa yang memberikan semangat. 2. Bapak Ir. Ariosuko Dh, MT. sebagai dosen pembimbing Tugas Akhir. 3. Bapak H. Abdul Hamid, M.Eng. Dr. sebagai koordinator Tugas Akhir. 4. Teman - teman Teknik Mesin angkatan 2004 yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini. Akhir kata semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat khususnya baik penulis maupun bagi pembaca yang berkepentingan. Jakarta, 17 Juli 2009

Dwi Wahyudi NIM 4130401-004


iv

Laporan Tugas Akhir

DAFTAR ISI Lembar Pernyataan ......................................................................................... i Lembar Pengesahan I ...................................................................................... ii Lembar Pengesahan II ....................................................................................

iii

Kata Pengantar ................................................................................................ iv Abstrak ............................................................................................................ v Daftar Isi .........................................................................................................

vi

Daftar Gambar ................................................................................................

x

Daftar Tabel .................................................................................................... xii Daftar Rumus .................................................................................................. xiii Daftar Simbol .................................................................................................. xiv BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ………….………….…………………................

1

1.2 Tujuan Perancangan ……….….…...…….……………….….…..

2

1.3 Perumusan Masalah ……………………………………………..

2

1.4 Pembatasan Masalah ………………………………….......….….

2

1.5 Metode Penulisan ……...…………………….……………….….

3

1.6 Sistematika Penulisan ……………………….……...……….….. 4 BAB II TEORI DASAR 2.1 Ilmu Kekuatan Bahan …………………………...…….……….… 5 2.1.1 Tegangan Normal …………….……...…………….…….… 5 2.1.1.1 Tegangan Tarik ………………...........……………..

6

2.1.1.2 Tegangan Tekan ……………...…………….…........

6

2.1.1.3 Tegangan Bengkok …………………...……….…...

7

2.1.2 Tegangan Tangensial …………………..………..…..……..

8

2.1.2.1 Tegangan Geser ……………….…...……..…..….....

8

2.1.2.2 Tegangan Puntir ………….…..……….……...….…

9


vi

Laporan Tugas Akhir 2.2 Hukum Hooke : Deformasi Aksial ….……...……………….….... 10 2.3 Poros ……………………………………………………….….....

11

2.3.1 Kasus-kasus Pembebanan …………...…………..……….… 12 2.4 Profil Moments of Sections …………..………..…………….….... 13 2.5 Matrial Rekayasa ……………………………………………….... 14 2.5.1 Komposit ………………………………………..………..... 14 2.5.2 Metals ………………………………………..……....……..

17

2.5.3 Ceramics ……………………..…………...………………... 17 2.5.4 Glasses ……………………………………..…………….... 18 2.5.5 Elastomers ……………………………………………..…... 19 2.5.6 Polymers …………………………………….…………..…. 19 2.6 Beda Besi vs Baja ……………………………..…………….….... 20 2.6.1 Cast Iron ( Besi Cor ) …………………..……………….…. 20 2.6.2 Steel ( Baja ) …………………………..……....…………… 21 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Disain Penelitian ………………..…………..……………..…....... 23 3.2 Proses Perencanaan .……………………………………………… 25 3.3 Pengertian Sistem Katrol pada Handlift …………………………. 25 3.4 Fungsi Alat ………………………………………………………. 25 3.5 Landasan Alat …………………………………………………….

26

3.6 Kerangka Utama …………………………………………………. 26 3.7 Berat yang Harus Ditumpu oleh Rangka …………………...……. 27 3.8 Proses Perancangan ………………………………………….…… 27 3.8.1 Pengukuran dan Pemotongan …………..…………….….…. 29 3.8.2 Perlakuan Pengelasan …………………..……...………...…. 29 3.8.3 Perlakuan Pengeboran …………..………………….………. 30 3.8.4 Pemasangan Mur dan Baut …………...………..…………... 30 3.9 Bagian-bagian dari Perancangan Rangaka …………………....…. 31 3.10 Komponen-komponen pada Handlift ………………………....... 32 Jurusan Teknik Mesin Universitas Mercu Buana

vii

Laporan Tugas Akhir 3.10.1 Motor DC ………………..…………………………….......

32

3.10.2 Hand Winch ( Alat Derek / Alat Kerek Manual ) ……........ 33 3.10.3 Kawat Baja …………………………..………..…………... 33 3.10.4 Puli ....……………………………...……...……......……... 34 3.10.5 V-Belt ……………..………………………………………. 34 3.10.6 Saklar ………………..………………..…………….…….. 35 3.10.7 Roda …………..………………..…………………….…… 36 3.10.8 Handle Rem ……………..……………………..……..…... 36 3.10.9 Pedal Gas ………………………..…………...…………… 37 3.10.10 Baterai ( Accu ) ……………………….………...………..

37

BAB IV PERANCANGAN DAN ANALISA 4.1 Skema Alat ………………………………………………………. 38 4.1.1 Mencari Gaya-Gaya Tumpuan (Reaksi Tumpuan) …....…..

39

4.1.2 Diagram Benda Bebas (DBB) ……………………...……… 39 4.1.3 Persamaan Kesetimbangan ………………………........…..

39

4.1.4 Mencari Gaya Lintang (Gaya Geser) Maksimal ………....... 40 4.1.5 Diagram Momen Maksimal …………….…………………. 41 4.1.6 Hasil Perhitungan Gaya Momen Maksimal ………….……. 45 4.2 Perhitungan Kekuatan dan Profil Rangka (Tegangan Tarik dan Tekan Maksimal) ………………...………...

46

4.3 Perhitungan Tegangan Bengkok …………………………......…...

47

4.4 Perhitungan Tegangan Geser ……………………………....…….. 47 4.5 Perhitungan Tegangan Puntir (j) ………………………...…...….. 48 4.6 Perhitungan Defleksi (Lendutan) ……………………………...…. 49 4.7 Pemeriksaan Hasil Perhitungan Terhadap Data Material ……...… 49 BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ………………………...…………………...…........... 51 5.2 Saran ……………………………………………………...…….… 52 5.2.1 Perawatan …………………..……………...…………...…... 52 Jurusan Teknik Mesin Universitas Mercu Buana

viii

Laporan Tugas Akhir 5.2.2 Pengembangan Alat ……..…………………...…………...... 52 Daftar Pustaka …………………..………………………..………................ 53 Lampiran


ix

Laporan Tugas Akhir

DAFTAR TABEL

Table 2.1 Momen Inersia untuk Berbagai Bentuk Geometris ……………..

13

Table 4.1 Properti Umum Baja (Efunda.com) ……………………………..

50


xii

Laporan Tugas Akhir

DAFTAR GAMBAR

BAB II GAMBAR Gambar 2.1

Pembebanan pada Batang …...…….…………...……... 5

Gambar 2.2

Pembebanan Tarik ………….……………………...….. 6

Gambar 2.3

Pembebanan Tekan …………….……………....……… 6

Gambar 2.4

Pembebanan Tegangan Bengkok …………..……....…. 7

Gambar 2.5

Pembebanan Mengakibatkan Tegangan Geser ….……. 8

Gambar 2.6

Pembebanan Mengakibatkan Tegangan Puntir …….....

Gambar 2.7

Diagram Tegangan-Regangan ………………………... 10

Gambar 2.8

Kasus-kasus Pembebanan …….…………………....… 12

Gambar 2.9

Klasifikasi Material ……………………………….….. 14

9

Gambar 2.10 Mikro Struktur Komposit Al/SiC yang Dicoating dengan (a) Ion Al, (b) Ion Mg, dan (c) Ion Cu ….….... 15 Gambar 2.11 Polimers ………….…..…………………………..….. 20 Gambar 2.12 Diagram Keseimbangan Fe-Fe3C …….…………...…. 22 BAB III GAMBAR Gambar 3.1

Diagram Alir Penelitian ……………………..………… 24

Gambar 3.2

Diagram Alir Perhitungan ……………..…………...... 28

Gambar 3.3

Kerangka Utama …………………………………......

31

Gambar 3.4

Tiang Penyangga Lengan Angkat …………….……..

31

Gambar 3.5

Housing Bearing Lengan Angkat ……..…………..…

31

Gambar 3.6

Stang Kemudi ……………………………….....…….

31

Gambar 3.7

Tiang Penyangga Tempat Duduk ………………........

31

Gambar 3.8

Lengan Angkat (Garpu) ……………………….....….

