II-1
BAB II PENGANTAR : SISTEM TRANSMISI PERMESINAN
II.1. Pendahuluan
Sistem transmisi pada sebuah kapal meneruskan daya dari penggerak utama menuju ke propeller. Sistem inilah yang berperan besar dalam menggerakkan kapal sesuai dengan kecepatan yang diinginkan. Seperti contoh pada gambar berikut, sistem transmisi tersusun atas penggerak utama, flywheel, thrust block, poros antara, poros propeller dan propeller. Gaya dorong dari propeller diteruskan ke kapal melalui sistem transmisi. Poros dilengkapi dengan thrust block, bantalan antara dan bantalan stern tube.
Sistem transmisi propulsi harus memenuhi beberapa syarat, sebagai berikut:
Meneruskan daya dari mesin induk atau gear box menuju ke alat penggerak
Meneruskan gaya dorong yang dihasilkan oleh alat penggerak menuju ke body kapal
Mendukung putaran propeller
II.2. Transmisi Daya
Momen puntir ditransfer menuju ke thrust block melalui flywheel, kemudian ke poros antara, dan menuju ke poros kemudian menuju ke propeller. Putaran propeller pada air yang sesuai dengan bentuk hydrofoil dari pisau propeller (dalam bentuk momen puntir) dikonversi menjadi gaya dorong, yang ditransfer menuju ke poros propeller melalui propeller hub, kemudian ditransfer ke poros antara, dan ke thrust block yang meneruskan gaya dorong ini ke kapal melalui tank top fixation.
II-2
Gambar 1. Propulsion shaft transmission system.
Thrust Block
Thrust block meneruskan gaya dorong dari propeller menuju ke lambung kapal. Oleh karena itu thrust block harus memiliki konstruksi yang kuat dan memiliki dudukan yang kokoh untuk berfungsi dengan baik. Thrust block bisa berdiri sendiri atau bagian yang teritegrasi dengan mesin. Bagian haluan dan buritan harus kokoh dan cukup kuat untuk mengantisipasi beban normal dan beban kejut.
II-3
Seperti contoh pada gambar berikut, bantalan tipe ini bekerja sesuai dengan prinsip Michell. Gaya dorong dihantarkan oleh alas bantalan yang dirancang berputar atau miring. Alas terpasang pada holders atau carriers dan bersentuhan langsung dengan metal putih. Pada contoh gambar diperlihatkan bahwa thrust pads diperpanjang sekitar tiga perempat dari jarak sekitar collar dan meneruskan seluruh gaya dorong ke bagian bawah kasing. Design yang lain menggunakan pads melingkar secara keseluruhan.
Gambar 2. Thrust block
Thrust Pads
Posisi dari thrust pad secara berputar dapat dipasang center atau offset. Offset pads pada thrust block untuk mesin direct reversing dapat bertukar tempat, dimana arah beban dan rotasi ikut berubah. Sedangkan untuk mesin nonreversing offset pads tidak dapat berpindah. Pads dengan posisi center pivot dapat bertukar tempat. Beberapa thrust block modern dilengkapi dengan circular pads, seperti pada contoh gambar berikut.
II-4
a -circular thrust pad
b-kidney thrust pad
Gambar 3. Oil wedge film formation through Michell thrust pad
Shaft Bearings (Bantalan Poros)
Bantalan poros terdiri atas dua jenis, bantalan berongga dan lain-lain. Bantalan berongga memiliki bearing shell atas dan bawah karena bantalan dapat terkontraksi oleh berat propeller dan gaya dorong ke atas pada bagian ujung depan dari poros. Bantalan poros yang lain hanya mendukung berat poros dan karena hanya memiliki setengah bearing shell.
Bantalan berongga untuk poros antara ditunjukkan pada gambar berikut. Pad yang miring lebih baik untuk menangani beban yang besar dan menahan film minyak pelumas. Pendinginan bantalan dengan menggunakan air yang disirkulasi melalui rongga pendingin pada bagian bawah kasing.
II-5
Gambar 4. Tunnel bearing
Stern Tube Bearing (Bantalan Stern Tube)
Bantalan stern tube melayani dua tujuan penting. Bantalan stern tube mendukung ujung poros dan pertimbangan dari berat propeller. Bantalan stern tube ini juga berfungsi sebagai pelindung masuknya air laut ke kamar mesin. Ada dua jenis stern tube, tipe pelumasan air dan tipe pelumasan minyak.
II.3. Sistem Transmisi Poros
Gambar 5 menunjukkan instalasi sistem transmisi poros dengan kapal berporos ganda dan kapal poros tunggal yang memiliki buritan transom. Karakter umum dari instalasi poros seperti ini adalah bahwa poros harus diperpanjang keluar dari ceruk buritan untuk memenuhi jarak clearance yang sesuai antara poros dengan lambung kapal. Dibutuhkan satu atau lebih bantalan strut untuk mendukung poros yang diperpanjang tadi.
II-6
Gambar 5. Shafting Arrangement with Strut Bearing
II-7
Gambar 6. Shafting Arrangement without Strut Bearing
Pada gambar 6 di atas menunjukkan instalasi sistem transmisi propulsi dengan tipe single screw/merchant ship. Perbedaan utama antara masing-masing jenis merchant ship dengan instalasi tipe ini yaitu tergantung pada posisi mesin induk. Jika mesin induk terletak di bagian belakang, seperti pada kapal tanker, diusahakan sebisa mungkin hanya ada satu atau bahkan tidak menggunakan bantalan antara. Jika mesin induk terletak agak jauh di depan, perlu dipertimbangkan panjang dari poros untuk instalasi sistem transmisi.
II-8
Poros yang terletak di dalam kapal dinamakan line shafting, sedangkan yang terletak diluar kapal (poros basah) dirancang berbeda-beda tergantung dari posisinya. Bagian tempat melekatnya propeller disebut poros propeller atau poros ekor. Poros yang melalui stern tube disebut poros stern tube kecuali jika poros tersebut mendukung propeller (umumnya ditemukan pada kapal-kapal merchant), biasanya didesain menyerupai poros propeller atau poros ekor. Poros antara poros propeller dengan poros stern tube, jika ada, dinamakan poros outboard antara.
II.4. Poros
Poros
adalah
putaran.
bagian
yang
berputar
ataupun
tidak,
yang
meneruskan
Peranan utamanya adalah meneruskan daya. Pada poros tersebut
ditempatkan penerus daya antara lain rodagigi, puli, rantai, flywheel, engkol, cam, sprocket, bantalan. Beban yang bekerja pada poros terdiri dari berbagai bentuk antara lain bending, torsi, beban kejut, beban aksial, normal maupun silang. Menurut pembebanannya poros dikelompokkan sebagai berikut :
Poros transmisi. Poros jenis ini mendapat beban puntir murni atau puntir dan lentur. Daya ditransmisikan kepada poros melalui kopling, roda gigi, puli sabuk atau sprocket rantai, dll.
Spindel. Spindel adalah poros transmisi yang relatif pendek, seperti poros utama mesin perkakas, di mana beban utamanya berupa puntiran. Syarat yang harus dipenuhi poros ini adalah deformasinya kecil, bentuk dan ukurannya harus teliti.
Gandar. Poros seperti ini dipasang di antara roda kereta barang, di mana tidak mendapat beban puntir. Poros seperti ini hanya mendapat beban lentur.
Hal-hal yang harus diperhatikan dalam perencanaan poros. 1. Kekuatan poros Poros transmisi akan menerima beban puntir (twisting moment), beban lentur (bending moment) ataupun gabungan antara beban puntir dan lentur. Dalam perancangan poros perlu memperhatikan beberapa faktor, misalnya: kelelahan, tumbukan dan pengaruh konsentrasi tegangan bila menggunakan poros
II-9
bertangga ataupun penggunaan alur pasak pada poros tersebut. Poros yang dirancang tersebut harus cukup aman untuk menahan beban-beban tersebut. 2. Kekakuan poros Meskipun sebuah poros mempunyai kekuatan yang cukup aman dalam menahan pembebanan tetapi adanya lenturan atau defleksi yang terlalu besar akan mengakibatkan ketidaktelitian (pada mesin perkakas), getaran mesin (vibration) dan suara (noise). Oleh karena itu disamping memperhatikan kekuatan poros, kekakuan poros juga harus diperhatikan dan disesuaikan dengan jenis mesin yang akan ditransmisikan dayanya dengan poros tersebut. 3. Putaran kritis Bila putaran mesin dinaikan maka akan menimbulkan getaran (vibration) pada mesin tersebut. Batas antara putaran mesin yang mempunyai jumlah putaran normal dengan putaran mesin yang menimbulkan getaran yang tinggi disebut putaran kritis. Hal ini dapat terjadi pada turbin, motor bakar, motor listrik, dll. Selain itu, timbulnya getaran yang tinggi dapat mengakibatkan kerusakan pada poros dan bagian-bagian lainnya. Jadi dalam perancangan poros perlu mempertimbangkan putaran kerja dari poros tersebut agar lebih rendah dari putaran kritisnya, 4. Korosi Apabila terjadi kontak langsung antara poros dengan fluida korosif maka dapat mengakibatkan korosi pada poros tersebut, misalnya propeller shaft pada pompa air. Oleh karena itu pemilihan bahan-bahan poros (plastik) dari bahan yang tahan korosi perlu mendapat prioritas utama. 5. Material poros Poros yang biasa digunakan untuk putaran tinggi dan beban yang berat pada umumnya dibuat dari baja paduan (alloy steel) dengan proses pengerasan kulit (case hardening) sehingga tahan terhadap keausan. Beberapa diantaranya adalah baja khrom nikel, baja khrom nikel molebdenum, baja khrom, baja khrom molibden, dll. Sekalipun demikian, baja paduan khusus tidak selalu dianjurkan jika alasannya hanya karena putaran tinggi dan pembebanan yang berat saja. Dengan demikian perlu dipertimbangkan dalam pemilihan jenis proses heat treatment yang tepat sehingga akan diperoleh kekuatan yang sesuai.
III-1
BAB III KOMPONEN SISTEM TRANSMISI
III.1. Pendahuluan
Komponen Instalasi transmisi penggerak kapal terdiri dari: Mesin Utama, Gear Box, Poros tekan, Poros penghubung/antara, Tabung Stern, Propeller dimana Fungsi masing-masing pada komponen instalasi adalah sebagai berikut: 1). Mesin Utama Fungsinya untuk menghasilkan tenaga putar 2). Gear box fungsinya untuk merubah kecepatan/jumlah putaran dari mesin utama yang akan di transmisikan pada poros propeller 3). Poros tekan fungsinya untuk menopang dorongan yang dihasilkan kapal selama gerakan maju dan mundur. 4). Poros penghubung/antara berfungsi untuk menghubungkan poros dorong (trust shaf) dan poros propeller. 5). Propeller. Untuk tujuan analitis, sebuah propeller dapat dibayangkan sebagai sebuah sekrup yang berulir besar. Bila berputar, propeller tersebut mengulir sendiri terhadap air, sedemikian rupa sehingga air membentuk seperti mur dan propeller membentuk seperti baut. Semua ini membuat kapal melaju. 6). Tabung stern. Bantalan yang ada dimana saat poros propeller keluar dari buritan kapal dinamakan tabung stern (stern Tube), dan menopang poros tersebut pada permukaan bantalannya oleh lignumvitae (kayu pok) atau oleh semacam potongan bantalan yang dimasukkan ke dalamnya.
III.2. Poros dan Bagian-Bagiannya
Poros merupakan salah satu bagian terpenting dari instalasi penggerak kapal. Putaran mesin ditransmisikan ke propeller melalui poros, maka poros sangat mempengaruhi kerja mesin bila terjadi kerusakan. Yang perlu diketahui adalah bahwa kedudukan poros propeller dengan mesin induk adalah harus segaris atau dengan kata lain harus dalam satu garis sumbu.
III-2
Jika kelurusan garis atau sumbu poros dan mesin induk belum tercapai maka perlu dibuat tambahan dudukan untujk mesin atau mengurangi tinggai dengan jalan mengurangi tebal bantalan, asalkan tebal bantalan amsih dalam batas yang memenuhi criteria tebal minimum suatu bantalan. Bantalan juga digunakan untuk mengurangi terjadinya getaran pada poros yang mengakibatakan berkurangnya efektifitas poros propeller juga untuk menghindari terjadinya deformasi pada poros propeller
Bagian-Bagian Poros.
Daya yang dihasilkan mesin induk diteruskan dalam bentuk putaran melalui serangkaian poros ke baling-baling diberikan dorongan yang di bangkitkan oleh baling-baling di teruskan kebadan kapaloleh poros baling-baling. Rangkaian poros itu disebut “Shafting” dan pada umumnya terdiri dari bagian-bagian berikut : 1. Poros pendorong (Trust Shaft) 2. Poros bagian tengah (Poros antar) Intermediate shaft 3. Poros baling-baling (Propeller shaft)
Ketiga poros ini saling dihubungkan oleh flange couplings (sambungan flens)
Gambar 2.1. Poros Propeller
III-3
Gambar Shafting (kapal poros tunggal)
Keterangan : 1. Main engine (Mesin Utama) 2. Thrust bearing (Bantalan pendorong) 3. Intermediate shaft (Poros tengah) 4. Plummer block ( blok bantalan) 5. Towing Block (Blok pendorong) 6. Propeller shaft (Poros baling-baling) 7. Stern tube (Tabung buritan) 8. Propeller (baling-baling) 9. Tunnel (Terowongan) 10. Bulkhead gland (Kepala curah gland)
Gambar Shafting (kapal poros ganda)
III-4
Keterangan : 1. Roda induk dari pada gigi reduksi (Main wheel of reducation gear) 2. Lengkungan pendorong (Thrust collar) 3. Poros antara (Intermediate shaft) 4. Metal dengan Belakang (Rear beating) 5. Pipa Buritan (stern tube) 6. Poros buritan (stern shaft) 7. Poros baling-baling (Propeller shaft) 8. Poros Penyambung keluar (External shaft coupling) 9. Baling-baling (Propeller) 10. Penopang metal antara (Intermediate support) 11. Penopang metal (Support bearing)
Poros (keseluruhannya berputar) adalah untuk mendukung suatu momen putar dan mendapat tegangan puntir dan tekuk. Menurut arah memanjangnya (longitudinal) maka dibedakan poros yang bengkok (poros engkol) terhadap poros lurus biasa, sebagai poros pejal atau poros berlubang, keseluruhannya rata atau dibuat mengecil. Menurut penampang melintangnya disebutkan sebagai poros bulat dan poros profil (contohnya dengan profil alur banyak dan profil – K). Disamping itu dikenal juga poros engsel, poros teleskop, poros lentur, dan lainlain.
Persyaratan khusus terhadap design dan pembuatan adalah sambunagn dari poros dan naf serta poros dengan poros. Pembuatan poros sampai diameter 150 mmadalah dari baja bulat (St 42, St 50, St 70 dan baja campuran) yang diputar atau ditarik.Dari lebih tebal ditempa menjadi jauh lebih kecil. Poros beralur diakhiri dengan penggosokan, dalam hal dikehendaki bulatan yang tepat. Tempat bantalan dan peralihan menurut persyaratan diputar halus digosok, dipoles, dicetak dan pada pengaretan tinggi kemudian dikeraskan.
Pemilihan bahan poros selain diarahkan menurut beban yang dikenakan dan kekakuan bentuk yang diperlukan juga menurut kondisi pemasangannya, contohnya pada poros rituel yang bahannya dipilih setelah untuk roda giginya.
III-5
Pada bantalan luncur maka keausan dan sifat putaran darurat memegang perangkat, tetapi pemuaian dan nilai pukulan takikan menurun (kepekaan takikan lebih tinggi).
Design pada poros diarahkan menurut bagian tetap yang mana poros atau gandar dihubungkan (bantalan, sil dan naf dari piringan atau roda yang dipasang). Sebagai gambaran maka tempat sambungan yang dibuat dengan benar yang peralihannya dibuatkan dengan baik, yaitu umumnya pada perlemahan dari berbagai pengaruh tarikan.
Yang perlu diperhatikan dalam perancangan poros ini diantaranya: 1. Gandar diam dapat ditahan jauh lebih ringan daripada poros yang berputar yang diputar. 2. Poros dari baja kekuatan tinggi tidak sekaku seperti dari St.42 yang semacam itu (modulus E sama), hanya kekuatan tekuk berubah-ubah atau kekuatan torsi berubah-ubah yang lebih besar, kalau pengaruh takikan yang tajam dihindarkan. 3. Poros berlubang denagn d1 = 0,5d beratnya hanya 75%, tetapi tahanan momennya 94% dari poros pejal. 4. Poros berputar yang kencang berlubang kencang memerlukan kekuatan yang baik, bantalan yang kaku dan pembentukan yang kaku. 5. Panjang konstruksi dari mesin seringkali sangat tergantung pada panjang dari tap bantalan, naf dan sil.
Pengamanan Poros dan gandar terhadap peggeseran memanjang diperoleh melalui peralihan poros pada tempat bantalan atau cincin pengaman. Pengaman memanjang dari bantalan, naf, dan piringan dapat diperoleh seperti melalui pemutaran satu sisi, melalui mur poros atau cincin pengaman, kadang-kadang bentuk sambungan tidak meminta pengamanan memanjang (dudukan pres dan sebagainya).
III-6
Fungsi Poros
Poros dalam sebuah mesin berfungsi untuk meneruskan tenaga bersama-sama dengan putaran. Setiap elemen mesin yang berputar, seperti cakara tali, puli sabuk mesin, piringan kabel, tromol kabel, roda jalan dan roda gigi, dipasang berputar terhadap poros dukung yang tetap atau dipasang tetap pada poros dukung yang berputar. Contohnya sebuah poros dukung yang berputar, yaitu poros pada roda gerobak.
