perancangan backhoe excavator untuk material batu …

68
i PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU KAPUR YANG SETARA DENGAN TIPE R 984 C Litronic Tugas Akhir Untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan Mencapai Derajat Sarjana S-1 Program Studi Teknik Mesin Disusun oleh Ignatius Hari Prasetyo NIM : 045214033 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI YOGYAKARTA 2010

Upload: others

Post on 05-May-2022

3 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

i

PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK

MATERIAL BATU KAPUR YANG SETARA DENGAN

TIPE R 984 C Litronic

Tugas Akhir

Untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan

Mencapai Derajat Sarjana S-1

Program Studi Teknik Mesin

Disusun oleh

Ignatius Hari Prasetyo

NIM : 045214033

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

YOGYAKARTA

2010

Page 2: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

ii

DESIGNING FOR LIMESTONE MATERIAL

BACKHOE EXCAVATOR EQUIVALENT

WITH R 984 C Litronic TYPE

Final Project

Pressented as Partial Fulfillment of the Requirements

to Obtain the Sarjana Teknik Degree

in Mechanical Engineering

By:

Ignatius Hari Prasetyo

Student Number : 045214033

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2010

Page 3: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

iii

TUGAS AKHIR

PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK

MATERIAL BATU KAPUR YANG SETARA DENGAN

TIPE R 984 C Litronic

Disusun Oleh

Ignatius Hari Prasetyo

NIM : 045214033

Telah disetujui oleh :

Pembimbing Utama

Wibowo Kusbandono, S.T., M.T. Tanggal : September 2010

Page 4: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

iv

TUGAS AKHIR

PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK

MATERIAL BATU KAPUR YANG SETARA DENGAN

TIPE R 984 C Litronic

Dipersiapkan dan ditulis oleh

Ignatius Hari Prasetyo

NIM : 045214033

Telah dipertahankan didepan Panitia Penguji

Pada tanggal 13 Agustus 2010

dan dinyatakan memenuhi syarat

Susunan Panitia Penguji

Ketua : Ir. Y.B. Lukiyanto, M.T. __________________

Sekretaris : Doddy Purwadianto, S.T., M.T. __________________

Anggota : Wibowo Kusbandono, S.T., M.T. __________________

Yogyakarta, 7 September 2010

Fakultas Sains dan Teknologi

Universitas Sanata Dharma

Yogyakarta

Dekan

(Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T.)

Page 5: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …
Page 6: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

vi

INTISARI

Tujuan dari penelitian peralatan berat ini adalah merancang penggerak

hydraulic sistem pada silinder hidrolik bucket, silinder hidrolik arm, silinder

hidrolik boom, dengan kapasitas bucket 7,7 meter3 untuk mengerjakan jenis

material batu kapur sehingga diperoleh diameter kepala piston silinder hidrolik

bucket 139 mm dengan diameter batang piston 85 mm. Diameter dalam

cylinder hydraulic 140 mm.Diameter luar cylinder hydraulic 255 mm. Tebal

dinding cylinder hydraulic 57,33 mm. Diameter kepala piston silinder hidrolik

arm 140 mm dengan diameter batang piston 104 mm. Diameter dalam

cylinder hydraulic 142 mm. Tebal dinding cylinder hydraulic 59,214 mm.

Diameter luar cylinder bucket 260 mm. Diameter kepala piston silinder

hidrolik boom 190 mm dengan diameter batang piston 119 mm. Diameter

dalam cylinder hydraulic 191 mm. Tebal dinding cylinder hydraulic 85,472

mm. Diameter luar cylinder bucket 362 mm.

Page 7: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …
Page 8: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

viii

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Allah Bapa yang telah menganugerahkan berkat dan

karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang

berjudul ” Perancangan Backhoe Excavator Untuk Material Batu Kapur Yang

Setara Dengan Tipe R 984 C Litronic ”. Tugas Akhir ini merupakan salah satu

syarat yang harus ditempuh untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata

Dharma Yogyakarta. Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima

kasih atas segala bantuan, saran dan fasilitas, sehingga tugas akhir ini dapat

terselesaikan, kepada :

1. Allah Bapa atas segala berkat, karunia dan penyertaan kepada penulis

sehingga dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik dan lancar.

2. Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T. selaku Dekan Fakultas Sains dan

Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

3. Budi Soegiharto, S.T., M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin

Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

4. Wibowo Kusbandono, S.T., M.T. sebagai pembimbing tugas akhir.

5. Ir. Agus Unggul Santosa sebagai dosen pembimbing akademik.

6. Kedua orang tuaku, Drs. Agustinus Soepardjo dan Maria Sri

Sumartinah yang selalu memberikan dukungan dan doa.

7. Kakakku, Antonius Adi Wijaya, S.T. atas semangat dan doanya.

8. Ant. Aan Arianto, S.T. dan keluarga atas dukungannya.

Page 9: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …
Page 10: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

x

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL……………………………………………..……………….i

TITLE PAGE…………….………..……………………………….……………ii

HALAMAN PENGESAHAN PEMBIMBING………………..….………….iii

HALAMAN PENGESAHAN…………………………………………………..iv

HALAMAN PERNYATAAN…………………………...………………………v

INTISARI………….……………………………………………………………vi

HALAMAN PERSETUJUAN PUBLIKASI………………………………….vii

KATA PENGANTAR………………………………………………………….viii

DAFTAR ISI………………………………………………………………….....x

DAFTAR GAMBAR…………………………………………………………..xiii

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang…………………………………………………………1

1.2 Tujuan Penelitian……………………………………………………….3

1.3 Urutan Perhitungan…………………………………………………….4

1.4 Batasan Masalah……………………………………………………….4

1.5 Perencanaan Alat Berat………………………………………………..5

BAB II DASAR TEORI

2.1 Profil Batu Kapur…………………………………………………..…7

2.2 Excavator Backhoe…………………………………………………....8

2.3 Cara kerja Backhoe Excavator………………………………………..9

Page 11: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

xi

BAB III PERANCANGAN PERLENGKAPAN KERJA BACKHOE

3.1 Perancangan peralatan kerja ………………………………………….12

3.2 Perhitungan Komponen Pengoperasian…………………………….…13

3.3 Perancangan Bucket…………………………………………………..13

3.3.1 Gigi Bucket………………………………..………….………...17

3.3.2 Perhitungan Silinder Bucket Saat Penetrasi…………………….20

3.3.3 Perhitungan Silinder Bucket Saat Bermuatan…………………..22

3.3.4 Perhitungan Batang Piston…………………………………...…27

3.4 Perancangan Arm……………………………………………………..28

3.4.1 Perhitungan Silinder Arm Saat Penetrasi……………………….29

3.4.2 Perhitungan Silinder Arm Saat Bermuatan……………………..29

3.4.3 Perhitungan Batang Piston……………………………………...32

3.5 Perancangan Boom……………………………………………………33

3.5.1 Perhitungan Silinder Boom Saat Penetrasi……………………...33

3.5.2 Perhitungan Silinder Boom Saat Bermuatan……………………34

3.5.3 Perhitungan Batang Piston……………………………………...37

3.6 Fluida Hydraulic……………………………………………………...37

3.7 Tekanan Kerja Silinder Hydraulic…………………………………….38

3.7.1 Tekanan Kerja Pada Silinder Hydraulic Bucket………………..39

3.7.2 Tekanan Kerja Pada Silinder Hydraulic Arm…………………..40

3.7.3 Tekanan Kerja Pada Silinder Hydraulic Boom…………………40

3.8 Penentuan Tebal Dinding Cylinder………………………………….42

3.8.1 Penentuan Tebal Dinding Cylinder Bucket……………………43

Page 12: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

xii

3.8.2 Penentuan Tebal Dinding Cylinder Arm………………………43

3.8.3 Penentuan Tebal Dinding Cylinder Boom…………………….44

BAB IV PERAWATAN

4.1 Perawatan Pada Attachment………………………………………45

4.2 Perawatan Pada Cylinder Hydraulic……………………………....45

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan………………………………………………………..46

5.2 Saran………………………………………………………………47

DAFTAR PUSTAKA……………………………………………………….48

LAMPIRAN

Page 13: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Perlengkapan Kerja Backhoe Excavator yang akan dirancang……1