31

Gambar 3.9

Motor DC ……………………………………….....… 32

Gambar 3.10 Hand winch ……………………………………..……. 33 Gambar 3.11 Gulungan Kawat Baja …………...……….……...….... 34 Jurusan Teknik Mesin Universitas Mercu Buana

x

Laporan Tugas Akhir Gambar 3.12 Puli ……………………………………….……...….... 34 Gambar 3.13 V-belt pada Mesin Handlift ………………...……......

35

Gambar 3.14 Cam Stater I dan II …………………………….…...... 35 Gambar 3.15 Box Panel ………………………………………....…. 35 Gambar 3.16 Roda pada Mesin Hendlift …………………….…….. 36 Gambar 3.17 Handle Rem ……………………………………….…

36

Gambar 3.18 Master Rem ………………………………………….

36

Gambar 3.19 Pedal Gas pada Perancangan Handlift ………………. 37 Gambar 3.20 Accu pada Mesin Hendlift ……………………………

37

BAB IV GAMBAR Gambar 4.1

Handlift ………...……..……………………….....….. 38

Gambar 4.2

Diagram Geser ……...…………………...………..….

41

Gambar 4.3

Diagram Momen …...………………………..………

45

Gambar 4.4

Besi Hollow ………...……………………………..…. 46


xi

Laporan Tugas Akhir

DAFTAR RUMUS

Rumus 2.1.1 Tegangan Normal …………………….…………...…………… 5 Rumus 2.1.1.1 Tegangan Tarik ………………………………………………

6

Rumus 2.1.1.2 Tegangan Tekan ………………………………………...…....

6

Rumus 2.1.1.3 Tegangan Bengkok ……………………………………....…..

7

Rumus 2.1.2.1 Tegangan Geser ………………………………………..….…

8

Rumus 2.1.2.2 Tegangan Puntir ………………………………...........………

9

Rumus 2.2 Hukum Hooke: Deformasi Aksial ………………...……….…… 11


xiii

Laporan Tugas Akhir

DAFTAR SIMBOL ( NOMENCLATURE )

Simbol

Ketarangan

A

luas penampang

mm2

b

lebar

mm

E

modulus elastisitas tarik atau tekan

N/m2

F

gaya geser

N

g

percepatan geravitasi

m/s2

h

panjang besi hollow

mm

J

momen inersia polar

N/m2

L

panjang rangka

mm

M

momen lentur

N.m

m

massa

kg

P

beban yaag ditumpu

N

r

jari-jari roda

mm

σa

tegangan tarik tekan

N/m2

σb

tegangan bengkok

N/m2

σc

tegangan puntir

N/m2

σd

tegangan geser

N/m2

t

tebal besi hollow

mm

δ

defleksi

m


Satuan

xiv

Laporan Tugas Akhir

BAB I PENDAHULUAN 1.1 LATAR BELAKANG Dengan perkembangan industri yang semakin pesat menuntut kita untuk terus mengembangkan ide - ide tentang bagaimana peralatan sederhana dengan sistem yang serba praktis menjadi peralatan dengan sistem yang kompleks dan otomatis dapat mendukung proses kerja. Dengan peningkatan rutinitas kegiatan manusia yang akan semakin meningkat dalam kegiatan sehari-hari, maka manusia cenderung untuk mencari cara termudah dalam menyelesaikan permasalahan tersebut, sehingga rutinitas kegiatan yang dilakukan oleh manusia tidak terhambat oleh permasalahan yang dapat dicarikan solusi pemecahannya. Mengatasai hal tersebut maka manusia berusaha untuk menemukan suatu sistem yang dapat memecahkan permasalahannya dengan tidak meninggalkan standarisasi baku yang telah ditetapkan, antara lain seperti : A. Meminimalkan atau menghilangkan human error. B. Efisiensi waktu penyelsesaian pekerjaan. C. Mempertinggi laju, kualitas, dan mengurangi biaya produksi. D. Menerapkan teknologi yang tepat guna sehingga dapat dicapai efektivitas dan performa yang tinggi dari sistem yang digunakannya.

Jurusan Teknik Mesin Universitas Mercu Buana 1

Laporan Tugas Akhir Untuk itu manusia cenderung untuk meninggalkan sistem lama yang cenderung masih dikerjakan secara manual dan menggantikannya dengan peralatan yang dapat diatur dan dikendaliakan dengan menggunakan tenaga yang sekecil mungkin tetapi kualitas hasil yang dapat dicapai semaksimal mungkin serta kualitas pekerjaan yang konstan dari waktu ke waktu. Banyak cara yang telah ditemukan dalam mengendalikan peralatan untuk membantu pekerjaan yang dilakukan oleh manusia, antara lain : A. Pengendalian dengan sistem mekanis, B. Pengendalian dengan sistem hidraulik atau pneumatik C. Pengendalian dengan sistem listrik D. Pengendalian dengan sistem kombinasi sistem di atas.

1.2 TUJUAN PERANCANGAN Perancangan handlift ini adalah dengan menggunakan sistem penggerak motor listrik DC dengan sistem pengangkatnya menggunakan sistem katrol. Perancangan handlift ini bertujuan untuk memudahkan pekerjaan mengangkat dan memindahkan barang.

1.3 PERUMUSAN MASALAH Dalam tugas akhir ini, pembahasan masalah akan difokuskan pada rancang bangun untuk menentukan kekuatan material rangka handlift. Sehingga akan didapatkan batas maksimal kekuatan rangka handlift.

1.4 PEMBATASAN MASALAH Agar perancangan alat tersebut terarah dan jelas, maka penulis memberi batasan masalah sebagai berikut :


Laporan Tugas Akhir A. Perencanaan perhitungan kekuatan material rangka dan beberapa komponen tertentu berdasarkan jenis beban yang terjadi di komponen tersebut.

B. Tidak melakukan pengujian atau eksperimen terhadap material rangka yang digunakan pada handlift tersebut dengan asumsi bahwa semua material yang digunakan telah memenuhi syarat mekanis.

1.5 METODE PENULISAN Metode penulisan yang digunakan oleh penulis dalam penyusunan tugas akhir ini dilakukan dengan dua metode, yaitu : A. Metode Penulisan I

Penelitian Kepustakaan ( Library Research Method ) Metode ini digunakan penulis untuk mengumpulkan teori yang relevan dengan topik tugas akhir, yaitu dengan cara membaca buku teks maupun ebook, lalu mengambil inti sari yang berhubungan dengan Tugas Akhir .

II. Penelitian Lapangan ( Field Research Method ) Metode ini digunakan penulis untuk mengumpulkan data - data primer, yaitu dengan cara mengadakan pengamatan langsung pada kinerja dan kegunaan alat tersebut . III. Diskusi ( Brain Method ) Metode ini dipakai penulis untuk mengadakan diskusi dengan teman - teman dan orang - orang tentang perencanaan alat tersebut.


yang

memiliki

wawasan

Laporan Tugas Akhir B. Metode Perhitungan Dengan mengacu pada data - data dari hasil perhitungan dan pengamatan langsung dilapangan sebagai dasar perhitungan yang tidak lepas dari pembatasan masalah.

1.6 SISTEMATIKA PENULISAN Adapun sistematika penulisan yang digunakan oleh penulis dalam penyusunan tugas akhir ini adalah sebagai berikut : BAB I

PENDAHULUAN Bab ini berisikan latar belakang masalah, tujuan penulisan, pembatasan masalah, metode penulisan, dan sistematika penulisan.

BAB II

TEORI DASAR Bab ini berisikan tentang teori mekanika bahan dan teori penunjang. Menguraikan tentang teori dasar dan ringkasan teori yang berhubungan dengan masalah yang akan dibahas.

BAB III

METODE PENELITIAN Bab ini berisi metode perancanaan dan perancangan, atau metodologi

penelitian untuk melakukan perhitungan kontruksi

yang akan dibangun hingga perakitan system. BAB IV

PERANCANGAN DAN ANALISA Bab ini berisikan tentang analisa perhitungan pada kekuatan material rangka, tegangan - tegangan pada rangka, dan momen yang terjadi pada rangka. Serta pemeriksaan terhadap kriteria.

BAB V

PENUTUP Bab ini berisikan tentang kesimpulan dan saran dari perancangan handlift yang dibuat.


Laporan Tugas Akhir

BAB II LANDASAN TEORI 2.1 ILMU KEKUATAN BAHAN Bila suatu bahan mengalami pembebanan (gaya luar) maka dalam batang tersebut akan timbul gaya – gaya yang melawan yang dihasilkan oleh gaya antar molekul yang dihasilkan oleh batang tersebut. Karena ditahan oleh luasan penampang maka batang material tersebut timbul tegangan. Secara umum tegangan dibagi menjadi dua yaitu : tegangan normal dan tegangan tangensial.