Untuk merencanakan sebuah poros, maka perlu diperhatikan hal-hal sebagai berikut. 1. Kekuatan poros Pada poros transmisi misalnya dapat mengalami beban puntir atau lentur atau gabungan antara puntir dan lentur. Juga ada poros yangmendapatkan beban tarik atau tekan, seperti poros baling-baling kapal atau turbin. Kelelahan tumbukan atau pengaruh konsentrasi tegangan bila diameter poros diperkecil (poros bertangga) atau bila poros mempunyai alur pasak harus diperhatikan. Jadi, sebuah poros harus direncanakan cukup kuat untuk menahan beban-beban yang terjadi. 2. Kekakuan poros Walaupun sebuah poros mempunyai kekuatan yang cukup, tetapi jika lenturan dan defleksi puntirannya terlalu besar, maka hal ini akan mengakibatkan ketidaktelitian (pada mesin perkakas) atau getaran dan suara (misalnya pada turbin dan kotak roda gigi). 3. Putaran kritis Putaran kritis terjadi jika putaran mesin dinaikkan pada suatu harga putaran tertentu sehingga dapat terjadi getaran yang terlalu besar. Hal ini dapat mengakibatkan kerusakan pada poros dan bagian-bagian yang lainnya. Untuk itu, maka poros harus direncanakan sedemikian rupa sehingga putaran kerjanya lebih rendah dari putaran kritis.
III-7
4. Korosi Bahan-bahan tahan korosi harus dipilih untuk poros propeller dan pompa bila terjadi kontak dengan fluida yang korosif. Demikian pula untuk poros-poros yang terancam kavitas dan poros mesin yang sering berhenti lama. 5. Bahan poros Bahan untuk poros mesin umum biasanya terbuat dari baja karbon konstruksi mesin, sedangkan untuk pembuatan poros yang dipakai untuk meneruskan putaran tinggi dan beban berat umumnya dibuat dari baja paduan dengan pengerasan kulit yang sangat tahan terhadap keausan. Beberapa diantaranya adalah baja khrom nikel, baja khrom, dan baja khrom molybdenum. Getaran–Getaran pada Poros
Suatu fenomena yang terjadi dengan berputarnya poros pada kecepatankecepatan tertentu adalah getaran yang sangat tinggi, meskipun poros dapat berputar dengan baik pada kecepatan-kecepatan yang lain. Pada kecepatankecepatan semacam itu dimana getaran menjadi sangat besar, dapat terjadi kegagalan poros atau bantalan-bantalan. Atau getaran dapat menyebabkan kegagalan
karena
tidak
bekerjanya
komponen-komponen
sesuai
dengan
fungsinya, seperti yang dapat terjadi pada sebuah turbin uap dimana ruang bebas antara rotor dan rumah adalah kecil.
Getaran semacam ini dapat menyebabkan apa yang disebut olakan poros, atau mungkin menyebabkan suatu osilasi puntir pada poros, atau suatu kombinasidari keduanya. Meskipun kedua peristiwa itu berbeda, namun akan ditunjukkan bahwa masing-masing
dapat
ditangani
dengan
cara-cara
yang
serupa
dengan
memperhatikan frequensi pribadi dari isolasi. Karena poros-poros pada dasarnya elastik, dan menunjukkan karakteristik-karakteristik pegas.
Poros ini mengalami suatu momen punter atau momen lentur. Jika pada poros tersebut terdapat kombinasi antara momen lentur dan momen puntir maka perancangan poros harus didasarkan pada kedua momen tersebut. Banyak teori
III-8
telah diterapkan untuk menghitung elastic failure dari material ketika dikenai momen lentur dan momen puntir, misalnya:
1. Maximum shear stress theory atau Guest’s theory Teori ini digunakan untuk material yang dapat diregangkan (ductile), misalnya baja lunak (mild steel). 2. Maximum normal stress theory atau Rankine’s theory Teori ini digunakan untuk material yang keras dan getas (brittle), misalnya besi cor (cast iron).
Pada pembahasan selanjutnya, cakupan pembahasan akan lebih terfokus pada pembahasan baja lunak (mild steel) karena menggunakan material S45C sebagai material.
Secara analitis getaran yang mengakibatkan tegangan pada poros dapat dihitung secara terperinci. Misalnya, tegangan geser yang diizinkan untuk pemakaian umum pada poros dapat diperoleh dari berbagai cara, salah satu cara diantaranya dengan menggunakan perhitungan berdasarkan kelelahan puntir yang besarnya diambil 40% dari batas kelelahan tarik yang besarnya kira-kira 45% dari kekuatan tarik. Jadi batas kelelahan puntir adalah 18% dari kekuatan tarik, sesuai dengan standar ASME. Untuk harga 18% ini faktor keamanan diambil sebesar . Harga 5,6 ini diambil untuk bahan SF dengan kekuatan yang dijamin dan 6,0 untuk bahan SC dengan pengaruh masa dan baja paduan.
Selanjutnya perlu ditinjau apakah poros tersebut akan diberi alur pasak atau dibuat bertangga karena pengaruh konsentrasi tegangan cukup besar. Pengaruh kekasaran permukaan juga harus diperhatikan. Untuk memasukan pengaruh ini kedalam perhitungan perlu diambil faktor yang dinyatakan dalam yang besarnya 1,3 sampai 3,0 (Sularso dan Kiyokatsu suga, 1994: 8).
Pada Pembebanan yang berubah – ubah (fluctuating loads),Pada berbagai sumber bacaan tentang poros pembebanan tetap (constant loads) telah banyak dibahas mengenai yang terjadi pada poros dan ternyata pembebanan semacam
III-9
ini divariasikan apapun akan tetap konstan sehingga pembebanan seperti apapun tidak menjadi masalah, dengan asumsi masih dibawah tegangan luluhnya (yield). Dan dari segi lain pada kenyataannya bahwa poros akan mengalami pembebanan puntir dan pembebanan lentur yang berubah-ubah. Dengan mempertimbangkan jenis beban, sifat beban, dll. yang terjadi pada poros maka ASME (American Society of Mechanical Engineers) menganjurkan dalam perhitungan untuk menentukan diameter poros yang dapat diterima (aman) perlu memperhitungkan pengaruh kelelahan karena beban berulang.
Perancangan Bahan Poros
Pada perancangan bahan poros ini terdapat perlakuan panas. Perlakuan panas adalah proses pada saat bahan dipanaskan hingga suhu tertentu dan selanjutnya didinginkan dengan cara tertentu pula. Tujuannya adalah untuk mendapatkan sifat-sifat yang lebih baik dan yang diinginkan sesuai dengan batas-batas kemampuannya. Sifat yang berhubungan dengan maksud dan tujuan perlakuan panas tersebut meliputi:
1. Meningkatnya kekuatan dan kekerasannya. 2. Mengurangi tegangan. 3. Melunakkan 4. Mengembalikan
pada
kondisi
normal
akibat
pengaruh
pengerjaan
sebelumnya. 5. Menghaluskan butir kristal yang akan berpengaruh terhadap keuletan bahan.
Untuk proses pembuatan poros dengan melakukan hardening permukaan. Pemanasan poros ini dilakukan di atas suhu transformasi fase dan selanjutnya didinginkan dengan cepat sekali pada suhu kamar. Sehingga terbentuk suatu fase yang stabil pada suhu tinggi, pengerasan dengan cara ini mengakibatkan terbentuknya susunan yang tidak stabil. Tetapi inilah yang membuat elemen poros ini tidak mudah aus tergerus oleh gesekan yang ada.
III-10
Untuk mendapatkan sifat-sifat bahan untuk poros yang lebih baik sesuai dengan karakter yang diinginkan dapat dilakukan melalui pemanasan dan pendinginan. Tujuannya adalah mengubah struktur mikro sehingga bahan dikeraskan, dimudahkan
atau
dilunakan.
Pemanasan
bahan
dilakukan
diatas
garis
transformasi kira-kira pada 770 derajat C sehingga perlit yang ada pada bakal poros itu berubah menjadi austenit yang homogen karena terdapat cukup karbon. Pada suhu yang lebih tinggi ferrit menjadi austenit karena atom karbon difusi ke dalam ferrit tersebut.
Untuk pengerasan baja, pendinginan dilakukan dengan cepat melalui pencelupan kedalam air, minyak atau bahan pendingin lainnya sehingga atom-atom karbon yang telah larut dalam austenit tidak sempat membentuk sementit dan ferrit akibatnya austenit menjadi sangat keras yang disebut martensit. Pada baja setelah terjadi austenit dan ferrit kadar karbonya akan menjadi makin tinggi sesuai dengan penurunan suhu dan akan membentuk hipoeutektoid. Pada saat pemanasan maupun pendinginan difusi atom karbon memerlukan waktu yang cukup. Laju difusi pada saat pemanasan ditentukan oleh unsur-unsur paduanya dan pada saat pendinginan cepat austenit yang berbutir kasar akan mempunyai banyak martensit. Austenit serta martensit inilah yang nantinya akan menjadi sumber kekerasan luar dari poros
Daya Poros Dalam system transmisi daya terdiri atas komponen utama yaitu mesin utama, gearbox, poros, dan baling – baling. Dari setiap komponen tersebut akan menghasilkan daya yang digambarkan sebagai berikut.
Gambar Skema Aliran Daya dari Mesin Utama ke Propeller
III-11
IHP ( Indicated Horse Power) adalah daya yang terjadi dalam mesin. BHP ( Brake Horse Power) adalah daya yang digunakan pada saat pengereman mesin.
SHP ( Shaft Horse Power) adalah daya dari poros baling – baling yang
DHP ( Delivery Horse Power) adalah daya yang ditransfer dari poros ke
diterima dari Brake Horse Power. daun baling – baling.
THP ( Thrust Horse Power) adalah daya dorong yang dihasilkan akibat putaran baling – baling.
EHP ( Effective Horse Power) adalah daya yang dihasilkan akibat putaran baling – baling.
RT adalah tahanan kapal.
v adalah Kecepatan kapal.
Daya poros baling – baling dapat dihitung dengan menggunakan formula : (Edward V. Lewis : 1988)
Dimana : BHP = daya yang digunakan untuk pengereman mesin (HP) SHP = daya yang disalurkan pada poros (HP) ηm
= Effesiensi transmisi poros = 0,98
III.3. Bantalan
Poros propulsi utama didukung oleh bantalan yang menjaga poros dalam keselarasan. Bantalan poros penggerak ini secara umum terbagi atas dua kelompok yaitu bantalan di dalam batas kedap air dari lambung dan bantalan di luar batas kedap air lambung.
III-12
Persyaratan yang dikenakan pada desain bantalan poros penggerak berbeda secara signifikan. Bantalan diwajibkan untuk beroperasi pada kecepatan berkisar antara 0.1 rpm, umumnya terjadi bila pada gigi pengankat, untuk 100 rpm atau lebih di kedua arah rotasi. Dan, tidak seperti beberapa aplikasi, beban bantalan tidak berbeda dengan rpm tapi dasarnya tetap konstan pada semua kecepatan. Keandalan sangat ditekankan dalam desain bantalan karena tidak ada redundansi untuk bantalan, dan kegagalan bantalan tunggal dapat melumpuhkan sistem propulsi.
Selain bantalan radial yang mendukung poros, sebuah bantalan dorong utama diletakkan di dalam kapal dan mentransmisikan daya dorong baling-baling dari poros ke struktur lambung. Gambar 1 dan 2 menampilkan dua tipe utama lokasi bantalan dorong. Gambar 1 menunjukkan bahwa bantalan dorong terletak sedemikian
rupa
sehingga
kerah
dorong
berpindah,
yang
mungkin
menguntungkan jika kerah dorong rusak. Namun, kekakuan pondasi bantalan dorong yang dapat dicapai dengan pengaturan ini adalah terbatas karena kesinambungan stuktur pendukung tergangu oleh gigi reduksi pada setelah dan sisi kondensor utama, yang terletak di sisi depan untuk bantalan dorong.
Bantalan dorong untuk pengaturan poros ditunjukkan pada gambar 2 ini terletak di bagian belakang gigi reduksi, danada sebuah poros dorong yang mandiri. Pengaturan ini memiliki potensial menyediakan pondasi bantalan dorong lebih kaku dibandingkan pada umumnya yang terjadi bila bantalan dorong terintegrasi dengan gigi reduksi. Dimana bantalan dorong todak tergantung pada gigi reduksi, dengan poros dorong sendiri, sebuah garis bantalan poros biasanya terintegrasi dengan rumah bantalan dorong. Jika poros dorong teletak beberapa jarak di belakang gigi reduksi sebuah sistem tersendiri minyak bantalan dorong mungkin diperlukan.
III-13
Bantalan Dorong Utama
Pada umumnya, praktek normal pada batalan propulsi utama adalahdengan menggunakan bantalan dorong dengan memiringkan bantalan dimana sepatu individu bebas untuk poros sebagai menentukan lapisan minyak. Ada dua desain dasar bantalan dorong jenis bantalan curam, ada tipe Kingsbury dan Michell. Bantalan tipe Michell bersumbu pada garis radial di batalan dorong. Sedangkan untuk tipe Kingsbury sumbunya terletak pada pusat jari-jari. Jenis Kingsbury dari bantalan dorong utama biasanya memiliki daya dorong bantalan yang didukung ketika meratakan hubungan untuk mendistribusikan beban dorong yang sama terhadap semua bantalan dorong, ini disebut sebagai tipe menyamakan diribantalan dorong.
Bantalan dorong tipe Mchell, yang digunakan terutama di Eropa dan Jepang, biasanya dibangun dengan daya dorong bantalan mendukung langsung di rumah bantalan tanpa menggunakan pengaturan hubungan. Secara teori, bantalan dapat membawa beban lebih dibandingkan dengan bantalan tidak menyamakan diri sejak bantalan dorong sendiri beban tidak akan terpengaruh oleh akurasi mesin bagian bantalan dorong, atau oleh defleksi dari rumah bantalan dorong pondasi di bawah beban.
dan
III-14
Bantalan dorong utama dapat di buat dengan sejumlah bantalan dorong.sejumlah besar bantalan dorong, sejumlah besar bantalan dorong, dalam beberapa kasus, memfasilitasi penggunaan bantalan yang berdiameter luar yang lebih kecil. Geometri bantalan dorong optimum dari perspektif hidrodinamika adalah salah satu dengan panjang bantalan keliling sama dengan panjang bantalan radial. Dengan konfigurasi bantalan dorong normal, sebuah bantalan dorong 8-bantalan adalah pemilihan
untuk memenuhi kondisi. Bantalan dorong utama umumnya
dirancang dengan 8 bantalan.
Defleksi rumah bantalan dorong dan sistem di bawah beban maksimum harus di bentuk sebelum beban unit maksimum desain ditetapkan untuk bantalan nonpenyetaraan; praktek biasa membatasi jumlah maksimum rata-rata untuk bantalan ini sekitar 300 psi.
Untuk
kapal
angkatan
laut,
beban
kejut
harus
dipertimbangkan
ketika
mengevaluasi kekuatan bantalan dorong dan beban maksimum bantalan dorong.
III-15
Karena desain kaku rumah bantalan dorong, pondasi, dan kapasitas bantalan dorong untuk mengambil beban besar sesaat, beban kejut biasanya tidak mengendalikan desain bantalan dorong.
III-16
Dukungan cakram bantalan dorong dapat digantikan oleh sel beban- pengukuran terhadap sebuah bantalan dorong tipe Kingsbury untuk mengukur beban pada bantalan dorong. Izin pengukuran verifikasi bantalan dorong dari perhitungan pemantauan kinerja sistem propulsi. Jumlah yang diperlikan dan lokasi sel beban tergantung pada aplikasi, namun karena konsep penyamarataan hubungan, sel beban yang tidak diperlukan dalam semua bantalan.
Suhu operasi bantalan dorong dapat dipantau dengan memiliki termokopel atau detektor suhu perlawanan yang tertanam ke dalam babbitt dari bantalan dorong. Ini adalah praktek yang paling umum dari pemantauan kinerja bantalan dan batas operasional.
Peredam getaran. Bantalan dorong dan pondasi bantalan dorong ini dirancang untuk menjadi kaku untuk membatasi defleksi longitudinal dan stress akibat resonansi gaya dorong getaran.
Sebuah resonansi getaran longitudinal tidak
tertahankan dalam kisaran rpm baling- baling di atas. Salah satu cara untuk menghindari getaran longitudinal adalah dengan memodifikasi bantalan dorong utama dengan menggabungkan “ peredam getaran”, yang meredap kekakuan longitudinal untuk bantalan dorong tanpa meningkatkan defleksi bantalan dorong dan landasan, dan meredam sistem poros. Meningkatkan fleksibilitas dalam
III-17
sistem poros, menggeser resonansi ke bawah, dengan demikian mengurangi kekuatan bolak balik dan amplitudo.
Untuk mengakomodasi sebuah perencanaan reduksi getaran, bantalan dorong mengihangkan pengatur hubungan, dan setiap bantalan dorong didukung oleh sebuah piston, sebagai ilustrasi pada gambar 20. Piston terhubung ke sebuah manifold minyak pada bantalan dorong, yang mana bila berputar terhubung dengan saluran minyak di luar ke bantala dorong. Sebuah katup hidrolik, yang mana
dikontrol
oleh
posisi
dari
penahan
pendorong,
menambah
atau
menghilangkan minyak dari sistem untuk memelihara penahan pendorong pada pusat posisi operasi dalam rumah pendorong. Posisi sistem penahan pendorong harus mempunyai sebuah sumber minyak pada tekanan yang lebih besar daripada tekanan operasi maksimum. Tekanan operasi maksimum sama dengan daya dorong maksimum dibagi oleh beberapa wilayah piston bantalan dorong. Gambar 21 adalah diagram sistem reduksi getaran.
