perancangan backhoe excavator untuk material batu …
Post on 05-May-2022
2 Views
Preview:
TRANSCRIPT
i
PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK
MATERIAL BATU KAPUR YANG SETARA DENGAN
TIPE R 984 C Litronic
Tugas Akhir
Untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan
Mencapai Derajat Sarjana S-1
Program Studi Teknik Mesin
Disusun oleh
Ignatius Hari Prasetyo
NIM : 045214033
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
YOGYAKARTA
2010
ii
DESIGNING FOR LIMESTONE MATERIAL
BACKHOE EXCAVATOR EQUIVALENT
WITH R 984 C Litronic TYPE
Final Project
Pressented as Partial Fulfillment of the Requirements
to Obtain the Sarjana Teknik Degree
in Mechanical Engineering
By:
Ignatius Hari Prasetyo
Student Number : 045214033
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2010
iii
TUGAS AKHIR
PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK
MATERIAL BATU KAPUR YANG SETARA DENGAN
TIPE R 984 C Litronic
Disusun Oleh
Ignatius Hari Prasetyo
NIM : 045214033
Telah disetujui oleh :
Pembimbing Utama
Wibowo Kusbandono, S.T., M.T. Tanggal : September 2010
iv
TUGAS AKHIR
PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK
MATERIAL BATU KAPUR YANG SETARA DENGAN
TIPE R 984 C Litronic
Dipersiapkan dan ditulis oleh
Ignatius Hari Prasetyo
NIM : 045214033
Telah dipertahankan didepan Panitia Penguji
Pada tanggal 13 Agustus 2010
dan dinyatakan memenuhi syarat
Susunan Panitia Penguji
Ketua : Ir. Y.B. Lukiyanto, M.T. __________________
Sekretaris : Doddy Purwadianto, S.T., M.T. __________________
Anggota : Wibowo Kusbandono, S.T., M.T. __________________
Yogyakarta, 7 September 2010
Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Sanata Dharma
Yogyakarta
Dekan
(Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T.)
vi
INTISARI
Tujuan dari penelitian peralatan berat ini adalah merancang penggerak
hydraulic sistem pada silinder hidrolik bucket, silinder hidrolik arm, silinder
hidrolik boom, dengan kapasitas bucket 7,7 meter3 untuk mengerjakan jenis
material batu kapur sehingga diperoleh diameter kepala piston silinder hidrolik
bucket 139 mm dengan diameter batang piston 85 mm. Diameter dalam
cylinder hydraulic 140 mm.Diameter luar cylinder hydraulic 255 mm. Tebal
dinding cylinder hydraulic 57,33 mm. Diameter kepala piston silinder hidrolik
arm 140 mm dengan diameter batang piston 104 mm. Diameter dalam
cylinder hydraulic 142 mm. Tebal dinding cylinder hydraulic 59,214 mm.
Diameter luar cylinder bucket 260 mm. Diameter kepala piston silinder
hidrolik boom 190 mm dengan diameter batang piston 119 mm. Diameter
dalam cylinder hydraulic 191 mm. Tebal dinding cylinder hydraulic 85,472
mm. Diameter luar cylinder bucket 362 mm.
viii
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Allah Bapa yang telah menganugerahkan berkat dan
karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang
berjudul ” Perancangan Backhoe Excavator Untuk Material Batu Kapur Yang
Setara Dengan Tipe R 984 C Litronic ”. Tugas Akhir ini merupakan salah satu
syarat yang harus ditempuh untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata
Dharma Yogyakarta. Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima
kasih atas segala bantuan, saran dan fasilitas, sehingga tugas akhir ini dapat
terselesaikan, kepada :
1. Allah Bapa atas segala berkat, karunia dan penyertaan kepada penulis
sehingga dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik dan lancar.
2. Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T. selaku Dekan Fakultas Sains dan
Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
3. Budi Soegiharto, S.T., M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin
Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
4. Wibowo Kusbandono, S.T., M.T. sebagai pembimbing tugas akhir.
5. Ir. Agus Unggul Santosa sebagai dosen pembimbing akademik.
6. Kedua orang tuaku, Drs. Agustinus Soepardjo dan Maria Sri
Sumartinah yang selalu memberikan dukungan dan doa.
7. Kakakku, Antonius Adi Wijaya, S.T. atas semangat dan doanya.
8. Ant. Aan Arianto, S.T. dan keluarga atas dukungannya.
x
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL……………………………………………..……………….i
TITLE PAGE…………….………..……………………………….……………ii
HALAMAN PENGESAHAN PEMBIMBING………………..….………….iii
HALAMAN PENGESAHAN…………………………………………………..iv
HALAMAN PERNYATAAN…………………………...………………………v
INTISARI………….……………………………………………………………vi
HALAMAN PERSETUJUAN PUBLIKASI………………………………….vii
KATA PENGANTAR………………………………………………………….viii
DAFTAR ISI………………………………………………………………….....x
DAFTAR GAMBAR…………………………………………………………..xiii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang…………………………………………………………1
1.2 Tujuan Penelitian……………………………………………………….3
1.3 Urutan Perhitungan…………………………………………………….4
1.4 Batasan Masalah……………………………………………………….4
1.5 Perencanaan Alat Berat………………………………………………..5
BAB II DASAR TEORI
2.1 Profil Batu Kapur…………………………………………………..…7
2.2 Excavator Backhoe…………………………………………………....8
2.3 Cara kerja Backhoe Excavator………………………………………..9
xi
BAB III PERANCANGAN PERLENGKAPAN KERJA BACKHOE
3.1 Perancangan peralatan kerja ………………………………………….12
3.2 Perhitungan Komponen Pengoperasian…………………………….…13
3.3 Perancangan Bucket…………………………………………………..13
3.3.1 Gigi Bucket………………………………..………….………...17
3.3.2 Perhitungan Silinder Bucket Saat Penetrasi…………………….20
3.3.3 Perhitungan Silinder Bucket Saat Bermuatan…………………..22
3.3.4 Perhitungan Batang Piston…………………………………...…27
3.4 Perancangan Arm……………………………………………………..28
3.4.1 Perhitungan Silinder Arm Saat Penetrasi……………………….29
3.4.2 Perhitungan Silinder Arm Saat Bermuatan……………………..29
3.4.3 Perhitungan Batang Piston……………………………………...32
3.5 Perancangan Boom……………………………………………………33
3.5.1 Perhitungan Silinder Boom Saat Penetrasi……………………...33
3.5.2 Perhitungan Silinder Boom Saat Bermuatan……………………34
3.5.3 Perhitungan Batang Piston……………………………………...37
3.6 Fluida Hydraulic……………………………………………………...37
3.7 Tekanan Kerja Silinder Hydraulic…………………………………….38
3.7.1 Tekanan Kerja Pada Silinder Hydraulic Bucket………………..39
3.7.2 Tekanan Kerja Pada Silinder Hydraulic Arm…………………..40
3.7.3 Tekanan Kerja Pada Silinder Hydraulic Boom…………………40
3.8 Penentuan Tebal Dinding Cylinder………………………………….42
3.8.1 Penentuan Tebal Dinding Cylinder Bucket……………………43
xii
3.8.2 Penentuan Tebal Dinding Cylinder Arm………………………43
3.8.3 Penentuan Tebal Dinding Cylinder Boom…………………….44
BAB IV PERAWATAN
4.1 Perawatan Pada Attachment………………………………………45
4.2 Perawatan Pada Cylinder Hydraulic……………………………....45
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan………………………………………………………..46
5.2 Saran………………………………………………………………47
DAFTAR PUSTAKA……………………………………………………….48
LAMPIRAN
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Perlengkapan Kerja Backhoe Excavator yang akan dirancang……1
Gambar 1.2 Silinder Hydraulic………………………………………………....2
Gambar 2 Jangkauan Gali Backhoe……………………………………..…..11
Gambar 3.1 Penampang Bucket……………………………………………….14
Gambar 3.2 Gaya pada Bucket dan Gaya pada Silinder Peralatan Kerja……..20
Gambar 3.3 Pembebanan Pada Silinder Saat Bermuatan..................................23
Gambar 3.4 Gaya pada Bucket dan Silinder Bucket…………………………..24
Gambar 3.5 Perencanaan Bentuk Arm...............................................................28
Gambar 3.6 Gaya yang dialami Silinder Arm Saat Bucket Bermuatan……….30
Gambar 3.7 Perencanaan Boom……………………………………………….34
Gambar 3.8 Gaya yang dialami Silinder Boom Saat bucket Bermuatan…...…35
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Negara Indonesia merupakan Negara kepulauan yang didalamnya banyak
terkandung batu kapur yang dapat dimanfaatkan untuk kebutuhan manusia. Batu
kapur sangat vital peranannya untuk menunjang perekonomian di bumi Indonesia
karena batu kapur mendukung kehidupan tumbuhan dengan menyediakan hara
dan air sekaligus sebagai penopang akar. Struktur batu kapur (Gamping) dapat
terjadi dengan beberapa cara, yaitu secara organik, secara mekanik, atau secara
kimia. Sebagian besar batu kapur yang terdapat di alam terjadi secara organik,
jenis ini berasal dari pengendapan cangkang/rumah kerang dan siput, foraminifera
atau ganggang, atau berasal dari kerangka binatang koral/kerang. Batu kapur
dapat berwarna putih susu, abu muda, abu tua, coklat bahkan hitam, tergantung
keberadaan mineral pengotornya. Penggunaan batu kapur sudah beragam
diantaranya untuk bahan kaptan, bahan campuran bangunan, industri karet dan
ban, kertas, dan lain-lain. Potensi batu kapur di Indonesia sangat besar dan
tersebar hampir merata di seluruh kepulauan Indonesia. Sebagian besar cadangan
batu kapur Indonesia terdapat di Sumatera Barat.
