TUGAS AKHIR
RANCANG BANGUN MODEL PALANG PINTU PERLINTASAN KERETA API OTOMATIS SATU PERLINTASAN
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Dalam Meraih Gelar Sarjana Strata Satu (S1) Teknik Mesin
Disusun oleh : ADRI HAFIZ 01301-118
PROGRAM STUDY TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA JAKARTA 2007
LEMBAR PENGESAHAN
RANCANG BANGUN PALANG PINTU PERLINTASAN KERETA API SATU PERLINTASAN
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Dalam Meraih Gelar Sarjana Teknik (S1) Pada fakultas Teknologi Industri Jurusan Teknik Mesin Universitas Mercu Buana
Disetujui dan diterima Oleh :
Koordinator Tugas Akhir
Ir. Nanang Ruhyat, MT
Pembimbing Tugas Akhir I
DR. Ir. Djoko Wahyu Karmiadji MSME
Pembimbing Tugas Akhir II
R. Ariosuko, Dh. Ir
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA JAKARTA
LEMBAR PERNYATAAN
Saya yang bertanda tangan dibawah ini : Nama
: Adri Hafiz
Nim
: 01301-118
Jurusan
: Teknik Mesin
Fakultas
: Teknologi Industri
Menyatakan dengan ini sesungguhnya bahwa Tugas Akhir yang saya buat dan susun ini merupakan hasil pemikiran serta karya saya sendiri. Tugas Akhir ini tidak di buat oleh pihak lain baik alat itu sendiri, kecuali kutipan-kutipan referensi yang telah disebutkan sumbernya
Jakarta, Agustus 2007
Adri Hafiz
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT yang telah memberikan berkat, rahmat dan karunianya yang berlimpah sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan Tugas Akhir ini tepat pada waktunya. Penulisan tugas akhir ini adalah untuk memenuhi kurikulum jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Universitas Mercu Buana yang diwajibkan kepada setiap Mahasiswa Teknik Mesin. Penulisan dan penyusunan Tugas Akhir ini juga merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar Strata Satu (S1). Penulis melakukan Tugas Akhir dengan judul “Rancang bangun palang pintu perlintasan kereta api satu perlintasan”. Bahasan yang diambil secara umum meliputi komponen-komponen alat tersebut serta teori dasar tentang alat itu sendiri. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya yang diajukan kepada : 1. Bpk. Ir. Yuriadi Kusuma Msc., selaku Dekan Fakultas Teknologi Industri Universitas Mercu Buana. 2. Bpk. Ir. Rully Nutranta. M.eng., Selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Mercu Buana. 3. Bpk.. Dr.Ir. Djoko Wahyu Karmiadji, MSME. Selaku Pembimbing I Tugas Akhir.
4. Bpk. R. Arisuko Dh.Ir., selaku Koordinator Tugas Akhir dan pembimbing II 5. Kepada kedua orang tua saya yang telah memberikan banyak nasehat-nasehat, moril, materil maupun doanya yang telah banyak membantu penyelesaian tugas akhir ini.
6. Verry saputra, Yosep Widian, Yudo Kristiadi, Muri siswanto, M Ari Wibowo, Roito Ompusungu, Santoso, Trend dan yang lain yang tidak dapat disebutkan penulis satu persatu, yang telah banyak memberi masukan-masukan dalam penulisan Tugas Akhir ini thank’s ya…. 7. My Juwita Ku…. yang telah banyak memberi masukan dan semangat serta doa mu yang akhirnya dapat terselesainya laporan Tugas Akhir ini, thaks I Love U Honey… 8. Rekan-rekan angkatan 2001, thanks for you all. 9. Serta semua pihak yang telah banyak membantu dalam penyusunan Tugas Akhir ini hingga selesai yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu. Semoga amalan dan ibadah yang telah diberikan tersebut mendapat berkat yang setimpal dari Allah SWT. Penulis menyadari kendati telah diupayakan sedemikian rupa tentunya masih banyak terdapat kekurangan dan kesalah-kesalahan yang melekat pada penulisan Tugas Akhir ini. Semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca khususnya rekan-rekan Mahasiswa Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Universitas Mercu Buana. Jakarta, Agustus 2007
Penulis
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN ....................................................................... i LEMBAR PERNYATAAN ....................................................................... ii KATA PENGANTAR ................................................................................ iii DAFTAR ISI .............................................................................................. iv ABSTRAK .................................................................................................. vi DAFTAR GAMBAR ................................................................................. vii DAFTAR TABEL ..................................................................................... viii DAFTAR NOTASI .................................................................................... ix
BAB I PENDAHULUAN 1.1
Latar belakang .................................................................... 1
1.2
Tujuan penulisan ................................................................ 2
1.3
Batasan masalah ................................................................. 2
1.4
Metode penulisan ............................................................... 3
1.5
Sistematika penulisan ......................................................... 3
BAB II TEORI DASAR 2.1
Gaya .................................................................................... 5
2.2
Tegangan ............................................................................. 6
2.3
Kaidah Diagramatis untuk Pembebanan ............................. 8
2.4
Geser dan momen pada balok ............................................. 10
2.5
Sambungan Baut ................................................................. 18
BAB III PALANG PINTU PERLINTASAN KA 3.1
Klarifikasi Palang Pintu Perlintasan KA ............................ 22
3.2
Palang Pintu ....................................................................... 26
3.3
Palang pintu Semi Otomatis ..............................................
3.4
Standart Konstruksi Pendeteksi Rintangan Diperlintasan . 30
28
BAB IV ANALISA PERHITUNGAN 4.1
Langkah-langkah didalam Perhitungan ............................. 33
4.2
Perhitungan Gaya ..............................................................
34
4.3
Perhitungan Momen ..........................................................
39
4.4
Perhitungan Tegangan ......................................................
44
4.5
Hasil perhitungan ..............................................................
48
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1
Kesimpulan .......................................................................
5.2
Saran .................................................................................. 51
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
50
ABSTRAK
Untuk memaksimalkan potensi yang ada dan mengejar ketertinggalan yang ada maka penulis berinisiatif untuk membuat model alat ini yang bertujuan mempermudah dan memberikan kenyamanan serta keamanan bagi pengguna. Model alat palang pintu perlintasan kereta api adalah penelitian awal yang pada dasarnya merupakan rancang bangun dari alat palang pintu perlintasan kereta api yang dimaksud meliputi perancangan struktur. Sebelum merancang sistem sesunggahnya, penulis membuat model dengan skala 1 : 100 Dengan perhitungan gaya-gaya statis akan ditentukan gaya tumpuan, momen yang terjadi juga jenis beban utama. Dengan perbandingan kekakuan bentuk penampang profil, menggunakan momen inersia penampang, dipilih profil yang paling cocok dengan 3 kandidat diseleksi properti dan sifat terhadap situasi dan kondisi. Dari hasil perhitungan untuk tumpuan dengan materal St 37 dengan bentuk profil I dari tegangan tekuk 207 MPa dengan angka keamanan 58,98 maka material tersebut dapat digunakan sebagai palang pintu perlintasan kereta api tersebut. Sedangkan untuk material paduan Aluminium 17ST dengan profil sama maka tegangan tekuknya 198,26 MPa dan angka keamanannya 56,48
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Balok statis tak tentu
..................................................................... 8
Gambar 2.2 Pembebanan terpusat pada sebuah balok (a) yang sesungguhnya (b) yang diidealisasi
..................................................................... 9
Gambar 2.3 Balok statis tertentu
..................................................................... 12
Gambar 2.4 Kesetimbangan segmen sebelah kiri dan kanan setiap penampang selidik a-a
................................................................................. 13
Gambar 2.5 Gerak relatif tergantung kepada tanda gaya geser
..................... 14
Gambar 2.6 Momen lentur pada posisi tegak lurus ............................................. 15 Gambar 2.7 Momen lentur pada posisi miring
............................................. 16
Gambar 2.8 Sambungan flens ................................................................................. 19 Gambar 2.9 Pengamanan baut
..................................................................... 21
Gambar 3.1 Rambu tanda perlintasan kereta api Gambar 3.2 Jenis palang pintu perlintasan kereta api
............................................. 24 ................................. 25
Gambar 3.3 Kunci palang pintu perlintasan ......................................................... 29 Gambar 4.1 Konstruksi palang pintu perlintasan kereta api ................................. 33 Gambar 4.2 Konstruksi palang pintu perlintasan kereta api ................................. 34 Gambar 4.3. Jarak dan gaya pada konstruksi palang pintu perlintasan kereta api
................................................................................. 38
Gambar 4.4 Jarak – jarak pada konstruksi
......................................................... 40
Gambar 4.5 Momen maksimum pada konstruksi Gambar 4.6 Penampang palang pintu
............................................. 41
......................................................... 41
Gambar 4.7 Penampang tumpuan palang pintu rancangan S75 X 8 ..................... 44
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Motor penggerak pintu perlintasan
..........................................
