BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Conveyor
Di dalam industri, bahan-bahan yang digunakan kadangkala merupakan bahan yang berat maupun berbahaya bagi manusia. Untuk itu diperlukan alat transportasi untuk mengangkut bahan-bahan tersebut mengingat keterbatasan kemampuan tenaga manusia baik itu berupa kapasitas bahan yang akan diangkut maupun keselamatan kerja dari karyawan. Salah satu jenis alat pengangkut yang sering digunakan adalah Conveyor yang berfungsi untuk mengangkut bahan -bahan industri yang berbentuk padat. Pemilihan alat transportasi (conveying equipment ) material padatan antara lain tergantung pada : 1. Kapasitas material yang ditangani 2. Jarak perpindahan material 3. Kondisi pengangkutan : horizontal, vertikal atau inklinasi 4. Ukuran (size), bentuk (shape) dan sifat material (properties) 5. Harga peralatan tersebut.
4
2.1.1 Klasifikasi Conveyor
Secara umum jenis/type Konveyor yang sering digunakan dapat diklasifikasikan sebagai berikut : 1. Belt Conveyor 2. Chain Conveyor : a. Scraper Conveyor b. Apron Conveyor c. Bucket Conveyor d. Bucket Elevator 3. Screw Conveyor 4. Pneumatic Conveyor 2.1.1.1 Belt Conveyor
Belt Conveyor pada dasarnya mernpakan peralatan yang cukup sederhana. Alat tersebut terdiri dari sabuk yang tahan terhadap pengangkutan benda padat. Sabuk yang digunakan pada belt conveyor ini dapat dibuat dari berbagai jenis bahan misalnya dari karet, plastik, kulit ataupun logam yang tergantung dari jenis dan sifat bahan yang akan diangkut. Untuk mengangkut bahan -bahan yang panas, sabuk yang digunakan terbuat dari logam yang tahan terhadap panas. Karakteristik dan performance dari belt conveyor yaitu : 1. Dapat beroperasi secara mendatar maupun miring dengan sudut maksimum sampai dengan 18. 2. Sabuk disanggah oleh plat roller untuk membawa bahan. 3. Kapasitas tinggi. 4. Serba guna.
5
2.1.1 Klasifikasi Conveyor
Secara umum jenis/type Konveyor yang sering digunakan dapat diklasifikasikan sebagai berikut : 1. Belt Conveyor 2. Chain Conveyor : a. Scraper Conveyor b. Apron Conveyor c. Bucket Conveyor d. Bucket Elevator 3. Screw Conveyor 4. Pneumatic Conveyor 2.1.1.1 Belt Conveyor
Belt Conveyor pada dasarnya mernpakan peralatan yang cukup sederhana. Alat tersebut terdiri dari sabuk yang tahan terhadap pengangkutan benda padat. Sabuk yang digunakan pada belt conveyor ini dapat dibuat dari berbagai jenis bahan misalnya dari karet, plastik, kulit ataupun logam yang tergantung dari jenis dan sifat bahan yang akan diangkut. Untuk mengangkut bahan -bahan yang panas, sabuk yang digunakan terbuat dari logam yang tahan terhadap panas. Karakteristik dan performance dari belt conveyor yaitu : 1. Dapat beroperasi secara mendatar maupun miring dengan sudut maksimum sampai dengan 18. 2. Sabuk disanggah oleh plat roller untuk membawa bahan. 3. Kapasitas tinggi. 4. Serba guna.
5
5. Dapat beroperasi secara continiue. 6. Kapasitas dapat diatur. 7. Kecepatannya sampai dengan 600 ft/m. 8. Dapat naik turun. 9. Perawatan mudah.
Kelemahan -kelemahan dari belt conveyor: 1. Jaraknya telah tertentu. 2. Biaya relatif mahal. 3. Sudut inklinasi terbatas. 2.1.1.2 Chain Conveyor
Chain conveyor dapat dibagi atas beberapa jenis conveyor, yaitu : 1. Scraper Conveyor 2. Apron Conveyor 3. Bucket Conveyor 4. Bucket Elevator
6
Keempat jenis elevator tersebut pada dasarnya menggunakan rantai sebagai alat bantu untuk menggerakkan material. Scraper Conveyor Scraper conveyor merupakan konveyor yang sederhana dan paling murah diantara jenis -jenis conveyor lainnya. Conveyor jenis ini dapat digunakan dengan kemiringan yang besar. Conveyor jenis ini digunakan untuk mengangkut material - material ringan yang tidak mudah rusak, seperti : abu, kayu dan kepingan. Karakteristik dan performance dari scaper conveyor: 1. Dapat beroperasi dengan kemiringan sampat 45°. 2. Mempunyai kecepatan maksimum 150 ft/m. 3. Kapasitas pengangkutan hingga 360 ton/jam. 4. Harganya murah. Kelemahan - kelemahan pada scraper conveyor: 1. Mempunyai jarak yang pendek. 2. Tenaganya tidak konstan. 3. Biaya perawatan yang besar seperti service secara teratur. 4. Mengangkut beban yang ringan dan tidak tetap.