Semakin meningkatnya kebutuhan manusia akan sumber daya alam mineral
menuntut pengembangan dalam bidang pengolahan hasil produksi pertambangan,
sehingga dapat mengimbangi laju permintaan tersebut. Seiring dengan
2
berkembangnya kemajuan jaman, batu kapur sebagai salah satu batuan mineral
kini telah banyak digunakan sebagai bahan baku produksi. Oleh karena kebutuhan
yang berbeda - beda dalam faktor bentuk dan ukuran, sebelum dapat digunakan
sebagai bahan baku produksi batuan kapur hasil penambangan yang pada
umumnya memiliki ukuran relatif besar terlebih dahulu direduksi sampai pada
ukuran tertentu. Proses ini berlangsung secara sinkron melalui proses dan
peralatan yang berbeda - beda sehingga menghasilkan output yang sesuai
dengan kebutuhan. Hammer mill yang termasuk dalam alat pereduksi material
pada tahap lanjut merupakan suatu alat pengolah mineral padat yang dapat
menghasilkan produk berupa serbuk dengan ukuran butir yang baik (sampai
dengan 400 mesh). Hammer mill bekerja menurut prinsip gaya impak dan abrasi
yang berlangsung secara simultan, sehingga yang energi diserap oleh material
padat digunakan untuk membentuk garis patahan yang akhirnya menyebabkan
material padat tersebut pecah. Hal ini berlangsung secara terus – menerus
sehingga material padat tersebut mencapai ukuran
tertentu, untuk selanjutnya mengalami proses pemisahan.
Pengadaan mesin atau peralatan berat umumnya disebabkan oleh
keterbatasan tenaga kerja manusia untuk menyelesaikan suatu pekerjaan secara
manual dengan alat konvensional, Selain itu factor ketersediaaan waktu dalam
menyelesaikan pekerjaan yang relatif pendek juga menentukan.
Alat berat yang akan dioperasikan harus sesuai dengan kondisi pekerjaan
yang akan dikerjakan serta berproduksi tinggi dengan pengeluaran yang relatif
rendah. Excavator merupakan salah satu alat yang berfungsi sebagai alat penggali
3
dan pengangkat serta pengangkut. Perkembangan excavator sekarang ini banyak
sekali, hal ini dapat dilihat dari banyaknya produsen pembuat excavator yang
saling berlomba menciptakan kecanggihan dari excavator yang diciptakan.
Liebherr merupakan salah satu perusahaan pembuat alat berat jenis excavator
yang banyak dipergunakan oleh para konsumen, hal ini tidak lepas dari
kecanggihan yang dimilki oleh excavator tersebut. Banyak sekali jenis-jenis
excavator yang diproduksi oleh Liebherr sesuai dengan perkembangan jaman serta
kebutuhan para konsumen,salah satu excavator adalah excavator R 984 C Litronic
yang akn dibahas sebagai salah satu perancangan.
1.2. Tujuan Penelitian
Tujuan Dari penelitian peralatan berat ini adalah merancang penggerak
hydraulic sistem:
a. Bucket dan silinder bucket
b. Arm dan silinder Arm
c. Boom dan silinder Boom
Dengan adanya mesin atau alat berat yang dapat membantu pengambilan
batu kapur, diharapkann dapat membuat pekerjaan manusia menjadi lebih cepat
dan mudah. Peralatan yang dimaksudkan adalah backhoe excavator yang
mempunyai kemampuan dalam proses penambangan.
4
1.3. Urutan perhitungan
Pada kesempatan ini akan dirancang perlengkapan kerja backhoe yang
memiliki kemampuan untuk pemindahan material batu kapur. Selain pemecahan
masalah yang dihadapi, tujuan perancangan peralatan kerja excavator backhoe
adalah untuk mengetahui perhitungan peralatan kerja excavator backhoe, lebih
khususnya perhitungan bucket, arm, boom dan sistem hidraulik untuk
menggerakkan peralatan kerja tersebut.
1.4. Batasan Masalah
Dalam perancangan perlengkapan kerja excavator backhoe ini dibatasi
permasalahan pada hal-hal berikut:
Gambar 1.1 Perlengkapan Backhoe excavator yang akan dirancang
Gambar 1.2 Silinder Hidraulis
5
1. Perancangan Bucket dan cylinder Bucket
2. Perancangan Arm dan Silinder Arm
3. Perancangan Boom dan Silinder Boom
Agar perancangan alat dapat berfungsi untuk pengerjaan pengolahan suatu
material batu kapur sebagai syarat perancangan salah satunya harus mengetahui
sifat, karakteristik material yang akan dikerjakan dengan peralatan tersebut.
1.5. Perencanaan Alat Berat
Perancangan suatu alat berat hendaknya mengacu pada tujuan yang hendak
dicapai, untuk ini perlu diketahui terlebih dahulu tempat operasi kerja yang akan
dilakukan dan kegunaan alat berat itu, dengan mengetahui kerja yang akan
dilakukan dan kegunaan alat berat itu dengan mengetahui faktor-faktor penunjang
dasar perancangan, diharapkan proses perancangan dapat berjalan lancar dan tepat
guna.
Dalam perancangan peralatan kerja (attachment) excavator, hal yang perlu
diketahui adalah perhitungan kekuatan sebuah komponen yang akan menentukan
kekuatan komponen tersebut untuk menahan beban tertentu sehingga akan didapat
besar dimensi (ukuran) yang diperlukan.
Menurut perhitungan kekuatan bahan dihitung beban yang bekerja pada bagian
tertentu sehingga terjadi tegangan minimal dan dibandingkan dengan tegangan
yang diijinkan, sehingga akan didapat ukuran komponen yang memenuhi standar
perhitungan.
6
Perhitungan dimulai dari perencanaan bucket yang merupakan alat kerja
pendukung beban, bentuk yang disesuaikan dengan fungsinya yaitu pengangkat
dan penggali. Bucket terbuat dari plat baja yang berbentuk seperti gayung. Pada
saat bucket masuk pada material galian, pada ujung bucket terpasang pisau
penghancur dengan bentuk runcing dan terbuat dari baja, pisau tersebut membantu
proses penggalian. Pada bucket terdapat dua engsel sebagai pernghubung antara
bucket dengan arm dan penghubung bucket dengan cylinder bucket. Cylinder
bucket berfungsi untuk gerak menggulung (bucket curl) dan gerak membongkar
(bucket dump). Gerakan ini terjadi karena gerakan translasi dari bucket cylinder
yang memanfaatkan sistem hidrolik (tekanan merata) yang disalurkan melalui
selang-selang penghubung yang berasal dari pompa hydraulic.