2.1.1 Tegangan Normal Tegangan normal ialah tegangan yang disebabkan oleh gaya normal yaitu gaya yang arahnya tegak lurus terhadap bidang penampang. Fn

m

m

= massa benda

Fn

= gaya normal = m.g [N]

g

= gravitasi

Gambar 2.1 Pembebanan pada Batang


[kg] [m/s2]

Laporan Tugas Akhir Tegangan normal dilambangkan dengan σ ( sigma ). Ada beberapa jenis tegangan normal yaitu : tegangan tarik, tegangan tekan, dan tegangan bengkok.

2.1.1.1 Tegangan Tarik Tegangan tarik adalah gaya tarik yang ditahan oleh luasan penampang tarik. Biasanya dilambangkan dengan σt. Tegangan tarik ini selalu ditemukan dalam pemilihan bahan untuk perencanaan mesin.

A F

F σt

=

F A

σt = tegangan tarik ( N/mm2 ) Gambar. 2.2 Pembebanan Tarik.

2.1.1.2 Tegangan Tekan Pada prinsipnya adalah sama dengan tegangan tarik, tetapi yang membedakan adalah arah gaya yang menyebabkan tegangan yaitu berlawanan dengan arah gaya yang menyebabkan tegangan tarik.

A F

F

σ tk = F

A

σ tk = tegangan tekan ( N/mm2 ) Gambar 2.3 Pembebanan Tekan


Laporan Tugas Akhir 2.1.1.3 Tegangan Bengkok Tegangan ini terjadi karena adanya pembebanan pada suatu jarak tertentu sehingga menimbulkan momen yang disebut momen bengkok. Sedangkan luasan yang menahan momen bengkok tersebut disebut momen tahanan bengkok. Besarnya tegangan bengkok adalah :

Gambar. 2.4 Pembebanan Tegangan Bengkok

σb M = y I

σb

=

M M .y = I Z

Dimana :

M = momen lentur

σb = tegangan tekuk y = lendutan balok =

d 2

I = momen inersia luas Z = komponen orthogonal sebuah gaya


Laporan Tugas Akhir 2.1.2 Tegangan Tengensial Tegangan tangensial adalah tegangan yang disebabkan oleh gaya tangensial persatuan luas yang menahannya dan dilambangkan τ (thau). Tegangan tangensial dibedakan menjadi : tegangan geser dan tegangan puntir.

2.1.2.1 Tegangan Geser Tegangan geser ditimbulkan gaya yang menyebabkan geseran persatuan luas geseran. Hal ini terjadi karena benda mendapat gaya melintang dan ditahan oleh suatu luasan. Untuk mengetahui besarnya tegangan geser yang mampu ditahan oleh suatu material dimana material tersebut diketahui kekuatan tariknya dapat dicari dengan persamaan :

τ=F/A

[N/mm2]

tegangan geser diizinkan,

τizin = ( 0,5 – 0,75 ) τt

Keterangan :

τ = Tegangan geser ( τt

N

mm 2 )

= Tegangan tarik bahan (

N

mm 2 )

F F

Gambar 2.5 Pembebanan Mengakibatkan Tegangan Geser


Laporan Tugas Akhir 2.1.2.2 Tegangan Puntir

A

T

T=

β 2πf

J=

TL θ .G

Gambar 2.6 Pembebanan Mengakibatkan Tegangan Puntir

Keterangan : N

J

= Tegangan puntir (

T

= Torsi ( Nm )

L

= Panjang

π

= Phi = 3,14

θ

= Sudut puntir = 60

β

= Sudut = 20 kN

f

= Frekuensi = 2 r/dt

G

= modulus kekakuan

m 2 ) = momen inersia penampang

= 20 x 103 N

tegangan geser akibat torsi ;


[GN/m2] = 83 x 109

Laporan Tugas Akhir

τ=

T.r J

r = jari-jari

2.2 HUKUM HOOKE : DEFORMASI AKSIAL Pada awal pemberian pembebanan, kurva tegangan regangan memberikan grafik dengan garis yang menunjukkan antara tegangan dan regangan bahan. Artinya bahan ini tetap berada pada keadaan

proporsional. Penghentian

pembebanan pada kondisi ini akan mengembalikan bahan ke bentuk yang semula karena masih dalam batas deformasi elastis. Oleh karena itu untuk menentukan titik luluh diambil dengan metoda off set yaitu suatu metoda yang menyatakan bahwa titik luluh adalah suatu titik pada kurva yang menyatakan dicapainya regangan plastis sebesar 0,2 %.

a

b

c

d

Gambar 2.7. Diagram Tegangan-Regangan

Keterangan : a. Bahan tidak ulet, tidak ada deformasi plastis misalnya besi cor b. Bahan ulet dengan titik luluh misalnya pada baja karbon rendah


Laporan Tugas Akhir c. Bahan ulet tanpa titik luluh yang jelas misalnya alumunium. Diperlukan metode off set untuk mengetahui titik luluhnya d. Kurva tegangan regangan sesungguhnya.

Kini kita kebali meninjau bagai garis lurus dari diagram teganganregangan dalam Gambar 2.7. kemiringan garis itu adalah rasio tegangan terhadap reganagan. Rasio itu disebut modulus elatisitsas dan disingkat E : Kemiringan kurva tegangan-regangan = E =

σ ∈

Variasi hukum Hooke diperoleh dengan menganti σ dengan evkuivalennya yaitu P/A mengganti є dengan δ/L, sehingga menjadi

P δ =E A L Atau δ=

PL σL = AE Ε

keterangan : A = luas E = modulus elastisitas tarik atau tekan L = panjang P = gaya, beban terpusat, tarik keliling σ = tegangan satuan, tegangan normal δ = lendutan balok є

= regangan tarik atau tekan satuan ( Teori Kokoh-Strength of Materials )


Laporan Tugas Akhir

2.3 POROS Poros merupakan salah satu bagian yang terpenting dari setiap mesin. Hampir semua mesin meneruskan tenaga bersama–sama dengan putaran. Putaran utama dalam transmisi seperti itu dipegang oleh poros. Poros menerima beban kombinasi puntir dan bengkok.

2.3.1 Kasus-kasus Pembebanan

Gambar. 2.8 Kasus-Kasus Pembebanan

( Ashby; Material Selection in Engineering Design )


Laporan Tugas Akhir

2.4 PROFIL MOMENTS OF SECTIONS Table 2.1 Momen Inersia untuk Berbagai Bentuk Geometris


Laporan Tugas Akhir

2.5 MATERIAL REKAYASA

Gambar 2.9 Klasifikasi Material

2.5.1. Komposit Material komposit merupakan kombinasi dua atau lebih material yang berbeda, dengan syarat adanya ikatan permukaan antara kedua material tersebut. Komposit tidak hanya digunakan untuk sifat struktural tapi dapat juga dimanfaatkan untuk berbagai sifat yang lainnya seperti listrik, panas, atau material-material yang memperhatikan aspek lingkungan.


Laporan Tugas Akhir Kriteria komposit didasarkan kepada jenis matrik yang digunakan seperti komposit bermatrik material organik yang disebut sebagai (Organic

Matrix Composites/OMCs), Komposit bermatrik logam (Metal Matrix Composites/MMCs).

Komposit

bermatrik

keramik

(Ceramic

Matrix

Composites/CMCs) Berdasarkan jenis bentuk penguatnya, komposit dapat diklasifikasikan menjadi beberapa tipe komposit, partikulat, whisker, serat dan anyaman. Sifat komposit tergantung pada beberapa proses yang mempengaruhinya, diantaranya adalah jenis material komposit yang digunakan, fraksi volume penguat, dimensi penguat, dan beberapa variabel-variabel proses yang lain. Komposit partikulat, supaya dapat meningkatkan kualitas sifatnya biasanya menggunakan fraksi volume penguat di atas 10% atau lebih.


Laporan Tugas Akhir

Gambar 2.10 Mikro Struktur Komposit Al/SiC yang Dicoating dengan (a) Ion Al, (b) Ion Mg, dan (c) Ion Cu Klasifikasi komposit secara garis besar ada 3 macam jenis komposit berdasarkan penguat yang digunakannya, yaitu: 1. Fibrous Composites ( Komposit Serat ) Merupakan jenis komposit yang hanya terdiri dari satu lamina atau satu lapisan yang menggunakan penguat berupa serat / fiber. Fiber yang digunakan bisa berupa glass fibers, carbon fibers, aramid fibers (poly

aramide), dan sebagainya. Fiber ini bisa disusun secara acak maupun dengan orientasi tertentu bahkan bisa juga dalam bentuk yang lebih komplek seperti anyaman. 2. Laminated Composites ( Komposit Laminat ) Merupakan jenis komposit yang terdiri dari dua lapis atau lebih yang digabung menjadi satu dan setiap lapisnya memiliki karakteristik sifat sendiri. 3. Particulate Composites ( Komposit Partikel ) Merupakan komposit yang menggunakan partikel/serbuk sebagai penguatnya dan terdistribusi secara merata dalam matriksnya.

