rancang bangun dan analisa strukturmesin …/rancan… · melalui gaya geser momen lentur yang...

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

RANCANG BANGUN DAN ANALISA STRUKTURMESIN PENGHANCURLIMBAH STYROFOAM

PROYEK AKHIR

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Ahli Madya

Oleh:

MEI ANANG KURNIANTO NIM. I8109028

PROGRAM DIPLOMA TIGA TEKNIK MESIN PRODUKSI JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERITAS SEBELAS MARET SURAKARTA

2012


commit to user

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. LATAR BELAKANG

Limbah styrofoam banyak dijumpai dewasa ini. Hal ini disebabkan karena

kebutuhan akan styrofoam semakin meningkat. Styrofoam biasanya digunakan

untuk bungkus makan, pengganjal alat elektronik seperti televisi, kulkas AC dan

lain-lain. Penggunaan styrofoam memang sangat membantu dan sangat efisien.

Tetapi styrofoam merupakan salah satu jenis bahan yang sukar diurai oleh tanah

karena styrofoam merupakan bahan yang terbuat dari polystyrene yaitu plastik

yang berbahan dasar petrolium yang berasal dari zat styrene monomer. Diperlukan

waktu yang lama untuk mengurai bahan ini.

Berawal dari persoalan tersebut orang mencoba mendaur ulang styrofoam.

Salah satunya yaitu untuk komposisi pembuatan batu batako, yaitu dengan cara

mencampur styrofoam, semen dan pasir. Sehingga dapat menghemat pasir, semen

dan bisa menghasilkan batu batako yang ringan.

Dikarenakan pada saat mencampur komposisi tersebut diharuskan bentuk

styrofoam sudah harus hancur, maka diperlukan suatu mesin untuk

menghancurkan limbah styrofoam. Untuk itu dibuatlah mesin penghancur

styrofoam untuk mempermudah proses penghancuran styrofoam di UKM Cipta

Karya Manunggal Jl. Kerinci Dalam 6, No 16B, Sambirejo RT 03/09 Kadipiro

Solo.

Salah satu komponen mesin yang paling penting adalah rangka.

Diperlukan ketelitian dalam perhitungan agar rangka bisa menopang beban yang

ada serta tepat dalam pemilihan material rangka. Metode yang digunakan untuk

perhitungan adalah metode slope deflection.


commit to user

2

1.2. PERUMUSAN MASALAH

Perumusan masalah dalam proyek akhir ini adalah merancang dan

membuat rangka alat penghancur styrofoam.

1.3. BATASAN MASALAH

Batasan masalah proyek ini yaitu tentang perhitungan konstruksi rangka,

sambungan baut, dan kekuatan las pada mesin penghancur limbah styrofoam.

1.4. TUJUAN DAN MANFAAT PROYEK AKHIR

a. Tujuan Proyek Akhir

· Untuk merancang dan membuat rangka alat penghancur sytrofoam yang

digunakan dalam pembuatan batu batako di UKM Cipta Karya

Manunggal.

b. Manfaat Proyek Akhir

· Teoritis

Memperoleh pengetahuan dan pemahaman mengenai perancangan alat

serta menciptakan suatu unit rekayasa yang efektif dan efisien

dibandingkan alat sejenis yang telah ada.

· Praktis

Menerapkan ilmu yang sudah diperoleh selama kuliah dengan

mengaplikasikannya dalam suatu bentuk karya nyata dalam sebuah

ornament alat penghancur styrofoam dan melatih ketrampilan dalam

proses produksi yang meliputi bidang perancangan, pengelasan dan

permesinan.


commit to user

3

BAB II

DASAR TEORI

2.1. Styrofoam

Limbah styrofoam merupakan salah satu limbah yang sukar untuk

diuraikan. Dibutuhkan waktu setidaknya 1000 tahun oleh bumi untuk

menguraikan limbah styrofoam tersebut (Anam, 2009 : 8). Oleh karena itu banyak

orang yang mencoba untuk memanfaatkan limbah styrofoam dalam proses

pembuatan batu batako.

Gambar 2.1. Styrofoam Sumber: http://balon-indonesia.blogspot.com/2011/08/styrofoam-

dekorasi.html

2.2. Mesin Bor

Mesin bor adalah suatu jenis mesin perkakas yang gerakannya

memutarkan alat pemotong dengan arah pemakanan mata bor hanya pada

sumbu mesin tersebut. Sedangkan pengeboran adalah operasi menghasilkan

lubang berbentuk bulat pada benda kerja dengan menggunakan pemotong

berputar yang disebut bor.


commit to user

4

2.2.1. Mata potong bor

Mata potong terdiri dari dua bagian, yaitu bibir potong dan sisi

potong. Bibir potong mata bor terdapat dua buah yang terletak antara dua sisi

potong yang saling berhadapan. Kedua sisi potong ini diasah hingga membentuk

sudut yang bervariasi sesuai dengan bahan yang di bor.

