BAB III PERANCANGAN MESIN PENGANGKUT PRODUK BERTENAGA LISTRIK (ELECTRIC LOW LOADER) PT. BAKRIE BUILDING INDUSTRIES 3.1 Latar Belakang Perancangan Mesin Dalam rangka menunjang peningkatan efisiensi produksi serta untuk mendukung dan mengantisipasi kenaikan kapasitas produksi lembaran kalsium silikat, sangat diperlukan sebuah mesin pengangkut yang memiliki tingkat kehandalan yang tinggi. Mesin ini harus mampu bekerja terus menerus dalam melayani pemuatan produk ke dalam sebuah bejana, yang mana setelah terisi dengan produk lembaran kalsium silikat bejana ini dipenuhi dengan uap panas dan bertekanan. Uap panas ini dapat mencapai temperatur 200 C dengan tekanan 10 bar (140 psi). Untuk memenuhi berbagai tuntutan kebutuhan di atas, maka sebuah inovasi harus dilakukan untuk meningkatkan kinerja dan kehandalan mesin pengangkut yang sudah ada. Mesin ini sudah terbilang sangat tua usianya karena sejak tahun 1974 sudah beroperasi, sehingga fungsi dan kinerja dari beberapa bagian atau komponennya sudah mulai berkurang. Pada awalnya mesin ini digerakkan oleh sebuah mesin pembakaran dalam, dan dilengkapi dengan sebuah rangkaian sistem hidrolik sehingga pada saat itu mesin ini dikenal dengan nama Low Loader, nama ini identik dengan gerak naik turun meja angkat yang terbatas. Namun karena mempertimbangkan suku cadang yang sudah cukup sulit didapatkan di pasar domestik, sehingga harus diadakan dari pasar Program Studi Teknik Mesin 18
luar negeri. Hal ini sangat tidak menguntungkan karena akan menimbulkan down time yang tinggi, ditambah harga suku cadang dari luar negeri yang mahal akan berdampak pada tingginya biaya perawatan. Dengan pertimbangan-pertimbangan tersebut di atas, sebuah inovasi dilakukan untuk memperbaiki kinerja mesin ini agar dapat memiliki tingkat operasional yang efektif dan efisien. Untuk itu sebagai pengganti sistem penggerak yang lama dengan mesin pembakaran dalam, dirancang sebuah mesin yang digerakkan dengan motor listrik. Sehingga mesin ini dikenal dengan nama Electric Low Loader, sesuai dengan sumber penggeraknya yang menggunakan listrik. Untuk saat ini mesin pengangkut hanya direncanakan untuk satu jalur rel saja, dengan mempertimbangkan sempitnya ruangan dalam autoclave, adanya beberapa konstruksi, peralatan dan bentangan seling penggantung kabel di dalam autoclave serta masa tunggu penyusunan produk yang masih terpenuhi oleh gerakan mundur atau gerakan kembali mesin pengangkut dari dalam autoclave ke posisi operator. Akan tetapi apabila kondisi ini sudah tidak dapat terpenuhi, tidak tertutup kemungkinan mesin ini dapat dikembangkan lebih lanjut, agar mempunyai kinerja yang lebih baik. Berbagai keuntungan dari inovasi ini dapat dilihat dari berkurangnya biaya operasional yang semula cukup tinggi karena besarnya konsumsi bahan bakar, waktu turun mesin dan biaya perawatan rendah karena komponen mudah didapat di pasar domestik, mesin lebih ramah lingkungan karena tidak lagi mengkonsumsi bahan bakar, operasional lebih efektif dan efisien. Program Studi Teknik Mesin 19
3.2 Metode Perancangan Metode perancangan secara sistematis merupakan suatu metode yang bertujuan untuk membantu dan mempermudah suatu proses penciptaan dan pembentukan suatu desain konstruksi. Pada dasarnya rancangan teknik merupakan usaha untuk dapat memenuhi persyartan-persyaratan yang diperlukan dalam pembuatan alat atau mesin sehingga memungkinkan untuk memperoleh hasil atau produk yang terbaik, sesuai dengan keinginan. Keinginan untuk memperoleh hal tersebut perlu didasari oleh latar belakang ilmu pengetahuan yang memadai serta wawasan yang luas terhadap berbagai aspek yang sedang berkembang dalam masyarakat, khususnya dunia industri. Ilmu pengetahuan yang dimiliki perancang diusahakan untuk memperoleh titik temu dengan aspek-aspek lainnya seperti ekonomi, sosil politik dan lain sebagainya. Rancangan teknik merupakan suatu pekerjaan keratif yang berdasarkan pada berbagai disiplin ilmu seperti matematika, mekanika, thermodinamika, kinematika