Gambar 1.2 Silinder Hydraulic………………………………………………....2

Gambar 2 Jangkauan Gali Backhoe……………………………………..…..11

Gambar 3.1 Penampang Bucket……………………………………………….14

Gambar 3.2 Gaya pada Bucket dan Gaya pada Silinder Peralatan Kerja……..20

Gambar 3.3 Pembebanan Pada Silinder Saat Bermuatan..................................23

Gambar 3.4 Gaya pada Bucket dan Silinder Bucket…………………………..24

Gambar 3.5 Perencanaan Bentuk Arm...............................................................28

Gambar 3.6 Gaya yang dialami Silinder Arm Saat Bucket Bermuatan……….30

Gambar 3.7 Perencanaan Boom……………………………………………….34

Gambar 3.8 Gaya yang dialami Silinder Boom Saat bucket Bermuatan…...…35

Page 14: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Negara Indonesia merupakan Negara kepulauan yang didalamnya banyak

terkandung batu kapur yang dapat dimanfaatkan untuk kebutuhan manusia. Batu

kapur sangat vital peranannya untuk menunjang perekonomian di bumi Indonesia

karena batu kapur mendukung kehidupan tumbuhan dengan menyediakan hara

dan air sekaligus sebagai penopang akar. Struktur batu kapur (Gamping) dapat

terjadi dengan beberapa cara, yaitu secara organik, secara mekanik, atau secara

kimia. Sebagian besar batu kapur yang terdapat di alam terjadi secara organik,

jenis ini berasal dari pengendapan cangkang/rumah kerang dan siput, foraminifera

atau ganggang, atau berasal dari kerangka binatang koral/kerang. Batu kapur

dapat berwarna putih susu, abu muda, abu tua, coklat bahkan hitam, tergantung

keberadaan mineral pengotornya. Penggunaan batu kapur sudah beragam

diantaranya untuk bahan kaptan, bahan campuran bangunan, industri karet dan

ban, kertas, dan lain-lain. Potensi batu kapur di Indonesia sangat besar dan

tersebar hampir merata di seluruh kepulauan Indonesia. Sebagian besar cadangan

batu kapur Indonesia terdapat di Sumatera Barat.

Semakin meningkatnya kebutuhan manusia akan sumber daya alam mineral

menuntut pengembangan dalam bidang pengolahan hasil produksi pertambangan,

sehingga dapat mengimbangi laju permintaan tersebut. Seiring dengan

Page 15: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

2

berkembangnya kemajuan jaman, batu kapur sebagai salah satu batuan mineral

kini telah banyak digunakan sebagai bahan baku produksi. Oleh karena kebutuhan

yang berbeda - beda dalam faktor bentuk dan ukuran, sebelum dapat digunakan

sebagai bahan baku produksi batuan kapur hasil penambangan yang pada

umumnya memiliki ukuran relatif besar terlebih dahulu direduksi sampai pada

ukuran tertentu. Proses ini berlangsung secara sinkron melalui proses dan

peralatan yang berbeda - beda sehingga menghasilkan output yang sesuai

dengan kebutuhan. Hammer mill yang termasuk dalam alat pereduksi material

pada tahap lanjut merupakan suatu alat pengolah mineral padat yang dapat

menghasilkan produk berupa serbuk dengan ukuran butir yang baik (sampai

dengan 400 mesh). Hammer mill bekerja menurut prinsip gaya impak dan abrasi

yang berlangsung secara simultan, sehingga yang energi diserap oleh material

padat digunakan untuk membentuk garis patahan yang akhirnya menyebabkan

material padat tersebut pecah. Hal ini berlangsung secara terus – menerus

sehingga material padat tersebut mencapai ukuran

tertentu, untuk selanjutnya mengalami proses pemisahan.

Pengadaan mesin atau peralatan berat umumnya disebabkan oleh

keterbatasan tenaga kerja manusia untuk menyelesaikan suatu pekerjaan secara

manual dengan alat konvensional, Selain itu factor ketersediaaan waktu dalam

menyelesaikan pekerjaan yang relatif pendek juga menentukan.

Alat berat yang akan dioperasikan harus sesuai dengan kondisi pekerjaan

yang akan dikerjakan serta berproduksi tinggi dengan pengeluaran yang relatif

rendah. Excavator merupakan salah satu alat yang berfungsi sebagai alat penggali

Page 16: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

3

dan pengangkat serta pengangkut. Perkembangan excavator sekarang ini banyak

sekali, hal ini dapat dilihat dari banyaknya produsen pembuat excavator yang

saling berlomba menciptakan kecanggihan dari excavator yang diciptakan.

Liebherr merupakan salah satu perusahaan pembuat alat berat jenis excavator

yang banyak dipergunakan oleh para konsumen, hal ini tidak lepas dari

kecanggihan yang dimilki oleh excavator tersebut. Banyak sekali jenis-jenis

excavator yang diproduksi oleh Liebherr sesuai dengan perkembangan jaman serta

kebutuhan para konsumen,salah satu excavator adalah excavator R 984 C Litronic

yang akn dibahas sebagai salah satu perancangan.

1.2. Tujuan Penelitian

Tujuan Dari penelitian peralatan berat ini adalah merancang penggerak

hydraulic sistem:

a. Bucket dan silinder bucket

b. Arm dan silinder Arm

c. Boom dan silinder Boom

Dengan adanya mesin atau alat berat yang dapat membantu pengambilan

batu kapur, diharapkann dapat membuat pekerjaan manusia menjadi lebih cepat

dan mudah. Peralatan yang dimaksudkan adalah backhoe excavator yang

mempunyai kemampuan dalam proses penambangan.

Page 17: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

4

1.3. Urutan perhitungan

Pada kesempatan ini akan dirancang perlengkapan kerja backhoe yang

memiliki kemampuan untuk pemindahan material batu kapur. Selain pemecahan

masalah yang dihadapi, tujuan perancangan peralatan kerja excavator backhoe

adalah untuk mengetahui perhitungan peralatan kerja excavator backhoe, lebih

khususnya perhitungan bucket, arm, boom dan sistem hidraulik untuk

menggerakkan peralatan kerja tersebut.

1.4. Batasan Masalah

Dalam perancangan perlengkapan kerja excavator backhoe ini dibatasi

permasalahan pada hal-hal berikut:

Gambar 1.1 Perlengkapan Backhoe excavator yang akan dirancang

Gambar 1.2 Silinder Hidraulis

Page 18: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

5

1. Perancangan Bucket dan cylinder Bucket

2. Perancangan Arm dan Silinder Arm

3. Perancangan Boom dan Silinder Boom

Agar perancangan alat dapat berfungsi untuk pengerjaan pengolahan suatu

material batu kapur sebagai syarat perancangan salah satunya harus mengetahui

sifat, karakteristik material yang akan dikerjakan dengan peralatan tersebut.

