Crane

PERANCANGAN WORKSTATION BRIDGE CRANE DENGAN KAPASITAS 1.000 KG

INTISARI Pada saat ini, pesawat pengangkat (mesin pemindah bahan) semakin banyak diperlukan untuk menunjang kegiatan manusia. Alat ini digunakan untuk memindahkan muatan di pabrik, lokasi konstruksi, tempat penyimpanan dan pembongkaran muatan, dan sebagainya, yang tidak memungkinkan dikerjakan dengan tenaga manusia. Jenis pesawat pengangkat yang sering digunakan dan banyak dijumpai adalah crane . Crane  merupakan gabungan mekanisme pengangkat secara terpisah dengan rangka untuk mengangkat atau sekaligus mengangkat dan memindahkan muatan yang dapat digantung secara bebas atau diikatkan pada crane . Dalam industri, workstation bridge crane  banyak digunakan untuk mengangkat alat-alat atau komponen yang tidak terlalu berat seperti: untuk mengangkat plat-plat logam dan komponen mesin pada industri manufaktur, untuk mengangkat kelapa sawit menuju tempat pengolahan pada industri pengolahan kelapa sawit, dan lain-lain. Workstation bridge crane  merupakan jenis crane  tipe jembatan yang dilengkapi dengan kaki pendukung yang tinggi, untuk menopang rangka crane  diatas permukaan lantai. Crane  ini berbentuk segi empat dengan jumlah kaki empat buah atau lebih yang dipasang pada ujung-ujung header . Dalam memindahkan beban, workstation bridge cranes  dapat melakukan dalam 3 gerakan, yaitu gerakan mengangkat dan gerakan horisontal dalam 2 arah akibat gerak troli dan gerak  jembatan. Dalam perancangan ini akan dibahas perencanaan workstation bridge crane  yang mempunyai kapasitas maksimal 1.000 kg, tinggi angkat maksimal 2 meter, tinggi  jembatan 3,6 meter, panjang jembatan dan jarak antar  header  10 meter, dan jumlah kaki 4 buah. Crane  yang direncanakan ditentukan termasuk peralatan kerja ringan dengan 8 jam operasi perhari, 40 kali siklus kerja perhari, 25 kerja perbulan, sehingga ada 1000 siklus kerja rata-rata perbulan.

TUJUAN PERANCANGAN : Untuk merancang sebuah crane  yang sederhana dan dapat digunakan untuk membantu kerja manusia dalam memindahkan dan mengangkat barang atau muatan dalam ruang yang kecil.

BATASAN-BATASAN : Pada perancangan ini hanya akan dibahas tentang perancangan bagian-bagian utama dari crane , antara lain : 1. Sistem pengangkat yang terdiri dari : tali, puli, drum, kait, transmisi roda gigi, motor, dan peralatan penahan. 2. Unit troli yang terdiri dari : roda, transmisi roda gigi, motor, dan rem. 3. Struktur rangka yang terdiri dari : jembatan, gantri, dan header . 4. Kaki crane .

DATA TEKNIS : 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Kapasitas maksimal : 1.000 kg Tinggi pengangkatan : 2 meter Panjang jembatan : 10 meter Jarak antar header : 10 meter Tinggi jembatan : 3,6 meter Kecepatan pengangkatan : 15 meter/menit Kecepatan gerak troli : 45 meter/menit Kecepatan gerak jembatan : 90 meter/menit Crane yang direncanakan termasuk peralatan kerja ringan dengan 8 jam operasi perhari, 40 kali siklus kerja perhari, 25 kerja perbulan, sehingga ada 1000 siklus kerja rata-rata perbulan.

FLOW CHART MULAI

PENDAHULUAN Pengertian Crane, Jenis-jenis Crane, Pengertian Workstation Bridge Crane dan Bagian-bagiannya, serta Batasan Masalah SISTEM PENGANGKAT Perencanaan Sistem Puli, Tali Baja, Kait, Puli, Drum, Motor Listrik, Peralatan Penahan, dan Transmisi Roda Gigi.