7
Apron Conveyor Apron Conveyor digunakan untuk variasi yang lebih luas dan untuk beban yang lebih berat dengan jarak yang pendek. Apron Conveyor yang sederhana terdiri dari dua rantai yang dibuat dari mata rantai yang dapat ditempa dan ditanggalkan dengan alat tambahan A. Palang kayu dipasang pada alat tambahan A diantara rantai dengan seluruh tumpuan dari tarikan conveyor. Untuk bahan yang berat dan pengangkutan yang lama dapat ditambahkan roda (roller) pada alat tambahan A. Selain digunakan roller, palang kayu dapat juga digantikan dengan plat baja untuk mengangkut bahan yang berat. Karakteristik dan performance dan apron conveyor: 1. Dapat beroperasi dengan kemiringan hingga 25°. 2. Kapasitas pcngangkutan hingga 100 ton/jam. 3. Kecepatan maksimum 100 ft/m. 4. Dapat digunakan untuk bahan yang kasar, berminyak maupun yang besar. 5. Perawatan murah. Kelemahan -kelemahan apron konveyor : 1. Kecepatan yang relatif rendah. 2. Kapasitas pengangkutan yang kecil 3. Hanya satu arah gerakan
8
Gambar 2.3 Apron Conveyor Bucket Conveyor Bucket Conveyor sebenarnya merupakan bentuk yang menyerupai conveyor apron yang dalam. Karakteristik dan performance dari bucket conveyor: 1. Bucket terbuat dari baja 2. Bucket digerakkan dengan rantai 3. Biaya relatif murah. 4. Rangkaian sederhana. 5. Dapat digunakan untuk mengangkut bahan bentuk bongkahan. 6. Kecepatan sampai dengan 100 ft/m. 7. Kapasitas kecil 100 ton/jam.
9
Kelemahan -kelemahan bucket conveyor: 1. Ukuran partikel yang diangkut 2-3 in. 2. Investasi mahal. 3. Kecepatan rendah.
Bucket Eleyator Belt, scraper maupun apron conveyor mengangkut material dengan kemiringan yang terbatas. Belt conveyor jarang beroperasi pada sudut yang lebih besar dari 15-20° dan scraper jarang melebihi 300. Sedangkan kadangkala diperlukan pengangkutan material dengan kemiringan yang curam. Untuk itu dapat digunakan Bucket Elevalor. Secara umum bucket elevator terdiri dari timba -timba (bucket) yang dibawa oleh rantai atau sabuk yang bergerak. Timba -timba (bucket) yang digunakan memiliki beberapa bentuk sesuai dengan fungsinya masing -masing. Bentuk - bentuk dari timba -timba (bucket) dapat dibagi atas : 1. Minneapolis Type 2. Buckets for Wet or Sticky Materials 3. Stamped Steel Bucket for Crushed Rock 4. Minneapolis Type i. ¾ Bentuk ini hampir dipakai di seluruh dunia.
10
ii. Dipergunakan untuk mengangkut butiran dan material kering yang sudah lumat. 5. Buckets for Wet or Sticky Materials. i. ¾ Bucket yang lebih datar. ii. Dipergunakan untuk mengangkut material yang cenderung lengket.
6. Stamped Steel Bucket for Crushed Rock i. ¾ Dipergunakan untuk mengangkut bongkahan -bongkahan besar dan material yang berat. Ketiga jenis bucket tersebut dapat dilihat pada gambar berikut ini :
11
2.1.1.3 Screw Conveyor
Jenis konveyor yang paling tepat untuk mengangkut bahan padat berbentuk halus atau bubur adalah konveyor sekrup (screw conveyor)Alat ini pada dasarnya terbuat dari pisau yang berpilin mengelilingi suatu sumbu sehingga bentuknya mirip sekrup. Pisau berpilin ini disebut flight. Macam-macam flight adalah: 1. Sectional flight 2. Helicoid flight 3. Special flight, terbagi: ~cast iron flight ~ribbon flight ~cut flight Konveyor berfiight section (Gambar 2.6-a) dibuat dari pisau-pisau pendek yang disatukan -tiap pisau berpilin satu putaran penuh- dengan cara disimpul tepat pada tiap ujung sebuah pisau dengan paku keling sehingga akhirnya akan membentuk sebuah pilinan yang panjang. Sebuah helicoid flight, bentuknya seperti pita panjang yang berpilin mengelilingi suatu poros (Gambar 2.6-b). Untuk membentuk suatu konveyor, flight-flight itu disatukan dengan cara dilas tepat pada poros yang bersesuaian dengan pilinan berikutnya. Flight khusus digunakan dimana suhu dan tingkat kerusakan tinggi adalah flight cast iron. Flight-flight ini disusun sehingga membentuk sebuah konveyor (Gambar 2.6-c). Untuk bahan yang lengket, digunakan ribbon flight (Gambar 2.6-d). Untuk mengaduk digunakan cut flight (Gambar 2.6-e). Flight pengaduk ini dibuat dari flight biasa, yaitu dengan cara memotong-motong flight biasa lalu membelokkan potongannya ke berbagai arah.