1.5. Perencanaan Alat Berat

Perancangan suatu alat berat hendaknya mengacu pada tujuan yang hendak

dicapai, untuk ini perlu diketahui terlebih dahulu tempat operasi kerja yang akan

dilakukan dan kegunaan alat berat itu, dengan mengetahui kerja yang akan

dilakukan dan kegunaan alat berat itu dengan mengetahui faktor-faktor penunjang

dasar perancangan, diharapkan proses perancangan dapat berjalan lancar dan tepat

guna.

Dalam perancangan peralatan kerja (attachment) excavator, hal yang perlu

diketahui adalah perhitungan kekuatan sebuah komponen yang akan menentukan

kekuatan komponen tersebut untuk menahan beban tertentu sehingga akan didapat

besar dimensi (ukuran) yang diperlukan.

Menurut perhitungan kekuatan bahan dihitung beban yang bekerja pada bagian

tertentu sehingga terjadi tegangan minimal dan dibandingkan dengan tegangan

yang diijinkan, sehingga akan didapat ukuran komponen yang memenuhi standar

perhitungan.

Page 19: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

6

Perhitungan dimulai dari perencanaan bucket yang merupakan alat kerja

pendukung beban, bentuk yang disesuaikan dengan fungsinya yaitu pengangkat

dan penggali. Bucket terbuat dari plat baja yang berbentuk seperti gayung. Pada

saat bucket masuk pada material galian, pada ujung bucket terpasang pisau

penghancur dengan bentuk runcing dan terbuat dari baja, pisau tersebut membantu

proses penggalian. Pada bucket terdapat dua engsel sebagai pernghubung antara

bucket dengan arm dan penghubung bucket dengan cylinder bucket. Cylinder

bucket berfungsi untuk gerak menggulung (bucket curl) dan gerak membongkar

(bucket dump). Gerakan ini terjadi karena gerakan translasi dari bucket cylinder

yang memanfaatkan sistem hidrolik (tekanan merata) yang disalurkan melalui

selang-selang penghubung yang berasal dari pompa hydraulic.

Bucket ditumpu oleh arm yang mempunyai penampang kotak melintang,

arm terbuat dari plat baja yang disambung dengan penyambungan las, arm

berfungsi sebagai alat bantu pada saat mulai penggalian tanah dan arm digerakkan

oleh cylinder arm yang dapat bergerak mendekati atau menjauhi boom, gerakan

terjadi karena arm mendapat tekanan dari minyak, disalurkan melalui selang-

selang penghubung yang berasal dari pompa hydraulic.

Arm dan cylinder arm ditumpu oleh boom yang berfungsi untuk gerakan

naik dan gerakan turun, gerakan ini terjadi karena cylinder boom mendapat

tekanan yang berisi minyak, disalurkan melalui selang-selang penghubung yang

berasal dari pompa hydraulic, boom dibuat untuk menambah jangkauan saat

excavator bekerja. Boom ditumpu oleh dua buah cylinder hydraulic yang

terpasang pada badan excavator.

Page 20: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

7

BAB II

DASAR TEORI

2.1. Profil Batu Kapur

Semua jenis sifat batu kapur gamping atau batu kapur ini berpori-pori,

banyak celah,sehingga air dapat dengan mudah merembes mengisi celah setipis

selaputbuah salak sekali pun. Tekanan pori diukur relatif terhadap tekanan

atmosfer dan permukaan lapisan tanah yang tekanannya sama dengan tekanan

atmosfer dinamakan muka air tanah atau permukaan freasik, di bawah muka air

tanah. Tanah diasumsikan jenuh walaupun sebenarnya tidak demikian karena ada

rongga-rongga udara. Latin: calx, kapur) Walau kapur telah digunakan oleh

orang-orang Romawi di abad kesatu, logam kalsium belum ditemukan sampai

tahun 1808. Setelah mempelajari Berzelius dan Pontin berhasil mempersiapkan

campuran air raksa dengan kalsium (amalgam) dengan cara mengelektrolisis

kapur di dalam air raksa, Davy berhasil mengisolasi unsur ini walau bukan logam

kalsium murni. Kalsium adalah logam metalik, unsur kelima terbanyak di kerak

bumi. Unsur ini merupakan bahan baku utama dedaunan, tulang belulang, gigi dan

kerang dan kulit telur. Kalsium tidak pernah ditemukan di alam tanpa

terkombinasi dengan unsur lainnya. Ia banyak terdapat sebagai batu kapur,

gipsum, dan fluorite. Apatite merupakan flurofosfat atau klorofosfat kalsium.

Logam in digunakan sebagai agen pereduksi dalam mempersiapkan logam-logam

lain semacam torium, uranium, zirconium, dsb. Ia juga digunakan sebagai bahan

reaksi deoksida dan desulfurizer atau decarburizer untuk berbagai macam

Page 21: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

8

campuran logam besi dan non-besi. Elemen ini juga digunakan sebagai agen

pencampur logam aluminium, beryllium, tembaga, timbal, dan campuran logam

magnesium. Senyawa alami dan senyawa buatan kalsium banyak sekali

kegunaannya. Kapur mentah (CaO) merupakan basis untuk tempat penyaringan

kimia dengan banyak kegunaan. Jika dicampur dengan pasir, ia akan mengeras

menjadi campuran plester dengan mengambil karbon dioksida dari udara. Kalsium

dari batu kapur juga merupakan unsur penting semen. Senyawa-senyawa penting

lainnya adalah: karbid, klorida, sianamida, hipoklorida, dan sulfida.

2.2. Excavator Backhoe

Excavator Backhoe sering disebut juga Pull Shovel yang menggunakan

prime mover excavator, perlu diketahui jenis-jenis excavator, bagian utama

excavator antara lain sebagai berikut:

Bagian atas revolving unit (bagian yang dapat diputar)

Bagian bawah travel unit (bagian untuk berpindah)

Bagian attachment (bagian-bagian yang dapat diganti untuk

menyesuaikan pekerjaan)

Backhoe merupakan golongan shovel yang didesain khusus untuk

menggali material yang berada di kedudukan alat gali. Pekerjaan menggali di

bawah permukaan membuat gorong-gorong (box culvert), membuat lubang untuk

pondasi bangunan atau gedung, membuat lubang untuk menempatkan pipa dan

sebagainya.

Page 22: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

9

Dalam peralatan berat khusunya tipe backhoe dapat dibedakan dalam

beberapa hal antara lain dapat dilihat dari sistem kendali dan dilihat dari sistem

penggerak untuk pindah (under carriage). Dilihat dari penggeraknya dapat

digunakan penggerak dengan roda kelabang (crawler mounted) dan penggerak

dengan roda karet (wheel mounted). Sedangkan pembagian menurut sistem

kendali dapat dibedakan menjadi sistem kendali dengan menggunakan kabel

(cable controlled) dan sistem kendali dengan hidrolis (hidraulic controlled). Pada

umumnya backhoe dengan kendali kabel sudah jarang dijumpai,saaat ini sudah

beralih backhoe dengan kendali hidraulis sebab lebih banyak keuntungan yang

diperoleh. Keuntungan pengoperasian backhoe dengan kendali hidraulis antara

lain:

Kecepatan operasional

Kontrol penuh terhadap peralatan (attachment)

Efisiensi tinggi

Mudah dan cepat digunakan

Menawarkan ketepatan dan ketelitian pekerjaan

2.3. Cara Kerja Backhoe Excavator

Sebelum melakukan pekerjaan dengan backhoe sebaiknya dipelajari

tentang kemampuan alat tersebut, terutama tentang jarak jangkauan, tinggi

maksimal pembuangan dan kedalaman galian yang mampu dicapai agar diperoleh

pemilihan alat yang tepat. Untuk mulai menggali dengan backhoe, bucket

dijulurkan ke depan tempat galian posisi yang diinginkan, bucket diayunkan ke

Page 23: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

bawah seperti gerakan mencangkul kemudian lengan bucket diputar ke arah kabin

tempat operator berada. Setelah bucket terisi penuh kemudian bucket diangkat

dari tempat penggalian dan mel

untuk memindahkan material, langsung ke truck atau tempat penampungan

lainnya. Gambar 2

backhoe dari posisi tertinggi, terjauh, dan jangkauan gali terdalam.

bawah seperti gerakan mencangkul kemudian lengan bucket diputar ke arah kabin

tempat operator berada. Setelah bucket terisi penuh kemudian bucket diangkat

dari tempat penggalian dan melakukan swing (gerak mengayun) bila diperlukan

untuk memindahkan material, langsung ke truck atau tempat penampungan

memperlihatkan kemampuan jangkauan gali maksimal

dari posisi tertinggi, terjauh, dan jangkauan gali terdalam.

