TUGAS SARJANA MESIN PEMINDAH BAHAN

TUGAS SARJANA

MESIN PEMINDAH BAHAN PERANCANGAN TOWER CRANE DENGAN KAPASITAS ANGKAT 6 TON, TINGGI ANGKAT 45 METER, RADIUS 55 METER, UNTUK PEMBANGUNAN GEDUNG BERTINGKAT OLEH : TEGUH PUTRA NIM : 020401058

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN 2009

Teguh Putra : Perancangan Tower Crane Dengan Kapasitas Angkat 6 Ton, Tinggi Angkat 45 Meter, Radius 55 Meter, Untuk Pembangunan Gedung Bertingkat, 2009. USU Repository © 2009

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA FAKULTAS TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK MESIN MEDAN TUGAS SARJANA

MESIN PEMINDAH BAHAN PERANCANGAN TOWER CRANE DENGAN KAPASITAS ANGKAT 6 TON,TINGGI ANGKAT 45 METER, RADIUS 55 METER, UNTUK PEMBANGUNAN GEDUNG BERTINGKAT

OLEH : TEGUH PUTRA NIM : 020401058

Disetujui Oleh : Dosen Pembimbing

Ir. Alfian Hamsi, M.Sc NIP. 131 654 258


UNIVERSITAS SUMATERA UTARA FAKULTAS TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK MESIN MEDAN TUGAS SARJANA

MESIN PEMINDAH BAHAN PERANCANGAN TOWER CRANE DENGAN KAPASITAS ANGKAT 6 TON, TINGGI ANGKAT 45 METER, RADIUS 55 METER, UNTUK PEMBANGUNAN GEDUNG BERTINGKAT

OLEH : TEGUH PUTRA NIM : 020401058

Telah disetujui dari hasil seminar periode ke-530 Tanggal : 24 januari 2009

Disetujui Oleh : Dosen Pembanding I

Dosen Pembanding II

Drs. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri

Ir. Raskita S. Meliala

NIP. 132 018 668

NIP. 130 353 111


KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kehadirat Allah SWT atas segala rahmat dan hidayah-Nya penulis akhirnya dapat menyelesaikan penulisan tugas sarjana ini dengan baik dan lancar. Tugas sarjana ini diajukan sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan Pendidikan Program Sarjana Strata I (S1) di Depatemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun judul tugas sarjana yang dibahas adalah “Perancangan Tower Crane Dengan Kapasitas Angkat 6 Ton, Tinggi Angkat 45 Meter, Radius 55 Meter Untuk Pembangunan Gedung Bertingkat ” Dalam menyelesaikan tulisan ini tidak sedikit kesulitan yang dihadapi, akan tetapi berkat bimbingan, arahan dan bantuan dari semua pihak akhirnya tugas sarjana ini dapat diselesaikan. Untuk semua itu dengan segenap hati ikhlas penulis menyampaikan penghormatan dan ucapan terima kasih kepada : 1. Bapak Dr.Ing.Ir. IkHwansyah Isranuri sebagai Ketua Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara dan juga sebagai Dosen Pembimbing penulis 2. Bapak Tulus B. Sitorus, ST, MT sebagai Sekertaris Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara 3. Bapak Ir. Alfian Hamsi M.Sc. sebagai dosen pembimbing tugas skripsi ini. 4. Bapak / Ibu Dosen dan di Departemen Teknik Mesin yang telah memberikan ilmu pengetahuan kepada penulis selama menjalani perkuliahan 5. Staf / Pegawai Administrasi dan para Asisten Laboratorium di Departemen Teknik Mesin yang telah memberikan banyak bantuan kepada penulis baik dalam hal administratif maupun praktikum selama masa perkuliahan. 6. Pimpinan dan staff, khususnya Bapak Ir. Heri Widodo di Proyek Pembangunan Hotel Grand Antareas medan. 7. Orang tua tercinta, Ayahanda Ir. Efrizal dan Ibunda Ir. Hafni yang telah banyak mendukung penulis baik dari segi moril dan materil serta memberikan Teguh Putra : Perancangan Tower Crane Dengan Kapasitas Angkat 6 Ton, Tinggi Angkat 45 Meter, Radius 55 Meter, Untuk Pembangunan Gedung Bertingkat, 2009. USU Repository © 2009

semangat dan motivasi sehingga penulis dapat menyelesaikan perkuliahan dan Tugas Sarjana ini 8. Saudara-saudaraku, Reza Adnan syahrefi dan Rizki Rahmadhani yang menjadi teman, lawan dan semangat dalam mengarungi kehidupan penulis. 9. Rekan-rekan mahasiswa fikri, riyaldi, Gefri, Reza, Sokep, Dani, Yuki , Napi, Irfandi

dan Seluruh Stambuk 2002 yang telah membantu penulis melewati

hari-hari perkuliahan. Penulis menyadari bahwa tulisan ini masih terdapat kelemahan, oleh karena itu penulis mengharapkan masukan ide dan saran yang bersifat membangun demi kesempurnaan tugas sarjana yang lebih baik.

Penulis

Teguh Putra


DAFTAR ISI

i KATA PENGANTAR ………………………………………………………

DAFTAR ISI………………………………………………………………... iii DAFTAR GAMBAR……………………………………………………….. vi DAFTAR TABEL…………………………………………………………... vii DAFTAR NOTASI…………………………………………………………. vii DAFTAR LAMPIRAN……………………………………………………... xi PENDAHULUAN

BAB I 1.1 Latar Belakang…………………………………………… 1.2 Tujuan………………………………………………….… 1.3 Batasan Masalah……………………………………….… 1.4 Metode Penulisan……………………………………….... 1.5

Sistematika Penulisan………………………………….…

1 1 2 2 2

PEMBAHASAN MATERI

BAB II 2.1 Mesin Pemindah Bahan………………………………….. 2.2 Klasifikasi Mesin Pemindah Bahan……………………… 2.3 Dasar Pemilihan Mesin Pemindah Bahan………………... 2.3.1 Dasar Pemilihan Pesawat Pengangkat…………… 2.3.2 Dasar Pemilihan Crane…………………………... 2.4 Tower Crane……………………………………………… 2.4.1 Komponen-Komponen Utama Tower Crane…….. 2.4.2 Cara Kerja Tower Crane………………..………... 2.5 Spesifikasi Perancangan…………………………………..

4 4 7 8 8 9 9 10 11


BAB III PERANCANGAN MEKANISME PENGANGKAT

3.1 Perancangan Tali Baja…………………………………… 3.2 Perancangan Puli……………………………………...….

12 18

3.3 Perancangan Drum……………………….………………. 20 3.4 Perancangan Kait………………………………………… 22 3.5 Perancangan Motor Penggerak…………………………... 25 3.6 Perancangan Sistem Transmisi…………………………... 27 3.6.1 Perancangan Transmisi Tingkat I………………... 28 3.6.2 Perancangan Transmisi Tingkat II……………….. 31 3.6.3 Perancangan Transmisi Tingkat III………………. 33 3.7 Perancangan Sistem Rem……………..…………………. 34 BAB IV PERANCANGAN MEKANISME TROLLEY

4.1 Perancangan Roda Jalan……………..……………..……. 4.2 Perancangan Tali Baja……………..……………..……… 4.3 Perancangan Puli……………..……………..…………… 4.4 Perancangan Drum……………..……………..…………. 4.5 Perancangan Motor Penggerak……………..……………. 4.6 Perancangan Sistem Transmisi……………..……………. 4.6.1 Perancangan Transmisi Tingkat I………………... 4.6.2 Perancangan Transmisi Tingkat II……………….. 4.7 Perancangan Sistem Rem……………..…………………..

38 41 44 45 46 48 49 50 51

53

BAB V PERANCANGAN MEKANISME SLEWING……………...

5.1 Perancangan Motor Penggerak……………..…………….. 5.2 Perancangan Sistem Transmisi……………..…………….. 5.3 Perancangan Sistem Rem……………..……………..……

55 56 58

BAB VI PERANCANGAN BOOM DAN BOBOT IMBANG

6.1 Perancangan Boom……………..……………..………….. 6.2 Perancangan Bobot Imbang……………..………………...

62 67


BAB VII

PERANCANGAN KONSTRUKSI TIANG ..……………….

7.1 Perancangan Blok Pondasi……………..………………… 7.2 Perancangan Penahan Tiang (Anchorage) …………….… 7.3 Defleksi Elastis Tiang Tower Crane……………..……….

71 73 74

77

BAB

KESIMPULAN ……………..……………..……………..…...

VIII 81

DAFTAR PUSTAKA……………..……………..……………..…………… xi

LAMPIRAN……………..……………..……………..……………..………


10

4.3

Diagram Mekanisme Trolley

41

11

4.4

Diagram Untuk Menentukan Tarikan Tali

42

12

5.1

Meja Putar Mekanisme Slewing

53

13

5.2

Diagram Rem Sepatu Yang Digerakkan Pemberat

59

14

6.1

Konstruksi Boom

63

15

6.2

Pembebanan Boom Maksimum

63

16

6.3

Pembebanan Boom Akibat Beban Sendiri

64

17

6.4

Pembebanan Boom Maksimum Yang Diizinkan

65

18

6.5

Gaya-Gaya Setiap Sambungan Pada Boom

65

19

6.6

Lengan Bobot Imbang

67

20

6.7

Konstruksi Lengan Bobot Imbang

68

21

6.8

Bobot Imbang

68

22

7.1

Blok Pondasi Tower Crane

70

23

7.2

Pola Tekanan Segitiga Dibawah Blok Pondasi

71

24

7.3

Model Tower Crane Untuk Perhitungan Defleksi Elastisitas

73


DAFTAR TABEL

Tabel

Halaman

1

3.1

Dimensi-dimensi Puli Mekanisme Pengangkat

18

2

3.2

Tekanan Bidang Yang Diizinkan

19

3

3.3

Dimensi Puli pada Mekanisme Trolley

45

4

4.1

Tabel Klasifikasi Dari Tower Crane

69


DAFTAR NOTASI

Notasi

Keterangan

Satuan

Q

Kapasitas angkat maksimum

kg

q

Berat spreader (rumah kait)

kg

S

Tegangan tarik maksimum tali baja

kg

η

Efisiensi

P

Kekuatan putus tali sebenarnya

K

Faktor keamanan

Pb

Beban patah

σ

Tegangan

d

Diameter

mm

Dmin

Diameter minimum puli dan drum

mm

F222

Luas penampang tali baja

mm2

m

Jumlah lengkungan berulang

C

Faktor karakteristik konstruksitali dan kekuatan

kg

kg kg/mm2

tarik bahan z1

Jumlah lengkungan berulang yang diizinkan

z2

Jumlah lengkungan berulang persiklus kerja

α

Jumlah siklus rata-rata perbulan

β

Faktor perubahan daya tali

φ

Perbandingan jumlah lengkungan dan jumlah putus tali

e1

Faktor yang tergantung pada tipe alat pengangkat dan kondisi operasinya

e2

Faktor yang tergantung pada konstruksi tali

p

Tekanan bidang pada gandar roda puli

z

Jumlah lilitan

H

Tinggi

kg/cm2

m


L

Panjang

mm

v

Kecepatan keliling

m/s

ω

Tebal dinding drum

mm

t

Kisar Ulir

mm

A

Luas penampang

mm2

V

Kecepatan

m/s

N

Daya

Hp

M

Momen

kg.m

n

Putaran

rpm

GD2

Momen girasi

kg/cm2

g

Gravitasi

m/s2

t

Waktu

s

α

Sudut tekan roda gigi

o

m

Modul

mm

z

Jumlah gigi

buah

b

Lebar gigi

mm

i

Perbandingan

a

Jarak Sumbu Poros

mm

hk

Tinggi Kepala Gigi

mm

hf

Tinggi Kaki Gigi

mm

ck

Kelonggaran Puncak

mm

t

Jarak bagi lingkaran

mm

So

Tebal gigi

mm

Ft

Gaya Tangensial

kg

A

Luas permukaan

mm2

Y

Faktor Bentuk Gigi

fv

Faktor dinamis

δ

Koefisien pengaruh masa bagian mekanisme transmisi

β

Koefisien pengereman

k

Faktor kecepatan gelinding roda

Dw

Diameter roda trolley

mm


W

Tahanan

kg

G0

Berat trolley

kg

μ

Koefisien gesek

k

Koefisien gesek roda gelinding

ε

Koefisien tahanan roda puli

f

Defleksi tali baja yang diizinkan

mm

qr

Berat tali baja

kg

S

Luas bidang

m2

Pw

Tekanan angin

kg/m2

T

Gaya rem keliling total

kg

N

Tekanan normal

kg

F

Luas permukaan kontak

cm2

W

Berat

kg

E

Modulus Elastisitas

kg/m2

F

Gaya

kg

r

Jari-jari/radius

mm

I

Momen inersia

mm4


DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. Effisiensi Puli 2. Harga Minimum Faktor K, e1 dan e2 3. Tipe Tali Baja 4. Jumlah Lengkungan Tali 5. Harga Faktor m, C, C1 dan C2 6. Harga a, z2 dan β 7. Sifat Mekanis Baja Paduan 8. Dimensi Alur Drum 9. Diameter Puli 10. Diameter Poros 11. Sifat-sifat Baja Karbon Untuk Konstruksi Mesin 12. Karakteristik Material Gesek 13. Dimensi Bantalan 14. Sifat-sifat Baja Pegas 15. Baja I Profil Normal 16. Baja L Sama Sisi


DAFTAR PUSTAKA

1. Rudenko, N, Mesin Pengangkat, Erlangga, Jakarta, 1966. 2. Sularso, Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin, Pradnya Paramita, Jakarta, 1997. 3. Muin Syamsir. A, Pesawat Pengangkat, P.T Raya Grafindo Persada, Jakarta, 1995. 4. G.M. Maitra, Hand Book of Gear Design, Tata McGrawHill, New Delhi 5. Joseph ,E, Shigley, Perencanaan Teknik Mesin, Jilid 1, Erlangga, Jakarta, 1986. 6. Joseph ,E, Shigley, Perencanaan Teknik Mesin, Jilid 2, Erlangga, Jakarta, 1986. 7. George. H. Martin, Setyobakti, Kinematika dan Dinamika Teknik, Edisi kedua, Erlangga, Jakarta. 8. Rudenko, N, Material Handling Equipment, Moscow, 1964. 9. Beer. Ferdinand, P. Johnston, Mekanika Untuk Insinyur, Erlangga, Jakarta, 1976. 10. United Ropework, Wire Rope, Roterdam, Holland. 11. Dobrovolsky, V, Machine Element, MIR Publisher, Moscow, 1979. 12. Hamrock, Bernard, J, Fundamentals of Machine Elements, WCB McGrawHill, International Edition, Singapore, 1999. 13. Niemann, Gambar Elemen Mesin, Jilid 1, Erlangga, Jakarta, 1994.


BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Indonesia adalah negara yang sedang berkembang, dimana pada saat sekarang ini sedang menggalakkan pembangunan di segala bidang untuk meningkatkan taraf hidup bangsa Indonesia. Pembangunan sarana dan prasarana umum meliputi pembangunan industri, perhubungan, pusat perbelanjaan (mall), perkantoran, hotel, dan apartemen. Untuk membangun konstruksi bangunan tinggi seperti : gedung bertingkat, maka dibutuhkan tenaga kerja yang terampil, para ahli di bidang konstruksi, yang lebih penting adalah mesin-mesin yang berguna untuk membantu dan meringankan kerja manusia itu sendiri. Sehubungan dengan itu maka dibutuhkan suatu pesawat pengangkat yang dapat mengangkat dan memindahkan material dan struktur bangunan yang akan dipasang pada bangunan yang sedang dikerjakan dengan gerak dan mobilitas yang aman. Agar material yang diangkat tetap baik, aman dalam operasi bongkar muat lebih cepat, maka diperlukan suatu wadah barang yang dapat diangkat dari semua areal proyek ke tempat yang diinginkan seperti bucket, dimana wadah tersebut dapat disimpan dilapangan terbuka sehingga tidak diperlukan lagi gudang sebagai tempat penyimpanan barang. Untuk mengangkat material dalam kapasitas, jangkauan dan tinggi angkat yang maksimum, maka pengangkatan dengan Tower Crane merupakan mesin Teguh Putra : Perancangan Tower Crane Dengan Kapasitas Angkat 6 Ton, Tinggi Angkat 45 Meter, Radius 55 Meter, Untuk Pembangunan Gedung Bertingkat, 2009. USU Repository © 2009

yang paling efektif. Kecenderungan untuk memakai tower crane saat ini semakin tinggi seiring dengan semakin meningkatnya pembangunan di Indonesia. Pesawat pengangkat ini berguna untuk mengangkat serta memindahkan material dan struktur bangunan yang akan dipasang pada bangunan yang sedang dikerjakan dan menjangkau semua area yang diinginkan.

1.2 Tujuan Penulisan Tujuan penulisan tugas sarjana ini adalah merencanakan sebuah mesin pemindah bahan jenis pesawat pengangkat yaitu tower crane. Dengan menjelaskan teori tentang tower crane, melakukan perhitungan komponenkomponen utama, perencanaan mekanisme pergerakan tower crane dan gambar teknik dari tower crane. Perencanaan ini diharapkan meningkatkan kemampuan penulis dalam mengaplikasikan ilmu pengetahuan yang diperoleh selama perkuliahan dalam melakukan berbagai perhitungan untuk mendapatkan kesesuaian

teori-teori

yang

diperloleh

dari

buku

dan

literatur

serta

membandingkannya dengan hasil study dan survei di lapangan.

1.3 Batasan Masalah Dalam perancangan ini, tower crane direncanakan digunakan untuk kapasitas angkat maks 6 Ton, tinggi angkat hook 45 m, dan radius maks 55 m. Karena luasnya permasalahan pada perancangan tower crane ini, untuk menjelaskan tujuan penulisan tugas sarjana maka perlu pembatasan masalah yang akan dibahas.