12
Untuk mendapatkan konveyor panjang yang lebih sederhana dan murah, biasanya konveyor tersebut itu disusun dari konveyor-konveyor pendek. Sepasang konveyor pendek disatukan dengan sebuah penahan yang disebut hanger dan disesuaikan pasangan pilinannya. Tiap konveyor pendek mempunyai standar tertentu sehingga dapat dipasang dengan konveyor pendek lainnya, yaitu dengan cara memasukkan salah satu poros sebuah konveyor ke lubang yang terdapat pada poros konveyor yang satunya lagi (Gambar 2.7)
. Gambar 2.6 Screw Conveyor : a Sectional ; b. Helicoid; c. Cast Iron; d. Riboon ; e. Cut Flight
Gambar 2.7 Screw Conveyor Coupling Wadah konveyor biasanya terbuat dan lempeng baja (Gambar 2.8), Panjang sebuah wadah antara 8, 10, dan 12 ft. Tipe wadah yang paling sederhana
13
(Gambar 2.8-a) hanya bagian dasarnya, yang berbentuk setengah lingkaran dan terbuat dari baja, sedangkan sisi-sisi lurus lainnya terbuat dari kayu. Untuk mendapatkan sebuah wadah yang panjang, wadah-wadah pendek disusun sehingga sesuai dengan panjang konveyor. Gambar 2.8-b menunjukkan wadah yang lebih rumit yang konstruksinya semuanya terbuat dari besi.
Perlu
diketahui
bahwa
poros
konveyor
harus
digantung
pada
persambungan yang tetap sejajar. Dua buah persambungan dibuat pada ujung wadah, dan sepanjang wadah harus tetap ada hanger atau penahan, Biasanya ada sebuah hanger untuk tiap bagian. Gambar 2.9 menunjukkan beberapa tipe hanger. Gbr 2.9-a menunjukkan tipe paling sederhana dan paling murah. Gbr 2.9-b menunjukkan tipe yang mempunyai persambungan terpisah dan ditempatkan di wadah baja. Bentuk yang lebih rumit mempunyai persambungan yang dapat disetel dan juga dengan cara meminyaki yang lehih baik.
14
Jika bahan yang diangkut konveyor bersentuhan dengan persambungan hanger, seringkali minyak atau pelumas tidak dapat dipakai karena akan mencemari bahan tersebut, dan wadah kayu akan basah oleh minyak. 0leh karena itu, wadah dalam hanger dibuat dari besi putih cor (Gbr 2. 9-c) sehingga tempat bergerak dapat digunakan walaupun tanpa pelumas.
Ujung dari wadah konveyor disebut box ends . Umumnya box ends awal berbeda konstruksinya dengan box ends akhir. Box ends awal memiliki roda gigi (gears) bevel untuk memutar poros konveyor.