Gambar 2 Jangkauan Gali Backhoe

10

bawah seperti gerakan mencangkul kemudian lengan bucket diputar ke arah kabin

tempat operator berada. Setelah bucket terisi penuh kemudian bucket diangkat

akukan swing (gerak mengayun) bila diperlukan

untuk memindahkan material, langsung ke truck atau tempat penampungan

memperlihatkan kemampuan jangkauan gali maksimal

dari posisi tertinggi, terjauh, dan jangkauan gali terdalam.

Page 24: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

11

Keterangan gambar :

A. Tinggi gali maksimal

B. Tinggi buang maksimal

C. Dalam gali maksimal

D. Kedalaman gali permukaan

E. Kedalaman gali maksimal

F. Jangkauan gali mendatar

G. Jangkauan gali maksimal permukaan tanah mendatar

H. Radius ayun (swing)

Page 25: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

12

BAB III

PERANCANGAN PERLENGKAPAN KERJA BACKHOE

3.1 Perancangan Peralatan Kerja (Attachment)

Perancangan alat berat disesuaikan dengan tujuan yang ingin dicapai,

sehingga perlu diketahui tempat beroperasi dan pekerjaan yang akan dilakukan.

Faktor dasar penunjang perancangan juga perlu diketahui dalam perancangan alat

berat, dengan harapan agar perancangan berjalan lancar dan memiliki daya guna

serta nilai jual dengan hasil rancangannya. Hal yang paling penting dari

perancangan alat berat ialah daya mekanis yang dihasilkan. Daya mekanis yang

dihasilkan tergantung oleh berat ringan, besar dan kecil dimensi peralatan. Daya

mekanis mempengaruhi unjuk kerja, maka perlu diketahui daya mekanis minimal

yang diperlukan untuk sistem operasi peralatan yang akan dirancang.

Perancangan peralatan kerja backhoe untuk material batu kapur yang

dikhususkan pada perancangan peralatan kerja yaitu silinder bucket, silinder

arm/stick, silinder boom. Perancangan peralatan kerja backhoe menurut standard

Liebherr direncanakan memiliki jangkauan maksimal gali mendatar (digging

reach) 18000 mm. Panjang jangkauan ini terbagi menjadi tiga bagian yaitu

panjang jangkauan boom 9200 mm, panjang jangkauan stick 6800 mm, dan

panjang jangkauan bucket 2900 mm.

Page 26: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

13

3.2 Perhitungan Komponen Pengoperasian Pemotongan, Pengangkatan,

Gerakan Ayun (Swing), dan Penumpahan Pada Unit Utama

Perhitungan dimulai dari setiap bagian peralatan kerja (attachment) untuk

menggali, mengangkat, dan menumpahkan material batu kapur yang dipindahkan.

Setiap elemen yang bekerja berhubungan dengan kestabilan excavator yang

digunakan sebab setiap elemen memiliki gaya / berat yang mempengaruhi kerja

unit utama.

Gaya yang mempengaruhi kerja unit utama ialah :

1. Berat material yang ditampung bucket (berat muatan)

Berat peralatan, antara lain :

- Berat bucket dan cylinder hydraulic bucket

- Berat arm dan cylinder hydraulic arm

- Berat boom dan cylinder hydraulic boom

2. Gigi bucket

3. Tekanan kerja pada cylinder hydraulic

4. Gaya untuk menggali dan mengayun

5. Gaya tambahan untuk kestabilitasan peralatan.

Gaya tersebut akan mempengaruhi perhitungan unit utama, terutama untuk

perhitungan daya pada sistem hidrolik yang digunakan.

3.3 Perancangan Bucket

Bucket merupakan bagian terpenting dari perancangan peralatan kerja

backhoe, sebab bucket dijadikan patokan untuk melakukan perhitungan-

Page 27: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

14

perhitungan peralatan kerja berikutnya, dari arm, boom, sistem hidrolik peralatan

dan mesin yang akan digunakan. Dalam hal ini perancangan bucket dimaksudkan

untuk menggali batu kapur, stick untuk menopang bucket dan boom untuk

menopang bucket dan arm. Bucket merupakan acuan untuk perhitungan maka

perlu ditentukan kapasitas bucket yang akan dirancang. Bucket yang akan

dirancang memiliki middle capacity, yaitu 3m7,7 . Bahan bucket yang

direncanakan yaitu plat baja standar SS 41 dengan ketebalan 12 mm yang

dirangakai dan disambung dengan sambungan las, untuk menmbah kekuatannya

pada bagian – bagian tertentu ketebalan plat dibuat lebih tebal. Gigi – gigi bucket

bahan direncanakan dari baja rol yang difinis dingin S 30 C-D / JIS G 3123.

Gambar 3.1 memberikan keterangan dimensi bucket

Gambar 3.1. Penampang Bucket

Keterangan gambar :

- W = lebar bucket;

- A = luas penampang bucket;

- b = panjang bucket

Page 28: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

15

Sesuai aturan standar, kapasitas bucket terdiri dari dua kapasitas yaitu :

a. Kapasitas peres (struck capacity) yaitu :

Volume bucket yang dibatasi oleh permukaan bucket dan strike plane

b. Kapasitas munjung (heaped capacity) yaitu :

Kapasitas yang terdiri dari dua bagian, yaitu kapasitas peres ditambah

dengan kapasitas yang berada di atas kapasitas peres.

Sesuai ukuran standar Liebherr R 984 C diperoleh ukuran standar bucket :

W = 2400 mm; b = 2450 mm; dan kapasitas bucket ( RV ) = 3m7,7

Berdasar spesifikasi standar, dapat ditentukan kapasitas peres bucket ( SV )

dengan persamaan :

Kapasitas munjung ( RV ) :

248

32 bWbVV SR

3m7,7 = SV +24

)45,2(

8

)4,245,2( 22

SV = 3m7,7 -24

)45,2(

8

)4,245,2( 22

SV = 6,51 3m

Kapasitas peres merupakan hasil perkalian antara luas penampang bucket

dengan lebar bucket. Secara matematik dapat dicari dengan persamaan berikut :

Kapasitas peres ( SV ) :

WASV

Page 29: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

16

Maka dapat diperoleh luas penampang bucket (A) :

6,51 3m = m2,4A

A =m4,2

m51,6 3

A = 2,71 2m

Bucket dapat berfungsi untuk melakukan pekerjaan menggali dan memuat

material setelah dirangkai dengan arm sebagai penopang dan silinder hidrolik

bucket sebagai penyalur daya untuk menggerakan bucket. Dengan demikian perlu

dirancang mekanisme lengan penopang bucket yang dapat bergerak bebas agar

excavator dapat bekerja tanpa mengalami kesulitan yang mempengaruhi kerja

peralatan (attachment). Bucket juga bekerja sebagai pemotong dan pemuat

material, sehingga perlu dipertimbangkan bentuk dari bucket tersebut.

