MESIN PEMINDAH BAHAN PERANCANGAN DAN ANALISA PERHITUNGAN BEBAN ANGKAT MAKSIMUM PADA VARIASI JARAK LENGAN TOWER CRANE KAPASITAS ANGKAT 3,2 TON TINGGI ANGKAT 40 METER DAN RADIUS LENGAN 70 METER SKRIPSI Skripsi yang Diajukan untuk Melengkapi Syarat Memeperoleh Gelar Sarjana Teknik MUHAMAD NUH NIM. : 090421057 PROGRAM STUDI SARJANA EKSTENSION DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2012
PERANCANGAN DAN ANALISA PERHITUNGAN BEBAN ANGKAT MAKSIMUM PADA VARIASI JARAK LENGAN TOWER CRANE KAPASITAS ANGKAT 3,2 TON TINGGI ANGKAT 40 METER DAN RADIUS LENGAN 70 METER MUHAMAD NUH NIM. : 090421057 Diketahui/disyahkan oleh: Disetujui oleh : Departemen Teknik Mesin Dosen Pembimbing Fakultas Teknik USU Ketua, Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri Ir. Alfian Hamsi, M.Sc. NIP. : 19641224 199211 1 001 NIP. 19560910 198701 1 001
PERANCANGAN DAN ANALISA PERHITUNGAN BEBAN ANGKAT MAKSIMUM PADA VARIASI JARAK LENGAN TOWER CRANE KAPASITAS ANGKAT 3,2 TON TINGGI ANGKAT 40 METER DAN RADIUS LENGAN 70 METER MUHAMAD NUH NIM. : 090421057 Telah Disetujui dari Hasil Seminar Skripsi Periode ke 182, pada Tanggal 07 Juli 2012 Dosen pembanding I Dosen pembanding II Ir. Mulfi Hazwi, M.Sc. Ir. A.Halim Nasution M.Sc NIP. 19491012 198103 1 002 NIP. 19540320 198102 2 001
PERANCANGAN DAN ANALISA PERHITUNGAN BEBAN ANGKAT MAKSIMUM PADA VARIASI JARAK LENGAN TOWER CRANE KAPASITAS ANGKAT 3,2 TON TINGGI ANGKAT 40 METER DAN RADIUS LENGAN 70 METER MUHAMAD NUH NIM. : 090421057 Telah Disetujui oleh: Pembimbing/Penguji Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri NIP. : 19641224 199211 1 001 Penguji I Penguji II Ir. Mulfi Hazwi, M.Sc. Ir. A.Halim Nasution M.Sc NIP. 19491012 198703 1 002 NIP. 19540320 198102 2 001 Diketahui Oleh : Departemen Teknik Mesin Ketua Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri NIP. : 19641224 199211 1 001 i
KATA PENGANTAR Puji dan syukur dihaturkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas berkat dan rahmatnya penulis dapat menyelesaikan Tugas Sarjana ini. Tugas Sarjana ini merupakan suatu syarat yang harus dialaksanakan mahasiswa untuk menyelesaikan pendididkannya di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun Tugas sarjana yang dipilih adalah dalam bidang Mesin Pemindah Bahan dengan Judul : Perancangan dan Analisa Perhitunga Beban Angkat Maksimum pada Variasi Jarak Lengan Tower Crane Kapasitas Angkat 3,2 Ton Tinggi Angkat 40 Meter dan Radius Lengan 70 Meter. Penyusunan tugas akhir ini berdasarkan hasil survey langsung dilapangan serta melakukan pembahasan dan studi literature. Penulis menyadari banyak kekurangan dalam tuas sarjana ini, untuk itu penulis mengharapkan adanya saran dan kritik untuk kesempurnaan tugas sarjana ini Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Kedua orang tua tercinta, atas segala dukungan baik moril maupun materil dan support yang tiada hentinya kepada penulis dalam penyelesaian tugas sarjana ini. 2. Bapak Ir. Alfian Hamsi, M.Sc, sebagai dosen pembimbing yang telah banyak memberikan bimbingannya kepada penulis dalam penulisan tugas sarjana ini. ii
3. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, sebagai Ketua Departemen Teknik Mesin dan bapak Ir. Tulus Burhanuddin, M.T. Sebagai Sekertaris Departemen Teknik Mesin serta Seluruh Staf Pengajar di Departemen Teknik Mesin. 4. Bapak dan Ibu staff pegawai yang telah banyak membantu penulis semasa kuliah di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 5. Teman-teman Teknik Mesin USU Ekstension terutama Stambuk 2009 yang telah banyak membantu penulis didalam segala hal, terima kasih sahabat segala yang telah kau berikan akan ku ingat selalu. Semoga pertemanan dan persahabatan ini selalu untuk selamanya. 6. Dan semua orang yang namanya tidak mungkin saya sebutkan satu per satu disini. Terimakasih atas semua bantuan dan dukungan nya, semoga Tuhan yang membalas semua kebaikan kalian. Semua kisah pasti ada akhir yang harus dilalui, begitu juga akhir dari kisah ini aku yakin sangatlah indah. Semoga Tugas Sarjana ini bermanfaat buat kita semua. Medan, Januari 2012 Penulis Muhamad Nuh NIM: 090421057 ii
ABSTRAK Sebagai salah satu alternatif untuk membantu pembangunan di Indonesia maka diciptakanlah tower crane, yang bertujuan mengangkat material dalam kapasitas, jangkauan dan tinggi angkat yang maksimum. Kecenderungan untuk memakai tower crane saat ini semakin tinggi seiring dengan semakin meningkatnya pembangunan di Indonesia. 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 menjangkau semua area yang diperlukan untuk mengangkat beban yang diangkat ke tempat yang diinginkan. Dari hasil perhitungan berdasarkan kapasitas angkat maka diperoleh kapasitas angkat maksimum 12 ton di jarak lengan 21,4 m dan 3,2 ton di jarak lengan 70 m Dan juga di dapat kesimpulan dari analisa beban bervariasi terhadap jarak lengan tower crane yaitu semakin jauh jarak lengan tower crane maka kapasitas angkat maksimumnya semakin berkurang. Kata Kunci : Tower Crane, fixed installation. iii
DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR... i ABSTRAK... ii DAFTAR ISI... iii DAFTAR TABEL... vii DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR NOTASI/ISTILAH... x BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Tujuan Tugas Akhir... 1 1.3 Batasan Permasalahan... 2 1.4 Metode Penulisan... 2 1.5 Sistematika Penulisan... 2 BAB II PEMBAHASAN MATERI 2.1 Mesin Pemindah Bahan... 4 2.2 Klasifikasi Mesin Pemindah Bahan... 5 2.3 Dasar Pemilihan Mesin Pemindah Bahan... 5 2.4 Klasifikasi Crane... 7 2.4.1 Crane putar stasioner... 7 2.4.2 Crane dengan lintasan rel... 7 2.4.3 Crane lapangan kasar... 8 2.4.4 Crane lokomotif atau traktor rantai... 8 2.4.5 Crane tipe jembatan... 8 iv