15
2.1.1.4 Pneumatic Conveyor
Konveyor yang digunakan unluk mcngangkul bahan yang ringan atau berbentuk bongkahan kecil adalah konvenyor aliran udara (pneumatic conveyor). Pada jenis konveyor ini bahan dalam bentuk suspensi diangkut oleh aliran udara. Pada konveyor ini banyak alat dipakai, antara lain: 1. Sebuah pompa atau kipas angin untuk menghasilkan aliran udara. 2. Sebuah cyclone untuk memisahkan partikel-partikel besar. 3. Sebuah kotak penyaring (bag filter) untuk menyaring debu. Pada tipe yang sederhana (Gambar 2.11), sebuah pompa cycloida akan menghasilkan kehampaan yang sedang dan sedotannya dihubungkan dengan sistem pengangkulan. Bahan -bahan akan terhisap naik melalui selang yang dapat dipindahpindahkan ujungnya. Kemudian, aliran udara yang mengangkut bahan padat dalam bentuk suspensi akan menuju siklon dan selanjutnya menuju ke pompa. Jika bahan-bahan ini mengandung debu, debu ini tentunya akan merusak pompa dan debu ini juga akan membahayakan jika dibuang ke udara, dengan kala lain debu adalah produk yang tidak diinginkan. Karenanya, sebuah kotak penyaring ditempatkan diantara siklon dan pompa. Jenis konveyor ini terutama digunakan untuk mengangkut bahan yang kebersihannya harus tetap terjaga baik (seperti biji-bijian, bahan-bahan lumat seperti soda abu, dan lain-lain) supaya keadaannya tetap baik dan tidak mengandung zat-zat beracun seperti timbal dan arsen. Konveyor ini juga dapat dipakai untuk mengangkut bahan-bahan yang berbentuk bongkahan kecil seperti chip kayu, bit pulp kering, dan bahan lainnya
16
yang sejenis. Kadang-kadang juga digunakan bila jalan yang dilalui bahan berkelokkelok atau jika bahan harus diangkat dan lain-lain hal yang pada tipe konveyor lainnya menyebabkan biaya pengoperasian lebih tinggi. Kecepatan aliran udara pada kecepatan rendah adalah 3000-7500 fpm dan pada kecepatan tinggi adalah 10000-20000 fpm. Sedangkan jumlah udara yang digunakan untuk mengangkut tiap ton bahan per jam adalah 50-200 cfm, tergantung pada keadaan dan berat bahan,jarak dan kemiringan pengangkutan, dan lain-lain. Kerugian menggunakan jenis konveyor ini adalah pemakaian energinya lebih besar dibanding jenis konveyor lainnya untuk jumlah pengangkutan yang sama. Perhitungan-perhitungan pada konveyor pneumatik sama sekali empiris dan memuat faktor-faktor yang tidak terdapat di luar data-data peralatan pabrik.
17
2.2 Dasar Pemilihan Conveyor
Untuk melakukan pemilihan suatu tipe pesawat pengangkut diperlukan pengetahuaan
tentang
rancangan
dan
disesuaikan
dengan
kemampuan
pengoperasiannya. Dalam pemilihan pesawat pengangkut perlu diketehui sebagai berikut : 1. Jenis dari ukuran beban yang akan ditangani, misalnya beban padu (unit bulk) dan beban tumpahan (bulk load). 2. Kondisi perjam dari unit serta kontinius pemindahan 3. Kondisi lingkungan yang menentukan arah dan lintasa n pesawat pengangkut. 4. Prinsip – prinsip ekonomis meliputi ongkos pembuatan dan pemeliharaan. Berdasarkan keterangan diatas maka dipilih konveyor yang membantu material berupa. Beban tumpahan (bulk load) dengan berputarnya poros yang dililiti lempengan plat yang berfungsi sebagai pendorong yang berbentuk ulir (screw) sehingga material Nut dan Fiber dapat diangkut dan dipindahkan.
2.3 Dasar Perhitungan Bagian – Bagian Utama Konveyor.
Didalam perencanaan konveyor terdapat bagian-bagian yang harus terkena beban seperti motor listrik, roda gigi, poros, bantalan. Bagian-bagian ini harus diamati secara tepat agar dapat menerima beban tekanan cukup kuat. Kekuatan bahan harus diperhitungkan sesuai dengan kondisi operasi yang akan berlangsung, untuk itu perencanaan bahan yang akan digunakan harus benar benar diteliti untuk memberikan informasi yang akurat serta perangkat peralatan pengaman yang menjamin konveyor tersebut bekerja pada kondisi yang telah diperhitungkan.
18
2.3.1 Daya Motor Penggerak
Dalam perencanaan screw konveyor digunakan tenaga motor listrik. Poros motor penggerak dirangkai dengan sistem transmisi roda gigi yang mana daya dan putaran dari motor listrik direduksi dan diteruskan keporos penggerak konveyor. Daya penggerak poros screw konveyor dapat dihitung dengan persamaan : P p
Dimana :
Q.l
102
................................................................................... (2.1)
P p = Daya penggerak poros konveyor (kW) Q = Kapasitas konveyor (kg/s) l = Panjang lintasan konveyor atau panjang poros konveyor (m)
Bila Q dalam Ton/jam dan P dalam Hp, maka persamaan 2.1 menjadi : P p
P p
1000.Q.l.1,34 3600 102 .Q.l. 274,03
.............................................................................. (2.2)
Karena ada faktor-faktor lain maka daya penggerak poros haruslah dikalikan dengan faktor resistansi total (Wo) yaitu sebesar 4,0 (Spivakopsky,1969), persaman 2.2 menjadi : P p
.Q.l. 274,03
Wo ...................................................................... (2.3)
Untuk menentukan daya motor penggerak dapat dihitung dengan persamaan berikut : Pm
Dimana :
.P p .
