BAB III PERHITUNGAN DAN ANALISA DATA

Transkripsi

1 17 BAB III PERHITUNGAN DAN ANALISA DATA 3.1. Penjabaran Tugas (Classification Of Task) Langkah pertama untuk bisa memulai suatu proses perancangan adalah dengan menyusun daftar kehendak. Dafar kehendak merupakan daftar persyaratan maupun sifat-sifat yang harus dimiliki oleh mesin. Dari daftar kehendak tersebut masih harus dikelompokkan mana kehendak yang termasuk permintaan (demand) atau keinginan (wishes). Demand adalah kebutuhan-kebutuhan yang harus terpenuhi, dengan kata lain kebutuhan tanpa solusinya tidak dapat diterima, sedangkan wishes adalah kebutuhan yang dapat dipertimbangkan apabila memungkinkan. Dalam perancangan mesin pencacah rumput ini penulis telah menyusun daftar kehendak sebagai berikut : Tabel 3.1. Daftar Kehendak No. DAFTAR KEHENDAK 1 Proses potong menggunakan mesin Bisa memotong rumput dengan baik 3 Bisa memotong rumput dengan cepat

2 18 4 Biaya pembuatan murah 5 Pembuatan mudah 6 Tidak membutuhkan tempat luas 7 Memenuhi estetika 8 Bisa dipindahkan dengan mudah 9 Hemat energi 10 Konstruksi sederhana 11 Rangka kuat 1 Mudah dioperasikan 13 Bisa dioperasikan oleh satu orang 14 Mudah dibersihkan 15 Mudah dalam perawatan 16 Aman dalam pengoperasian 17 Suku cadang mudah di peroleh 18 Mesin tidak mudah rusak 19 Tidak berisik 0 Efisien dalam penggunaan energi 0 Tidak mencemari lingkungan 1 Sumber energi mudah diperoleh Tabel 3.. Pengelompokan Daftar Kehendak Faktor Demand (D) Wishes (W) Daftar Kehendak Geometri D Tidak membutuhkan tempat luas (Bentuk) D Konstruksi sederhana W Mudah dipindahkan W Memenuhi estetika Energi D Sumber energi mudah diperoleh D Ramah lingkungan

3 19 Material D Rangka kuat D Pisau tidak mudah tumpul D Suku cadang mudah diperoleh D Bisa memotong rumput dengan cepat D Bisa memotong rumput dengan baik Ergonomi & D Mudah dioperasikan pengoperasian D Bisa dioperasikan oleh satu orang W Tidak berisik Produksi D Biaya pembuatan murah D Perakitan mudah Perawatan D Mudah dalam perawatan W Mudah dibersihkan Keamanan D Aman dalam pengoperasian 3.. Penentuan Konsep Rancangan (Conceptual Design) Menentukan Fungsi Dan Strukturnya Struktur Fungsi Keseluruhan Struktur fungsi keseluruhan didefinisikan sebagai hubungan secara umum antara input dan output suatu sistem teknik yang akan menjalankan suatu tugas tertentu, sedangkan fungsi keseluruhan adalah kegunaan dari suatu alat. Fungsi keseluruhan kemudian diuraikan menjadi beberapa subfungsi yang mempunyai tingkat kesulitan yang lebih rendah. Subfungsi harus dijalankan oleh komponenkomponen yang menyusun alat tersebut. Struktur fungsi keseluruhan digambarkan oleh diagram blok yang menunjukkan hubungan antara masukan dan keluaran di mana masukan dan keluaran tersebut berupa aliran material, energi dan sinyal.

4 0 Ei Mi Si Mesin Pencacah Rumput Eo Mo So Keterangan : Ei = Energi input Mi = Material input Si = Sinyal input Eo = Energi output Mo = Material output So = Sinyal output Sub Struktur Fungsi Struktur fungsi yang terdapat pada gambar 3.1 masih kurang jelas, sehingga perlu diperjelas lagi dengan menguraikan menjadi subfungsi yang dapat dilihat pada diagram di bawah ini.