PERENCANAAN UNIT TROLI Perencanaan Roda Troli, Poros, Bantalan, Motor Listrik, Transmisi Roda Gigi, dan Badan Troli

STRUKTUR RANGKA Perencanaan Jembatan, Gantri, dan Header PERENCANAAN KAKI Beban pada Kaki, Momen pada K aki, Pemilihan Bahan dan Profil Kaki, dan Plat pada Dasar Kaki

KESIMPULAN

SELESAI

SISTEM PENGANGKAT MULAI

MASUKAN Kapasitas, Operasi Kerja, Jumlah Lengkungan, Spesifikasi Tali, Ukuran Kait, Tinggi Pengangkatan, Kecepatan Pengangkatan

RUMUS-RUMUS Perhitungan Tali, Drum, Puli dan Kait, Pemilihan Motor Listrik, Perhitungan Peralatan Penahan, Perhitungan Transmisi Roda Gigi

HASIL Diameter Tali, Diameter Drum dan Puli, Panjang Drum, Kekuatan Kait, Jenis Motor Listrik dan Spesifikasinya, Jenis Rem dan Ukurannya, Ukuran Racet, Ukuran dan Kekuatan Transmisi Roda Gigi

SELESA I

Perhitungan Tali, Drum, Puli, dan Kait a) Data-data Kapasitas & keamanannya Jumlah bagian tali yang menyangga muatan Efisiensi puli Efisiensi kerugian tali Dmin d Jenis tali Kekuatan tarik tali Faktor keamanan Jumlah siklus kerja rata-rata perbulan Diameter dalam tangkai kait Diameter luar tangkai kait Tinggi pengangkatan Angka transmisi sistem puli Modulus elastisitas baja

Q : 1.150 kg n :2 ηp : 0,951 (tabel) ηt : 0,98 (asumsi) : 18 (perhitungan & tabel) : 6 x 37 σB : 15.000 kg/cm2 k : 5,5 (tabel) a : 1000 di : 17,294 mm do : 20 mm Y : 2 meter i :1 E : 21,1 x 105 kg/cm2

b) Rumus-Rumus Q

S=

dengan : S : beban oleh masing-masing bagian tali.

nη p η t

F(222) =

S d

σB k 



D m in

2 F(222) = 222 πδ k 

36.000

dengan : F : luas penampang tali; d : diameter tali; D : diameter drum/puli dengan : δk : diameter kawat

4

Si = P

dengan : Si : tarikan maksimal yang diijinkan; P : kekuatan putus tali

k 

N=

σt =

z

dengan : N : umur tali; z : Jumlah lengkungan berulang yang mengakibatkan kerusakan tali (ribuan); β : faktor  perubahan daya tahan tali; φ : faktor keamanan

az 2βυ

Q π di

dengan : σt : tegangan pada bagian yang berulir; di: diameter 

2

4

H=

dalam tangkai kait 4Qt

dengan : H : tinggi mur kait; t : kisar ulir tangkai kait; do : diameter luar tangkai kait; qo : tegangan permukaan ijin

π(do  di 2 )qo 2

L =  2 Y i  12 s  l  π D  1

t 

dengan L : panjang drum; s1 : kisar alur drum; lt : jarak antara alur kanan dan kiri drum

ω = 0,02 x ( 0,6 sampai 1 ) σcomp =

S

dengan ω : tebal diniding drum

dengan σcomp : tegangan tekan pada drum

ω s1

c) Hasil perhitungan Besaran S F δk Si N

Nilai 617 kg 85 mm 0,69 mm 1.784 kg 39,125 bulan

Besaran σt H L ω σcomp

Nilai 490 kg/cm2 0,03 cm 50 cm 1,3 cm 279,19 kg/cm2

Pemilihan Motor Listrik a) Data-Data Kecepatan pengangkatan Efisiensi total mekanisme Waktu start Putaran motor

b) Rumus-Rumus Nst = Q vo

vo : 15 meter/menit η : 0,75 ts : 3 detik n : 1500 rpm

dengan Nst : daya statik

75η

Mst = 716,2

Nst

dengan Mst : momen statik motor.