26
Table 4.1 Sifat fisis rata-rata logam umum
…………………………………..
38
Tabel 4.2 Sifat fisis rata-rata logam umum
…………………………………..
43
Tabel 4.3 Hasil perhitungan gaya dan momen maks. dari 3 material
......
43
...........................................
44
Table 4.5 Koleksi ulir sekrup dan mur dengan ulir-ISO metris menurut DIN 13
45
Tabel 4.6 Harga minimum λ untuk rumus EULER ...........................................
46
Tabel 4.7 Hasil perhitungan tegangan dari 3 material
47
Tabel 4.4 Sifat penampang flens berbentuk I
...............................
DAFTAR NOTASI
A
= Luas penampang
(mm2)
b
= Tebal
(mm)
d
= Diameter
(mm)
F
= Gaya
(N)
FP
= Gaya penyeimbang
(N)
h
= Tinggi
(mm)
I
= Momen Inersia
(mm4)
M maks = Momen maksimum
(kN.m)
m
= Massa
(kg)
RA
= Gaya yang terjadi pada titik A
(N)
S
= Modulus penampang
(mm3)
V
= Volume
(m3)
W
= Berat palang pintu
(N)
σL
= Tegangan lentur
(N/mm2)
σ tekan = Tegangan tekan
(N/mm2)
τ geser = Tegangan geser
(N/mm2)
σK
= Tegangan tekuk
(N/mm2)
η
= Angka keamanan
BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang Dalam kehidupan kita telah dikelilingi dengan perkembangan teknologi yang semakin
canggih, yang sekarang ini dapat kita jumpai baik dikota ataupun pedesaan. Di zaman yang serba modern dan teknologi yang semakin canggih, maka diperlukan suatu alat penunjang yang memenuhi segala kriteria yang dibutuhkan oleh pasar sehingga alat tersebut akan berguna dan berfungsi dengan baik di pasaran. 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. Melihat kondisi masyarakat kita yang sangat jauh tertinggal dibidang teknologi maka kita hendaknya memaksimalkan potensi yang ada untuk mengejar segala ketertinggalan khususnya dibidang teknologi maka penulis berinisiatif membuat model alat palang pintu
perlintasan kereta api satu perlintasan yang bertujuan yaitu memepermudah dan memberikan kenyamanan serta kemanan bagi para konsumen.
1.2
Perumusan Masalah Tugas akhir tentang model alat palang pintu perlintasan kereta api ini
adalah
penelitian awal yang pada dasarnya merupakan rancang bangun dari alat palang pintu perlintasan kereta api ini. Adapun rancang bangun yang dimaksud meliputi perancangan struktur, sistem pneumatik, perancangan pergerakan beserta analisa kestabilan dalam kondisi statis maupun dinamis, serta desain proses manufaktur dan perakitan. Khusus dalam tugas akhir ini, pembahasan masalah akan difokuskan pada rancang bangun dari model alat palang pintu perlintasan kereta api, adapun hal-hal lain yang menyangkut alat ini dan yang tidak berhubungan dengan rancang bangun tidak dibahas, ini dikarenakan akan dibahas oleh research group yang lain.
1.3
Pembatasan Masalah Adapun tujuan penulisan
ini akan dibatasi pada rancang bangun yang akan
digunakan untuk model alat palang pintu kereta api dengan menitik beratkan pada perhitungan-perhitungan yang penting saja agar pembuatan alat tersebut terarah dan jelas, maka penulis memberi batasan-batasan masalah diantaranya : A. Perencanan perhitungan yang meliputi : •
Kekuatan tumpuan pada palang pintu
•
Kekuatan pada palang pintu
B. Tidak melakukan pengujian atau eksperimen terhadap material logam yang digunakan pada model alat palang pintu perlintasan kereta api tersebut dengan asumsi bahwa semua material yang digunakan telah memenuhi syarat mekanis. C. Data-data yang dibutuhkan diperoleh dari pengamatan langsung dari lapangan.
1.4
Metode Penulisan Metode penulisan yang digunakan oleh penulis dalam penyusunan tugas akhir ini
dilakukan dengan dua metode yaitu : A.
Metode Penulisan 1. Penelitian kepustakaan 2. Penelitian lapangan 3. Diskusi
B.
Metode Perhitungan Dengan mengacu pada data-data dari hasil perhitungan dan pengamatan langsung di
lapangan sebagai dasar perhitungan yang tidak lepas dari pembatasan masalah.
1.5
Sistematika Penulisan Dalam tugas akhir ini disusun beberapa bab, sedemikian rupa sehingga dapat dengan
mudah dimengerti dan mencapai target yang diharapkan, adapun penyusunannya sebagai berikut :
BAB I
PENDAHULUAN Berisikan latar belakang, tujuan penulisan dan penelitian, pembatasan masalah, metode penulisan dan sistematika penulisan.
BAB II
TEORI DASAR Berisi tentang teori-teori dasar dari analisa perhitungan model alat palang pintu perlintasan kereta api
BAB III
PALANG PINTU PERLINTASAN KERETA API Berisi pengertian dari palang pintu perlintasan kereta api, karakteristik dan klasifikasi dari palang pintu perlintasan kereta api tersebut.
BAB IV
ANALISA PERHITUNGAN Berisikan tentang perhitungan komponen yang digunakan pada model alat palang pintu perlintasan kereta api seperti perhitungan kekuatan palang pintu dan tumpuan palang pintu tersebut, momen yang terjadi pada rangka palang pintu perlintasan kereta api tersebut tegangan-tegangan yang terjadi pada palang pintu dan tumpuan.
BAB V
PENUTUP Berisikan tentang kesimpulan-kesimpulan dan saran-saran dari proses pembuatan model alat palang pintu perlintasan kereta api
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
BAB II LANDASAN TEORI
2.1 Gaya Gaya atau kekuatan mempunyai besar dan arah. Untuk mempelajarinya kita lukiskan gaya itu sebagai sepotong garis lurus yang berujung tanda panah dan kita sebut vektor, panjangnya melukiskan besar gaya,sedang tanda panah menunjukan arah kerja gaya. Jika gaya bekerja pada suatu benda, tempat berpegangnya disebut titik pegang. Garis yang ditarik melalui titik pegang ini arahnya sama dengan arah kerja gaya dan disebut garis kerja gaya itu. Dengan demikian, vektor itu digambar sejajar dengan garis kerja ini. Semua gaya yang garis kerjanya terletak pada satu bidang datar dinamai gaya koplanar. Semua gaya yang garis kerjanya berpotongan pada satu titik disebut gaya kongkuren (bertitik pegang tunggal). Jika garis lurus berbagai gaya itu terletak pada satu garis lurus, gaya disebut gaya kolinear[5].
2.2 Tegangan Umumnya, gaya dalam yang bekerja pada luas yang kecil tak berhingga, akan terdiri dari macam-macam besar dan arah. Gaya-gaya dalam ini merupakan vektor dalam dan bertahan dalam keseimbangan terhadap gaya-gaya luar terpakai. Dalam mekanika bahan kita perlu menentukan intensitas dari gaya-gaya ini dalam berbagai bagian dari potongan, sebagai perlawanan perlawanan terhadap deformasi, sedang kemampuan bahan untuk menahan gaya tersebut tergantung pada intensitas ini. Pada umumnya, intensitas gaya yang bekerja pada luas yang kecil tak terhingga suatu potongan berubah-ubah dari suatu titik ketitik lain. Umumnya intensitas ini berarah miring pada bidang potongan. Dalam praktek keteknikan biasanya intensitas gaya diuraikan menjadi tegak lurus dan sejajar dengan irisan yang sedang diselidiki. Intensitas gaya yang tegak lurus atau normal terhadap irisan disebut tegangan normal (normal stress) pada sebuah titik. Tegangan normal yang menghasilkan tarikan pada permukaan sebuah potongan biasa kita sebut tegangan tarik. Dipihak lain, tegangan normal yang mendorong potongan tersebut disebut tegangan tekan. Komponen yang lain dari intensitas gaya yang bekerja sejajar dengan bidang dari luar perlementer disebut tegangan geser[6]. • Tegangan Normal Tegangan tarik yang bekerja pada potongan merupakan tegangan maksimum, sedangkan potongan yang lain tidak tegak lurus pada sumbu batang akan mempunyai permukaan yang lebih luas untuk melawan gaya terpakai. Tegangan maksimum merupakkan yang paling penting karena cenderung akan menyebabkan kegagalan bahan tersebut. Tegangan yang paling besar terdapat pada potongan atau irisan yang luas penampangnya minimum serta gaya aksial yang paling besar. Irisas-irisan yang seperti ini
disebut irisan krisis. Irisan krisis untuk susunan tertentu yang telah biasanya dapat diperoleh dengan pemeriksaan. Untuk keseimbangan sebuah benda dalam ruang, persamaan-pesamaan statika memerlukan penyelesaian dengan syarat-syarat yang berikut[6].