Bucket direncanakan berbentuk cekung, dengan maksud untuk mengurangi

hambatan saat melakukan pemotongan material. Bucket harus memiliki

kemampuan menahan tegangan lengkung agar mampu bekerja di medan yang

terberat sekalipun. Bucket dilengkapi dengan gigi bucket. Pemasangan gigi bucket

tersebut bertujuan untuk memudahkan pemotongan material. Setelah berulang kali

pemakaian, gigi bucket mengalami keausan, sehingga perlu diganti. Gigi bucket

dipasang dengan cara dibaut, sehingga mudah dilepas saat penggantian apabila

telah aus, dan dapat diasah bila diperlukan. Pengasahan dimaksudkan untuk

mengembalikan ketajaman pisau bucket.

Page 30: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

17

Faktor yang mempengaruhi umur pisau antara lain :

- Ukuran dan tingkat kekerasan material yang dipotong

- Keadaan material basah atau kering

- Sifat kohesi dan adhesi material

Faktor di atas sangat mempengaruhi gaya geser dan gaya tekan pada gigi

bucket, pisau dan gigi bucket mendapatkan gaya geser dan gaya tekan lebih besar

saat mengerjakan material dalam keadaan alam (bank measure), bila

dibandingkan dengan material dalam keadaan lepas (loose measure) untuk jenis

material yang sama. Untuk dapat menggali perlu ditentukan besarnya gaya untuk

menembus batu kapur, disebut gaya penetrasi, karena besar gaya untuk melakukan

penetrasi ditentukan juga oleh material yang dikerjakan.

3.3.1 Gigi Bucket

Gigi bucket pada excavator ini dibuat dari baja berkekuatan tinggi karena

fungsi dari gigi sebagai pisau bucket yang menekan pada material galian. Dari

pemilihan bucket diperoleh jumlah gigi-giginya 5 buah yang terbagi rata

permukaan bucket.

Page 31: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

18

Shoes Ground Pressure

610 mm (24,0") 0.46 kg/cm2 (6.5 Psi / 45.1 Kpa )

Triple-grouser (no holes)

710 mm (28") 0.40 kg /cm2 (5.69 Psi / 39.2 Kpa)

Triple-grouser

810 mm (31.9") 0.36 kg/cm2 (5.12 Psi / 35.3 Kpa)

Triple-grouser

910 mm (35,8") 0.33 kg/cm2 (4.69 Psi / 32.4 Kpa)

Triple-grouser

710 mm (35,8") 0.40 kg/cm2 (5.69 Psi / 39.2 Kpa )

Semi Double-grouser

860 mm (358") 0.33 kg/cm2 (4.69 Psi / 32.4 Kpa)

Swamp

610 mm (24,0") 0.46 kg/cm2 (6.5 Psi / 45.1 Kpa )

Plat

Tabel 3.1. Tekanan penggalian gigi- gigi bucket(Handbook Komatsu LTD,:6)

Dari tabel 3.1. dipilih gigi-gigi bucket dengan plat yang mempunyai tekanan

penggalian lebih dari 0,46 kg/cm2, maka bahan direncanakan dari baja rol yang

difinis dingin S 30 C-D / JIS G 3123 yang mempunyai kekerasan 5,0 kg/cm2

sampai dengan 9,4 kg/cm2, tebal plat (b) 20 mm, tinggi (t) 300 mm, lebar (l) 200

mm, sehingga berat kotor dari gigi-gigi seperti dalam persamaan 3.2.1.:

Wr = b x l x t x Bj…………………………3.2.1.

Keterangan :

Wr = Berat gigi-gigi bucket (kg)

b = tebal plat (mm)

l = lebar plat (mm)

t = tinggi plat (mm)

Page 32: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

19

Dikarenakan plat yang hanya memiliki ketebalan penuh hanya sebagian, maka

ketebalan plat yang efektif diasumsikan 0,75 bagian saja dan berat jenis untuk

baja adalah 7,8 kg/cm2 sehingga:

Wr =0,75 x b x l x t x Bj

= 0,75 x 2 x 2 x 3 x 7,8

= 70,2 kg / gigi

Karena bucket mempunyai 5 buah gigi-gigi maka berat total gigi-giginya yaitu :

W = Wr x 5

= 70,2 x 5

= 351 kg

= 0,351 ton

Besarnya gaya penetrasi dicari dengan persamaan 3.1 berikut :

ACK pF ....................................................................................(3.1)

- K = Koefisien (2,4-4)

- C = tahanan kohesi (0,96-1,97 Kg/ 2cm )

- A = luas pisau ( 2cm )

Bucket yang direncanakan berkapasitas 7,7 3m , memiliki lebar (W) 2800

mm, jumlah gigi bucket 5 buah, dan berat 17,5 Kg. Dengan spesifikasi tersebut

maka dapat dicari besarnya gaya penetrasi yang dapat ditopang bucket dengan

persamaan 3.1.

- Jumlah gigi bucket = 5 buah

- Luas satu buah gigi = 2 20 = 40 2cm

Luas (A) 5 buah gigi = 5 40 2cm = 200 2cm

Page 33: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

20

Sehingga dapat dihitung gaya penetrasi :

- Fp = 4 1,97 200 = 1576 Kg

3.3.2 Perhitungan Silinder Bucket Saat Penetrasi

Perhitungan gaya penetrasi tersebut memberikan keterangan gaya untuk

melakukan penembusan batu kapur dalam keadaan alam sebesar 1576 Kg,

sehingga silinder bucket harus dirancang mampu menghasilkan gaya lebih besar

atau sama dengan gaya untuk penetrasi, sehingga bucket mampu menembus batu

kapur yang digali.

Saat melakukan penetrasi terhadap material batu kapur, secara sederhana

gaya yang bekerja pada silinder dapat dilihat pada Gambar 3.2 :

Gambar 3.2. Gaya pada bucket dan gaya pada silinder peralatan kerja

Fp

Fsb

Fsbm

Material tanah

A

BC

DE

F

H

I

= 1576 Kg

J

Fss

d

1A

1E

G

Page 34: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

21

Keterangan Gambar 3.2 :

AB = Bucket tip radius

BJ = Jarak bucket link

JI = Batang hubung bucket link

CI = Batang rotasi gaya silinder bucket

BC = Jarak pena bucket dengan pena batang rotasi

BD = Panjang jangkauan stick

DG = Jarak pena stick dengan pena silinder boom

GF = Jarak pena silinder boom dengan pena excavator

DF = Panjang jangkauan boom

DH = Jarak pena stick dengan pena silinder stick

Dari perhitungan dan gambar tersebut diketahui besarnya gaya untuk

penetrasi besarnya yaitu 1576 Kg, kemudian dilakukan perhitungan besar gaya

yang harus disediakan silinder bucket ( sbF ) untuk melakukan penembusan batu

kapur. Besar gaya yang diterima silinder bucket diperoleh dengan persamaan 3.2 :

sbF JB = pF AB ……………………………………………...(3.2)

