BAB III PERENCANAAN DAN GAMBAR 3.1 Skema Dan Prinsip Kerja Alat Prinsip kerja mesin pemotong krupuk rambak kulit ini adalah sumber tenaga motor listrik ditransmisikan kepulley 2 dan memutar pulley 3 dengan poros. Pulley 4 digerakkan melalui v-belt sehingga pisau bergerak memotong kulit yang secara otomatis turun langsung ketempat penadah krupuk rambak kulit. Sketsa mesin pemotong krupuk rambak kulit dapat dilihat pada Gambar 3.1. 2 1 16 15 3 4 14 5 6 13 7 12 8 9 10 11 Gambar 3.1mesin pemotong krupuk rambak kulit Keterangan: 1. Penggulung 9. Bearing 2. Tutup pulley 10. V-belt motor listrik kepulley 3. Saklar On/Off 11. V-belt pulley kepisau 4. Pulley ke 4 12. Pulley ke 2 13
14 5. Motor listrik 13. Penadah adonan 6. Pulley ke 1 14. Gear 7. Pulley ke 3 15. Pisau pemotong 8. Poros antar pulley 16. Tempat masuk adonan 3.2 Diagram Alir Proses Perancangan Konstruksi Proses perancangan konstruksi mesin pemotong krupuk rambak kulit terlihat pada Gambar 3.2. Mulai Survei alat yang sudah ada dipasaran Membuat gambar sketsa rangka Perhitungan kekuatan rangka dan sambungan las Perencanaan dan pemilihan material rangka Proses pembuatan Proses perakitan Perbaikan Evaluasi alat Tidak Ya Selesai Gambar 3.2 Perencanaan alur pengerjaan
15 3.3 Perencanaan Konstruksi Mesin pemotong krupuk rambak kulit dalam pembuatannya, rangka merupakan bagian yang penting untuk menopang semua komponen. Rangka mesin pemotong krupuk rambak kulit harus didesain terlebih dahulu agar didapatkan hasil konstruksi yang kuat dan aman. Konstruksi rangka ditunjukkan pada Gambar 3.3. Gambar 3.3 Konstruksi rangka 3.3.1 Perencanaan rangka bagian atas A-B Untuk mempermudah perhitungan, diasumsikan beban ketika pulley dan motor listrik sedang bekerja sehingga ada kekuatan dari beban tarik dan diasumsikan beban terpusat pada tengah rangka, karena beban terpusat lebih kritis dibandingkan dengan beban merata. Data-data yang diketahui antara lain: - 1 buah pisau = 7 kg - 1 buah penggulung = 5 kg - 1 buah pulley = 1 kg - 1 buah penutup = 0,5 kg - Bahan kulit = 1,5 kg + Massa total = 15 kg Fmassa = 15 kg x 10 m/s 2 = 150 N
16 Mesin pemotong krupuk rambak kulit memiliki dua buah pulley pada bagian kanan mesin, dengan data sebagai berikut : Daya motor listrik = 1/2 Hp Putaran motor (N1) = 1450 Rpm Putaran silinder (N2) = 483,33 Rpm Diameter pulley penggerak (D1) = 2 inch = 50,8 mm ( 1inch = 25,4) Diameter pulley silinder (D2) = 6 inch = 152,4 mm Bahan pulley = Besi cor Jenis sabuk = v-belt a. Putaran pada silinder N 2 = N2 = 483,33 Rpm b. Panjang sabuk ( ) [ ( ) ] ( ) ( ) [ ( ) ] ( ) (1 inchi = 25,4 mm) A- 32 c. Kecepatan sabuk
17 d. Menghitung sudut kontak Jadi diperoleh : ( ) 2,89 rad e. Tarikan sisi kencang dan kendor (T1 dan T2) sabuk diperoleh dengan perhitungan sebagai berikut : T 1 = T T c (T ) berasal dari= stress. area = 246 1,37 = σ a = 244,63 N = 3 82 mm 2 = 246 N (Tc) berasal dari = M (v) 2 = 0,093 kg/m (3,85) 2 = 1,37 N Maka,