Pada perancangan ini akan dibahas komponen-komponen utama tower crane sebagai berikut : tali baja, puli, drum, kait, motor penggerak, rem, dan sistem transmisi (roda gigi). Dan merencanakan mekanisme pergerakan dari tower crane. Data-data diperoleh dari hasil survei di lapangan.

1.4 Metode Penulisan Dalam penulisan ini menggunakan metode penulisan analitik yang dilakukan didalam perencanaan ini adalah : 1. Studi literatur, dengan memaparkan teori-teori dasar dan rumus-rumus serta tabel yang berkaitan dari berbagai literatur dengan perhitungan.tentang perencanaan Tower Crane dari berbagai buku 2. Survey ke lapangan langsung ke Proyek Pembangunan Hotel GrandAntares Jl S.M. Raja Medan, untuk mendapatkan data sebagai bahan perbandingan dan dasar dalam perancangan. 3. Diskusi dengan pembimbing dan referensi ahli yang memahami tentang Tower crane

1.5 Sistematika Penulisan Dalam penulisan tugas sarjana ini, ditulis dalam 8 Bab dengan sistematika berikut ini : Bab I Pendahuluan, Bab ini menyajikan latar belakang, tujuan, batasan masalah, metode penulisan, dan sistematika penulisan perancangan. Bab II Pembahasan Materi Teguh Putra : Perancangan Tower Crane Dengan Kapasitas Angkat 6 Ton, Tinggi Angkat 45 Meter, Radius 55 Meter, Untuk Pembangunan Gedung Bertingkat, 2009. USU Repository © 2009

Bab ini membahas tentang tinjauan pustaka dan klasifikasi mesin pemindah bahan; dasar pemilihan dari mesin pemindah bahan, pesawat pengangkat,dan crane; komponen utama dan cara kerja tower crane; serta spesifikasi perencanaan Bab III Perencanaan Mekanisme Pengangkat Membahas tentang perhitungan dan perencanaan tali baja, puli, drum, kait, motor penggerak, sistem transmisi dan sistem rem pada mekanisme pengangkat Bab IV Perencanaan Mekanisme Trolley Membahas tentang perhitungan dan perencanaan tali baja, puli, drum, motor penggerak, sistem transmisi dan sistem rem pada mekanisme trolley Bab V Perencanaan Mekanisme Slewing Membahas tentang perhitungan dan perencanaan motor penggerak, sistem transmisi dan sistem rem pada mekanisme slewing Bab VI Perencanaan Boom/ Jib Membahas tentang perhitungan dan perencanaan konstruksi boom serta pemeriksaan kekuatan boom. Serta membahas tentang bobot imbang untuk mengimbangi beban maksimum. Bab VII Kesimpulan Membahas semua kesimpulan semua perencanaan tower crane pada babbab sebelumnya.


BAB II PEMBAHASAN MATERI

2.1 Mesin Pemindah Bahan Mesin pemindah bahan merupakan bagian terpadu perlengkapan mekanis dalam setiap industri modern. Desain mesin pemindah bahan yang beragam disebabkan oleh banyaknya jenis dan sifat muatan yang dipindahkan serta banyaknya operasi pemindahan yang akan mendukung produksi. Dalam setiap perusahaan, proses produksi secara keseluruhan sangat ditentukan oleh pemilihan jenis mesin pemindah bahan yang tepat pemilihan parameter utama yang tepat dan efisiensi operasinya. Jadi, pengetahuan yang sempurna tentang ciri operasi dan desain mesin ini dan metode desainnya serta penerapan praktisnya sangat diperlukan. Mesin pemindah bahan merupakan salah satu peralatan yang digunakan untuk memindahkan muatan dilokasi atau area, departemen, pabrik, lokasi konstruksi, tempat penumpukan bahan, tempat penyimpanan, dan pembongkaran muatan. Mesin pemindah bahan pada prakteknya hanya memindahkan muatan dalam jumlah dan besar serta jarak tertentu. Jarak ribuan meter hanya dilakukan untuk perpindahan yang konstan antara dua lokasi atau lebih yang dihubungkan oleh kegiatan produksi yang sama. Untuk operasi bongkar muatan tertentu, mekanisme mesin pemindah bahan dilengkapi dengan alat pemegang khusus yang dioperasikan oleh mesin bantu atau secara manual.Pemilihan mesin pemindah bahan yang tepat dan sesuai pada tiap-tiap ktivitas diatas, akan meningkatkan effisiensi dan daya saing dari aktivitas tersebut. Teguh Putra : Perancangan Tower Crane Dengan Kapasitas Angkat 6 Ton, Tinggi Angkat 45 Meter, Radius 55 Meter, Untuk Pembangunan Gedung Bertingkat, 2009. USU Repository © 2009

2.2

Klasifikasi Mesin Pemindah Bahan Berdasarkan desainnya mesin pemindah bahan diklasifikasikan atas :

1.

Perlengkapan

pengangkat,

yaitu

kelompok

mesin

dengan peralatan

pengangkat yang bertujuan untuk memindahkan muatan dalam satu batch. 2.

Perlengkapan pemindah, yaitu kelompok mesin yang tidak mempunyai peralatan pengangkat tetapi memindahkan muatan secara berkesinambungan.

3.

Perlengkapan permukaan dan overhead, yaitu kelompok mesin yang tidak dilengkapi dengan peralatan pengangkat dan biasanya menangani muatan dalam satu batch dan kontinu. Setiap kelompok mesin dibedakan oleh ciri khas dan bidang penggunaan

yang khusus. Perbedaan dalam desain kelompok ini juga ditentukan oleh keadaan muatan yang akan ditangani, arah gerakan kerja dan keadaan proses penanganannya. Banyaknya

jenis

perlengkapan

pengangkat,

membuat

sulitnya

penggolongan secara tepat. Penggolongan bisa berdasarkan pada berbagai karakteristik, seperti desain, tujuan, jenis gerakan dan sebagainya. Bila diklasifikasikan menurut jenis gerakannya (karakterisrik kinematik), beban dianggap terpusat pada titik berat beban tersebut dan penggolongan mesin ditentukan oleh lintasan perpindahan muatan yang berpindah pada bidang horizontal. Penggolongan menurut tujuan penggunaan yang ditentukan dengan memperhatikan kondisi operasi khasnya Jenis-jenis perlengkapan pengangkat diklasifikasikan berdasarkan ciri khas desainnya, yaitu :


1. Mesin pengangkat, yaitu kelompok mesin yang bekerja secara periodik yang didesain sebagai perlatan swa-angkat, atau untuk mengangkat

dan

memindahkan muatan. Salah satu jenis mesin pengangkat dapat dilihat pada gambar 2.1 dibawah ini.

Gambar 2.1 dongkra dan Ikatan 2. Crane, yaitu gabungan mekanisme pengangkat secara terpisah dengan rangka untuk mengangkat sekaligus memindahkan muatan yang dapat digantungkan secara bebas atau diikatkan pada crane. Salah satu jenis crane dapat diihat pada gambar 2.2 dibawah ini.

Gambar 2.2 Hoisting Crane


3. Elevator (Lift), yaitu kelompok mesin yang bekerja secara periodik untuk mengangkat muatan pada jalur pandu tertentu.

Gambar 2.3 Elevator


Crane berlengan Crane wall jib Crane dengan poros Crane putar yang diam

Crane dengan pilar yang tetap Crane Kerekan Crane palu Crane kantilever

Crane yang dipasang di langitlangit Crane satu rel Crane yang bergerak pada rel Crane tower menara Crane portal

Crane pada truk yang digerakkan tangan

CRANE Crane tanpa lintasan

Crane pada truk yang digerakkan daya Crane yang dipasang pada truk Crane yang dipasang pada traktor

Crane dengan rel Crane yang dipasang diatas traktor rantai

Crane yang dipasang pada traktor rantai Crane berpalang Crane berpalang tunggal untuk gerakan overhead

Crane tipe jembatan

Crane berpalang ganda untuk gerakan overhead Gantry crane dan semi gantry Jembatan untuk transfer muatan

Gambar 2.4 Jenis Utama Crane


2.3 Dasar Pemilihan Mesin Pemindah Bahan Faktor-faktor teknis penting yang digunakan dalam menentukan pilihan jenis peralatan yang digunakan dalam proses pemindahan bahan : 1. Jenis dan sifat muatan yang akan diangkat. Untuk muatan satuan (unit load) : bentuk, berat, volume, kerapuhan, keliatan, dan temperatur. Untuk muatan curah (bulk load) : ukuran gumpalan, kecenderungan menggumpal,

berat

jenis, kemungkinan longsor saat

dipindahkan, sifat mudah remuk (friability), temperatur, dan sifat kimia. 2. Kapasitas per jam yang dibutuhkan. Kapasitas pemindahan muatan per jam yang hampir tak terbatas dapat diperoleh pada peralatan, seperti konveyor yang bekerja secara kontinu. Sedangkan pada peralatan lain yang mempunyai siklus kerja dengan gerak balik muatan kosong, akan dapat beroperasi secara efisien jika alat ini mempunyai kapasitas angkat dan kecepatan yang cukup tinggi dalam kondisi kerja yang berat, seperti truk dan crane jalan. 3. Arah dan jarak perpindahan. Berbagai jenis peralatan dapat memindahkan muatan ke arah horizontal, vertikal, atau dalam sudut tertentu. Untuk gerakan vertikal diperlukan pengangkat seperti : crane, bucket elevator. Dan untuk gerakan horizontal diperlukan crane pada truk yang digerakkan mesin atau tangan, crane penggerak tetap, dan berbagai jenis konveyor. Ada beberapa alat yang dapat bergerak mengikuti jalur yang berliku dan ada yang hanya dapat bergerak lurus dalam satu arah. Teguh Putra : Perancangan Tower Crane Dengan Kapasitas Angkat 6 Ton, Tinggi Angkat 45 Meter, Radius 55 Meter, Untuk Pembangunan Gedung Bertingkat, 2009. USU Repository © 2009

4. Cara menyusun muatan pada tempat asal, akhir, dan antara. Pemuatan ke kendaraan dan pembongkaran muatan ditempat tujuan sangat berbeda, karena beberapa jenis mesin dapat memuat secara mekanis, sedangkan pada mesin lainnya membutuhkan alat tambahan khusus atau bantuan operator. 5. Karakteristik proses produksi yang terlibat dalam pemindahan muatan. Gerakan penanganan bahan berkaitan erat, bahkan terlibat langsung dengan proses produksi. Misalnya : crane khusus pada pengecoran logam, penempaan dan pengelasan; konveyor pada pengecoran logam dan perakitan; pada permesinan dan pengecatan. 6. Kondisi lokal yang spesifik. Hal ini meliputi luas dan bentuk lokasi, jenis dan desain gedung, keadaan permukaan tanah, susunan yang mungkin untuk unit proses, debu, kelembaban lingkungan, adanya uap dan berbagai jenis gas lainnya, dan temperatur.

2.3.1 Dasar Pemilihan Pesawat Pengangkat Banyak sekali pesawat pengangkat yang diproduksi dalam berbagai desain, sehingga dalam operasi yang sama dapat dilakukan berbagai metode dan alat. Pemilihan alat yang tepat tidak hanya memerlukan pengetahuan khusus tentang desain dan karakteristik operasi suatu mekanisme mesin, tetapi juga memerlukan pengetahuan menyeluruh tentang organisasi produksi dari suatu perusahaan.Dalam pemilihan jenis pesawat pengangkat, alat ini harus dapat dimekaniskan sedemikian rupa sehingga hanya memerlukan sedikit mungkin operator untuk pengendalian, pemeliharaan, perbaikan, dan tugas-tugas tambahan Teguh Putra : Perancangan Tower Crane Dengan Kapasitas Angkat 6 Ton, Tinggi Angkat 45 Meter, Radius 55 Meter, Untuk Pembangunan Gedung Bertingkat, 2009. USU Repository © 2009

lainnya. Pesawat pengangkat tidak boleh merusak muatan yang dipindahkan, atau menghalangi dan menghambat proses produksi. Alat ini harus aman dalam operasinya dan ekonomis baik dalam biaya operasi atau perawatannya.

2.3.2 Dasar Pemilihan Crane Dasar pemilihan crane ditentukan dari faktor teknis jenis dan sifat muatan, yang dapat mengangkat muatan satuan dan curah. Dari faktor kapasitas per jam yang dibutuhkan, dimana crane mempunyai siklus kerja dengan gerak balik bermuatan sehingga dapat beroperasi secara efektif dan efisien karena alat ini mempunyai kapasitas angkat dan kecepatan yang cukup tinggi. Dari faktor arah dan jarak perpindahan crane dapat memindahkan dan mengangkat muatan baik secara vertikal, horizontal, dan berputar 360o. Dari faktor teknis kondisi lokasi yang spesifik, dimana crane digunakan pada pembangunan gedung bertingkat dengan kelebihan dari segi struktur dengan ketinggian tertentu dan daya jangkauannya yang cukup jauh. Crane dirancang untuk melayani pengangkatan muatan dengan jarak yang cukup jauh dalam suatu areal pembangunan, dengan mempertimbangkan dimensinya. Dari pertimbangan faktor-faktor teknis diatas maka dipilihlah Tower Crane sebagai alat yang tepat untuk memenuhi semua pertimbangan tersebut

2.4 Tower Crane Penggunaan tower crane memerlukan perencanaan yang seksama karena crane dipasang tetap (fixed instalation) di tempat dengan jangka waktu pelaksanaan pekerjaan yang lama. Dari posisi tetapnya, tower crane harus mampu Teguh Putra : Perancangan Tower Crane Dengan Kapasitas Angkat 6 Ton, Tinggi Angkat 45 Meter, Radius 55 Meter, Untuk Pembangunan Gedung Bertingkat, 2009. USU Repository © 2009

menjangkau semua area yang diperlukan untuk mengangkat beban yang diangkat ke tempat yang diinginkan. Yang perlu diperhatikan dalam pemanfaatan tower crane adalah berat, ukuran, dan radius angkat dari beban terberat, tinggi maksimum berdiri bebas alat, berat mesin yang ditopang struktur, kecepatan angkat mesin, dan panjang kabel hoist drum yang dapat melayani. Tower crane dirancang dengan ketinggian tertentu dan dengan boom yang memiliki daya jangkau yang cukup jauh. Selain itu tower crane mampu melayani pengangkutan bahan yang berat sesuai dengan kapasitas angkat maksimumnya. Tower crane biasanya digunakan untuk mengangkat beban terpadu (load), seperti : rangka besi, kepingan atap bangunan, batu bata dalam jumlah yang banyak, dsb. Namun terkadang juga dapat digunakan untuk mengangkat bahan curah (bulk load), seperti pasir dan coran semen. Untuk bahan curah, tower crane membutuhkan wadah muatan seperti bucket, yang kemudian dihubungkan dengan kait nantinya.

2.4.1 Komponen Utama Tower Crane Komponen-komponen utama dari Tower Crane adalah : 1. Rangka 2. Boom/ Jib (Lengan) Boom adalah lengan dari tower crane yang memiliki jangkauan/ radius sebagai tempat berjalannya trolley. Boom ini berfungsi untuk menjangkau, memutar, memindahkan, mengangkat dan menurunkan beban. Boom pada tower crane ini ada 2 yaitu : boom bobot imbang dan boom beban. 3. Bobot Imbang (Counter Weight) Teguh Putra : Perancangan Tower Crane Dengan Kapasitas Angkat 6 Ton, Tinggi Angkat 45 Meter, Radius 55 Meter, Untuk Pembangunan Gedung Bertingkat, 2009. USU Repository © 2009

Bobot Imbang

adalah bagian dari tower crane yang berfungsi untuk

mengimbangi berat dari boom beban 4. Trolley Trolley berfungsi sebagai tempat bergantungnya spreader kait dan juga untuk menggerakkan spreader kait pada saat mengangkat dan menurunkan beban atau muatan. Trolley terletak pada konstruksi boom. 5. Motor Penggerak Motor penggerak pada tower crane ada 3 yaitu motor penggerak drum, motor penggerak trolley dan motor penggerak mekanisme slewing. 6. Drum Drum adalah alat yang berfungsi sebagai tempat untuk menggulung atau mengulur tali baja pada saat menaikkan atau menurunkan beban 7. Sistem Puli Puli (kerek) adalah alat yang berbentuk cakra bundar beralur, berfungsi sebagai laluan tali baja. 8. Tali Baja Tali Baja adalah perlengkapan fleksibel yang berfungsi sebagai penarik atau pengulur spreader kait atau trolley. 9. Kait (Hook) Kait adalah alat sebagai tempat menggantungkan beban 10. Rem Rem adalah alat yang digunakan untuk menghentikan pergerakan motor penggerak baik itu, pada mekanisme pengangkat, trooley ataupun slewing


2.4.2 Cara Kerja Tower Crane Cara kerja dari tower crane ini dapat dibagi atas 3 gerakan, yaitu : 1. Gerakan Angkat dan Turun (Hoisting) Gerakan mengangkat dan menurunkan beban ini diatur oleh kerja elektro motor yang berfungsi memutar drum yang akan menggulung tali baja. Tali baja ini akan menggerakkan puli agar rumah puli yang diujungnya memiliki kait (hook) akan bergerak naik-turun. Beban yang akan dipindahkan digantungkan pada kait. Bila posisinya telah sesuai dengan yang dikehendaki maka gerakan drum ini akan dihentikan oleh operator dengan menarik tuas (handle) yang terhubung dengan rem. 2. Gerakan Jalan Mendatar (Trolling) Gerakan ini adalah gerakan trolley yang berjalan / berpindah dalam arah mendatar (horizontal) atau melintang. Gerakan ini diatur oleh elektro motor yang berfungsi untuk memutar drum untuk menggulung tali baja yang akan memutar puli sehingga trolley berjalan disepanjang rel yang terletak diatas girder dan boom. Gerakan ini dihentikan dengan memutuskan arus listrik pada elektro motor melalui tombol operator dan sekaligus rem bekerja. 3. Gerakan Berputar (Slewing) Gerakan ini terjadi akibat putaran elektro motor yang memutar gigi jib sehingga jib dapat berputar ke arah kanan atau kiri dengan sudut 3600


