BAB II KAJIAN PUSTAKA & DASAR TEORI

Transkripsi

1 BAB II KAJIAN USTAKA & DASAR TEORI.1 Kajian ustaka Dalam tugas akhir Eko Raia Utomo yang erjuul erancangan Oveea Travelling Crane Tie onorail Kaasitas 5 Ton x 10 eter San, Oveea crane meruakan salah satu jenis eralatan transortasi jenis mekanikal. Fungsi ari alat ini aalah untuk meminahkan atau mengangkat muatan material ari temat satu ke temat yang lain. Berikut ini gamar agianagian utama ari oveea crane Keterangan : 1. Hoist. Cross travel girer 3. En carriage Gamar.1 Bagian - agian utama oveea crane Sheok-Chang Choi, Chan-Woo Ahn [Ref], alam journal recision Engineering an anufacturing erjuul Roust Otimization Design of Oveea Crane with Constraint Using Characteristic Function merancang suatu oveea crane engan imensi yang otimal, yaitu engan merancang ovea crane yang ringan, iaya emuatan yang otimal an mengurngi enggunaan material engan tiak menguah kesuatan ari oveea crane terseut. Batasan yang igunakan aalah tegangan yang terjai tiak oleh meleihi tegangan yang iijinkan an efleksi yang terjai tiak oleh meleihi efleksi yang iijinkan. Jurusan Teknik esin FTI-ITS 3

2 . Dasar Teori Oveea crane meruakan salah satu jenis eralatan transortasi jenis mekanikal. Fungsi ari alat ini aalah untuk meminahkan atau mengangkat muatan material ari temat satu ke temat yang lain. Oveea crane aa umumnya teriri 3 jenis, yaitu single girer (EKKE), single girer eam (EKE) an oule girer (ZKKE), seerti aa tale i awah ini, Tael.1 Tael emilihan tie oveea crane, Ref : Crane Selection Chart-HE Demag CRANE SEECTION CHART SW m 5m 6m 7m 8m 9m 10m 11m 1m 13m 1m 15m 16m 17m 18m 19m 0m 1m m 3m m 5m 6m 7m 8m 9m 30m 31m 3m 33m 3m 35m 1 t t 3. t EKE EKKE 5 t 6.3 t ZKKE 8 t 10 t 1.5 t 16 t 0 t 5 t ZKKE 3 t 0 t EKE aalah tie oveea crane termasuk alam EKKE (single girer) imana struktur girer teruat ari struktur eam atau aja rofil. Seangkan ereaan ari EKKE an ZKKE terletak aa jumlah girer an struktur girer untuk keuanya teruat ari lat aja yang ientuk seemikian rua menjai kotak (ox). aa a ini akan ijelaskan tia-tia komonen yang akan igunakan alam erancangan oveea crane eserta erumusan yang ierlukan seagai erikut :..1 Hoist Hoist meruakan agian utama aa oveea crane yang erfungsi seagai mekanisme engangkat muatan engan arah lintasan melintang seanjang cross travel girer. aa agian ini teraat eeraa komonen meliuti :...1 Roe Wire roe atau tali aja igunakan alam mechanism engangkatan seagai flexile lifting aliances. Aaila ianingkan engan rantai, wire roe memiliki eeraa keuntungan, antara lain leih ringan, tiak erisik alam engoerasian keceatan tinggi an leih hanal. Wire roe iuat ari kawat aja yang memiliki kekuatan samai engan kg/mm kemuian melalui roses heat treatment ikominasi engan roses col rawing lalu ililit melingkar, sehingga iaat mechanical roerties yang leih tinggi. aa emilihan kawat aja terjai hal yang sangat rumit karena anyaknya arameter yang tiak aat itentukan engan teat. Setia kawat i alam tali yang itekuk mengalami tegangan yang rumit, yang meruakan gaungan tegangan tarik, lentur an untir serta itamah engan saling menekan an Jurusan Teknik esin FTI-ITS