Bucket ditumpu oleh arm yang mempunyai penampang kotak melintang,
arm terbuat dari plat baja yang disambung dengan penyambungan las, arm
berfungsi sebagai alat bantu pada saat mulai penggalian tanah dan arm digerakkan
oleh cylinder arm yang dapat bergerak mendekati atau menjauhi boom, gerakan
terjadi karena arm mendapat tekanan dari minyak, disalurkan melalui selang-
selang penghubung yang berasal dari pompa hydraulic.
Arm dan cylinder arm ditumpu oleh boom yang berfungsi untuk gerakan
naik dan gerakan turun, gerakan ini terjadi karena cylinder boom mendapat
tekanan yang berisi minyak, disalurkan melalui selang-selang penghubung yang
berasal dari pompa hydraulic, boom dibuat untuk menambah jangkauan saat
excavator bekerja. Boom ditumpu oleh dua buah cylinder hydraulic yang
terpasang pada badan excavator.
7
BAB II
DASAR TEORI
2.1. Profil Batu Kapur
Semua jenis sifat batu kapur gamping atau batu kapur ini berpori-pori,
banyak celah,sehingga air dapat dengan mudah merembes mengisi celah setipis
selaputbuah salak sekali pun. Tekanan pori diukur relatif terhadap tekanan
atmosfer dan permukaan lapisan tanah yang tekanannya sama dengan tekanan
atmosfer dinamakan muka air tanah atau permukaan freasik, di bawah muka air
tanah. Tanah diasumsikan jenuh walaupun sebenarnya tidak demikian karena ada
rongga-rongga udara. Latin: calx, kapur) Walau kapur telah digunakan oleh
orang-orang Romawi di abad kesatu, logam kalsium belum ditemukan sampai
tahun 1808. Setelah mempelajari Berzelius dan Pontin berhasil mempersiapkan
campuran air raksa dengan kalsium (amalgam) dengan cara mengelektrolisis
kapur di dalam air raksa, Davy berhasil mengisolasi unsur ini walau bukan logam
kalsium murni. Kalsium adalah logam metalik, unsur kelima terbanyak di kerak
bumi. Unsur ini merupakan bahan baku utama dedaunan, tulang belulang, gigi dan
kerang dan kulit telur. Kalsium tidak pernah ditemukan di alam tanpa
terkombinasi dengan unsur lainnya. Ia banyak terdapat sebagai batu kapur,
gipsum, dan fluorite. Apatite merupakan flurofosfat atau klorofosfat kalsium.
Logam in digunakan sebagai agen pereduksi dalam mempersiapkan logam-logam
lain semacam torium, uranium, zirconium, dsb. Ia juga digunakan sebagai bahan
reaksi deoksida dan desulfurizer atau decarburizer untuk berbagai macam
8
campuran logam besi dan non-besi. Elemen ini juga digunakan sebagai agen
pencampur logam aluminium, beryllium, tembaga, timbal, dan campuran logam
magnesium. Senyawa alami dan senyawa buatan kalsium banyak sekali
kegunaannya. Kapur mentah (CaO) merupakan basis untuk tempat penyaringan
kimia dengan banyak kegunaan. Jika dicampur dengan pasir, ia akan mengeras
menjadi campuran plester dengan mengambil karbon dioksida dari udara. Kalsium
dari batu kapur juga merupakan unsur penting semen. Senyawa-senyawa penting
lainnya adalah: karbid, klorida, sianamida, hipoklorida, dan sulfida.
2.2. Excavator Backhoe
Excavator Backhoe sering disebut juga Pull Shovel yang menggunakan
prime mover excavator, perlu diketahui jenis-jenis excavator, bagian utama
excavator antara lain sebagai berikut:
Bagian atas revolving unit (bagian yang dapat diputar)
Bagian bawah travel unit (bagian untuk berpindah)
Bagian attachment (bagian-bagian yang dapat diganti untuk
menyesuaikan pekerjaan)
Backhoe merupakan golongan shovel yang didesain khusus untuk
menggali material yang berada di kedudukan alat gali. Pekerjaan menggali di
bawah permukaan membuat gorong-gorong (box culvert), membuat lubang untuk
pondasi bangunan atau gedung, membuat lubang untuk menempatkan pipa dan
sebagainya.
9
Dalam peralatan berat khusunya tipe backhoe dapat dibedakan dalam
beberapa hal antara lain dapat dilihat dari sistem kendali dan dilihat dari sistem
penggerak untuk pindah (under carriage). Dilihat dari penggeraknya dapat
digunakan penggerak dengan roda kelabang (crawler mounted) dan penggerak
dengan roda karet (wheel mounted). Sedangkan pembagian menurut sistem
kendali dapat dibedakan menjadi sistem kendali dengan menggunakan kabel
(cable controlled) dan sistem kendali dengan hidrolis (hidraulic controlled). Pada
umumnya backhoe dengan kendali kabel sudah jarang dijumpai,saaat ini sudah
beralih backhoe dengan kendali hidraulis sebab lebih banyak keuntungan yang
diperoleh. Keuntungan pengoperasian backhoe dengan kendali hidraulis antara
lain:
Kecepatan operasional
Kontrol penuh terhadap peralatan (attachment)
Efisiensi tinggi
Mudah dan cepat digunakan
Menawarkan ketepatan dan ketelitian pekerjaan
2.3. Cara Kerja Backhoe Excavator
Sebelum melakukan pekerjaan dengan backhoe sebaiknya dipelajari
tentang kemampuan alat tersebut, terutama tentang jarak jangkauan, tinggi
maksimal pembuangan dan kedalaman galian yang mampu dicapai agar diperoleh
pemilihan alat yang tepat. Untuk mulai menggali dengan backhoe, bucket
dijulurkan ke depan tempat galian posisi yang diinginkan, bucket diayunkan ke
bawah seperti gerakan mencangkul kemudian lengan bucket diputar ke arah kabin
tempat operator berada. Setelah bucket terisi penuh kemudian bucket diangkat
dari tempat penggalian dan mel
untuk memindahkan material, langsung ke truck atau tempat penampungan
lainnya. Gambar 2
backhoe dari posisi tertinggi, terjauh, dan jangkauan gali terdalam.
bawah seperti gerakan mencangkul kemudian lengan bucket diputar ke arah kabin
tempat operator berada. Setelah bucket terisi penuh kemudian bucket diangkat
dari tempat penggalian dan melakukan swing (gerak mengayun) bila diperlukan
untuk memindahkan material, langsung ke truck atau tempat penampungan
memperlihatkan kemampuan jangkauan gali maksimal
dari posisi tertinggi, terjauh, dan jangkauan gali terdalam.
Gambar 2 Jangkauan Gali Backhoe
10
bawah seperti gerakan mencangkul kemudian lengan bucket diputar ke arah kabin
tempat operator berada. Setelah bucket terisi penuh kemudian bucket diangkat
akukan swing (gerak mengayun) bila diperlukan
untuk memindahkan material, langsung ke truck atau tempat penampungan
memperlihatkan kemampuan jangkauan gali maksimal
dari posisi tertinggi, terjauh, dan jangkauan gali terdalam.
11
Keterangan gambar :
A. Tinggi gali maksimal
B. Tinggi buang maksimal
C. Dalam gali maksimal
D. Kedalaman gali permukaan
E. Kedalaman gali maksimal
F. Jangkauan gali mendatar
G. Jangkauan gali maksimal permukaan tanah mendatar
H. Radius ayun (swing)
12
BAB III
PERANCANGAN PERLENGKAPAN KERJA BACKHOE
3.1 Perancangan Peralatan Kerja (Attachment)
Perancangan alat berat disesuaikan dengan tujuan yang ingin dicapai,
sehingga perlu diketahui tempat beroperasi dan pekerjaan yang akan dilakukan.