Bantalan Line Shaft
Bantalan berlokasi di dalam lapisan kedap air kapal yang disebut bantalan garis poros (line shaft bearing), walaupun bantalan tersebut kadang-kadang ditunjukkan sebagai bantalan tetap atau bantalan pegas. Hampir tanpa pengecualian, konstruksi bantalan ini dengan compang-camping, desain konservatif, dilapisi babbitt, dan pelumasan minyak. Kecuali dalam kasus tertentu, bantalan ini pelumasannya melalui cincin atau cakram yang diatur dalam seperti cara pelumasan yang efektif dengan putaran poros. Gulungan bantalan yang telah digunakan dalam ukuran poros yang lebih kecil, tetapi keuntungan dari bobot tongkang dan gesekan yang lebih rendah yang dimilikinya pada umumnya tidak cukup untuk mengganti yang lebih tinggi kendalannya dan rendahnya harga pemeliharaan dari tipe yang dilapisi babbitt.
Rumah garis poros terbuat dari baja ttuang atau dibuat dari pelat baja yang dilas bersama-sama. Rumah bantalan sepenuhnya dipeoleh hasil yang memuaskan dengan metode yang baik, dengan mengatur biaya pabrik penggunaan metode
III-18
konstruksi. Sejak kekakuan menjadi perhatian lebih dari kekuatan, baja karbon rendah digunakan sebagai bahan untuk rumah bantalan dengan pengecualian untuk bantalan kapal perang angkatan laut, dalam hal persyaratan dampak kejutan tinggi mungkin memerlukan penggunaan baja mutu tinggi. Rumah bantalan di bagi melintang di poros tengah. Bagian bawah bantalan harus dirancang sangat kasar karena membawa beban poros vertikal dan setiap terjadi beban samping.
Rumah bantalan mendukung mengurangi berat kulit baja, yang sejajar dengan babbitt. Poros terletak pada permukaan babbitt. Kursi kulit bantalan dapat dibuat diantara kulit bantalan dengan menyelaraskan bantalan dan dibungkus dengan kursi bulat diantara kulit bantalan dan rumah bantalan. Ini memungkinkan poros dari cangkang bantalan untuk menyelaraskan sama persis dengan poros. Gambar 22 adalah bagian bantalan yang telah selesai menyelaraskan diri, dan angka 23 adalah bagian bantalan yang serupa dan telah selesai tetapi tanpa kemampuan menyelaraskan diri. Pembangunan rumah dari abntalan tanpa kulit dapat dilihat dari gambar 22 dan 23. Kriteria desain dan pemeliharaan untuk bantalan pada kapal perang angkatan laut disediakan oleh referensi 34.
III-19
Kecuali untuk baris terbelakang bantalan poros dalam aplikasi pedagang, itu adalah praktek umum untuk babbitt hanya setengah bagian bawah bantalan sejak bantalan ini tidak akan pernah diharapkan akan memuat diatas. Namun, bantalan terbelakang (yang paling dekat dengan tabung buritan) dapat dibongkar terutama ketika tabung buritan dan baling-baling dilumasi oleh air laut. Pelumasan bantalan sejumlah besar pemakaian, yang dapat mengakibatkan ketidaksejajaran yang parah. Prakti dianggap baik untuk memberikan sejumlah maksimum praktis babbitt di paruh atas garis bantalan poros terbelakang ketika air melumasi bantalan yang digunakan tabung buritan. Dengan pelumasan minyak bantalan tabung buritan, probabilitas setelah terjjadi bongkar muat akan sangat berkurang. Dalam prakteknnya angkatan laut belahan atas baris cangkang bantalan poros di babbitt untuk mengakomodasi beban bantalan ke atas selama kondisi kejut.
Sentrifugal
babbit
yang
dilemparkankan
ke
kulit
bantalan
lebih
baik
dipertimbangkan daripada yang dituangkan secara statis. Teknik dengan bekas dependably memberikan ikatan yang lebih terjamin antara babbitt dan kulit bantalan.
Babbitt dapat dari jenis timah atau niji timah. Dasar timah babbitt memiliki kekuatan yang lebih besar dan biasanya disukai untuk bantalan poros, melainkan ditentukan oleh harga secara eksklusif untuk bantalan sentrifugal biji timah lebih cocok ditempelkan, sesuai, dan pertimbangan utama anti gesekan. Biji timbal babbitt memiliki hasil panen yang rendah dan ketahanan keausan sedikit lebih baik.
Untuk penampungan minyak yang disediakan dalam rumah baris bantalan poros harus seukuran intuk operasi selama roll eksterm dan kondisi puncak tanpa bocor oleh poros atau menonaktifkan sistem pelumasan bantalan. Selanjutnya, jumlah minyak dan luas permukaan harus cukup untuk titik tekan yang dihasilkan. Garis bantalan poros kadang-kadang dirancang dengan koil pendingin yang terletak di genangan air seperti yang ditunjukkan dalam gambar 23, namun, pengalaman telah menunjukkan bahwa jarangnya kumparan pendingin, jika pernah, diperlukan.
III-20
Garis bantalan poros dapat dioleskan dengan menggunakan cincin minyak, sebuah cakram minyak, atau oleh pasokan minyak di bawah tekanan. Bantalan cincin minyak pelumas mengandung dua atau tiga cincin logam dengan diameter 1.25-1.5 kali diameter poros (rasio berdasarkan diameter poros terbesar) jumlah cincin dalam bantalan harus dipilih sedemikian rupa sehingga cincin tidak diperlukan untuk mendistribusikan minyak untuk jarak aksial lebih dari 7 inch di kedua sisi cincin. Cincin terletak di atas batang dan mencelupkan ke dalam penampungan minyak yang terletak di bawah kulit bantalan. Gambar 23 merupakan contoh besar bantalan cincin pelumas. Berubah sebagai poros, cincin yang diputar dengan kontak gesekan bagian atas poros. Minyak yang melekat di cincin penampungan minyak dilakukan diatas dimana minyak di bagian poros ditransfer ke poros dan sesudah itu dibawa ke daerah kontak yang dilumasi pada bantalan.
Cincin telah terbukti telah mampu mengakomodasi daftar sudut dan besar trim dan telah terbukti dapat diandalkan dalam pelayanan beban unit desain 50 psi. Sehubungan dengan efek samping yang mungkin timbul dari trim, tes telah menunjukkan bahwa cincin bantalan yang dilumasi dapat mengakomodasi sudut sekitar 10 derajat diukur horizontal dengan tidak mengurangi performanya. Referensi 35 mencakup ketinggian kinerja cincin minyak berdasarkan tes laboratorium dan catatan, antara lain, kepekaan viscositas minyak berdasarkan kuantitas minyak yang dialirkan.
III-21
Cakram bantalan dilumasi dengan menggunakan cakram logam yang dijepit pada salah satu ujung poros di kulit bantalan. Cakram memungkinkan merubah arah poros sebagimana digambarkan pada gambar 22, bagian bawah dari cakram, yang direndam dalam penampungan minyak, dilapisi minyak. Minyak ini dialirkan ke atas dimana terdapat goresan batang logam minyak dari cakram dan menyatu
III-22
menjadi bagian-bagian dimana ia dirawat di atas poros dan kemudian ke wilayah kontak bantalan. Bantalan dilumasi ketika cakram pertama kali diperkenalkan, mereka dirancang dengan tekanan per unit yang sampir sama seperti untuk sebuah cincin pelumas bantalan, namun berdasarkan pengalaman diperoleh pelumasan cakram bantalan, desain unit tekanan yang ditentukan untuk mereka relah meningkat menjadi sekitar 100 psi. Hasil tes yang dilakukan dengan dua ukuran pengaturan cakram pengikis (diameter 22 dan 37 inch), yang merupakan perwakilan dari penggunaan pada baris bantalan poros, disajikan dalam referensi 36. Selama pengujian penekanan di tempatkan dengan memperoleh data arus minyak pada kecepatan rendah poros. Dalam kisaran rpm rendah (di bawah 35 rpm untuk cakram besar), aliran minyak bervariasi dengan kekuatan 1.5 kecepatan permukaan cakram, 0.5 kekuatan dari kecepatan minyak, dan dengan lebar langsung dengan aksial dari cakram. Pada kecepatan poros yang lebih tinggi, minyak sentrifugal terlempar dari cakram, dan aliran minyak terjadi dengan sendirinya melalui kecepatan poros. Dalam kasus khusus, garis bantalan poros mungkin dilumasi dengan minyak yang disediakan oleh pompa.jika sistem poros sangat panjang, dan mesin pompa minyak pelumas utama digunakan untuk pasokan minyak, pompa akan diperlukan untuk mengembalikan minyak dari bantalan yang tidak mungkin dalam kondisi trim dan puncak sejak menguras gravitasi. Alternatif lain adalah untuk garis bantalan poros masing-masing memiliki sistem pelumasan tertutup tersendiri. Sementara ini metode pelumasan menjamin pemasokan minyak yang cukup pada semua kecepatan poros, dan dapat mengakibatkan ukuran bantalan yang lebih kecil, ia memiliki kerugian ekstra dari pompa dan menambahkan komleksitas.
Beban dapat di dukung oleh jurnal bantalan babbitt yang tergantung pada metode dari pelumasan, konfigurasi bantalan, panjang diameter bantalan untuk rasio (L/D), dan tentu saja pemgerjaan instalasi. Dalam desai awal, jurnal bantalan babbitt mempunyai rasio L/D sama dengan 2, dan bahkan dengan rasio L/D yang lebih tinggi, dalam hubungannya dengan munculnya teknik yang lebih canggih untuk kesejajaran bantalan, telah mengakibatkan sistem poros lebih diandalkan
III-23
dalam mengusahakan bantalan yang lebih menguntungkan rasio L/D dan sitem poros yang lebih fleksibel. Rasio L/D bantalan biasanya di batasi maksimum 1.5 dalam desain kapal komersial, tetapi tidak kurang dari diameter 1 cincin pelumas atau cakram
bantalan poros untuk mencegah kebocoran minyak dari
ketidaksamaan pelumasan yang tidak memadai.
Tuntutan paling parah dari sistem pelumas dari bantalan poros tidak sesuai dengan kekiatan penuh, operasi rpm penuh, tetapi dengan kondisi saat poros diputar oleh gear sekitar 0.1 rpm selama periode yang lama untuk memfasilitasi pendinginan seragam atau pemanasan dari rotor utama turbin. Jika sistem pelumasan gagal mengalirkan minyak yang cukup untuk jurnal di bawah kondisi ini, kerusakan pada permukaan bantalan mungkin terjadi.ketentuan pelumasan memiliki pengaruh yang kuat pada kemampuan bantalan untuk beroperasi secara memuaskan dalam modulus pengangkat kritis suatu operasi, dan akibatnya, cara pelumasan sangat berpengaruh pada sejauh mana garis bantalan poros bapat dimuat. Sebagai panduan, telah ditentukan bahwa sedikitnya 25 tetes minyak per menit di permukaan jurnal akan menopang operasi terbatas dalam modus pembajakan pada tekanan bantalan sekitar 75 psi.
Uji untuk menentukan kondisi dimana masa transisi dari lapisan cairan pelumasan untuk batas pelumasan (lihat gambar 3 dari bab 11) terjadi pada jurnal bantalan yang dilaporkan dalam referensi 37. Blok miring maupun lengan bantalan diuji pada kecepatan poros terendah yang mewakili operasi perputaran gigi. Kemiringan blok bantalan direndam dalam minyak , dan dalam kaitannya dengan lengan bantalan adalah pelumasan cakram. Bantalan memiliki diameter 13 inch dan diuji pada beban 200 psi. Perubahan mendadak dalam koefisien gesek terjadi pada 13 rpm selama blok bantalan miring dan 25 rpm untuk lengan bantalan, aliran minyak yang diberikan oleh cakram lebih dari cukup, bahkan pada kecepatan serendah 0.1 rpm. Kemiringan blok bantalan juga mengalami serangkaian proses yang tinggi (sampai 1000 psi) , tes kecepatan rendah (0.0120.2 rpm), dengan hasil hanya menampilkan semiran cahaya babbitt sampai 300 psi dan gerakan tertentu (mengelap) dari babbitt sampai diatas 750 psi.
III-24
Bantalan Luaran (Outboard Bearing)
Bantalan luar dapat diklasifikasikan sebagai tabung buritan atau bantalan bantalan penopang. Gambar 1 dan 2 menunjukkan lokasi bantalan ini relatif terhadap pengaturan kapal.
Bantalan luar dapat dilumasi air atau minyak pelumas. Hampir semua bearing dilumasi air luar sampai tahun 1960, ketika sebuah transisi untuk minyak pelumasan bantalan dimulai. Transisi ini untuk minyak pelumas bantalan ini dipicu oleh masa kerja terlalu pendek dari banyak rakitan bantalan pelumas air selama periode itu. Hal ini diyakini bahwa kehidupan singkat dari bantalan pelumasan air disebabkan oleh kecenderungan untuk ukuran kapal yang lebih besar, yang punya banyak bantalan yang lebih tinggi, dan lebih terkontaminasi air melewati bantalan.
Kapal yang lebih besar umumnya dioperasikan pada konsep lebih dalam, dan dengan jarak kurang antara lambung dan saluran bawah kontaminan yang lebih, seperti lanau, lumpur, dan pasir, ditarik ke dalam clearance bantalan. Pengalaman operator kapal selama jangka waktu tersebut bawah menggunakan pelumasan air pada bantalan dengan tongkat riwayat Lignum pada umumnya tidak memuaskan. Penggunaan Lignum, yang merupakan kayu keras dan padat mengandung getah, sebagai bahan bantalan pelumasan air telah digantikan dengan menggunakan karet atau bahan fenolik yang dilaminasi. Ini peningkatan dalam bahan bantalan telah secara substansial meningkatkan kinerja bantalan tempel, bagaimanapun, resolusi komprehensif belum dikembangkan untuk faktor eksternal yang mempengaruhi bantalan luar.
III-25
Meminimalkan getaran juga berpengaruh dalam penerapan bantalan minyak pelumas. Khususnya dengan kapal lebih besar dan lebih lengkap, variasi kecepatan aliran air baling-baling menghasilkan besar variabel lentur gaya pada poros tersebut. Ada banyak kasus poros dilaporkan berdebar dalam kaitannya tabung maju dan tabung buritan kotak isian pada kapal sekrup tunggal, terutama ketika baling-baling berbilah lima digunakan. Dengan keselarasan awal yang tepat, minyak pelumas bantalan, yang memiliki izin dekat bantalan dan minim memakai bawah, menghilangkan kejutan pemeliharaan dan asosiasi dari poros baling-baling dan kotak isian.
Melumasi bantalan tabung buritan juga mengurangi kerugian daya dalam sistem poros. Untuk kapal 22000-shp peningkatan efisiensi sekitar 0,2 persen bisa diharapkan dengan mewakili bantalan luar dengan pelumasan minyak maupun air.
Bantalan luar pelumasan minyak pada kapal komersial, tetapi bantalan yang dilumasi air digunakan untuk kapak angkatan laut. Gambar 24 menggambarkan desai khas pelumasan air bantalan strut. Sebuah tabung buritan bantalan pelumasan air didesai mirip, kecuali bahwa bantalan dipasang di dalam tabung buritan daripada di dalam penopang barrel.
III-26
Bantalan pelumasan air pada dasarnya terdiri dari cincin tahan korosi bantalan nonferrous (tidak mengandung besi) yang menyimpan sejumlah elemen kontak bantalan komposisi, yang mungkin komposisi fenolik, atau terbuat dari karet yang terikat pada kuningan atau didukung lapisan non-logam. Sebuah lengan dipasang pada poros untuk memberikan resistansi permukaan kontak korosi.
Ketika kuningan karet strip didukung (karet pencegah) yang digunakan, seperti yang dalam praktek umum laut, lubang ekor burung merpati secara akurat dipotong untuk mengakomodasi paranada bantalan. Logam yang tersisa cukup di antara setiap slot untuk paranada aman, ruang antarapapan juga menyediakan bagian aliran air pendingin. perbaikan terus menerus telah dilakukan dalam perancangan bantalan karetpelumasan air. Referensi 38 adalah laporan perkembangan rekayasa, seperti mengurangi ketebalan karet, menggunakan senyawa yang lebih tangguh, dan menggunakan alas non-logam, yang meningkatkan kinerja karet bantalan pencegah.
Sebagaimana ditunjukkan oleh gambar 24, bantalan yang menggunakan bahan pheniolic mirip dengan karet bantalan pencegah. Sebuah alur berbentuk "V" atau "U" dipotong pada sendi longitudinal blok untuk menyediakan pelumas dan aliran air pendingin. Potongan kuningan biasanya ditempatkan di empat titik di sekitar keliling untuk mengamankan elemen kontak.
III-27
Bahan bantalan Fenolik. Biasanya terinstal ketika kering, menyerap air dan akibatnya cenderung membengkak, oleh karena itu, pembengkakan harus dipertimbangkan dalam desain bantalan tersebut.