18 T2 = T2 = T2 = 23,52 N T1 + T2 = 245,95 + 23,52 = 269,55 N Jadi total beban yang didapat rangka atas adalah 150 N + 269,55 N = 419,55 N Kontruksi rangka bagian atas yang akan dihitung ditunjukkan padagambar 3.4 1. Analisa pada batang A-B Gambar 3.4 Konstruksi rangka bagian atas Gaya yang bekerja pada batanga-b dapat dilihat pada Gambar 3.5 Gambar 3.5 Gaya yang bekerja pada batang A-B Koefisien gaya luar dapat dihitung melalui : - F X = 0 - F Y = 0 R AY + R BY = 419,55 N - M A = 0 F 1. r 1 R AY. r 2 = 0 R AY. r 2 =F 1. r 1 R AY. 140 mm = 419,55 N. 70 mm R AY. 140 mm = 29368,5 Nmm R AY = R AY = 209,775 N
19 R BY = 209,775 N Gambar 3.6 potongan (x-x) dan (y-y) Koefisien gaya dalam dapat dihitung melalui : Potongan X-X = A-B Gambar 3.7 Koefisien gaya dalam A-B potongan (x-x) - N= 0 - V 1 = R AY - M 1 = R AY. x Potongan (y-y) Koefisien gaya dalam pada Potongan (y-y) dapat dilihat pada gambar 3.8 di bawah ini : N 1 = 0 Gambar 3.8 Koefisien gaya dalam A-B potongan (y-y) V 1 = R CY 130 M 1 = R CY. x 130 ( x -70 )
20 Koefisien gaya dalam dari titik potong A-B yang sudah dihitung dapat dimasukkan kedalam tabel 3.2 di bawah ini : Tabel 3.2 Koefisien gaya dalam potongan ( x-x) dan ( y-y) pada titika-b Potongan Titik Jarak Gaya normal Gaya geser Momen lentur ( x-x ) A 0 0 209,775 0 C 70 0 209,775 14684,25 ( y-y ) C 70 0-209,775 14684,25 B 140 0-209,775 0 NFD A C B SFD 209,775 N 209,775 N - 209,775 N BMD A C B - 209,775 N 14684,25 N A C B Gambar 3.12 NFD, SFD dan BMD rangka atas
21 3.3.2 Perencanaan rangka bagian bawah ( dudukan motor ) D-E Perhitungan gaya yang bekerja pada rangka bagian bawah (dudukan motor) adalah sebagai berikut: Data-data yang diketahui yaitu: - Massa 1 buah motor listrik = 13 kg Rangka bagian bawah yang akan dihitung dapat dilihat pada Gambar 3.8 1. Analisapadabatang D-E Gambar 3.8 Rangka bagian bawah Gaya yang bekerja pada batang D-E ditunjukkan pada Gambar 3.9. Gambar 3.9 Gaya yang bekerja pada batang D-E Koefisien gaya luar yang akan dihitung dari gambar di atas adalah : - F X = 0 - F Y = R DY + R EY = 130 N - M D = F 1. r 1 R EY. r 2 = 0 R EY. r 2 = F 1. r 1 R EY. 360 = 130.180 R EY = 65 N R DY = 65 N
22 Gambar 3.10 potongan x-x dan y-y Koefisien gaya dalam Koefisien gaya dalam pada Potongan (x-x) dapat dilihat pada gambar 3.11 dibawah ini : N 1 = 0 Gambar 3.11 Koefisien gaya dalam (x-x) V 1 = R DY M 1 = R DY.x Potongan (y-y) Koefisien gaya dalam pada Potongan (y-y) dapat dilihat pada gambar 3.12 di bawah ini : N 1 = 0 Gambar 3.12 Koefisien gaya dalam potongan (y-y) V 1 = R DY 130 M 1 = R DY. x 130 ( x -180 ) Koefisien gaya dalam dari titik potong D-E yang sudah dihitung dapat dimasukkan ke dalam tabel 3.2 di bawah ini:
23 Tabel 3.2 Koefisien gaya dalam potongan ( x-x) dan ( y-y) pada titik D-E Potongan Titik Jarak Gaya normal Gaya geser Momen lentur ( x-x ) D 0 0 65 0 F 180 0 65 11700 ( y-y ) F 180 0-65 11700 E 360 0-65 0 Koefisien gaya dalam hasil perhitungan dari gaya normal, gaya geser dan momen pada titik potong D-E digunakkan untuk menggambarkan diagram NFD, SFD dan BMD seperti padagambar 3.13 NFD D F E SFD 65 N 65 N - 65 N - 65 N D F E BMD 11700 N D F E Gambar 3.13 NFD, SFD dan BMD rangka bawah