3 ergesekan iantara kawat an untaian. Sehingga tegangan total yang terjai aat itentukan secara analitis hanya aa tingkat enekatan tertentu. Terleih jika tali melewati uli an rum imana kawat aa agian terluar akan mengalami kikisan yang akan mengurangi kekuatan tali terseut. Dalam eitungan tali hal-hal yang erlu ieatikan aalah tarikan imum aa tali, konstruksi tali, sistem uli, konisi oerasi an tinggi angkat tali. Berikut ini eitungan eitungan aa tali : Tarikan imum tali Tarikan imum aa tali itentukan oleh sistem uli yang igunakan. Tarikan aa satu agian tali sama engan : S ( Q + G ) (.1) zη S : tarikan aa tali (kg) Q : ean angkat (kg) G : ean komonen-komonen engangkat seerti kait, atang lintang, uli, earing, mur engikat an enutu kait z : jumlah agian tali η : efisiensi sistem uli (lihat Gamar.) 1 0,95 0,9 efisiens 0,85 0,8 0,75 0, jumlah uli Gamar. Grafik Efisiensi uli jumlah uli Jumlah lengkungan aa tali Untuk menaatkan umur tali yang seragam, engaruh jumlah lengkungan harus ikomensasikan engan suatu eruahan aa eraningan (.) imana, Dmin : iameter minimum uli atau rum (mm) : iameter tali (mm) Jurusan Teknik esin FTI-ITS 5

4 Dengan menyatakan iameter tali engan rumus : 1.5δ i (.3) δ : iameter satu kawat (mm) i : jumlah kawat alam tali Tael erikut menunjukkan nilai Tael. Nilai Jumlah lengkungan seagai fungsi jumlah lengkungan. seagai fungsi jumlah lengkungan. Ref : N. Ruenko Jumlah lengkungan Jumlah lengkungan Jumlah lengkungan Tegangan aa tali Tegangan aa tali yang ieani aa agian yang melengkung karena tarikan an lenturan aalah : σ S δe' σ + (.) K Ftali Dmin σ : kekuatan utus ahan kawat tali ( kg / cm ) K : faktor keamanan tali (lihat tael.) S : tarikan aa tali (kg) F : enamang erguna tali (cm ) tali E : moulus elastisitas yang ikoreksi ; E ' kg / cm Dengan menguah ersamaan (.) maka ieroleh rumus luas enamang tali, yakni : S S S Ftali (.5) σ δ σ δ σ E'. E'. E'. K Dmin K Dmin K Dmin 1.5 i Dengan mengalikan keua sisi ersamaan iatas engan σ (kekuatan utus ahan kawat tali) maka ieroleh kekuatan utus tali yang mengacu aa enamang total tali : S. σ tali (.6) σ E'. K D 1.5 i min Jurusan Teknik esin FTI-ITS 6

5 No I II III Tael.3 Harga minimum faktor K an e3 yang iizinkan. Ref : N. Ruenko Digerakan Konisi Faktor Faktor Tie Alat engangkat Oleh engoerasian K e3 okomotif, ceterillar, traktor an truk yang memunyai crane illar (termasuk excavator) yang ioerasikan seagai crane an engangkut mekanik aa aerah konstruksi an ekerjaan erkala Semua tie lain ari crane an engangkat mekanis Derek yang ioerasikan engan tangan engan kaasitas ean terangkat i atas 1 ton yang iganeng aa eragai eralatan otomotif (moil, truk, an seagainya Tangan Ringan 16 Daya Ringan 5 16 Daya eium Berat an sangat Daya erat 6 0 Tangan Ringan.5 18 Daya Ringan 5 Daya eium Berat an sangat erat IV engangkat engan troli V enjeit mekanis (kecuali untuk uli an gras ) untuk engangkat mekanis VI Iem untuk engangkat mekanik a No. II Selanjutnya untuk memastikan kekuatan tali maka ilakukan emeriksaan tarikan imal yang izinkan : tali Sijin tali (.7) K Sijin tali : tarikan imal yang izinkan ( Sijin tali S ) (kg) tali : kekuatan utus tali seenarnya (kg) K : faktor keamanan tali (lihat tael.3)... ulley ulley atau uli erfungsi seagai emanu karena aat meruah arah ari flexile hoisting aliance, seerti wire roe. Sistem ulley aalah kominasi ari eeraa moveale ulley an fixe ulley. Sistem ini igunakan untuk menaatkan gaya an keceatan yang leih esar. eitungan rum an uli iasarkan aa jumlah lengkungan tali yang teraat aa sistem uli majemuk. Satu lengkungan tali iasumsikan seagai eruahan tali ari keuukan lurus menjai keuukan melengkung, atau ari keuukan melengkung menjai keuukan lurus. Di alam menentukan jumlah Jurusan Teknik esin FTI-ITS 7