C. Sifat Komposit Komposit yang dikuatkan oleh fiber biasanya merupakan tipe

anisotropy. Sifat-sifat ini sangat tergantung pada geometri axisnya. Pada komposit untuk menjadi isotropic pada spesifik properties seperti CTE dan modulus young maka seluruh elemen penguat baik fiber maupun partikel, mempunyai orientasi susunan secara acak Continuous fiber karena penyusunannya yang teratur membuat mempunyai sifat Anisotropy.


Laporan Tugas Akhir

2.5.2 Metals Besi kasar yang dihasilkan dari dapur tinggi kurang sesuai untuk dijadikan bahan baku dalam pembuatan peralatan-peralatan teknik. Hal itu disebabkan oleh kadungan unsur-unsur campuran logam diatas 10% yang menyebabkan sifat keras,rapuh dan tidak mudah di bentuk, baik dalam keadaan panas maupun dalam keadaan dingin. Oleh sebab itu, besi kasar perlu diproses lebih lanjut untuk dijadikan besi tuang dan tempa, dan sebagainya.

¾ Ada beberapa jenis dan sifat besi yaitu : 1. BESI TUANG PUTIH (WHITE CAST IRON). Dimana Besi Tuang ini seluruh karbonnya berupa Sementit sehingga mempunyai sifat sangat keras dan getas. Mikrostrukturnya terdiri dari Karbida yang menyebabkan berwarna Putih. 2. BESI TUANG MAMPU TEMPA (MALLEABLE CAST IRON). Besi Tuang jenis ini dibuat dari Besi Tuang Putih dengan melakukan heat treatment kembali yang tujuannya menguraikan seluruh gumpalan graphit (Fe3C) akan terurai menjadi matriks Ferrite, Pearlite dan

Martensite. Mempunyai sifat yang mirip dengan Baja. 3. BESI TUANG KELABU (GREY CAST IRON). Jenis Besi Tuang ini sering dijumpai (sekitar 70% besi tuang berwarna abu-abu). Mempunyai graphite yang berbentuk FLAKE. Sifat dari Besi Tuang ini kekuatan tariknya tidak begitu tinggi dan keuletannya rendah sekali (Nil Ductility).

2.5.3 Ceramics Umumnya senyawa keramik lebih stabil dalam lingkungan termal dan kimia dibandingkan elemennya. Bahan baku keramik yang umum dipakai


Laporan Tugas Akhir adalah felspard, ball clay, kwarsa, kaolin, dan air. Sifat keramik sangat ditentukan oleh struktur kristal, komposisi kimia dan mineral bawaannya. Oleh karena itu sifat keramik juga tergantung pada lingkungan geologi dimana bahan diperoleh. Secara umum strukturnya sangat rumit dengan sedikit elektron-elektron bebas. Kurangnya beberapa elektron bebas keramik membuat sebagian besar bahan keramik secara kelistrikan bukan merupakan konduktor dan juga menjadi konduktor panas yang jelek. Di samping itu keramik mempunyai sifat rapuh, keras, dan kaku. Keramik secara umum mempunyai kekuatan tekan lebih baik dibanding kekuatan tariknya.

D. Sifat Ceramic Sifat yang umum dan mudah dilihat secara fisik pada kebanyakan jenis keramik adalah britle atau rapuh, hal ini dapat kita lihat pada keramik jenis tradisional seperti barang pecah belah, gelas, kendi, gerabah dan sebagainya, coba jatuhkan piring yang terbuat dari keramik bandingkan dengan piring dari logam, pasti keramik mudah pecah, walaupun sifat ini tidak berlaku pada jenis keramik tertentu, terutama jenis keramik hasil

sintering, dan campuran sintering antara keramik dengan logam. 2.5.4 Glasses Kaca merupakan materi bening (tembus pandang) yang biasanya di hasilkan dari campuran silikon atau bahan silikon dioksida (SiO2), yang secara kimia sama dengan kuarsa (bahasa Inggris: kwarts). Biasanya dibuat dari pasir. Glases mempunyai sifat getas dan mudah pecah bila terkena benturan keras, glases dapat didaur ulang kembali dengan suhu lelehnya pada 2000 0C.


Laporan Tugas Akhir

2.5.5 Elastomers Karet adalah polimer hidrokarbon yang terbentuk dari emulsi kesusuan (dikenal sebagai latex) di getah beberapa jenis tumbuhan tetapi dapat juga diproduksi secara sintetis. Sumber utama barang dagang dari latex yang digunakan untuk menciptakan karet adalah pohon karet. Para Hevea

brasiliensis (Euphorbiaceae). Ini dikarenakan melukainya akan memberikan respons yang menghasilkan lebih banyak latex lagi. Pohon lainnya yang mengandung lateks termasuk fig, euphorbia dan dandelion. Pohon-pohon tersebut tidak menjadi sumber utama karet, namun pada perang dunia II persediaan karet orang Jerman dihambat, mereka mencoba sumber-sumber di atas, sebelum penciptaan karet sintetis. Karet mempunyai sifat alami seringkali divulkanisasi, seubah proses yang memanaskan karet dan ditambah belerang untuk meningkatkan "resilience" dan elastisitas.

2.5.6 Polymers Plastik adalah polimer rantai-panjang atom mengikat satu sama lain. Rantai ini membentuk banyak unit molekul berulang, atau "monomer". Plastik yang umum terdiri dari polimer karbon saja atau dengan oksigen, nitrogen,

chlorine atau belerang di tulang belakang. (beberapa minat komersial juga berdasar silikon). Tulang-belakang adalah bagian dari rantai di jalur utama yang menghubungkan unit monomer menjadi kesatuan. Untuk mengeset properti plastik grup molekuler berlainan "bergantung" dari tulang-belakang (biasanya

"digantung"

sebagai

bagian

dari

monomer

sebelum

menyambungkan monomer bersama untuk membentuk rantai polimer). Pengesetan ini oleh grup "pendant" telah membuat plastik menjadi bagian tak


Laporan Tugas Akhir

terpisahkan di kehidupan abad 21 dengan memperbaiki properti dari polimer tersebut.

Gambar 2.11 Polimers

¾ Sifat dari Polimers

Termoset.

Merupakan

jenis

plastik

yang

tidak

bisa

didaur-

ulang/dicetaklagi. Pemanasan ulang akan menyebabkan kerusakan molekulmolekulnya. Contoh: resin epoksi, bakelit, resin melamin, urea-formaldehida.

2.6 BEDA BESI VS BAJA 2.6.1 Cast Iron ( Besi Cor ) Umumnya besi cor akan mengandung unsur Fe dan C [3,5% - 4,3%]. Besi cor, diklasifikasikan menjadi : a. Besi cor putih (white cast iron) Besi cor putih mempunyai fasa sementid+perlit sehingga mempunyai sifat keras dan getas. b. Besi cor kelabu (grey cast iron) Unsur penyusun dari besi cor kelabu yakni : Fe + C + Silikon (Si). Adanya penambahan unsur Si (Silikon) bertujuan untuk mengurai Sementid menjadi Fe (ferit atau perlit) dan C (grafit). Bentuk grafitnya berupa serpih sehingga secara sederhana


Laporan Tugas Akhir dapat dikatakan bahwa fasa besi cor kelabu berupa ferit/perlit + grafit serpih dengan sifat : agak getas yang dikarenakan ujung-ujung grafit berbentuk serpih tajam, akibatnya konsentrasi tegangan tinggi sehingga mudah patah. Contoh penggunaan besi cor kelabu pada konstruksi mesin jahit, blok mesin, lampu hias, mesin bubut, pagar. Keistimawaan besi cor kelabu terhadap baja yakni : mampu meredam getaran. c. Besi cor bergrafit bulat (ductile cast iron atau noduler cast iron). Unsur penyusun dari besi cor bergrafit bulat yakni : Fe + C + Si + Mg / Ce. Penambahan Mg atau Ce bertujuan untuk “melunakan” grafit menjadi bulat sehingga konsentrasi tegangan sedikit sekali (besi cor bersifat ulet). Contoh penggunaan besi cor bergrafir bulat pada kontruksi penjepit rel kereta api, batang torak kompresor.

d. Besi cor mampu tempa (malleable cast iron) Untuk membuat besi cor mampu tempa dapat dibuat dengan memanaskan besi cor putih hingga mencapai suhu 700 Derajat Celcius selama 30 Jam. Hal ini bertujuan agar sementid terturai menjadi Fe (ferit) dan C (grafit). Grafit yang dihasilkan berbentuk pipih. Contoh penggunaan besi cor mampu tempa pada spare part yang berukuran kecil-kecil.