n

2 2 Mdyn = δ GD n  0,975Q vo

375ts

nt s η

mekanisme Mmot = Mst + Mdyn

dengan Mdyn : momen dinamik saat start, δ : koefisien yang memperhitungkan pengaruh masa transmisi. dengan Mmot : momen total

c) Hasil perhitungan Besaran

Nilai

Daya statik (Nst) Momen statik motor (Mst) Momen dinamik saat start (Mdyn) Momen motor (Mmot)

3,8 kw 1,81 kg.m 1,99 kg.m 3,8 kg.m

Peralatan Penahan a) Data-Data Jenis rem Waktu pengereman Jumlah gigi racet Tegangan lentur bahan racet (baja 45) b) Rumus-Rumus Nbr = Q vo η

: rem pita diferensial tbr : 1 detik Z : 16 σb : 500 kg/cm2

dengan Nbr : daya pengereman

60 x 75

M’st = 716,2 M’dyn =

Nbr

dengan M’st : momen pengereman statis

n

δ GD2 n 375tbr



0,975Q vo2 η

Mbr = M’st + M’dyn m = 2 x3

Mbr Z .(σ b )

Drct = Z x m brct = υ x m

nt br

dengan M’dyn : momen dinamik saat pengereman dengan Mbr : momen pengereman dengan m : modul racet, υ : faktor keamanan dengan Drct : diameter roda racet dengan brct : lebar roda gigi racet

dpengunci =

2,713

Mbr  brct

  m  Zmσ b  2

dengan dpengunci : diameter titik putar pengunci roda racet

c) Hasil perhitungan Besaran Nbr M’st M’dyn Mbr

Nilai 2,15 kw 1,37 kg.m 5,94 kg.m 7,64 kg.m

Besaran m Drct Brct dpengunci

Nilai 0,7 cm 11,2 cm 1,75 cm 1,7 cm

Transmisi Roda Gigi

a) Data-Data Angka transmisi Modul gigi Diameter roda gigi terkecil Daya motor Putaran motor Diameter poros Modulus elastisitas bahan Modulus kekakuan bahan Densiti bahan

i :3x5x5 m : 2 mm : 50 mm N : 4,5 kw n : 1.500 rpm ds : 35 mm E : 21,1 x 105 kg/cm2 G : 8,08 x 105 kg/cm2 ρ : 7,8 kg/cm3

b) Rumus-Rumus Pt = 71620

N 0,746 n r

Pt

σb =

dengan σb : tegangan lentur roda gigi, b : lebar roda gigi, Y : faktor bentuk gigi (tabel), fv : faktor dinamis (tabel)

bmYf  v

16

τs =

(Cm M) 2  (Ct T) 2

π (d)3

τs

σB = θ=

dengan Pt : gaya tangensial roda gigi

dengan τs : tegangan geser ijin pada poros, Cm : faktor  koreksi momen terhadap beban kejut dan lelah (tabel), Ct : faktor koreksi torsi terhadap beban kejut dan lelah (tabel), M : momen pada poros, T : torsi pada poros. dengan σB : tegangan tarik maksimal

0,18 TL

dengan θ : defleksi puntir, L : panjang poros yang mengalami puntiran, J : momen inersia polar.

GJ n

ncr =

60 2π

g

 w .δ i

i 1 n

 w .δ i

i 1

a

6 C  Lh = 10    

60n  p 

2 i

i

dengan ncr : putaran kritis poros, w : beban bodi yang berputar, δ : defleksi pada beban

dengan Lh : umur bantalan, C : kapasitas nominal dinamik spesifik bantalan, p : beban pada bantalan

c) Hasil Perhitungan

Besaran Diameter roda gigi Tingkat 1 Tingkat 2 dan 3 Gaya tangensial Tingkat 1 Tingkat 2 Tingkat 3 Tegangan lentur Tingkat 1 Tingkat 2 Tingkat 3 Poros 1 Tegangan geser ijin Tegangan tarik mak Defleksi puntir

Nilai

50 & 150 mm 50 & 250 mm 115,21 kg 345,62 kg 1.728,1 kg 14,2 kg/mm2 24 kg/mm2 70,8 kg/mm2 1,36 kg/mm2 7,58 kg/mm2 0,37˚ permeter 