Tabel 2.1. Sudut mata bor

Besar Sudut Bahan

500-800

1180

1400

Kuningan, Perunggu

Baja, Besi Tuang, Baja Lunak, Baja Tuang

Baja Keras

Sumber: http://doddi_y.staff.Gunadarma.ac.id/Mesin+Bor 2.2.2. Kecepatan pemotongan

Kecepatan potong ditentukan dalam satuan panjang yang dihitung

berdasarkan putaran mesin per menit. Atau secara defenitif dapat dikatakan bahwa

kecepatan potong adalah panjangnya gram yang terpotong per satuan waktu.

Setiap jenis logam mempunyai harga kecepatan potong tertentu dan

berbeda-beda. Dalam pengeboran putaran mesin perlu disesuaikan dengan

kecepatan potong logam.

Tabel 2.2. Harga kecepatan potong mata bor HSS

Bahan Kecepatan Potong (m/menit)

Alumunium Campuran

Kuningan Campuran

Perunggu Tegangan Tinggi

Besi Tuang Lunak

60 – 100

30 – 100

25 – 30

30 – 50


commit to user

5

Besi Tuang Menengah

Besi Tuang Keras

Tembaga

Baja Karbon Rendah

Baja Karbon Sedang

Baja Karbon Tinggi

Baja Perkakas

Baja Campuran

25 – 30

10 – 20

20 – 30

30 – 50

20 – 30

15 – 30

10 – 30

15 – 25

Sumber: http://doddi_y.staff.Gunadarma.ac.id/Mesin+Bor

Berikut perhitungan kecepatan untuk proses pengeboran

V = . d . n.......................................................... (2.1)

Dimana:

V = keliling bibir potong mata bor

d = Diameter mata bor

n = putaran mata bor per menit

2.2.3. Pemakanan pengeboran

Pemakanan adalah jarak perpindahan mata potong bor ke dalam

lubang/benda kerja dalam satu kali putaran mata bor. Besarnya pemakanan dalam

pengeboran dipilih berdasarkan jarak pergeseran mata bor dalam satu putaran,

sesuai dengan yang diinginkan. Pemakanan juga tergantung pada bahan yang

akan dibor, kualitas lubang yang dibuat, dan kekuatan mesin yang ditentukan

berdasarkan diameter mata bor.


commit to user

6

Tabel 2.3 Kecepatan potong dan kecepatan pemakanan pengeboran

Diameter Mata Bor (mm) Ø5 Ø10 Ø15 Ø20 Ø25

Kec. Pemakanan (mm/putaran) 0.1 0.18 0.25 0.28 0.31

Kec. Potong (mm/min) 15 18 22 26 29

Sumber : Scharcus dan Jutz, 1996.

2.3. Analisa Kekuatan Rangka

Statika adalah ilmu yang mempelajari tentang pengaruh dari suatu beban

terhadap gaya-gaya dan juga beban yang mungkin ada pada bahan tersebut.

Dalam ilmu statika keberadaan gaya-gaya yang mempengaruhi sebuah sistem

menjadi suatu objek tinjauan utama. Menghitung kekuatan rangka dapat ditinjau

melalui gaya geser momen lentur yang muncul akibat beban yang diberikan pada

rangka menggunakan metode slope deflection yang menyebabkan perpindahan-

perpindahan (rotasi dan translasi) pada setiap titik hubung yang kaku. Metode

perubahan sudut ini sangat umum digunakan untuk menganalisa balok dan

kerangka kaku baik yang bersifat statis tak tentu maupun statis tertentu.

2.3.1. Metode Perubahan Sudut (Slope Deflection Method)

Metode perubahan sudut merupakan salah satu metode umum yang dapat

dipakai untuk menganalisa semua balok dan kerangka kaku baik yang bersifat

statis tak tentu ataupun statis tertentu, berdasarkan pengandaian bahwa semua

deformasi disebabkan hanya oleh pengaruh momen lentur.