dan lain sebagainya. Di samping itu juga diperlukan pengetahuan dan pengalaman. Di dalam sebuah perancangan diperlukan metode untuk memecahkan masalah yang dilakukan tahap demi tahap secara analisis dan sintesis. Analisis adalah penguraian suatu sistem yang rumit atau kompleks menjadi elemen-elemen, kemudian mempelajari karakteristik masing-masing elemen tersebut beserta korelasinya. Sedangkan sintesis adalah menggabungkan kembali elemen-elemen yang telah diketahui karakteristiknya untuk kemudian diciptakan suatu sistem baru. Pada metode perancangan, suatu tahap yang merupakan kelanjutan dari tahap sebelumnya dan Program Studi Teknik Mesin 20
menjadi bahan acuan tahap berikutnya. Dalam kenyataannya suatu tahap merupakan proses yang kompleks, biasanya untuk memecahkannya dibutuhkan iterasi. Iterasi adalah suatu proses dimana suatu solusi dicapai secara tahap demi tahap. Dan pada iterasi seorang perancang dimungkinkan untuk kembali pada tahap sebelumnya untuk melakukan pengulangan sehingga didapat spesifikasi perancangan yang diharapkan. Untuk menghasilkan suatu konstruksi yang baik, perlu melibatkan salah satu unsur atau beberapa kegiatan antara lain : a. Rekayasa Adalah penerapan ilmu dan perhitungan secara matematis untuk memanfaatkan benda dan energi pada alam semesta ini sehingga hasilnya dapat bermanfaat bagi kehidupan manusia, terutama dalam kegiatan pembangunan, pembuatan permesinan, pembuatan produk, berbagai sistem dan proses. b. Penelitian Kegiatan penyelidikan pengujian/percobaan yang bertujuan untuk mendapatkan hal-hal sebagai berikut : Penemuan dan pemahaman fakta. Perbaikan berdasarkan fakta atas teori/hukum yang telah ada. Penerapan praktis suatu teori baru/yang telah diperbaiki. Program Studi Teknik Mesin 21
c. Metode Penelitian Metode penelitian dilakukan dengan cara studi lapangan dengan melakukan pengamatan dan menggali informasi dari operator produksi sehingga didapat data-data pendukung kemudian dituangkan dalam bentuk Diagram Alir Perancangan (Gambar 3.1). d. Perancangan Adalah bagian dari kegiatan rekayasa yang merupakan usaha secara intelektual untuk memenuhi tuntutan-tuntutan kebutuhan dengan cara sebaik mungkin. Program Studi Teknik Mesin 22
MULAI Kapasitas Riil Mesin Pengangkut Produk Bertenaga Listrik Pemilihan Daya Motor Pemilihan Puli dan Sprocket Pemilihan bentuk komponen Pemilih an silinder hidrolik Perencanaan Daya Motor Perencanaan Puli dan Sprocket Perencanaan komponen Perencanaan sistem hidrolik Didapatkan hasil perancangan yang sesuai dengan spesifikasi Gagal Mesin Pengangkut Produk Bertenaga Listrik Sesuai Spesifikasi SELESAI Gambar 3.1 Diagram Alir Perancangan Program Studi Teknik Mesin 23
3.3 Proses Perancangan Dalam melakukan perancangan, perlu diterapkan sebuah prosedur yang bertahap. Tahapan-tahapan inilah yang dinamakan proses perancangan. Seperti apa yang telah dipaparkan sebelumnya bahwa proses ini bersifat iteratif yang mana perancang dimungkinkan untuk kembali ke tahap sebelumnya. Pada dasarnya perancangan bermula karena adanya suatu kebutuhan pada masyarakat (consumen goods) atau industri (capital goods). Kebutuhan tersebut dianggap sebagai ketidaksempurnaan mesin atau proses kerjanya, sehingga diperlukan mesin atau proses baru yang lebih sempurna. Kesempurnaan ini dapat tercapai seiring dengan perubahan jaman. Suatu produk baru dapat dikatakan sempurna pada masa saat ini, akan tetapi belum tentu dinyatakan sempurna pada waktu yang akan dating, begitu selanjutnya seiring dengan perubahan dan kemajuan teknologi. Kebutuhan inilah yang pada akhirnya mendorong adanya siklus produk seiring dengan perubahabn dan kemajuan teknologi. 3.4 Spesifikasi Mesin Sebagai pedoman dalam perancangan agar mesin dapat memenuhi tuntutan kebutuhan di bagian produksi, maka melalui studi lapangan dan menggali informasi dari operator diperoleh spesifikasi mesin sebagai berikut : Kapasitas angkat : 10,000 kg (10 ton) Program Studi Teknik Mesin 24