Besarnya gaya minimal yang harus disediakan silinder bucket adalah :

sbF =JB

FP AB

sbF = (1576 2900) / 670 = 6821,4925 Kg

Berdasarkan perhitungan gaya untuk melakukan penetrasi, besar gaya

yang disediakan silinder bucket 6821,4925 Kg. Direncanakan, gaya tersebut

ditumpu dua silinder bucket dengan masing-masing silinder menopang gaya

Page 35: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

22

sebesar 3410,7462 Kg. Dengan gaya tersebut dapat dicari besarnya diameter

kepala piston dengan persamaan :

ApSBF ...........................................................................................(3.3)

SBF = Gaya yang harus disediakan silinder hidrolik bucket (Kg)

p = Tekanan minyak hidrolik ( 326 Kg/ 2cm )

A = Luas penampang piston ( 2cm ) = ( 2d.4

)

Dengan persamaan 3.3 tersebut maka perhitungan diameter kepala piston adalah :

3410,7462 = 326 4

2d

SBd =

4326

7462,3410

SBd = 3,65 cm = 36,5 mm

3.3.3 Perhitungan Silinder Bucket Saat Bucket Bermuatan

Perhitungan di atas mungkin tidak berlaku pada saat bucket dengan

kapasitas 3m7,7 terisi penuh material batu kapur, maka perlu dilakukan

perhitungan kembali diameter kepala piston yang digunakan agar silinder mampu

menumpu gaya yang ditimbulkan oleh berat bucket dan berat material batu kapur

Page 36: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

23

yang dimuat. Gambar 3.4 menunjukkan kondisi yang menyebabkan momen

terbesar yang dialami silinder.

Gambar 3.3. Pembebanan pada silinder saat bermuatan

Pada saat bucket terisi batu kapur dari alam (bank measure) silinder bucket

akan menahan momen yang ditimbulkan oleh berat bucket ditambah berat

material. Sehingga dapat dihitung gaya minimal yang ditopang silinder bucket.

Berat material batu kapur dalam keadaan alam sebesar 1226 Kg / 0,7 3m .

b

a

BA

C

G

D

F

E

H

J

I

c

bF + mF

d

1a

Fss

SBF

Page 37: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

24

Sehingga berat setiap 1 3m batu kapur dalam keadaan alam dapat diperoleh

sebesar 1751,4 Kg / 3m . Bucket yang dirancang memiliki kapasitas 7,7 3m ,

berarti berat material yang ditampung bucket sebesar 13485,78 Kg. Jumlah berat

total bucket( BF ) dan batu kapur ( MF ) dapat diperoleh sebesar 19795 Kg. Secara

sederhana gaya-gaya yang terjadi dapat dilihat pada Gambar 3.4

Gambar 3.4. Gaya Pada Bucket dan Silinder Bucket

Dengan mengasumsikan berat material terpusat di X, dapat dicari besarnya

momen gaya yang ditumpu silinder bucket, dengan persamaan :

( bF + mF ) . BX = sbF . 1aa ...................................................................(3.4)

tanah

1abF + mF

Fsb

D

H

AB

C

I

J

a

X

Page 38: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

25

Dengan persamaan tersebut akan diperoleh gaya yang ditumpu silinder

bucket :

sbF = ( bF + mF ) . BX . ] / 1aa

sbF = [(6309,22 + 13485,78) . 1500] / 300

sbF = 98975 Kg

Gaya tersebut akan ditumpu dua silinder bucket sehingga masing – masing

silinder akan menumpu beban sebesar 49487,5 Kg. Menggunakan persamaan 3.3

perhitungan diameter kepala piston diperoleh sebesar :

49487,5 = 3264

2d

SBd =

4326

5,49487

SBd = 13,90 cm = 139 mm

Dengan panjang langkah piston (stroke) (L) ditentukan 1899 mm, maka

volume minyak yang dibutuhkan dapat diperoleh dengan persamaan :

V = A . L..................................................................................................(3.5)

A = ( /4) . d 2

Menggunakan persamaan 3.5 perhitungan volume minyak yang dibutuhkan

dapat diperoleh yaitu :

V = [ ( /4) . SBd 2 ] . L

V = [( /4) . 139 2 mm] . 1899 mm

V = 28,8 liter

Page 39: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

26

Pada saat tekanan maksimal (p=326 Kg / 2cm ) aliran minyak dari pompa

aQ = 472 liter / menit. Sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mengisi silinder

adalah :

aQ =t

V60.....................................................................................(3.6)

Menggunakan persamaan 3.6 waktu yang dubutuhkan untuk mengisi

silinder diperoleh yaitu :

472 =t

28,860

t = 3,66 detik

Kecepatan batang piston :

t

Lv ......................................................................................................(3.7)

=66,3

9,189

= 51,88 cm /detik = 0,51 m / detik

Daya yang diperlukan piston pada saat aliran minyak maksimal aQ = 472

liter / menit:

P =455

pa Q.............................................................................................(3.8)

P =455

326472= 338 Hp

Page 40: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

27

3.3.4 Perhitungan Batang Piston

Momen yang ditimbulkan pada saat melakukan penetrasi lebih kecil bila

dibandingkan dengan momen yang ditimbulkan saat bucket terisi penuh material.

Momen yang ditimbulkan berat bucket dan material batu kapur 98975 Kg,

direncanakan menggunakan dua silinder maka setiap silinder menumpu

49487,5 Kg, dengan menganggap batang piston dengan panjang 1899 mm dapat

mengalami gaya aksial yang menyebabkan tekukan, maka dihitung besarnya

diameter batang piston agar mampu menahan gaya kritis yang ditimbulkan beban

tersebut, dengan menggunakan persamaan :

K

2

2

S.

I.E.

KLF

...........................................................................................(3.9)

Keterangan :

F = gaya kritis (Kg)

E = modulus elastisitas ( Kg/ 2cm ) untuk bahan baja (E = 2,1 . 610 )

I = momen inersia penampang ( batang bulat I = 4

64d

)

KL panjang tekuk bebas

KL n . L ; dengan :

- n = konstanta (n =1 untuk hubungan sendi)

- L = Panjang batang (cm)

KS angka keamanan nilainya 3-6

49487,5 Kg =3.9,189

64.)10(2.1.

2

462 d

Page 41: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

28

d =63

2

102,1

643189,99487,544

d = 8,5 cm = 85 mm

3.4 Perancangan Arm

Stick untuk menambah jangkauan penggalian yang terpasang pada ujung

boom dan ujung lain terpasang dengan bucket. Arm merupakan bagian yang akan

dirancang setelah bucket, sebab perancangan arm didasarkan pada gaya yang

ditimbulkan oleh bucket. Arm juga digerakan menggunakan sistem hidrolik.

Besarnya gaya yang ditopang silinder arm pada saat bucket terisi material,

besarnya tergantung pada berat bucket, dan berat material. Dengan demikian dapat

diperoleh momen yang ditimbulkan.