2.6.2 Steel (Baja) Sebenarnya perbedaan mendasar dari baja karbon dengan baja paduan terletak pada dominasi atas unsur dalam suatu baja. Jika yang mendominasi sifat fisik dan mekanik adalah prosentase atau kadar karbon maka dapat disebut sebagai baja karbon sedang bila yang mendominasi sifat fisik dan mekanik adalah paduan (selain unsur karbon) maka dapat disebut sebagai baja paduan.


Laporan Tugas Akhir Baja paduan dapat diklasifikasikan menjadi : a. Baja paduan rendah, yaitu : bila jumlah unsure tambahan selain karbon lebih kecil dari 8%, misalnya : suatu baja terdiri atas 1,35%C; 0,35%Si; 0,5%Mn; 0,03%P; 0,03%S; 0,75%Cr; 4,5%W [Dalam hal ini 6,06%<8%]> b. Baja paduan tinggi, yaitu : bila jumlah unsur tambahan selain karban lebih dari atau sama dengan 8%, misalnya : baja HSS (High Speed Steel) atau SKH 53 (JIS) atau M3-1 (AISI) mempunyai kandungan unsur : 1,25%C; 4,5%Cr; 6,2%Mo; 6,7%W; 3,3%V. Tujuan utama dari penambahan unsur paduan sebenarnya untuk memperbaiki sifat-sifatnya seperti : kekuatan tarik, kekuatan impak, ketahanan korosi, ketahanan panas. Pada baja HSS (contoh diatas) mempunyai sifat keras, ulet, tahan temperatur tinggi.

Gambar 2.12 Diagram Keseimbangan Fe-Fe3C Jurusan Teknik Mesin Universitas Mercu Buana 22

Laporan Tugas Akhir

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 DISAIN PENELITIAN Rencana penelitian yang akan saya lakukan diuraikan dalam diagram alir sebagai berikut ;

START

PROSES PRANCANGAN

PENGUKURAN DAN PEMOTONGAN

A


Laporan Tugas Akhir A

PEMILIHAN BAHAN DAN KOMPONEN

MOTONG, LAS, BOR, DAN MENGETAP

PEMASANGAN MUR DAN BAUT KERANGKA UTAMA TIANG PENYANGGA LENGAN ANGKAT

PERAKITAN RANGKA

BAGIAN-BAGIAN RANGKA

PERAKITAN KOMPONEN

MOTOR DC

HAND WINCH ALAT DEREK ATAU KEREK MANUAL KAWAT BAJA MOTOR DC PULI

KOMPONEN- KONPONEN PADA HENDLIFT

V-BELT SAKLAR

HOOSING BEARING (LENGAN ANGKAT) STANG (KEMUDI) TIANG PENYANGGA TEMPAT DUDUK LENGAN ANGKAT (GARPU)

KELISTRIKAN

RODA

HANDLE REM MENGECAT DAN FINISHING

PEDAL GAS BATERAI (ACCU)

STOP

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian


CAM STATER I DAN II BOX PANEL MASTER REM

Laporan Tugas Akhir

3.2 PROSES PERENCANAAN Proses perencanaan yang akan dilakukan tidak jauh-jauh dari batasan yang telah dikemukakan penulis pada bab I yaitu data teknis dari model alat handlift dengan system pengangkat menggunakan sistem katrol dan sistem penggerak menggunakan motor listrik dengan berdasarkan teori yang didapat di buku dan pelajaran yang didapat pada saat kuliah. Pada saat pembuatan dan pengerjaan alat akan mengalami sedikit perbedaan dari hasil perhitungan dan penggunaan komponen mesin yang dipakai oleh alat tersebut, tetapi nilai yang diambil adalah nilai yang mendekati hasil dari perhitungan dan perencanaan itu sendiri.

3.3 PENGERTIAN SISTEM KATROL PADA HANDLIFT Pengertian yang dimaksud dengan sistem adalah rangkaian alat-alat yang mendukung sebuah gerakan atau proses tertentu, jadi dengan demikian sistem katrol adalah rangkaian alat-alat salah satunya adalah katrol. Sedangkan katrol sendiri mempunyai arti adalah sebagai pesawat sederhana yang berupa roda yang berputar tetapi tidak berjalan. Katrol berfungsi untuk mengangkat benda dan katrol dilengkapi denga tali (kawat) atau rantai. Prinsip kerja katrol sama dengan pengungkit, yaitu memiliki titik tumpu (TT), titik beban (TB), dan titik kuasa (TK). Fungsinya katrol membuat pekerjaan lebih mudah dilakukan atau membuat lebih ringan mengangkatnya / menariknya,

3.4 FUNGSI ALAT

Handlift merupakan suatu alat untuk mengangkat barang yang biasanya tanpa system penggerak otomatis. Didalam handlift yang dirancang ini


Laporan Tugas Akhir menggunakan sistem penggerak motor listrik sehingga memudahkan didalam memindahkan barang dari satu tempat ketempat lain.

3.5 LANDASAN ALAT Landasan untuk chasis utama menggunakan pelat alumunium yang dibentuk menyesuaikan dengan chasis utama. Untuk proses penyambungan dengan chasis utama menggunakan sambungan baut. Untuk posisi motor listrik berada dibawah landasan alat yang diberikan cover, menggunakan pelat besi dengan tebal 1,5 mm yang diberikan engsel dan handle pegangan untuk proses buka tutupnya cover tersebut. Rangka (chasis) merupakan tulang punggung suatu alat, didalam perancangan handlift sendiri untuk rangka menggunakan besi canal C yang disambung / dibentuk dengan menggunakan las listrik. Pemilihan besi canal C ini cukup kuat untuk menerima beban pada alat handlift .Besi ini dipilih karena dalam proses pengelasan lebih mudah dan sesuai dengan kebutuhan karena besi cukup kuat menahan beban yang berat. Untuk menopang berat yang harus ditumpu pada chasis utama diberikanlah tulang - tulang chasis sebagai landasan untuk alat tersebut, besi yang digunakan adalah menggunakan besi bulat dengan Ø 10 mm dan besi hollow 20 x 40 mm. Pemilihan besi canal C, besi bulat, dan besi hollow selain kuat juga mudah didapat dan harganya juga relatif murah.

3.6 KERANGKA UTAMA Kerangka utama berfungsi untuk menghubungkan seluruh bagian chasis yang lainnya, pada kerangka utama menempel seluruh bagian tersebut. Karena fungsinya yang sangat penting maka kerangka utama ini memiliki beberapa kriteria yaitu :


Laporan Tugas Akhir A. Mampu menahan seluruh gaya dan beban yang ada. B. Memiliki mekanisme penyambungan yang mudah dan baik dengan seluruh bagian chasis yang ada. C. Dapat dilakukan perakitan dengan mudah.

3.7 BERAT YANG HARUS DITUMPU OLEH RANGKA Dalam perencanaan rangka ini diharapkan rangka mampu menumpu beban yang terdapat diatas rangka yang terdiri dari berbagai komponen, beban operator, beban barang yang akan diangkat, dengan asumsi berat yang harus ditumpu oleh rangka adalah sebagai berikut : ¾

Berat komponen disini tidak terlalu berat karena komponen yang

digunakan bukan komponen yang besar dan berat, komponen yang dimaksud adalah Motor DC dengan asumsi berat 1 kg, hand winch dengan asumsi berat 500 gr, sedangkan komponen - komponen yang kecil diabaikan. ¾

Berat operator diasumsikan 70 kg.

¾

Berat beban yang diangkat diasumsikan 80 kg.