∑ Fx = 0
∑ Mz = 0
∑ Fy = 0
∑ My = 0
∑ Fz = 0
∑ Mz = 0
[2.1 ]
Kolom pertama persaman menyatakan bahwa jumlah semua gaya yang bekerja pada benda menurut arah (x, y, z) haruslah sama dengan nol. Kolom kedua mengemukakan bahwa penjumlahan momen-momen semua gaya tehadap sumbu yang sejajar dengan arah (x, y, z) haruslah sama pula dengan nol dalam keseimbangan. Persamaan-persamaan statika ini dapat dipergunakan langsung untuk benda-benda padat yang berubah bentuk (berdeformasi). Deformasi yang diterima dalam bidang teknik bangunan biasanya sangat kecil dibandingkan dengan keseluruhan dimensi bangunan. Oleh karena itu, untuk tujuan memperoleh gaya-gaya yang terdapat dalam bidang-bidang dimensi awal dari batang-batang yang tidak dideformasi dipergunakan dalam perhitungan. Ada soal-soal dimana persamaan statika tidak cukup untuk menentukan gaya-gaya didalam ataupun yang bekerja pada batang. Umpamanya, gaya-gaya reaksi untuk sebuah balok lurus yang terlihat dalam gambar 2.1 yang ditumpu secara vertikal pada tiga buah titik, tidak dapat ditentukan hanya dari statika. Pada soal planar ini ada empat buah komponen reaksi yang tidak diketahui, sedang persamaan statika hanya ada tiga buah yang tidak saling bergantungan. Soal-soal tersebut dinamakan statika tak tentu (statically
indeterminate). Semua struktur dan bagian struktur yang kita tinjau adalah statis tertentu, yakni semua gaya luar yang bekerja pada benda.
P
H
R Ay
R By
RCy
Gambar 2.1 Balok statis tak tentu
2.3 Kaidah Diagramatis Untuk Pembebanan
Balok didatangkan untuk menumpu bermacam-macam beban. Acapkali suatu gaya diberikan kepada balok, melalui sebuah tonggak, sebuah anggar atau sekelompok bangunan yang memakai baut seperti yang terlihat dalam gambar 2.2(a) susunan demikian mempergunakan gaya terhadap bagian balok yang sangat terbatas dan didealisasikan untuk tujuan-tujuan analisis balok sebagai gaya terpusat. Hal ini secara diagramatis dapat dilihat dalam gambar 2.2(b). Pada pihak lain, dalam banyak hal gaya-gaya tersebut berlaku pada bagian yang kecil dari balok. Umpamanya dalam sebuah gudang barang-barang boleh menumpuk sepanjang balok. Gaya-gaya demikian disebut beban-beban yang terdistribusi.
Gambar 2.2 Pembebanan terpusat pada sebuah balok (a) yang sesungguhnya (b)yang diidealisasi. Banyak jenis-jenis beban yang terdistribusi yangterjadi diantaranya, ada dua macam beban yang terutama sekali penting : beban yang terdistribusi secara merata dan beban yang bervariasi secara merata[6].
A. Perhitungan Reaksi Balok
Semua tugas dengan balok berikut akan diawali dengan menentukan gaya reaksi. Bila semua gaya-gaya bekerja dengan suatu bidang maka tiga persamaan keseimbangan. Statika harus tersedia untuk tujuan ini, yaitu
∑F
X
= 0, ∑ F y = 0 dan ∑ M Z = 0 . Untuk
balok lurus dalam kedudukan yang horizontal, sumbu y untuk arah yang vertikal dan sumbu z yang tegak lurus terhadap bidang. Penggunaan ketiga persamaan pada beberapa persoalan balok dilukiskan dibawah dan dimaksudkan untuk berlaku sebagai peninjauan kembali dari prosedur yang penting ini. Deformasi dari balok sangat kecil, hingga dapat diabaikanbila persamaan-persamaan diatas digunakan untuk balok-balok yang stabil sejumlah kecil dari deformasi yang mengambil bagian dalam merubah titik-titik tangkap. gaya-gaya tidaklah terlihat. Untuk memberikan penekanan lebih lanjut, maka dipergunakan langkah-langkah untuk penyelesaiannya[1].
1. Buatlah sket balok yang baik dimana semua gaya-gaya terpakai dengan jelas diperlihatkan beserta letaknya terhadap tumpuan. 2. Dengan tegas tunjukkan gaya-gaya reaksi yang tidak diketahui. Ingatlah bahwa sebuah tumpuan rol mempunyai satu gaya reaksi yang tidak diketahui, tumpuan berpasak mempunyai dua gaya reaksi yang tisak diketahui, sedang tumpuan jepit mempunyai tiga gaya reaksi yang tidak diketahui. 3. Gantilah semua gaya-gaya miring yang diketahui dan gaya-gaya yang tidak diketahui dengan komponen-komponen yang sejajar dan tegak lurus dengan balok. 4. Pergunakan persamaan-paersamaan statika untuk memperoleh gaya-gaya reaksi tersebut.
2.4 Geser dan Momen pada Balok
Dasar utama masalah kekuatan bahan adalah menetapkan hubungan antara tegangan dan deformasi yang disebabkan oleh beban yang bekerja pada setiap struktur. Pada pembebanan aksial dan torsi, kita mengalami kesulitan kecil ketika mempergunakan hubungan tegangan dan deformasi karena dalam mayoritas khusus, beban tetap diseluruh struktur atau terdistribusi dengan besar tertentu dibagian komponen. Tetapi, studi beban lentur sulit karena kenyatannya pengaruh pembebanannya terhadap balok bervariasi dari satu penampang kepenampang yang lain. Pengaruh pembebanan itu dalam bentuk gaya geser dan momen lentur, kadang kala disebut geser dan momen. Dua jenis tegangan bekerja pada penampang transversal balok : 1. Tegangan lentur, yang bervariasi langsung dengan momen lentur 2. Tegangan geser yang bervariasi langsung dan geser.
Justru itu, sebagai dasar mempelajari tegangan pada balok berkaitan dengan momen geser dan lentur pada balok yang mengalami berbagai kondisi pembebanan dengan kondisi tumpuan yang berbeda, khususnya mencari harga geser dan momen[1]. Metode tumpuan dari beberapa type balok diperlihatkan pada gambar 2.3. sebuah balok sederhana ditumpu dengan reaksi engsel pada salah satu ujung dan tumpuan rol pada yang lain, tetapi tidak dijepit. Sebuah balok kontilever hanya ditumpu pada salah satu ujung, dengan jepitan yang sesuai untuk menghindari rotasi pada ujung tersebut. Sebuah balok menganjur (overhaging) ditumpu oleh sebuah reaksi engsel dan rol, dengan salah satu atau keduanya diluar tumpuan. Sebuah balok yang statis tertentu reaksinya dapat ditetapkan langsung dari persamaan kesetimbangan.
(c) Balok statis menggantung (overhaging) Gambar 2.3 Balok statis tertentu
A. Geser dan Momen
Gambar 2.4 memperlihatkan balok sederhana mendukung beban terpusat P dan dibuat setimbang oleh reaksi R1 dan R2. Untuk sementara, abaikan masa balok sendiri dan tinjaulah harga pengaruh beban P. Andaikan bidang potongan a-a berjarak x dari R1 membagi balok menjadi dua segmen. Diagram benda bebas segmen kiri pada gambar 2.4(b) memperlihatkan beban luar R1. Untuk menjaga kesetimbangan statis. Pada kasus ini, beban luar tegak sehingga kondisi
∑ Fx = 0 (sumbu x mendatar) secara otomotis terpenuhi.