6 lengkungan tali untuk sistem uli majemuk, jumlah lengkungan tali itentukan oleh jumlah titik (uli, rum) temat tali lewat. engkungan alam satu arah aa satu titik setara engan lengkungan tunggal an lengkungan variael setara engan lengkungan gana. Dalam eitungan, uli komensasi iaaikan karena uli ini teta iam (tiak erutar) ketika muatan inaikkan atau iturunkan. engaruh jumlah lengkungan ikomensasikan engan suatu eruahan aa eraningan ialah iameter tali). ( Dmin aalah iameter minimum uli an Diameter uli Diameter uli minimum ieroleh engan menggunakan rumus : D r e 3. e. (.8) D r : iameter rum atau uli aa asar alurnya (mm) : iameter tali (mm) e 3 : faktor yang tergantung aa alat engangkat an konisi oerasinya (lihat tael.) e : faktor yang tergantung aa konstruksi tali (lihat tael.) Tael. Harga faktor e yang Tergantung aa Konstruksi tali. Ref : N.Ruenko Faktor Konstruksi Tali e Biasanya 6x oros osisi erotongan 1.00 osisi sejajar 0.90 Comoun 6x oros a) Warrington osisi erotongan 0.90 osisi sejajar 0.85 ) Scale osisi erotongan 0.95 osisi sejajar 0.85 Biasanya 6x oros osisi erotongan 1.00 osisi sejajar 0.90 Roa uli tali Roa uli tali aat erua esain teta, ergerak an komensasi. Biasanya roa uli ini teruat ari esi cor (esi kelau) atau lasan. Efisiensinya η 0.96 ~ 0.97 engan memeitungkan gesekan aa antalan. Diameter roa uli tiak oleh kurang 10, engan iameter tali. Untuk tali kawat iameter minimum roa ulinya itentukan ari ersamaan.8. Keliling elek roa uli iuat seemikian rua sehingga tali tiak akan macet aa alurnya an aat ergerak cuku eas teaa iang usat uli terseut. Jurusan Teknik esin FTI-ITS 8

7 Untuk mencegah agar tali yang keluar menyimang ari alur sisi alam roa uli tana terjai elengkungan yang tajam (suut simang α ), titik usat e ari enamang tali harus eraa i alam alur. Suut simangα yang iizinkan aat itentukan engan rumus : tan β tanα < (.9) D k enamang roa uli untuk tali aja menurut stanar Soviet aat ilihat aa tael. Diameter tali Gamar.3 Dimensi roa uli Tael.5 Roa uli untuk tali kawat aja (mm), Ref : N. Ruenko a c e h l t r1 r r3 r Untuk iameter roa uli komensasi aa umumnya iamil 0% leih kecil ari aa uli yang ieri ean....3 oa hanling mechanism aa emakaian esawat engangkat secara umum, ean yang memiliki eragai macam entuk iawa oleh wire roe yang iasangkan engan hook (kait). Jenis yang igunakan secara umum aalah single (stanar) atau ramshorn, seangkan alam enulisan ini yang igunakan aalah jenis single. Jurusan Teknik esin FTI-ITS 9

8 Gamar. Dimensi kait tunggal (single hook)... Breaking evice aa mekanisme esawat engangkat, rem igunakan untuk mengatur keceatan turun ean atau saat menahan ean ketika iangkat. Rem juga erfungsi untuk menyera inersia ari ean yang ergerak. Gamar.5 ekanisme engereman aa gamar. terlihat flange iasang engan rum tali 1 engan aut. aa flange teraat ulir alam traesium yang imasuki oleh oros 9 engan ujung ulir traesium 3. rinsi kerja mekanisme engereman ini ialah ketika muatan iangkat flange akan ergerak ke kanan akiat utaran oros 9 an menekan isc cone clutch yang menyeakan flange 8 yang juga Jurusan Teknik esin FTI-ITS 10