3.8 PROSES PERANCANGAN START Panjang Besi Hollow 60 mm Lebar Besi Hollow 50 mm 3 mm Tebal Besi Hollow Grafitasi 9, 81 m/s2

TEGANGAN TARIK & TEKAN F σt = A


Laporan Tugas Akhir

TEGANGAN BENGKOK σb M M = y σb = .y I I

TEGANGAN GESER

τ=F/A

TEGANGAN PUNTIR TL β T= J= θ .G 2πf

PERHITUNGAN DEFLEKSI (LENDUTAN)

δ=

PL AE

END Gambar 3.2 Diagram Alir Perhitungan


Laporan Tugas Akhir

3.8.1 Pengukuran dan Pemotongan Pada pembuatan alat ini ada beberapa jenis besi yang mendapatkan perlakuan pemotongan, hal ini dimaksudkan agar ukuran besi yang digunakan sesuai dengan yang dibutuhkan. Pemotongan dilakukan ada yang menggunakan mesin pemotong logam dan pelat tetapi untuk mendapat model sesuai dengan yang dinginkan maka digunakan mesin pemotong untuk mempercepat proses pengerjaan dan tenaga yang dipergunakan. Adapun jenis besi yang mendapatkan perlakuan pengukuran dan pemotongan ini antara lain adalah : A. Besi Canal C yang digunakan untuk rangka utama. B. Besi Canal U yang digunakan untuk tiang peyangga lengan angkat. C. Besi Canal U yang digunakan untuk Housing Bearing lengan angkat (Roda lengan angkat). D. Besi Hollow 20 x 40 mm yang digunakan untuk rangka peyangga tempat duduk, lengan angkat, dan tulang - tulang rangka pada rangka utama. E. Besi pipa atau besi bulat yang digunakan untuk tulang dudukan hand

winch, As roda, lengan ayun stang kemudi, lengan dudukan shockbreaker. F. Plat alumunium untuk landasan atau cover rangka utama.

Plat strip untuk tempat Accu.

3.8.2 Perlakuan Pengelasan Perlakuan pengelasan dilakukan untuk menyambung antara komponen yang satu dengan komponen yang lainnya. Proses ini menggunkan mesin las listrik bukan las karbit, dengan demikian akan didapatkan kualitas


Laporan Tugas Akhir penyambungan yang baik. Proses pengelasan dilakukan untuk menyambung atau membentuk sebuah sambungan yang kuat, yang sesuai dengan desain

handlift sendiri, seperti : Kerangka utama, lengan dan dudukan shockbreaker, ring O As roda, lengan - lengan kemudi, dudukan tempat duduk, housing bearing lengan angkat, garpu (lengan angkat), tiang penyangga lengan angkat, dudukan

handwinch, poros stang kemudi, dan dudukan tempat accu. Didalam perencanaan alat ini pengelasannya menggunakan pengelasan las listrik untuk seluruh bagian yang ada pada alat tersebut.

3.8.3 Perlakuan Pengeboran Perlakuan pengeboran dilakukan untuk membuat lubang pada plat alumunium yang digunakan untuk landasan kerangka utama, dudukan lampu

sein, dudukan baut pengikat untuk handwinch dan puli, dudukan baut pengikat lengan angkat dengan housing bearing lengan angkat, dudukan baut pengikat untuk tempat duduk, dudukan baut pengikat untuk tempat accu, dudukan untuk baut pengikat master rem. Lubang yang dibuat digunakan untuk memasukan baut - baut pengikat, sebelumnya ada beberapa lubang yang lebih dulu ditap untuk membuat alur. Pengeboran dilakukan dengan kecepatan putar sebesar 380 rpm dan feeding 0,18 mm/rev dan jarak pemakanan 11 mm.

3.8.4 Pemasangan Mur dan Baut Baut yang digunakan pada alat ini menggunakan berbagai macam jenis baut, yang memiliki berbagai ukuran tergantung dari bagian - bagian (komponen - komponen) yang hendak diikat dengan baut dan mur.


Laporan Tugas Akhir

3.9 BAGIAN-BAGIAN DARI PERANCANGAN RANGKA

Gambar 3.4 Tiang Penyangga Lengan Angkat Gambar 3.3 Kerangka Utama

Gambar 3.5 Housing Bearing Lengan Angkat

Gambar 3.6 Stang Kemudi

Gambar 3.7 Tiang Penyangga Tempat Duduk

Gambar 3.8 Lengan Angkat (Garpu) Jurusan Teknik Mesin Universitas Mercu Buana 31

Laporan Tugas Akhir

3.10 KOMPONEN- KOMPONEN PADA HANDLIFT 3.10.1 Motor DC Motor penggerak yang digunakan adalah jenis motor DC dengan menggunakan gear box, yang mempunyai spesifikasi : perbandingan gigi,

trafo dan tegangan yang digunakan pada motor DC tersebut. Pada perancangan handlift ini menggunakan motor DC dengan menggunkan gear box yang mempunyai prinsip kerja sebagi berikut segulungan kawat yang dialiri arus listrik dan ditempatkan didalam suatu medan magnet, akibat gulungan kawat ini akan menghasilkan suatu medan magnet yang mengakibatkan perputaran antara medan magnet bertolak belakang.

Gambar 3.9 Motor DC

Adapun spesifikasi dari motor DC yang kita gunakan adalah sebagai berikut: E.

Perbandingan gigi

= 1 : 35

F.

Tegangan

= 10 – 24 Volt

G. Trafo

= 1 Ampere, T: 0, 3 – 12 Volt


Laporan Tugas Akhir Cara kerja motor DC ini sangatlah sederhana yaitu dengan arus mengalir kekoil melalui sikat-sikat yang selalu berhubungan dengan komutator yang ditekan oleh pegas, aliran arus pada koil akan menghasilkan medan magnet yang berlawanan dengan medan magnet dari stater, sehingga menyebabkan koil berputar secara berlawanan. Apabila arus tetap mengalir kearah semula, koil akan tetap diam diposisi vertical. Setelah berputar 90 derajat, akibatnya komutator akan menyebabkan aliran arus yang mengalir melalui koil berbalik kearah semula dan begitu seterusnya siklus yang terjadi didalam motor DC.

3.10.2 Hand Winch ( Alat Derek / Alat Kerek Manual )

Hand winch merupakan alat untuk menggulung kawat baja secara manual dengan perbandingan putaran 1 : 4 yang artinya 4 kali diputaran lengan engkol dengan 1 kali diputaran gulungan kawat baja. Hand winch ini juga dilengkapi dengan tuas lock (tuas pengunci) sehingga ketika mengangkat barang tuas ini akan mengunci gulungan kawat baja agar tidak berputar kebawah yang bias mengakibatkan barang yang diangkat akan jatuh.

Gambar 3.10 Hand winch


Laporan Tugas Akhir

3.10.3 Kawat Baja Kawat baja didalam perancangan handlift ini digunakan untuk menarik lengan angkat dengan sistem katrol dan kawat baja ini diikat dan digulung pada hand winch. Kawat baja yang digunakan mempunyai diameter 3 mm.

Gambar 3.11 Gulungan Kawat Baja

3.10.4 Puli Puli digunakan untuk mentransmisikan tenaga dari satu poros ke poros lainnya dengan bantuan sabuk ( V-belt ). Ratio kecepatan puli sangat tergantung kepada besar kecilnya diameter puli penggerak dengan diameter puli yang digerakkan.

Gambar 3.12 Puli


Laporan Tugas Akhir

3.10.5 V-Belt

V-Belt pada perancangan ini berfungsi untuk mentransmisikan putaran dari motor listrik kepada poros roda belakang.

Gambar 3.13 V-belt pada Mesin Handlift

3.10.6 Saklar Saklar pada handlift terdiri dari : I. Saklar Cam Stater ( I ) berfungsi untuk mengatur kecepatan putaran motor listrik (12 V dan 24 V). II. Saklar Cam Stater ( II ) berfungsi untuk maju dan mundur serta mematikan motor listrik. III. Kunci kontak untuk mengaktifkan swicth lampu sein dan push

button klakson. IV. Swicth lampu sein untuk menyalakan lampu sein kanan atau lampu sein kiri. V. Push button untuk mngaktifkan klakson.


Laporan Tugas Akhir

Gambar 3.14 Cam Stater I dan II

Gambar 3.15 Box Panel

3.10.7 Roda Roda berfungsi untuk mendukung berat pada alat (handlift) dan memindahkan tenaga motor DC kepermukaan jalan. Jumlah roda yang digunakan pada handlift ini berjumlah empat buah, dua didepan dan dua lagi dibelakang. Roda ini dihubungkan dengan poros roda.

Gambar 3.16 Roda pada Mesin Hendlift

3.10.8 Handle Rem

Handle rem berfungsi untuk mengaktifkan pengereman. Rem pada handlift ini menggunakan rem sepeda model jepit, dimana master rem jepitnya ditaruh pada puli poros roda belakang.