2.5 Tower Crane... 11 2.5.1 Kriteria pemilihan tower crane... 11 2.5.2 Komponen utama tower crane... 11 2.5.3 Cara kerja tower crane... 13 2.6 Spesifikasi Perencanaan... 17 BAB III PERANCANGAN MEKANISME PENGANGKAT 3.1 Perancangan Tali Baja... 18 3.2 Peerancangan Puli... 24 3.3 Perancangan Drum... 27 3.4 Perancangan Kait... 30 3.5 Perancangan Motor Penggerak... 34 3.6 Perancangan Transmisi Mekanisme Pengangkat... 37 3.6.1 Perancanaan Dimensi Roda Tingkat I... 39 3.6.2 Perhitungan Kekuatan Roda Gigi Tingkat I... 41 3.6.3 Perancanaan Dimensi Roda Tingkat II... 43 3.6.4 Perancanaan Dimensi Roda Tingkat III... 45 3.6.5 Bantalan Transmisi Roda Gigi... 46 3.7 Sistem Rem Untuk Mekanisme Pengangkat... 51 BAB IV PERANCANAAN MEKANISME TROLLEY 4.1 Perancanaan Roda Jalan... 57 4.2 Perancanaan Tali Baja... 60 4.3 Perancanaan Puli... 64 4.4 Perancanaan Drum... 65 4.5 Perancanaan Motor Penggerak... 66 4.6 Perancanaan Mekanisme Trolley... 69 4.6.1 Perancanaan Dimensi Roda Tingkat II... 71 4.7 Sistem Rem Untuk Mekanisme Trolley... 73 v
BAB V PERENCANAAN MEKANISME GERAK SLEWING DAN PERANCANAAN KONSTRUKSI BOOM A. Mekanisme Gerak Slewing... 77 1.Motor Penggerak... 79 2.Sistem Rem Mekanisme Slewing... 82 B. Perencanaan Konstruksi Boom... 84 1. Konstruksi Boom... 84 2.Gaya Gaya Pada Batang Akibat Beban dan Beratnya Sendiri... 85 3. Pemeriksaan Kekuatan Konstruksi Boom... 88 4. Perencanaan Counter Weight ( Bobot Imbang ) 96 BAB VI MENGANALISA VARIASI BEBAN ANGKAT MAXIMUM TROLLY TERHADAP JARAK LENGAN TOWER CRANE 6.1 Analisa Beban Angkat Maksimum Bervariasi Menggunakan Persamaan Garis Lurus Terhadap Beban Merata.. 101 a. Metode Persamaan Garis... 103 b. Berat Kapasitas Angkat Trolly Bervariasi secara Teoritis 105 BAB VII KESIMPULAN 7.1 Kesimpulan... 112 7.2 Saran... 115 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN vi
DAFTAR TABEL Table 3.1 Menentukan Harga NB... 20 Table 3.2 Dimensi Puli... 26 Table 3.3 Tekanan Bidang yang Diizinkan... 26 Table 4.1 Dimensi Puli... 65 Tabel 5.1 Klasifikasi dari Tower Crane... 99 Tabel 5.2 Panjang Jumlah dan Masa kerangka Bobot Lawan (Hasil Perhitungan)... 100 Tabel 5.3 Berat Panjang dan Jumlah Panjang Boom... 100 Tabel 6.1 Perbandingan Hasil Teori dan Praktek.... 110 vii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Crane Dinding... 9 Gambar 2.2 Crane Palang... 9 Gambar 2.3 Overhead Crane with Single Girder... 9 Gambar 2.4 Overhead Crane with Double Girder... 10 Gambar 2.5 Crane Semi Gantry... 10 Gambar 2.6 Crane Gantry... 10 Gambar 2.7 Bagian bagian Utama Tower Crane... 13 Gambar 2.8 Gerakan Angkat Turun... 14 Gambar 2.9 Gerakan Trolly Jalan Mendatar... 15 Gambar 2.10 Gambar Posisi Trolly di ujung Lengan... 16 Gambar 2.11 Gerakan Angkat Turun... 16 Gambar 3.1 Konstruksi Serat Tali Baja... 19 Gambar 3.2 Diagram Lengkunga Tali Baja Mekanisme Hoist... 20 Gambar 3.3 Puli... 25 Gambar 3.4 Drum... 27 Gambar 3.5 Diagram Lengkungan Tali Baja... 28 Gambar 3.6 Kait Tunggal/Standart... 30 Gambar 3.7 Penampang Kait... 32 Gambar 3.8 Motor Penggerak... 34 Gambar 3.9 Sistem Transmisi Roda Gigi... 38 Gambar 3.10 Nama Bagian Roda Gigi... 39 Gambar 3.11 Gaya Pada Roda Gigi... 47 viii