Keistimewaan dari metode ini adalah perpindahan (rotasi dan translasi)

titik-titik hubung yang kaku diperlakukan sebagai besaran yang tak diketahui

nilainya, nilai-nilai mereka ditentukan lebih dahulu dari nilai momen di setiap

ujung anggota.


commit to user

7

Gambar 2.2. Kerangka kaku

(Sumber : Wang, 1987 : 178)

Keterangan:

a. Kerangka kaku di atas bersifat statis tak tentu.

b. Portal dicegah beralih horisontal oleh tumpuan terjepit di A.

c. Portal di cegah beralih vertikal oleh tumpuan dasarr tejepit di D dan E.

d. Deformasi aksial pada anggota-anggotanya diabaikan, kelima titik

hubungnya harus tetap di lokasi mereka semula.

e. Rotasi titik hubung searah jarum jam θB dan θC dianggap bernilai positif

(Gambar 2.2a).

f. Diagram-diagram benda bebas semua anggota (Gambar 2.2b)

memperlihatkan bahwa di suatu ujung yang manapun pada setiap anggota,

bisa terdapat tiga gaya : gaya tarik atau tekan langsung, gaya geser ujung,

dan momen ujung. Delapan momen ujung yang bekerja di ujung-ujung

keempat anggota disebut sebagai M1 hingga M8. Momen-momen searah

jarum jam yang bekerja di ujung-ujung anggota dianggap bernilai positif.

(a) Kerangka kaku

(c) Diagaram benda bebas titik hubung

(hanya momen yang diperlihatkan) (b) Diagaram benda


commit to user

8

g. Dua momen ujung yang bekerja pada setiap anggota dapat diekspresikan

sebagai fungsi dari kedua rotasi dan beban-beban pada ujung anggota yang

bersangkutan. Jadi momen-momen M1 hingga M8 dapat diekspresikan

sebagai fungsi dari kedua rotasi titik hubung yang tak diketahui θB dan θC.

h. Gambar 2.2c memperlihatkan diagram-diagram benda bebas titik hubung

B dan C. Aksi dari anggota terhadap titik hubung terdiri dari sebuah gaya

dalam arah sumbu anggota yang bersangkutan, dan sebuah momen yang

masing-masing merupakan lawan dari aksi titik hubung yang bersangkutan

terhadap anggota tersebut. Pada gambar 2.2c hanya momen yang

diperlihatkan. Momen-momen ini diperlihatkan dalam arah positif mereka,

yakni berlawanan arah jarum jam.

i. Agar seimbang, jumlah semua momen yang bekerja di setiap titik hubung

harus sama dengan nol. Jadi :

Syarat sambungan di B :

M2 + M3 + M5 = 0

Syarat sambungan di C :

M4 + M7 = 0

Syarat sambungan di B dan C diperlukan dan cukup untuk menentukan

nilai rotasi titik hubung yang tak diketahui yaitu θB dan θC.

Dari keterangan (gambar 2.2) di atas sudah dapat diketahui bahwa beban

yang diterima rangka menyebabkan perubahan sudut (θ) yang nilainya perlu dicari

dan digunakan untuk menentukan nilai momen lentur pada setiap ujung anggota.

2.3.2. Penurunan Persamaan Perubahan Sudut

Persamaan-persamaan defleksi kemiringan momen ujung yang bekerja di

ujung-ujung sebuah batang dinyatakan dalam suku-suku rotasi ujung dan

pembebanan pada batang tersebut. Jadi untuk rentangan AB yang terlihat pada

(gambar 2.3a), MA dan MB dinyatakan dalam suku-suku rotasi ujung θA dan θB dan

pembebanan yang diberikan W1 dan W2 (momen ujung searah jarum jam

bernilai positif).


commit to user

9

Gambar 2.3. Persamaan perubahan sudut kerangka kaku

(Sumber : Wang, 1987 : 180)

Dengan pembebanan yang diberikan pada batang itu maka diperlukan

momen ujung (momen ujung terjepit) MOA dan MOB yang diperlukan untuk

mempertahankan kemiringan nol di A dan B (Gambar 2.3b). Momen-momen

ujung tambahan M’A dan M’

B atau biasa disebut kondisi gaya titik hubung yang

tanpa beban-beban bekerja pada batang AB diperlukan untuk mempertahankan

kemiringan θA dan θB. Jika θA1 dan θB1 merupakan rotasi ujung yang disebabkan

oleh M’A dan θA2 dan θB2 oleh M’

B (Gambar 2.3d), maka syarat-syarat bentuk yang

diperlukan menurut (Wang, 1987:180) :

MA = MOA + M’A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.2)

MA = MOA + M’A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.3)

Momen-momen ujung MOA dan MOB ditentukan sebagai momen ujung terjepit

sedangkan momen-momen ujung M’A dan M’

B ditentukan untuk mempertahankan

kemiringan θA dan θB. jadi :

θA = - θA1 + θA2 = 3EI

LM'

6EI

LM' BA +- . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.4)

(a) Persamaan perubahan sudut

(b) (c) (d)


commit to user

10

θB = - θB1 + θB2 = 3EI

LM'

6EI

LM' BA +- . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.5)