.................................................................................. (2.4)
mek
Pm
= Daya motor penggerak (Hp)
mek
= Effisiensi mekanisme (biasanya diambil 0,98)
19
2.3.2 Sistem Transmisi
Sistem
transmisi
memakai
mekanisme
roda
gigi
lurus.
Adapun
perbandingan transmisi dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut : i
n1 n2
Dimana :
Z 2 Z 1
............................................................................... (2.5)
n = Putaran (rpm) Z = Jumlah gigi
2.3.3 Roda Gigi Lurus
Untuk mentransmisikan daya yang besar maka digunakan dengan roda gigi. Keunggulan menggunakan roda gigi yaitu lebih ringkas , putaran lebih tinggi dan tepat dengan daya lebih besar. Jika diameter jarak bagi adalah d b1(mm) ,maka kecepatan keliling v (m/s) yang mempunyai putaran n1(rpm): v
d b1
n1
60 1000
.......................................................................... (2.6)
Hubungan antara daya yang ditransmisikan P (kW) gaya tangensial F t (kg), dan kecepatan keliling v (m/s) adalah P
F t v
102
.................................................................................. (2.7)
Dalam hal ini perlu dipergunakan daya perencana yaitu : Pd = fc.P
Dimana
Pd = daya perencana (kW) fc = faktor koreksi daya (dapat dipilih fc = 1,2)
maka
Ft
102 Pd v
............................................................................. (2.8)
20
atau harga Ft dapat dicari dengan Ft b b m Y
Dimana
b =tegangan
(Sularso;Elemen Mesin; Hal 239) (2.9)
lentur (kg/mm2)
b = lebar gigi(mm) m = modul gigi Y = faktor bentuk gigi
Faktor bentuk gigi dapat dilihat pada tabel 2.1 Tabel 2.1 Faktor Bentuk Gigi
Jumlah gigi Y Jumlah gigi z z 0,201 25 10 11 0,226 27 0,245 30 12 13 0,261 34 0,276 38 14 15 0,289 43 50 16 0,295 17 0,302 60 75 18 0,308 19 0,314 100 150 20 0,320 21 0,327 300 Batang gigi 23 0,333 (Sularso;Elemen Mesin; Hal 240)
Y 0,339 0,349 0,358 0,371 0,383 0,396 0,408 0,421 0,434 0,446 0,459 0,471 0,484
Besarnya beban lentur yang diizinkan per satuan lebar sisi F b' (kg/mm2) dapat dihitung dari besarnya modul (m),jumlah gigi (z), faktor bentukgigi (Y), dengan sudut tekan 20º dan faktor dinamis fv sebagai berikut: F b' a m Y fv
(Sularso;Elemen Mesin; Hal 240) (2.10)
Maka lebar sisi b adalah b Ft ' F b
(Sularso;Elemen Mesin; Hal 240) (2.11)
Harga fv dapat dilihat pada tabel 2.2 :
21
Tabel 2.2 faktor dinamis fv
Kecepatan rendah Kecepatan sedang Kecepatan
v=0,5-10 m/s
f v
v=5-20 m/s
f v
v=20-50 m/s
f v
3 3v 6 6v 5,5 5,5 v
(Sularso;Elemen Mesin; Hal 240)
Untuk menentukan ukuran-ukuran roda gigi dapat dilihat pada Tabel 2.3 : Tabel 2.3 Ukuran-ukuran utama roda gigi
Satuan : mm Diameter jarak bagi ( Db)
Db m Z
Diameter kepala ( Dk )
Dk ( Z 2) m
Diameter dasar ( Dd )
Dd Zm cos
Jarak bagi ( p)
p m
Tebal gigi (t )
t
Lebar gigi (b)
b 2 m
Tinggi kepala gigi (ha)
ha m
Tinggi kaki gigi ( hf )
hf 1,25 m
Tinggi gigi ( h)
h ha hf
Kelonggaran puncak gigi ( Ck )
Ck 0,25 m
Jarak sumbu poros antar roda gigi ( a)
a
p
2
Z 1 Z 2
2
m
22
2.3.4 Poros
Poros merupakan salah satu bagian terpenting dari setiap mesin. Hampir semua mesin meneruskan tenaga bersama-sama dengan putaran. 2.3.4.1 Poros dengan Beban Puntir
Jika diketahui bahwa poros yang akan direncanakan tidak mendapat beban lain kecuali torsi, maka perencanaan diameter porosnya adalah sebagai berikut :