Faktor dasar penunjang perancangan juga perlu diketahui dalam perancangan alat
berat, dengan harapan agar perancangan berjalan lancar dan memiliki daya guna
serta nilai jual dengan hasil rancangannya. Hal yang paling penting dari
perancangan alat berat ialah daya mekanis yang dihasilkan. Daya mekanis yang
dihasilkan tergantung oleh berat ringan, besar dan kecil dimensi peralatan. Daya
mekanis mempengaruhi unjuk kerja, maka perlu diketahui daya mekanis minimal
yang diperlukan untuk sistem operasi peralatan yang akan dirancang.
Perancangan peralatan kerja backhoe untuk material batu kapur yang
dikhususkan pada perancangan peralatan kerja yaitu silinder bucket, silinder
arm/stick, silinder boom. Perancangan peralatan kerja backhoe menurut standard
Liebherr direncanakan memiliki jangkauan maksimal gali mendatar (digging
reach) 18000 mm. Panjang jangkauan ini terbagi menjadi tiga bagian yaitu
panjang jangkauan boom 9200 mm, panjang jangkauan stick 6800 mm, dan
panjang jangkauan bucket 2900 mm.
13
3.2 Perhitungan Komponen Pengoperasian Pemotongan, Pengangkatan,
Gerakan Ayun (Swing), dan Penumpahan Pada Unit Utama
Perhitungan dimulai dari setiap bagian peralatan kerja (attachment) untuk
menggali, mengangkat, dan menumpahkan material batu kapur yang dipindahkan.
Setiap elemen yang bekerja berhubungan dengan kestabilan excavator yang
digunakan sebab setiap elemen memiliki gaya / berat yang mempengaruhi kerja
unit utama.
Gaya yang mempengaruhi kerja unit utama ialah :
1. Berat material yang ditampung bucket (berat muatan)
Berat peralatan, antara lain :
- Berat bucket dan cylinder hydraulic bucket
- Berat arm dan cylinder hydraulic arm
- Berat boom dan cylinder hydraulic boom
2. Gigi bucket
3. Tekanan kerja pada cylinder hydraulic
4. Gaya untuk menggali dan mengayun
5. Gaya tambahan untuk kestabilitasan peralatan.
Gaya tersebut akan mempengaruhi perhitungan unit utama, terutama untuk
perhitungan daya pada sistem hidrolik yang digunakan.
3.3 Perancangan Bucket
Bucket merupakan bagian terpenting dari perancangan peralatan kerja
backhoe, sebab bucket dijadikan patokan untuk melakukan perhitungan-
14
perhitungan peralatan kerja berikutnya, dari arm, boom, sistem hidrolik peralatan
dan mesin yang akan digunakan. Dalam hal ini perancangan bucket dimaksudkan
untuk menggali batu kapur, stick untuk menopang bucket dan boom untuk
menopang bucket dan arm. Bucket merupakan acuan untuk perhitungan maka
perlu ditentukan kapasitas bucket yang akan dirancang. Bucket yang akan
dirancang memiliki middle capacity, yaitu 3m7,7 . Bahan bucket yang
direncanakan yaitu plat baja standar SS 41 dengan ketebalan 12 mm yang
dirangakai dan disambung dengan sambungan las, untuk menmbah kekuatannya
pada bagian – bagian tertentu ketebalan plat dibuat lebih tebal. Gigi – gigi bucket
bahan direncanakan dari baja rol yang difinis dingin S 30 C-D / JIS G 3123.
Gambar 3.1 memberikan keterangan dimensi bucket
Gambar 3.1. Penampang Bucket
Keterangan gambar :
- W = lebar bucket;
- A = luas penampang bucket;
- b = panjang bucket
15
Sesuai aturan standar, kapasitas bucket terdiri dari dua kapasitas yaitu :
a. Kapasitas peres (struck capacity) yaitu :
Volume bucket yang dibatasi oleh permukaan bucket dan strike plane
b. Kapasitas munjung (heaped capacity) yaitu :
Kapasitas yang terdiri dari dua bagian, yaitu kapasitas peres ditambah
dengan kapasitas yang berada di atas kapasitas peres.
Sesuai ukuran standar Liebherr R 984 C diperoleh ukuran standar bucket :
W = 2400 mm; b = 2450 mm; dan kapasitas bucket ( RV ) = 3m7,7
Berdasar spesifikasi standar, dapat ditentukan kapasitas peres bucket ( SV )
dengan persamaan :
Kapasitas munjung ( RV ) :
248
32 bWbVV SR
3m7,7 = SV +24
)45,2(
8
)4,245,2( 22
SV = 3m7,7 -24
)45,2(
8
)4,245,2( 22
SV = 6,51 3m
Kapasitas peres merupakan hasil perkalian antara luas penampang bucket
dengan lebar bucket. Secara matematik dapat dicari dengan persamaan berikut :
Kapasitas peres ( SV ) :
WASV
16
Maka dapat diperoleh luas penampang bucket (A) :
6,51 3m = m2,4A
A =m4,2
m51,6 3
A = 2,71 2m
Bucket dapat berfungsi untuk melakukan pekerjaan menggali dan memuat
material setelah dirangkai dengan arm sebagai penopang dan silinder hidrolik
bucket sebagai penyalur daya untuk menggerakan bucket. Dengan demikian perlu
dirancang mekanisme lengan penopang bucket yang dapat bergerak bebas agar
excavator dapat bekerja tanpa mengalami kesulitan yang mempengaruhi kerja
peralatan (attachment). Bucket juga bekerja sebagai pemotong dan pemuat
material, sehingga perlu dipertimbangkan bentuk dari bucket tersebut.
Bucket direncanakan berbentuk cekung, dengan maksud untuk mengurangi
hambatan saat melakukan pemotongan material. Bucket harus memiliki
kemampuan menahan tegangan lengkung agar mampu bekerja di medan yang
terberat sekalipun. Bucket dilengkapi dengan gigi bucket. Pemasangan gigi bucket
tersebut bertujuan untuk memudahkan pemotongan material. Setelah berulang kali
pemakaian, gigi bucket mengalami keausan, sehingga perlu diganti. Gigi bucket
dipasang dengan cara dibaut, sehingga mudah dilepas saat penggantian apabila
telah aus, dan dapat diasah bila diperlukan. Pengasahan dimaksudkan untuk
mengembalikan ketajaman pisau bucket.
17
Faktor yang mempengaruhi umur pisau antara lain :
- Ukuran dan tingkat kekerasan material yang dipotong
- Keadaan material basah atau kering
- Sifat kohesi dan adhesi material
Faktor di atas sangat mempengaruhi gaya geser dan gaya tekan pada gigi
bucket, pisau dan gigi bucket mendapatkan gaya geser dan gaya tekan lebih besar
saat mengerjakan material dalam keadaan alam (bank measure), bila
dibandingkan dengan material dalam keadaan lepas (loose measure) untuk jenis
material yang sama. Untuk dapat menggali perlu ditentukan besarnya gaya untuk
menembus batu kapur, disebut gaya penetrasi, karena besar gaya untuk melakukan
penetrasi ditentukan juga oleh material yang dikerjakan.
3.3.1 Gigi Bucket
Gigi bucket pada excavator ini dibuat dari baja berkekuatan tinggi karena
fungsi dari gigi sebagai pisau bucket yang menekan pada material galian. Dari
pemilihan bucket diperoleh jumlah gigi-giginya 5 buah yang terbagi rata
permukaan bucket.