Dengan menjawab persamaan (2.3 dan 2.4) untuk memperoleh M’A dan M’

B,

M’A = + Bqq

L

2EI

L

4EIA + . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.6)

M’B = + Bqq

L

4EI

L

2EIA + . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.7)

Subtitusikan persamaan (2.5 dan 2.6) ke dalam persamaan (2.1 dan 2.2) untuk

memperoleh MA dan MB,

MA = MOA + )2(L

2EIA Bqq + . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.8)

MB = MOB + )2(L

2EIA Bqq + . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.9)

Maka secara umum di dapat,

Mujung-dekat = MOA + )2(L

2EIA Bqq + . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.10)

Dimana :

θA = Sudut rotasi titik hubung A

θB = Sudut rotasi titik hubung B

MA = Momen di ujung batang AB (N/mm2)

MB = Momen di ujung batang BA (N/mm2)

M’A = Momen untuk mempertahankan kemiringan θA

M’B = Momen untuk mempertahankan kemiringan θB

I = Inersia (mm4)

L = Panjang batang (mm)

MOA = Momen ujung terjepit di A

MOB = Momen ujung terjepit di B


commit to user

11

Persamaan (2.9) di atas adalah persamaan perubahan sudut untuk suatu

anggota yang mengalami perubahan sudut tanpa rotasi sumbu anggota-

anggotanya. Momen di sembarang ujung suatu anggota yang mengalami lenturan

sama dengan momen ujung terjepit akibat beban-beban yang bekerja pada anggota

tersebut ditambah 2EI/L kali jumlah dari dua kali kemiringan di ujung dekat dan

kemiringan di ujung jauh.

2.4. Pengelasan

Pengelasan adalah pembuatan sambungan permanen yang mana berasal

dari peleburan dari dua bagian yang digabungkan bersama, dengan atau tanpa

penggunaan penekanan dan pengisian material. Panas yang dibutuhkan untuk

meleburkan material berasal dari nyala api pada las asitelin atau las busur listrik.

Pada proses pengerjaan proyek akhir ini menggunakan las listrik untuk membuat

rangka dan spot welding untuk membuat cover.

Tipe-tipe sambungan las yang dipakai antara lain:

· Butt join, yaitu sambungan las dimana kedua benda kerja yang dilas berada

pada bidang yang sama. Gambar 2.4 menunjukan jenis-jenis sambungan butt

join.

Gambar 2.4. Jenis Butt join

(Sumber : Khurmi-Gupta, 2005 : 344)

· Lap join, yaitu sambungan las dimana kedua benda kerja yang dilas berada

pada bidang paralel. Gambar 2.5 menunjukan tipe lap join.


commit to user

12

Gambar 2.5. Lap join


· Edge join, yaitu sambungan las dimana kedua benda kerja yang dilas berada

pada bidang paralel, tetapi sambungan las dilakukan pada ujungnya. Gambar

2.6 menunjukan tipe edge join.

Gambar 2.6. Edge join


· T-join, yaitu sambungan las dimana kedua benda kerja yang dilas tegak lurus

satu sama lain. Gambar 2.7 menunjukan tipe T-join.

Gambar 2.7. T-join (Sumber : Khurmi-Gupta, 2005 : 344)

· Corner join, yaitu sambungan las dimana kedua benda kerja yang dilas tegak

lurus satu sama lain, tetapi sambungan las dilakukan pada sudutnya. Gambar

2.8 menunjukan tipe corner join.


commit to user

13

Gambar 2.8. Corner join


Biasanya sebelum dilalukan pengelasan busur listrik benda kerja dibuat

kampuh atau alur las, gambar 2.9 menerangkan tentang macam-macam bentuk

alur las

Gambar 2.9. Bentuk alur las

Perhitungan dalam perencanaan las (Khurmi 1982: 310)

Panjang las minimum dalam proses pengelasan (l)

l = .................................................................. (2.11)

dimana :

l = panjang pengelasan (mm)

P = beban pada titik pengelasan (kg)

t = Tebal plat (mm)

fs = tegangan geser ( )


commit to user

14

2.5. Sambungan baut

Sambungan baut adalah sambungan yang menggunakan kontruksi ulir

untuk mengikat dua a tau lebih komponen permesinan. Sambungan baut

merupakan jenis dari sambungan semi permanent (dapat dibongkar pasang).

Sambungan baut terdiri dari 2 (dua) bagian, yakni Baut (Bolt), yakni yang

memiliki ulir di bagian luar dan Mur (Nut) , yakni yang memiliki ulir di bagian

dalam.