Bantalan Lignum pelumasan air sebagai bahan bantalan dirancang dengan rasio L/D 4 untuk bantalan yang berdekatan dengan baling-baling dan 2 untuk mereka yang maju untuk bantalan baling-baling. Untuk bantalan pelumasan air yang memiliki bahan bantalan sintetik, ketika dibuktikan dengan hasil tes, rasio L/D terendah 2 telah digunakan untuk bantalan baling-baling, dengan rasio L/D 1 untuk bantalan yang lebih maju. Unit pemuatan bantalan propeller, berdasarkan luas wilayah yang diproyeksikan (panjang kali diameter bantalan poros), biasanya di bawah 80 psi saat rasio L/D 2 digunakan, bagaimanapun, harus hati-hati dalam pentingnya menempatkan pada nilai absolut tekanan kontak bantalan yang didasarkan pada daerah yang diproyeksikan. Tidak hanya eksentrisitas dorong baling-baling mengubah proses, tetapi juga distribusi beban sulit untuk menilai dan dapat berubah radikal. Bahan bantalan pelumasan air mungkin mengenakan 0,20,5 masuk sebelum diganti.
Bantalan pelumasan air dapat diinstal ke sebuah kemiringan yang sesuai dengan kemiringan statis poros yang dihasilkan dari berat baling-baling dan poros. Tujuannya adalah untuk mendapatkan beban bantalan yang lebih seragam dan kontak poros dalam kaitannya ketika ditempatkan awalnya dalam pelayanan. Kemiringan dapat memfasilitasi pelumasan hidrodinamik pada rpm poros lebih rendah sebagai akibat dari beban unit bantalan yang lebih rendah, bagaimanapun, prosedur ini belum terbukti sepenuhnya memuaskan dari sudut pandang pemakaian
kebawah
sejak
eksentrik
dorong
dari
baling-baling
tidak
diperhitungkan.
Jenis bantalan poros baling-baling yang memiliki bantalan curam, juga telah digunakan untuk menyediakan fitur bantalan menyesuaikan diri. Namun, tekanan bantalan rata-rata lebih tinggi dibanding bantalan curam, dan diameter rumah bantalan jauh lebih besar untuk mengakomodasi fitur bantalan curam, untuk ketersediaan yang mahal dan menghalangi aliran air baling-baling.
III-28
Torsi gesekan poros memisahkan diri dalam bantalan
berpelumas aiir dapat
menunjukkan koefisien gesekan setinggi 0,4 [39]. Tergantung pada panjang poros, kekakuan puntir poros, beban bantalan, dan batas keefesienan gesekan pelumasan pada bantalan, poros bisa berputar sebentar-sebentar. Gerakan tongkat-slip poros diamati paling sering ketika beroperasi pada gigi jacking, tapi mungkin berlanjut sampai kecepatan sekitar 10 rpm. Gerak poros yang dihasilkan seragam disertai dengan suara reaksi pengurangan gigi. Bahan bantalan pelumasan air memiliki pengaturan atas batas suhu yang, jika melebihi, akan mengakibatkan kerusakan material. Oleh karena itu, setiap aplikasi harus ditinjau ulang untuk kebutuhan pendinginanair yang mungkin. Pada umumnya, persyaratan-aliran air pendingin tidak lebih dari 1 sampai 10 gpm tergantung pada suhu desain maksimum operasi, dengan koefisien gesek, beban bantalan, dan kecepatan permukaan poros. Secara umum, suhu operasi konservasi desain digunakan 140 F atau kurang. Data tentang koefisien gesekan untuk berbagai bahan bantalan pelumasan air dan konfigurasi
III-29
yang diberikan dalam referensi 38. Sebagai contoh, Angkatan Laut didukung bantalan standar kuningan-karet-pencegah memiliki koefisien dinamis efisien gesekan yang berkisar 0,006-0,013.
Bantalan pelumasan minyak, seperti yang digambarkan oleh Gambar. 25, yang terutama digunakan dalam tabung buritan dan bossings, tetapi juga telah diadaptasi untuk bantalan strut. petunjuk untuk keselamatan Bantalan pelumasan minyak tidak memerlukan liner yang akan diinstal pada poros sejak kontak dengan air laut tidak terjadi, juga tidak ada pemakaian poros secara signifikan. Juga, tidak ada ring dimasukkan ke dalam tabung buritan, bantalan kerang, yang mempunyai ketebalan berat dinding, ditekan langsung ke dalam tabung buritan. Rasio berat L / D dimuat setelah tabung buritan telah luas.
Desain awal memiliki rasio sebesar 2,5 tetapi kecenderungan menuju nilai 1,5 kemudian didirikan.Walaupun tekanan bantalan unit berdasarkan yang proyeksi daerah biasanya jatuh pada kisaran 80 psi untuk bantalan pelumasan minyak, tekanan operasi yang sebenarnya mungkin lebih dekat untuk dua kali nilai ini. Inspeksi bidang kontak bantalan setelah operasi mengungkapkan bahwa setelah dimuat hanya pada setelah berakhirnya panjang sekitar satu diameter poros; seringkali dianjurkan bantalan pendek untuk alasan ini. Kemiringan bantalan terbelakang sehingga sesuai dengan kemiringan rata-rata dari poros baling-baling dapat memberikan bantalan lebih baik dan mengurangi tekanan tinggi testing yang seharusnya dapat diterapkan pada akhir bantalan. Atau, kemiringan bantalan poros telah dikembangkan yang menjamin kebijaksanaan yang seragam antara bantalan dan poros dalam semua kondisi operasi. Kemiringan bantalan poros pada umumnya dirancang dengan rasio L/D 1.
Gambar 26 mengilustrasikan diagram khas pelumasan minyak untuk bantalan pelumasan minyak pada tabung buritan. Bantalan pelumasan minyak pada tabung buritan sepenuhnya terendam dalam minyak, dan segel pada setelah dan ujung depan tabung mencegah masuknya air laut dan kebocoran minyak. Perbedaan tekanan antara minyak dalam tabung buritan dan air laut yang sesuai telah dikendalikan dengan beberapa cara. Untuk kapal yang beroperasi pada sarat
III-30
hampir konstan, ini telah dicapai melalui sebuah kepala tangki yang terletak sekitar 10 kaki di atas permukaan beban penuh air.
Kapal yang memiliki variasi rancangan besar mungkin memerlukan tangki kepala dua: satu untuk beroperasi sarat penuh dan satu untuk operasi pemberat. alternatif cara mengontrol tekanan diferensial antara minyak dan pelumasan air laut yang sesuai segel adalah dengan menggunakan sistem kontrol otomatis indera tekanan air laut dan menyesuaikan tekanan minyak yang sesuai, biasanya dengan memaksakan tekanan variabel udara di kepala tangki. Masa operasi segel poros, yang mempertahankan minyak di tabung buritan dan mencegah masuknya air laut, bisa sensitif terhadap perbedaan tekanan antara air laut dan minyak dan dengan kecepatan gosok poros.
Meskipun desain segel telah dikembangkan untuk beberapa aplikasi, desain yang paling umum memiliki segel jenis bibir pada lengan yang dijamin pada poros dan berputar dengan itu. Jenis segel dapat dikenai ayunan cukup besar pada tekanan diferensial tanpa kerusakan. Namun, dalam Sikap yang memakai liner yang berlebihan dan kebocoran segel telah dilaporkan dengan segel tipe bibir. Referensi 40 adalah laporan tes yang dilakukan dengan sebuah tes alat bor khusus untuk mengevaluasi segel dan liner material. Segel yang digunakan adalah skala lebih kurang satu-setengah. Seri tes belum selesai, tapi tes yang dilakukan menunjukkan pentingnya pilihan yang tepat dari bahan campuran dan pembuatan yang tepat dari bahan tersebut.
Sebuah Pompa biasanya terpasang, seperti ditunjukkan pada Gambar. 26, untuk memaksa sirkulasi minyak melalui tabung buritan. Perpipaan sebaiknya diatur seperti minyak yang bersirkulasi melalui kedua bantalan. Banyak variasi sistem ini telah digunakan, termasuk penghapusan pompa. Pemilik sering menentukan filter, pemanas, pendingin, dan coalescers untuk kondisi minyak saat melewati rangkaian. Pendingin jarang digunakan pada temperatur yang paling keras meninggalkan tabung tidak melebihi 120 F.
III-31
Sebuah variasi desain yang dikembangkan untuk meminimalkan risiko bocor minyak pelumas ke air laut menggabungkan rongga udara keringk yang terletak setelah rumah segel antara air laut dan elemen segel minyak pelumas. Dengan pengaturan ini setiap kebocoran air laut terdahulu atau unsur segel minyak pelumas menuju rongga kapalyang dikeringkan oleh udara. Tekanan udara dan tekanan minyak lumas dirakitan mengkompensasi variasi konsep.
secara
otomatis
disesuaikan
untuk
Bantalan tabung buritan pada kapal kecil telah dipasang dengan mengepaskan bushing bantalan dalam tabung buritan dengan tempat penuangan getah epoksi.seperti pembatasan pemasangan diperlukan operasi tabung buritan yang akurat. Bantalan tabung buritan bisa diposisikan untuk memberikan kontak teoritis terbaik dengan poros, dan kemudian tetap dalam posisi sebagai tempat getah epoksi.
Jenis-Jenis Bantalan Menurut “Sularso dan kiyukatsu Suga dalam elemen mesin“ bantalan dapat dikelompokkan sebagai berikut:
1. Berdasarkan gerakan bantalan terhadap poros a. Bantalan luncur Pada bantalan ini terjadi gesekan luncur antara poros dan bantalan karena permukaan poros ditumpu oleh permukaan bantalan dengan perantaraan lapisan pelumas. b. Bantalan gelinding Pada bantalan ini terjadi gesekan gelinding antara bagian yang berputar dengan yang diam melalui elemen gelinding.
2. Berdasarkan arah beban terhadap poros a. Bantalan Aksial Arah beban yang ditumpu bantalan ini adalah tegak lurus sumbu poros. b. Bantalan radial
III-32
Arah beban bantalan sejajar dengan sumbu poros.
c. Bantalan gelinding khusus Bantalan ini dapat menumpu beban yang arahnya sejajar tegak lurus sumbu poros.
3. Berdasarkan bahan bantalan a. Bantalan kayu b. Bantalan karet c. Bantalan logam metal
Bantalan Kayu
Bantalan poros baling baling yang bahannya terbuat dari kayu dapat burupa Silinder dan dapat berupa segmen, bantalan yang berupa silinder kadang –kadang dapat langsung dimasukan pada tabung poros baling–baling (tanpa rumah bantalan) ataupun dengan rumah bantalan sedangkan bantalan kayu yang berupa segmen harus mempunyai rumah bantalan.
Untuk bantalan kayu digunakan pada poros propeller yang terbuat dari baja karbon (Carbon steel). Selain itu bantalan dipakai pada poros propeller dengan menggunakan pelumasan air laut dan bagian dalamnya menggunakan penindis cek spalling untuk menghabat rembesan air laut yang masuk melalui poros.
Bantalan Karet
Untuk bantalan darai karet digunakan pada poros propeller yang terbuat dari stainless steel dan carbon steel yang system pelumasan porosnya menggunakan air laut dengan memakai penindis cek spalling untuk menghambat rembesan air yang masuk dari poros.
Kelebihan dari bantalan karet adalah mempunyai koefisien gesekan yang rendah, apabila air sebagai pelumasnya, karet mempunyai daya tahan yang lebih baik
III-33
terhadap keausan, serta konstruksinya sederhana dan murah, selain itu juga memberikan ketahanan yang baik, dapat meredam bunyi serta getaran vertikan dari poros baling – baling.
Bantalan Logam metal
Logam metal merupkan campuran dengan unsur induk adalah Sn dengan campuran Sb, Cu atau kadang Pb. Campuran-campuran ini akan berpengaruh pada jumlah presentase tiap-tiap unsur yang tergantung atas kegunaan logam metal tersebut.
Oleh karena itu bantalan logam metal dengan pelumasan minyak lumas diperlukan alur yang arahya memanjang agar pelumasan dapat dicapai seluh permukaan poros baling-baling pada bantalan. Dengan adanya kelonggaran antara poros baling-balaing dan bantalan, secara teoritis minyak lumas akan keluar terus, sehingga ini dapat dihindari dengan adanya cederval (oil seal gland)
Gambar 3. Bantalan Poros Propeller
III.4. Kopling / Flens
Kopling adalah suatu elemen mesin yang berfungsi untuk mentransmisikan daya dari poros penggerak (driving shaft) ke poros yang digerakkan (driven shaft), dimana putaran inputnya akan sama dengan putaran outputnya. Tanpa kopling,
III-34
sulit untuk menggerakkan elemen mesin sebaik-baiknya. Dengan adanya kopling pemindahan daya dapat dilakukan dengan teratur dan seefisien mungkin.
Beberapa syarat yang harus dipenuhi oleh sebuah kopling adalah: 1. Mampu menahan adanya kelebihan beban. 2. Mengurangi getaran dari poros penggerak yang diakibatkan oleh gerakan dari elemen lain. 3. Mampu menjamin penyambungan dua poros atau lebih. 4. Mampu mencegah terjadinya beban kejut.
Untuk perencanaan sebuah kopling kita harus memperhatikan
kondisi-kondisi
sebagai berikut: 1. Kopling harus mudah dipasang dan dilepas 2. Kopling harus dapat mentransmisikan daya sepenuhnya dari poros 3. Kopling harus sederhana dan ringan 4. Kopling harus dapat mengurangi kesalahan hubungan pada poros
Gambar 4. Kopling / Flens Kopling ditinjau dari cara kerjanya dapat dibedakan atas dua jenis: 1. Kopling Tetap Kopling tetap adalah suatu elemen mesin yang berfungsi sebagai penerus putaran dan daya dari poros penggerak ke poros yang digerakkan secara pasti (tanpa terjadi slip), dimana sumbu kedua poros tersebut terletak pada satu garis
III-35
lurus atau dapat sedikit berbeda
sumbunya. Kopling tetap selalu dalam
keadaan terpasang, untuk memisahkannya harus dilakukan pembongkaran. Kopling tetap terbagi empat macam, antara lain:
- Kopling kaku Kopling kaku dipergunakan bila kedua poros harus dihubungkan sumbu segaris, dan dipakai pada poros mesin dan transmisi umum di pabrik-pabrik. Kopling ini tidak mengizinkan sedikitpun ketidaklurusan sumbu kedua poros serta tidak dapat mengurangi tumbukan dan getaran transmisi. Mula-mula perlu diketahui besarnya daya dan putaran yang akan diteruskan poros penggerak jika diameter penggerak sudah tertentu seperti pada poros motor listrik maka diambil diameter yang sama untuk poros yang sama. Adapun bentuk dari kopling kaku dapat dilihat pada Gambar berikut. Kopling ini terdiri atas: a. Kopling bus b. Kopling flens kaku c. Kopling flens tempa
Gambar Kopling Kaku
III-36
- Kopling luwes Mesin-mesin yang dihubungkan dengan penggeraknya melalui kopling Flens kaku, memerlukan penyetelan yang sangan teliti agar kedua sumbu poros yang saling dihubungkan dapat menjadi satu garis lurus. Selain itu getaran dan
tumbukan
yang
terjadi
dalam
penerusan
daya
antara mesin
penggerak dan yang digerakkan tidak dapat diredam, sehingga dapat memperpendek umur mesin serta menimbulkan suara berisik.
Untuk
menghindari
kesulitan-kesulitan
diatas
dapat
dipergunakan
kopling luwes (fleksibel). Kopling ini dapat bekerja dengan baik meskipun kedua sumbu poros yang dihubungkan tidak benar-benar lurus. Selain itu kopling ini juga dapat meredam tumbukan dan getaran yang terjadi pada transmisi, meskipun terjadi kesalahan pada pemasangan poros, dalam batas
tertentu kopling ini dapat meneruskan dengan daya yang halus.
Pemasangan
dan pelepasan
juga
dapat
dengan
mudah
karena
hubungan yang dilakukan dengan jepitan baut pada ban karetnya. Keuntungan dari kopling
fleksibel ini adalah dimana sebuah ban yang
sangat elastis, terdiri dari karet dengan lapisan dalam yang ditenun, ditekan oleh dua buah cincin penekan pada flens kedua peruhan kopling.
Kopling
luwes
(fleksibel)
memungkinkan
adanya
sedikit
ketidaklurusan sumbu poros yang terdiri atas: a. Kopling flens luwes b. Kopling karet ban c. Kopling karet bintang d. Kopling gigi e. Kopling rantai
Adapun bentuk dari kopling karet ban dapat dilihat pada Gambar berikut.
III-37
Gambar Kopling Karet Ban
- Kopling universal Kopling universal digunakan bila kedua poros akan membentuk sudut yang cukup besar, terdiri dari: a. Kopling universal hook b. Kopling universal kecepatan tetap
Kopling universal digunakan bila poros penggerak dan poros yang digerakkan membentuk sudut yang cukup besar.