5 1 Gambar 3.1. Diagram Sub Struktur Fungsi Peninjauan Fungsi Tiap Bagian a. Sumber listrik Ei Sumber listrik Si Energi utama Eo Mengaktifkan motor listrik So

6 b. Motor Listrik Ei Motor Listrik Si Penggerak utama Eo Menggerakkan pisau potong So c. Transmisi Ei Transmisi Si Penerus gaya Eo Meneruskan gaya dari motor ke pisau potong So d. Pisau (Memotong rumput) Ei Pisau potong Si Memotong rumput Eo Memotong rumput secara berulang-ulang So e. Hopper Ei Hopper Si Tempat masuk Rumput Eo Tempat menaruh rumput untuk dipotong So

7 3 f. Nampan Ei Nampan Si Penampung Cacahan Eo Menampung cacahan rumput So g. Rangka mesin Ei Rangka mesin Si Penyangga Mesin Eo Penyangga (body) mesin So 3... Mencari Prinsip Solusi Dan Strukturnya Setelah dibuat struktur fungsi keseluruhan beserta subfungsinya, maka selanjutnya diberi prinsip-prinsip solusi untuk memenuhi subfungsi tersebut. Metode yang digunakan dalam mencari prinsip-prinsip solusi adalah metode kombinasi, yaitu metode yang menggabungkan seluruh solusi dalam bentuk matriks. Prinsip solusi diusahakan sebanyak mungkin, akan tetapi prinsip-prinsip solusi tersebut dianalisis lagi dan prinsip solusi yang kurang bermanfaat dapat dihilangkan atau diabaikkan dengan tujuan agar dalam tahapan selanjutnya tidak terlalu banyak konsep yang harus dievaluasi lagi.

8 4 Tabel 3.. Prinsip Solusi No. Unsur Mesin Prinsip Solusi 1 Sumber energi listrik PLN Accu Genset Sistem transmisi Rantai Sabuk lengan torak 3 Pisau pemotong naik turun berputar (1) berputar () 4 Hopper Trapesium Silindris Mendatar 5 Kaki mesin Langsung roda + bantalan Bantalan 6 Nampan cacahan kotak tinggi kotak pendek Silindris

9 Mengurai Solusi Menjadi Varian Yang Dapat Direalisasikan Karena jumlah variable yang cukup banyak, maka harus dilakukan seleksi sehingga gambar-gambar perencanaan tidak dibuat untuk kalkulasi yang kurang baik. Variasi-variasi kombinasi tersebut dikaji dan diseleksi berdasarkan kriteriakriteria sebagai berikut : a. Sesuai dengan fungsi dan kebutuhan b. Sesuai dengan daftar kehendak c. Secara prinsip dapat diwujudkan d. Pengetahuan tentang konsep memadai e. Memenuhi syarat keamanan

10 6 Tabel 3.3. Pemilihan Variasi Struktur Fungsi VARIAN PRINSIP SOLUSI Jurusan Teknik Mesin UMB Bernadus Nugraha Jati Tabel Pemilihan Variasi Struktur Fungsi Untuk Mesin Pencacah Rumput Kriteria Pemilihan Keputusan + ya ( + ) Solusi yang dicari - tidak ( - ) Hapuskan solusi? Kurang informasi (? ) Kumpulkan informasi! Periksa spesifikasi (! ) Lihat spesifikasi Sesuai dengan fungsi kebutuhan Sesuai dengan daftar kehendak Secara prinsip dapat diwujudkan Dalam batas biaya produksi Pengetahuan tentang konsep memadai Sesuai keinginan perancang Memenuhi syarat keamanan A B C D E F G PENJELASAN KEPUTUSAN A A A B B B C C C D D D E E E F F F