Besaran

Nilai

Putaran kritis Umur bantalan Poros 2 Tegangan geser ijin Tegangan tarik mak Defleksi puntir Putaran kritis Umur bantalan Poros 3 Tegangan geser ijin Tegangan tarik mak Defleksi puntir Putaran kritis Umur bantalan

98.076 rpm 39 tahun 4,98 kg/mm2 27,67 kg/mm2 0,4˚ permeter  54.289 rpm 51 tahun 26,88 kg/mm2 149,33 kg/mm2 2,08˚ permeter  28.437 rpm 2,6 tahun

UNIT TROLI MULAI

MASUKAN Kapasitas, Perkiraan Berat Troli dan Sistem Pengangkat, Ukuran Roda, Kecepatan gerak Troli

RUMUS-RUMUS Roda , Peralatan Penahan, Pemilihan Motor Listrik, Transmisi Roda Gigi

HASIL Tahanan Gerak Roda, Bahan Roda, Jenis Bantalan, Motor Listrik dan Spesifikasinya, Rem dan Ukurannya, Ukuran dan Kekuatan Transmisi Roda Gigi

SELESA I

Perhitungan Roda dan Gandar a) Data-Data Beban yang diangkat Berat troli dan sistem pengangkat Jumlah roda Diameter rata-rata roda Koefisien gesek bantalan Koefisien gesek rol Lebar roda Sudut tirus roda Modulus elastisitas baja Diameter gandar b) Rumus-Rumus Pmak = Q  G

Q : 1.150 kg G : 300 kg : 4 buah D : 15 cm μ : 0,1 k : 0,05 cm B : 40 mm α : 8˚ E : 21,1 x 105 kg/cm2 dg: 40 mm

dengan Pmak : beban masing-masing roda

4

W1 =

μ d g  2k  (Q  G) D

W2 = ( Q + G ) μ1 sin δ/D

W3 = ( Q + G )

 1

2

h/R

dengan W1 : tahanan gerak pada bantalan

dengan W2 : tahanan akibat gelincir kearah lateral, μ1 : koefisien yang nilainya 0,15 – 0,2, δ : kelonggaran antara rel dan flens (10 mm) dengan W3 : tahanan gesekan rel dan flens, h/R : sekitar 0,5

W4 = (Q  G)μ1 sinα

dengan W4 : tahanan akibat ketirusan roda

W = W1 + W2 + W3 + W4

dengan W : tahanan gerak

R

σmak = 4000

3

  1

Pk 

 R 1



1  

 R 2 

dengan σmak : tegangan tekan satuan lokal aman maksimal roda , R1 : jari-jari pangkal tirus, R2 : jarijari ujung tirus, k: (1s/d 0,2) vt

c) Hasil Perhitungan Besaran Pmak W1 W2 W3

Nilai 362,5 kg 48,33 kg 0,29 kg 20,95 kg

Besaran W4 W σmak

Nilai 4,57 kg 74,14 kg 9.389 kg/cm2

Pemilihan Motor Listrik a) Data-Data Kecepatan gerak troli Efisiensi total mekanisme

vt : 45 meter/menit η : 0,85

b) Rumus-Rumus Nst =

W vt 75 η

Rumus-rumus yang lain sama dengan pada sistem pengangkat c) Hasil Perhitungan Besaran

Nilai

Daya statik (Nst) Momen statik motor (Mst) Momen dinamik saat start (Mdyn) Momen motor (Mmot)

651 watt 0,42 kg.m 0,36 kg.m 0,78 kg.m

Peralatan Penahan a) Data-Data Kecepatan gerak troli Efisiensi total mekanisme Waktu pengereman

vt : 45 meter/menit η : 0,85 tbr : 1 detik

b) Rumus-Rumus N’br =

W' v t 75 η

dengan W’ : tahanan gerak dengan mengabaikan gesekan flens roda dengan rel

Mbr = M’dyn – M’st Rumus-rumus yang lain sama dengan pada sistem pengangkat c) Hasil Perhitungan Besaran

Nilai

Daya pengereman (Nbr) Momen pengereman statik (M’st) Momen dinamik saat pengereman (M’dyn) Momen pengereman (Mbr)