Keterangan Gambar : 1. Rangka tower Crane

6. trolley

2. Boom tower crane 3. Bobot imbang (Couter weight) 4. Spreader 5.

kait (Hook)


2.5

Spesifikasi Perencanaan Dari data yang diperoleh dari Proyek Pembangunan Hotel Grand Antareas

Jln. S. M. Raja Medan, sebagai data perbandingan atau dasar perencanaan pesawat pengangkat ini, dibawah ini tercantum spesifikasi tower crane yang diperoleh dari hasil survey : Jenis mesin

: Tower Crane

Kapasitas angkat maks

: 6.000 kg

Tinggi angkat maks

: 45 m

Radius jangkauan lengan

: 55 m


BAB III PERANCANGAN MEKANISME PENGANGKAT

Komponen

utama

mekanisme

pengangkat

meliputi

perencanaan-

perencanaan : 1. Tali Baja (Steel Wire Rope) 2. Puli (Rope Sheave) 3. Drum (Rope Drum) 4. Kait (Hook) 5. Motor Penggerak 6. Sistem Transmisi 7. Sistem Rem

3.1 Perancangan Tali Baja Tali baja berfungsi untuk mengangkat dan menurunkan beban serta memindahkan gerakan dan gaya. Tali baja adalah tali yang dikonstruksikan dari kumpulan jalinan serat-serat baja (steel wire) dengan kekuatan σb = 130-200 kg/mm2 . Beberapa serat dipintal hingga menjadi satu jalinan (strand), kemudian beberapa strand dijalin pula pada suatu inti (core) sehingga membentuk tali. Tali baja banyak sekali digunakan pada mesin pengangkat karena dibandingkan dengan rantai, tali baja mempunyai keunggulan antara lain : 1. Lebih ringan dan lebih murah harganya 2. Lebih tahan terhadap beban sentakan, karena beban terbagi rata pada semua strand Teguh Putra : Perancangan Tower Crane Dengan Kapasitas Angkat 6 Ton, Tinggi Angkat 45 Meter, Radius 55 Meter, Untuk Pembangunan Gedung Bertingkat, 2009. USU Repository © 2009

3. Operasi yang tenang walaupun pada kecepatan operasi yang tinggi 4. Keandalan operasi yang tinggi 5. Lebih fleksibel dan ketika beban lengkungan tidak perlu mengatasi internal stress 6. Sedikit mengalami fatigue dan internal wear karena tidak ada kecenderungan kawat untuk menjadi lurus yang selalu menyebabkan internal stress 7. Kurangnya kecenderungan untuk membelit karena peletakan yang tepat, pada drum dan puli, penyambungan yang lebih cepat, mudah dijepit (clip), atau ditekuk (socket) 8. Kawat yang patah setelah pemakaian yang lama tidak akan menonjol keluar sehingga lebih aman dalam pengangkatan dan tidak akan merusak kawat yang berdekatan

Gambar 3.1 Konstruksi serat tali baja

Dalam perencanaan ini kapasitas maksimum berat muatan yang diangkat adalah 6 ton. Karena pada pengangkat dipengaruhi oleh beberapa faktor, seperti overload, keadaan dinamis dalam operasi dan perubahan udara yang tidak terduga, maka diperkirakan penambahan beban 10 % dari beban semula sehingga berat muatan yang diangkat menjadi : Q0 = 6.000 + (10 % x 6.000) = 6.600 kg Teguh Putra : Perancangan Tower Crane Dengan Kapasitas Angkat 6 Ton, Tinggi Angkat 45 Meter, Radius 55 Meter, Untuk Pembangunan Gedung Bertingkat, 2009. USU Repository © 2009

Kapasitas angkat total pesawat adalah : Q = Q0 + q dimana : q = Berat spreader = 300 kg (Hasil survei) maka : Q = 6.600 + 300 = 6.900 kg 4 5

3 2

1 6-7

Drum

16 8

9

15

10

14

11 13

12

Gambar 3.2 Diagram lengkungan tali baja mekanisme hoist Dari gambar 3.2 dapat dilihat diagram lengkungan tali pada mekanisme gerak hoist dapat ditentukan tegangan tali maksimum baja yang terjadi. Sistem pengangkat yang direncanakan ini terdiri dari 7 buah puli yang menyangga (suspensi), sehingga : Q = S1 + S 2 + S 3 + S 4 + S 5 + S 6 + S 7 Tegangan tarik maksimum pada tali dari sistem puli beban dihitung dengan rumus :

S=

Q ………………………………………………..…(Lit.1, Hal 41) n .η.η1

dimana : n = Jumlah puli yang menyangga (suspensi) = 7 η = Efisiensi puli = 0,905 (Lampiran 1) η1 = Efisiensi yang disebabkan kerugian tali akibat kekakuannya ketika menggulung pada drum yang diasumsikan 0,98 (Lit. 1, Hal. 41)


maka : S =

6.900 = 1111,42 kg 7.0,905.0,98

Kekuatan putus tali sebenarnya (P) dapat dicari dengan rumus : S=

P ………………………………………...…………..…(Lit.1, Hal 40) K

atau : P = S . K dimana : K = Faktor keamanan dengan jenis mekanisme dan kondisi operasinya = 5,5 (Lampiran 2) maka : P = 1111,42 . 5,5 = 6112,81 kg Dari hasil kekuatan putus tali (P), maka pada perencanaan ini dipilih tipe tali baja menurut United Rope Works Standard, Rotterdam Holland yaitu 6 x 37 + 1 fibre core (Lampiran 2) dengan : Diameter tali (d)

= 18,6 mm

Berat tali (W)

= 1,15 kg/m

Beban patah (Pb)

= 15.400 kg

Tegangan patah (σb) = 140-159 kg/mm2 Jenis tali ini dipilih dengan pertimbangan bahwa semakin banyak kawat baja yang digunakan konstruksi tali maka akan lebih aman dari tegangan putus tali dan dapat menahan beban putus tali. Tegangan maksimum tali baja yang diizinkan adalah : S izin =

maka : S izin =

Pb K

………...…………………………...…………..…(Lit.1, Hal 40)

15.400 = 2800 kg 5,5


Tegangan pada tali yang dibebani pada bagian yang melengkung karena tarikan dan lenturan adalah :

σ∑ = maka : σ ∑ =

σb K

………....…………………………...…………..…(Lit.1, Hal 39)

159 = 28,9 kg/mm 2 5,5

Luas penampang tali baja dapat dihitung dengan rumus :

F222 =

S

σb

d (36.000) − K Dmin

..………….………………....…(Lit.1, Hal 39)

D  Dengan perbandingan diameter drum dan diameter tali baja  min  untuk  d  jumlah lengkungan (NB) = 16, seperti terlihat pada gambar 3.2 adalah 38 (Lampiran 2), maka luas penampang dari tali baja adalah : F222 =

1111,42 = 0,57 cm 2 15.900 1 − × 36.000 5,5 38

Tegangan tarik yang terjadi pada tali baja adalah :

σt = maka : σ t =

S ……………………………………...………....…(Lit.1, Hal 83) F222

1111,42 = 1946 kg/cm 2 = 19,46 kg/mm 2 0,571

Dari hasil perhitungan diatas terlihat bahwa perencanaan tali baja aman untuk digunakan karena tegangan maksimum tali (S) yang direncanakan lebih kecil dari tegangan maksimum izin ( S izin ) yaitu : 1111,42 kg < 2181,81 kg. Dan


tegangan tarik ( σ t ) yang direncanakan lebih kecil dari tegangan tarik yang diizinkan ( σ ∑ ) yaitu : 19,46 kg/mm2 < 28,9 kg/mm2. Kerusakan tali baja disebabkan oleh kelelahan bahan dan mengalami jumlah lengkungan tertentu. Umur pakai tali tergantung pada ukuran puli atau drum, beban, konstruksi tali, faktor metalurgi, produksi, desain dan kondisi operasi. Ketahanan (batas kelelahan) tali baja ditentukan berdasarkan umur operasi tali baja tersebut. Faktor yang bergantung pada jumlah lengkungan berulang selama periode keausannya sampai tali tersebut rusak (m) yang dihitung dengan persamaan : A=

D = m.σ .C.C1 .C 2 ……...…………………………….…(Lit.1, Hal. 43) d

dimana : A = Perbandingan diameter drum atau puli dengan diameter tali, A = 38 σ = Tegangan tarik sebenarnya pada tali, σ = 19,46 kg/mm2 C = Faktor yang memberi karakteristik konstruksi dan tegangan patah tali baja, C = 0,93 (Lampiran 3) C1 = Faktor yang tergantung diameter tali baja, C1 = 0,97 (Lampiran 3) C2 = Faktor yang menentukan produksi dan operasi tambahan, C2 = 1,37 (Lampiran 3) maka : m =

m=

A σ .C.C1C 2

38 = 1,56 19,46.0,93.0,97.1,37

Dari Tabel 6 (Lampiran 3), untuk m = 1,56 dan dengan perhitungan secara interpolasi diperoleh nilai z1, yaitu :


1,56 − 1,50 z − 230.000 = 1,62 − 1,50 255.000 − 230.000 z = 242.500 Jadi, jumlah lengkungan berulang yang diizinkan z = 242.500 yang menyebabkan kerusakan pada tali baja. Untuk mencari umur tali baja (N) diperoleh dengan rumus : z1 = a.z2.N.β ……………………………………………...…(Lit.1, Hal. 48) dimana : z1 = Jumlah lengkungan berulang yang diizinkan, z = 242.500 a = Jumlah siklus rata-rata per bulan, a = 3400 (Lampiran 4) z2 = Jumlah lengkungan berulang per siklus kerja (mengangkat dan menurunkan) pada tinggi pengangkatan penuh dan lengkungan satu sisi, z2 = 5 (Lampiran 4) β = Faktor perubahan daya tahan tali akibat mengangkut muatan lebih rendah dari tinggi total dan lebih ringan dari muatan penuh, β = 0,3 (Lampiran 4) φ = Perbandingan jumlah lengkungan dengan jumlah putus tali, φ = 2,5

maka : N =

N=

z1 a . z 2 .β .ϕ

242.500 = 19 bulan 3400.5.0,3.2,5

3.2 Perancangan Puli Puli (kerek atau katrol) yaitu cakra (disc) yang dilengkapi tali, merupakan


kepingan bundar, terbuat dari logam ataupun nonlogam. Pinggiran cakra diberi alur (grove), berfungsi sebagai laluan tali untuk memindahkan gaya dan gerak. Puli ada 2 jenis yaitu : 1. Puli Tetap Puli tetap terdiri dari sebuah cakra dan sebuah tali yang dilingkarkan pada alur di bagian atasnya dan pada salah satu ujungnya digantungi beban, sedangkan ujung lainnya ditarik ke bawah sehingga beban terangkat keatas. 2. Puli Bergerak Puli bergerak terdiri dari cakra dan poros yang bebas. Tali dilingkarkan dalam alur di bagian bawah. Salah satu ujung tali diikatkan tetap dan di ujung lainnya ditahan atau ditarik pada waktu pengangkatan, beban digantungkan pada kait yang tergantung pada poros.

Gambar 3.3 Puli Diameter drum atau puli minimum untuk pemakaian tali baja yang diizinkan diperoleh dengan rumus : D ≥ e1 . e2 . d ….…...…………………………………….…(Lit.1, Hal. 41) dimana : D = Diameter drum atau puli pada dasar alurnya (mm) Teguh Putra : Perancangan Tower Crane Dengan Kapasitas Angkat 6 Ton, Tinggi Angkat 45 Meter, Radius 55 Meter, Untuk Pembangunan Gedung Bertingkat, 2009. USU Repository © 2009

d = Diameter tali baja (mm) = 18,6 mm e1 = Faktor yang tergantung pada tipe alat pengangkat dan kondisi operasinya = 25 (Lampiran 2) e2 = Faktor yang tergantung pada konstruksi tali = 0,9 (Lampiran 2) maka : D ≥ 25 . 0,9 . 18,6 D ≥ 418,5 mm

Dengan perhitungan secara interpolasi diperoleh ukuran-ukuran dari puli yang ditabelkan pada Tabel 3.1 dibawah (Dari Lampiran 4) dengan diameter tali 18,6 mm. Tabel 3.1 Dimensi Puli Diameter

a

b

18,6

52

38

c

E

9,4 1,4

h

l

r

29

14

11,3

r1

r2

r3

r4

4,8 3,6

16

9,6

Sumber : Rudenko,N. 1994. “Mesin Pemindah Bahan”. Jakarta : Erlangga.

Puli dipasang pada poros (gandar) yang terdapat bantalan tak terbebani didalam roda puli sehingga bushing roda puli mengalami tekanan yang dicari dengan rumus :

p=

Q ….…...………………………………………….…(Lit.1, Hal. 72) l.d g

dimana : p = Tekanan bidang pada poros/gandar roda puli (kg/mm2) Q = Beban (kg/mm2) l = Panjang bushing (mm) dg = Diameter gandar roda puli (mm)


Harga tekanan yang tergantung pada kecepatan keliling permukaan lubang roda puli ini tidak boleh melebihi nilai yang tercantum didalam Tabel 3.2.

Tabel 3.2 Tekanan Bidang Yang Diizinkan V (m/s) P (kg/cm2)

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 75

70

66

62

60

57

55

54

53

52

51

50

49

Sumber : Rudenko,N. 1994. “Mesin Pemindah Bahan”. Jakarta : Erlangga.

Kita mengambil kecepatan keliling υ = 0,3 m/s karena kecepatan angkat = 0,28 m/s, maka tekanan bidang poros sebesar P = 66 kg/cm2. Perbandingan panjang bushing dengan diameter gandar untuk roda puli kerja adalah :

l = 1,5 − 1,8 (Lit.1, Hal. 72) diambil 1,65 dg atau : l = 1,65 . dg maka : d g =

dg =

Q p .l 6.900 = 5,68 cm = 56,88 mm 66 . (1,65 d g )

maka : l = 1,65 .56,88 = 93,852 mm

3.3 Perancangan Drum Drum pada mekanisme pengangkatan digunakan untuk menggulung tali atau rantai. Drum untuk tali baja terbuat dari besi cor, tapi terkadang dari besi tuang atau konstruksi lasan. Dengan memperhitungkan efisiensi gesekan pada bantalannya η ≈ 0,95. Diameter drum tergantung pada diameter tali. Teguh Putra : Perancangan Tower Crane Dengan Kapasitas Angkat 6 Ton, Tinggi Angkat 45 Meter, Radius 55 Meter, Untuk Pembangunan Gedung Bertingkat, 2009. USU Repository © 2009

Gambar 3.4 Drum Untuk drum penggerak daya (digerakkan dengan mesin), drum harus dilengkapi dengan alur heliks sehingga tali akan tergulung secara seragam dan keausannya berkurang. Drum dengan satu tali tergulung hanya mempunyai satu arah heliks ke kanan. Drum yang didesain untuk dua tali diberi dua arah heliks, ke kanan dan ke kiri. 4 5

3 2

1 Drum

6-7

16 8

9

15

10

14

11 13

12

Gambar 3.5 Diagram lengkungan tali baja Berdasarkan jumlah lengkungan (NB) yang terjadi pada tali baja diperoleh hubungan perbandingan diameter minimum untuk puli dan drum dengan diameter tali. Untuk NB = 16, maka :


Dmin = 38 d

Dmin = 38 . d = 38 . 18,6 = 706,8 mm Jumlah lilitan (z) pada drum untuk satu tali adalah : z=

H .i + 2 ......………………………………………….…(Lit.1, Hal. 74) π .D

dimana : H = Tinggi angkat muatan, angka 2 ditambahkan untuk lilitan yang menahan muatan = 110 m i = Perbandingan sistem tali = 2 D = Diameter drum minimum = 706,8 mm maka : z =

45.000 × 2 + 2 = 42 lilitan π . 706,8

Panjang alur spiral (helical grove) dihitung dengan rumus : l = z . s......………………………………………………..…(Lit.1, Hal. 75) Dengan perhitungan secara interpolasi diperoleh nilai s dari drum (Lampiran 5) dengan diameter tali 18,6 mm, maka : s = 26 mm l = 112 . 26 = 2.912 mm Panjang drum (L) seluruhnya dapat dicari dengan persamaan :

 H .i  L= + 7  s ………………...……….………...……..…(Lit.1, Hal. 75)  π .D   45000. 2  maka : L =  + 7  26 = 1,236 mm  π . 706,8 

Tebal dinding drum (ω) dapat ditentukan dengan rumus : ω = 0,02 D + (0,6 s/d 1,0 cm); diambil 0,8 cm…....……..…(Lit.1, Hal. 75) maka : ω = 0,02 . 70,68 + 0,8 ω = 2,21 cm = 22mm Teguh Putra : Perancangan Tower Crane Dengan Kapasitas Angkat 6 Ton, Tinggi Angkat 45 Meter, Radius 55 Meter, Untuk Pembangunan Gedung Bertingkat, 2009. USU Repository © 2009

Tegangan tekan ( σ t) pada permukaan dinding drum adalah :

οt =

S …………………………………...…...………..…(Lit.1, Hal. 76) ω .s

dimana : S = Tegangan tarik maksimum pada tali baja = 1111,42 kg maka : ο t =

1111,42 = 225,21 kg/cm2 2,1. 2,35

Jadi, bahan drum dipilih dari besi cor dengan kekuatan tekan maksimum bahan 1000 kg/cm2. (Lit.1, Hal. 76) Dari hasil perhitungan diatas diperoleh tegangan tekan izin lebih besar dari tegangan tekan σ

ti

> σ t , maka drum aman untuk digunakan.