11 Mengkombinasikan Prinsip Solusi Tabel 3.4. Kombinasi Prinsip Solusi No. Unsur Mesin Prinsip Solusi 1 Sumber energi (A1) listrik PLN (A) accu (A3) genset Sistem transmisi (B1) rantai (B) sabuk (B3) lengan torak 3 Pisau pemotong (C1) naik turun (C) berputar (1) (C3) berputar () 4 Hopper (D1) trapesium (D) silindris (D3) mendatar 5 Kaki mesin (E1) langsung (E) roda + bantalan (E3) bantalan 6 Nampan cacahan (F1) kotak tinggi (F) kotak pendek (F3) silindris

12 8 Keterangan : Jalur varian 1 : Jalur varian : Jalur varian 3 : Hasil Varian 1 Gambar 3.. Hasil Kombinasi Varian 1

13 9 Hasil Varian Gambar 3.3. Hasil Kombinasi Varian Hasil Varian 3 Gambar 3.4. Hasil Kombinasi Varian 3

14 Evaluasi Nilai Evaluasi Kombinasi varian yang telah dihasilkan harus dipilih yang terbaik. Untuk memilih yang terbaik harus diberikan penilaian terhadap setiap parameter. Tabel 3.5. Nilai Evaluasi Nilai Keterangan 1 Solusi yang benar-benar tidak berguna Solusi yang tidak cukup 3 Solusi yang dapat ditoleransi 4 Solusi yang cukup 5 Solusi yang memenuhi 6 Solusi yang baik dengan sedikit kekurangan 7 Solusi yang baik 8 Solusi yang sangat baik 9 Solusi yang memenuhi syarat-syarat 10 Solusi yang ideal Tabel 3.6. Nilai Evaluasi No Faktor Parameter Nilai 1 Geometri Ukuran mesin kurang dari 600x400x600 mm 8-10 Ukuran mesin 800x600x600 mm 6-7 Ukuran mesin lebih dari 1000x600x800 mm 0-5 Energi Sumber energi mudah diperoleh dan ketersediaan kontinyu 8-10 Sumber energi mudah diperoleh namun ketersediaan tidak kontinyu 6-7 Sumber energi sulit diperoleh dan ketersediaan tidak kontinyu Material Rangka kuat dan suku cadang mudah diperoleh 8-10 Rangka kuat namun suku cadang sulit diperoleh 6-7 Rangka kurang kuat dan suku cadang sulit diperoleh 0-5

15 31 4 Pengoperasian Bisa dioperasikan oleh satu orang dan mudah pengoperasiannya 8-10 Bisa dioperasikan oleh satu orang namun susah pengoperasiannya 6-7 Dioperasikan lebih dari satu orang dan susah pengoperasiannya Produksi Mudah dalam pembuatan dan perakitan, dan biaya produksi murah 8-10 Mudah dalam pembuatan dan perakitan, namun biaya produksi tinggi 6-7 Sulit dalam pembuatan dan perakitan, dan biaya produksi tinggi Perawatan Sedikit perawatan dan mudah dilakukan 8-10 Sedikit perawatan namun sulit dilakukan 6-7 Banyak perawatan dan sulit dilakukan Keamanan Komponen berputar tertutup, tidak ada sudut tajam 8-10 Komponen berputar tertutup, ada sudut tajam 6-7 Komponen berputar terbuka, ada sudut tajam Hasil Evaluasi Tabel 3.7. Hasil Evaluasi Varian 1 No Faktor Wi Parameter Varian Vi Wvi 1 Geometri 0,14 Ukuran mesin 500x700x600 mm 7 0,98 Energi 0,15 3 Material 0,15 Sumber energi mudah diperoleh & kontinyu Rangka kuat, suku cadang mudah diperoleh 7 1,05 8 1,0 4 Pengoperasian 0,15 Mudah dioperasikan oleh satu orang 9 1,35 5 Produksi 0,1 Perakitan mudah, pembuatan murah 9 1,08 6 Perawatan 0,14 Sedikit perawatan, mudah dilakukan 9 1,6 7 Keamanan 0,15 Komponen berputar tertutup, ada sudut tajam 6 0, ,8