Ukuran dalam ulir biasanya disertakan dengan huruf (M) kemudian diikuti

dengan diamter dan kisaranya. Sebagai contoh M10 x 1,5 artinya ulir dengan

diameter luar 10 dan kisar jarak ulir = 1,5 mm. Perhitungan dalam perencanaan

sambungan ulir antara lain menentukan besarnya diameter.

Menghitung diamter dari gaya gesernya (Khurmi : 349)

F = x dc2

x ....................................................................... (2.12)

dimana :

dc = diameter baut (mm)

F = gaya yang bekerja (N)

= tegangan geser izin material ( N/mm2)

= safety factor


commit to user

15

BAB III

PERENCANAAN DAN GAMBAR

3.1. Skema dan Prinsip Kerja Alat

Gambar 3.1. Mesin penghancur limbah styrofoam

Gambar 3.1 menjelaskan bagian-bagian dari mesin penghancur limbah

styrofoam. Prinsip kerja dari alat penghancur styrofoam adalah menggunakan

tenaga dari motor listrik 1 Hp. Daya dari motor ini ditransmisikan dengan pulley

dan sabuk. Putaran mesin direduksi dengan perbandingan pulley 1:2 dan

dihubungkan oleh sabuk dengan panjang 51 inchi.

Pisau penghancur

Corong masuknya styrofoam

Motor Listrik

Laci tempat menampung hasil produksi

Rangka mesin


commit to user

16

Material styrofoam dimasukkan melalui corong yang kemudian akan

dihancurkan oleh pisau yang didesain dari beberapa sikat kawat yang disusun

dengan bantuan poros bertingkat. Hasil dari styrofoam yang telah dihancurkan

akan turun ke bawah dan ditampung oleh laci yang telah disiapkan.

3.2. Diagram Alur Proses Perancangan Konstruksi

Proses perancangan konstruksi alat penghancur styrofoam ini seperti

terlihat pada diagram di bawah:

Gambar. 3.2. Flow chart perencanaan dan perhitungan


commit to user

17

3.3. Analisa Rangka

Rangka mesin penghancur styrofoam ini terbuat dari baja ST 37 profil L

dengan ukuran 50 x 50 x 4. Informasi yang berkaitan dengan bahan tersebut

adalah sebagai berikut : (Gunawan : 1988 : 33).

a. Bahan ST 37 profil L 50 x 50 x 4

Tegangan ultimate (σu) = 370 N/mm2.

Momen inersia (I):

Ix = 14,4. 104 mm4

Iy = 3,74. 104 mm4

Ukuran penampang

Panjang (H) = 50 mm

Lebar (B) = 50 mm

Luas penampang (A) = 389200 mm2

Mencari gaya yang paling besar

· Gaya pada poros pisau penghancur

Torsi pisau = Torsi pulley

Fpisau . rpisau = Fpulley . rpulley

Fpisau . 76,2 mm = 128. 76,2 mm

Fpisau = 128 N

Gambar. 3.3. Gaya yang bekerja pada poros

128 N 128 N


commit to user

18

· Kesetimbangan gaya luar

A = 0

Fpisau . 95 – RB . 190 + Fpulley . 260 = 0

128 . 95 - RB . 190 + 128. 260 = 0

45440 − RB . 190 = 0

RB = 239,16 N

Y = 0

RA + RB − Fpulley − Fpisau = 0

RA + 239,16 –128– 128 = 0

RA = 16,84 N

· Gaya pada motor penggerak

Berasal dari berat motor listrik yang ditumpu oleh 4 baut.

F = 190/4 = 47,5 N

Jadi gaya yang dipakai acuan adalah gaya pada RB yaitu 239,16 karena

merupakan gaya yang paling besar.

3.3.1. Analisa Kekuatan Rangka Utama

Gambar di bawah ini menjelaskan tentang free body diagram dari rangka

mesin penghancur styrofoam.

(a). Kerangka kaku yang akan ditinjau (b). Kurva elastis

Gambar 3.4. FBD rangka mesin penghancur styrofoam

239,16 N 239,16 N


commit to user

19

Setelah mengetahui FBD dari rangka mesin penghancur styrofoam,

kemudian memisahkan tiap batang untuk mengetahui momen ujung

terjepit seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.5.

(b). Diagram benda bebas momen ujung terjepit

Gambar 3.5. Kerangka kaku mesin penghancur styrofoam

a. Menentukan momen ujung terjepit pada tiap anggota.

· Momen ujung terjepit pada batang A-B

MO1 = 0 N.mm

· Momen ujung terjepit pada batang B-C

- MO2 = MO3 = 2

2..L

baP

= mmN .5,12524400

210.190.16,2392

2

=

MO3 = mmN .5,12524

MO2 = mmN .5,12524-

239,16 N


commit to user

20

Momen ujung terjepit pada batang C-D

MO4 = 0 N.mm

b. Persamaan-persamaan perubahan sudut pada tiap anggota.