16.T 3
.d s
Supaya konstruksi aman maka
a
izin ( a )
timbul (kg/mm2)
16.T 3
.d s
1
16.T 3 . a
d s
1
5,1.T 3 d s .............................................................................. (2.12) . a Dimana : d s = Diameter poros (mm) T = Torsi (kg.mm) a =
Tegangan izin (kg/mm2)
Jika P adalah daya nominal output dari motor penggerak (kW), maka berbagai faktor keamanan bisa diambil, sehingga koreksi pertama bisa diambil kecil. Jika faktor koreksi adalah fc, maka daya perencana adalah : Pd fc.P ................................................................................... (2.13)
Dimana Pd = Daya perencana (kW) Harga fc dapat dilihat pada tabel 2.4 dibawah ini :
23
Tabel 2.4 faktor koreksi daya yang akan ditransmisikan
Daya yang Akan Ditransmisikan
f c
Daya rata-rata yang diperlukan
1,2 - 2,0
Daya maksimum yang diperlukan
0,8 - 1,2
Daya normal
1,0 - 1,5
(Sularso;Elemen Mesin; Hal 7)
Untuk menghitung Torsi T (kg.mm) dapat dihitung dari daya perencana (kW) sebagai berikut : T
Pd
T
Pd 102 60 1000
2 n
T 9,74 10 5
Pd n
................................................................... (2.14)
Tegangan izin dapat dihitung sebagai berikut :
a
Dimana :
B
B
sf 1 sf 2
(Sularso;Elemen mesin;hal 8)(2.15)
= Kekuatan tarik bahan (kg/mm2)
Sf 1 = Faktor keamanan bahan, untuk bahan
SF = 5,6 S-C = 6,0 Sf 2 = Faktor keamanan akibat alur pasak (1,3 3,0)
Dalam perencanaan diameter poros, ada faktor-faktor lain seperti faktor koreksi akibat momen puntir ( Kt ) dan faktor akibat beban lenturan (Cb), maka persamaan (2.12) menjadi :
24
5,1.T
d s
. a
1
3 Kt Cb
(Sularso;Elemen mesin;hal:8 )(2.16)
Dimana harga Kt = 1,0 (jika beban halus) 1,0 1,5 (Jika terjadi sedikit kejutan atau tumbukan) 1,5 3,0 (Jika beban dikenakan dengan kejutan) Cb = 1,2 2,3(jika tidak ada beban lentur maka Cb = 1) 2.3.4.2 Poros dengan Beban Puntir dan Lentur
Jika poros yang direncanakan mendapat beban puntiran dan lenturan maka persamaan (2.12) menjadi :
5,1.
d s
. a
1
3
M 2 T 2 ............................................................. (2.17)
Dimana M = Momen lentur (kg.mm) Dalam perencanaan diameter poros ada faktor-faktor seperti faktor koreksi akibat momen puntir ( Kt ) dan faktor koreksi untuk momen lentur ( Km), maka persamaan (2.17) menjadi : 1
3 5,1. 2 2 ( Km M . ) ( KtT ) (Sularso;Elemen mesin;hal:18 )(2.18) d s . a
Dimana harga Km = 1,5 (Untuk beban momen lentur yang tetaps) 1,5 2,0 (Untuk beban dengan tumbukan ringan)
2,0 3,0 (Untuk beban dengan tumbukan berat) 2.3.4.3.Defleksi pada Poros
Kekakuan terhadap poros terhadap lenturan juga perlu diperiksa. Bila suatu poros baja yang ditumpuh oleh bantalan pada kedua ujungnya dan mendapat beban merata maka besarnya defleksi poros y (mm) adalah :
25
q B
A
d L
Gambar 2.12 Defleksi akibat beban terbagi rata y
q.l
24. E . I
y mak
(l 3 2lx 3 x 3 )
5 g.l 4 384 E . I
......................................................................... (2.19)
Dimana E = Modulus elastisitas baja (2,069 × 108 kN/m2), bila beban dalam kg maka E = 2,11 × 10 10 kg/m2
4 4 d m 64
I = Momen inersia lingkaran pejal
l = Panjang poros (m) q = Beban (kN)
jika pembebanan seperti pada gambar 2.13 maka defleksi yang terjadi : P b
a
B
A
d L
Gambar 2.13 Defleksi satu beban Sebelah kiri gaya P (0 x a) y
P.b. x
6.l E . I .