16 3 Tabel 3.8. Hasil Evaluasi Varian No Faktor Wi Parameter Varian Vi Wvi 1 Geometri 0,14 Ukuran mesin 500x600x600 mm 8 1,1 Energi 0,15 3 Material 0,15 Sumber energi mudah diperoleh & kontinyu Rangka kuat, suku cadang mudah diperoleh 7 1,05 8 1,0 4 Pengoperasian 0,15 Mudah dioperasikan oleh satu orang 9 1,35 5 Produksi 0,1 Perakitan sulit, biaya murah 6 0,7 6 Perawatan 0,14 Sedikit perawatan, mudah dilakukan 8 0,98 7 Keamanan 0,15 Komponen berputar tertutup, ada sudut tajam 6 1, ,14 Tabel 3.9. Hasil Evaluasi Varian 3 No Faktor Wi Parameter Varian Vi Wvi 1 Geometri 0,14 Ukuran mesin 500x600x600 mm 8 1,1 Energi 0,15 3 Material 0,15 Sumber energi mudah diperoleh & kontinyu Rangka kuat, suku cadang mudah diperoleh 7 1,05 8 1,0 4 Pengoperasian 0,15 Mudah dioperasikan oleh satu orang 9 1,35 5 Produksi 0,1 Perakitan sulit, biaya tinggi 5 0,60 6 Perawatan 0,14 Sedikit perawatan, mudah dilakukan 8 0,98 7 Keamanan 0,15 Komponen berputar tertutup, ada sudut tajam 6 1, ,0 Dari hasil evaluasi di atas diperoleh nilai sebagai berikut : VARIAN 1 VARIAN VARIAN 3 NILAI 7,8 7,14 7,0

17 Perancangan Wujud (Embodiment Design) Dari hasil evaluasi maka varian kombinasi yang akan dipilih adalah varian 1. Gambar 3.5. Lay Out Mesin Pencacah Rumput 3.4. Perancangan Rinci Perhitungan Beban Berat alat uji = 80 N Berat terukur saat pemotongan = 87 N Gaya yang dibutuhkan pisau untuk memotong 1 batang rumput = = 7 N Maksimal jumlah rumput yang dimasukkan = 60 batang Gaya total yang dibutuhkan F tot = jumlah rumput x gaya per batang = 60 x 7 = 40 N

18 Perhitungan Putaran Pisau Panjang potongan yang diinginkan = 15 mm Kecepatan laju rumput = 150 mm/detik Frekuensi potongan yang harus dicapai laju rumput f panjang potongan f = 150 : 15 = 10 potongan/detik Jumlah pisau putar = mata potong Putaran pisau putar f 60 n rpm Perhitungan Gaya Pada Sabuk Ditentukan panjang lengan pisau putar 100 mm Sehingga torsi total T tot F tot panjang lengan N. mm Gambar 3.6. Gaya-gaya pada Puli

19 35 Ditentukan Diameter puli besar D B = 50 mm Ditentukan Diameter puli kecil D A = 6,5 mm Torsi efektif pada puli besar harus sama atau lebih besar dari Torsi total Sehingga T B = T tot = N.mm Sudut θ = =,79 rad Koefisien gesek karet dan besi cor = 0,3 Hubungan antara gaya sabuk dengan sudut kontak dan koefisien gesek diperoleh dengan persamaan berikut : F1 / F e (Sumber : Sularso, Kiyokatsu Suga. Dasar Perencanaan Dan Pemilihan Elemen Mesin Jakarta : Pradnya Paramita) F1/ F e,718 0,3(,79),31 F1,31F Tb = (F 1 - F ) x (D B /) = (,31 F F ) x (50/) = 163,75 F F = 56,49 N F 1 =,31 x 56,49 = 59,49 N Torsi efektif pada puli kecil T A = (F 1 F )x D A / = (59,49 56,49) x 6,5 / = N.mm