Gambar 2.4 Kesetimbangan segmen sebelah kiri dan kanan setiap penampang selidik a-a Untuk memenuhi
∑ Fy = 0 ,
ketidak seimbangan tegak yang diakibatkan R1
menyebabkan serat penampang a-a menimbulkan gaya tahanan. Gaya ini diperlihatkan sebagai Vr1 dan disebut gaya tahanan geser. Untuk beban yang diperlihatkan, Vr secara numerik sama dengan R1, tetapi apabila beban tambahan bekerja antara R1 dan a-a seperti pada gambar 2.6 dan 2.7, ketidakseimbangan tegak sama tetapi arahnya berlawanan dengan gaya tahanan geser akan diperoleh dari jumlah komponen tegaknya. Kita mendefenisikan ketidakseimbangan tegak ini sebagai gaya geser balok. Gaya ini disebut
V dan bisa
ditetapkan dari jumlah komponen tegak dari beban luar yang bekerja pada kedua sisi penampang. Defenisi gaya geser ini juga disebut tegak geser atau geser bisa dinyatakan
secara matematis yaitu V = ( ∑ y )L subskrip L menekankan bahwa jumlah tegak hanya memasukkan beban luar yang bekerja pada segmen balok sebelah kiri penampang yang ditentukan[1]. Gaya geser Vr yang ditimbulkan oleh serat pada sebuah penampang sembarang selalu sama tetapi arahnya berlawanan dengan arah geser V. Ketika menghitung V, gaya atau beban yang bekerja keatas diaggap positif. Hukum pada tanda ini menghasilkan pengaruh seperti terlihat pada gambar 2.5, dimana gaya geser positif cenderung menggerakkan segmen kiri kearah atas ditinjau dari arah kanan atau dan sebaliknya.
Gambar 2.5 Gerak relatif tergantung kepada tanda gaya geser Keseimbangan diagram benda bebas dari gambar 2.4(b), jumlah momen juga harus setimbang. Pada diskusi ini R1 dan Vr sama, sehingga menghasilkan kopel M yang sama dengan R1x dan disebut dengan momen lentur karena cenderung melenturkan balok. Serat padapenampang selidik harus menimbulkan momen tahanan, Mr dan bekerja seperti yang diperlihatkan. Pada banyak balok, diagram benda bebas mendukung jumlah beban, seperti diperlihatkan pada gambar 2.6, oleh karena itu defenisi momen lentur dibutuhkan secara lebih lengkap[1].
Gambar 2.6 Momen lentur pada posisi tegak lurus B. Defenisi Momen Lentur
Momen lentur didefenisikan sebagai jumlah momen semua gaya yang bekerja disisi kiri atau kanan penampang terhadap sumbu titik berat penampang yang dipilih. Subskript L menunjukkan bahwa momen lentur dihitung dengan terminologi beban yang bekerja disebelah kiri penampang dan subskript R berkaitan dengan beban sebelah kanan penampang. Pada gambar 2.6 dimana beban tegak lurus balok, sumbu momen lentur bisa pada titik A, atau B, atau disetiap tempat pada penampang selidik, tanpa mengubah lengan momen beban terpasang. Tetapi apabila beban terpasang miring kearah balok seperti diperlihatkan pada gambar 2.7, lengan momen terpasang tidak tertentu kecuali sumbu momen pada kedudukan tertentu dipenampang selidik. Beban miring seperti itu menyebabkan kombinasi pengaruh aksial dan lentur[1].
Gambar 2.7 Momen lentur pada posisi miring
C. Tanda Momen Lentur
Momen lentur positif apabila momen menghasilkan lenturan balok cekung keatas. Kita memilih pemakaian konveinsi ekuivalen yang menyatakan bahwa gaya luar yang bekerja keatas menghasilkan momen lentur positif terhadap setiap penampang, gaya kebawah menghasilkan momen lentur negatif. Sejauh ini karena selalu ditinjau segmen kiri balok (gambar 2.4b), hal ini ekuivalen dengan mengambil momrn searah jarum jam terhadap sumbu lentur sebagai positif, seperti ditunjukkan oleh R1 terhadap segmen kanan balok (gambar 2.4c), konvensi ini berarti bahwa momen reaksi R2 positif dalam arah berlawanan jarum jam. Konvensi ini memberikan keuntungan sehingga momen lentur bisa dihitung,tanpa dibingungkan oleh tanda, dengan terminologi gaya sebelah kiri atau kanan penampang, tergantung kepada kebutuhan kerja aritmatika. Kita tidak pernah memikirkan apakah momen searah jarum jam atau belawanan arah jarum jam, gaya bekerja keatas selalu menghasilkan momen lenturpositif dengan mengabaikan apakah gaya bekerja sebelah kiri atau kanan penampang selidik. D. Hubungan Antara Beban Geser dan Momen
Kita akan membahas hubungan antara beban, geser dan momen lentur pada setiap balok. Hubungan ini memberikan metode untuk membuat diagram geser dan momen tanpa menulis persamaan geser dan momen. Hubungan ini tidak tergantung kepada defenisi dasar geser dan momen, alih-alih hubungan ini menambahdefenisi dan dipergunakan berkaitan dengannya. Gaya geser positif digambarkan kearah atas dari sumbu x, oleh karena itu luas geser positif adalah daerah yang terletak diatas sumbu x dan menyatakan pertambahan momen lentur. Tetapi, diagram beban biasanya digambarkan dengan beban diatas balok karena
merupakan kedudukan sebenarnya, oleh karena itu luas beban yang bekerja kebawah dianggap negatif dan menyatakan pengurangan gaya geser. Tegangan yang disebabkan oleh momen lentur dikenal sebagai lentur, dan hubungan antara tegangan ini dan momen lentur dinyatakan dengan rumus lentur. Rumus ini menunjukkan bahwa tegangan lentur pada setiap penampang bervariasi langsung dengan jarak penampang dari sumbuy netral. Dalam bentuk rumus lentur yang lebih, y umum diganti dengan jarak c, yang didefenisikan sebagai jarak dari sumbu netral keelemen terjauh. Dengan perubahan ini, tegangan lentur maksimum pada setiap penampang diberikan oleh[1]. σmax = Mc I
[2.2]
Apabila I c disebut modulus penampang, dan disebut dengan S, variasi umum lain dari rumus lenturan adalah σmax =
M
I
=M c
S
[2.3]
2.5 Sambungan Baut
Baut adalah yang paling sering digunakan sebagai elemen mesin. Orang sering menggunakan sebagai : 1. Sebagai baut penguat untuk sambungan yang dapat dipisahkan. 2. Sebagai baut pemegang untuk proses penegangan (baut penegangan) 3. Sebagai baut dudukan untuk mendudukan atau menyetel kembali goyahan atau keausan 4. Sebagai baut pengukur untuk jarak dekat (mikrometer)
5. Sebagai pemindah gaya untuk membuat gaya memanjang yang besar dari gaya yang kecil (pres ulir) 6. Sebagai baut penggerak untuk gerakan berputar menjadi gerakan memanjang (ulir pengarah) 7. Sebagai baut diferensial untuk menimbulkan lintasan yang kecil dalam putaran yang besar Setelah keuntungan dari sisi pada baut disebutkan, maka disebutkan beberapa sifat merugikan, yang dalam banyak hal memerlukan pengukuran khusus. Tentu saja dalam baut penguatan, momen dalam yang tidak diperhatikan dan keawetan yang tidak diperhatikan dari penegangan yang diberikan dalam proses, maka sering diperlukan pengamanan terhadap pengendoran dan terhadap kesemuanya berpengaruh, tarikan dari ulir ; pada baut penggerak adalah efiensi yang rendah, keausan dari sisi ulir dan kasus yang perlu diperhatikan adalah kelonggaran ulir dan kerusakan sentris dari ulir.