l
2
b 2 x 2 ) .......................................................... (2.20)
Sebelah kanan gaya P (a x b) y
P.b. x
6.l. E . I
l
2
b x ) 2
2
P( x a) 3
6. E . I
...................................... (2.21)
26
Jika diberi momen puntir maka, Mo
Mo B
A
d L
Gambar 2.14 Defleksi akibat momen puntir y
Mo. x
2 E . . I
(l x ) ........................................................................ (2.22)
Jika salah satu ujungnya ditumpuh dan diberi momen puntir maka, Mo P A d
L
Gambar 2.15 Defleksi yang salah satu ujungnya ditumpuh dan diberi momen puntir y
Px
2
6. E . I
(3l x ) ...................................................................... (2.23)
2.3.4.4 Putaran Kritis Poros
Bila beberapa diameter poros seragam d s (mm), maka putaran kritis poros adalah : nc 52700
d s
2
l1 .l 2
l W
(Sularso;Elemen mesin;hal:19)(2.24)
Dimana nc = Putaran kritis poros (rpm) l1 dan l2 = Jarak bantalan terhadap beban (mm) l = Panjang poros (mm) W = Beban pada poros (kg)
27
Bila terdapat beberapa beban pada poros maka putaran kritis poros adalah : 1 nc2
1 nc21
1 nc22
1 nc23
.......... (Sularso;Elemen mesin;hal:19)(2.25)
Menurut Sularso Perbandingan putaran yang baik antara putaran sebenarnya dengan putaran kritis adalah lebih kecil dari 0,6 0,8 n nc
= 0,6 0,8
(Sularso;Elemen mesin;hal:20)(2.26)
2.3.5 Pasak
Pasak adalah suatu elemen yang dipakai untuk menetapkan bagian-bagian mesin seperti roda gigi, sproket, puli, kopling dan lain-lain pada poros. momen diteruskan dari poros kenaaf atau tari naaf ke poros. Ukuran dan bentuk standart pasak diberikan dalam tabel 2.5.Untuk pasak umumnya dipilih bahan yang memiliki kekuatan tari lebih dari 60 ( Kg/mm 2 ), lebih kuat dari pada porosnya. Kadang-kadang sengaja dipilih bahan yang lem ah, sehingga pasak akan lebih mudah rusak dari pada poros. Ini disebabkan harga pasak yang murah serta mudah menggantinya. Tabel 2.5 Ukuran standart pasak (Sularso;Elemen Mesin; Hal 10)
28
Jika momen rencana dari poros adalah T(Kg.mm) dan diameter poros adalah ds (mm), maka gaya tangensial F (Kg) Pada permukaan poros adalah : F
T
( d s / 2)
............................................................................(2.27)
Tegangan geser yang ditimbulkan adalah : k
F bl
Dimana :
....................................................................................(2.28)
k
= Tegangan geser yang terjadi (kg/mm2)
b
= Lebar pasak (mm)
l
= Panjang pasak (mm)
Tegangan geser izin didapat dengan :
ka
Dimana :
b
S fk 1 S fk 2
....................................................................(2.29)
Sfk 1
= Faktor keamanan (umumnya diambil 6)
Sfk 2
= Faktor keamanan = 1,0 – 1,5 (jika beban dikenakan perlahan-lahan) = 1,5 – 3,0 (jika beban dikenakan tumbukan ringan) = 2,0 – 5,0 (jika beban dikenakan secara tiba-tiba dengan tumbukan berat)
Dari tegangan geser izin, panjang pasak yang diperlukan dapat diperoleh dengan : ka
F bl1
..........................................................................(2.30)
Gaya keliling F (kg) yang sama seperti diatas dikenakan pada luas permukaan samping pasak. Maka tekanan permukaannya adalah :
29
P
F l 2 (t 1 atau t 2 )
Dimana : `
.................................................................. (2.31)
P
= tekanan permukaan (kg/mm2)
l2
= panjang pasak (mm)
t 1 atau t 2
= kedalaman alur pasak pada poros atau naf (mm)
dari harga tekanan permukaan yang di izinkan, panjang pasak yang diperlukan dapat dihitung dengan : Pa
Dimana :
F l 2 (t 1 atau t 2 ) Pa
................................................................. (2.32)
= Tekana permukaan izin (kg/mm2)