Laporan Tugas Akhir

Gambar 3.17 Handle Rem

Gambar 3.18 Master Rem

3.10.9 Pedal Gas Pedal gas berfungsi untuk mengatur kecepatan dari tenaga yang dihasilkan oleh motor listrik menjadi gerak pada puli dan V-belt dan diteruskan untuk memutar poros roda belakang, sehingga menimbulkan gerak pada roda belakang.

Gambar 3.19 Pedal Gas pada Perancangan Handlift

3.10.10 Baterai ( Accu) Pada perancangan handlift ini menggunakan baterai (accu) dengan 12 Volt / 5 Ampere sebanyak 2 buah accu yang disusun secara seri untuk memenuhi kapasitas motor listrik sebesar 24 Volt.


Laporan Tugas Akhir

Gambar 3.20 Accu pada Mesin Hendlift


Laporan Tugas Akhir

BAB IV

PERANCANGAN DAN ANALISA 3.6 SKEMA ALAT Proses peancangan yang akan dilakuakan tidak jauh dari batasan-batasan masalah yang telah dikemukakan penulis pada bab I yaitu perancangan dan perhitungan dari kekuatan material rangka. Dibawah ini dapat kita simpulkan tegangan dan gaya apa saja yang terjadi pada rangka, dimana gaya-gaya tersebut dapat di gambarkan sebagai berikut :

Gambar 4.1 Handlift


Laporan Tugas Akhir

E.

Mencari Gaya-gaya Tumpuan (Reaksi Tumpuan)

F

F

1

Α

Χ

F

2

C

Β

1

Χ

E

Χ

2

3

D 3

Χ

4

4.1.2 Diagram Benda Bebas (DBB) ~ FREE BODY DIAGRAM (FBD) Diketahui = berat kendaraan 1800 N

F

F

1

2

= 700N

F

= 10 N

3

= 1.200N

E

C

A 0

D

B

RB 265 mm

265 mm

RE 620 mm

300 mm

4.1.3 Persamaan Kesetimbangan ∑MB = 0 ⎛X ⎞ − F1 ⎜ 1 ⎟ − F 2 ( X 2 ) + R E ( X 2 + X 3 ) − F3 ( X 2 + X 3 + X 4 ) ⎝ 2 ⎠

⎛ 265 ⎞ − 10⎜ ⎟ − 700(265) + RE (265 + 620) − 1200(265 + 620 + 300) ⎝ 2 ⎠

− 32,5 − 185.500 + RE 885 −−1422000 1.608.825 885R E =

885

RE = −1.817,8N


Laporan Tugas Akhir

Gaya RE adalah gaya untuk kedua roda depan sehingga untuk gaya reaksi satu roda depan dapat dicari : RE =

− 1817,8 2 = -908,9 N

∑ FX = 0

RBX = 0

∑ FY = 0 − F1 + RB − F2 + RE − F3 = 0 − 10 + R B − 700 + (− 1.817,8) − 1200 = 0 R B = 10 + 700 + 1.817 ,8 + 1200 R B = 3.727,8 N

Gaya RB adalah gaya untuk kedua roda belakang sehingga untuk gaya reaksi satu roda belakang dapat dicari : RB =

3727,8 2

= 1863,9 N

4.1.4 Mencari Gaya Lintang (Gaya Geser) Maksimal

F

1

= 10 N

F

2

= 700 N

F

= 1.200 N E

C

A

3

0

D

B

R B = 3.724,8 N

RE = −1.814,8 N


Laporan Tugas Akhir

Perhitungan gaya lintang (Gaya geser) maksimal ¾

[0 − A]V( X ) = 0 GAYA GESER MAKSIMAL [0 − B ]V( X ) = −10 N [0 − C ]V( X ) = −10 + 3727 ,8 = 3.717,8 N [0 − D ]V ( X )= −10 + 3727 ,8 − 700 = 3.017,8 N [0 − E ]V( X ) = −10 + 3727 ,8 + (− 1817 ,8) − 1200 = 700 N Diagram Geser

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 -500

V(X)

OA

OB

OC

OD

OE

0

-10

3717.8

3017.8

700

Gambar 4.2 Diagram Geser

4.1.5 Perhitungan Momen Maksimal Antara 0 dan A, x = 0 s/d 265/2 mm

F

1

= 10 N

A 0 265 2


Laporan Tugas Akhir

¾ M ( x ) = −10 ( X − 132 ,5 )

= − 10 ( X ) + 1325 M (0 ) = − 10 (0 ) + 1325 = 1.325 N M (132 , 5 ) = −10 (132 ,5 ) + 1325 = 0 Antara 0 dan B, x = 0 s/d 265 mm F1 = 10 N

A 0

265

B

R B = 3 .727 ,8 N ¾ M ( X ) = − F1 ( X − 132,5) + 3727,8( X − 265)

= −10( X ) + 1325 + 3727,8( X ) − 987867 = 3717,8( X ) − 986542

M (0 ) = 3717,8(0 ) − 986542 = −986.542 N

M (132 ,5 ) = 3717,8(132,5) − 986542 = −493.933,5 N M (265 ) = 3717,8(265 ) − 986542 = −1.325 N


Laporan Tugas Akhir Antara 0 dan C , x = 0 s/d 530 mm

F

1

F 2 = 700 N

= 10 N

A

C

0 265

B

265

R B = 3 .727 ,8 N ¾

M ( X ) = − F1 ( X − 132,5) + RB ( X − 265) − F2 ( X − 530)

= −10( X − 132,5) + 3727,8( X − 265 ) − 700( X − 530 ) = −10( X ) + 1325 + 3727,8( X ) − 987867 − 700( X ) + 371000

= 3017,8( X ) − 615542

M (0 ) = 3017 ,8(0 ) − 615542 = −615.542 N

M (132 ,5 ) = 3017 ,8(132,5) − 165542 = −215.683,5 N M (265 ) = 3017 ,8(265 ) − 615542 = 184.175 N

M (530 ) = 3017 ,8(530 ) − 615542 = 983.892 N

Antara 0 ke D, x = 0 s/d 1150 mm

F

F

1

2

= 700 N

= 10 N C

A 0 265

B 265

RB = 3.727 ,8 N

D 620

RE = −1.817,8 N


Laporan Tugas Akhir ¾ M ( X ) = − F1 ( X − 132,5) + RB ( X − 265) − F2 ( X − 530) + RE ( X − 1150) = −10( X − 132,5) + 3727 ,8( X − 265 ) − 700( X − 530 ) + (− 1817 ,8)( X − 1150 ) = −10 ( X ) + 1325 + 3727 ,8( X ) − 987867 − 700 ( X ) + 371000 + (− 1817 ,8( X )) + 2090470

= 1200 ( X ) + 1474928

M

(0 )

= 1200 (0 ) + 1474928

M

(132

,5 )

M

( 265 )

M M

= 1 . 474 . 928 N

= 1200 (132 , 5 ) + 1474928

= 1 . 633 . 928 N

= 1200 (265

) + 1474928 = 1 . 792 . 928 N = 2 . 110 . 928 N (530 ) = 1200 (530 ) + 1474928 = 2 . 854 . 928 N (1150 ) = 1200 (1150 ) + 1474928

Antara 0 ke E, x = 0 s/d 1450 mm

F

F 1 = 10 N A

2

= 700N

F

3

= 1.200N

E

C

0

D

B

265

265

620

RE = −1817,8 N

RB = 3727,8 N

¾

300

M ( X ) = − F1 ( X − 132,5) + RB ( X − 265) − F2 ( X − 530 ) + RE ( X − 1150 ) − F3 ( X − 1450 )

= −10( X − 132,5) + 3727,8( X − 265) − 700( X − 530) + 1817,8( X − 1150 ) − 1200( X − 1450)

= −10( X ) + 1325 + 3727 ,8( X ) − 987867 − 700 ( X ) + 371000 + (− 1817 ,8( X )) + 2090470 − 1200 ( X ) + 1740000 = 1200 ( X ) + 1474928 − 1200 ( X ) + 1740000 = 0( X ) + 3214928


Laporan Tugas Akhir

M (0 ) = 0 (0 ) + 3214928 = 3 .214 .928 N

M (132 , 5 ) = 0 (132 ,5 ) + 3214928 = 3 .214 .928 N M ( 265 ) = 0 (0 ) + 3214928 = 3 .214 .928 N M (530 ) = 0 (0 ) + 3214928 = 3 . 214 . 928 N M

(1150 )

= 0 (0 ) + 3214928 = 3 . 214 . 928 N

M (1450 ) = 0 (0 ) + 3214928 = 3 .214 .928 N 4.1.6 Hasil Perhitungan Gaya Momen Maksimal