Gambar 3.5. Rencana Bentuk Arm

Arm dirancang seperti pada Gambar 3.6, dengan spesifikasi panjang

jangkauan direncanakan 6800 mm, dengan berat stick 6600 Kg. Dengan

spesifikasi tesebut diagram gaya yang ditumpu silinder arm saat penetrasi secara

sederhana dapat dilihat pada Gambar 3.2

Page 42: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

29

3.4.1 Perhitungan Silinder Arm Saat Penetrasi

Gambar 3.2, gaya yang ditimbulkan saat penetrasi ditahan silinder arm

dapat diperoleh dengan persamaan 3.10 :

pF . AD = ssF . Hd ....................................................................................(3.10)

dari persamaan 3.10 diperoleh ssF :

ssF = ( Fp . AD ) / Hd

ssF = ( 1576 . 9800 ) / 670

ssF = 23051,9403 Kg

Perhitungan tersebut menunjukan besarnya gaya minimal yang harus

disediakan silinder bucket untuk melakukan penetrasi, direncanakan digunakan

dua silinder bucket, sehingga setiap silinder akan menumpu gaya sebasar

11525,97015 Kg. Sehingga besarnya diameter kepala piston yang menumpu gaya

tersebut dapat diperoleh dengan persamaan 3.3 yaitu :

11525,97015 = 326 4

2d

ssd =

4326

97015,11525

ssd = 6,71 cm = 67,1 mm

3.4.2 Perhitungan Silinder Arm Saat Bucket Bermuatan

Besar gaya penetrasi dapat menimbulkan momen 1822 Kg ditumpu

silinder arm, saat bucket dengan kapasitas 7,7 3m bermuatan penuh akan

Page 43: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

30

menimbulkan momen lebih besar jika dibandingkan saat penetrasi, sehingga harus

dihitung ulang besar diameter kepala piston yang di gunakan. Secara sederhana

gaya – gaya dapat dilihat pada Gambar 3.6

Gaya yang disebabkan berat bucket dan berat material diasumsikan

terpusat pada X, sehingga dapat dihitung besar gaya yang ditopang silinder arm

dengan persamaan 3.11 :

( bF + mF ) . Dd = ssF . Dc ...........................................................................(3.11)

Gambar 3.6. Gaya yang dialami silinder arm saat bucket bermuatan

a

B

A

C

G

DH

J

I

c

bF + mF

d

1a

ssF

sbF

X

Page 44: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

31

Dengan persamaan 3.11, maka gaya yang ditumpu silinder arm ( ssF ) :

ssF = [( bF + mF ) . Dd ] / Dc

ssF = [(6309,22 + 13485,78) . 3900] / 750

ssF = (19795 . 3900 ) / 750

ssF = 102934 Kg

Gaya tersebut akan ditumpu dua silinder arm sehingga masing – masing

silinder menumpu beban sebesar 51467 Kg. Untuk menyediakan gaya tersebut

dibutuhkan perhitungan diameter kepala piston, perhitungan tersebut

menggunakan persamaan 3.3 yaitu :

51467 = 326 4

2d

ssd =

4326

51467

ssd = 14 cm = 140 mm

Dengan panjang langkah piston (stroke) (L) ditentukan 2120 mm, maka

volume minyak yang dibutuhkan dapat diperoleh dengan persamaan 3.5 :

V = [( /4) . 140 2 ] . 2120

V = 33,4 liter

Pada saat tekanan maksimal (p=326 Kg / 2cm ) aliran minyak dari pompa

aQ = 472 liter / menit. Sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mengisi silinder

dapat diperoleh dengan persamaan 3.6 adalah :

Page 45: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

32

472 =t

33,460

t = 4,2 detik

Kecepatan batang piston persaman 3.7:

4,2

212v

= 50,47cm /detik = 0,504 m / detik

3.4.3 Perhitungan Batang Piston

Momen yang ditimbulkan pada saat melakukan penetrasi lebih kecil bila

dibandingkan dengan momen yang ditimbulkan saat bucket terisi penuh material.

Momen yang ditimbulkan berat bucket dan material batu kapur 102934 Kg,

direncanakan menggunakan dua silinder maka setiap silinder menumpu 51467 Kg,

dengan menganggap batang piston dengan panjang 2120 mm dapat mengalami

gaya aksial yang menyebabkan tekukan, maka dihitung besarnya diameter batang

piston agar mampu menahan gaya kritis yang ditimbulkan beban tersebut, dengan

menggunakan persamaan 3.9 :

51467 Kg =3.212

64.)10(2.1.

2

462 d

d =63

2

102,1

643212146754

d = 10,44 cm = 104 mm

Page 46: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

33

3.5 Perancangan Lengan Boom

Boom merupakan lengan yang dirancang dan direncanakan seperti pada

Gambar 3.9. Lengan boom merupakan peralatan kerja terpasang dengan arm dan

bagian ujung boom lain terpasang pada excavator. Dengan demikian boom

menerima gaya dari berat material, dan bucket. Gaya dari material dan berat

bucket akan menyebabkan momen yang diterima silinder boom menjadi lebih

besar.

3.5.1 Perhitungan Silinder Boom Saat Penetrasi

Masih mengacu saat melakukan penetrasi Gambar 3.3 perhitungan

diameter silinder boom dapat diperoleh, momen yang diterima silinder boom yang

disebabkan gaya penetrasi dapat dicari dengan persamaan 3.12 :

PF . FA1 = sbmF . 1FE .......................................................................(3.12)

Dari persamaan 3.12 diperoleh gaya yang diterima silinder boom (Fsbm) adalah :

sbmF = (Fp . FA1 ) / 1FE

sbmF = (1576. 20600) / 1700

sbmF = 19097 Kg

Page 47: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

34

Gambar 3.7. Perencanaan lengan boom

Gaya minimal yang disediakan silinder boom agar dapat melakukan

penetrasi sebesar 19097 Kg. Direncanakan gaya tersebut akan ditumpu dengan

dua silinder, sehingga setiap silinder akan menopang gaya sebesar 9549 Kg.

Untuk menyediakan gaya tersebut diameter minimal kepala piston yang

digunakan dapat diperoleh menggunakan persamaan 3.3 :

9549 = 326 4

2d

sbmd =

4326

9549

= 6,10 cm = 61,0 mm

3.5.2 Perhitungan Silinder Boom Saat Bucket Bermuatan

Besar gaya penetrasi dapat menimbulkan momen 19097 Kg ditumpu

silinder boom, saat bucket dengan kapasitas 7,7 3m bermuatan penuh akan

menimbulkan momen lebih besar jika dibandingkan saat penetrasi, sehingga harus

dihitung kembali besar diameter kepala piston yang di gunakan. Secara sederhana

gaya – gaya dapat dilihat pada Gambar 3.8.

Page 48: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

35

Gambar 3.8. Gaya yang dialami silinder boom saat bucket bermuatan

Gaya yang disebabkan berat bucket dan berat material diasumsikan

terpusat pada X, sehingga dapat dihitung besar gaya yang ditopang silinder arm

dengan persamaan 3.13 :

( bF + mF ) . bF = sbmF . EF .........................................................................(3.13)

Dengan persamaan 3.13, maka gaya yang ditumpu silinder boom ( sbmF ) :

BA

C

G

D

F

E

H

J

I

bF + mF

ssF

sbmF

b

X

Page 49: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

36

sbmF = [( bF + mF ) . bF ] / EF

sbmF = [(6310 + 13485) . 14700] / 1500

sbmF = 193991 Kg

Gaya tersebut akan ditumpu dua silinder arm sehingga masing – masing

silinder menumpu beban sebesar 96995,5 Kg. Untuk mengatsai gaya tersebut

dibutuhkan perhitungan diameter kepala piston, perhitungan diameter kepala

piston dapat digunakan persamaan 3.3 adalah :

96995,5 = 326 4

2d

sbmd =

4326

5,96995

sbmd = 19cm = 190 mm

Dengan panjang langkah piston (stroke) (L) ditentukan 2650 mm, maka

volume minyak yang dibutuhkan dapat diperoleh dengan persamaan 3.5 :

V = [( /4) . 190 2 ] . 2650

V = 75 liter

Pada saat tekanan maksimal (p=326 Kg / 2cm ) aliran minyak dari pompa

aQ = 472 liter / menit. Sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mengisi silinder

diperoleh dengan persamaan 3.6 adalah :

472 =t

7560

t = 9 detik

Page 50: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

37

Kecepatan batang piston persamaan 3.7 :

9

265v

= 29 cm /detik = 0,29 m / detik

3.5.3 Perhitungan Batang Piston

Momen yang ditimbulkan pada saat melakukan penetrasi lebih kecil bila

dibandingkan dengan momen yang ditimbulkan saat bucket terisi penuh material.