Gambar 2.8 Sambungan flens, a) dengan baut yang ditembuskan, b) dengan baut pin, c) dengan baut kepala, d) dengan baut elastis yang ditembuskan dan bagian penjaga jarak, e) dengan baut elastis mur ganda
Pada waktu dieratkan, permukaan flens dirapatkan kepada a) sampai c) tanpa pengamanan penahanan perantara Pembuatan dari alur ulir memerlukan ”pengepresan” atau ”pengerolan”. Dalam proses yang tidak dipotong tidak ada penyerpihan dari bahan dari alur ulir dan pencetakan kepala baut, dalam proses snei dengan pemotaran atau penggilingan, disnei dengan suatu profil gigipenggerus yang putarannya tinggi ”berpusar” atau dalam proses gerinda berprofil[2]. A. Baut, Mur dan Perlengkapan
Untuk sambungan baut disamping memiliki baut yang kuat, pada baut sekrupnya misalnya pada baut penggerak dan ulir penggerak, juga murnya memiliki ulir dalam yang sesuai, untuk itu digunakan cincin pengaman dan pengamanan yang lain. Selanjutnya diperlukan juga perkakas kerja khusus untuk menggetatkan dan melepaskan baut dan mur yang berhubungan dengan kunci pas atau obeng, kalau tidak dilakukan pelayanan dengan tangan pada sabuk, ring, mur sayap atau kenop. Dalam kontruksi mesin, baut dengan kepala segi enam atau mur segi enam memegang peranan utama, dan sebagai baut tembus juga disebut baut sekrup,sebagai baut kepala tanpa mur dan sebagai stud tanpa kepala dan mur, untuk penempatan terbenam digunakan baut segi enam dalam, jarang dipakai baut terbenam atau baut selinder dengan alur. B. Pengamanan
Pengamanan yang paling sederhana dan paling terandalkan terhadaap pemutaran kendur sendiri dari baut adalah pemanfaatan gesekan dalam ulir dan dibawah dudukan kepala. Pada baut penguatan tidak terjadi penglepasan, selama dalam proses pengerjaan ditegangkan dengan benar. Plat pengamanan tambahan bekerja disini, dengan menambah
sambungan yang terpisah (total dudukan lebih besar) hanya tidak menguntungkan. Hanya kalau melalui gaya kerja atau melalui dudkan luncuran dari puncak kekasaran tidak memberikan ketegangan yang nyata, maka digunakan pengamanan baut tambahan. Pengamanan baut yang didapatkan dari bentuk bilah, plat pengaman dengan sirip, uliryang dibor tembus melintang dan sebagainya menghindarkan pemutaran kendur dari baut, pengamanan baut yang didapatkan dari gaya cincin pegas, plat gerigi mengurangi penegangannya menggendurkan. Mur yang mengamankan sendiri, suatu mur kedua (mur kontra) atau resin plastik cair (loctite) seringkali digunakan sebagai pengaman baut. Gambar 2.9 menunjukkan suatu koleksi dari pengamanan baut yang umum
Gambar 2.9 Pengamanan baut. Pengamanan yang didapat dari bentuk : a) mur mahkota dengan bilah melintang, b) plat pengaman, c) kawat pengamanan, d) cincin pegas, e) plat pegas, f) plat gerigi, g) dudukan kerucut (gesekan dipertinggi), h) nur yang mengamankan sendiri, i) mur pengaman, k) cincin pengaman plastik (pengaman – dubo). Untuk tegangan yang lebih tinggi juga pegas piringan plat penegang.
BAB III PALANG PINTU PERLINTASAN KERETA API
Kecelakaan dipintu perlintasan kereta api cenderung meningkat setiap tahun karena adanya pertumbuhan yang besar dalam jumlah kendaraan bermotor, termasuk sepeda motor dan pejalan kaki, serta pengoperasian berkecepatan tinggi dan kenaikan pengoperasian kereta api. Kecelakan yang terjadi seringkali memakan korban dalam jumlah yang berarti serta menghambat pengoperasian kereta api yang aman, handal dan cepat. Tentu saja resiko kecelakaan diperlintasan dapat diatasi dengan peralatan pengaman yang handal. Sementara terang diterangkan oleh pihak yang berwenang bahwa filosopi dari perlintasan kereta api sendiri adalah untuk mengamankan perjalanan kereta api tersebut[4].
3.1 Klasifikasi Palang Pintu Perlintasan Kereta Api
Perlintasan mempunyai peralatan yang dapat menutup lalu lintas jalan raya bila kereta api melintasi perlintsan tersebut antara lain adalah :
1. Perlintasan otomatis, damana pengoperasian pintu penutup maupun alarm dan lampu indikator lampu peringatan dikendalikan secara otomatis 2. Perlintasan semi-otomatis, dimana perlintasan yang pintu penutupnya dikendalikan secara otomatis dan manual. 3. Perlintasan manual, dimana pintu penutup perlintasan dikendalikan secara manual. Adapun jenis dari palang pintu perlintasan kereta api sendiri adalah dapat digerakkan secara mekanik dan elektrik dan jenis pelayanannya seperti yang telah diterangkan diatas yaitu secara manual, otomatis dan semi-otomatis. Sedangkan klasifikasi dari pengaman perlintasan tersebut adalah : a. Pintu penutup, dimana alat ini merupakan pintu yang menutup lalu lintas jalan raya yang banyak terbuat dari kayu. b. Bel alarm, dimana alat ini memberi peringatan dan dengan buzzer (bunyi) bahwa kereta akan melintasi perlintasan tersebut dan palang pintu penutup sedang digerakkan turun c. Indikator lampu, dimana alat ini memberi peringatan kepada lalu lintas tentang kedatangan kereta api dengan tanda berupa lampu d. Indikator arah kereta api, dimana alat ini menunjukkan arah kedatangan kereta api. e. Alat pengunci pemberitahu adanya rintangan diperlintasan yang dapat memberi sinyal stop kepada kereta api, bila perlintasan perlu dilindungi. f. Alat pendeteksi gangguan, dimana alat ini mendeteksi adanya gangguan diperlintasan dan menjalankan alat pemberitahu A dan B secara otomatis. g. Penerangan lintasan atau lampu-lampu untuk menerangi perlintasan.
Gambar 3.1 Rambu tanda perlintasan kereta api
Adapun jenis perlintasan ini dilengkapi dengan pintu perlintasan untuk menghentikan lalu lintas jalan raya. Pintu yang dipasang dapat berbentuk palang gantung, palang lengan, palang naik, palang geser dan palang berputar.
Gambar 3.2 Jenis palang pintu perlintasan kereta api
1-a
Palang gantung adalah jenis yang paling sederhana yang mengantung adalah tembaga atau rantai pada tiang.
1-b
Palang lengan yang sudah lama digunakan dan ini terdiri dari jenis lengan tunggal dan lengan ganda.
1-c
Penunjukkan palang naik yang kelebihannya adalah dapat membuka dan menutup seluruh lebar pintu secara bersamaan dengan menggunakan kawat tanpa memerlukan banyak tenaga.
1-d
Penunjukkan bentuk palang geser diperlintasan yang lebar dan dapat dipasang palang yang digerakkan oleh mesin.
1-e
Menunjukkan palang berputar yang termasuk jenis lengan. Palang ini dibuat sedemikian rupa sehingga dapat memutar 180º.
3.2 Palang Pintu Otomatis
Palang pintu otomatis ini dapat dipasang pada perlintasan kereta api yang mengendalikan secara otomatis bersama dengan alarm dan lampu indikator jalan raya dan tenaga pengoperasiannya dapat menggunakan listrik dan udara kompresi. Adapun jenis elektrik dikendalikan oleh motor elektrik dan dapat dibagi menurut lebar jalan diperlintasan.
Tabel 3.1 Motor penggerak pintu perlintasan[4] Tipe Tegangan (V)
Arus
Siny.
Perl. Jln.