9 meruakan roa rachet erutar. utaran roa rachet aat erlangsung karena engunci 7 tiak alam osisi mengunci. Ketika oros 9 iam, akiat oot muatan maka cenerung untuk memutar flange untuk ergerak ke kanan sehingga menekan isc clutch, namun muatan tiak aat turun karena roa rachet alam osisi mengunci. Untuk menurunkan muatan oros 9 iutar engan arah sealiknya imana arah erutaran oros cenerung untuk menggerakkan flange ke kiri sehingga meskiun roa rachet alam osisi mengunci, namun karena aanya celah iantara isc clutch sehingga flange an 5 terisah an muatan aat iturunkan. rinsi kerja ini aa asarnya memanfaatkan gaya aksial yang terjai aa ulir traesium akiat utaran oros 9 imana gaya aksial terseut imanfaatkan seagai gaya tekan aa cone clutch. Seangkan roa rachet seagai engunci / engaman ketika oros 9 tiak ergerak....5 Drive atau motor otor aa hoist igunakan seagai enggerak ari wire roe, kemuian memawa ean untuk ergerak naik mauun turun. eitungan aya motor hoist menggunakan erumusan Q.v N (H) (.10) 75η. imana, Q : Daya angkat imal (kg) v : Keceatan angkat (m/min) η : Efisiensi transmisi 0, Transmissions Transmisi ari hoist erfungsi untuk mengatur rasio utaran motor hoist terseut, sehingga ean aat erinah engan aman....7 Control evice Seangkan komonen ini erfungsi secara umum untuk mengenalikan keseluruhan fungsi oerasi ari hoist..3.1 eitungan roa hoist trolli Untuk hoist trolli engan emat uah roa yang ieani ean secara tiak simetris an istriusi eannya tiak merata aa kemat roanya gaya yang ikenakan aa roa ialah : imana, W hoist F SW F Beam : Berat hoist (N) : Kaasitas angkat (N) : Berat eam (N) Jurusan Teknik esin FTI-ITS 11

10 Σ 0 (.11) A W 139 hoist + SW hoist B Beam 73 ( F 389) + W 639 ( F [ ] ) + F 0 Seangkan untuk mencari gaya aa roa yang lain menggunakan ersamaan ΣF 0..1 eitungan roa en carriage Untuk en carriage engan emat uah roa yang ieani muatan secara simetris an istriusi eannya merata aa kemat roanya gaya yang ikenakan aa roa ialah : Q + G 0 + G 1 r (.1) imana, Q : Kaasitas angkat imal (kg) G 0 : oot hoist troli (kg) G 1 : oot girer (kg) G : oot en carriage (kg) Karena ean terletak asimetris (seerti terlihat aa gamar.5) maka gaya-gaya yang ikenakan aa roa seesar (engan asumsi enggerak uah motor) a 1 R a ( Q + G 0 ) + G 1 (.1) Jurusan Teknik esin FTI-ITS 1

11 Gamar.6 Gaya aa roa en carriage.5.1 eitungan struktur trolli aa umumnya, utntuk mencari rofile eam yang teat aat menggunakan ersamaan Σ + ( ) + A Whoist 139 FSW 389 Whoist 639 (.13) Setelah iaat esar momen yang terjai aa eam, maka engan asumsi ahan eam aalah Steel-A36 yang memiliki σ N ijin a maka iaat tegangan mm engkok yang terjai yaitu σ σ ijin (N/mm ) (.1) w imana, : omen engkok yang terjai (N-mm) w : Inersia olar yang terjai (mm 3 ) Kemuian ari inersia olar yang terjai, maka aat icari ari tael ahan eam yang terseia i asaran w (.15) σ ijin.6.1 eitungan struktur girer aa erencanaan oveea crane ini girer yang igunakan ialah tie girer tunggal engan enamang erentuk kotak / ox engan engangkat / hoist troli yang ergerak aa rel aa atas girer seerti gamar iawah Jurusan Teknik esin FTI-ITS 13