· M1 = MO1 + )2(L

2EIB Aqq +

= 0 + )2(650

2EIAB qq +

M1 = 0,00615 EI θB + 0,003076 EI θA

· M2 = MO2 + )2(L

2EIB Cqq +

= - 12524,5 + )2(400

2EICB qq +

M2 = -12524,5 + 0,01 EI θB + 0,005 EI θC

· M3 = MO3 + )2(L

2EIC Bqq +

= 12524,5 + )2(400

2EIBC qq +

M3 = 12524,5 + 0,01 EI θC + 0,005 EI θB

· M4 = MO4 + )2(L

2EIDC qq +

= 0 + )2(650

2EIDC qq +

M4 = 0,00615 EI θC + 0,003076 EI θD

Pada kerangka kaku diatas dapat dilihat tumpuan yang dipakai untuk

menumpu tiang utama adalah sendi, sehingga tidak terjadi perubahan sudut dan

momen pada titik A dan D atau nilainya adalah 0. Pada batang B – C dijepit

ujung– ujungnya sehingga akan timbul momen dan perubahan sudut pada ujung

batang B – C . Persamaan-persamaan diatas dapat disederhanakan menjadi lebih

mudah seperti dibawah ini:

M1 = 0,00615 EI θB

M2 = -12524,5 + 0,01 EI θB + 0,005 EI θC

M3 = 12524,5 + 0,01 EI θC + 0,005 EI θB

M4 = 0,00615 EI θC


commit to user

21

c. Syarat keseimbangan titik hubung

· M1 + M2 = 0

0,00615 EI θB + (-20952,74) + 0,01 EI θB + 0,005 EI θC = 0 0,01615 EI θB + 0,005 EI θC = 12524,5

· -M3 - M4 = 0

-(12524,5 + 0,01 EI θC + 0,005 EI θB) - 0,00615 EI θC = 0

-0,005 EI θB - 0,0165I θC = 12524,5 Dari keseimbangan titik hubung diatas didapat dua persamaan untuk menentukan nilai dari perubahan sudut titik hubung B dan C.

0,01615 EI θB + 0,005 EI θC = 12524,5 (1) - 0,005 EI θB - 0,01615 EI θC = 12524,5 (2)

d. Mencari nilai θB dan θC :

- Mengubah persamaan (1) menjadi persamaan di bawah:

0,01615 EI θB + 0,005 EI θC = 12524,5

0,01615 EI θB = 12524,5 - 0,005 EI θC

EI θB = 775510,8359 - 0,309 EI θC (3)

Subtitusi persamaan 3 ke dalam persamaan 2:

-0,005 EI θB - 0,01615 EI θ C = 12524,5

-0,005.( 775510,8359 - 0,309 EI θC ) - 0,016155EI θC = 12524,5

0,00155 EI θC - 3877,55 - 0,01615 EI θC = 12524,5

- 0,014602012 EI θC = 16402,05418

EI θC = - 1123273,572

EI θB = 1123273,551

e. Mencari nilai momen yang muncul pada tiap anggota.

Dengan memasukkan nilai EIθB dan EIθC kedalam persamaan

perubahan sudut diatas maka nilai momen dapat didapatkan sebagai

berikut :


commit to user

22

M1 = 6908,132 N.mm

M2 = - 6908,132 N.mm

M3 = 6908,132 N.mm

M4 = - 6908,132 N.mm

f. Momen maximum pada batang B-C.

4

.max

LPM =

= 4

400.128

Mmax = 12800 N.mm

g. Gambar diagaram yang dihasilkan:

· Diagram momen.

Penggambaran momen dilakukan pada sisi tekan, tanpa penunjukan

tanda positif dan negatif.

(a).`Diagram momen lentur (b). Kurva elastis

Gambar 3.6. Diagram momen lentur dan kurva elastis rangka utama

400,1 N


commit to user

23

3.3.2. Analisa Kekuatan Bahan Profil Rangka

Kekuatan bahan ditinjau dari tegangan tarik

Tegangan ultimate bahan (Baja ST 37):

σu = 4

370 N/mm2

= 92,5 N/mm2

Tegangan tarik yang terjadi pada batang B-C:

σ = AF

= 2389200128

mmN

= 3,29 . 10-4 N/mm2

Karena σu > σ jadi rangka aman.

3.4. Perencanaan Pengelasan

Tegangan ultimate rangka = 370 N/mm2.

Perhitungan berdasarkan tipe pengelasan seperti gambar di bawah ini.

Gambar 3.7. Bentuk pengelasan

Dari data hasil perhitungan diatas diambil beban terberat untuk

dilakukan perhitungan yaitu 239,16 N.