3.4 Perancangan Kait Kait adalah perlengkapan yang digunakan untuk menggantung beban yang diangkat. Pada ujung tangkainya terdapat ulir yang digunakan untuk mengikat bantalan aksial agar kait tersebut dapat berputar dengan leluasa. Kait dapat mengangkat mulai dari 25-100 ton. Kait terdiri atas beberapa jenis, yaitu : 1. Kait Tunggal (Single Hook) / Kait Standar Kait ini dibuat dengan cara ditempa pada cetakan rata atau tertutup. Kait standar dapat mengangkat sampai 50 ton, 2. Kait Ganda (Double Hook) Kait ini dibuat dengan cara ditempa pada cetakan rata atau tertutup Kait ganda dapat mengangkat mulai dari 25-100 ton Kait ganda didesain dengan dudukan yang lebih kecil dari kait tunggal dengan kapasitas angkat yang sama 3. Kait Mata Segitiga (Triangular Hook) Kait mata segitiga digunakan pada crane untuk mengangkat muatan diatas 100 ton Teguh Putra : Perancangan Tower Crane Dengan Kapasitas Angkat 6 Ton, Tinggi Angkat 45 Meter, Radius 55 Meter, Untuk Pembangunan Gedung Bertingkat, 2009. USU Repository © 2009

Gambar 3.6 Kait tunggal/standar Dalam perencanaan ini, jenis kait yang digunakan adalah kait tunggal. Karena beban yang diangkat masih dalam batas kemampuan kait tunggal yaitu 12 ton. Bahan kait yang diambil dari bahan S 45 C dengan sifat-sifat material : batas mulur = 5000 kg/cm2, kekuatan tarik (σt) = 7000 kg/cm2. Perencanaan dimensi kait dapat diambil dari standar N 661 (Kait Tunggal) dari bahan baja (Lampiran 6). Untuk beban angkat 12 ton dengan perhitungan secara interpolasi diperoleh dimensi kait : d1 = Diameter dalam ulir kait = 59,5 mm d2 = Diameter tangkai kait = 82 mm Tangkai kait diperiksa tegangan tariknya pada bagian yang berulir dengan rumus :

σt =

4 Q0

π . d1

2

< 500 kg/cm2 ………………………………..…(Lit.1, Hal. 86)

dimana :Qo = Kapasitas angkat maksimum = 6.900 kg maka : σ t =

4 ( 6.900) = 248,28 kg/cm2 2 π (5,95)


Tegangan tarik yang terjadi pada bagian yang berulir dari tangkai kait : 248,28 kg/cm2 < 500 kg/cm2, masih dalam batas yang diizinkan sehingga kait aman untuk digunakan Karena kait yang digunakan untuk mengangkat muatan diatas 5 ton jenis ulir yang dipakai adalah ulir trapesium. Dengan diameter dalam ulir 59,5 dari Standar 364 (Lampiran 7) diperoleh : d0 = Diameter luar ulir kait = 70 mm t = Kisar ulir = 10 Tinggi minimum mur kait (H) ditentukan oleh tegangan tekan yang diizinkan pada ulir yang dicari dengan rumus : H=

4 Q0 t

π . (d 0 2 − d1 2 ) p

…...………………………………..…(Lit.1, Hal. 86)

dimana : p = Tegangan tekan aman untuk baja; 300-350 kg/cm2, diambil 325 kg/cm2 maka : H =

4 (6.900 )1 = 2,02 cm π . (7,0 2 − 5,95 2 ) . 325

Jumlah ulir/lilitan (z) : z=

H …………………………………………………..…(Lit.3, Hal. 156) t

dimana : t = Jarak puncak ulir/pitch = 10 mm maka : z =

2,02 = 2,02 ≈ 2 ulir 1


Gambar 3.5 Penampang Kait Luas penampang berbentuk trapesium : A=

h (b1 + b2 ) *………………………………..………..…(Lit.3, Hal. 163) 2

dimana : h = 2,4 d1 = 2,4 (5,95) =14,28 cm b1 = 0,9 d1 = 0,9 (5,95) = 5,36 cm b2 = 2,2 d1 = 2,2 (5,95) = 13,09 cm

Jadi luas penampang I-II : AI-II = 1,2 d1 (0,9 d1 + 2,2 d1) maka : AI-II = 3,72 d12……………………………………….…….(Lit.3, Hal. 163) AI-II = 3,72 (5,95)2 = 131,69 cm2 Dalam menentukan luas penampang III-IV, juga menggunakan rumus (*): dimana : h = 2 d1 = 2 (5,95) = 11,9 cm b1 = 0,9 d1 = 0,9 (5,95) = 5,36 cm b2 = 1,9 d1 = 1,9 (5,95) = 11,31 cm maka : AIII-IV = d1 (0,9 d1 + 1,9 d1) AIII-IV = 2,8 d12…………………………………………….(Lit.3, Hal. 163) Teguh Putra : Perancangan Tower Crane Dengan Kapasitas Angkat 6 Ton, Tinggi Angkat 45 Meter, Radius 55 Meter, Untuk Pembangunan Gedung Bertingkat, 2009. USU Repository © 2009

AIII-IV = 2,8 (5,95)2 = 99,13 cm2 Tegangan geser (τ) yang terjadi dicari dengan rumus :

τ=

Q …..…………………………………....……...…….(Lit. 3, Hal. 164) A

maka : τ I − II =

6.900 Q = = 50,40 kg/cm2 AI − II 131,69

τ III − IV =

Q AIII − IV

=

6.900 = 69,60 kg/cm2 99,13

Pemeriksaan tegangan pada bagian kait. Dari konstruksi secara grafis diperoleh (Lampiran 7) : luas penampang kritis (F) = 104 cm, faktor x = 0,12; dan

a Jari-jari mulut kait   = 6,5 cm 2 h 2 b1 + b2 …………………………....……………...(Lit. 3, Hal. 163) 3 b1 + b2

e1 =

maka : e1 =

14,28 2 (5,36) + 13,09 = 6,14 cm 3 5,36 + 13,09

Tegangan tarik maksimum di bagian terdalam pada penampang tersebut adalah :

σI = maka : σ I =

e2 =

maka : e2 =

Q 1 2e1 <σ F x a

aman

= 1500 kg/cm2…………………….(Lit. 1, Hal. 88)

6.900 1 2(6,14) = 521 kg/cm2 104 0,12 13 h b1 + 2 b2 ………………………....……………......(Lit. 3, Hal. 162) 3 b1 + b2

14,28 5,36 + 2 (13,09) = 8,14 cm 3 5,36 + 13,09

Tegangan tekan maksimum di bagian terluar pada penampang tersebut adalah :


σ II =

maka : σ II =

Q 1 e2 <σ F xa +h 2

aman…………………….(Lit.

1, Hal. 88)

6.900 1 8,14 = 216,57 kg/cm2 104 0,12 6,5 + 14,28

3.5 Perancangan Motor Penggerak

Gambar 3.6 Motor penggerak Dalam perancangan ini, tenaga penggerak yang digunakan untuk mengangkat berasal dari daya motor listrik dengan memakai sebuah elektromotor. Pada kecepatan angkat yang konstan (V = const, gerakan yang seragam), besarnya daya (N) yang dihasilkan oleh elektromotor dapat dihitung dengan rumus :

N=

Q.V …………...……………………………….….…(Lit.1, Hal. 234) 75.η

dimana : Q = Kapasitas angkat muatan = 6.900 kg η = Effisiensi mekanisme pengangkat, diasumsikan 0,8 dengan 3 pasangan roda gigi penggerak (Lit. 1, Hal 299) V = Kecepatan angkat muatan, V = 17 m/min = 0,28 m/det maka : N =

6.900 × 0,28 = 33 HP 75 . 0,8


Maka dipilih elektromotor dengan daya motor ternilai, Nrated = 75 HP, putaran (nrated) = 1000 rpm disesuaikan dengan standar, jumlah kutub 6 buah, momen girasi rotor (GDrot = 4,08 kg.m2). Momen tahanan statik pada poros motor (M) adalah :

M st = 71.620 x maka : M st = 71.620 x

N …………………………………...…...(Lit. 1, Hal 234) n

63 = 4.512 kg.cm = 45,12 kg.m 1000

Bahan poros penggerak dipilih S30C dengan kekuatan tarik bahan σt = 5500 kg/cm2. (Lampiran 5). Tegangan tarik yang diizinkan adalah :

σ ti =

σt K

dimana : K = Faktor keamanan, diambil K = 8

σ ti =

5500 = 687,5 kg/cm2 8

Tegangan puntir yang diizinkan adalah :

σ p = 0,7 σ ti σ p = 0,7 (687,5) = 481,25 kg / cm 2 Diameter poros penggerak dapat dicari dengan rumus :

dp ≥ 3

maka : d p ≥ 3

M rated 0,2.σ p 5371,5 = 3,81 cm = 38,1 mm 0,2.(481.25)

Diameter poros penggerak dp diambil sebesar 40 mm (Lampiran 8), maka momen girasi kopling dapat dicari dengan rumus : Teguh Putra : Perancangan Tower Crane Dengan Kapasitas Angkat 6 Ton, Tinggi Angkat 45 Meter, Radius 55 Meter, Untuk Pembangunan Gedung Bertingkat, 2009. USU Repository © 2009

GD 2 coupl = 4.g .I ……………………………….……….....(Lit. 1, Hal 289) dimana : g = Percepatan gravitasi, g = 9,81 m/s2 I = Momen inersia kopling = 0,01 kg.cm/s2 (Lampiran 8) maka : GD2coupl = 4 (9,81)(0,0001) = 0,039 kg.m2 Momen girasi rotor dan kopling pada poros motor adalah : GD2 = GD2rot + GD2coupl GD2 = 4,08 +0,003 = 4,083 kg.m2 Momen gaya dinamis (Mdyn) ketika start, diperoleh dengan rumus : M dyn =

δ GD 2 n 375 t s

+

0,975 Q V 2 .………….…...………...….(Lit. 1, Hal 293) n t sη

dimana : δ = Koefisien pengaruh massa mekanisme transmisi (1,1 s/d 1,25) n = Kecepatan poros motor dalam keadaan normal = 1000 rpm Q = Berat penuh muatan pada peralatan pengangkat =6.900 kg V = Kecepatan normal atau tetap dari mekanisme pengangkat = 0,28 m/s η = Efisiensi mekanisme pengangkat =0,8 ts = Waktu start pada mekanisme pengangkat (1,5-5), diambil =3,25 (1,15 ) (4,08) (1000) 0,975 (6.900)(0,28) + = 4,04 kg.m (1000) (3,25) (0,8) 375 ( 3,25) 2

maka : M dyn =

Momen gaya motor yang diperlukan pada saat start adalah : M mot = M st + M dyn ……...…………….……….……….....(Lit. 1, hal 296)

maka : Mmot = 45,12 + 4,04 = 49,16 kg.m Momen gaya ternilai motor adalah :


M rated = 71.620 x maka : M rated = 71.620 x

N rated n

75 = 5.371,5 kg.cm = 53,71 kg.m 1000

Pemeriksaan motor terhadap beban lebih motor selama start (Mmaks = Mmot) adalah

M max < 2,5 ……………………………………………….(Lit. 1, Hal 296) M rated M max 49,16 = = 0,85 M rated 53,71

Harga 0,85 berada jauh dibawah batas aman yang diizinkan 2,5 maka motor aman untuk digunakan.

3.6 Perancangan Transmisi Mekanisme Pengangkat Pada perancangan transmisi mekanisme pengangkat ini digunakan sistem roda gigi yang berfungsi untuk mereduksi putaran motor penggerak. Roda gigi yang dipakai adalah roda gigi lurus 3 tingkat yang terpasang pada poros elektromotor. Pada sistem pengangkat ini digunakan sebuah elektromotor yang dipasang pada satu poros yang diantaranya dipasang transmisi roda gigi yang meneruskan putaran ke drum. Dari perhitungan sebelumnya, telah diketahui bahwa untuk mekanisme pengangkat diperoleh : Daya motor penggerak, N1

= 75 HP = 55,95 kW

Putaran motor, n1

= 1000 rpm.

Kecepatan angkat, V

= 0,28 m/s.

Diameter drum, D

= 623,2 mm.


Roda Gigi 4

Poros III

Roda Gigi 3

Roda Gigi 5

Motor Penggerak

Poros IV

Drum

Poros I

Roda Gigi 2

Roda Gigi 6 Poros II

Roda Gigi 3

Gambar 3.6 Sistem transmisi roda gigi Kecepatan tali baja pada drum adalah : Vd = V . i puli ………………………………………………(Lit. 1, Hal 234) dimana : i puli = Perbandingan transmisi puli, i puli >1, diambil 2 V = Kecepatan angkat motor maka : Vd = 0,28 . 2 = 0,56 m/s. Putaran drum dapat ditentukan dengan rumus : nd =

60.Vd ………………….…..………………………...(Lit. 1, Hal 235) π .D

nd =

60 . 0,56 = 17,25 rpm π . 0,62

Perbandingan transmisi motor dengan drum adalah : i=

n ………………………………………………….….(Lit. 1, Hal 234) nd

i=

1000 = 58 17,25

Perbandingan transmisi roda gigi tingkat pertama, kedua dan ketiga diambil i1 = 5; i2 = 4 dan i3 = 2,9. Teguh Putra : Perancangan Tower Crane Dengan Kapasitas Angkat 6 Ton, Tinggi Angkat 45 Meter, Radius 55 Meter, Untuk Pembangunan Gedung Bertingkat, 2009. USU Repository © 2009

Gambar 3.7 Nama-Nama Bagian Roda Gigi

3.6.1 Perencanaan Dimensi Roda Tingkat I Daya dari poros elektromotor diteruskan ke poros roda gigi tingkat I, sehingga dapat direncanakan ukuran-ukuran roda gigi 1 dan 2, transmisi tingkat I yaitu : 

Sudut tekan

:α



Modul

:m = 6



Jumlah gigi roda gigi : z1 = 12

= 200

: z2 = i1 . z1 .…....………….…….(Lit.2 , Hal 216) = 5 x 12 = 60 

Lebar gigi

:b

= (6-10) m ….....………...…..(Lit.2 , Hal 240) = 8.(6) = 48 mm



Tinggi kepala gigi

: hk = m = 6 mm ..……..………..(Lit.2 , Hal 219)



Tinggi kaki gigi

: hf

= 1,25 . m .………..………..(Lit.2 , Hal 219) = 1,25 (6) = 7,5 mm



Kelonggaran puncak : ck = 0,25 . m ……….……..…....(Lit.2 , Hal 219) = 0,25.(6) = 1,5 m




Tinggi gigi

: H = 2 m + ck …...……...………(Lit.2 , Hal 219) = 2 (6) + 1,5 = 13,5 mm





Jarak sumbu poros

Diameter jarak bagi

:a

=

m ( z1 + z 2 ) ………….……(Lit.2 , Hal 216) 2

=

6 (12 + 60 ) = 216 mm 2

: d01 = m . z1 ……….…………….(Lit.2 , Hal 216) = 6 x 12 = 72 mm : d02 = m . z2 = 6 x 60 = 360 mm



Diameter kepala

: dh1 = (z1 + 2) m ……….……...…(Lit.2 , Hal 219) = (12 + 2) 6 = 84 mm : dh2 = (z2 + 2) m = (60 + 2) 6 = 372 mm



Diameter kaki

: df1 = dh1 – H……….…..…..……(Lit.2 , hal 249) = 84 – 13,5 = 70,5 mm : df2 = dh2 – H = 372 – 13,5 = 358,5 mm



Jarak bagi lingkaran : t1 = t2 = π . m ……….…………(Lit.2 , Hal 214) = π . 6 = 18,84 mm



Tebal gigi

: So1 = So2 = m .

=6.

π 2

π 2

……….…....….(Lit. 4, Hal 30)

= 9,42 mm


3.6.2 Perhitungan Kekuatan Roda Gigi Tingkat I Perhitungan kekuatan roda gigi tingkat I sangat penting untuk diperiksa karena saat roda gigi berputar antara roda gigi yang satu dengan yang lainnya akan terjadi benturan dan gesekan. Kecepatan keliling roda gigi 1 dan 2 dapat dihitung dengan rumus :

π . d 01 . n1

V=

60 × 1000

………….…………………..…………….(Lit. 2, Hal 238)

dimana : do1 = Diameter jarak bagi lingkaran = 72 mm n1 = Putaran motor = 1000 rpm maka : V =

π .72 .1000 60 × 1000

= 3,76 m/det

Gaya tangensial (Ft) yang bekerja pada roda gigi 1 dan 2 adalah : 102 . P ……………………………………………….(Lit. 2, Hal 238) V

Ft =

dimana : P = Daya yang ditransmisikan dari motor penggerak = 55,95 kW

102 . 55,95 = 1517,79 kg 3,76

maka : Ft =

Faktor dinamis (fv), dimana untuk kecepatan rendah dirumuskan dengan : fv =

3 ……..…..………...……...…………..…………(Lit. 2, Hal 240) 3 +V

fv =

3 = 0,44 3 + 3,76

Tegangan lentur yang terjadi dapat dicari dari rumus : Ft = σ a .b.m.Y . f v …………………………………………..(Lit. 2, Hal 240) atau : σ a =

Ft b.m.Y . f v


dimana : b = Lebar sisi gigi = 48 mm m = Modul = 6 Y = Faktor bentuk gigi (Lampiran 11) Pada roda gigi 1, untuk Z = 12 dengan Y1 = 0,245 maka : σa =

1517,79 = 44,82 kg/mm2 48 . 6 . 0,245 . 0,44

Pada roda gigi 2, untuk Z = 60 Y2 = 0,421 maka : σa =

1517,79 = 26,08 kg/mm2 48 . 6 . 0,421. 0,44

Bahan untuk roda gigi 1 adalah SNC 2 yang memiliki tegangan lentur izin (σa1) = 50 kg/mm2 dan kekuatan tarik (σb1) = 85 kg/mm2. Dan bahan untuk roda gigi 2 bahannya adalah S 45 C yang memiliki tegangan lentur izin (σa2) = 30 kg/mm2 dan kekuatan tarik (σb2) = 58 kg/mm2. (Lampiran 10) Besarnya beban lentur yang diizinkan per satuan lebar sisi dapat dihitung dengan rumus : Fb = σ a .m.Y . f v ………………………………………...…..(Lit. 2, Hal 240) maka : Fb1 = 50 . 6 . 0,245 . 0,44 = 35,28 kg/mm Fb2 = 30 . 6 . 0,421 . 0,44 = 36,37 kg/mm Dari hasil perhitungan terlihat bahwa tegangan lentur yang diizinkan lebih besar dari tegangan lentur yang direncanakan sehingga roda gigi aman untuk digunakan.