- Kopling Fluida Penerusan daya dilakukan oleh fluida sehingga tidak ada hubungan antara kedua poros. Kopling fluida sangat cocok untuk mentransmisikan putaran tinggi dan daya besar. Keuntungan dari kopling ini adalah gerak awal lambat, kopling ini elastis, getaran dari sisi penggerak dan tumbukan dari sisi
beban
tidak saling
diteruskan, pengaman
yang
mudah
terhadap
beban lebih. Oleh karena itu umur mesin dan peralatan yang dihubungkan menjadi lebih panjang dibandingkan biasa. Adapun berikut.
bentuk
dengan
dari kopling fluida
pemakaian
kopling
tetap
dapat dilihat pada Gambar
III-38
Gambar Kopling Fluida
2. Kopling Tak Tetap Kopling tidak tetap adalah kopling yang digunakan untuk menghubungkan poros penggerak dan poros yang digerakkan dengan putaran yang sama saat meneruskan daya. Kopling juga dapat melepaskan hubungan kedua poros tersebut dalam keadaan diam maupun berputar tanpa harus menghentikan putaran dari poros penggerak. Kopling tak tetap meliputi:
- Kopling cakar, terdiri dari: a. Kopling cakar persegi b. Kopling cakar spiral c. Kopling kerucut d. Kopling friwil
- Kopling pelat, terdiri dari: a. Menurut jumlah pelatnya:
Kopling pelat tunggal
Kopling pelat banyak
b. Menurut cara pelayanannya:
Kopling pelat cara manual
Kopling pelat cara hidrolik
Kopling pelat cara pneumatik
III-39
c. Menurut pelumasannya:
Kopling pelat kering
Kopling pelat basah
Kopling cakar adalah merupakan konstruksi dari kopling tidak tetap yang paling dalam
sederhana. Kopling dua arah putaran,
cakar tetapi
persegi dapat meneruskan momen tidak dihubungkan dalam keadaan
berputar, tetapi hanya baik untuk satu arah putaran saja, namun karena timbulnya tumbukan yang besar jika dihubungkan dalam keadaan berputar, maka cara yang menghubungkannya hanya boleh dilakukan
jika poros
penggerak mempunyai putaran kurang lebih dari 50 rpm. Adapun bentuk dari kopling cakar dapat dilihat pada Gambar berikut.
Gambar Kopling Cakar
Secara umum kopling pelat adalah kopling yang menggunakan satu pelat atau lebih yang dipasang diantara kedua poros serta membuat kontak dengan poros tersebut, sehingga terjadi penerusan daya melalui gesekan antara sesamanya. Konstruksi kopling ini cukup sederhana, dapat dihubungkan dan dilepaskan dalam keadaan berputar karena itu kopling ini sangat banyak dipakai. Bentuk kopling plat yang paling sederhana adalah seperti Gambar berikut.
III-40
Gambar Kopling Plat
Kopling
kerucut
adalah
suatu
kopling
gesek
dengan
kontruksi
sederhana mempunyai keuntungan dimana dengan gaya aksial yang kecil dapat ditransmisikan momen yang besar. Kopling kerucut seperti Gambar berikut. Kopling kerucut terdiri dari sebuah kerucut B yang dapat digeser melalui pasak benam pada poros yang digerakkan dan sebuah kerucut berongga A yang dipasang erat dengan pasak pada poros penggerak dengan sudut puncak yang sama. Kopling ini dahulu banyak dipakai tetapi sekarang tidak lagi dalam keadaan dimana bentuk plat tidak dikehendaki,
dan
ada kemungkinan
terkena
minyak,
kerucut ini susah untuk beroperasi secara normal.
Gambar Kopling Kerucut
sehingga
kopling
III-41
Kopling friwil adalah kopling yang dapat dilepas dengan sendirinya bila poros
penggerak
mulai
berputar
lebih
lambat
atau
dalam
arah
berlawanan dari poros yang digerakkan. Seperti Gambar berikut, bola-bola atau
rol-rol
dipasang
rupa hingga jika
dalam
ruangan
poros penggerak
bentuknya
sedemikian
berputar searah jarum
yang
jam, maka
gesekan yang timbul akan menyebabkan rol atau bola terjepit diantara poros penggerak dan cincin luar, sehingga cincin luar bersama poros yang digerakkan akan berputar meneruskan daya.
Gambar Kopling Friwil Bagian–Bagian Utama Kopling
1. Poros
Dalam
pengertian
umum
poros
dimaksudkan
sebagai
batang
logam
berpenampang lingkaran yang berfungsi untuk memindahkan perputaran atau mendukung sesuatu beban atau tanpa meneruskan daya. Poros ditahan oleh dua
atau
lebih
bantalan
poros
atau
pemegang
poros,
bagian –
bagian berputar didukung oleh poros. Beban yang didukung oleh poros tersebut termasuk atau
yang terpasang
padanya misalnya
berat
gerbong
berat kendaraan menimbulkan gaya tekan pada bantalan poros.
III-42
2. Pasak
Pasak
adalah
suatu
elemen
mesin
yang
dipakai
untuk
menetapkan
bagian-bagian mesin seperti: Roda gigi, sprocket, pully, kopling dan lain-lain. Pasak
pada
umumnya
dapat
digolongkan
atas
beberapa
macam,
menurut letaknya pada poros maka pasak dapat dibedakan antara pasak telena, pasak rata, pasak benam, dan pasak singgung pada umumnya
berpenampang segi empat. Dalam arah memanjang berbentuk prismatis atau berbentuk tirus. Pasak benam prismatis adalah yang khusus dipakai sebagai pasak
luncur,
juga
ada
pasak
tembereng dan
luncur memungkinkan penggeseran aksial roda
pasak
gigi pada
jarum.
Pasak
porosnya,
yang
paling umum dipakai adalah pasak benam yang dipakai untuk meneruskan momen yang besar, untuk momen tumbukan dapat dipakai pasak tumbukan.
3. Baut Pengikat Kopling
Baut pengikat kopling berfungsi untuk mengikat suatu elemen mesin yang terdapat pada pada suatu mesin. Ini dapat dilihat pada Gambar berikut.
Gambar Baut Pengikat
III-43
4. Karet Ban Baut Pengikat Kopling
Karet ban pengikat kopling berfungsi untuk mencegah terjadinya slip dari poros ke poros yang digerakkan sehingga dapat mencegah rugi – rugi daya putaran pada suatu mesin.
5. Daun Kopling
Daun
kopling
berfungsi sebagai
penghubung
putara
dan
pemutus
putaran pada suatu mesin.
Sambungan Poros dan Naf
Penyematan naf sebuah roda gigi, puli-sabuk, kopling, tuas, dan sebagainya pada poros dapat dilakukan dengan berbagai macam cara, antara lain dengan menggunakan pasak, pena, bus, cincin jepit, lewat kerut, pres atau lem. 1. Pasak dan sambungan Pasak Pasak adalah suatu elemen mesin yang dipakai untuk menetapkan bagianbagian mesin, seperti roda gigi, sprocket, puli, dan kopling pada poros. Momen diteruskan dari poros ke naf atau naf ke poros.
2. Kerut dan pres Kedua cara penyambungan mengandung hal yang sama, yaitu bahwa penjepitan antara bagian yang dikehendaki disambung terjadi lewat perubahan bentuk elastik bagian itu sendiri. Pada penyambungan sistem ini, untuk menekan roda pada poros dapat dilakukan dengan cara memanaskan (dikerutkan) atau dapat juga menekan roda pada poros tanpa melalui pemanasan, atau dikatakan roda dipres pada poros.
III-44
III.5. Pasak
Menurut ASME, definisi pasak adalah “demountable elemen mesin yang ketika dipasang pada alurnya, mempunyai kegunaan untuk mentransmisikan torsi antara poros dan hub.” Standar pengelompokan pasak berdasarkan bentuk dan dimensinya. Pasak paralel berpenampang segi empat dengan tinggi dan lebar konstan pada arah memanjang (gambar 7.5(a)). Pasak miring mempunyai lebar konstan dengan tinggi bervariasi secara linier pada arah memanjang dengan kemiringan 1/8 inch per foot dan dipasang pada alur miring sampai terkunci. Ada 2 macam pasak miring, yaitu pasak miring tanpa kepala dan dengan kepala gib (gambar 7.5(b)). Pasak woodruff berbentuk setengah lingkaran dengan lebar konstan, dipasang pada alur pasak yang juga berbentuk setengah lingkaran (gambar 7.5(c)). Pasak miring bisa langsung mengunci gerakan aksial, sedangkan pada pasak paralel atau woodruff, perlu ditambahkan alat untuk mengunci, seperti retaining ring atau clamp collar.
Gambar Macam-Macam Pasak
Pasak Paralel (Parallel Keys)
Pasak jenis ini paling sering digunakan. ANSI mendefinisikan dimensi penampang dan kedalaman alur pasak sebagai fungsi diameter poros di mana alur pasak berada. Pasak yang digunakan untuk poros diameter kecil ditunjukkan pada tabel 7.1. Setengah bagian pasak paralel dipasang masuk pada poros dan setengah sisanya dipasang pada hub, seperti pada gambar 7.5(a).
III-45
Pasak paralel biasanya dibuat dari batang yang diroll dingin dengan toleransi negatif (dimensi sebenarnya selalu lebih kecil dari dimensi nominal). Pada pembebanan torsi alternating, dengan torsi positif ke negatif tiap siklusnya, suaian pasak harus diperhatikan.
Adanya clearance akan mengakibatkan backlash dan beban impak. Untuk menghilangkan efek backlash, digunakan setscrew (skrup pengencang) dan dipasang pada hub, 90° terhadap pasak. Setscrew ini akan menahan pergerakan hub secara aksial dan menghindarkan pasak dari backlash. Standar ASME untuk setscrew bisa dilihat pada tabel 7.1. Untuk mencegah terpuntirnya pasak karena adanya defleksi pada poros, panjang pasak harus lebih kecil dari 1.5 kali diameter poros. Jika diinginkan lebih kuat,bisa digunakan 2 buah pasak.
Pasak Miring (Tapered Keys)
Lebar pasak miring untuk diameter tertentu sama dengan pasak paralel, seperti pada tabel 7.1. Kemiringan dan dimensi kepala gib distandarkan. Kemiringan dimanfaatkan sebagai pengunci terhadap gerakan aksial dengan memanfaatkan adanya gesekan antar permukaan. Kepala gib digunakan untuk melepas pasak dengan cara menariknya ketika tidak dimungkinkan mendorong bagian pasak yang kecil, karena tidak bisa dijangkau.Karena pemasangan pasak miring pada
III-46
satu sisi, sehingga terjadi clearance pada satu sisi, maka dimungkinkan terjadinya eksentrisitas antara hub dan pasak.
Pasak Woodruff (Woodruff Keys)
Pasak jenis ini digunakan pada poros ukuran kecil dan ‘self-aligning’, sehingga sering digunakan pada poros miring. Pemasangan pasak jenis ini pada hub sama seperti pasak paralel, yaitu setengah bagiannya. Bentuk setengah lingkaran memungkinkan pasak masuk lebih dalam pada alur pasak, sehingga akan lebih sulit untuk terguling, tetapi lebihlemah jika dibandingkan dengan pasak paralel. Lebar pasak woodruff adalah fungsi diameter poros, seperti pada pasak paralel, ditunjukkan pada tabel 7.1. Standar yang sering digunakan adalah standar ANSI, seperti pada tabel 7.2. Pada standar ANSI, digunakan penomororan pasak untuk tiap ukuran. Diameter pasak nominal ditunjukkan oleh 2 digit terakhir dibagi 8 (dalam inch). Lebar pasak nominal ditunjukkan oleh digit yang mendahului 2 digit terakhir dibagi 32 (dalam inch). Contohnya, pasak nomor 808, diameter nominalnya adalah 8/8=1 inch, lebarnya adalah 8/32=1/4 inch.
Tegangan pada Pasak
Ada dua macam kegagalan pada pasak, yaitu geser dan bearing. Kegagalan geser terjadi ketika pasak dibebani geser pada bidang yang sejajar bidang
III-47
pertemuan antara poros dan hub. Kegagalan bearing terjadi karena penekanan pada kedua sisi pasak.
Material Pasak
Karena beban pasak adalah geser, maka digunakan material ulet dan lunak. Baja karbon rendah adalah material yang sering digunakan. Untuk keadaan korosif, digunakan kuningan atau stainless steel.
Perancangan Pasak
Diameter poros di mana alur pasak berada mempengaruhi lebar pasak, tinggi pasak juga dipengaruhi oleh lebar pasak. Sehingga variabel perancangan yang digunakan adalah panjang dan jumlah pasak tiap hub-nya. Panjang pasak paralel dan miring bisa sama dengan panjang hub. Untuk lebar pasak woodruff tertentu, terdapat beberapa diameter dan menentukan panjang masuknya pasak pada hub. Semakin besar diameter pasak woodruff, semakin dalam alur pasak, sehingga poros semakin lemah. Kalau dibutuhkan 2 buah, pasak kedua bisa ditambahkan pada posisi 90° dari pasak pertama. Jika terjadi overload beban, pasak dirancang supaya gagal terlebih dahulu sebelum alur pasak atau bagian lain dari poros gagal. Pasak berperan sebagai pengaman untuk melindungi bagian yang lebih mahal karena pasak relatif lebih murah dan mudah untuk diganti. Hal ini menjadi alasan kenapa material pasak dipilih ulet dan lunak dengan kekuatan lebih rendah dibanding dengan material poros.
Konsentrasi Tegangan pada Alur Pasak
Pasak memiliki sisi relatif tajam (jari-jari<0.02 inch), sehingga alur pasak juga demikian, dan mengakibatkan adanya konsentrasi tegangan pada alur pasak. Macam alur pasak bisa dilihat pada gambar 7.6.
III-48
Dari percobaan yang dilakukan oleh Peterson pada alur pasak end-milled, didapat kurva konsentrasi tegangan untuk pembebanan bending dan torsi pada poros (gambar 7.7).
III.6. Gear Box
Prinsip kerja dari gearbox adalah sebagai berikut: Mengurangi kecepatan, menambah putaran
(torsi)
misalnya
pada
generator.
Menambah kecepatan, menurunkan putaran misalnya pada compressor
Mengubah arah putaran
Memiliki friksi maksimum
Digunakan untuk memperoleh kecepatan yang diinginkan
III-49
Ukuran diameter gear proporsional terhadap rasio kecepatan.
Gambar Gear Box
Roda gigi
Roda gigi adalah elemen mesin berbentuk gigi yang berfungsi sebagai tramsmisi gerak putar dan daya dari komponen mesin satu ke lainnya. Efisiensinya mendekati 98% sehingga roda gigi banyak dipakai untuk membuat transmisi motor penggerak ke poros yang digerakan.
Gambar Roda Gigi Metrik
Klasifikasi Roda Gigi a. Roda gigi spur
Gambar Roda Gigi Spur
III-50
b. Roda gigi helik
Gambar Roda Gigi Helik
c. Roda gigi dobel helik
Gambar Roda Gigi Dobel Helik
d. Roda gigi Bevel
Gambar Roda Gigi Bevel
e. Roda gigi cacing
Gambar Roda Gigi Cacing
V-1
BAB IV KOMPONEN UTAMA SISTEM GEARBOX
IV.1. Reduction Gear
Dengan Reduction Gear pada umunya dimaksud suatu mekanisme yang dipergunakan untuk memindahkan gerakan elemen mesin yang satu ke gerakan elemen mesin yang kedua. Gerakan ini dapat mempunyai berbagai sifat, seperti umpamanya pada mekanisme batang hubung engkol, dimana gerakan putar sebuah poros dipindahkan ke gerakan lurus sebuah torak atau sebaliknya.
Prinsip dasar transmisi adalah berfungsi sebagai mengatur kecepatan gerak dan torsi serta membalik putaran output transmisi, sehingga dapat bergerak maju dan mundur, pada dasarnya transmisi itu terdiri dari beberapa roda gigi yang disusun pada beberapa poros roda gigi yang di tumpu sejajar.
Gigi-gigi perubahan besar (reduksi/ perubahan arah putaran).
Poros engkol dari mesin kecil dan menengah selalu berputar dalam arah yang sama, dan untuk mendapatkan gerak maju, stop dan mundur, maka perlu dilengkapi gigi-gigi perubah arah putaran. Awalnya “Meet Endise Type” perubah arah terpakai untuk mesin-mesin berukuran kecil, putaran rendah, tapi saat ini tidak dipergunakan. Union Reversing Gear yang mempergunakan roda gigi kerucut, gigi kerucut ini berfungsi untuk menambah putaran
Gambar Box transmisi
V-2
Contoh pada gambar 2.13.B dibawah ini menunjukkan bahwa dua atau tiga roda kerucut pinion terpasang pada rumah roda gigi yang terbuat dari besi tuang . Satu roda gigi kerucut (4) terpasang diporos engkol dan yang lainnya (5) pada poros propeller (3).
Semua ini terpasang, sehingga permukaan-permukaan satu dengan lainnya dapat berhubungan oleh gigi-gigi pinion (6). Ban rem terletak sekeliling rumah roda gigi, dan kopling serta ban rem tersebut diatur sedemikian rupa mereka berfungsi bergantian.
Seperti terlihat pada Gambar 2.13. A, posisi maju, kopling gesek dan rumah roda gigi akan bersatu dan kopling, poros engkol dan poros propeller berputar searah. Pada keadaan posisi mundur Gambar 2.13. B, rumah roda gigi kerucut pinion , poros propeller berputar, berlawanan arah dengan arah poros engkol. Bila box roda gigi dalam posisi “STOP” , Gambar 2.13.C kedua kopling dan ban rem tak berhubungan satu sama lain. Akibatnya, bila roda gigi kerucut poros engkol (4) berputar, roda gigi kerucut pinion (6) berputar juga mengelilingi roda gigi kerucut poros propeller dan poros propeller tatap tak bergerak.
Gambar Box transmisi
V-3
Gambar Box Transmisi Keterangan : 1) Rumah roda gigi 2) Poros engkol 3) Poros propeller 4) Roda gigi kerucut poros engkol 5) Roda gigi kerucut porospropeller 6) Roda gigi kerucut pinion 7) Kopling gesek 8) Spie (Key) 9) Ban rem
Gigi Perubah Arah dan Gigi Perubah Jumlah Putaran
Sebuah gigi perubah arah dengan gigi perubah besar putaran baru-baru ini dipergunakan untuk mengurangi putaran mesin. Hal ini merupakan unit kombinasi dari kopling untuk gerak maju/ mundur, dan menurunkan putaran mesin sebanding dengan putaran propeller. Ini terdiri pula dari poros thrust, bantalan thrust , pendingin oli (Oil coller ) dan sebagainya.