Data : b = 46 mm

l = 50 mm

e = 200 mm


commit to user

24

P = 400,1N

safety factor = 4

= = 92,5 kg/mm2

Menghitung tebal / lebar pengelasan :

Ø Mencari x dan y pada titik G

x = = = 13,02

y = = = 11,02

cos = = = 0,85

Ø Momen inersia

I = t = t

= t = 46175,9 t mm4

Ø Throat area

A = t . l + t . b = t .( l + b ) = t . ( 50 + 46 ) = 96 t

Ø Gaya geser langsung

= = t9616,239 =

t5,2 N/mm2

= = 9,46175

02,13.200.16,239 = t49,13 N/mm2

Ø Resultan dari gaya geser maksimum

=

92,5 =

92,5 =


commit to user

25

92,5 = = = 0,17

Maka s = 0,707 x t

= 0,707 x 0,17 = 0,12 mm

Jadi tebal pengelasannya sebesar 0,12 mm.

3.5. Perencanaan Sambungan Baut

Dudukan motor penggerak

- Daya motor = 1 HP = 745,69 watt

- Putaran mesin maksimal = 1420 rpm

- Jari – jari / titik tengan motor = 70 mm

- Safety factor = 2

- = 370 N/mm2 , = 230 N/mm2

Perhitungan:

Ø Torsi ekuivalen

T = = = 205,51 Nm = 205510 Nmm

Ø Gaya yang bekerja

F = = = 2935,86 N

Ø Diameter

Dihitung dari tegangan tarik ijin materialnya.

F = .

2935,86 = .

2935,86 = 145,225

=

= = 4,49 à M6


commit to user

26

Dihitung dari tegangan geser ijin materialnya.

F = .

2935,86= .

2935,86 = 90,275

=

= = 5,7 à M7

Diameter lubang baut pada motor adalah M10. Pada rangka dibuat slot

dengan diameter 12 mm.


commit to user

BAB IV

PEMBUATAN DAN PEMBAHASAN

4.1. Pembuatan rangka

4.1.1. Bahan Rangka

Profil L dengan ukuran 50 mm x 50 mm x 4 mm.

Gambar 4.1. Profil L

4.1.2. Langkah-langkahpembuatan

a. Memotong besi siku yang akan dirangkai menjadi rangka alat:

ü Memotongbesi sikuukuran 400mm sebanyak 6 buah, sebagai

panjang rangka.


lebar rangka.


kaki-kaki rangka.

b. Merangkai bagian-bagian rangka (menyeting, mengelas)

c. Menyusun bagian-bagianrangka sesuaidengangambar 4.2.


commit to user

28

Gambar 4.2. RangkaMesinPenghancurStyrofoam

4.1.3. Proses pengelasan

a. Mengelasrangkasesuai dengan gambar denganmenghubungkan kaki-

kaki dengan panjangnya sebagai jarak sebanyak dua pasang.

Gambar 4.3. Tampak samping kanan dari rangka

b. Mengelasrangkadenganmenghubungkankedua pasang kaki yang

sudah di las, dengan lebar sebagai jaraknya.


commit to user

29

Gambar 4.4.Rangka tampak depan

c. Mengelasrangkasebagaidudukan motor dengan jarak dari atas ke

bawah 590 mm.

Gambar 4.5.Rangka dengan dudukan motor

d. Mengelas rangka sebagai dudukan slorokan wadah hasil

styrofoamdengan jarak dari atas 200 mm.


commit to user

30

Gambar 4.6.Rangka dengan dudukan laci

4.2. Pembuatan laci

Proses pembuatan

a. Memotong plat dengan ukuran 390mm

b. Pelatdengan390mm x 180mm sebagai alasnya. Membendig plat

ukuran 140 mm x 390 mm, kanankiri sesuai garis. Serta depan di

bending dengantinggi 150mm.

Gambar 4.7.Dimensi laci

c. Mengelastikbagiantekukansiku.

d. Merapikandengandipukul-pukul.


commit to user

31

Gambar 4.8.Laci tampak depan

Gambar 4.9.Laci

4.3. Pembuatan corong

4.3.1. Material komponen, yaitu plat.

4.3.2. Langkah-langkah pembuatan

a. Corong

ü Memotong plat sesuai ukuran

ü Membendingsesuaigambar

ü Mengelas tik bagian samping corong.


commit to user

32

Gambar 4.10.Corong

4.4. Pembuatan tutup kepala pisau

Langkah-langkah pembuatan

a. Memotong plat dengan 450mm x 180mm

b. Membending yang ukuran 250mm x 180mm

c. Merivet ujung plat buat dilekatkan pada blok

d. Membending plat sesuai gambar

Gambar 4.11.Tutup kepala pisau tampak samping

4.5. Mengebor rangka

Langkah-langkah pengeboran

a. Mengebor dengan diameter bor 10mm sebanyak 4 lubang dengan

jarak persegi 200mm x 230mm untuk dudukan kepala pisau.

b. Mengebor dengan diameter bor 10mm sebanyak 4 lubang untuk

dudukan motor

Bagian yang

dibending


commit to user

33

c. Mengebor rangka dengan diameter bor 10 mm dengan jarak 200

mm.