3.6.3 Perencanaan Dimensi Roda Tingkat II Daya dari poros roda gigi tingkat I diteruskan ke poros roda gigi tingkat II, dan dengan cara perhitungan yang sama seperti transmisi roda gigi tingkat I dapat Teguh Putra : Perancangan Tower Crane Dengan Kapasitas Angkat 6 Ton, Tinggi Angkat 45 Meter, Radius 55 Meter, Untuk Pembangunan Gedung Bertingkat, 2009. USU Repository © 2009

diperoleh ukuran-ukuran roda gigi 3 dan 4, yaitu : 

Sudut tekan

:α



Modul

:m = 6




= 200

: z4 = 56 

Lebar gigi

:b



Tinggi kepala gigi

: hk = 6 mm



Tinggi kaki gigi

: hf



Tinggi gigi

: H = 13,5 mm



Jarak sumbu poros

:a



Diameter jarak bagi

: d03 = 84 mm

= 48 mm

= 7,5 mm

= 210 mm

: d04 = 336 mm 

Diameter kepala

: dh3 = 96 mm : dh4 = 348 mm



Diameter kaki

: df3 = 82,5 mm : df4 = 334,5 mm



Jarak bagi lingkaran : t1



Kelonggaran puncak : ck = 1,5 mm



Tebal gigi

= t2 = 18,85 mm

: So1 = 9,42 mm

Putaran poros I adalah n1, dengan : i=

n1 Z 2 = n2 Z1

maka putaran poros II adalah :


n2 =

=

n1. Z 1 Z2 1000.12 = 200 rpm 60

Putaran poros III adalah : n3 =

n2. Z 3 Z4

n3 = 200 ×

14 = 50 rpm 56



Kecepatan keliling roda gigi 3 dan 4 : Vo3 = Vo4 = 4,39 m/s



Gaya tangensial yang dialami

: Ft

= 1291,61 kg



Tegangan lentur yang terjadi

: σa3

= 36,92 kg/mm2

: σa4

= 23,27 kg/mm2

Bahan roda gigi 3 yang dipilih adalah SNC 1 dengan tegangan lentur yang diizinkan σa3 = 40 kg/mm2 dan kekuatan tarik σb3 = 75 kg/mm2. Bahan roda gigi 4 yang dipilih adalah S 35 C dengan tegangan lentur yang diizinkan σa4 = 26 kg/mm2 dan kekuatan tarik σb4 = 52 kg/mm2. Rancangan ini juga aman digunakan karena tegangan lentur yang diizinkan lebih besar dari tegangan lentur yang direncanakan.

3.6.4 Perencanaan Dimensi Roda Tingkat III Daya dari poros roda gigi tingkat II diteruskan ke poros roda gigi tingkat III, dan dengan cara perhitungan yang sama seperti transmisi roda gigi tingkat II dapat diperoleh ukuran-ukuran roda gigi 5 dan 6, yaitu : 

Sudut tekan

:α

= 200




Modul




:m = 6

: z6 = 47 

Lebar gigi

:b



Tinggi kepala gigi

: hk = 6 mm



Tinggi kaki gigi

: hf



Tinggi gigi

: H = 13,5 mm



Jarak sumbu poros

:a



Diameter jarak bagi

: d05 = 96 mm

= 48 mm

= 7,5 mm

= 189 mm

: d06 = 282 mm 

Diameter kepala

: dh5 = 108 mm : dh6 = 294 mm



Diameter kaki

: df5 = 94,5 mm : df6 = 280,5 mm









Tebal gigi

= t2 = 18,85 mm

: So1 = 9,42 mm

Putaran poros IV adalah : n4 =

n3. Z 5 Z6

n4 = 50 ×

16 = 17,24 rpm 46,4



Kecepatan keliling roda gigi 5 dan 6 : Vo5 = Vo6 = 5,03 m/s




: Ft

= 1134,57 kg





: σa5

= 30,35 kg/mm2

: σa6

= 22,27 kg/mm2

Bahan roda gigi 5 yang dipilih adalah SNC 1 dengan tegangan lentur yang diizinkan σa5 = 35 kg/mm2 dan kekuatan tarik σb5 = 75 kg/mm2. Bahan roda gigi 6 yang dipilih adalah S 35 C dengan tegangan lentur yang diizinkan σa6 = 26 kg/mm2 dan kekuatan tarik σb6 = 52 kg/mm2. Rancangan ini juga aman digunakan karena tegangan lentur yang diizinkan lebih besar dari pada tegangan lentur yang direncanakan

. 3.6.5 Bantalan Transmisi Roda Gigi

Bantalan poros transmisi berfungsi sebagai penyangga atau penumpu poros. Untuk perencanaan poros bantalan transmisi roda gigi dibutuhkan sebanyak 29 bantalan, dimana pada setiap poros ditumpu oleh dua hingga empat bantalan. Untuk mendapatkan bantalan yang sesuai maka terlebih dahulu dicari besarnya beban nominal dinamis spasifik ( C ) yang harus ditahan bantalan. Pada gerak hoist

terdapat lima putaran,seperti dijelaskan sebelumnya.

- Putaran poros I (n1)

= 1000 rpm

- Putaran poros II (n2)

= 200 rpm

- Putaran poros III (n3)

= 50 rpm

- Putaran poros IV (n4)

= 17,25 rpm

Untuk menentukan beban radial maka dapat ditentukan dengan cara seperti berikut ini (gaya yang bekerja pada poros I )

Gaya total yang ditumpu kedua banatalan adalah : RA + RB = FRG + WP ;

FRG = Fn + WP


RA + RB = Fn + WRG + WP Dimana : Fn

= Gaya yang terjadi akibat persinggungan antara roda gigi (kg)

WRG

= Berat roda gigi (kg)

Wp

= Berat Poros (kg)

Gambar 3.13 Gaya pada Roda Gigi

Gaya yang terjadi akibat adanya Momen puntir (gaya tangensial)

Ft =

Mp (kg ) df 2

……………………….(lit.2 hal 25)

Dimana : Ft

= Gaya yang terjadi akibat adanya Momen puntir (gaya tangensial)

Mp

= Momen puntir (kg.mm)

df

= Diameter lingkar kaki (mm)

(kg)

Sehingga gaya tangensial yang terjadi adalah : Teguh Putra : Perancangan Tower Crane Dengan Kapasitas Angkat 6 Ton, Tinggi Angkat 45 Meter, Radius 55 Meter, Untuk Pembangunan Gedung Bertingkat, 2009. USU Repository © 2009

19.376,1 28,5 2

Ft

=

Ft

= 1359,7 kg

Gaya normal yang terjadi (Fn) Fn

=

F1 (kg) Cosα

……….....................................(lit 2 hal.237)

Dimana : Ft

= Gaya yang terjadi akibat adanya Momen puntir (gaya tangensial)

(Fn)

= Gaya normal yang terjadi (kg)

α

= Sudut tekan = 200

sehingga : 1.359.7 = 1.446.9 kg Cos 20 0

Fn

=

Fn

= 1.446,9 x 9,81 = 14,194 N

Massa roda gigi (Mrg): Mrg

= Volum roda gigi x massa jenis

Mrg

=

(d 4

π

2 0

−d2

)

b

7,85 (kg ) 1000

Dimana : (Mrg) = Massa roda gigi (kg) do

= Diameter lingkaran jarak bagi (cm)

d

= Diameter poros (cm)

b

= Lebar gigi (cm)

Sehingga masa roda gigi diperoleh : Mrg

=

π

(3.6 4

2

)

− 3,3 2 4,5

7,85 1000


Mrg

= 0,06 kg

Berat roda gigi (Wrg) Wrg

= Mrg.g (N)

Dimana : Wrg g

= Berat roda gigi (N) = Gaya gravitasi bumi = 9,81 m/s2

Maka : Wrg

= 0,06 x 9,81 = 0,5886

Wrg

= 0,6 N

Massa poros (mp) mp

= Volum poros x massa jenis

mp

=

π 4

d 2 .L.

7,85 (kg) 1000

Dimana : mp

= Massa poros (kg)

d

= Diameter poros (cm)

L

= Panjang poros = 60 cm

Sehingga :

π

mp

=

mp

=4

4

(3,3)2 .60 x. 7,85

1000

Berat poros (Wp) Wp

= m.g

(N)

Dimana : Wp

= Berat poros (N)


M

= Massa poros (Kg)

g

= Gaya gravitasi bumi = 9,81 m/s2

Maka : Wp

= 4 x 9,81

Wp

39,3 N

Maka gaya reaksi pada bantalan A dan B adalah :

∑M

A

=0

FRG (15) + Wp (30 ) − RB (60 ) = 0 ( Fn + Wrg) (15) + Wp (30) - RB (60) = 0 (14.194 + 0,6) (15) + 39,3 (30) - RB (60) = 0

RB =

214.098 60

RB = 3,568,3 N = 3,6 N

∑Fy = 0 RA + RB = Frg + WP RA = Frg + WP - RB RA =14.194 + 39,3- 3,568,3 RA =10.665 N RA =10,7

Jenis bantalan yang digunakan adalah Single Row Deep Grove Ball Bearing dari standar Jerman. Alasan pemilihan bantalan Single Row Deep Grove Ball Bearing adalah : -

Mampu menerima beban radial serta beban terpusat

-

Memiliki kualitas yang baik (tahan aus,gesek dan tahan terhadap korosi).

-

Mampu digunakan pada putaran yang tinggi


-

Biaya perawatan yang murah dan pemasangan yang mudah

3.7 Sistem Rem Untuk Mekanisme Pengangkat Pada pesawat pengangkat ini, rem tidak hanya dipergunakan untuk menghentikan beban tetapi juga untuk menahan beban pada waktu diam dan mengatur kecepatan pada saat menurunkannya. Adapun bentuk dan komponen utama dari rem yang akan direncanakan dapat dilihat pada gambar 3.10 berikut ini. Pada perencanaan ini jenis rem yang dipergunakan adalah jenis rem cakra (disc breake). Karena rem dipasang pada poros motor, maka daya pengereman statik (Nbr) adalah : N br =

Q.V .η ………………...…………………………….(Lit. 1, Hal 292) 75

dimana : Q = Berat muatan yang diangkat = 6.900 kg V = Kecepatan angkat = 0,28 m/det

η = Effisiensi total mekanisme = 0,8 maka : Nbr =

6.900 . 0,28 . 0,8 = 20,60 HP 75

Momen statik (Mst) yang diakibatkan beban pada poros rem saat pengereman adalah : Mst = 71.620

N br …………………………………………(Lit. 1, Hal 292) nbr

dimana : nbr = Kecepatan poros pengereman = 1000 rpm maka : Mst = 71.620

20,60 = 1475,37 kg.cm = 14,75 kg.m 1000


Momen gaya dinamik saat pengereman pada poros rem adalah :

δ . GD 2 . n

Mdyn =

375 . t br

+

0,975 . Q .V 2 .η ………………………...(Lit. 1, Hal 293) n . t br

dimana : GD2 = Momen girasi akibat komponen yang terpasang pada poros motor = 4,47 kg/m2 δ = Koefisien yang memperhitungkan pengaruh massa mekanisme transmisi (δ = 1,1 s/d 1,25), diambil 1,15 tbr = Waktu untuk pengereman, untuk mekanisme pengangkatan, V>12 m/menit = 1,5 detik (Lit. 1, Hal. 294) maka : Mdyn =

1,15 .4,47.1000 0,975 . 6.900 (0,28) 2 . 0,8 = 9,42 kg.m + 375.1,5 1000 .1,5

Momen gaya yang diperlukan untuk pengereman adalah : Mbr = Mst + Mdyn ……………………………………….(Lit. 1, Hal 297) Mbr = 14,75 + 9,42 = 24,17 kg.m Ukuran-ukuran diameter dan lebar cakram dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan dibawah ni : b.rm2 =

M br .β ......……………………………………….(Lit. 8, Hal 512) 2π .µ . p

dimana : b = Lebar cakra rem (cm) rm = Radius rata-rata cakram (cm) β

= Koefisien pengereman, (1,75 – 2) (Lampiran 8)

μ = Koefisen gesekan, (0,35 – 0,45) (Lampiran 8) P = Tekanan permukaan yang diizinkan, (0,5 – 7)

b = 0,2 s/d 0,5…....…………………………………….(Lit. 8, Hal 512) rm Teguh Putra : Perancangan Tower Crane Dengan Kapasitas Angkat 6 Ton, Tinggi Angkat 45 Meter, Radius 55 Meter, Untuk Pembangunan Gedung Bertingkat, 2009. USU Repository © 2009

maka : 0,35 . rm3 =

rm =

3

3856 (2) 2π .0,4 (3.25)

1888 = 17,54 cm 0,35

maka : b = 0,2 . rm b = 0,35 . 17,54 = 3,51 cm Diameter dalam cakram rem adalah : D1 = 2rm – b.……………………………………………….(Lit. 8, Hal 512) D1 = 2(17,54) – 3,51 = 31,57 cm Diameter luar cakram rem adalah : D2 = 2rm + b………....…………………………………….(Lit. 8, Hal 512) D2 = 2(17,54) + 3,51 = 38,59 cm Gaya dorong aksial (S) untuk permukaan gesek adalah : S=

M br …………..…………………………………….(Lit. 1, Hal 222) z.µ .rm

dimana : z = Jumlah permukaan gesek = 2 maka : S =

2417 = 153,11 kg 2(0,45)17,54

Rem harus diperiksa kekuatannya terhadap tekanan satuan (untuk keausan) Permukaan lingkaran gesek cakram adalah : F = π (R22 – R12)..………………………………………….(Lit. 1, Hal 223) maka : F = π (19,292 – 15,782) = 386,72 cm2 Tekanan permukaan satuan yang terjadi adalah : p=

S .…………………………………………………….(Lit. 1, Hal 223) F


maka : p =

153,11 = 0,39 kg/cm2 386,72

Harga tekanan permukaan kontak ini masih dalam batas tekanan satuan yang diizinkan yaitu untuk bahan asbes pada logam P = (0,5 s/d 7) kg/cm2, dengan demikian bahan yang dipilih adalah tepat.

e1 =

h 2 b1 + b2 × 3 b1 + b2

e2 =

h b1 + 2 b2 × 3 b1 + b2

Tegangan tarik maksimum pada bagian terdalam pada penampang I adalah :

σI =

Q 1 2 e1 < 1500 kg/cm2..………………………...(Lit.1, Hal. 159) × × F x α

σ II =

Q 1 2 e2 < 1500 kg/cm2..………………….…(Lit.3, Hal. 159) × × F x α +2h

Tegangan geser izin dapat dihitung dengan rumus :

τa =

σb Sf1 + Sf 2

……………………………………………….(Lit.2 , Hal 8)

dengan : Sf1 = Faktor keamanan untuk bahan S-C dengan pengaruh massa = 6 Sf2 = Faktor keamanan dengan pengaruh kekasaran permukaan = 2,15 maka : Untuk roda gigi 1 : τ a 1 =

52 = 6,1 kg/mm2 6 + 2,5


Untuk roda gigi 2 : τ a 2 =

30 = 3,53 kg/mm2 6 + 2,5

Beban permukaan yang diizinkan per satuan lebar, dapat diperoleh dari persamaan : F’H = fv . kH . d01

2 z2 ……………………………...…....(Lit. 2, Hal 244) z1 + z 2

dimana : kH = Faktor tegangan kontak = 0,13 kg/mm (Lampiran 11) d01 = Diameter jarak bagi lingkaran = 72 mm maka : F’H = 0,44 . 0,13 . 72

2 (12) = 1,37 12 + 60

Luas permukaan gigi adalah : A=b.H dimana : b = Lebar gigi = 48 mm H = Tinggi gigi = 13.5 mm maka : A = 48 .13,5 = 648 mm2 Tegangan geser (τ) yang terjadi pada roda gigi 1 dan 2 adalah :

τ= maka : τ =

Ft …….…………………………………………….(Lit. 12, Hal 843) A

1517,79 = 2,34 kg/mm2 648


BAB IV PERENCANAAN MEKANISME TROLLEY

Trolley dirancang sedemikian rupa sebagai tempat bergantungnya rumah kait, disamping harus dapat menahan beban yang diangkat, trolley juga berfungsi sebagai pembawa beban yang melintas diatas rel pada boom/girder dalam arah horizontal. Perencanaan mekanisme trolley meliputi perencanaan- perencanaan : 1. Roda Trolley 2. Tali baja 3. Puli 4. Drum 5. Motor penggerak 6. Sistem Tranmisi 7. Sistem Rem


Gambar 4.1 Trolley

4.1 Perencanaan Roda Jalan Gaya maksimum yang bekerja pada roda trolley adalah : Pmax =

Q + G0 ………………………………………...………(Lit.1, Hal 4

237) dimana : Q = Berat muatan = 6.600 kg G0 = Berat trolley = 500 kg, (Dari hasil survey) Maka : Pmax =