18
Shoes Ground Pressure
610 mm (24,0") 0.46 kg/cm2 (6.5 Psi / 45.1 Kpa )
Triple-grouser (no holes)
710 mm (28") 0.40 kg /cm2 (5.69 Psi / 39.2 Kpa)
Triple-grouser
810 mm (31.9") 0.36 kg/cm2 (5.12 Psi / 35.3 Kpa)
Triple-grouser
910 mm (35,8") 0.33 kg/cm2 (4.69 Psi / 32.4 Kpa)
Triple-grouser
710 mm (35,8") 0.40 kg/cm2 (5.69 Psi / 39.2 Kpa )
Semi Double-grouser
860 mm (358") 0.33 kg/cm2 (4.69 Psi / 32.4 Kpa)
Swamp
610 mm (24,0") 0.46 kg/cm2 (6.5 Psi / 45.1 Kpa )
Plat
Tabel 3.1. Tekanan penggalian gigi- gigi bucket(Handbook Komatsu LTD,:6)
Dari tabel 3.1. dipilih gigi-gigi bucket dengan plat yang mempunyai tekanan
penggalian lebih dari 0,46 kg/cm2, maka bahan direncanakan dari baja rol yang
difinis dingin S 30 C-D / JIS G 3123 yang mempunyai kekerasan 5,0 kg/cm2
sampai dengan 9,4 kg/cm2, tebal plat (b) 20 mm, tinggi (t) 300 mm, lebar (l) 200
mm, sehingga berat kotor dari gigi-gigi seperti dalam persamaan 3.2.1.:
Wr = b x l x t x Bj…………………………3.2.1.
Keterangan :
Wr = Berat gigi-gigi bucket (kg)
b = tebal plat (mm)
l = lebar plat (mm)
t = tinggi plat (mm)
19
Dikarenakan plat yang hanya memiliki ketebalan penuh hanya sebagian, maka
ketebalan plat yang efektif diasumsikan 0,75 bagian saja dan berat jenis untuk
baja adalah 7,8 kg/cm2 sehingga:
Wr =0,75 x b x l x t x Bj
= 0,75 x 2 x 2 x 3 x 7,8
= 70,2 kg / gigi
Karena bucket mempunyai 5 buah gigi-gigi maka berat total gigi-giginya yaitu :
W = Wr x 5
= 70,2 x 5
= 351 kg
= 0,351 ton
Besarnya gaya penetrasi dicari dengan persamaan 3.1 berikut :
ACK pF ....................................................................................(3.1)
- K = Koefisien (2,4-4)
- C = tahanan kohesi (0,96-1,97 Kg/ 2cm )
- A = luas pisau ( 2cm )
Bucket yang direncanakan berkapasitas 7,7 3m , memiliki lebar (W) 2800
mm, jumlah gigi bucket 5 buah, dan berat 17,5 Kg. Dengan spesifikasi tersebut
maka dapat dicari besarnya gaya penetrasi yang dapat ditopang bucket dengan
persamaan 3.1.
- Jumlah gigi bucket = 5 buah
- Luas satu buah gigi = 2 20 = 40 2cm
Luas (A) 5 buah gigi = 5 40 2cm = 200 2cm
20
Sehingga dapat dihitung gaya penetrasi :
- Fp = 4 1,97 200 = 1576 Kg
3.3.2 Perhitungan Silinder Bucket Saat Penetrasi
Perhitungan gaya penetrasi tersebut memberikan keterangan gaya untuk
melakukan penembusan batu kapur dalam keadaan alam sebesar 1576 Kg,
sehingga silinder bucket harus dirancang mampu menghasilkan gaya lebih besar
atau sama dengan gaya untuk penetrasi, sehingga bucket mampu menembus batu
kapur yang digali.
Saat melakukan penetrasi terhadap material batu kapur, secara sederhana
gaya yang bekerja pada silinder dapat dilihat pada Gambar 3.2 :
Gambar 3.2. Gaya pada bucket dan gaya pada silinder peralatan kerja
Fp
Fsb
Fsbm
Material tanah
A
BC
DE
F
H
I
= 1576 Kg
J
Fss
d
1A
1E
G
21
Keterangan Gambar 3.2 :
AB = Bucket tip radius
BJ = Jarak bucket link
JI = Batang hubung bucket link
CI = Batang rotasi gaya silinder bucket
BC = Jarak pena bucket dengan pena batang rotasi
BD = Panjang jangkauan stick
DG = Jarak pena stick dengan pena silinder boom
GF = Jarak pena silinder boom dengan pena excavator
DF = Panjang jangkauan boom
DH = Jarak pena stick dengan pena silinder stick
Dari perhitungan dan gambar tersebut diketahui besarnya gaya untuk
penetrasi besarnya yaitu 1576 Kg, kemudian dilakukan perhitungan besar gaya
yang harus disediakan silinder bucket ( sbF ) untuk melakukan penembusan batu
kapur. Besar gaya yang diterima silinder bucket diperoleh dengan persamaan 3.2 :
sbF JB = pF AB ……………………………………………...(3.2)
Besarnya gaya minimal yang harus disediakan silinder bucket adalah :
sbF =JB
FP AB
sbF = (1576 2900) / 670 = 6821,4925 Kg
Berdasarkan perhitungan gaya untuk melakukan penetrasi, besar gaya
yang disediakan silinder bucket 6821,4925 Kg. Direncanakan, gaya tersebut
ditumpu dua silinder bucket dengan masing-masing silinder menopang gaya
22
sebesar 3410,7462 Kg. Dengan gaya tersebut dapat dicari besarnya diameter
kepala piston dengan persamaan :
ApSBF ...........................................................................................(3.3)
SBF = Gaya yang harus disediakan silinder hidrolik bucket (Kg)
p = Tekanan minyak hidrolik ( 326 Kg/ 2cm )
A = Luas penampang piston ( 2cm ) = ( 2d.4
)
Dengan persamaan 3.3 tersebut maka perhitungan diameter kepala piston adalah :
3410,7462 = 326 4
2d
SBd =
4326
7462,3410
SBd = 3,65 cm = 36,5 mm
3.3.3 Perhitungan Silinder Bucket Saat Bucket Bermuatan
Perhitungan di atas mungkin tidak berlaku pada saat bucket dengan
kapasitas 3m7,7 terisi penuh material batu kapur, maka perlu dilakukan
perhitungan kembali diameter kepala piston yang digunakan agar silinder mampu
menumpu gaya yang ditimbulkan oleh berat bucket dan berat material batu kapur
23
yang dimuat. Gambar 3.4 menunjukkan kondisi yang menyebabkan momen
terbesar yang dialami silinder.
Gambar 3.3. Pembebanan pada silinder saat bermuatan
Pada saat bucket terisi batu kapur dari alam (bank measure) silinder bucket
akan menahan momen yang ditimbulkan oleh berat bucket ditambah berat
material. Sehingga dapat dihitung gaya minimal yang ditopang silinder bucket.
Berat material batu kapur dalam keadaan alam sebesar 1226 Kg / 0,7 3m .