Bila putaran poros engkol dinaikkan untuk mendapatkan suatu mesin yangkecil dan ringan, dan untuk mengurangi besarnya ruangan karena volume mesin, maka apabila besarnya putaran propeller sama dengan putaran poros engkol, maka effisiensi propeller akan turun. Umumnya efisiensi propeller meningkat dengan
V-4
turunya putaran propeller dan makin membesarnya diameter propeller. Demikian pula, kecepatan kapal membesar untuk mesin bertenaga sama.
Sehubungan dengan itu, gigi reduksi sangat perlu untuk menurunkan putaran mesin yang tinggi keputaran propeller yang rendah, dan hal ini memungkinkan memilih putaran mesin yang tinggi keputaran propeller yang rendah, dan hal ni memungkinkan memilih putaran propeller untuk mendapatlan efisiensi dorongan yang besar yang sesuai denganbentuk ukuran kapal. Dengan adanya gigi reduksi, mesin dapat berputar lebih dari 1900 RPM. Kini, terutama mesin berukuran kecil dan median (menengah) diperlengkapi dengan gigi reduksi dan dinamakan “Geared engines” (mesin bergigi).
IV.2. Type-Type Gigi Perubah Arah
Macam-macam tipe dan klas dari gigi ini tercamtum pada tabel dibawah ini.
Klasifikasi oleh tipe-tipe kopling (Clutch)
Tipe mekanis adalah tipe union yang telah dibahas sebelumnya. Untuk gerakan maju pengencang dengan cara ban rem sering terpakai. Dalam unit- unitdimana ring yang dapat dikembangkan terpasang pada gerak maju dan koplingnya dikontrol oleh gaya sentrifugal, maka pada putaran mesin yang meninggi mengakibatkan timbulnya gerakan yang kasar pada koplingnya sedang pada tipetipe lain memakai plat-plat gesek untuk gerak maju dan mundur pada satu poros. Mereka ada yang berplat gesek tunggal dan banyak, dimana pada tipe mekanikal dipakai pegas dan lever (batang) dan pada type hidrolik dipergunakan tekanan olie yang tinggi untuk menggabungkan /menempelkan/menyatukan plat-plat gesek tersebut bersama-sama.
V-5
Gambar Plat-plat (lempengan-lempengan) dalam kopling
Klasifikasi tipe-tipe gigi Tipe union dibagi menjadi 2 tipe, yang pertama memakai roda gigi kerucut untuk roda-roda gigi planetnya dan yang lain mempergunakan roda gigi lurus. Gambar 2.3.6 adalah sebuah contoh pemakaian tipe roda gigi lurus.
Type-type roda gigi reduksi/perubahan arah. Klasifikasi Mekanikal
Tipe
Tipe union, maju, ring
Ukuran kecil, mesin
pengembang
putaran rendah
Tipe union, maju, plat
menengah
gesek
Pemakaian
putaran tinggi.
Keduanya maju/mundur,plate
Ukuran kecil, mesin
gesek)
Ukuran sedang, mesin putaran tinggi Hidrolik
Plat gesek, Plat
tunggal (single plat)
Plat gesek, plat banyak (multi plate)
Ukuran sedang, mesin berputaransedang/tinggi
Ukuran sedang/besar, Mesin berputar sedang/tinggi
V-6
Klasifikasi tipe- tipe kopling (Clutches). Klafikasi
Tipe
Gigi perubah arah
Gigi planet Gigi penghubung
Gigi reduksi
Keterangan Roda gigi kerucut Roda gigi lurus
Terpisah axial 1 step gearing co-axial 2 step gearing Co axial gigi planet
Gigi reduksi 2 kecepatan
Gambar Type- type gigi perubah arah
Seperti terlihat pada gambar 4-9, adalah salah satu type pemakaian poros coaxial maju/mundur: dan untuk gerak maju, poros propeller berputar dalam arah yang berlawanan dengan poros engkol- melalui- roda- gigi penghubung.
Gambar Contoh type poros co-axial maju/mundur
V-7
IV.3. Gigi Perubahan Besar (Reduksi) dan Perubah Arah Putaran Sistem Hidroulik
Gigi reduksi/perubahan arah putaran.
Roda gigi perubahan arah putaran sistim hidrolik ini telah dipakai untuk kapalkapal kecil dijepang sejak tahun 1941, akan tetapi pemakaian ini terbatas karena mereka lebih mahal dibandingkan dengan tipe mekanikal. Pada gambar 4-10. meupakan contoh dari gigi reduksi/ perubahan arah sistem hidrolik dengan proses engkol dan poros propeller yang terpisah secara axial. Sebagai hasil dari perkembangan kopling hidrolik, operasi untuk gerak maju/mundur pada handelnya akan menjadi sangat mudah, dan sedemikian rupa hingga dinamakan “ FINGER CONTROL.” (Pengontrol dengan jari).
Operasi dari sebuah handel yang kecil hanya dengan menggunakan jari-jaridapat dilakukan. Sejak remote control (Pengontrolan jarak jauh) dari kopling dapat digunakan dengan pengertian dipakainya sistem kabel, maka jelas bahwa kemampuan
manuver
kapal
dan
kemampuan
kontrol
terhadap
aktivitas
penangkapan ikan mengalami kemajuan.
Dengan gigi sistem hidraulik ini , maka operasinya sangat ringan dan giginya dapat dipasang sangat mudah dimana saja dikapal, ini adalah sangat baik, dan bila diperlukan si-operator mampu untuk melakukannya beriburibu kali sehari tanpa mengalami kelelahan.
GambarGigi reduksi/perubah arah sistem hidrolik.
V-8
Gambar 2.3.8. Menunjukan cara kerjanya, oli bertekanan tinggi dialirkan ketempat aliran oleh pompa oli hidrolik yang akan menekan plat gesek, dan menyalurkan tenaga. Bila handle pemindahan aliran mulai dikerjakan, maka olie hidrolik bertekanan tinggi mengalir diantara rumah B dan silinder pendorong dan menggerakkannya kebagian mesin. Oli ini juga menggerakan holder plat gesek dalam arah yang sama pada saat yang sama pula dan menekan plat gesek posisi maju. Poros maju berputar dalam arah sama dengan poros engkol dan menyalurkan gerak maju ke propeller. Bila handle pemindah aliran diset pada gerak mundur, oli hidrolik bertekanan tinggi mengalir antara rumah A dan silinder pendorong dan menggerakkan silinder pendorong kebagian/daerah poros propeller.
Demikian pula oli tersebut menggerakan silinder plat gesek dalam arah sama pada saat yang sama dan menekannya keplat gesek posisi mundur, poros engkol memutar dalam arah mundur melalui gigi perantara dari gigi mundur. Mengisi kedudukan handle pemindah aliran ke posisi netral, olie hidrolik mengalir ,masuk kebagian posisi maju dan bagian f posisi mundur, pada saat yang sama dan menekan kedua bagian oleh silinder pendorong dengan tekanan yang sama sehingga tak bekerja dan berputar tanpa ada tekanan keplat gesek, dengan pengertian poros propeler tersebut tek berputar. Sebuah alat pengamanan diperlengkapi sehingga bila dalam keadaan bahaya, kopling tersebut dapat diganti kebentuk mekanik yang disebabkan oleh tekanan olie yang kurang besar.
Gambar Cara kerja perubah arah putaran sistem hidrolik
V-9
Perlengkapan pada sistim hidrolik reduksi/perubahan arah.
Dalam operasinya handle maju/mundur, alat ini secara otomatis menurunkan putaran mesin, meskipun pula bila handle tersebut tak bekerja. Ini melindungi mesin dan kopling dari tegangan yang tak diinginkan akibat perubahan gerak maju/mundur pada putaran-putaran tinggi. Peredam ini melindungi gerakan mendadak dari posisi maju/mundur oleh handle pemindah aliran yang kasar melindungi pula sistem poros kopling/ propeller. Peredam ini melengkapi pula keadaan yang menyenangkan dalam laju gerak kapal.
V-1
BAB V ANALISA KELURUSAN POROS
Lama waktu yang diperlukan mulai dari pembuatan konsep rancangan sampai serah terima untuk semua jenis kapal, sekarang ini menjadi bertambah pendek. Kenyataan ini menimbulkan masalah-masalah yang terkait dengan pengurangan waktu pembuatan da pemasangan [komponen], termasuk uji coba prototipenya, dan kesemuanya ini secara potensial telah menyebabkan terjadinya kesalahankesalahan saat pembuatan dan kemudian menimbulkan masalah-masalah operasional [setelah komponen terpasang]. Hal ini menimbulkan dua perhatian utama: yang pertama adalah pengawasan kinerja para-subkontraktor selama masa pembuatan [komponen] dan yang kedua adalah waktu yang tersedia untuk melengkapi pengesahan rancang bangun (design approval) dalam suatu cara yang bisa diterima.
Peraturan-peraturan klasifikasi kapal cenderung untuk ditulis dengan bahasa sederhana, mudah dipahami dan bisa diterapkan untuk semua jenis kapal. Jelas sekali, hal ini menyebabkan sebagian besar rancangan menjadi konservatif. Dalam dunia rekayasa teknik secara umum pemikiran seperti ini tidaklah dikehendaki, namun dalam rekayasa teknik kelautan pemikiran-pemikiran konservatif seperti ini memungkinkan parameter-parameter yang belum diketahui dan cenderung berubah yang timbul saat kapal beroperasi dengan beban yang lebih besar daripada yang diharapkan pada tahap perencanaan. Salah satu yang terbukti masih bermasalah adalah kelurusan dari poros; Masalah-masalah yang muncul paling akhir meminta badan klasifikasi LR untuk secara lebih dalam lagi meninjau cara-cara menilai masalah-masalah yang terkait dengan kelurusan poros.
Pengesahan Rancang Bangun (Design App roval )
Badan-badan klasifikasi kapal harus sudah terlibat pada tingkat konsep rancangan dan pekerjaan pengesahan pada kegiatan siklus rancang bangun sebaiknya diikuti jauh lebih awal lagi. Dengan melakukan ini mereka mampu memberikan suatu
V-2
pengesahan klasifikasi lebih awal atas rancang bangun yang “bersih” dan karenanya bisa menghindari waktu panjang yang diperlukan untuk membicarakan rancang-rancang bangun yang setara namun tidak termasuk dalam kriteria penilaian yang bisa diterima/disahkan oleh peraturan klasifikasi yang ada.
Gambar Perawatan Ujung Buritan Kapal tanpa Naik Dok
Selain itu, keterlibatan lebih awal bisa menghilangkan potensi untuk terjadinya kesalahan-kesalahan/kegagalan-kegagalan
selama
pengoperasian
kapal,
sementara pengalaman dan pengetahuan yang lebih luas dari badan klasifikasi bisa dikembalikan lagi kepada industry kelautan untuk keuntungan semua pihak. Lebih jauh lagi, penilaian yang lebih baik dan kegiatan pengesahan klasifikasi yang rutin bisa dipertimbangkan untuk dilakukan saat ini.
Sebagai contoh, kerusakan-kerusakan pada bantalan poros baling-baling (stern bearing) masih berada di bagian atas dari daftar kerusakan mesin-mesin kapal. Statistik-statistik
kerusakan selama lebih dari
20 tahun terakhir menunjukkan
bahwa bantalan poros baling-baling belakang mewakili 10% dari kerusakan pada rangkaian poros mewakili 4% dari
kerusakan-
baling-baling, sedangkan bagian depannya
seluruh kerusakan. Yang menarik adalah, sistem perapatan
bagian belakang dan bagian depan (aft and forward stern glands) masing-masing mewakili 43% dan 24% dari seluruh kerusakan yang terjadi.
V-3
Sejumlah kerusakan yang terjadi pada bantalan-bantalan ini disebabkan oleh buruknya [pekerjaan] kelurusan poros (shaft alignment) dan dari hal ini bisa diperkirakan bahwa kerusakan pada sistem-sistem perapatan (glands) juga disebabkan oleh kelurusan poros yang buruk. Peraturan-peraturan LR telah dimodifikasi
secara berkala, sejak pertama kali diperkenalkan di tahun 1976,
untuk memasukkan pengalaman yang didapatkan, namun masalah-masalah masih timbul.
V.1. Kelurusan Poros (Shaft Alignm ent )
Kerusakan yang terjadi pada bagian atas dari bantalan poros baling-baling belakang merupakan hal yang tidak biasa, namun nyatanya bisa terjadi pada tiga kapal dengan rancang bangun yang berbeda. Bantalan-bantalan poros balingbaling cenderung mengalami kerusakan pada belahan bawahnya; pengecekan dan pengecekan kembali berikutnya pada analisis teoritis tidak menunjukkan adanya kesalahan-kesalahan apapun dalam pengambilan asumsi-asumsi yang telah dilakukan. Karena hal ini, LR melihat lebih rinci pada sistem penataan poros.
Parameter-parameter berikut ini mempengaruhi kelurusan poros:
kekakuan ( stiffness) dari penahan-penahan bantalan (bearing supports) kekakuan dari poros
berat baling-baling dan beban-beban dinamis ( dynamic loads)
bahan baku dari bantalan [metal] dan pelumasan.
Kekakuan (stiffness ) dari penahan-penahan bantalan (bea ring supp orts )
Nilai ini diambil dari penjumlahan bahan baku bantalan, pelumasan dan kekakuan dari penahan bantalan. Pengalaman telah memberikan kepada LR pemahaman yang baik atas keseluruhan nilai dari kekakuan untuk digunakan dalam melakukan analisis. Akan tetapi, dimulainya penggunaan struktur-struktur badan kapal yang lebih tipis (thinner hull scantling) telah menyebabkan dampak awal pada kekakuan (stiffness) dari struktur buritan secara keseluruhan, termasuk penahan-penahan
V-4
bantalan, karenanya mengurangi nilai-nilai asumsi yang diambil saat analisis dibuat.
Penggunaan komputer-komputer yang lebih canggih telah memungkinkan hal-hal ini diselidiki secara teoritis dalam cara-cara yang lebih mudah daripada lebih sepuluh tahun yang lalu. Model pada sebuah kapal pengangkut LNG, bisa dijadikan contoh. Kapal ini, dalam keadaan bermuatan penuh, bagia n buritan nya bisa mengalami penyimpangan (deflection) sebesar 50mm terhadap bantalanbantalan pendukung rangkaian poros baling-balingnya ( plummer bearings); hal seperti ini tidak bisa diabaikan dan harus diperhitungkan selama masa pelaksanaan rancang bangun.
Suatu nilai standar yang berdasarkan pengalaman yang digunakan untuk menghitung suatu perubahan antara kondisi-kondisi muatan penuh dan ballast yang mengatakan bahwa bagian buritan kapal secara relatif masih akan tetap kaku (rigid) adalah asumsi-asumsi yang digunakan di masa lalu. Gambar 1 menunjukkan bahwa kita perlu berpikir kembali untuk menggunakan “kaidahkaidah jempol” (rules of thumb) dalam menyamaratakan masalah. Menarik sekali untuk dicatat bahwa penyimpangan (deflection) ternyata tidaklah simetris terhadap garis tengah memanjang kapal. Hal ini disebabkan oleh perbedaan-perbedaan dalam kapasitas muat dari tangki-tangki bahan bakar berat di kiri dan di kanan kapal yang berada di buritan kapal.
V-5
Suatu momen puntir (twisting moment - torsion) telah terjadi di sepanjang badan kapal, yang menyebabkan suatu kemiringan, dan kemudian dikembalikan arahnya oleh reaksi gaya apung yang terjadi sebagai akibat kemiringan kapal. Kejadian inilah yang menyebabkan ketidak-lurusan poros pada arah melintang kapal. Peraturan yang umumnya digunakan mengatakan bahwa kelurusan rangkaian poros adalah suatu garis lurus pada bidang horizontal, yang tidak sesuai dengan contoh dalam kasus ini. Kelurusan poros arah vertikal juga dipengaruhi oleh penempatan tangki-tangki yang dipanaskan di sekitar penopang-penopang bantalan poros (bearing stools), sesuatu yang seringkali tidak diperhitungkan selama masa analisis.
V.2. Kekakuan Poros
sementara ini, kekakuan poros sudah bergeser ke arah yang berlawanan. Kapalkapal yang dipesan dengan daya terpasang yang lebih besar untuk kecepatan yang lebih tinggi dan ruang mesin telah bergeser jauh ke belakang untuk meningkatkan kapasitas ruang muat/kargo; oleh sebab itu rangkaian poros menjadi lebih pendek. Poros baling-baling yang kaku akhirnya harus mengikuti struktur buritan kapal yang fleksibel. Rancangbangun kapal-kapal yang memiliki penataan rangkaian poros yang lebih fleksibel, seperti kapal berbaling-baling ganda, juga bisa meningkatkan sejumlah masalah. Rancang-bangun poros balingbaling yang digerakkan motor-listrik dan menggunakan bahan logam untuk poros dengan kekuatan tarik yang lebih tinggi, menjadikan rangkaian poros lebih fleksibel.
Peraturan badan klasifikasi mengizinkan poros dengan diameter yang lebih kecil jika digerakkan oleh motor-motor listrik dan hal seperti ini dipadukan dengan kenyataan bahwa penataan seperti ini seringkali terdapat pada kapal berbalingbaling
ganda
dengan
rangkaian
rangkaian
poros
yang
panjang,
telah
menyebabkan sistem rangkaian poros baling-baling menjadi lebih fleksibel. Sebagai akibatnya, penataan seperti ini tidak bisa menahan beban-beban dinamis yang diterapkan dan karena itu menjadi lebih peka untuk mengambil posisi yang ditentukan oleh arah dari garis-garis gaya dari tenaga baling-baling.