6.600 + 500 = 1.775 kg 4

Faktor perhitungan kecepatan gelinding roda adalah:

k = (0,2 s / d 1) v ……………………………………….………(Lit.1, Hal 261) dimana : v = kecepatan gelinding roda, direncanakan 1 m/det k = 0,6 x 1 = 0,6 Bahan roda trolley Cast Iron 35-36 dengan kekuatan tekan, σp = 3.500 kg/cm2. Diameter roda trolley dapat dicari dengan rumus : Teguh Putra : Perancangan Tower Crane Dengan Kapasitas Angkat 6 Ton, Tinggi Angkat 45 Meter, Radius 55 Meter, Untuk Pembangunan Gedung Bertingkat, 2009. USU Repository © 2009

σ p = 600

Pmax . k ………………………………..……...……(Lit.1, Hal b.r

260) dimana : σp = Kekuatan tekan izin pada roda trolley, diambil σp = 3.500 kg/cm2 b = Lebar permukaan kerja rel rata atau lebar roda trolley, = 12 cm

 600 Pmax .k  Maka : r =   b   σ p

2

2

 600 1775 . 0,6  r=  = 2,5 cm 3 . 500 12   Jadi,diameter roda trolley : D = 2 x 2,5 = 5 cm Diameter poros roda trolley dapat ditentukan dengan rumus : d =3

10,2.Pmax .L

σb

……….…………………..……...………….(Lit.2, Hal

12) dimana : L = Jarak plat gantungan dengan roda trolley (direncanakan L = 12,5 cm). Dan bahan poros diplih S45C dengan kekuatan tarik σt = 5800 kg/cm2. dan tegangan lentur izin σb = 3500 kg/cm2. Maka : d = 3

10,2 .1775 . 2,5 = 2,35 cm 3500


d

D

Q + G0

W k Q + G0

Gambar 4.1 Diagram Untuk Menentukan Tahanan Gesek Tahanan total terhadap gerak trolley pada gerakan normal adalah : W = W1 + W2 Tahanan akibat gesekan pada roda gerak trolley adalah : W1 = (Q + q + G0) β

µ d +2k D

…….….……..…….….……….(Lit.1, Hal

239) dimana : Q = Berat muatan =6.600 kg q = Berat rumah kait (spreader) = 300 kg (Dari hasil survei) G0 = Berat trolley = 500 kg, (Dari hasil survey) β = Koefisien gesekan flens roda dan rel Untuk roda bergerak pada bantalan luncur =1,25-1,4; diambil 1,3 μ = Koefisien gesek pada bantalan roda = 0,1 untuk bantalan luncur k = Koefisien gesek roda gelinding = 0,05 Maka : W1 = (6.600 + 300 + 500) x 1,3 x

0,1. 2,9 + 2 (0,05) = 375,2 kg 10

Momen tahanan relatif terhadap poros roda pada gerakan yang normal adalah :

  d M = (Q + q + G0)  µ +k   2 Maka : M = (13.200 + 300 + 500) x 0,1 x

2,9 + 0,05 = 1073,05 kg.cm 2


Tahanan pada puli tali pengangkat (ketika troli yang dibebani bergerak, roda puli berputar) adalah : W2 = Son - Soff ………………………………....….……….(Lit.1, Hal 286) Soff Son

S1

S2

Q+q

Gambar 4.2 Diagram Roda puli Untuk Tali Pengangkat dimana : S off =

Q+q ; 2

S1 = Soff .ε ;

S2 = S1 .ε ;

Son = S2 .ε

dimana : ε = Koefisien tahanan roda puli, untuk puli dengan bantalan peluru atau rol = 1,02 (Lit.1, Hal 60) Maka : S off =

6.600 + 300 = 3.450 kg 2

S1 = 3.450 . 1,02 = 3.519 kg S2 = 3.519 . 1,02 = 3.589,38 kg Son = 3.589,38 . 1,02 = 3.661,16 kg Maka : Teguh Putra : Perancangan Tower Crane Dengan Kapasitas Angkat 6 Ton, Tinggi Angkat 45 Meter, Radius 55 Meter, Untuk Pembangunan Gedung Bertingkat, 2009. USU Repository © 2009

W2 =3.661,16 – 3.450 = 212 kg

4.2 Perencanaan Tali Baja 1

7

8

6 Drum

2

5

3

Trolley

Gambar 4.3 Diagram Mekanisme Trolley Tarikan tali akibat berat dan defleksinya (f) sendiri ditentukan dari keadaan keseimbangan momen : S=

qr . x 2 .………………….………………..… …...….(Lit.1, Hal 284) 2. f

dimana : qr = Berat tali per meter panjangnya x = Setengah panjang tali maksimum yang terdefleksi f = Defleksi (lengkungan) tali baja yang diizinkan, diambil sebesar :

1   1 f = s/d  x max .…………………….….……….(Lit.1, Hal 284) 200   100 dimana ; xmax = Panjang lengkungan maksimum = 50 m (Dari hasil survey) Drum

W1+W2

Trolley x qr

Gambar 4.4 Diagram Untuk Menentukan Tarikan Tali Maka : f =

1 × 50 = 0,33 m 150


4

1 1 x = . x max = .50 = 25 m 2 2

Tipe tali baja yang dipilih adalah 6 x 19 + 1 fibre core dengan diameter dr = 12,9 mm serta berat per meter tali qr = 0,64 kg/m. Maka : 0,64 . (25) = 606,06 kg 2 . 0,33 2

S=

Tegangan tali maksimum yang terjadi :

S max =

W1 + W2 + S

η

dimana : η = effesiensi puli, untuk 3 buah puli = 0,927 Maka :

S max =

375,2 + 212 + 606,06 = 1241 kg 0,927

Beban patah tali baja : P = Smax.K………………………………………..………..…(Lit.1, Hal 40) dimana : K = Faktor keamanan = 5,5 Maka : P = 1241 . 5,5 = 6.825,5 kg. Dari hasil perhitungan diatas, beban patah yang terjadi masih dibawah beban patah yang diizinkan yaitu, Pb = 10.100 kg. untuk tali baja dengan σb = 18.000 kg/cm2. Tegangan tali baja maksimum yang diizinkan adalah : Sb =

Pb ………………...………………………...……..…(Lit.1, Hal 40) K


Sb =

10.100 = 1.836,36 kg/cm2 5,5

Tegangan tarik tali baja yang diizinkan :

σt =

σt =

σb K

18.000 = 3272,73 kg/cm2 5,5

Luas penampang tali baja adalah :

F114 =

σb

S

d (50.000) − K Dmin

..………….………………....…(Lit.1, Hal 39)

Dari gambar. 3.9 terlihat bahwa jumlah lengkungannya (NB) = 8, sehingga;

adalah

d Dmin

1 . 31

Maka : F114 =

1.241 = 0,74 cm2 18.000 1 − (50.000 ) 5,5 31

Tegangan tarik yang terjadi :

σt =

S max F114

σt =

1241 = 1108,1 kg/cm2 1,12

Faktor yang tergantung pada jumlah lengkungan tali berulang dari tali selama periode keausannya sampai tali tersebut rusak (m) : A=

D = m.σ .C.C1 .C 2 ……...…………………………….…(Lit.1, Hal. 43) d


dimana : A = Perbandingan diameter drum atau puli dengan diameter tali = 31 σ

= Tegangan tarik sebenarnya pada tali = 1665,17 kg/cm2

C = Faktor yang memberi karakteristik konstruksi tali baja dan tegangan tarik bahan kawat, yaitu : C = 0,78 C1 = Faktor yang tergantung diameter tali baja, C1 = 0.93 C2 = Faktor yang menentukan faktor produksi dan operasi tambahan, C2 = 1,37 Maka : m =

m=

A σ .c.c1 .c 2 31 = 2,81 11,08 (0,78)(0,93)(1,37 )

Untuk

m = 1,87 diperoleh jumlah lengkungan berulang z = 310.000

(Lampiran 4), maka umur tali baja (N) dapat ditentukan dengan rumus :

N=

z …………………………………………...…(Lit.1, Hal. 48) a.z 2 .β .ϕ

dimana : z = Jumlah lengkungan berulang yang diizinkan = 310.000 a = Jumlah siklus rata-rata per bulan = 3400 z2 = Jumlah lengkungan berulang per siklus kerja = 3 β = Faktor perubahan daya tahan tali = 0,3 φ = Perbandingan jumlah lengkungan dengan jumlah putus tali = 2,5 Maka :

N=

310.000 = 40,52 Bulan 3400 (3)(0,3)(2,5)


4.3 Perencanaan Puli Dari diagram lengkungan tali diperoleh

Dmin = 31 dan diameter tali baja = d

12,9 mm, maka diameter drum atau puli minimum :

Dmin = 31 . d Dmin = 31 . 12,9 = 340 mm Diameter drum atau puli minimum yang diizinkan diperoleh dengan rumus : D ≥ e1 . e2 . d ….…...………………………..………….…(Lit.1, Hal. 41) dimana : D = Diameter drum atau puli pada dasar alurnya (mm) = 340 mm d = Diameter tali baja (mm) = 12,9 mm e1 = Faktor yang tergantung pada tipe alat pengangkat crane, digerakkan oleh daya, kondisi operasinya medium = 25 (Lampiran 3) e2 = Faktor yang tergantung pada konstruksi tali Tipe 6 x 19 Fibre core posisi sejajar = 0,9 (Lampiran 3) Maka : D ≥ 25 . 0,9 . 12,9 D ≥ 290,25 mm Jadi diameter drum atau puli minimum sebesar = 340 mm dapat digunakan Dengan perhitungan secara interpolasi diperoleh ukuran-ukuran dari puli ditabelkan pada Tabel 4.1 dibawah (Lampiran 6) dengan diameter tali baja 12,9 mm. Teguh Putra : Perancangan Tower Crane Dengan Kapasitas Angkat 6 Ton, Tinggi Angkat 45 Meter, Radius 55 Meter, Untuk Pembangunan Gedung Bertingkat, 2009. USU Repository © 2009

Tabel 4.1 Dimensi Puli Nama

a

b

C

e

h

L

r

r1

r2

r3

r4

Ukuran 40 30 7 1,0 25,0 10 8,5 4,0 3,0 12 8

4.4 Perencanaan Drum Ukuran-ukuran dari drum dapat diperoleh (Lampiran 6) dengan diameter tali baja 12,9 mm ≈13 mm untuk alur dalam : s2 = 19

c2 = 9,5

r2 m= 1,5

Tebal dinding drum dapat ditentukan dengan rumus : ω = 0,02 D + (0,6 s/d 1,0 cm); diambil 0,8 cm……..….…(Lit.1, Hal. 75) ω = 0,02 . 34 + 0,8 ω = 1,48 cm = 14,89 mm Dari hasil diatas, maka tebal dinding drum yang digunakan adalah 15 mm. Tegangan tekan pada permukaan dinding drum adalah :

οt =

S ……………….………………………....……..….(Lit.1, Hal.75) ω .s

οt =

1.241 = 441,32 kg/cm2 1,48 .1,9

Maka bahan drum dipilih dari besi cor dengan kekuatan tekan maksimum bahan yang diizinkan 1000 kg/cm2 (Lit 1, Hal 75) Dari hasil perhitungan diatas diperoleh tegangan tekan izin lebih besar dari tegangan tekan σ

ti

> σ t , maka drum aman untuk digunakan.


4.5 Perencanaan Motor Penggerak Tahanan total untuk menggerakkan trolley : W = W1 + W2 = 375,2 + 212 = 587,2 kg Daya yang dihasilkan oleh motor penggerak yang dibutuhkan pada kecepatan konstan :

N=

W .v1 .….……….………………………...…...…..….(Lit.1, Hal.240) 75.η

dimana : η = Effesiensi mekanisme pengangkat, diasumsikan 0,85 dengan 2 pasang roda gigi penggerak Vt = Kecepatan jalan trolley (Direncanakan = 1 m/detik) Sehingga :

N=

587,2 = 9,3 HP = 7,13 kW 75.0,85

Dari hasil perhitungan, maka direncanakan sebuah elektromotor dengan daya (Nrated) = 20 Hp, putaran (nrated) = 980 rpm disesuaikan dengan standart, jumlah kutub 6 buah, momen girasi motor (GDrot = 1,21 kg.m2).

Momen statis (Mst) poros motor adalah : M st = 71.620 x

N ….……....………………………….….(Lit.1, Hal.292) n


7,13 980 M st = 521,07 kg.cm M st = 71.620 x

Bahan poros penggerak dipilih S35C dengan kekuatan tarik bahan σP = 5200 kg/cm2 Tegangan tarik yang diizinkan :

σ ti =

σt K

dimana : K = Faktor keamanan, diambil K = 8

5200 8 σ ti = 650kg / cm 2

σ ti =

Tegangan puntir yang diizinkan adalah :

σ k = 0,7(σ i )

= 0,7(650 ) = 455kg / cm 2

Diameter poros penggerak dp = 30 mm (Lampiran 8), maka momen girasi kopling dapat dicari dengan rumus : GD2coupl = 4.g.I ……….………………………….………(Lit.1, Hal.289) dimana : g = Percepatan gravitasi (9,81 m/det2) I = Momen inersia kopling ( 0,003 kg.cm/det2) Maka :

GDcoupl = 4(9,81)(0,0003) = 0,011 kg.m 2

Momen girasi rotor dan kopling pada poros motor adalah GD2 = GD2kop + GD2rot Teguh Putra : Perancangan Tower Crane Dengan Kapasitas Angkat 6 Ton, Tinggi Angkat 45 Meter, Radius 55 Meter, Untuk Pembangunan Gedung Bertingkat, 2009. USU Repository © 2009

GD2 = 0,011 + 1,21 = 1,221 kg.m2

Momen gaya dinamis (Mdyn) dapat dihitung : M dyn =

δ .GD 2 .n 375.t s

0,975.Q .v 2 ….……………....… ……(Lit.1, Hal.293) + n.t s .η

dimana : δ = Koefisien pengaruh massa mekanisme transmisi (1,1 / 1,25) ts = waktu star (1,5 s/d 5), diambil = 3,25 Maka :1,129080615 1,15.1,221.980 0,975(1122,8)(1) + (980).3,25.(0,85) 372.3,25 = 1,533 kg.m 2

M dyn = M dyn

Momen gaya motor yang diperlukan pada start adalah : M mot = M st + M dyn ….……………....…….……………...(Lit.1, Hal.296) Maka : M mot = 959,56 + 1,533 = 1.287,763 kg.m Momen gaya ternilai dari motor (Mrated) adalah :

M rated = 71.620 x

N rated ….……………....…….………….(Lit.1, Hal.300) n rated

M rated = 71.620 x

14,92 = 1.090,37 kg.m 980

Pemeriksaan motor terhadap beban lebih selama start adalah ( M maks = M mot ) adalah :

M maks < 2,5 ….……………....…….…………………….(Lit.1, Hal.296) M rated Teguh Putra : Perancangan Tower Crane Dengan Kapasitas Angkat 6 Ton, Tinggi Angkat 45 Meter, Radius 55 Meter, Untuk Pembangunan Gedung Bertingkat, 2009. USU Repository © 2009

M maks 1.287,76 = = 1,18 M rated 1.090,37 Harga 1,18 < 2,5 ; maka motor aman untuk dipakai.

4.6 Perencanaan Transmisi Mekanisme Trolley Pada perencanaan transmisi mekanisme pengangkat ini digunakan sistem roda gigi yang berfungsi untuk mereduksi putaran motor penggerak. Roda gigi yang dipakai adalah roda gigi lurus 2 tingkat roda gigi penggerak yang terpasang pada poros elektromotor. Pada sistem pengangkat ini digunakan sebuah elektromotor yang terpasang pada satu poros yang diantaranya dipasang transmisi roda gigi yang meneruskan putaran ke drum. Dari perhitungan sebelumnya, telah diketahui bahwa untuk mekanisme trolley diperoleh : 

Daya motor penggerak, N1 = 20 Hp/14,92 kW



Putaran motor,n1 = 980 rpm



Kecepatan gelinding trolley, v = 1 m/det



Diameter drum, D = 340 mm

Kecepatan tali baja pada drum adalah : Vd = V . i puli …….…………………………………………(Lit. 1, Hal 234) dimana : i puli = Perbandingan transmisi puli, i puli >1, diambil 2 V = Kecepatan angkat motor Maka : Vd = 1 . 2 = 2 m/det. Putaran drum dapat ditentukan dengan rumus : Teguh Putra : Perancangan Tower Crane Dengan Kapasitas Angkat 6 Ton, Tinggi Angkat 45 Meter, Radius 55 Meter, Untuk Pembangunan Gedung Bertingkat, 2009. USU Repository © 2009

nd =

60.Vd ………..…………….…..…………………...(Lit. 1, Hal 235) π .D

nd =

60 . 2 = 112,34 rpm π . 0,34

Perbandingan transmisi motor dengan drum adalah : i=

=

n ………………..………………………………….(Lit. 1, Hal 234) nd

980 = 8,72 112,34

Perbandingan transmisi roda gigi tingkat pertama, diambil sebesar : i1 = 3, maka : i2 =

8,72 = 2,91 3

Dengan cara yang sama. Ukuran-ukuran roda gigi mekanisme trolley direncanakan seperti dibawah ini : 

Sudut tekan

:α



Modul

:m = 4




= 200

: z2 = 36 

Lebar gigi

:b



Tinggi kepala gigi

: hk = 4 mm



Tinggi kaki gigi

: hf



Tinggi gigi

: H = 9 mm



Jarak sumbu poros

:a



Diameter jarak bagi

: d1 = 48 mm

= 32 mm

= 5 mm

= 96 mm


: d2 = 144 mm 

Diameter kepala

: dh1 = 56 mm : dh2 = 152 mm



Diameter kaki

: df1 = 38 mm : df2 = 134 mm









Tebal gigi

= t2 = 12,56 mm

: So1 = 6,28 mm

Putaran poros I adalah n1, dengan : i1 =

n1 Z 2 = n2 Z1

maka putaran poros II adalah : n2 =

=

n1. Z 1 Z2 980.12 = 326,66 rpm 36



Kecepatan keliling roda gigi 1 dan 2 : vo3 = vo4 = 2,46 m/det




: Ft

= 618,63 kg



Tegangan geser yang dialami

:τ

= 2,14 kg/mm2




: σa1

= 36,53 kg/mm2

: σa2

= 23,74 kg/mm2

Bahan roda gigi 3 yang dipilih adalah S 50 C dengan tegangan lentur yang diizinkan σa3 = 37 kg/mm2 dan kekuatan tarik σb3 = 62 kg/mm2. Bahan roda gigi 4


yang dipilih adalah S 35 C dengan tegangan lentur yang diizinkan σa4 = 26 kg/mm2 dan kekuatan tarik σb4 = 52 kg/mm2.