Gambar 4.1 Trolley... 56 Gambar 4.2 Diagram Untuk Menentukan Tahanan Gesek... 58 Gambar 4.3 Diagram Roda Puli Untuk Tali Pengangkat... 59 Gambar 4.4 Diagram Mekanisme Trolley... 60 Gambar 4.5 Diagram Untuk Menentukan Tarikan Tali... 61 Gambar 5.1 Konstruksi Boom... 85 Gambar 5.2 Pembebanan Boom Maksimum... 85 Gambar 5.3 Pembebanan Boom Akibat Beban Sendiri... 87 Gambar 5.4 Pembebanan Boom maksimum yang Diizinkan... 87 Gambar 5.5 Gaya-Gaya Setiap Sambungan Pada Boom... 88 Gambar 5.6 Gaya-gaya Pada Spreader... 91 Gambar 5.7 Diagram Benda Bebas Pada Spreader... 92 Gambar 5.8 Lengan Bobot Imbang... 97 Gambar 5.9 Balok Counter Weight... 98 Gambar 6.1 Grafik Perbandingan Kapasitas Angkat Maximum terhadap Jarak Lengan tower Crane.... 111 ix
DAFTAR NOTASI / ISTILAH Notasi Arti Satuan Q Kapasitas Angkat Maksimum kg q Berat Spreader (Rumah Kait) kg S Tegangan Tarik Maksimum Tali Baja kg/mm 2 η Efisiensi % P Kekuatan Putus Tali Sebenarnya kg K Faktor Keamanan P b Beban Patah kg σ Tegangan kg/mm 2 d Diameter mm D min Diameter Minimum Puli dan Drum mm F 222 Luas Penampang Tali Baja mm 2 m C z 1 z 2 α β φ e 1 Jumlah kelengkungan berulng Faktor Karakteristik Konstruksi Tali dan Kekuatan Tarik Bahan Jumlah lengkungan berulang yang diizinkan Jumlah lengkungan berulang persiklus kerja Jumlah siklus rata-rata perbulan Faktor Perubahan Daya Tali Perbandingan Jumlah lengkungan dan Putus Tali Faktor yang tergantung pada tipe alat pengangkat dan kondisi operasinya e 2 Faktor yang tergantung pada konstruksi tali x
P Tekanan Bidang Pada Gandar Roda Puli kg/cm 2 z Jumlah lilitan H Tinggi m L Panjang mm v Kecepatan Keliling m/s ω Tebal dinding drum mm t kisar ulir mm A Luas penampang mm 2 V Kecepatan m/s N Daya HP M Momen N.m n Putaran rpm GD 2 Momen girasi N.m g Gravitasi m/s 2 t Waktu s α Sudut tekan roda gigi 0 m Modul mm z Jumlah gigi gigi b Lebar gigi mm i Perbandingan a Jarak Sumbu Poros mm h k Tinggi Kepala Gigi mm h f Tinggi Kaki Gigi mm xi
c k Kelonggaran Puncak mm t Jarak bagi lingkaran mm S 0 Tebal gigi mm Ft Gaya Tangensial Newton A Luas Permukaan mm 2 Y f v Faktor bentuk gigi Faktor Dinamis δ β k Koefisien pengaruh masa bagian mekanisme transmisi Koefisien pengereman Faktor Kecepatan Gelinding Roda D w Diameter roda Trolley mm G 0 Berat Trolley kg μ k ε Koefisien Gesek Koefisien gesek Roda Gelinding Koefisien tahanan Roda puli f Defleksi tali Baja yang diizinkan mm q r Berat tali Baja kg S Luas Bidang m 2 P w Tekanan Angin kg/m 2 T Gaya rem keliling total kg N Tekanan Normal kg/cm 2 F Luas Permukaan Kontak cm 2 W Berat kg xii
E Modulus Elastisitas kg/m 2 F Gaya kg R Jari-jari/radius mm I Momen Inersia kg.mm 4 xiii