V-6
Bandingkanlah gambar 1 dan gambar 2. Ada dua cara pencapaian untuk diteliti lebih jauh; fleksibilitas buritan kapal dengan poros yang kaku dan dengan sejumlah rangkaian poros baling-baling yang juga fleksibel.
Berat baling-baling dan beban dinamis Dengan meningkatnya daya penggerak kapal, bertambah besar pulaukuran serta berat dari baling-baling. Diikuti pula dengan peningkatan beban-beban dinamis baling-baling yang sudah dikenal dan dapat diprediksi dalam kondisi kapal bergerak maju dengan daya maksimum berkesinambungan. Yang kurang diketahui adalah gaya-gaya yang terserap selama kapal berputar saat melakukan olahgerak dan meningkatnya daya dan laju kapal, gaya-gaya terserap juga akan meningkat.
Selama beberapa tahun belakang ini, LR sedang meneliti masalah untuk menetapkan secara tepat apa yang sedang terjadi. Dengan bantuan ujicoba berskala penuh yang dilakukan oleh Technical Investigation Department , dan kerjasama sepenuhnya dengan pemilik/pengelola kapal-kapal yang ber-klasifikasi LR, suatu pemikiran yang lebih baik mengenai apa yang terjadi mulai timbul.
Pada saat kapal melakukan olah-gerak bisa saja poros baling-baling mengalami perubahan-perubahan beban. Poros baling-baling biasanya membebani bagian bawah dari bantalan penopangnya pada posisi sekitar pukul 4 dan pukul 8. Akan tetapi, dalam suatu perputaran saat kapal melakukan olah-gerak poros balingbaling cenderung untuk terangkat dan pada kasus ini terlihat pada posisi pukul 10.
Pengukuran-pengukuran ini diambil dari sebuah kapal pengangkut peti kemas berbaling-baling tunggal dengan kapasitas muat kurang dari 10.000 TEU. Menarik sekali untuk dicatat bahwa untuk bantalan poros baling-baling ini alur-alur minyak pelumas di pasang pada posisi pukul 10 dan pukul 2. Biasanya pengaturan seperti ini bisa menjadi sesuatu yang diinginkan untuk melawan gerakan poros saat berputar, akan tetapi, kasus ini menjelaskan bahwa kadang-kadang gaya-gaya
V-7
bekerja berlawanan dengan asumsi-asumsi yang selama ini telah ditemukan dan diterima dengan baik.
Selama melakukan olah-gerak dengan kecepatan tinggi, beban baling-baling dalam satu bidang bisa meningkat lebih dari lima sampai enam kali dan berada di atas posisi maju penuh. Hal ini mungkin bisa lebih kritis untuk poros ramping yang digerakkan oleh motor listrik, sejumlah rancang bangun baling-baling ganda, karena sistem perporosan tidak memiliki kekakuan untuk bereaksi pada gayagaya ini, dan karena itu, lebih cenderung untuk bergerak segaris dengan balingbaling. Kitapun tidak bisa mengatakan bahwa sistem poros yang lebih kaku memiliki masalah-masalah yang lebih sedikit: hal ini terpengaruh secara seimbang karena akan terpasang dalam rancang bangun bagian buritan yang menjadi fleksibel pada seluruh rancang bangun modern.
Bahan untuk Bantalan Poros & Pelumasan
Dari semua parameter yang ada, ini barangkali merupakan salah satu yang tidak berubah. Sebagian besar dari sistem bantalan poros menggunakan metal putih dengan pelumasan yang dipasok dari tangki di tempat yang tinggi (gravity). Pengaruh
minyak
lumas
adalah
salah
satu
faktor
yang
diambil
untuk
dperhitungkan dalam nilai kekakuan secara keseluruhan. Akan tetapi, mengingat pentingnya arti bahan pelumas, LR telah memperhitungkan pengaruh ini dengan menggunakan analisis hidrodinamik dan menggabungkannya dengan gerakan dari sistem poros baling-baling.
Gambar 3 memperlihatkan hasil-hasil dari suatu analisis quasi-steady static, berdasarkan pada sejumlah gaya dan momen rata-rata gerakan baling-baling, untuk menilai/menghitung gerakan ke samping (lateral movement) garis tengah poros di sekitar tali pengaman (rope guard), lewat suatu percobaan jalan yang disimulasikan (simulated run-up trial). Ada suatu pemahaman yang seragam atas kecenderungan antara hasil-hasil yang diperkirakan sebel umnya dan yang diukur, akan tetapi hasil-hasilnya tidak cukup akurat dalam hal kebesarannya (magnitude) untuk bisa meyakinkan sepenuhnya pada hasil akhir dan digunakan dalam tingkat
V-8
rancang bangun. Akan tetapi, kecenderungan yang ada memberikan semangat dan tantangan saat ini adalah memperluas kerja ini untuk operasi-operasi olah gerak.
Dalam suatu analisis quasi-static, posisi dari penopang minyak lumas (oil support) dapat diperki rakan seperti terlihat pada gambar 4. Gambar ini memperlihatkan perhitungan-perhitungan
berdasarkan
pada
penyimpangan/ketidak-lurusan
V-9
(mismatcth) poros baling-baling terhadapban talannya sebesar 0,0002 radial. Bukan hanya posisi penopang poros baling-balingnya saja, namun juga parameter-parameter
dari
kekakuan
dan
peredamnya
(damping),
dapat
diperkirakan dan nilai-nilai ini bisa dimasukkan sebagai umpan balik ke dalam analisis-analisis kelurusan dan perputaran poros (shaft whirling) dalam bentuk suatu proses berulang (iterative process) sampai hasilnya mengerucut menjadi satu.
Pendekatan seperti ini juga diperluas untuk riset pada bantalan-bantalan poros baling-baling dengan pelumasan air (water-lubricated bearings) dengan hasil serupa. Water-lubricated bearings sama pentingnya seperti bantalan-bantalan poros baling-baling dengan pelumasan minyak (oil-lubricated bearings), dan dimasa depan mungkin lebih penting lagi, karena industri perkapalan sedang memusatkan perhatian pada hal-hal yang bersifat ramah lingkungan (green credentials).
Meskipun kertas kerja inI membicarakan masalah-masalah kelurusan poros, karakteristik-karakteristik perputaran poros (shaft whirling) dari suatu sistem rangkaian poros baling-baling sangatlah dipengaruhi oleh keputusan-keputusan yang diambil dalam melakukan analisis kelurusan poros. Sebagai akibatnya, keduanya harus dinilai secara bersamaan saat nilai-nilai dari kekakuan dan peredaman dari bantalan poros, terutama yang memiliki suatu efek yang cukup besar pada respons perputaran (whirling response). Untuk alasan inilah maka direkomendasikan agar sistem transmisi poros diperlakukan sebagai bagian tak terpisahkan dari sistem dinamis dimana semua gaya yang mempengaruhi kelurusan (alignment), perputaran poros (shaft whirling), vibrasi aksial dan torsional dihitung dan dinilai secara bersamaan.
V.3. Perkembangan di Masa Depan
Haruslah ditekankan bahwa masih ada hal-hal yang tidak diketahui dan analisisanalisis yang lebih rinci dari suatu rancang bangun sistem perporosan seperti yang dijelaskan disini tidak akan menjamin kesalahan dalam pengoperasian. Akan
V-10
tetapi, hasil-hasil teoritis akan mendekati keadaan yang sebenarnya. Analisis ini memerlukan waktu dan hanya bisa dilakukan dengan kerja-sama antara galangan dan para perancang komponen. Karena itu, hal ini berarti hanya bisa dilakukan dalam kontrak-awal ( pre-contract) dan sangat dianjurkan agar dilakukan pada awal dimulainya rancang bangun.
Melihat lebih kedepan atas kegiatan pengesahan rancang bangun (design approval) di masa depan, hal ini bisa mengikut-sertakan suatu proses ‘self certification’ untuk komponen-komponen dan rancangan-rancangan sistem yang tidak terlalu rumit dalam cara-cara yang lebih banyak serupa seperti para pembuat komponen (manufacturers) yang menggunakan Quality Assurance Machinery Scheme dari LR untuk komponen-komponen yang diproduksi secara seri. Tidak ada alasan mengapa kegiatan rancan g bangun tidak bisa menjadi bagian dari proses lengkap Quality Assurance. Hal ini akan membantu proses pengesahan rancang bangun lebih efisien dan akan tersedia waktu yang lebih banyak untuk pembicaraan perubahan-perubahan atas rancang bangun atau spesifikasi dari bahan-bahan yang digunakan. Dengan cara ini, masalah-masalah rancang bangun akan bisa diketengahkan lebih awal, selama masa perancangan, dan tidak pada saat komponen sudah mendekati akhir pembuatannya.
Namun demikian, haruslah dicatat bahwa ada bahaya-bahaya dalam proses audit dan suatu hasil akhir yang sukses akan di tentukan oleh kerjasama sepenuhnya antara para perancang dan LR. Auditor akan memerlukan pemantauan secara dekat, namun hal ini akan timbul sebagai harga yang pantas yang harus dibayarkan jika diinginkan suatu proses rancang bangun dan pembuatan (manufacturing) yang lebih efisien.
VI-1
BAB VI INTERAKSI SISTEM POROS DAN SISTEM PROPULSI KAPAL
VII-1
BAB VII ELECTRICAL DIESEL, POD PROPELLER & SHAFTING SYSTEM
VIII-1
BAB VIII PERENCANAAN SISTEM TRANSMISI
IV.1. Pertimbangan dalam Perencanaan
Hal-hal yang perlu diprtimbangkan dalam perencanaan sistem transmisi adalah sebagai berikut:
1. Lokasi Mesin Induk
Posisi output mesin induk dan propeller adalah hal pokok yang perlu diperhatikan dalam perencaan sistem transmisi. Posisi depan atau belakang dari mesin induk biasanya
berubah-ubah
selama
proses
perencaan.
Untuk
meminimalisir
penggunaan sistem propulsi pada ruang muat utama kapal, mesin induk sebisa mungkin ditempatkan pada bagian paling belakang.
2. Posisi Propeller Posisi penempatan propeller tergantung dari diameter propeller, clearance antara propeller terhadap base line yang memenuhi, serta clearance antara propeller dengan bagian ceruk buritan yang memenuhi.
Gambar Clearance untuk Kapal Single Screw
VIII-2
Gambar Clearance untuk Kapal dengan Strut Bearing
IV.2. Pembebanan Poros
Pertimbangan Desain
Secara umum, dimensi shafting yang didasarkan atas dasar persyaratan kekuatan, namun kadang-kadang diperlukan untuk memodifikasi sistem sekutu shafting dinyatakan memuaskan desain hanya memiliki dampak kecil pada karakteristik getaran longitudinal, karena fakta bahwa kedua kekakuan dan berat dari perubahan shafting proporsional, tetapi berputar-putar dan mode getaran torsional sensitif terhadap poros diameter.
Propulsion shafting dikenakan berbagai beban mantap dan bolak-balik, yang menyebabkan geser torsi, thrus aksial, dan bendig tekanan dalam shafting tersebut. Selain itu, ada tekan radial tegangan antara shafting dan elemen kawin (seperti antara baling-baling dan poros) yang, ketika digabungkan dengan jenis aksial dari tegangan lentur, sangat penting dari sudut pandang kelelahan. Beban mantap mewakili kondisi rata-rata dan dapat diperkirakan dengan tingkat kepastian karena mereka irectly devired dari toque mesin utama dan thrus balingbaling. Di sisi lain, beban getaran tidak meminjamkan diri terhadap evaluasi yang tepat dan sulit untuk mengobati secara mutlak.
VIII-3
Propeller-Induced Loads
Selain dari tegangan lentur bolak karena berat baling-baling, kecepatan circumferentially seragam dari aliran air ke baling-baling (bangun) menghasilkan salah satu sumber yang paling penting dari beban bergantian dalam sistem shafting. Namun demikian, penting untuk membedakan antara pentingnya air inflow sirkum nonuniformityof ferential pada baling-baling radius tertentu dibandingkan dengan yang lain. Sementara mantan mengarah kepada pasukan baling-baling getaran, yang terakhir tidak.
Bagian pisau baling-baling bekerja di bidang kecepatan konstan pada radius tertentu memiliki aliran tunak dan pola gaya. Kecepatan rata-rata aksial pada setiap radius bisa berbeda tanpa menyebabkan beban bolak-balik. Dalam kasus seperti desain baling-baling dapat disesuaikan untuk variasi radial dalam kecepatan masuk untuk mencapai kinerja yang optimal. Namun, baling-baling hanya dapat dirancang untuk memenuhi kondisi rata-rata pada setiap radius. Sebuah variasi dalam kecepatan air masuk di hasil radius tertentu di suatu perubahan sudut serang dari bagian pisau baling-baling sebagai baling-baling membuat satu revolusi, sehingga menciptakan gaya bolak baling-baling. Gambar 6 adalah contoh dari kecepatan aliran aksial, V A, dan tangensial, VT, di pesawat baling-baling dari kapal satu-sekrup dan umumnya ke atas. Simetri dari komponen kecepatan tangensial akan cenderung menunjukkan bahwa dampak adalah seragam, tetapi seperti tidak terjadi.
VIII-4
Untuk pisau baling-baling berputar searah jarum jam melihat ke depan, komponen kecepatan tangensial efektif mengurangi sudut serangan dari bagian pisau saat mereka melewatkan sisi port (mengurangi thrust) dan meningkatkan sudut serangan dari bagian pisau ketika mereka mewariskan kanan yang sisi (thrust meningkat). Gambar 7 mengilustrasikan beban propeller variabel yang dihasilkan dari kecepatan seragam bangun aksial dan tangensial. Juga, fakta lain yang sangat penting adalah bahwa komponen kecepatan tangensial pergeseran pusat dorong baling-baling ke sisi kanan dari tengah baling-baling dari baling-baling berputar searah jarum jam pada satu kapal-sekrup. Hal ini dorong off-pusat menimbulkan momen lentur yang dikenakan pada poros baling-baling.
Analisis dapat dibuat untuk memprediksi besarnya komponen bolak torsi dan dorong, termasuk dorongan eksentrisitas resultan relatif terhadap poros tengah. Sebuah pendekatan komponen ini bolak-balik, yang cukup akurat untuk sebagian besar aplikasi, dapat diperoleh dengan menggunakan pendekatan analisis kuasimantap. Analisis kuasi-tunak mudah dimengerti dan dilakukan dengan membuat pemeriksaan sesaat dari kecepatan aliran relatif terhadap bilah baling-baling pada posisi sudut diskrit pisau baling-baling [3]. Kecepatan inflow dianggap sebagai konstan
(quasi-stabil)
pada
setiap
posisi
pisau.
Dengan
menggunakan
karakteristik open-air (KT-KQ-J Diagram) dari baling-baling, gaya tekan dan torsi
VIII-5
dapat ditentukan per blade, dijumlahkan, dan diplot seperti yang ditunjukkan dalam Gbr.8.
Karena kecepatan arus masuk paling lambat aksial (bangun tertinggi) dari kapal satu-sekrup umumnya di wilayah di atas tengah baling-baling, dorong terbesar cenderung untuk dikembangkan saat pisau baling-baling di bagian atas orbitnya. Dampak dari kecepatan masuk tangensial adalah Menggeser dorong yang dihasilkan untuk thes sisi kanan karena pisau baling-baling mengembangkan dorong yang lebih besar bergerak terhadap kecepatan tangensial, seperti yang dibahas di atas. Mata kuliah ini diberikan sebuah diskusi rinci dalam referensi 4, dan ini dicatat bahwa sa bentuk perubahan bagian buritan dari V untuk bentuk U, pusat dorong yang dihasilkan cenderung bergerak ke bawah karena kecepatan masuk di berbagai wilayah di bawah baling-baling disk menjadi lebih hampir sama dengan yang di wilayah uppen. Posisi dorong yang dihasilkan juga sensitif terhadap draft kapal. Misalnya, ketika sebuah kapal kargo beroperasi ringan dimuat dengan pisau baling-baling melanggar permukaan air, pusat dorong jelas pergeseran lebih rendah di disk baling-baling.
Gambar 8 menunjukkan bahwa satu kapal-sekrup dengan 9that baling-baling empat atau enam berbilah adalah, bahkan jumlah bilah) telah lebih besar variasi dorong torqueand aksial dari satu dengan lima baling-baling berbilah. Namun, eksentrisitas gaya dorong (poros baling-baling momen tekuk) ditampilkan jauh lebih besar untuk lima baling-baling berbilah daripada baling-baling berbilah empat enam. Untuk satu kapal-sekrup Propeller dengan bahkan jumlah pisau, kekuatan fluktuasi dua bilah berlawanan menimbulkan total dorong besar dan amplitudo torsi karena pisau berlawanan secara bersamaan melewati kecepatan air lambat di bagian atas dan bawah dari disk baling-baling. Gaya melintang dan momen lentur dikembangkan oleh satu pisau cenderung dikompensasi oleh beban yang sama pada blade berlawanan.