b
a
BA
C
G
D
F
E
H
J
I
c
bF + mF
d
1a
Fss
SBF
24
Sehingga berat setiap 1 3m batu kapur dalam keadaan alam dapat diperoleh
sebesar 1751,4 Kg / 3m . Bucket yang dirancang memiliki kapasitas 7,7 3m ,
berarti berat material yang ditampung bucket sebesar 13485,78 Kg. Jumlah berat
total bucket( BF ) dan batu kapur ( MF ) dapat diperoleh sebesar 19795 Kg. Secara
sederhana gaya-gaya yang terjadi dapat dilihat pada Gambar 3.4
Gambar 3.4. Gaya Pada Bucket dan Silinder Bucket
Dengan mengasumsikan berat material terpusat di X, dapat dicari besarnya
momen gaya yang ditumpu silinder bucket, dengan persamaan :
( bF + mF ) . BX = sbF . 1aa ...................................................................(3.4)
tanah
1abF + mF
Fsb
D
H
AB
C
I
J
a
X
25
Dengan persamaan tersebut akan diperoleh gaya yang ditumpu silinder
bucket :
sbF = ( bF + mF ) . BX . ] / 1aa
sbF = [(6309,22 + 13485,78) . 1500] / 300
sbF = 98975 Kg
Gaya tersebut akan ditumpu dua silinder bucket sehingga masing – masing
silinder akan menumpu beban sebesar 49487,5 Kg. Menggunakan persamaan 3.3
perhitungan diameter kepala piston diperoleh sebesar :
49487,5 = 3264
2d
SBd =
4326
5,49487
SBd = 13,90 cm = 139 mm
Dengan panjang langkah piston (stroke) (L) ditentukan 1899 mm, maka
volume minyak yang dibutuhkan dapat diperoleh dengan persamaan :
V = A . L..................................................................................................(3.5)
A = ( /4) . d 2
Menggunakan persamaan 3.5 perhitungan volume minyak yang dibutuhkan
dapat diperoleh yaitu :
V = [ ( /4) . SBd 2 ] . L
V = [( /4) . 139 2 mm] . 1899 mm
V = 28,8 liter
26
Pada saat tekanan maksimal (p=326 Kg / 2cm ) aliran minyak dari pompa
aQ = 472 liter / menit. Sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mengisi silinder
adalah :
aQ =t
V60.....................................................................................(3.6)
Menggunakan persamaan 3.6 waktu yang dubutuhkan untuk mengisi
silinder diperoleh yaitu :
472 =t
28,860
t = 3,66 detik
Kecepatan batang piston :
t
Lv ......................................................................................................(3.7)
=66,3
9,189
= 51,88 cm /detik = 0,51 m / detik
Daya yang diperlukan piston pada saat aliran minyak maksimal aQ = 472
liter / menit:
P =455
pa Q.............................................................................................(3.8)
P =455
326472= 338 Hp
27
3.3.4 Perhitungan Batang Piston
Momen yang ditimbulkan pada saat melakukan penetrasi lebih kecil bila
dibandingkan dengan momen yang ditimbulkan saat bucket terisi penuh material.
Momen yang ditimbulkan berat bucket dan material batu kapur 98975 Kg,
direncanakan menggunakan dua silinder maka setiap silinder menumpu
49487,5 Kg, dengan menganggap batang piston dengan panjang 1899 mm dapat
mengalami gaya aksial yang menyebabkan tekukan, maka dihitung besarnya
diameter batang piston agar mampu menahan gaya kritis yang ditimbulkan beban
tersebut, dengan menggunakan persamaan :
K
2
2
S.
I.E.
KLF
...........................................................................................(3.9)
Keterangan :
F = gaya kritis (Kg)
E = modulus elastisitas ( Kg/ 2cm ) untuk bahan baja (E = 2,1 . 610 )
I = momen inersia penampang ( batang bulat I = 4
64d
)
KL panjang tekuk bebas
KL n . L ; dengan :
- n = konstanta (n =1 untuk hubungan sendi)
- L = Panjang batang (cm)
KS angka keamanan nilainya 3-6
49487,5 Kg =3.9,189
64.)10(2.1.
2
462 d
28
d =63
2
102,1
643189,99487,544
d = 8,5 cm = 85 mm
3.4 Perancangan Arm
Stick untuk menambah jangkauan penggalian yang terpasang pada ujung
boom dan ujung lain terpasang dengan bucket. Arm merupakan bagian yang akan
dirancang setelah bucket, sebab perancangan arm didasarkan pada gaya yang
ditimbulkan oleh bucket. Arm juga digerakan menggunakan sistem hidrolik.
Besarnya gaya yang ditopang silinder arm pada saat bucket terisi material,
besarnya tergantung pada berat bucket, dan berat material. Dengan demikian dapat
diperoleh momen yang ditimbulkan.
Gambar 3.5. Rencana Bentuk Arm
Arm dirancang seperti pada Gambar 3.6, dengan spesifikasi panjang
jangkauan direncanakan 6800 mm, dengan berat stick 6600 Kg. Dengan
spesifikasi tesebut diagram gaya yang ditumpu silinder arm saat penetrasi secara
sederhana dapat dilihat pada Gambar 3.2
29
3.4.1 Perhitungan Silinder Arm Saat Penetrasi
Gambar 3.2, gaya yang ditimbulkan saat penetrasi ditahan silinder arm
dapat diperoleh dengan persamaan 3.10 :
pF . AD = ssF . Hd ....................................................................................(3.10)
dari persamaan 3.10 diperoleh ssF :
ssF = ( Fp . AD ) / Hd
ssF = ( 1576 . 9800 ) / 670
ssF = 23051,9403 Kg
Perhitungan tersebut menunjukan besarnya gaya minimal yang harus
disediakan silinder bucket untuk melakukan penetrasi, direncanakan digunakan
dua silinder bucket, sehingga setiap silinder akan menumpu gaya sebasar
11525,97015 Kg. Sehingga besarnya diameter kepala piston yang menumpu gaya
tersebut dapat diperoleh dengan persamaan 3.3 yaitu :
11525,97015 = 326 4
2d
ssd =
4326
97015,11525
ssd = 6,71 cm = 67,1 mm
3.4.2 Perhitungan Silinder Arm Saat Bucket Bermuatan
Besar gaya penetrasi dapat menimbulkan momen 1822 Kg ditumpu
silinder arm, saat bucket dengan kapasitas 7,7 3m bermuatan penuh akan
30
menimbulkan momen lebih besar jika dibandingkan saat penetrasi, sehingga harus
dihitung ulang besar diameter kepala piston yang di gunakan. Secara sederhana
gaya – gaya dapat dilihat pada Gambar 3.6
Gaya yang disebabkan berat bucket dan berat material diasumsikan
terpusat pada X, sehingga dapat dihitung besar gaya yang ditopang silinder arm
dengan persamaan 3.11 :
( bF + mF ) . Dd = ssF . Dc ...........................................................................(3.11)
Gambar 3.6. Gaya yang dialami silinder arm saat bucket bermuatan
a
B
A
C
G
DH
J
I
c
bF + mF
d
1a
ssF
sbF
X
31
Dengan persamaan 3.11, maka gaya yang ditumpu silinder arm ( ssF ) :
ssF = [( bF + mF ) . Dd ] / Dc
ssF = [(6309,22 + 13485,78) . 3900] / 750
ssF = (19795 . 3900 ) / 750
ssF = 102934 Kg
Gaya tersebut akan ditumpu dua silinder arm sehingga masing – masing
silinder menumpu beban sebesar 51467 Kg. Untuk menyediakan gaya tersebut
dibutuhkan perhitungan diameter kepala piston, perhitungan tersebut
menggunakan persamaan 3.3 yaitu :
51467 = 326 4
2d
ssd =
4326
51467
ssd = 14 cm = 140 mm
Dengan panjang langkah piston (stroke) (L) ditentukan 2120 mm, maka
volume minyak yang dibutuhkan dapat diperoleh dengan persamaan 3.5 :
V = [( /4) . 140 2 ] . 2120
V = 33,4 liter
Pada saat tekanan maksimal (p=326 Kg / 2cm ) aliran minyak dari pompa
aQ = 472 liter / menit. Sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mengisi silinder
dapat diperoleh dengan persamaan 3.6 adalah :
32
472 =t
33,460
t = 4,2 detik
Kecepatan batang piston persaman 3.7:
4,2
212v
= 50,47cm /detik = 0,504 m / detik
3.4.3 Perhitungan Batang Piston
Momen yang ditimbulkan pada saat melakukan penetrasi lebih kecil bila
dibandingkan dengan momen yang ditimbulkan saat bucket terisi penuh material.
Momen yang ditimbulkan berat bucket dan material batu kapur 102934 Kg,
direncanakan menggunakan dua silinder maka setiap silinder menumpu 51467 Kg,
dengan menganggap batang piston dengan panjang 2120 mm dapat mengalami
gaya aksial yang menyebabkan tekukan, maka dihitung besarnya diameter batang
piston agar mampu menahan gaya kritis yang ditimbulkan beban tersebut, dengan
menggunakan persamaan 3.9 :
51467 Kg =3.212
64.)10(2.1.