0,51 kw 0,32 kg.m 0,92 kg.m 0,6 kg.m

Transmisi Roda Gigi a) Data-Data Angka transmisi Modul gigi Diameter roda gigi pada roda Jarak antar poros Daya Motor Diameter poros

i :4x4 m : 2 mm D : 18 cm : 12 cm N : 750 watt ds : 24 mm

b) Hasil Perhitungan Besaran Diameter roda gigi Tingkat 1 Tingkat 2 Gaya tangensial Tingkat 1 Tingkat 2 Tegangan lentur Tingkat 1 Tingkat 2 Poros 1

Nilai 48 & 192 mm 45 & 180 mm 19,98 kg 85,25 kg 2,93 kg/mm2 6,87 kg/mm2

Besaran

Nilai

Tegangan geser ijin Tegangan tarik mak Defleksi puntir Putaran kritis Poros 2 Tegangan geser ijin Tegangan tarik mak Defleksi puntir Putaran kritis Umur Bantalan

0,6 kg/mm2 3,33 kg/mm2 0,2˚ permeter  27.303 rpm 3,4 kg/mm2 18,89 kg/mm2 0,8˚ permeter  24.421 rpm 24 tahun

STRUKTUR RANGKA MULAI

MASUKAN Kapasitas, Perkiraan Berat Troli dan Sistem Pengangkat, Ukuran dan Jenis Batang, Kecepatan Gerak Jembatan

RUMUS-RUMUS Perhitungan Jembatan dan Penggeraknya, Perhitungan Gantri, Perhitungan Header

HASIL Kekuatan Batang yang Digunakan

SELESA I

Perhitungan Jembatan a) Data-Data Jenis batang Panjang batang Jarak antar tumpuan Kecepatan jembatan Momen inersia batang Berat jembatan Jarak antar roda Jarak antar sambungan

: S 200 x 27,4 : 10 meter L : 8,5 meter vj : 90 meter/menit I : 2.400 cm4 Gj : 616,5 kg b : 22,5 cm λ : 1,6 meter

b) Rumus-Rumus M’ =

G jL

dengan M’ : momen lentur maksimal akibat beban konstan

8

T’ = Gj/2 M” =

T” =

dengan T’ : gaya lateral maksimal akibat beban konstan

2P 

b

L

2

 (L 

2P 

b

L

2

 (L 

 

)  x x

 

)  x

dengan M” : momen maksimal akibat beban bergerak; x : 4,44 meter; P : beban roda

dengan T”: gaya lateral maksimal akibat beban bergerak; x: 0

  σb = ( .M'  μM") y

dengan σb : tegangan satuan akibat momen lentur; υ : koefisien dinamik untuk gaya akibat beban konstan; μ : koefisien dinamik untuk gaya akibat beban bergerak; y : ½ tinggi batang dengan τ : tegangan satuan akibat gaya lateral; S :

I

τ = ( .T'  μT") S wI

momen luasan statis; w : lebar batang δ=

5G jL3 384Im E

δijin =



1 700

P 48EI m

(L  b)L  (L  b) 2

2



dengan δ : defleksi; Im = (Aatas + Abawah)

c) Hasil Perhitungan M’ T’ M” T”

Nilai 655,03 kg.m 327,52 kg 1.500,11 kg.m 715,4 kg

2

4

xL

Besaran

h

Besaran σb τ δ δijin

Nilai 974,89 kg/cm2 16,1 kg/cm2 0,07 cm 1,2 cm

Penggerak Jembatan Besaran

Nilai

Besaran

Pmak W σmak Nst Mst Mdyn Mmot Nbr M’st M’dyn Mbr

446,25 kg 91,27 kg 14.512 kg/cm2 1,6 kw 1,03 kg.m 1,33 kg.m 2,36 kg.m 1,4 kw 0,89 kg.m 1,58 kg.m 0,69 kg.m

Diameter roda gigi Roda gigi 1dan 2 Roda gigi 3 dan 4 σb Poros 1 θ ncr Poros 2 θ ncr Lh

Nilai

8 & 16 cm 5,6 & 18 cm 7,72 kg/cm2 0,23˚ permeter  16.987 rpm 0,5˚ permeter  19.552 rpm 14,09 tahun