12 Gamar.7 enamang girer aa gamar iatas terlihat ahwa rel iasang ermanent (isamung engan engelasan) engan girer. Dalam eitungan girer faktor utama alam enyelesaian girer aalah tegangan lentur satuan aman an efleksi girer yang iinginkan. Bean vertikal aa girer ialah oot mati (ean konstan) an gaya yang ieri oleh roa troli yang memawa ean imum. oot mati girer memanjang utama crane jalan teriri atas oot mati girer itu seniri an setengah oot mekanisme ejalan (tana roa). Berikut ini ersamaan yang igunakan alam eitungan girer elat : omen lentur akiat ean statis omen lentur aa jarak a ari enumu seelah kiri akiat oot mati aalah G1a q G1 a (.16) omen lentur menjai imum aa a, sehingga G1 ( / ) q G1 G1 q G1 8 G1 q G1 8 8 q G1 (.17) 8 G 1 : oot mati girer yakni ean konstan yang teristriusi seragam seanjang entangan Jurusan Teknik esin FTI-ITS 1

13 Jurusan Teknik esin FTI-ITS 15 omen entur Akiat Bean Gerak (Troli an uatan) Bila oot troli erean iistriusikan seragam aa roanya, maka ean aa satu roa aalah G 0 Q + engan G 0 aalah oot troli. Daat iasumsikan ahwa girer menahan ua uah ean yang ientik terisah sejauh. aka momen lentur aa enumu iawah roa seelah kiri, yang itematkan aa jarak x ari enumu kiri ialah x x ton-m (.18) omen lentur imum akan terjai aa enamang yang erjarak ari agian tengah entangan girer elat terseut, sehingga : ton-m (.19) Tegangan Satuan akiat omen lentur Akiat ean utama : [ ] σ µ ψ σ < + x q W (.0) ψ : koefisien inamik untuk gaya akiat ean iam (ϕ 1 untuk tie crane igerakkan mesin jenis ringan) µ : koefisien inamik untuk gaya aa ean erjalan (µ 1.1 untuk tie

14 crane igerakkan mesin jenis ringan) Akiat ean tamahan : σ ψ + µ + q a σ ijin (.1) Wgirer a : momen lentur akiat ean tamahan + q a (.) 7 Deformasi Defleksi Cross Travel Girer Defleksi girer yang erleihan akan menyeakan seluruh struktur ergetar an erengaruh esar teaa oerasi crane. Untuk menjaga efleksi alam atas yang aman, girer harus cuku tinggi an memiliki momen inersia yang memaai. Defleksi yang teraat aa girer ieakan atas macam, yaitu : a. Defleksi akiat ean konstan Defleksi akiat ean konstan iasumsikan akiat oot girer itu seniri, maka girer akan mengalami efleksi seesar : G1 5 δ '. (.3) EI x 38 I x : momen inersia iang arah sumu x E : moulus elastisitas G 1 : oot girer : entangan girer. Defleksi akiat ean gerak Defleksi akiat ean gerak iasumsikan akiat emeanan hoist troli yaitu : δ " ( ) [ + ( + ) ] (.) 8EI x : jarak antar roa hoist troli arah memanjang girer : ean aa roa hoist troli Dari ua ersamaan iatas maka aat itentukan efleksi yang terjai aa girer yaitu : δ efleksi total δ δ ' + δ" (.5) Untuk engecekan keamanan efleksi total girer harus leih kecil ari 750 Jurusan Teknik esin FTI-ITS 16

15 .7.1 eitungan struktur en carriage Untuk eitungan en carriage sama halnya engan eitungan girer, namun yang erea hanyalah emeanan yang terjai yaitu hanya emeanan konstan..8.1 eitungan aya motor Dalam menentukan aya motor aa erancangan oveea crane tie monorail ini teragi atas macam eitungan yaitu : enentuan aya motor aa mekanisme engangkat (hoist) Daya motor yang ierlukan : Q.v N (h) (.6) 75η. enentuan aya motor aa trolli Daya motor yang ierlukan : + k w µ D W 1 Q + G0 µ + k R β ( Q G )w W + 0 W W 1 + W W.v N (h) (.7) 75η. enentuan aya motor en carriage Daya motor yang iutuhkan + k w µ D W 1 a 0 β ( Q G )w ( Q + G ) + G W + 0 W W 1 + W W.v N (h) (.8) 75η. 1 1 µ + k D Jurusan Teknik esin FTI-ITS 17