2
462 d
d =63
2
102,1
643212146754
d = 10,44 cm = 104 mm
33
3.5 Perancangan Lengan Boom
Boom merupakan lengan yang dirancang dan direncanakan seperti pada
Gambar 3.9. Lengan boom merupakan peralatan kerja terpasang dengan arm dan
bagian ujung boom lain terpasang pada excavator. Dengan demikian boom
menerima gaya dari berat material, dan bucket. Gaya dari material dan berat
bucket akan menyebabkan momen yang diterima silinder boom menjadi lebih
besar.
3.5.1 Perhitungan Silinder Boom Saat Penetrasi
Masih mengacu saat melakukan penetrasi Gambar 3.3 perhitungan
diameter silinder boom dapat diperoleh, momen yang diterima silinder boom yang
disebabkan gaya penetrasi dapat dicari dengan persamaan 3.12 :
PF . FA1 = sbmF . 1FE .......................................................................(3.12)
Dari persamaan 3.12 diperoleh gaya yang diterima silinder boom (Fsbm) adalah :
sbmF = (Fp . FA1 ) / 1FE
sbmF = (1576. 20600) / 1700
sbmF = 19097 Kg
34
Gambar 3.7. Perencanaan lengan boom
Gaya minimal yang disediakan silinder boom agar dapat melakukan
penetrasi sebesar 19097 Kg. Direncanakan gaya tersebut akan ditumpu dengan
dua silinder, sehingga setiap silinder akan menopang gaya sebesar 9549 Kg.
Untuk menyediakan gaya tersebut diameter minimal kepala piston yang
digunakan dapat diperoleh menggunakan persamaan 3.3 :
9549 = 326 4
2d
sbmd =
4326
9549
= 6,10 cm = 61,0 mm
3.5.2 Perhitungan Silinder Boom Saat Bucket Bermuatan
Besar gaya penetrasi dapat menimbulkan momen 19097 Kg ditumpu
silinder boom, saat bucket dengan kapasitas 7,7 3m bermuatan penuh akan
menimbulkan momen lebih besar jika dibandingkan saat penetrasi, sehingga harus
dihitung kembali besar diameter kepala piston yang di gunakan. Secara sederhana
gaya – gaya dapat dilihat pada Gambar 3.8.
35
Gambar 3.8. Gaya yang dialami silinder boom saat bucket bermuatan
Gaya yang disebabkan berat bucket dan berat material diasumsikan
terpusat pada X, sehingga dapat dihitung besar gaya yang ditopang silinder arm
dengan persamaan 3.13 :
( bF + mF ) . bF = sbmF . EF .........................................................................(3.13)
Dengan persamaan 3.13, maka gaya yang ditumpu silinder boom ( sbmF ) :
BA
C
G
D
F
E
H
J
I
bF + mF
ssF
sbmF
b
X
36
sbmF = [( bF + mF ) . bF ] / EF
sbmF = [(6310 + 13485) . 14700] / 1500
sbmF = 193991 Kg
Gaya tersebut akan ditumpu dua silinder arm sehingga masing – masing
silinder menumpu beban sebesar 96995,5 Kg. Untuk mengatsai gaya tersebut
dibutuhkan perhitungan diameter kepala piston, perhitungan diameter kepala
piston dapat digunakan persamaan 3.3 adalah :
96995,5 = 326 4
2d
sbmd =
4326
5,96995
sbmd = 19cm = 190 mm
Dengan panjang langkah piston (stroke) (L) ditentukan 2650 mm, maka
volume minyak yang dibutuhkan dapat diperoleh dengan persamaan 3.5 :
V = [( /4) . 190 2 ] . 2650
V = 75 liter
Pada saat tekanan maksimal (p=326 Kg / 2cm ) aliran minyak dari pompa
aQ = 472 liter / menit. Sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mengisi silinder
diperoleh dengan persamaan 3.6 adalah :
472 =t
7560
t = 9 detik
37
Kecepatan batang piston persamaan 3.7 :
9
265v
= 29 cm /detik = 0,29 m / detik
3.5.3 Perhitungan Batang Piston
Momen yang ditimbulkan pada saat melakukan penetrasi lebih kecil bila
dibandingkan dengan momen yang ditimbulkan saat bucket terisi penuh material.
Momen yang ditimbulkan berat bucket dan material tanah 193991 Kg,
direncanakan menggunakan dua silinder maka setiap silinder menumpu 96995,5
Kg, dengan menganggap batang piston dengan panjang 2650 mm dapat
mengalami gaya aksial yang menyebabkan tekukan, maka dihitung besarnya
diameter batang piston agar mampu menahan gaya kritis yang ditimbulkan gaya
tersebut, dengan menggunakan persamaan 3.9 :
96995,5 Kg =3.217
64.)10(2.1.
2
462 d
d =63
2
102,1
6432656995,594
d = 11,90 cm = 119 mm
3.6 Fluida Hydraulic
Fluida Hydraulic yang berwujud minyak olie merupakan bagian yang
sangat penting pada suatu system pesawat hydraulic. Fluida hydraulic dalam
aplikasinya mempunyai tujuan utama yaitu :
38
1. Sebagai pemindah (penerus) daya
2. Pelumas pada bagian-bagian yang bergesekan
3. Pengisi calah (seal) jarak antara dua bidang yang bergesekan
4. Sebagai pendingin (penyerap) panas
Dalam memilih jenis olie perlu diperhatikan kekentalannya (viskositas).
Fluida hydraulic yang viskositasnya terlalu rendahakan lebih mudah mengalir
daripada fluida yang kental. Kekentalan adalah tahanan yang diberikan fluida
untuk mengalir, karena itu untuk fluida ynag terlalu kental akan memnambah dan
menyebabkan adanya kehilangan daya. Sebaliknya bila terlalu encer juga akan
menyebabkan keausan yang lebih cepat pada bagian yang dilewati.
Pada perencanaan sistem hydraulic,fluida kerja yang digunakan adalah
ISO VG 32 yang mempunyai suhu antara 20˚ C sampai 90˚ C. Yanag pada suhu
40˚ C mempunyai viskositas angka kinematis VG 32 adalah 32cst (viskositas
kinematis) (Sugi Hartono 1988, hal.43)
3.7 Tekanan Kerja Cylinder Hydraulic
Teakanan kerja yang terjadi pada cylinder hydraulic dihitung dengan
persamaan 3.8. (Sugi Hartono, 1988, hal 24)
=
Keterangan :
P = Tekanan (kg/ mm2)
F = Gaya yang bekerja pada cylinder hydraulic (kg)
A = Luas penampang cylinder (mm2)
39
Dari perhitungan diperoleh gaya yang dibutuhkan untuk menggerakkan lengan
antara lain :
F1 = Gaya pada hydraulic bucket
= 49487,5 Kg
F2 = Gaya pada hydraulic arm
= 51467 Kg
F3 = Gaya pada hydraulic boom
= 96995,5 Kg
Diameter dalam cylinder piston yang direncanakan :
D1 = 140 mm pada hydraulic bucket
D2 = 142 mm pada hydraulic arm
D3 = 191 mm pada hydraulic boom
Maka :
3.7.1 Tekanan kerja pada cylinder hydraulic bucket :
=
= . 2
= .1402
= 15386 mm2
P =,
= 3,216 kg / mm2
40
3.7.2 Tekanan kerja pada cylinder hydraulic arm :
=
= . 2
= .1422
= 15828,74 mm2
P =.