Perhitungan Gantri a) Data-Data Jenis batang Berat batang Jarak antar roda Jarak antar tumpuan Momen inersia batang

: S 200 x 27,4 Gg : 905 kg b : 23,6 cm L : 10 meter I : 2.400 cm4

b) Rumus-Rumus K=

G n 1 Q  G  1/2 G j

Mrem = σb =

80L

 .T'  μT"

A



b (L  ) 2

μ Mp  M rem Sx

dengan K : beban pada tiap sambungan; G : berat batang tanpa batang atas; n : jumlah sambungan dengan Mrem : momen tambahan akibat pengereman dengan Mp : P

 

; Sx = A x ½ H; A : luas penampang

6

batang; H : tinggi batang δ=

40 ML2 384 EI m

dengan Im = (Aatas + Abawah) h2/4

c) Hasil Perhitungan

Besaran K M’ T’ M” T” Mrem

Nilai 60,28 kg 104.739,5 kg.cm 482,24 kg 435.719 kg.cm 1.763,93 kg 2.180 kg.cm

Besaran Mp Sx σb Im δ δijin

Nilai 15.618,8 kg.cm 353,63 cm3 125,63 kg/cm2 174.200 cm4 0,15 cm 1,4 cm

Perhitungan Header a) Data-Data Jenis batang Panjang batang Momen inersia batang Berat batang Beban terpusat pada batang

: S 250 x 52 L : 1.050 cm I : 6.120 cm4 Gh : 546 kg PA : 2.060 kg

b) Rumus-Rumus σ=

MH

dengan σ : tegangan pada batang; M : momen maksimal; H : tinggi batang

2I 3

δ’ = δ” =

5 GhL

dengan δ’ : defleksi akibat beban konstan batang

384 EI 60P A x 2 2EI

 4,89 .10  3 x  0.28

dengan δ” : defleksi akibat beban terpusat; x : 510,9 cm

c) Hasil Perhitungan Besaran

Nilai

Besaran

Nilai

M σ σy δ’

219.332,1 kg.cm 455,15 kg/cm2 682,72 kg/cm2 0,6 cm

δ” δ δijin

0,28 cm 0,88 cm 1,45 cm

KAKI MULAI

MASUKAN Beban Total pada Kaki, Ukuran Batang, Bahan Batang Kaki

RUMUS-RUMUS Beban Kritis pada Kaki, Tegangan Ijin pada Kaki,

HASIL Kekuatan Batang yang Digunakan

SELESA I

a) Data-Data Jenis Batang Tinggi Kaki Beban Maksimal Kaki Momen Inersia

: W 200 x 25 L : 5,35 meter P : 2.247,71 kg Ix : 2.360 cm4 Iy : 3.100 cm4

b) Rumus-Rumus Pcr = σijin =

20,19EI

dengan Pcr : beban kritis kaki

L2 1  (Cc ) 2 / (2C c ) 2 σ y SF

dengan Cc : L/rmin : 172,58 cm; SF : 2

c) Hasil Perhitungan Besaran

Nilai

Beban Kritis ( Pcr ) Tegangan ijin ( σijin )

31.255,8 kg 633,86 kg/cm2

KESIMPULAN Dari perhitungan diatas, maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut : 1. Diameter tali baja yang digunakan adalah 14 mm dengan diameter masingmasing kawat 0,69 mm 2. Umur tali baja diperkirakan 39,125 bulan 3. Diameter puli dan drum adalah 252 mm dengan panjang drum 500 mm 4. Daya motor listrik yang digunakan pada sistem pengangkat adalah 4,5 kw dengan putaran 1.500 rpm 5. Daya motor listrik yang digunakan pada penggerak troli adalah 750 watt dengan putaran 1.500 rpm 6. Daya motor listrik yang digunakan pada penggerak jembatan adalah 2 kw dengan putaran 1.500 rpm 7. Jenis batang yang digunakan pada jembatan dan gantri adalah S 200 x 27,4 dengan bahan AISI 1015 8. Jenis batang yang digunakan pada header adalah S 250 x 52 dengan bahan AISI 1015 9. Jenis batang yang digunakan pada kaki adalah W 200 x 25 dengan bahan AISI 1015