Harga Pa adalah sebesar 8 kg/mm2 untuk poros dengan diameter kecil, 10 kg/mm 2 untuk poros dengan diameter besar, dan setengah dari harga-harga diatas untuk poros berputaran tinggi. Perlu diperhatikan bahwa lebar pasak sebaiknya antara 25-35% dari diameter poros, dan panjang pasak jangan terlalu panjang dibandingkan dengan diameter poros. Karena lebar dan tinggi pasak sudah distandartkan, maka beban yang ditimbulkan oleh gaya F yang besar hendaknya datasi dengan penyesuaian panjang pasak. Menurut Sularso perbandingan :
0,25 0,35 ds Baik dimana b = lebar pasak, Lk = Panjang poros Lk 0,75 1,5 ds b
30
2.3.5 .3.5 Screw Konveyor
Gambar 2.16 Screw Konveyor d
= Diameter luar srew (mm)
ds
= Diameter poros (mm)
Untuk menentukan pitch secrew ( p)mm dapat dihitung dengan rumus: 1 2
2
p d .tg
............................................................................ (2.33) 2
p 2d .tg
Bila panjang poros penggerak adalah l (mm) maka banyaknya screw ( n) adalah l
n
p
Sedangkan kecepatan dorong muatan adalah : v
p n
6000
................................................................................... (2.34)
Dimana n = Putar an poros penggerak konveyor (rpm). Screw konveyor membawa nut dan fiber dengan berat per meternya adalah : q
Dimana : q Q
Q
3,6v
.................................................................................... (2.35)
=Berat muatan per meter (kg /m) =Kapasitas konveyor(Ton / jam)
31
v
= Kecepatan dorong (m/s)
Dengan memasukkan persamaan (2.34) ke persamaan (2.35) maka diperoleh: q
q
Q 60
3,6 Pn Q 1000
0,06 p.n
........................................................................... (2.36)
Untuk gaya dorong screw terhadap nut da n fiber dapat dihitung dengan rumus : F s q.l. f .................................................................................. (2.37)
Dimana : F s = gaya dorong screw (kg) l f
= Panjang lintasan konveyor(m) = Koefisien gesek material ( f diambil 0,60)
2.3.6 Bantalan
Tujuan merencanakan bantalan adalah untuk mendapatkan umur bantalan. Suatu beban yang besarnya sedemikian rupa hingga memberikan umur yang sama dengan umur yang diberikan oleh beban dan kondisi putaran sebenarn ya disebut beban ekivalen dinamis. Misalkan se buah bantalan membawa beban radial Fr (kg) dan beban aksial Fa (kg), maka beban ekivalen dinamis P (kg) adalah : Pr XVFr YFa Dimana :
X,V dan Y
(Sularso;Elemen Mesin; Hal 135)
(2.38)
= faktor-faktor beban
Harga X,V dan Y dapat dilihat pada tabel 2.6
32
Tabel 2.6 faktor-faktor X,V dan Y Beba n putar pada cinci n dala m
Jenis bantalan
Beba n punti r pada cinci n luar
Baris tunggal
Fa/VF r>e X
Y
Fa/Co = 0,014 = 0,028 = 0,084 = 0,11 = 0,17 = 0,28 = 0,42 = 0,56 α
Bantalan bola sudut
= 20º = 25º = 30º = 35º = 40º
Fa/VFr
Baris ganda
X
Xo
Yo
Xo
Yo
0,6
0,5
0,6
0,5
0,5
0,42 0,38 0,33 0,29 0,26
eFa/VFr>e
Y
X
2,30 1,99 1,71 1
Baris tunggal e
V
Bantalan bola alur dalam
Baris ganda
1,2
1,55 1,45 1,31 1,15 1,04 1,00
0,56
1
0
0,56
0
1,09 0,92 0,78 0,66 0,55
0,70 0,67 0,63 0,60 0,57
Y
2,30 1,90 1,71
0,190 ,22 0,26
1,55 1,45 1,31 1,15 1,04 1,00
0,28 0,30 0,34 0,38 0,42 0,44
1,63 1,41 1,24 1,07 0,93
0,57 0,68 0,80 0,95 1,14
0,84
1
0,43 0,41 0,39 0,37 0,35
1,2
1,00 0,87 0,76 0,66 0,55
(Sularso;Elemen Mesin; Hal 135)
Umur nominal L dapat ditentukan sebagai berikut :
33,3 untuk bantalan Bola, f n n 33,3 untuk bantalan rol , f n n
1/ 3
3 / 10
(Sularso;Elemen Mesin; Hal 135) (2.39)
Faktor umur : Untuk kedua bantalan, f h = f n
C
(Sularso;Elemen Mesin; Hal 135) (2.40)
P
Umur nominal Lh adalah untuk bantalan Bola, Lh 500 f h untuk bantalan rol , f h 500 f h
Dimana
1/ 3
3 / 10
(Sularso;Elemen Mesin; Hal 135) (2.41)
C
= Beban nominal dinamik spesif ik (kg)
P
= Beban ekivalen dinamis (kg)
Harga C dapat dilihat pada tabel 2.7 berikut :
33
0,76 1
0,66 0,58 0,52