VIII-6
keterangan rw
= Blade kecepatan tangensial
Va
= Aksial kecepatan muka
Vt
= Kecepatan tangensial muka
Vr
= Resultan pada V dan V min = Minimumsudut muka max = Mukamaksimum sudut
€
= Variasi di muka blade engiduring satu revolusi
Untuk peropellers memiliki pisau ganjil, pisau lulus tinggi-bangun daerah atas dan bawah bergantian. Dorongan total dan variasi torsi karena itu lebih kecil dibandingkan dengan baling-baling memiliki bahkan jumlah pisau. Namun, karena loading pengganti pisau baling-baling te, kekuatan melintang dan momen lentur tidak membatalkan. Oleh karena itu, momen lentur lage terjadi dengan propeller memiliki jumlah lama pisau. Propeller telah dirancang dengan jumlah besar miring
VIII-7
(lihat miring blade, Bagian 6.3), dalam orde dari 70 derajat, sebagai alat untuk mengurangi thrust propeller bolak-balik dan beban torsi.
Karakter seragam air di mengalir ke baling-baling dapat diselesaikan menjadi komponen-komponen Fourier dengan rotasi freqency baling-baling (poros frekuensi) sebagai dasar [5]. Karena dapat diasumsikan bahwa linearitas ada di antara variasi kecepatan masuk dan variasi gaya propeller blade, komponenkomponen Fourier dari kecepatan masuk juga komponen-komponen Fourier gaya pisau tunggal membuat satu revolusi. Hanya mereka harmonisa dari loadingthat adalah kelipatan jumlah blade (kz) berkontribusi pada dorong goyah dan torsi, dan hanya harmoics pembebanan berdekatan dengan Multiplus frekuensi blade (kz ± 1) berkontribusi pada pasukan melintang goyah dan momen lentur [2 ]. Semua harmonisa lain membatalkan ketika dijumlahkan atas pisau. Pemilihan jumlah pisau dapat didasarkan pada kekuatan relatif dari harmonisa pada kecepatan air masuk ke baling-baling untuk meminimalkan dorong bolak-balik dan torsi dan momen lentur. Referenca 6 berisi evaluasi nilai pendekatan aliran mantap kuasi-analisis untuk memperkirakan bantalan kekuatan baling-baling dan demostrates dengan uji skala penuh dan compareson dengan analisis comperensive lebih bahwa metode konsisten dengan accuraty dari informasi yang tersedia selama desain awal panggung.
Teori dan konsep yang dapat digunakan untuk mengevaluasi resultan rection bantalan dari pasukan propeler juga dikaji dalam 2 referece; referensi yang berguna memberikan informasi lebih lanjut pada subjek juga disediakan. Referensi 2 menjelaskan dan memberikan contoh aplikasi dari Teori embusan stripwise dua dimensi yang dikembangkan oleh von Karmen dan Sears. Prosedur analitik, yang relatif sederhana untuk diterapkan, dapat digunakan untuk mengembangkan evaluasi berarti variasi dalam parameter desain seperti bangun dan miring pisau, pikir perlu dicatat bahwa prosedur yang cenderung untuk mengangkat pisau berlebihan oleh 30 sampai 50% karena pengaruh rasio aspek pisau tidak benar dibawa ke rekening.
VIII-8
Tabel 1 rasio torsi poros diukur selama manuver berkecepatan tinggi untuk torsi normal Ship Type
No. Of Shaft
Torque ratio Inboard
Naval
4
1.2-1.4
Naval
1
1.1-1.2
Marchant
2
1.2-1.3
Marchant
1
1.1-1.3
Outboard 1.2-1.3
prosedur yang lain untuk aplikasi yang normallly bunga selama pengembangan desain. Perlu dicatat, bagaimanapun, bahwa aplikasi praktis dari prosedur lebih canggih analitis goyah substansial telah ditingkatkan dengan pengembangan program komputer untuk tujuan ini.
Kekuatan baling-baling Variabel, di samping yang dihasilkan dari suatu aliran air nonuniform, dihasilkan sebagai aresult dari kedekatan dari lambung ke balingbaling. Kekuatan permukaan Hull generatedby baling-baling adalah yang paling penting saat eveluating getaran lambung.
3.3 torsional beban. Beban torsi rata-rata pada shafting, yang menghasilkan tegangan torsi rata-rata, dihitung dari output dari mesin maiin. Jika kekuatan penuh tenaga kuda poros output, H, dari mesin utama dikembangkan di rpm N, maka beban torsi mantap, Q, pada shafting adalah
=
63,025 H N in.lb
Dalam desain sistem shafting angkatan laut, adalah praktek umum untuk meningkatkan torsi dihitung dengan persamaan (2) sebesar 20 persen [7]. Peningkatan torsi desain merupakan penyisihan sebagai pengakuan dari torsi tambahan dikembangkan selama manuver kecepatan tinggi, operasi kasar-air, kondisi busuk-hull, dll Selama berubah, berkurang kecepatan kapal, yang menghasilkan pengurangan di kecepatan baling-baling uang muka, sehingga jika
VIII-9
tidak ada pengurangan tenaga kuda poros, ada peningkatan suatu torsi poros. Demikian pula, sebagai lambung menjadi busuk, kecepatan kapal mengurangi dan penuh daya torsi dikembangkan pada rpm lebih rendah.
Sementara kecepatan tinggi manuver adalah kriteria desain untuk kapal angkatan laut, meningkatkan torsi tersebut biasanya tidak dipertimbangkan dalam praktek pedagang karena kapal dagang tidak terlibat dalam meneuvers berkecepatan tinggi yang luas. Juga, meningkatkan torsi, yang reltively kecil, karena fouling hull diterima sebagai pengurangan dalam faktor keamanan dalam praktek pedagang.
Meskipun beban tosional bolak dapat dihasilkan oleh sumber lain, popeller adalah satu-satunya xcept kepentingan praktis dalam tanaman penggerak langsung-drive diesel, dimana torsi mesin siklik mungkin signifikan. Bolak beban torsi yang dihasilkan oleh baling-baling terjadi terutama pada frekuensi daun sebagai akibat dari bentuk yang tidak seragam seperti yang dibahas dalam bagian 3.2. perencanaan sistem poros secara hati-hati dirancang untuk menghindari frekuensi resonansi torsi pada daya penuh, oleh karena itu, bolak beban torsi tidak dianggap diperkuat oleh resonansi. Kisaran besarnya beban torsi beban terpaksa diberikan dalam Tabel 2. Ini akan dicatat bahwa variabel torsi dapat dihitung besarnya signifikan yang terjadi tanpa pembesaran.
Tabel 2. Variabel popeler terhadap faktor eksitasi torsi No. Berdasarkan jumlah
Torsi
Eksitasi
Faktor, r
daun propeller
3
4
5
Satu Baling-baling kapal Dua
Baling-baling
0.07-0.12
0.10-0.15
0.06-0.10
kapal 0.02-0.05
0.02-0.05
0.02-0.04
kapal 0.04-0.08
0.04-0.06
0.04-0.05
dengan penopang Dua
baling-baling
dengan bossings Catatan: Eksitasi torsi = RQ, dimana Q = berarti torsi
VIII-10
Beban Dorongan
Besarnya beban dorong propeller pada sistem poros berarti sama dengan tahanan yang ditarik kapal, dikoreksi oleh efek interaksi antara baling-baling dan lambung kapal sebagai pendorong baling-baling kapal. Pengaruh interaksi ini dikenal sebagai pengurang dorongan [1]. Nilai dorong desain dapat diperoleh dari perhitungan powering atau dari dasar pengujian model dilakukan untuk kapal. Untuk desain awal tujuan dari dorongan baling-baling dapat diperkirakan sebagai berikut : =
1−
=
(1−)
=
() (1−)
Dimana : T = dorongan pada poros propeller, lb V = kecepata maksimum kapal, knots R = hambatan lambung berdasarkan V, lb E = efektifitas tenagakuda lambung terhadap V, hp H = maksimum tenaga kuda poros, hp t
= fraksi dorongan pemotongan
PC= kofisien propulsif
Nilai t berkisar
dari sekitar 0,16-0,23 untuk kapal baling-baling tunggal yang
berkisar dari tipis hingga garis penuh untuk masing-masing. Baling-baling ganda kapal memiliki nilai berkisar dari sekitar 0,1 sampai 0.2, dengan nilai yang lebih kecil yang sesuai untuk kapal dengan penopang, dan nilai yang lebih besar yang berlaku untuk kapal dengan bossings. Nilai PC 0,73 untuk kapal baling-baling tungal dan 0,68 untuk kapal multiscrew adalah nilai rata-rata dan biasanya ditemukan untuk perkiraan awal. Referensi 1, menjelaskan metode yang dapat digunakan untuk memperkirakan t dan PC dalam kasus di mana perhitungan kinerja model hasil tes os kapal tidak tersedia.
Dalam desain kapal selam, komponen lain beban poros dapat menjadi cukup besar untuk menjamin pertimbangan eksplisit. Beban aksial poros yang dihasilkan
VIII-11
dari perendaman adalah sama dengan perendaman tekanan daerah jalan poros di tutup pada poros lambung-penetrasi. Muatan sama dengan :
= 0.85
Tabel. 3 Variabel fakor dorongan eksitasi propeller No. Berdasarkan jumlah Lokasi daun Beberapa daun
Eksitasi berdasaran dorongan, f
3,4, or 5
Belakang struts
0.02-0.05
3
Belakang skegs
0.07-0.13
4 or 5
Belakang skegs
0.03-0.09
3
Belakang bossings
0.06-0.12
4
Belakang bossings
0.05-0.10
5
Belakang bossing
0.04-0.08
Daun tunggal 3
0.08-0.12
4 or 5
a
0.03-0.08
U- bagian ini cenderung menekankan komponen bahkan-order, dan-V bagian
komponen ganjil-urutan Catatan ;
Dorongan eksitasi = fT, dimana T = berarti dorongan
dimana :
= perendaman-tekanan beban poros, lb
S = perendaman rancangan uji kedalaman, ft
= diameter poros penyegelan, in
Dorongan beban alternatif dominan yang dihasilkan oleh baling-baling terjadi pada frekuensi daun-berdasarkan baling-baling sebagai konsekuensi dari kecepatan air masuk seragam ke baling-baling seperti dibahas dalam bagian 3.2 besarnya beban dorong variabel tergantung pada jumlah daun. Untuk kapal baling-baling tunggal, bahkan jumlah daun akan menghasilkan lebih besar beban dorong bolak daripada angka ganjil, seperti disebutkan bagian in 3.2. untuk perkiraan awal,
VIII-12
besarnya dorong bolak sebagai persentase dorong berarti dapat diambil dari tabel 3.
Sejauh kekuatan shafting yang bersangkutan, baik yang dimaksud maupun beban dorong bolak dengan pertimbangan desain utama. Dengan kapal dagang, tegangan tekan rata-rata 1000-1500 psi, bahkan di daerah yang sangat menekankan poros di kapal angkatan laut tegangan tekan rata-rata jarang mencapai 2500 psi. geser tegangan torsi dominan sangat penting, dan karena stres akibat dorong tidak menggabungkan additively dengan penekanan torsi, pentingnya tegangan dorong berkurang lebih jauh.
Beban Bending
Beban yang menyebabkan lentur menekankan terjadi di poros adalah hasil dari gravitasi, shock, beban dorong off-pusat, dan getaran poros berputar. Dengan pengecualian sekali-per getaran berputar-revolusi, semua bergantian beban relatif terhadap titik pada poros dan terjadi di kedua frekuensi pemutaran poros atau sekali, atau dua kali, frekuensi daung baling-baling. Berat dari poros itu sendiri, yang merupakan beban gravitasi normal, adalah kurang penting berkaitan dengan poros kapal kecuali ada konsentrasi berat badan yang tidak biasa, seperti poros penguncian perangkat atau rem drum dengan pitch kontrol, mekanisme pitch kontrol -terkendali baling-baling, atau rentang yang sangat panjang antara bantalan, ketika meliputi poros antara bantalan pada dasarnya sama,.
=
ѡ 1
dimana: M = bending momen pada bearing, dalam lb L = span antara bantalan w = berat per satuan panjang dari shafting
Jika kisaran antara bantalan tidak kurang lebih sama, seperti pendekatan sederhana tidak dapat digunakan, melainkan teknik balok terus didukung analisis
VIII-13
harus digunakan.Praktek adat untuk menghitung momen lentur di semua lokasi poros kritis.
Gravity beban di tempel shafting cenderung sangat penting karena berat terkonsentrasi besar baling-baling. Panjang panjang bantalan digunakan tempel menyulitkan definisi akurat lokasi reaksi bantalan resultan. Lokasi diasumsikan dari reaksi resultants bantalan sangat penting karena mereka adalah penentu langsung dari momen lentur dihitung. Sebuah praktik yang diterima adalah mengasumsikan reaksi yang akan di tengah-tengah semua bantalan bantalan kecuali hanya maju dari baling-baling.
Karena berat besar baling-baling, poros baling-baling memiliki kemiringan yang signifikan pada bearing ini, sehingga reaksi bantalan yang dihasilkan cenderung berada di setelah daerah bantalan. Bantalan dilumasi Air memiliki L / rasio D sekitar 4 untuk bantalan ini, dan reaksi yang dihasilkan biasanya diasumsikan satu poros diameter maju dari wajah bantalan belakang. Minyak Bantalan dilumasi memiliki L / berkisar ratiosthat D dari sekitar 1 hingga 2 dan inspeksi kontak bantalan poros dalam menunjukkan bahwa kontak keras terbatas setelah daerah untuk bantalan untuk panjang kira-kira sama dengan diameter poros. Praktek yang diterima adalah mengasumsikan bahwa reaksi bantalan yang dihasilkan di bantalan minyak pelumas terletak diameter poros satu-setengah dari after bearing.
Umumnya poros paling signifikan momen lentur adalah karena berat juluran dari baling-baling. Poros baling-baling maksimum statis momen lentur dihitung sebagai
Mp = Wp Lp (6)
dimana Mp = baling-baling juluran saat di poros baling-baling, lb Wp = berat perakitan baling-baling dalam air, termasuk shafting, abaft resultan reaksi terbelakang bantalan, lb
VIII-14
Lp = jarak dari CG perakitan baling-baling untuk terbelakang resultan reaksi bantalan
Persamaan (6) adalah momen pada titik reaksi bantalan dengan asumsi bahwa reaksi dukungan titik daripada reaksi didistribusikan ke daerah poros. Dukungan Asumsi point dibenarkan dalam bahwa distribusi beban tepat pada bantalan ini agak lebih dari nilai yang sebenarnya, yang dapat ditentukan jika distribusi nilai, yang dapat ditentukan jika distribusi reaksi pembawa dikenal.
Ada sejumlah pengaruh selain saat gravitasi dari baling-baling yang dapat memiliki dampak
yang
signifikan
terhadap
poros
baling-baling
tegangan
bending. Ini adalah eksentrisitas dorong, kedalaman air, kondisi laut, dan manuver kapal. Di bawah bimbingan umum SNAME Panel M-8, shaft baling-baling dari total lima manuver kapal.Di bawah pedoman umum thethe kapal yang sudah diinstrumentasi untuk mengukur tegangan lentur dalam kondisi operasi aktual.
Data yang diperoleh dari tes ini dilaporkan dalam referensi 8 sampai 12. Tabel 4 merangkum karakteristik kapal diuji.Pengujian dilakukan untuk menunjukkan pentingnya pemuatan kapal, kondisi laut, manuver kapal, dan eksentrisitas dorong.
Eksentrisitas dari thrusth baling-baling menghasilkan poros baling-baling signifikan momen lentur. Dengan pengecualian mungkin kapal selam, dorong propeller resultan yang dihasilkan adalah eksentrik dari tengah poros baling-baling di bawah hampir semua kondisi operasi dan biasanya di kuadran kanan atas dari kapal satu-sekrup.Oleh karena itu, tidak menggabungkan langsung dengan momen gravitasi baling-baling.kondisi operasi Light-draft dan "U" bagian buritan berbentuk cenderung untuk membawa dorong dan saat-saat gravitasi lebih dekat bersamasama dan membuat mereka lebih aditif.
Tabel 4 memberikan faktor dorong eksentrisitas, C / D, ditentukan dari data uji skala penuh untuk berat-perpindahan, tenang-kondisi laut. Eksentrisitas dorong,
VIII-15
C, ditunjukkan dalam Tabel 4 adalah resultan dari dorong eksentrik dan komponen gravitasi.
Uji skala penuh pada Jamestown [11] izin evaluasi pengaruh pemuatan kapal, kondisi laut, dan manuver. Faktor-faktor ini diringkas dalam Tabel 5. Faktor-faktor yang disajikan pada Tabel 5 adalah rasio dari tegangan bending untuk berbagai kondisi yang dijelaskan ke tegangan lentur di bawah fullload, laut, tenang-laut, dan langsung ke depan operasi. Perlu dicatat bahwa manuver seperti kecelakaanpunggung jarang terjadi, dan bahwa shafting tidak perlu dirancang untuk menahan tekanan tiga kali nilai normal pada secara terus menerus.
Misaligment dalam shafting sistem dapat menghasilkan beban lentur sangat signifikan dan faktor ini mungkin bertanggung jawab atas sebagian besar kegagalan kapal shafting. Para seansitivity dari shafting untuk misalignment harus ditinjau kembali dengan perhatian khusus diberikan untuk tabung buritan dilumasi air dan bantalan strut, yang memiliki weardown dalam pelayanan. Kepekaan shafting untuk misalignment dapat dinilai dengan menghitung reaksi bantalan shafting dan saat-saat dengan shafting dalam kondisi sejajar.
VIII-53
Gambar Shafting Arrangement
VIII-54
Gambar Shafting Arrangement
VIII-55
Gambar Shaft & Stern Tube
VIII-56
Gambar Shafting Arrangement
VIII-57
Gambar Shafting Arrangement