20 Perhitungan Daya Motor P = n x T A x π / 60 / (Sumber : Sularso, Kiyokatsu Suga. Dasar Perencanaan Dan Pemilihan Elemen Mesin Jakarta : Pradnya Paramita) P = 100 x x (3,14) / = 1,3 kw = 1,76 hp Dipilih daya motor hp Pemilihan Jenis Sabuk Penggerak mesin adalah motor listrik dengan torsi normal menggerakkan mesin pencacah. Waktu kerja kurang dari 6 jam/hari. Jadi faktor layanannya adalah 1,. (dari tabel) Daya rancangan = Faktor Layanan x Daya nominal (Sumber : L. Mott, Robert. Elemen-elemen Mesin dalam Perancangan Mekanis Yogyakarta : Penerbit Andi) Daya rancangan = 1, x hp =,4 hp Putaran Motor 100 rpm Sehingga dipilih sabuk 3V (dari grafik) Daya nominal per sabuk = 1,7 hp Jumlah sabuk yang diperlukan Z =,4/1,7 = 1,41 buah Perhitungan Poros Pisau Putar Perhitungan Kekuatan Bahan Poros Material poros yang di pakai adalah Baja AISI 4340 annealed Tegangan tarik (Su) = 744,66 N/mm (dari tabel)ui

21 37 Tegangan luluh (Sy) = 468,86 N/mm (dari tabel) Ketahanan lelah (Sn) = 89,59 N/mm (dari tabel) Faktor ukuran (Cs) asumsi diameter poros 30 = 0,84 (dari tabel) Faktor Keandalan ditetapkan 0,999 sehingga C R = 0,75 (dari tabel) Ketahanan lelah aktual Sn = Sn x Cs x C R (Sumber : L. Mott, Robert. Elemen-elemen Mesin dalam Perancangan Mekanis Yogyakarta : Penerbit Andi) Sn = 89,59 x 0,84 x 0,75 = 18,44 N/mm Faktor rancangan diambil N=3 (karena jenis beban kejut) Gambar 3.7. Komponen-komponen pada Poros

22 Perhitungan Torsi, Momen Lengkung, dan Gaya Geser Gambar 3.8. Gaya-gaya pada Poros Gaya pada dudukan pisau F By = F Cy = 40 : = 10 N Gaya pada dudukan puli F E = F 1 + F = 59, ,49 = 848,98 N (Kemiringan 45 o ) F Ey = Cos 45 o x 848,98 = 600,31 N F Ex = Sin 45 o x 848,98 = 600,31 N Gaya tahanan pada bearing A R Ay = (F By x L BD + F Cy x L CD + F Ey x L ED ) : L AD = (10 x x ,31 x 75) : 450 = 434,5 N R Ax = (F Ex x L ED ) : L AD = (600,31 x 75) : 450 = 140, N

23 39 Gaya tahanan pada bearing D R Dy = (F Ey x L EA - F By x L BA - F Cy x L CA ) : L DA = (600,31 x N x x 375) : 450 = 687,1 N R Dx = (F Ex x L EA ) : L DA = (600,31 x 55) : 450 = 981,51 N Gambar 3.9. Diagram Beban pada Poros Sb.Y Gambar Diagram Beban pada Poros Sb.X Momen Lengkung M By = R Ay x L AB = 434,5 x 75 = 3.588,67 N.mm M Bx = R Ax x L AB = 140, x 75 = ,17 N.mm M Cy = (F Ey x L EC ) - (R Dy x L DC ) = (600,31 x 150) - (687,1 x 75) = ,37 N.mm

24 40 M Cx = R Ax x L AC = 140, x 375 = 5.580,87 N.mm M Dy = F Ey x L ED = 600,31 x 75 = ,05 N.mm M Dx = F Ex x L ED = 600,31 x 75 = ,05 N.mm Gaya Geser V ABy = R Ay = 434,5 N V BCy = R Ay - F By = 434,5-10 = 140, N V CDy = V BCy - F Cy = 140, 10 = -154,08 N V DEy = V CDy - R Dy = -154,08-687,1 = -841,9 N V ADx = R Ax = 140, N V DEx = V ADx - R Dx = 140, 981,51 = -841,9 N Gambar Diagram Gaya Geser Dan Momen Lengkung Poros Sb.Y