[0 − A ]M (132 , 5 ) = 0 [0 − B ]M (265 ) = − 1 .325 N [0 − C ]M (530 ) = 983 .892 N [0 − D ]M (1150 ) = 2 .854 .928 N [0 − E ]M (1450 ) = 3 .214 .928 N

MOMEN MAKSIMAL

D iag ram Mo men

4000000 3214928

(+ )

3000000

2854928

2000000 983892

1000000 0 ‐1000000

0 OA

‐1325

OB

OC

OD

(‐)

Gambar 4.3 Diagram Momen


OE

Laporan Tugas Akhir F. PERHITUNGAN KEKUATAN DAN PROFIL RANGKA (TEGANGAN TARIK DAN TEKAN MAKSIMAL)

Gambar 4.4 Besi Hollow

Diketahui : h

= Panjang besi hollow = 60 mm = 0,06 m

b

= Lebar besi hollow

= 50 mm = 0,05 m

t

= Tebal besi hollow

= 3 mm = 0,003 m

F

= Gaya lintang (gaya geser) maksimal = 4 kN = 4000 N ¾

σ t=

F A

A = 2t (h + b )

= 2 × 0,003 × (0,06 + 0,05) = 2 × 0,003 × (0,11) A = 0,66 × 10

σt = =

−3

m2

F A 4 × 103 0,66 × 10− 3

σt = 6 × 106 N/m2 Jurusan Teknik Mesin Universitas Mercu Buana 47

Laporan Tugas Akhir 4.3 PERHITUNGAN TEGANGAN BENGKOK

Diketahui : M = Momen maksimal = 3.500.000 N III.

M

Z =

σ

3500000 6 × 10 6 3 Z = 0,58 m =

E.

σb

σb

=

M Z

=

3500000 0,58

= 6 × 106 N / m 2

4.4 PERHITUNGAN TEGANGAN GESER

Diketahui : F = 4000 ( N ) F.

τ

=F/A

A = 2t (h + b ) = 0,66 × 10 −3 m2

τ=

4000 0 , 66 × 10

−3

τ = 6 × 106 N


Laporan Tugas Akhir 4.5 PERHITUNGAN TERHADAP TEGANGAN PUNTIR

Diketahui : 2 G = Modulus kekakuan = 83 x 109 GN / m

L = Panjang rangka = 1,45 m = 145 cm π = 3,14 r = jari-jari roda = 80 mm. β = 20 kN

= 20000 N

f = Frekuensi = 2 r/dt

θ = Sudut Puntir = 60 VI.

T=

β

J =

2π . f

T .L θ .G

β

T = 2π . f

J=

20 × 103 = 2 × 3,14 × 2 =

20.103 12,56

T = 1.592,35 N.m

σ

P

=

T .r J

=

1600 × 80 4,6 × 10 9

1.592,35 × 1,45 6 × 83 × 109 2308,9 = 498 × 109 J = 4,6 × 109 N / m 2 =

20 × 103 = 2π (2 )

= 2,78 × 10 6 N / m 2


T .L

θ .G

Laporan Tugas Akhir 4.6 PERHITUNGAN DEFLEKSI (LENDUTAN)

δ =

PL AE

Diketahui :

τ

= 6 × 106 N

A = 0,66 × 10

−3

m2

E = 83 x 109 N / m 2 (Baja karbon) P = Beban yang ditumpu = 1200 N L = Panjang rangka = 145 cm

H. δ =

PL AE

1200 × 145 0,66 × 10 −3 × 83 × 10 9

=

(

=

174000 54,78 × 10 6

) (

)

δ = 3,1 × 10−3m3

4.7 PEMERIKSAAN HASIL PERHITUNGAN TERHADAP DATA MATERIAL

Gaya geser maksimal = 3.717,8 N Momen maksimal = 3.214.928 N Tegangan tasik dan tekan maksimal = 6 × 10 6 N / m 2 Tegangan bengkok = 6 × 10 6 N / m 2 Tegangan geser = 6 × 106N / m 2 Tegangan puntir = 2,78 × 10 6 N / m 2

Defleksi (Lendutan) = 3,1 × 10−3m


Laporan Tugas Akhir

Table 4.1 Properti Umum Baja (Efunda.com) General Properties of Steels

The following table lists the typical properties of steels at room temperature (25°C). The wide ranges of ultimate tensile strength, yield strength, and hardness are largely due to different heat treatment conditions. Carbon Steels

Alloy Steels

Stainless Steels

Tool Steels

Density (1000 kg/m3)

7.85

7.85

7.75-8.1

7.72-8.0

Elastic Modulus (GPa)

190-210

190-210

190-210

190-210

Poisson's Ratio

0.27-0.3

0.27-0.3

0.27-0.3

0.27-0.3

Thermal Expansion (10-6/K)

11-16.6

9.0-15

9.0-20.7

9.4-15.1

Properties

Melting Point (°C)

1371-1454

Thermal Conductivity (W/m-K)

24.3-65.2

26-48.6

11.2-36.7

Specific Heat (J/kg-K)

450-2081

452-1499

420-500

Electrical Resistivity (10-9Ω-m)

130-1250

210-1251

75.7-1020

Tensile Strength (MPa)

276-1882

758-1882

515-827

640-2000

186-758

366-1793

207-552

380-440

10-32

4-31

12-40

5-25

86-388

149-627

137-595

210-620

Yield Strength (MPa)

Percent Elongation (%)

Hardness (Brinell 3000kg)


19.9-48.3

Laporan Tugas Akhir

BAB V PENUTUP

5.1 KESIMPULAN

Keseluruhan pembahasan, perancangan, dan perhitungan dari alat kekuatan material rangka ( handlift ) ini telah dituliskan. Dari semua pembahasan, mulai dari Bab I sampai dengan Bab IV, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1. Handlift berjalan pada keadaan lantai yang rata untuk memastikan reaksi roda penggerak konstan. 2. Karena kemampuan motor penggerak dapat menarik handlift dengan beban (130) kg secara percobaan, maka kapasitas handlift 130 kg. 3. Hasil perhitungan diagram benda bebas (DBB) RE = −1817,8 N dan RB = 3727 ,8 N

4. Hasil perhitungan tegangan tarik dan tekan = 6 × 106 N / m 2 5. Hasil perhitungan tegangan bengkok = 6 × 106 N / m 2 6. Hasil perhitungan tegangan geser = 6 × 10 6 Ν 7. Hasil perhitungan tegangan puntir (j) = 2,78 × 106 N / m 2 8. Hasil perhitungan hukum hooke (Modulus Elastisitas)N/m2 = 3,1 × 10−3 N .m 2


Laporan Tugas Akhir 5.2 SARAN

Untuk Pengembangan lebih baik dan untuk meningkatkan efisiensi dan efektifitas kerja alat yang kami buat, maka kami mengusulkan beberapa saran berkenaan dengan hal tersebut, antara lain : 5.2.1 Perawatan

Agar alat memiliki umur yang lama dan tingkat keamanan yang tinggi, maka diperlukan perawatan secara teratur, yaitu sebagai berikut : 9 Periksa kondisi baterai (Accu). 9 Periksa kondisi motor DC. 9 Periksa fungsi-fungsi kelistrikan dan pastikan selalu dalam kondisi

baik. 9 Sebelum dan sesudah penggunaan, pastikan kadaan alat selalu

bersih.

5.2.2 Pengembangan Alat

Kami juga menerima dan akan memperhatikan saran-saran lain yang bisa menambah kesempurnaan alat ini. Akhirnya kami berharap, semoga alat ini bisa bermanfaat bagi kita semua.


Laporan Tugas Akhir

DAFTAR PUSTAKA

1. Gere, J.M. and Timoshenko, S.P. Mechanics of Materials, 2nd edition, Wadsworth International, California. 2. Kekuatan Bahan, (Teori Kokoh- Strength of Materials), Penerbit Erlangga. Jln. Kramat, Jakarta, 1985. 3. Khurmi, R.S., Gupta J. K, A Text Book of Machine Design, Eurasia Publishing House ( Pvt ) Ltd. Ram Nagar, New Delhi, 1982. 4. Suga, KiyoKatsu, Sularso, Dasar Perencanaan Dan Pemilihan Elemen Mesin, Pradnya Paramita, Jakarta, 1997. 5. Young, W.C. Roark’s Formulas for Stress and Strain, 6th edition, McGrawHill (1980).


53

TUGAS AKHIR PERANCANGAN KEKUATAN MATERIAL RANGKA PADA MESIN PENGANGKAT DENGAN TENAGA TANGAN ( HANDLIFT )

Recommend Documents