4.6.1 Perencanaan Dimensi Roda Tingkat II Daya dari poros roda gigi tingkat I diteruskan ke poros roda gigi tingkat II, dan dengan cara perhitungan yang sama seperti transmisi roda gigi tingkat I dapat diperoleh ukuran-ukuran roda gigi 3 dan 4, yaitu : 

Sudut tekan

:α



Modul

:m = 4




= 200

: z4 = 38 

Lebar gigi

:b



Tinggi kepala gigi

: hk = 4 mm



Tinggi kaki gigi

: hf



Tinggi gigi

: H = 9 mm



Jarak sumbu poros

:a



Diameter jarak bagi

: d3 = 52 mm

= 32 mm

= 5 mm

= 255 mm

: d4 = 152 mm 

Diameter kepala

: dh3 = 60 mm : dh4 = 160 mm



Diameter kaki

: df3 = 42 mm


: df4 = 142 mm 







Tebal gigi

= t2 = 12,56 mm

: So1 = 6,28 mm

Putaran poros II adalah : n3 =

n2. Z 3 Z4

n3 = 326,66 ×

13 = 112,25 rpm 38



Kecepatan keliling roda gigi 3 dan 4 : vo3 = vo4 = 0,88 m/det




: Ft

= 1.729,36 kg



Tegangan geser yang dialami

:τ

= 6 kg/mm2




: σa3

= 67,22 kg/mm2

: σa4

= 45,81 kg/mm2

Bahan roda gigi 3 yang dipilih adalah SNC2 dengan tegangan lentur yang diizinkan σa3 = 70 kg/mm2 dan kekuatan tarik σb3 = 85 kg/mm2. Bahan roda gigi 4 yang dipilih adalah SNC22 dengan tegangan lentur yang diizinkan σa4 = 50 kg/mm2 dan kekuatan tarik σb4 = 100 kg/mm2.

4.7 Sistem Rem Untuk Mekanisme Trolley Pada mekanisme trolley ini, rem dipergunakan untuk menghentikan laju mekanisme trolley saat membawa beban. Pada perencanaan mekanisme trolley Teguh Putra : Perancangan Tower Crane Dengan Kapasitas Angkat 6 Ton, Tinggi Angkat 45 Meter, Radius 55 Meter, Untuk Pembangunan Gedung Bertingkat, 2009. USU Repository © 2009

ini, jenis rem yang dipergunakan adalah jenis rem blok ganda yang dikatrol dengan sistem elektromotor. Daya pengereman statik yang dipakai adalah : Nbr =

W .v ………………………………...…………….(Lit. 1, Hal 292) 75.η

dimana : W = Tahanan total terhadap gerak trolley = 1.122,8 V = Kecepatan gelinding trolley = 1 m/det

η = Effisiensi total mekanisme = 0,85 maka : Nbr =

1.122,8 .1 = 17,61 HP = 13,13 kW 75 . 0,85

Momen statis pada saat pengereman adalah : Mst = 71.620

N br ……………………………….……….(Lit. 1, Hal 292) nbr

Mst = 71.620

13,13 = 9,89 kg.m 980

Momen gaya dinamik saat pengereman adalah : Mdyn =

δ .GD 2 .n 375.tbr

0,975.W .v 2 .η + n.tbr

dimana : tbr = Waktu untuk pengereman, untuk mekanisme pengangkatan, V>12 m/menit = 1,5 detik (mekanisme pengangkat dan penjalan) (Lit. 1, Hal. 294) δ = Koefisien efek massa bagian mekanisme transmisi (δ = 1,1 – 1,25) Teguh Putra : Perancangan Tower Crane Dengan Kapasitas Angkat 6 Ton, Tinggi Angkat 45 Meter, Radius 55 Meter, Untuk Pembangunan Gedung Bertingkat, 2009. USU Repository © 2009

diambil 1,15 (Lit. 1, Hal 293) maka : Mdyn =

1,15 (1,221) 2 .980 0,975 .1122,8 (1) 2 . 0,85 = 30,79 kg.m + 375.1,5 980 .1,5

Momen gaya yang diperlukan untuk pengereman adalah : Mbr = Mdyn + Mst ………………………………………….(Lit. 1, Hal 297) Mbr = 30,79 - 9,89 = 20,9 kg.m Tekanan yang diperlukan untuk menggerakkan rem dengan sepatu ganda dapat dihitung dengan rumus : S=

M br D.µ

dimana : μ = Koefisien gesekan ( 0,35 s/d 0,65) D = Diameter roda rem (direncakan = 35 cm) Maka : S

=

22,64 = 184,8 kg 0,35(0,35)

Luas permukaan kontak antara sepatu dan roda rem adalah :

π .D.B.β

F

=

Dimana :

B

= Lebar sepatu (direncanakan = 6 cm)

β

= Sudut kontak antara roda dan sepatu rem (600 s/d 1200)

360

Maka : F

=

π .35.6.60 360

= 109,9 cm2

Tekanan satuan antara sepatu dan roda rem adalah : Teguh Putra : Perancangan Tower Crane Dengan Kapasitas Angkat 6 Ton, Tinggi Angkat 45 Meter, Radius 55 Meter, Untuk Pembangunan Gedung Bertingkat, 2009. USU Repository © 2009

P

=

S F

=

184,8 = 1,68 kg/cm2 109,9

Harga tekanan satuan ini masih dalam batas tekanan satuan yang diizinkan yaitu untuk bahan asbes pada logam, P = (0,5 s/d 7) kg/cm2, dengan demikian bahan yang dipilih adalah tepat

Ukuran-ukuran diameter dan lebar cakram dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan dibawah ni : b.rm2 =

M br .β ......……………………………………….(Lit. 8, Hal 512) 2π .µ .P

dimana : b

= Lebar cakra rem (cm)

rm = Radius rata-rata cakram (cm) β = Koefisien pengereman, (1,75 – 2) (Lampiran 8) μ = Koefisen gesekan, (0,35 – 0,45) (Lampiran 8) P = Tekanan permukaan yang diizinkan, (0,5 – 7)

b rm

= 0,2 s/d 0,5 .…………………………………….(Lit. 8, Hal 512)

maka : 0,2 . rm3 =

rm =

3

3393,02 (2) 2π .0,45 (6)

400,01 = 12,59 cm 0,2

maka : b = 0,2 . rm Teguh Putra : Perancangan Tower Crane Dengan Kapasitas Angkat 6 Ton, Tinggi Angkat 45 Meter, Radius 55 Meter, Untuk Pembangunan Gedung Bertingkat, 2009. USU Repository © 2009

b = 0,2 . 12,59 = 2,51 cm Diameter dalam cakram rem adalah : Di = 2rm – b.……………………………………………….(Lit. 8, Hal 512) Di = 2(12,59) – 2,51 = 22,67 cm Diameter luar cakram rem adalah : Do = 2rm + b ………....…………………………………….(Lit. 8, Hal 512) Do = 2(12,59) + 2,51 = 27,69 cm Gaya dorong aksial (S) untuk permukaan gesek adalah : S=

M br …………..…………………………………….(Lit. 1, Hal 222) Z .µ .rm

Dengan jumlah permukaan gesek (Z) = 2, maka : S=

3393,02 = 299,44 kg 2(0,45)12,59

Tekanan permukaan yang terjadi adalah : P=

S .…………………………………………………….(Lit. 1, Hal 223) F

dimana : F = luas permukaan kontak F = π(ro2 – ri2) ….………………………………………….(Lit. 1, Hal 223) F = 3,14(13,842 – 11,332) = 198,47 cm2 maka :


P=

299,44 = 1,5 kg/cm2 198,47

Harga tekanan permukaan kontak ini masih dalam batas tekanan satuan yang diizinkan yaitu untuk bahan asbes pada logam P = (0,5 s/d 7) kg/cm2, dengan demikian bahan yang dipilih adalah tepat. BAB V PERENCANAAN MEKANISME GERAK SLEWING

Mekanisme pemutar berfungsi untuk membawa komponen kran seperti boom dan lengan bobot lawan berputar, yang bertujuan untuk memperluas daerah kerja dan memudahkan pengaturan beban agar tepat sesuai dengan tempatnya. Tergantung pada desain kompnen pendukung mekanisme pemutar, kran dapat diklasifikasikan sebagai berikut : 1. Kran berputar bersama dengan pilar tiang pada bantalnya dan terpasang pada pondasi ataupun dipasang pada kolom bangunan. 2. Kran berputar pada pilar tiang pada bantalannya biasanya terpasang pada pondasi ataupun terpasang mati pada pondasi atau pada truk kran. 3. Kran berputar pada poros pemutar pusat yang dipasang mati pada komponen tak berputar, meja putar pada rel yang berbentuk lingkaran dan dipasang pada pondasi ataupun kruk kran. Mekanisme pemutar yang dipakai kran ini adalah yang termasuk pada kelompok tiga, yaitu kran berputar pada poros pemutar pusat yang dipasang mati pada komponen tak berputar.


Momen tekan terhadap perputaran akibat gaya gesek : M = (Q + G B .G P ).k .

RS β1 ………………………………...(Lit 1 Hal. 277) R

dimana : Q = Beban muatan keseluruhannya = 14.000 kg

G B = Berat struktur yang diputar meliputi : boom muatan + kabin operator + rangka atas = 6.000 + 1.500 + 6.500 kg =14.000 kg Gcw = Berat boom dan bobot pengimbang = 6.880 + 13.300 = 20.180 kg k = Koefisien gesek gelinding bantalan rol pemutar = 0,05 Rs = Jari-jari jalur lintasan = 0,6 m R = Jari-jari rol perputaran = 7,62 cm = 0.07 m

β 1 = Faktor yang memperhitungkan tambahan akibat gesekan pada nap (untuk rol) atau akibat luncuran lateral rol pada jalur (untuk rol silindris) = 1,2-1,3 Maka :

M = (14.000 + 14.000 + 20.180) × 0,05 ×

0,6 × 1,3 = 11.258,74 kg.m 0,07

Momen akibat tegangan angin dapat ditentukan dengan rumus : M ω = Pω .S mua tan .a + Pω .S cr l − Pω .S cw .e g …………………...(Lit 1 Hal. 280)

dimana : Pω = Tekanan angin = 40 kg/m2 S cr = Luas bidang yang mengalami tekanan angin pada struktur putar crane = (55 x 1,4) + (17 x 2,32) + (7.2 + 1 7.2) =137,44 m2 2 S mua tan = Luas bidang yang mengalami tekanan angin pada muatan = 4 m2


l = Jarak bobot bagian kran yang berputar relatif terhadap meja putar =

1m S cw = Luas bidang yang mengalami tekanan angin pada pengimbang = 0,75 m2 e g = Jarak titik pusat ke bobot pengimbang = 17 m a = Jangkauan lengan 55 m Maka : M ω = 40.4.55 + 40.(137,44`).1 − 40.(0,95).17 = 13.651,6 kg.m Momen perlawanan terhadap perputaran total : M ∑ = M + Mω = 11.258,74 + 13.651,6 = 24.910,34 kg.m

5.1.Motor Penggerak Daya motor penggerak yang dibutuhkan :

N=

M ∑ .ncr ……………………………………………....(Lit 1, Hal 281) 71620.η

dimana : ncr = Kecepatan putaran struktur putar crane = 0,8 rpm

η = Efisiensi penggerak = 0,85 Maka :

N=

24.910,34.0,8 = 0,32 HP 71620.0,85

Maka dipilih motor penggerak dengan daya motor ternilai Nrated = 4.1 HP, dengan putaran n = 930 rpm dan momen girasi rotor (GD2)rot = 0,18 kg/m2 Momen statik dengan mengacu momen terhadap putaran pada sumbu bagian crane yang berputar dengan kecepatan ncr terhadap poros motor (atau pengereman) dengan kecepatan nmot (atau nbr) dapat ditentukan dengan rumus :

M st =

MΣ ………………………………………………....(Lit 1, Hal 298) i.η

Perbandingan transmisi mekanisme : Teguh Putra : Perancangan Tower Crane Dengan Kapasitas Angkat 6 Ton, Tinggi Angkat 45 Meter, Radius 55 Meter, Untuk Pembangunan Gedung Bertingkat, 2009. USU Repository © 2009

i=

nmot 930 = = 1162,5 0,8 ncr

Maka :

M st =

24.910,34 = 25,2 kg.m 1162,5 . 0,85

Disini dipilih kopling fleksibel untuk poros motor dengan diameter poros =30 mm. momen inersia kopling tersebut (Tabel 39 Lit. 1) sebesar I = 0,003 kg.m/s2 Momen girasi kopling : (GD2)cuopl = I . 4g = 0,003 x 4(9,81) = 0,11 kg.m2 Momen girasi motor pada poros motor akan menjadi : (GD2) = (GD2)rot + (GD2)cuopl = 0,18 + 0,11 = 0,29 kg.m2 Momen inersia beban : I load =

1 .Q.(a 2 + b 2 ) + Q.lboom 12

dimana : a = Panjang beban = 2 m b = Lebar beban = 2 m lboom = Panjang lengan = 55 m Maka : I load =

1 .12.000.(2 2 + 2 2 ) + 12.000.55 = 668.000 kg/m2 12

Momen inersia konstruksi boom muatan : I Gb =

1 .G B .(c 2 + d 2 ) + G B .lboom 12

dimana : c = Tinggi struktur boom c = 1,4 m d = Panjang struktur boom : d = 55 m Maka : Teguh Putra : Perancangan Tower Crane Dengan Kapasitas Angkat 6 Ton, Tinggi Angkat 45 Meter, Radius 55 Meter, Untuk Pembangunan Gedung Bertingkat, 2009. USU Repository © 2009

1 × 6.000 (1,4 2 + 55 2 ) + 6.000 × 55 = 1.843.480 kg/m2 12

I GB =

Momen inersia bobot pengimbang : I cw =

1 .Gcw .(e 2 + f 2 ) + Gcw .l cw 12

dimana : e = Lebar lengan bobot pengimbang = 1,7 m f = Tinggi lengan bobot pengimbang = 1,8 m l cw = Panjang lengan bobot pengimbang = 17 m Maka : I cw =

1 .13.300.(1,7 2 + 1,8 2 ) + 13.300.17 = 232.894,08 kg/m2 12

Momen inersia pada boom bobot pengimbang : I Gcw =

1 .Gcw .( g 2 + h 2 ) + Gcw .l cw 12

dimana : e = Lebar lengan bobot pengimbang = 2,9 m f = Tinggi lengan bobot pengimbang = 2,32 m l cw = Panjang lengan bobot pengimbang = 17 m Maka : I Gcw =

1 × 6.880 × (2,9 2 + 2,32 2 ) + 6.880 × 17 = 124.867,64 kg/m2 12

Momen inersia total : I total = I load + I GB + I cw + I Gcw

= 668.000 + 1.843.840 + 232.894,08 + 124.867,64 = 2.869.601,72 kg.m2. Momen dinamik yang dihasilkan pada poros motor selama percepatan ialah : M dyn =

δ .GD 2 .nmot 375.t s

+ I total

π .ncr . ………………………….(Lit 1 hal 298) 30.t s .η .i

dimana :

GD 2 = Momen girasi yang dipasang pada motor dan kopling = (0,29 kg/m2)

δ

= Koefisien untuk memperhitungkan efek masa mekanisme transmisi (1,1 – 2,5 ), diambil 1,15


ncr = Putaran crane ( 0,8 rpm) t s = Waktu start (5-8) detik, diambil 6,5 detik i

= Perbandingan transmisi

Maka :

M dyn =

π .0,8 1,15.0,29.930 + 2.869.601,72 = 46,91 kg.m 375.6,5 30.6,5.930.0,85

Momen gaya start motor yang diperlukan adalah : Mmot = Mst + Mdyn = 25,2 + 46,91 = 72,11 kg.m Momen gaya ternilai motor adalah : M rated = 71.620

N rated n

M rated = 71.620

4,1 = 315,74 kg.cm 930

Pemeriksaan motor terhadap beban berlebih selama start (Mmaks = Mmot) adalah : M maks < 2,5 M daya M maks 72,11 = = 0,22 M daya 315,74 Dari hasil diatas diperoleh berada dibawah batas yang diizinkan 0,22 < 2,5

5.2. Sistem Rem Mekanisme Slewing Jenis rem yang digunakan pada mekanisme gerak slewing adalah rem sepatu elektromagnetik. Waktu pengereman dari

t br =

2.n.60 ncr

dimana : ncr = Putaran struktur putar crane pada kecepatan normal = 0,8 rpm Teguh Putra : Perancangan Tower Crane Dengan Kapasitas Angkat 6 Ton, Tinggi Angkat 45 Meter, Radius 55 Meter, Untuk Pembangunan Gedung Bertingkat, 2009. USU Repository © 2009

nt = Bagian dari satu putaran crane dimulai saat motor dimatikan sampai mekanisme crane terhenti sepenuhnya : untuk crane pelayanan sedang nt =

Maka : t br =

2.

1 putaran (20o) 18

1 0,8.60 18 = 6,6 detik 0.8

Momen gaya dinamik selama perlambatan pada poros motor adalah : M dyn =

δ .GD 2 .nmot 375.t br

+ I total

π .ncr .η 30.t br .i.