Turun
Naik
Panjang Sudut
(A)
Perl
Raya
(s)
(s)
(m)
(º)
(A) A
DC 24
9
12
0,7
8-10
18
10
90º
B
DC 24
7
10
0,7
6-10
10
6
90º
Pada waktu pintu berada pada posisi datar (horizontal) pengontrol sirkuit palang R (0º sampai 5º) mengontak magnet pemutus dibuat berenergi untuk membuka sirkuit motor R sehinga pintu tetap dipertahankan pada posisi datar (horizontal). Pada saat pintu naik, terjadi kontak sirkuit pengendali alarm (85º sampai 90º) untuk memberi energi pada magnit pemutus guna membuka sirkuit motor. Sekaran pintu berada pada posisi tegak lurus (vertikal). Untuk jenis motor elektri pneumatik digunakan pompa kompresi mini untuk memompa oli ketangki mini. Menurut kondisi pengontrol nilai magnit sirkuit dihidupkan
untuk menggerakkan motor. Pengoperasian palang dilakukan dengan cara, motor ¼ PK, 2 sampai 5 tekanan atmosfir. Palang turun dalam waktu 12 sampai 15 detik sedangkan waktu naik 7 detik. Palang pintu otomatis ini dilengkapi juga oleh beberapa sensor yang mendeteksi kedatangan kereta api dari jarak 1 km yang kemudian sensor tersebut mengirim sinyal ke PLC (Programaable Logic Control) sebagai otak semua penggerak. Kemudian sensor palang pintu mendeteksi ada atau tidaknya rintangan di palang pintu yang selanjutnya memberi sinyal ke PLC (Programmable Logic Control) dan dengan segera PLC (Programmable Logic Control) memberi perintah kepada palang pintu perlintasan untuk menutup perlintasan[4]. Standar pemasangan palang pintu otomatis ini sendiri dipilih tipe palang pintu yang harus dipasang sedemikian rupa, sehingga palang itu sejajar dengan rel menurut ketentuan sebagai berikut: 1. Bila dipasang satu set, palang pintu dipasang disisi kiri perlintasan sebagaimana tampak pada jalan. 2. Bila dipasang dua set palang pintu, masing-masing satu set dikedua sisi perlintasan sebagaimana tampak dari jalan. Palang yang diturunkan harus membentuk garis lurus dari jarak antara ujung keduanya adalah maksimum 2 m. 3. Alat pemberi alarm, untuk dapat memprediksi penutupan lalu lintas pada perlintasan kereta api dan untuk memberi peringatan, perlu dipasang lampu indikator peringatan pada perlintasan dan bel. 3.3 Palang Pintu Semi Otomatis
Palang pintu ini bekerja secara semi otomatis, yang mana palang pintu ini bekerja dengan bantuan penjaga perlintasan palang pintu. Bilaman kereta datang dengan jarak 1 km dari perlintasan kereta api dan jalan raya maka penjaga perlintasan palang pintu kereta
segera memberi aba-aba kepada seluruh pengguna jalan raya dengan menghidupkan alarm terlebih dahulu lalau langsung menghidupkan lampu merah perlintasan kemudian dengan segera menurunkan palang pintu perlintasan kereta api dengan menarik tuas pengatur palang pintu kereta api tersebut. Palang pintu semi otomatis ini mempunyai panel pengendali yang dipasang diperlintasan, dimana terdapat tuas pengatur pintu kereta, lampu peringatan kedatangan kereta api, tombol untuk menutup pintu sampai setengah tertutup dan tombol untuk membunyikan alarm peringatan tentang kereta api yang ingin melintas. Palang pintu ini digerakkan oleh motor listrik. Adapun pengunci perlintasan semi otomatis ini terdiri dari gir yang dipasang pada tuas pengendali untuk pintu perlintasan yang berbentuk palang naik turun, dimana badan kunci dipasang pada dasar pegangan dan pengontrol sirkuit yang bekerja bersama dengan kerek pengangkat. Palang pintu semi otomatis ini menggunakan voltase dari maknit DG 24V dan untuk kunci palang pintu kereta tipe AC digunakan alat perubah arus (inverter).
Gambar 3.3 Kunci palang pintu perlintasan
Gambar diatas menunjukkan garis besar mekanisme kunci palang pintu perlintasan. Pegangan penggerak disediakan untuk membuat pintu tidak terkunci pada waktu terjadi gangguan listrik atau gangguan mekanik[4].
3.4 Standar Konstruksi Pendeteksi Rintangan Diperlintasan
Sebagai salah satu alat untuk pengaman perlintasan, konstruksi pendeteksi rintangan ditentukan oleh pemberitahuan
No. 1017 tanggal 23 Maret 1981 yang
dikeluarkan oleh Kementrian Transportasi.yang berisikan standar konstruksi pendeteksi rintangan diperlintasan harus sesuai dengan ketentuan berikut ini. 1.
Alat pendeteksi (detektor), yang memberikan tanda stop kepada kereta api dengan menjalankan indikator alat pendeteksi rintangan bila ada rintangan diperlintasan sehingga kereta api perlu diamankan dari kemungkinan tabrakan atau segera memperbaiki tanda yang diberikan bila rintangan berhasil disingkirkan bila kereta api sudah mendekati perlintasan.
2.
Alat pengendali, yang menjalankan indikator pendeteksi rintangan yang disebut tombol pengoperasi.
3.
Alat pendeteksi rintangan (detektor), yaitu suatu alat yang mendeteksi adanya mobil ataupun yang lainnya merintangi perlintasan dan menjalankan indikator secara otomatis atau segera memperbaiki tanda yang diberikan bila mobil itu berhasil disingkirkan, bila kereta api sudah mendekati perlintasan.
4.
Indikator yaitu pengirim sinyal khusus, fuse atau peralatan komunikasi radio untuk memberikan tanda stop kepada kereta api. Alat pendeteksi (detektor) ini harus mampu secara otomatis mendeteksi adanya mobil
yang menjadi perintang, pendeteksi ini dilakukan dengan cahaya, gelombang elektro
magnetik,
bila ada mobil yang tidak bergerak diperlintasan pada waktu kereta api
mendekati perlintasan itu. Detektor ini tidak boleh menandakan bahwa kereta api yang melintasi perlintasan itu adalah rintangan. Sistem pengendali detektor ini harus merupakan sistem tertutup dan tidak akan salah berfungsi karena adanya salju, kabut, hujan, angin, perbedaan suhu, dan getaran oleh kereta api.
BAB IV ANALISA PERHITUNGAN
Sebelum melakukan perhitungan gaya-gaya yang terjadi pada konstruksi alat palang pintu perlintasan kereta api, pertama kita perhitungkan bahan-bahan yang akan kita pergunakan. Untuk mempermudah pengerjaan pembuatan konstruksi alat palang pintu perlintasan kereta api pembelian bahan yang akan dipakai, pertama kita lihat berat jenis bahan yang ada dipasaran. Setelah kita ketahui jenis bahan yang ada kemudian kita cek dengan referensi yang ada seberapa jauh kekuatan bahan tersebut agar tidak terjadi kegagalan dalam pembuatan seperti terjadinya kepatahan pada bahan ketika alat dioperasikan. Setelah diketahui kekuatan dari bahan tersebut baru kita dapat kerjakan pembuatan alat tersebut. Untuk mengetahui gaya-gaya pada batang atau struktur palang pintu perlintasan kereta api dilakukan dengan menganalisa beban terhadap reaksi penyanga pada struktur. Analisa ini dimulai dengan mengasumsikan berat palang pintu sebagai beban utama pada struktur.
Gambar 4.1 Konstruksi palang pintu perlintasan kereta api Komponen-komponen yang dipakai adalah : a. Besi plat pada palang pintu kereta api b. Baut sekrup
4.1 Langkah-langkah didalam perhitungan
Langkah-langkah yang perlu diperhatikan didalam perhitungan konstruksi palang pintu perlintasan kereta api ini adalah sebagai berikut : 1. Pertama kita hitung gaya-gaya yang bekerja pada batang. 2. Setelah kita ketahui gaya-gaya yang bekerja maka kita cari momen yang terjadi. 3. Kemudian kita tentukan momen maksimum yang terjadi dari hasil perhitungan momen-momen yang kita cari. 4. Setelah itu kita tentukan momen inersia yang terjadi. 5. Kemudian kita hitung tegangan lentur maksimum yang terjadi.