24 2. Tegangan pada rangka (A-B) Rangka yang ingin dipakai berupa besi profil L St 37 dengan dimensi 40mm x 40mm x 4mm. Tipe bentuk pengelasan ditunjukkan pada Gambar 3.14. Gambar 3.14 Tipe bentuk pengelasan. a. Momen inersia ( I ) I = ( ) ( ) = ( ) ( ) = = 22939,2 mm 4 b. Jarak titik berat y = ( ) = ( ) = y = 8,52 mm c. Momen maksimum (M max ) = 14684,25 Nmm d. Faktor keamanan (S f ) karena beban statis maka faktor keamanan = 2 e.tegangan tarik maksimum bahan (σ max bahan) = 370 N/mm 2
25 f. Tegangan tarik ijin (σijin) diketahui: - σ max bahan = 370 N/mm 2 - S f = 2 - ketetapan = 0,36 (Khurmi & Gupta, 2001) Maka Tegangan tarik ijin (σijin) = 0,36 x 370 N/mm 2 = 133,2 N/mm 2 (karena S f = 2) = = 66,6 N/mm 2 g. Tegangan tarik pada rangka (σtarik rangka) = = = 5,28 N/mm 2 Karena σtarik rangka<σ ijin maka pemilihan rangka dengan bahan profil L St 37 dengan dimensi 40mm x 40mm x 4mm aman untuk menahan beban. 3.4 Perencanaan pengelasan Penggabungan konstruksi rangka mesin pemotong krupuk rambak kulit dilakukan dengan proses pengelasan. Perhitungan berdasarkan tipe pengelasan ditunjukkan pada Gambar 3.15. Gambar 3.15 Bentuk pengelasan
26 Rangka mesin yang sudah dihitung beban dari atas sampai ke bawah. Beban terberat dipilih untuk dijadikan perhitungan yaitu 419,55 N. Data : Tebal plat (b) = 36 mm Lebar plat (l) = 40 mm Jarak gaya dengan pusat titik berat (e) = 170 mm Gaya yang membebani (P) = 419,55 N t = s x sin 45 0 = 0.707s max= 0,18 x 370= 66.6 Mpa - Throat area A =t.( l + b )=0.707s(40 + 36 )= 53.732s - Gaya geser langsung τ= = = 7,80sN/mm - Momen bending M = P x e = 419,55 x 170 = 71323,5 N-mm - Section Modulus Z = t ( 4.l.b + b 2 ) = 0.707s (4. 40.36 + 36 2 ) = 831,432 s 6 6 - Tegangan bending σ b = = = 85,80s N-mm - Resultan dari gaya geser maksimum = (σ ) 66,6 = ( ) ( ) 66,6 = ( ) 66,6=, 66,6= 66,6 = 43,60s s = 1,52 Jadi tebal pengelasannya sebesar 1,42 mm
27 3.5 Simulasi analisa kekuatan rangka menggunakan software solidwork 1. Faktor keamanan (Factor of safety/fos/sf) Factor of safety merupakan sesuatu yang sangat penting karena diketahuinya keamanan suatu struktur maka tingkat kegagalan akan jauh berkurang. Factor of safety merupakan factor keamanan dari suatu meterial/bahan. Nilai FOS terkecil pada mesin pemotong krupuk rambak kulit ini terkecil adalah 0.45 yang berarti rangka ini aman diberi beban sebesar 500 N. Factor of safety ditunjukkan pada Gambar 3.15. Gambar 3.15Factor of safety 2. Von mise Metode Von mise memiliki keakuratan lebih besar disbanding metode lain, karena melibatkan tegangan tiga dimensi. Von mise merupakan criteria kegagalan untuk material ulet. Untuk menentukan criteria dari material tersebut dinyatakan aman atau tidak, maka dapat menggunakan hasil analisa von mise ini. Jika tegangan von mise lebih kecil dari yield strength material yang digunakan maka kekuatan struktur tersebut aman. Nilaitegangan von mise sebesar 25635442 N. Von mise rangka ditunjukkan pada Gambar 3.16.
28 Gambar 3.16Von mise rangka 3. Perubahan bentuk (Displacement) Displacement adalah perubahan bentuk pada benda yang dikenai gaya. Jika beban semakin besar maka displacement yang akan dihasilkan akan semakin besar, jika beban semakin kecil maka displacement yang dihasilkan juga kecil. Nilai tegangan Displacement sebesar 1630 N. Displacement rangka ditunjukkan pada Gambar 3.17. Gambar 3.17 Displacement rangka