Unit penggerak Motor listrik Gearbox : 2.2 kw, 50 Hz, 3 phase, 1430 rpm. : Makishinko Size B-120 perbandingan putaran 1 : 40 Sistem Hidrolik Tekanan pompa maks. Silinder hidrolik : 2000 N/cm 2 (200 bar). : tipe kerja ganda, diameter 114 mm, langkah kerja 200 mm, sebanyak 2 unit. Kecepatan linier : 9.5 meter/menit Ukuran meja angkat : 2700 mm x 1200 mm Ukuran produk : 2440 x 1220 mm dan 1000 x 1000 mm yang diangkut ( disusun dalam palet baja ) 3.5 Prinsip Kerja Mesin Secara prinsip kerja mesin ini mempunyai sebuah sistem hidrolik yang menggerakkan meja naik turun dengan ketinggian tertentu untuk mengangkat dan menurunkan beban/muatan produk kalsium silikat beserta landasannya. Disamping mempunyai fungsi untuk mengangkat, mesin ini juga berfungsi untuk memindahkan produk tersebut dari area tunggu ke dalam bejana (autoclave). Sehingga dalam pengoperasiannya terjadi kombinasi gerak naik turun meja angkat dan gerak maju Program Studi Teknik Mesin 25
mundur unit mesin secara keseluruhan. Untuk menghasilkan gerak maju mundur dalam memasukkan dan mengeluarkan produk pada autoclave, mesin ini dilengkapi dengan unit penggerak yang terdiri dari motor listrik dan unit pereduksi putaran (gearbox). Karena fungsi utama mesin ini sebagai pengangkut untuk memasukkan dan mengeluarkan produk ke dalam bejana sepanjang 50 meter, yang mana sumber utama penggeraknya adalah listrik, maka mesin ini dilengkapi dengan sebuah mekanisme penggulung seling dan kabel agar mesin ini lebih leluasa dalam pergerakannya serta tetap konstan dalam mendapatkan pasokan energi listrik dari panel induk. 3.6 Bagian-bagian Utama Mesin Mesin Pengangkut Produk Bertenaga Listrik ini terdiri dari berbagai bagian utama (Gambar 3.2) antara lain: 1. Rangka utama 2. Lengan penghubung 3. Meja angkat 4. Poros dan roda penggerak 5. Unit penggerak 6. Penggulung seling 7. Sistem hidrolik 8. Panel listrik dan sistem kontrolnya Program Studi Teknik Mesin 26
6 8 5 1 4 7 2 3 Jalur rel Gambar 3.2 Bagian-bagian utama mesin 3.6.1 Rangka utama Ranga utama merupakan bagian dari mesin yang menjadi tumpuan keseluruhan beban yang bekerja pada mesin pengangkut. Selain itu pada rangka utama juga sebagai tempat kedudukan unit penggerak, system hidrolik serta penggulung seling dan kabel. 3.6.2 Lengan penghubung Bagian mesin ini adalah sebagai penghubung antara rangka utama dengan meja angkat, bagian mesin ini masing-masing ditumpu oleh dua buah rumah bantalan gelinding untuk mempermudah dan memperhalus gerakan meja angkat pada saat digerakkan naik dan turun. Material dari bagian ini harus Program Studi Teknik Mesin 27
dipilih berdasarkan tegangan-tegangan yang bekerja, sebagaimana akan dijelaskan pada bab berikutnya. 3.6.3 Meja angkat Meja angkat adalah bagian dari mesin pengangkut yang berhubungan langsung dengan produk atau beban yang akan dibawa. Bagian ini dilengkapi dengan pelat pengapit lengan penghubung dan sebagai kedudukan sensor-sensor posisi yang mana sensor-sensor posisi ini berfungsi sebagai pemberi sinyal bahwa mesin pengangkut sudah sampai pada tujuan atau jarak produk yang dibawa sebelumnya, serta sebagai pemberi sinyal bahwa tumpukan produk sudah berada di atas meja. Sehingga dengan adanya sensor-sensor ini tidak ada kemungkinan benturan antar tumpukan yang akan mengakibatkan cacat pada produk, serta mempermudah penggunaan mesin pada saat dioperasikan secara otomatis. 3.6.4 Poros dan roda penggerak Poros dan roda penggerak adalah komponen mesin yang menjadi penghubung antara rangka utama dengan jalur rel, pada kedua ujung masingmasing poros diumpu oleh dua blok bantalan gelinding, sehingga putaran roda terhadap jalur rel dapat berjalan secara ringan dan licin. Salah satu dari poros ini dipasang sebuah sproket yang dihubungkan dengan sproket pada unit penggerak Program Studi Teknik Mesin 28