25 41 Gambar 3.1. Diagram Gaya Geser Dan Momen Lengkung Poros Sb.X Perhitungan Diameter A Pada diameter A tidak terjadi torsi maupun momen lengkung, tetapi gaya gesernya sama dengan gaya reaksi pada bantalan tersebut. Gaya gesernya sama dengan resultan gaya bidang x dan y V D ( R Ax ) ( R Ay ) (140,) (434,5) 456,58 N Terdapat filet tajam pada pundak poros sehingga Kt =,5 D A ',94 Kt ( V ) N / Sn (Sumber : L. Mott, Robert. Elemen-elemen Mesin dalam Perancangan Mekanis. D A,94 (,5) (456,58) (3) / 18,44 7, 43mm 009. Yogyakarta : Penerbit Andi)

26 Perhitungan Diameter B dan C Diameter B dan C mempunyai ukuran yang sama dan mengalami torsi yang sama besar, sedangkan momen lengkungnya berbeda. Maka akan dihitung salah satu yang mengalami momen lengkung lebih besar. M B M Bx M By , ,4 N. mm 3.588,67 M C M Cx M Cy 5.580, , ,96 N. mm Karena momen lengkung pada C lebih besar, maka akan dihitung diameter minimal pada titik C. D C 3N K t M ' S n 3 4 T S y 1/ 3 (Sumber : L. Mott, Robert. Elemen-elemen Mesin dalam Perancangan Mekanis Yogyakarta : Penerbit Andi) K t = 1 (karena tidak ada filet tajam maupun alur pasak) D C 3 (3) 3,14 1(91.311,96) 18, ,86 1/ 3 5,04 mm Perhitungan Diameter D Pada diameter D terjadi torsi dan momen lengkung T D = N.mm

27 43 N mm M M M Dy Dx D. 89.3, , ,05 K t =,5 (ada filet tajam) mm S T S M K N D y n t D 33,54 468, ,44,5(89.3,7) 3,14 3 (3) / 3 1/ ' Perhitungan Diameter E Pada diameter E hanya terjadi torsi dan tidak mengalami momen lengkung. 3 1/ y E S T N D (Sumber : L. Mott, Robert. Elemen-elemen Mesin dalam Perancangan Mekanis Yogyakarta : Penerbit Andi) mm D E 14,93 468, ,14 3(3) 3 1/ Pemilihan Ukuran Poros Diameter A dan D adalah area bearing, dan ukurannya harus sama supaya tinggi dudukan poros sama. Diameter minimal D adalah 33,54 mm, jadi dipilih diameter A dan D adalah 35 mm untuk menyesuaikan ukuran bearing.

28 44 Diameter B dan C minimal 5,04 mm, akan tetapi diinginkan lebih besar daripada diameter A dan D untuk menahan bearing. Maka dipilih diameter A dan D adalah 40 mm. Diameter E minimal adalah 14,93 mm. Maka dipilih diameter E adalah 30 mm, agar tidak terlalu jauh dengan diameter D Perhitungan Pasak Pada Puli Ukuran diameter nominal 30 mm maka Lebar pasak W = 6 mm, Tinggi pasak H = 5 mm Torsi yang dipindahkan T = N.mm Bahan pasak adalah AISI 1040 Hot Rolled Sy = 89,59 N/mm Panjang pasak yang dibutuhkan 4T N L D W S y (Sumber : L. Mott, Robert. Elemen-elemen Mesin dalam Perancangan Mekanis Yogyakarta : Penerbit Andi) Faktor rancangan N = 3 L 4(58.860) (3) 30(6) (89,59) 13,55mm Panjang pasak dipilih 0 mm

29 Gambar Kerja Gambar Gambar Mesin Pencacah Rumput 3D