= 3,251 kg / mm2
3.7.3 Tekanan kerja pada cylinder hydraulic boom :
=
= . 2
= . 1912
= 28637,58 mm2
P =,
,
= 3,387 kg / mm2
Maka :
Tekanan kerja total :
P Total = (3,216 + 3,251 + 3,387)
= 9,854 kg / mm2
= 9,854. 9,81.106 bar
= 96 Bar
41
Direncanakan tekanan kerja fluida :
P = 200 Bar
= 200 x 105 N / mm2
Sehingga gaya untuk masing-masing hydraulic seperti dalam persamaan 3.9 :
FA = P.A.Thm
FB = P. 0,785.(D2-d2).Thm
Dimana :
FA = Gaya untuk langkah maju
FB = Gaya untuk langkah mundur
D = Diameter dalam untuk cylinder hydraulic
d = Diameter batang torak
Thm = Efisiensi hidrodinamis = 0,98 %
P = Tekanan kerja
Hydraulic bucket :
FA = (200 x 105) x 0.785 x (0, 140)2 x 0,98
= 301565,6 N
FB = (200 x 105) x 0.785 x [(0,140) − (0,64) ] x 0,98
= 7726594,4 N
Hydraulic arm :
FA = (200 x 105) x 0.785 x (0, 142)2 x 0,98
= 310243,304 N
42
FB = (200 x 105) x 0.785 x [(0,142) − (0,145) ] x 0,98
= 13247,346 N
Hydraulic boom :
FA = (200 x 105) x 0.785 x (0, 191)2 x 0,98
= 561296,66 N
FB = (200 x 105) x 0.785 x [(0,191) − (0,67) ] x 0,98
= 6345478,73 N
3.8 Penentuan tebal dinding cylinder :
Tebal dinding cylinder hydraulic harus mampu menekan tekanan kerja fluida
dengan persamaaan 4 (R.S. Kurni, 1982, hal 184)
t = −
Do = D+2.t
Dimana :
D = Diameter cylinder dalam
Do = Diameter cylinder luar
= Tegangan ijin bahan
t = tebal dinding cylinder
Bahan cylinder diameter baja karbon kontruksi mesin S30 C, dengan
Kekuatan tarik = 48 kg / mm
Kekerasan HB = 137-147 HB
Faktor keamanan Sf = 6
43
Sehingga tekanan ijin bahan :
=
= 8 Kg / mm2
3.8.1 Tebal dinding cylinder hydraulic bucket :
t = − 1
=,
,− 1
= 57,33 mm ≈ 57 mm
Diameter luar cylinder bucket :
Do = D + 2t
= 140 + 2 x 57,33
= 254,66 mm ≈ 255 mm
Maka diameter luar cylinder bucket yang dipakai 255 mm
3.8.2 Tebal dinding cylinder hydraulic arm :
t = − 1
=,
,− 1
= 59,214 mm ≈ 59 mm
44
Diameter luar cylinder arm :
Do = D + 2t
= 142 + 2 x 59,214
= 260,42 mm ≈ 260 mm
Maka diameter luar cylinder arm yang dipakai 260 mm
3.8.3 Tebal dinding cylinder hydraulic boom :
t = − 1
=,
,− 1
= 85,472 mm ≈ 85 mm
Diameter luar cylinder boom :
Do = D + 2t
= 191 + 2 x 85,472
=361,944 mm ≈ 362 mm
Maka diameter luar cylinder boom yang dipakai 362 mm
45
BAB IV
PERAWATAN
4.1. Perawatan pada attachment
Perawatan pada khususnya sangat diperlukan segala jenis alat–alat berat,
hal ini untuk menjaga keawetan umur pakai pada alat-alat berat sehingga dapat
dipergunakan dalam jangaka waktu yang lama. Dalam pemilihan cara perawatan
sangat perlu diperhatikan konstruksi dan kondisi kerja. Tempat pelumasan, dan
lokasi, juga cara pelumasan harus direncanakan atas dasar pengalaman.
4.2 Perawatan pada cylinder hydraulic
Perawatan pada cylinder hydraulic harus diperhatikan agar bekerja dengan
baik. Kerusakan pada cylinder hydraulic jarang terjadi, jika ada kerusakan hanya
pipa-pipa atau seal penyalur minyak hydraulic atau pada kerusakan pompa
hydraulicnya. Oleh karena itu perawatan hydraulicnya harus dilakukan setiap hari
saat akan bekerja atau tidak sedang bekerja.
46
BAB V
PENUTUP
4.1 Kesimpulan
Dari perhitungan diameter dan batang piston, silinder bucket, silinder stick,
silinder boom saat bucket bermuatan batu kapur dapat disimpulkan :
a. Bucket :
1. Diameter kepala piston silinder : 139 mm
2. Diameter batang piston : 85 mm
3. Diameter dalam cylinder hydraulic :140 mm
4. Tebal dinding cylinder hydraulic : 57,33 mm
5. Diameter luar cylinder hydraulic : 255 mm
b. Arm :
1. Diameter kepala piston silinder : 140 mm
2. Diameter batang piston : 104 mm
3. Diameter dalam cylinder hydraulic : 142 mm
4. Tebal dinding cylinder hydraulic : 59,214 mm
5. Diameter luar cylinder arm 260 mm
47
c. Boom :
1. Diameter kepala piston silinder : 190 mm
2. Diameter batang piston : 119 mm
3. Diameter dalam cylinder hydraulic : 191 mm
4. Tebal dinding cylinder hydraulic : 85,472 mm
5. Diameter luar cylinder bucket : 362 mm
4.2 Saran
Untuk memperkecil diameter piston dan batang piston salah
satunya dapat dilakukan dengan menambah jumlah silinder.
48
DAFTAR PUSTAKA
Brosur dan leaflet dari produsen Alat-alat Berat :
Komatsu, Liebherr, Caterpillar.
Ferry Irawan, 1997, Perlengkapan kerja backhoe setara dengan PC 200 LC-6
_____,2004,Pedoman Penulisan Skripsi, Universitas Sanata Dharma,
Yogyakarta.
R.S. Kurni, 1982, A Text Book of Machine Design, Eurasia Publishing House,
LTD, New Delhi.
Rochmanhadi,1987, Alat-alat Berat dan Penggunaannya, Badan Penerbit
Pekerjaan Umum
Sularso, Suga. K., 1985, Dasar Perencanaan dan Pemilihan Bahan Elemen
Mesin, P. T. Pradnya Pramita, Jakarta.
49
LAMPIRAN
350
500
700
2675
2400
75
2560
2400
390
2600
150
220
SKALA : 1 : 50
SATUAN : mmTANGGAL : 7 - 6 - 2010
DIGAMBAR :HARI PRASETYO NIM : 045214033DIPERIKSA : WIBOWO K S.T, M.T.
A4FAKULTAS SAINS & TEKNOLOGI USD
KETERANGAN
BUCKET 1
945
150245
945
445
280
150
150
200200
250250
SKALA : 1 : 70
SATUAN : mmTANGGAL : 7 - 6 - 2010
DIGAMBAR :HARI PRASETYO NIM : 045214033DIPERIKSA : WIBOWO K S.T, M.T.
A4FAKULTAS SAINS & TEKNOLOGI USD
KETERANGAN
STICK 2
1900
1501600
9200
1200
350900
300
200
300
150
SKALA : 1 : 100
SATUAN : mmTANGGAL : 7 - 6 - 2010
DIGAMBAR :HARI PRASETYO NIM : 045214033DIPERIKSA : WIBOWO K S.T, M.T.
A4FAKULTAS SAINS & TEKNOLOGI USD
KETERANGAN
BOOM 3
300
300
255
140
150
150
R150
R150
1900495 200
SKALA : 1 : 30
SATUAN : mmTANGGAL : 1 - 8 - 2010
DIGAMBAR :HARI PRASETYO NIM : 045214033DIPERIKSA : WIBOWO K S.T, M.T.
A4FAKULTAS SAINS & TEKNOLOGI USD
KETERANGAN
SILINDER BUCKET
300
300
200
260
142
R150
150
150
1900350
SKALA : 1 : 30
SATUAN : mmTANGGAL : 1 - 8 - 2010
DIGAMBAR :HARI PRASETYO NIM : 045214033DIPERIKSA : WIBOWO K S.T, M.T.
A4FAKULTAS SAINS & TEKNOLOGI USD
KETERANGAN
SILINDER ARM
300
362
191
R150150
150
R150
2100500
SKALA : 1 : 30
SATUAN : mmTANGGAL : 1 - 8 - 2010
DIGAMBAR :HARI PRASETYO NIM : 045214033DIPERIKSA : WIBOWO K S.T, M.T.
A4FAKULTAS SAINS & TEKNOLOGI USD
KETERANGAN
SILINDER BOOM
top related