Gambar 4.12.Bagian rangka yang di bor

d. Mengebor rangka dengan diameter bor 11 mm dengan jarak 230

mm.

Gambar 4.13.Bagian rangka yang di bor tampak depan

4.6. Pembuatan cover

4.6.1. Langkah-langkah pembuatan

a. Memotong plat denganukuran 350mmx540mm sabanyak 2 buah.

b. Memotong plat denganukuran 230mmx532mm sebanyak 1 buah.

c. Memotong plat denganukuran 230mmx540mm sebanyak 1 buah.

4.6.2. Proses pembuatan

a. Memotong plat denganukuran 350mmx540mm

Bagian yang di bor

Bagian yang di bor


commit to user

34

Gambar 4.14.Plat

b. Memotong plat denganukuran 230mmx365mm

Gambar 4.15.Plat ukuran 230mm x365 mm

c. Memotong plat denganukuran 230mmx540mm

Gambar 4.16. Plat ukuran 230mm x 540 mm


commit to user

35

4.7. Proses Pengecatan

Pengecatanmerupakansalahsatubagianpentingdalamsebuahperancanganmesin.

Pengecatanberfungsisebagaiestetikadanpelindungdarikorosi.

Langkahpengerjaandalam proses pengecatan :

1. Membersihkanseluruhpermukaanprofilrangkadenganamplasdan air

untukmenghilangkankorosi.

2. Pengamplasandilakukanbeberapa kali

sampaipermukaanprofilrangkaluardandalambenar-benarbersihdarikorosi.

3. Mendempulbekaslas-lasandanbagian-bagiandarirangka yang tidak rata,

kemudianmengamplashasildempulansampaihalusdan rata.

4. Melakukanpengecatandengan poxysebagai dasar cat.

5. Melakukan pengecatan warna biru untuk rangka dan putih untuk cover.

6. Setelah cat kering kemudian di clearagar cat tahan lama yang mengkilap.

7. Pengeringanhasil pengecatan.

4.8. PerhitunganWaktuPermesinan Pengeboran

Bahanmatabor yang digunakanadalah HSS untukpembubutan material

bajalunak.Pengeboranlubangrangka, denganjumlahlubangtiapsisirangkaadalah 8

lubang.Jumlah total pengeboranlubangpadatiangadalah 32 lubangdengan diameter

10 mm. Berikutdapatdilihatwaktu yang dibutuhkanuntukpengeboranlubangrangka.

Gambar 4.17. Mata borbahan HSS

a. Pengeboranlubangpasakdenganmatabor Ø 10mm.


commit to user

36

Diketahui:

l = 5 mm

d = Ø10 mm

Sr = 0,1 mm/put

n = 330 rpm

Waktupengeboran :

Tm = .n

3,0

r

total

S

dl +

= 0,1.330

10.3,05

+

= 0,24menit

Waktu setting total (Ts) = 20menit

Waktupengukuran total (Tu) = 20menit

Total waktupengerjaan = (Tm×4+ Ts + Tu)

= (0,24×4 + 20 + 20)

= 40,96menit.


commit to user

BAB V

PENUTUP

V.1 Kesimpulan

Setelah melakukan proyek akhir dapat diambil kesimpulansebagai

berikut:

1. Rangkaamankarenategangan pada batang tidak melebihi tegangan ultimate

bahan.

2. Profilrangka yang digunakanuntukkeamananmenerimabeban239,16N

adalahprofil L ukuran 50 x 50 x 4 mm.

3. Untukkeamanansambunganrangkadigunakanukuranbaut M10

dantebalpengelasan0,12 mm.

V.2 Saran

Adapun saran-saran yang

dapatdiberikansetelahmenyelesaikanproyekakhirini:

1. Untukmenghematwaktu, sebaiknyastyrofoam yang

akandiprosesdisiapkandanbesarvolumenyadisesuaikandengancorongmesin.

2. Alat pengahancur styrofoam ini membutuhkan perawatan secara berkala

agar alatnya bekerja dengan baik.

rancang bangun dan analisa strukturmesin …/rancan… · melalui gaya geser momen lentur yang...

Documents