melalui sebuah rantai, diameter roda menjadi faktor penentu dalam menghitung pergerakan linier mesin serta pergerakan dan putaran mekanisme pengatur pada unit penggulung seling. 3.6.5 Unit penggerak Unit penggerak adalah sumber utama dari gerakan linier mesin pengangkut produk ini, bagian ini terdiri dari rangka, unit pereduksi putaran (gearbox) dan motor listrik yang dilengkapi dengan puli-puli dan sabuk V dan sproket. Kombinasi dari penggunaan puli pada unit ini akan sangat menentukan hasil putaran poros keluaran dari unit pereduksi, yang mana putaran akhir dari unit ini akan disalurkan ke poros dan roda penggerak mesin. Perhitungan dan penentuan penggunaan puli-puli penggerak ini akan diuraikan pada bab berikutnya. 3.6.6 Penggulung seling Penggulung seling merupakan salah satu bagian yang utama dari mesin pengangkut produk, dengan sumber utamanya listrik sudah tentu membutuhkan panjang kabel sesuai dengan kebutuhan. Karena lintasan mesin ini adalah bejana uap bertekanan (autoclave) dengan suhu maksimum 200 C, maka bentangan kabel pemasok listrik tidak mungkin dipasang secara permanen di dalam autoclave. Oleh karena itu dibuat sebuah mekanisme penggulung seling Program Studi Teknik Mesin 29
yang mana pada seling ini dipasang troli-troli kecil dengan jarak tertentu sebagai tempat penggantung kabel, sehingga pada saat mesin bergerak masuk dan keluar autoclave dengan sendirinya kabel akan dapat memanjang dan memendek sesuai panjang seling dari tiang penyangga sampai dengan unit penggulung. Bagian ini terdiri dari sebuah drum yang dihubungkan dengan poros roda penggerak melalui rantai, diameter drum ini sama dengan roda penggerak sehingga gerak putar dari keduanya sama. Karena adanya kesamaan gerak putar antara roda penggerak dan drum sudah pasti gerak linier dari keduanya juga sama, sehingga jarak tempuh per satuan waktu dari keduanya akan sama, panjang seling, kabel dan lintasan jalur rel mesin pengangkut ini akan sama semua. 3.6.7 Sistem hidrolik Sesuai dengan prinsip kerja mesin mempunyai pergerakan untuk mengangkat dan membawa produk, untuk memenuhi pergerakan dan sekaligus sebagai sumber tenaga pada saat mesin melakukan pengangkatan dan menurunkan beban, mesin ini dilengkapi dengan sistem hidrolik. Unit ini terdiri dari pompa hidrolik, rangkaian pipa dan komponen-komponen hidrolik lainnya seperti tangki penampung oli, pengatur tekanan, pengukur tekanan, pengukur suhu, serta dua buah silinder hidrolik kerja ganda. Masing-masing silinder Program Studi Teknik Mesin 30
hidrolik dipasang pada rangka utama dan dihubungkan dengan meja angkat, sehingga pada saat sistem hidrolik ini bekerja akan terjadi gerakan naik dan turun meja angkat terhadap rangka utama. 3.6.8 Panel listrik dan sistem kontrolnya Panel listrik dan sistem kontrolnya ini merupakan serangkaian pekerjaan elektris yang berfungsi sebagai pengolah dan penerus sumber listrik dari pemasok ke mesin pengangkut, sehingga mesin dapat dioperasikan sesuai dengan apa yang diinginkan dan dispesifikasikan, terutama dalam pergerakan maju mundur, naik turun, bahkan bagaimana dan di mana mesin harus berhenti. Sehingga keamanan operasional mesin ini dapat terjaga baik untuk mesin ini sendiri, produk yang diangkut maupun operatornya. Panel listrik dipasang pada rangka utama, bersebelahan dengan unit penggerak, panel ini berisi komponen-komponen listrik seperti PLC, kontaktor, MCB, relai, sekering (fuse), dan lain sebagainya. Pada bagian dinding panel dipasang lampu-lampu indikator yang dihadapkan keluar dan berfungsi sebagai pemberi isyarat bagi operator bahwa mesin sudah sampai pada tujuan, mesin dalam posisi mengangkat atau menurunkan beban, dan mesin dalam bergerak maju atau mundur. Terpisah dari konstruksi mesin, pada bagian tiang penyangga dipasang sebuah kotak tombol pengendali (remote control) untuk operator. Melalui Program Studi Teknik Mesin 31
tombol pengendali ini pergerakan mesin dapat dipilih baik secara otomatis maupun secara manual. Sistem kontrol mesin ini dilengkapi sensor-sensor magnetik yang dihubungkan dengan rangkaian kerja PLC, sehingga operasional dari kedua pilihan tersebut dapat dilakukan secara aman. Program Studi Teknik Mesin 32