4.2 Perhitungan Gaya
Langkah pertama yang kita lakukan adalah mencari gaya-gaya yang terjadi pada konstruksi palang pintu perlintasan kereta api seperti pada gambar dibawah ini, dimana gaya-gaya yang terjadi adalah Statis Tertentu. Kontruksi tersebut disangga oleh baut-baut dimana
∑ M = 0 . Dimana baut tersebut menahan gaya-gaya horizontal dan vertikal. 1,5 m
0,10 m
C
A
0,16 m
0,14 m
D
B
8,5 m
0,15 m 10 m
Gambar 4.2 Konstruksi palang pintu perlintasan kereta api Potongan batang A 0,02 m
0,16 m
8,5 m
Dimana panjang, p = 8,5 m Lebar, l = 0.02 m Tinggi, t = 0,16 m Jadi volume dari persegi panjang adalah,
VA = p . l . t = 8,5 . 0,02 . 0,16 = 0,0272 m 3 Potongan batang B
0,14 m
0,07 m 0,10 m
Dimana luas alas, L =
1 × (0,10) . (0,14) 2
= 7 ×10 −3 m 2 Jadi volume dari segitiga adalah, VB = L . t = 0,007 . 0,07 = 4,9 ×10 − 4 m = 0,00049 m 3
Potongan batang C 0,15 m 0,02 m
0,16 m
Dimana luas alas, L =
1 × (0,15) . (0,16) 2
= 0,012 m 2 Jadi volume segitiga adalah, VC = L . t = 0,012 . 0,02 = 2,4 ×10 − 4 m 3 = 0,00024 m 3
Potongan batang D 0,07 m
0,14 m
1,5 m
Dimana panjang, p = 1,5 m Lebar, l = 0,07 m Tinggi, t = 0,14 m
Jadi volume dari persegi panjang adalah, VD = p . l . t = 1,5 . 0,07 . 0,14 = 0,0147 m 3
Setelah kita dapatkan hasil perhitungan volume dari semua potongan pada palang pintu perlintasan kereta api diatas, maka diperoleh volume dari palang pintu tersebut adalah. VTotal = VA + VB + Vc + VD
= 0,0272 + 0,00049 + 0,00024 + 0,0147
= 0,04263 m 3 Dari volume palang pintu, maka kita tentukan hasil perhitungan berat beban palang pintu tersebut yang diasumsikan letak pusat beratnya ditengah palang pintu tersebut, dengan cara mencari massa jenis palang pintu terlebih dahulu, dimana rapat jenis ditentukan dari tabel 4.1 dengan bahan Aluminium yaitu, ρ Al = 2700 kg Sehingga, m = ρ Al . V = 2700 kg
m3 = 115,101 kg
. 0,04263 m 3
m3
Table 4.1 Sifat fisis rata-rata logam umum[1]
Maka didapat nilai dari beban F2 = W maka, W = m. g
= 115,101 kg . 9,8 m
s2
= 1127,98 N Lalu kita cari gaya – gaya yang bekerja pada palang pintu perlintasan kereta api ini.
C
B
A
5m
3,5 m
1,5 m
FP
W
RA
Gambar 4.3. Jarak dan gaya pada konstruksi palang pintu perlintasan kereta api
Syarat-syarat untuk menghitung harga dari perhitungan untuk kesetimbangan statis dari benda balok terdistribusi tidak merata sesuai dengan persamaan (2.1)
Rumus-rumus :
∑ Fx = 0 ∑ Fy = 0 ∑M = 0
Sehingga kita dapat mencari reaksi gaya penyeimbang ( FP ) dari berat palang pintu pada gambar 4.3.
∑M
A
=0
FP .1,5 − W . 3,5 = 0 W . 3,5 1,5 1127,98 . 3,5 = 1,5 = 2631,96 N
FP =
Lalu kita cari reaksi gaya di R A .
∑F
y
=0
− FP + R A − W = 0
− 2631,96 + R A − 1121,37 = 0 R A = 2631,96 + 1127,98 = 3759,94 N 4.3 Perhitungan Momen
Didalam mencari momen maksimum kita lihat beberapa jarak yang ada pada gambar, kemudian kita hitung satu persatu. Maka akan kita dapatkan Momen Maksimum.
W
FP
RA
1,5 m
5m 10 m Gambar 4.4 Jarak – jarak pada konstruksi • M X = 0→1,5 = − FP . x = − 2631,96 . x M (xB=)1
= − FP . x = − 2631,96 .1,5 = − 3947 ,94 N.m
• M (xA=)1,5→ 5 = − FP . x + R A ( x − 1,5) = − 2631,96 . x + 3759 ,94 . x − 3759 ,94 .1,5 = 1127 ,98 . x − 5639 ,91 M (xA=)1,5
= 1127 ,98 . x − 5639 ,91 = 1127 ,98 .1,5 − 5639 ,91 = − 3947 ,94 N . m
M (xA=)5
= 1127 ,98 . x − 5639,91 = 1127 ,98 . 5 − 5639,91 =0
Setelah kita hitung satu persatu dari jarak konstruksi yang ada pada gambar 4.4, maka kita dapatkan momen maksimum dititik A sebesar − 3947,94 N . m , yang dapat digambarkan dibawah ini :
W
FP
RA 1,5 m
5m 10 m 0 N.m
0 N.m 0 N.m - 3947,94 N.m
Gambar 4.5 Momen maksimum pada konstruksi Setelah kita dapatkan momen maksimum dari hasil perhitungan pada konstruksi palang pintu, maka kita hitung momen inersia pada penampang palang pintu tersebut sesuai persamaan (2.2) : 70 mm
140 mm
h
b
Gambar 4.6 Penampang palang pintu
Dimana lebar, b = 0,07 m = 70 mm tinggi, h = 0,14 m = 140 mm b.h 3 12 70 . (140) 3 = 12 = 16006666,67 mm 4
I=
Kemudian kita cari jarak modulus penampangnya, S=
I I = C 1 .h 2 16006666,67 mm 4 = 1 .140 mm 2 = 228666,66 mm 3
Setelah itu kita cari tegangan lentur dari penampang tersebut sesuai persamaan (2.3) ; M Max S 3947,91 N.m = 228666,66 mm 3 3947910 N.mm = 228666,66 mm 2 = 17,26 N mm 2 = 17,26 MPa
σL =
Kemudian kita cari angka keamanan dari tumpuan tersebut dengan memasukkan data batas proposional Aluminium dalam tabel.
η=
Al
σL
220 MPa 17,26 MPa = 17,26 =
Tabel 4.2 sifat fisis rata-rata logam umum.[1]
Tabel 4.3 Hasil perhitungan gaya dan momen maks. dari 3 material
Material
Rapat Massa
σ p (Batas proposion al bahan)
RA (reaksi gaya di A) 3759,94 N
Mom. Maks
σL
Anka keamanan
3947,94 N.m
17,26 MPa
12,74
Aluminium
2700 kg/m3
220 MPa
Baja St 37
7850 kg/m3
240 MPa
10931,5 6N
11478,13 N.m
50,19 MPa
4,78
Kayu pinus
580 kg/m3
9 MPa
807,52 N
847,89 N.m
3,7 MPa
2,43
Dari hasil perhitungan gaya dan momen dari 3 material diatas, bahwa ke-3 material tersebut mempunyai kekuatan dapat digunakan sebagai konstruksi dari palang pintu perlintasan kereta api, akan tetapi pada kayu pinus mempunyai angka keamanan yang kecil sehingga menyebabkan kurang baik digunakan sebagai konstruksi dari palang pintu perlintasan kereta api ini.
4.4 Perhitungan Tegangan
Setelah kita hitung momen-momen yang terjadi pada konstruksi palang pintu perlintasan kereta api tersebut, kemudian kita hitung tegangan tekan yang terjadi pada batang tumpuan, dimana jenis profil penampang yang digunakan adalah profil berbentuk I dengan rancangan S75 X 8 dan luasnya, A = 1070 mm2 yang didapat dari tabel sifat penampang balok I. Y
X
Gambar 4.7 Penampang tumpuan palang pintu rancangan S75 X 8 Tabel 4.4 Sifat penampang flens berbentuk I [1]
Maka didapat tegangan tekan yang terjadi pada tumpuan adalah, dimana beban yang diterima tumpuan palang pintu, F = R A = 3759,94 N
F A 3759,94 N = 1070 mm 2 = 3,51 N mm 2 = 3,51 MPa
σ tekan =
Kemudian kita hitung tegangan geser yang terjadi pada 2 buah baut sekrup yang menahan palang pintu tersebut, dengan memasukkan data baut yang dipakai adalaah M14 dan diameter intinya ( d i ) = 12,160 mm yang didapat dari tabel koleksi ulir dan mur menurut DIN 13 Table 4.5 Koleksi ulir sekrup dan mur dengan ulir-ISO metris menurut DIN 13[2]
Dimana luas baut,
π
× (d int i ) 2 4 3,14 = × (12,160) 2 4 = 116,07 mm 2
A=
Maka luas kedua baut, A Total = A 1 + A 2
= 116,07 + 116,07
= 232,14 mm 2 Setelah didapat luas kedua baut maka dapat dicari tegangan geser yang terjadi pada ke 2 buah baut, dimana beban yang terjadi, F = R A = 3759,94 N
τ geser =
F A =
3759,94 N 232,14 mm 2
= 16,19 N
mm 2 = 16,19 MPa
Kemudian kita hitung tegangan tekuk yang terjadi pada batang tumpuan palang pintu, dimana material yang dipakai sebagai batang tumpuan tersebut adalah baja St 37 dipilih karena material tahan terhadap pembebanan tinggi dan mempuanyai beban gesek yang cukup kuat. Dimana
modulus
elastisitas
penampang,
E = 2,1×10 5 N
mm 2
,
dan
keofisien
kelangsingan dari material, λ = 100 yang didapat dari dari tabel harga minimum kelangsingan ( λ ) untuk rumus EULER. Tabel 4.6 Harga minimum λ untuk rumus EULER[2]
Jadi tegangan tekuk pada batang tumpuan palang pintu adalah, σK =
π 2 .E λ2
3,14 2 . 2,1×10 5 = 100 2 = 207 MPa
Setelah kita dapat tegangan tekuk dari batang tumpuan palang pintu tersebut maka kita cari faktor keamanan dari material yang dipakai,
SK =
σ tekuk σ tekan 207,05 N
=
3,51 N
mm 2
mm 2
= 58,98 Menurut hasil perhitungan tegangan tekuk diatas dapat disimpulkan dengan menggunakan profil yang kecil hasil faktor keamanan sudah pada tahap aman dari tegangan tekuk. Tabel 4.7 Hasil perhitungan tegangan dari 3 material. Material
σ Tekan
τ Geser
σ Tekuk
Faktor Keamanan
Aluminium
3,51 MPa
16,19 MPa
198,26 MPa
56,48
Baja St 37
10,21 MPa
47,09 MPa
207,05 MPa
20,27
Kayu pinus
0,75 MPa
3,47 MPa
9,85 MPa
13,13
Dari hasil perkiraan perhitungan tegangan dari 3 material maka dapat kita ambil kesimpulan bahwa material tersebut dapat digunakan sebagai tumpuan dari palang pintu perlintasan kereta api, dengan seberapa besar ukuran tumpuan digunakan tetap aman.