………………………....(Lit 1, Hal 298)

Maka :

M dyn =

π .0,8.0,85 1,15.0,29.930 + 2.869.601,72 = 26.75 kg.m 375.6,6 30.6,6.1162,5.

Momen statis yang dibutuhkan untuk pengereman : M st ' = M st =

M st ' = M st =

∑ m …………………………………………..(Lit 1 hal 298) i.η

24.910,34 = 25,2 kg.m 1162,5 . 0,85

Momen gaya yang dibutuhkan untuk pengereman adalah : M br = M st − M dyn

= 25,2 – 26,75 = kg.m Tekanan yang diperlukan untuk menggerakkan rem dengan sepatu ganda dapat dihitung dengan rumus :

M br D.µ

S

=

Dimana :

μ

= koefisien gesekan ( 0,35 atau 0,65)

D

= Diameter roda rem (direncanakan = 50 cm)

Maka : S

=

756,703 = 2328,316 kg 0,5(0,65)

Luas permukaan kontak antara sepatu dan roda rem adalah : Teguh Putra : Perancangan Tower Crane Dengan Kapasitas Angkat 6 Ton, Tinggi Angkat 45 Meter, Radius 55 Meter, Untuk Pembangunan Gedung Bertingkat, 2009. USU Repository © 2009

π .D.B.β

A

=

Dimana :

B

= Lebar sepatu (direncanakan = 20 cm)

β

= Sudut kontak antara roda dan sepatu rem (600 s/d 1200)

360

Maka : A

=

π .32.20.60 360

= 418,66 cm2

Tekanan satuan antara sepatu dan roda rem adalah : P

=

S A

=

2328,316 = 5,56 kg/cm2 418,66

Harga tekanan satuan ini masih dalam batas tekanan satuan yang diizinkan yaitu untuk bahan asbes pada logam, P = (0,5 s/d 7) kg/cm2, dengan demikian bahan yang dipilih adalah tepat.

BAB VI PERENCANAAN KONSTRUKSI BOOM


5.1 Konstruksi Boom Boom adalah bagian dari pesawat pengangkat tempat digantungkan sistem pengangkat. Boom berfungsi sebagai tangan crane yang digunakan untuk menjangkau, memindahkan, menaikkan, ataupun menurunkan beban. Jadi boom berfungsi sebagai gantungan (suspensi) serta menaikkan dan menurunkan sistem pengangkat. Sedangkan sistem pengangkat sendiri berfungsi untuk gantungan (suspensi) serta menaikkan dan menurunkan beban atau muatan Berdasarkan cara kerjanya, boom dibagi atas 3 jenis yaitu : 1. Boom dengan radius tetap (fixed radius boom) 2. Boom sebagai suspensi (guyed boom) 3. Boom elevasi (luffing boom) Berdasarkan konstruksinya, boom dibagi atas 3 jenis yaitu : 1. Boom dengan lengan tetap (boom with fixed arm) 2. Boom dengan lengan yang dapat memanjang dan memendek (telescopic boom) 3. Boom dengan lengan yang dapat dilipat (bent boom) Berdasarkan jenis material konstruksinya, boom dibagi atas 3 jenis yaitu : 1.

Boom dari baja profil (rigid boom)

2.

Boom dari pipa baja (round turbular boom)

3.

Boom rangka baja, terdiri atas 2 jenis yaitu : a. Boom rangka tunggal (single frame boom) b. Boom rangka berganda (assembled frame boom) Pada perencanan ini boom yang dipergunakan adalah boom dengan lengan

tetap, seperti pada gambar jenis boom ini berdasarkan material konstruksinya Teguh Putra : Perancangan Tower Crane Dengan Kapasitas Angkat 6 Ton, Tinggi Angkat 45 Meter, Radius 55 Meter, Untuk Pembangunan Gedung Bertingkat, 2009. USU Repository © 2009

adalah boom rangka baja berganda. Boom jenis ini dapat mengangkat beban lebih besar. Dalam perencanaan boom ini, perlu diketahui dulu beban akibat berat boom itu sendiri.

Gambar 6.1 Konstruksi Boom

6.1 Gaya-Gaya Pada Batang Akibat Beban Dan Beratnya Sendiri Tegangan batang penahan boom dapat dihitung dengan persamaan kesetimbangan momen terhadap A.


Gambar 6.2 Pembebanan Boom Maksimum

Keterangan gambar : GE = Berat peralatan : motor, drum dan transmisi troli = 600 kg

α = Sudut penyangga boom 1 (28,790)

β = Sudut penyangga boom 2 (9,740) Gb = Berat boom seluruhnya = 6815,06 kg) Q0 = Kapasitas angkat maksimum kran (6.000 kg) G0 = Berat rumah kait/spreader (300 kg) q = Berat troli (500 kg )

ΣM A = 0 ; G E (5,62) + G (16,6) − TB1 sin α (12,74) + G B (27,5) + − TB 2 sin β (40,75) = 0 (600) (5,62) + (13.500) (16,6) − TB1 sin 28,79 (12,74) + (6000) (27,5) − TB 2 sin 9,74 (40,75) = 0 3372 + 224.100 − 8,37 TB1 + 165.000 − 6,93 TB 2 = 0 8,37 TB1 + 6,93 TB 2 = 392.472................ .......................................................................( Pers 1)


Gaya yang terjadi terhadap sumbu y : ΣF y = 0 − FAy + G E + G − TB1 sin α + G B − TB2 sin β = 0 − FAy + 600 + 13.500 − TB1 sin 28,79 + 6000 − TB2 sin 9,74 = 0 − FAy + 20.100 − 0,48 TB1 − 0.17 TB2 = 0 FAy = −0,48 TB1 − 0.17 TB2 + 20.100

Gaya yang terjadi terhadap sumbu x : ΣFx = 0 − TB1 cos α − TB2 cos β = 0 − TB1 cos 28,79 − TB2 cos 9,74 = 0 − 0,88 TB1 − 0,98 TB2 = 0..................................................................................Pers 2

Substitusikan persamaan 2 ke persamaan 1 maka :

8,37.(2,057TB2 ) + 5,53TB2 = 900000 11,087TB2 + 5,53TB2 = 900000 TB2 = 54161,4kg TB1 = 2,057.(54161,4) = 111409,99kg

Gambar 6.3 Pembebanan Boom Akibat Beban Sendiri Momen gaya terhadap beban sendiri yaitu :


M A = 20.TB1 sin α + 40TB2 sin β − 60.(G B ) M A = 20.(111409,99) sin 15,64 + 40.(54161,4). sin 7,96 − 60(6815,06) M A = 491816,19kg.m

Gambar 6.4 Pembebanan Boom Maksimum Yang Diizinkan

Jarak beban maksimum yang diperbolehkan dalam lengan tower crane sewaktu pengangkatan yaitu :

∑M

Ay

=0

0 = 20.TB1 sin α + 40TB2 sin β − 60.(G B ) − X (G0 + Q + q ) 0 = 20.(111409,99) sin 15,64 + 40.(54161,4). sin 7,96 − 60(6815,06) − X (15000) 491913,97 = X .15000 X = 32,79 = 32meter

Jadi beban maksimum yang boleh diangkat pada jarak 32meter, apabila melebihi dari jarak yang ditentukan maka lengan akan mengalami patah.

6.2 Pemeriksaan Kekuatan Konstruksi Boom


Gambar diagram bentang dari batang boom untuk pemeriksaan kekuatan konstruksi dapat dilihat pada gambar 4.3. di bawah ini :

Gambar 6.5 Gaya–Gaya Setiap Sambungan Pada Boom Besarnya gaya tiap sambungan adalah :

P=

Fy s

Dimana : s = jumlah sambungan = 42 sambungan Maka : P=

6.600 + 500 + 300 = 176,19 kg 42

Besarnya gaya pada tiap batang adalah : Kesetimbangan titik A

∑ Fx = 0  0,6  − FAB cos  − FAC = 0  1,86  − FAB = 0,99 FAC ...........................1

∑ Fy = 0 Teguh Putra : Perancangan Tower Crane Dengan Kapasitas Angkat 6 Ton, Tinggi Angkat 45 Meter, Radius 55 Meter, Untuk Pembangunan Gedung Bertingkat, 2009. USU Repository © 2009

 1,76  − FAB sin  −P =0  1,86  − 0,016 FAB = 150 FAB = −9375kg FAC = −

9375 = 9469,69kg 0,99

Kesetimbangan titik B

∑ Fx = 0 − FAB cos a + FBD = 0 9375(0,99) + FBD = 0 FBD = −9281,25kg

∑ Fy = 0 FBC sin a − P = 0 0,016 FBC = 150 FBC = 9375kg

Kesetimbangan titik D

∑ Fx = 0 FDE cos a + FBD = 0 0,99 FDE + 9281,25 = 0 FDE = −9375kg

∑ Fy = 0 FDC sin a − P = 0 0,016 FDC = 150 FDC = 9375kg


Kesetimbangan titik E

∑ Fx = 0 − FDE cos a − FEC = 0 9375(0,99) = FEC FEC = 9281,25kg

Dengan cara yang sama dapat digunakan untuk menghitung gaya dalam yang terjadi pada tiap batang. Bahan yang digunakan untuk konstruksi lengan tower crane yaitu baja karbon S 25 C dengan kekuatan tarik 45 kg/mm2.

6.3 Perencanaan Bobot Lawan Bobot lawan berfungsi unuk mengimbangi berat dari pada boom dan beban, bobot lawan terbuat dari coran beton. Dalam perancangan tower crane ini, bobot lawan (counter weight) terpasang di bagian ujung pada lengan bobot lawan

7m

yang terlihat pada gambar 4.6. berikut di bawah ini.

Tie Bar Motor ? Counter Weight

11,15 m 17 m

Gambar 6.6 Lengan Bobot Imbang


Gambar 4.8. konstruksi bobot lawan

Counter Weight Counter weight (bobot imbang) berfungsi untuk mengimbangi berat boom (lengan) dan bagian beban yang sedang diangkat. Dalam perancangan tower crane ini meja putar dan bobot imbang (counter weight) yang terpasang di bagian atas. Bila tower crane hendak dipindahkan dari site ke site, maka harus dipisah – pisahkan dalam beberapa bagian, kemudian dipasang kembali pada site yang baru. Kabin operator terdapat pada bagian tengah dari tower. Beberapa tower crane dari tipe ini mempunyai gerakan trolley sepanjang boom (lengan crane) yang memudahkan mengatur lempengan besar persis pada tempat yang diinginkan. Dari hasil survei, bobot imbang terbuat dari coran baja yang massa berkisar 3 – 4 ton yang terlihat pada gambar berikut ini :


Gambar. 6.7 Counter weight Untuk lebih mengetahui penggunaan bobot imbang (counter weigth) dapat dilihat dalam tabel di bawah ini : Tabel 4.1 Klasifikasi Dari Tower Crane

Bobot lawan yang dibutuhkan untuk sebagai penyeimbang lengan tower crane adalah

∑F

Y

=0


.(W A) + .(Gmt ) − (G0 + Q + q ) = 0 W A + 600 − .(2000 + 10000 + 3000) = 0 W A = 14400kg W A = 15ton Berat sebuah bobot imbang (counter weight) yang berupa coran beton yaitu 4 ton. Maka bobot imbang yang dibutuhkan untuk mengangkat beban maksimum yaitu: 4ton.n = 15 ton n = 3,75= 4 buah Tegangan batang untuk menyangga beban counter weight yaitu

∑F

Y

=0

W A + 600 − TC. sin θ = 0 TC. sin 23,62 = 16600 TC = 41430,719kg Karena batang penyangga (TC) ada dua maka tegangan satu batang penyangga yaitu TC =

41430,719 = 20715,359kg 2

Panjang lengan yang direncanakan untuk sebagai bobot lawan untuk pengangkatan beban maksimum adalah :

∑M

A

=0

x.(W A) + 17.(Gmt ) + 16.TC sin θ = 0 x(W A ) + 17(600) + 16(41430,719) sin 23,62 = 0 x15000 = 275799,99kg x = 18,38m = 19meter Tabel 4.4 Panjang, jumlah, dan massa kerangka bobot lawan (hasil perhitungan) No

Panjang Batang (m)

Jumlah Batang

Massa (kg)

Massa Total


1

19

2

17,38

660,44

2

1,5

24

3,16

113,76

3

1,2

27

3,16

102,384

4

1,4

22

1,68

51,744

5

15

2

1,68

50,4

6

1

4

5,57

22,28

7

10

2

1,68

16,934

Massa total lengan bobot lawan =1017,94 kg

Tabel 5.1 Berat, panjang, dan jumlah batang boom No

Panjang Batang (m)

Jumlah Batang

Berat per meter (kg)

Berat Total

1

56,8

2

22,2

2521,92

2

56,2

1

6,53

366,98

3

2,0

44

5,57

490,16

41

1,7

176

3,89

1163,88

5

1,2

45

3,89

210,06

Berat Boom Total

= 6815,06 kg

BAB VII KESIMPULAN

Jenis mesin pemindah bahan yang direncanakan adalah mesin pengangkat tipe tower crane sesuai dengan hasil survei pada Proyek Pembangunan Hotel Grand Antareas Jln. S. M. Raja Medan. Berdasarkan spesifikasi tugas, hasil survei, analisa pemeriksaan dan perhitungan serta standar yang ada dalam perencanaan mesin pengangkat dan elemen mesin, maka dapat disimpulkan bahwa sebuah mesin pengangkat dengan Teguh Putra : Perancangan Tower Crane Dengan Kapasitas Angkat 6 Ton, Tinggi Angkat 45 Meter, Radius 55 Meter, Untuk Pembangunan Gedung Bertingkat, 2009. USU Repository © 2009

kapasitas angkat 12 ton, secara teoritis dapat dioperasikan pada pembangunan apartemen bertingkat dengan spesifikasi sebagai berikut : 1. Karakteristik Utama •

Jenis Mesin

: Tower Crane

•

Kapasitas angkat

: 6 ton

•

Kecepatan angkat penuh

: 17 m/menit

•

Radius jangkauan

: 55 m

•

Tinggi angkat

: 45 m

2. Karakteristik Komponen – Komponen Utama Mekanisme A. Tali Baja Mekanisme Pengangkat •

Jenis tali

: 6 x 37 + 1 fibre core

•

Diameter

: 16,6 mm

•

Beban patah

: 12.500 kg

•

Tegangan patah

: 159 kg/mm2

•

Berat tali

: 0.9 kg/m

•

Umur tali

: 1,5 tahun

B. Tali Baja Mekanisme Trolley •

Jenis tali

: 6 x 19 + 1 fibre core

•

Diameter

: 16,4 mm

•

Beban patah

: 12000 kg

•

Tegangan patah

: 159 kg/mm2

•

Berat tali

: 0,89 kg/m

•

Umur tali

: 13 bulan

3. Jenis dan Karakteristik Puli (Cakra) A. Puli mekanisme Pengangkat •

Jenis

: Puli tetap dan bebas

•

Diameter

: 418,5 mm

•

Jumlah

: 7 buah


B. Puli Mekanisme Trolley •

Jenis

: Puli tetap

•

Diameter

: 541 mm

•

Jumlah

: 4 buah

4. Jenis dan Karakteristik Drum A. Drum Mekanisme Pengangkat •

Jenis

: Drum ganda/ Alur standar

•

Diameter

: 418,5 mm

•

Panjang

: 1795,25 mm

•

Jumlah lilitan

: 276 lilitan

•

Tebal dinding

: 18 mm

•

Bahan

: S 35 C

B. Drum Mekanisme Trolley •

Jenis

: Drum ganda/ Alur standar

•

Diameter

: 541 mm

•

Tebal dinding

: 17 mm

•

Bahan

: Baja Khrom Molybdenum SFCM 80D

5. Jenis dan Karakteristik Motor Penggerak A. Motor Penggerak Mekanisme Pengangkat •

Daya

: 80 kW

•

Putaran

: 1200 rpm

•

Bahan poros penggerak

: S 30 C

•

Diameter poros penggerak

: 8 cm

B. Motor Penggerak Mekanisme Trolley •

Daya

: 4,5 kW

•

Putaran

: 1200 rpm


•

Bahan poros penggerak

: S 35 C

•

Diameter poros penggerak

: 15 mm

C. Motor Penggerak Mekanisme Slewing •

Daya

: 30 kW

•

Putaran

: 500 rpm

6. Jenis dan Karakteristik Rem A. Rem Mekanisme Pengangkat •

Jenis

: Rem cakra

•

Jumlah

: Satu

•

Bahan cakra

: Besi cor

•

Bahan lapisan rem

: Asbes

•

Diamater roda rem

: 320 mm

•

Lebar Sepatu rem

: 100 mm

B.Rem Mekanisme Trolley •

Jenis

: Rem blok ganda

•

Jumlah

: Satu

•

Bahan rem

: Besi cor

•

Bahan lapisan rem

: Asbes

•

Diamater roda rem

: 320 mm

•

Lebar sepatu rem

: 100 mm

C. Rem Mekanisme Slewing •

Jenis

: Rem sepatu elektromagnetik

•

Jumlah

: Satu

•

Bahan rem

: Besi cor

•

Bahan lapisan rem

: Asbes

•

Diamater roda rem

: 500 mm

•

Lebar Sepatu rem

: 200 mm


Saran

Adapaun saran yang tredapat dalam penulisan ta ini adalah :

-

Terlebih dahulu survey lapangan untuk mendapatkan data dan keterangan lebih lanjut tentang mpb yang akan dirancanga ulang

-

Lebih memperbanyak diskusi kepada ahli yang memahami tentang crane untuk mendapatkan pengetahuan yang lebih luas serta mendapatkan pemahaman secara teoritis dari Tower crane.


TUGAS SARJANA MESIN PEMINDAH BAHAN

Recommend Documents