Menghitung jarak aman kereta setelah palang pintu menutup
Diketahui :
t
Palang Menutup
V S
sensor dengan palang
Ditanya : S S aman
Kereta
= 12 detik = 60 km/jam
= 16,666667 m/s
= 1 km
= 1000 meter
aman.
= S
Sensor dengan Palang
- ( V
Kereta
x t
Palang menutup
)
= 1000 meter - ( 16,666667 meter/detik x 12 detik ) = 800
meter
Jadi kereta akan aman pada jarak 800 meter sebelum melintasi pintu perlintasan.
4.5 Hasil Perhitungan
Setelah melakukan perhitungan maka kita dapatkan hasil akhir dari perhitungan tersebut, dimana hasil akhir dari perhitungan tersebut adalah sebagai berikut : 1. Gaya Gaya yang dihasilkan dari konstruksi palng pintu perlintasan kereta api ini adalah : •
Gaya dititik B, Fp = 2631,96 N
•
Reaksi gaya di titik A, RA = 3759,94 N
2. Momen Kemudian kita dapatkan momen maksimum yang terjadi pada konstruksi palang pintu perlintasan kereta api, dimana momen maksimum tersebut adalah : M maks = 3947,94 N.m Maka kita dapatkan momen inersia pada penampang palang pintu tersebut, I = 16006666,67 mm4
Sedangkan modulus penampang palang pintu tersebut adalah sebesar, S = 228666,66 mm3 3. Tegangan lentur Maka tegangan lentur yang terjadi yaitu, σ L = 17,26 MPa Setelah kita ketahui tegangan lentur pada batang penampang tersebut, maka dapat disimpulkan bahwa bahan yang digunakan aman karena kekuatan bahan yang dipakai lebih besar dibandingkan tegangan lentur yang terjadi. 4. Tegangan tekan Tegangan tekan yang terjadi, pada batang tumpuan palang pintu tersebut sebesar,
σ Tekan = 3,51 MPa 5. Tegangan geser Tegangan geser yang terjadi pada kedua buah baut yaitu, τ geser = 16,19 MPa 6. Tegangan tekuk Adapun tegangan tekuk yang terjadi pada batang tumpuan palang pintu perlintasan kereta api ini adalah, σ K = 207 MPa 7. Faktor keamanan Faktor keamanan dari tegangan tekuk batang tumpuan palang pintu sebesar, 58,98 Dari hasil semua perhitungan diatas maka dapat disimpulakan bahwa rancangan konstruksi palang pintu perlintasan kereta api ini dapat digunakan.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan
Adapun perancangan model alat pengatur palang pintu perlintasan kereta api otomatis ini digunakan sebagai suatu dasar rancangan atau modifikasi sebuah alat, sehingga : •
Mendapatkan perancangan yang optimal
•
Terciptanya alat yang dapat digunakan oleh institusi dan instansi yang terkait
•
Sebagai pengefisien waktu, tenaga dan biaya yang dapat ditanggulangi dengan adanya alat ini
Berdasarkan data-data hasil perancangan yang telah dilakukan, dapat diambil kesimpulan : 1. Untuk merancang atau membuat alat ini dibutuhkan beberapa komponen yaitu, bahan/material plat baja atau paduan aluminium seperti yang diterapkan pada model alat. Tetapi bahan St37 yang lebih ekonomis serta mudah didapatkan dipasaran. 2. Pengoperasian model alat pengatur palang pintu perlintasan kereta api ini sendiri digerakkan oleh system PLC (Programmable Logic Control).
3. Adapun massa jenis dari palang pintu tersebut sebesar 2700 kg/m3 dengan bahan aluminium dan massa dari palang pintu tersebut 115,101 kg dengan gaya penyeimbang palang pintu 623,96 N. Sedangkan momen maksimum dari palang pintu tersebut 3947,94 N.m. adapun tegangan geser dari kedua baut 16,19 MPa dan tegangan tekuk 207 MPa, angka keamanan dari tumpuan palang pintu terhadap tegangan tekuk sendiri sebesar 58,98 maka tumpuan dari palang pintu tersebut jauh lebih aman dari tegangan tekuk. Keberhasilan dan optimalisasi pembuatan konsep sangat bergantung kepada kecermatan perancangan dalam tahap-tahap pembuatan.dan didalam perancangan model alat pengatur palang pintu perlintasan kereta api otomatis ini banyak menggunakan bahanbahan yang sangat mudah didapat dipasaran umum dan biaya yang ekonomis serta dapat mengurangi kecelakanan yang sering terjadi diperlintasan kereta api tersebut.
5.2 Saran
Model alat pengatur palang pintu perlintasan kereta api ini bisa dibilang cukup mewah, tapi tidak ada salahnya bila diterapkan ke yang sesungguhnya karena penggoperasiannya dapat dilakukan oleh masyarakat umum. Oleh sebab itu perlu dievaluasi kembali dan untuk mencapai daya guna yang maksimal, perlu dilanjutkan dengan suatu perancangan yang lebih detail dan sesederhana mungkin dan pada akhirnya menghasilkan alat yang memenuhi kriteria yang cukup baik.
DAFTAR PUSTAKA
4. Bidang Sinyal Montrain, Perlengkapan Persilangan Datar, Jabotabek 1997. 5. Ferdinan L. Singer, Andrew Pytel, Darwin Sebayang, Kekuatan Bahan, Edisi ketiga, Erlangga 1981. 6. James M. Gere, Stephen P. Timosherko, Mechanics of Material, Second Edition 1972. 7. Niemann, G. Anton Budiman, Dipi. Ing, Bambang Priambodo, Elemen Mesin, Edisi kedua 1994. 8. Soemona, Statika 1, ITB Bandung 1983. 9. Zainul Astamar, E.P, Mekanika Teknik, Edisi kedua, Erlangga 1989.
LAMPIRAN
FLOWCHART MODEL ALAT PENGATUR PALANG PINTU PERLINTASAN KERETA API OTOMATIS START
Limit Switch Up On
Indikator Mobil Hijau On
Indikator Kereta Merah
Kereta On
Photo Elektrik 1 On
Photo Elektrik 2 On
Indikator Mobil Kuning On
Indikator Mobil Kuning On
Buzzer On
Buzzer On
Kereta Off
Kereta Off
Photo Elektrik Mobil ON
Photo Elektrik Mobil ON Selenoid On
Selenoid On Selenoid Off
Selenoid Off
Limit Swicht Down On
Limit Swicht Down On
Indikator Mobil Merah On
Indikator Mobil Merah On
Indikator Kereta Hijau On
Indikator Kereta Hijau On
A
A
A
A
Kereta On
Kereta On
Photo Elektrik 2 On
Photo Elektrik 2 On
Buzzer Off
Buzzer Off
Palang Pintu Off
Palang Pintu Off
Indikator Kereta Merah On
Indikator Kereta Merah On
Limit Switch Up On
Limit Switch Up On
Indikator Mobil Hijau On
Indikator Mobil Hijau On
STOP
STOP