Momen yang ditimbulkan berat bucket dan material tanah 193991 Kg,

direncanakan menggunakan dua silinder maka setiap silinder menumpu 96995,5

Kg, dengan menganggap batang piston dengan panjang 2650 mm dapat

mengalami gaya aksial yang menyebabkan tekukan, maka dihitung besarnya

diameter batang piston agar mampu menahan gaya kritis yang ditimbulkan gaya

tersebut, dengan menggunakan persamaan 3.9 :

96995,5 Kg =3.217

64.)10(2.1.

2

462 d

d =63

2

102,1

6432656995,594

d = 11,90 cm = 119 mm

3.6 Fluida Hydraulic

Fluida Hydraulic yang berwujud minyak olie merupakan bagian yang

sangat penting pada suatu system pesawat hydraulic. Fluida hydraulic dalam

aplikasinya mempunyai tujuan utama yaitu :

Page 51: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

38

1. Sebagai pemindah (penerus) daya

2. Pelumas pada bagian-bagian yang bergesekan

3. Pengisi calah (seal) jarak antara dua bidang yang bergesekan

4. Sebagai pendingin (penyerap) panas

Dalam memilih jenis olie perlu diperhatikan kekentalannya (viskositas).

Fluida hydraulic yang viskositasnya terlalu rendahakan lebih mudah mengalir

daripada fluida yang kental. Kekentalan adalah tahanan yang diberikan fluida

untuk mengalir, karena itu untuk fluida ynag terlalu kental akan memnambah dan

menyebabkan adanya kehilangan daya. Sebaliknya bila terlalu encer juga akan

menyebabkan keausan yang lebih cepat pada bagian yang dilewati.

Pada perencanaan sistem hydraulic,fluida kerja yang digunakan adalah

ISO VG 32 yang mempunyai suhu antara 20˚ C sampai 90˚ C. Yanag pada suhu

40˚ C mempunyai viskositas angka kinematis VG 32 adalah 32cst (viskositas

kinematis) (Sugi Hartono 1988, hal.43)

3.7 Tekanan Kerja Cylinder Hydraulic

Teakanan kerja yang terjadi pada cylinder hydraulic dihitung dengan

persamaan 3.8. (Sugi Hartono, 1988, hal 24)

=

Keterangan :

P = Tekanan (kg/ mm2)

F = Gaya yang bekerja pada cylinder hydraulic (kg)

A = Luas penampang cylinder (mm2)

Page 52: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

39

Dari perhitungan diperoleh gaya yang dibutuhkan untuk menggerakkan lengan

antara lain :

F1 = Gaya pada hydraulic bucket

= 49487,5 Kg

F2 = Gaya pada hydraulic arm

= 51467 Kg

F3 = Gaya pada hydraulic boom

= 96995,5 Kg

Diameter dalam cylinder piston yang direncanakan :

D1 = 140 mm pada hydraulic bucket

D2 = 142 mm pada hydraulic arm

D3 = 191 mm pada hydraulic boom

Maka :

3.7.1 Tekanan kerja pada cylinder hydraulic bucket :

=

= . 2

= .1402

= 15386 mm2

P =,

= 3,216 kg / mm2

Page 53: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

40

3.7.2 Tekanan kerja pada cylinder hydraulic arm :

=

= . 2

= .1422

= 15828,74 mm2

P =.

= 3,251 kg / mm2

3.7.3 Tekanan kerja pada cylinder hydraulic boom :

=

= . 2

= . 1912

= 28637,58 mm2

P =,

,

= 3,387 kg / mm2

Maka :

Tekanan kerja total :

P Total = (3,216 + 3,251 + 3,387)

= 9,854 kg / mm2

= 9,854. 9,81.106 bar

= 96 Bar

Page 54: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

41

Direncanakan tekanan kerja fluida :

P = 200 Bar

= 200 x 105 N / mm2

Sehingga gaya untuk masing-masing hydraulic seperti dalam persamaan 3.9 :

FA = P.A.Thm

FB = P. 0,785.(D2-d2).Thm

Dimana :

FA = Gaya untuk langkah maju

FB = Gaya untuk langkah mundur

D = Diameter dalam untuk cylinder hydraulic

d = Diameter batang torak

Thm = Efisiensi hidrodinamis = 0,98 %

P = Tekanan kerja

Hydraulic bucket :

FA = (200 x 105) x 0.785 x (0, 140)2 x 0,98

= 301565,6 N

FB = (200 x 105) x 0.785 x [(0,140) − (0,64) ] x 0,98

= 7726594,4 N

Hydraulic arm :

FA = (200 x 105) x 0.785 x (0, 142)2 x 0,98

= 310243,304 N

Page 55: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

42

FB = (200 x 105) x 0.785 x [(0,142) − (0,145) ] x 0,98

= 13247,346 N

Hydraulic boom :

FA = (200 x 105) x 0.785 x (0, 191)2 x 0,98

= 561296,66 N

FB = (200 x 105) x 0.785 x [(0,191) − (0,67) ] x 0,98

= 6345478,73 N

3.8 Penentuan tebal dinding cylinder :

Tebal dinding cylinder hydraulic harus mampu menekan tekanan kerja fluida

dengan persamaaan 4 (R.S. Kurni, 1982, hal 184)

t = −

Do = D+2.t

Dimana :

D = Diameter cylinder dalam

Do = Diameter cylinder luar

= Tegangan ijin bahan

t = tebal dinding cylinder

Bahan cylinder diameter baja karbon kontruksi mesin S30 C, dengan

Kekuatan tarik = 48 kg / mm

Kekerasan HB = 137-147 HB

Faktor keamanan Sf = 6

Page 56: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

43

Sehingga tekanan ijin bahan :

=

= 8 Kg / mm2

3.8.1 Tebal dinding cylinder hydraulic bucket :

t = − 1

=,

,− 1

= 57,33 mm ≈ 57 mm

Diameter luar cylinder bucket :

Do = D + 2t

= 140 + 2 x 57,33

= 254,66 mm ≈ 255 mm

Maka diameter luar cylinder bucket yang dipakai 255 mm

3.8.2 Tebal dinding cylinder hydraulic arm :

t = − 1

=,

,− 1

= 59,214 mm ≈ 59 mm

Page 57: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

44

Diameter luar cylinder arm :

Do = D + 2t

= 142 + 2 x 59,214

= 260,42 mm ≈ 260 mm

Maka diameter luar cylinder arm yang dipakai 260 mm

3.8.3 Tebal dinding cylinder hydraulic boom :

t = − 1

=,

,− 1

= 85,472 mm ≈ 85 mm

Diameter luar cylinder boom :

Do = D + 2t

= 191 + 2 x 85,472

=361,944 mm ≈ 362 mm

Maka diameter luar cylinder boom yang dipakai 362 mm

Page 58: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

45

BAB IV

PERAWATAN

4.1. Perawatan pada attachment

Perawatan pada khususnya sangat diperlukan segala jenis alat–alat berat,

hal ini untuk menjaga keawetan umur pakai pada alat-alat berat sehingga dapat

dipergunakan dalam jangaka waktu yang lama. Dalam pemilihan cara perawatan

sangat perlu diperhatikan konstruksi dan kondisi kerja. Tempat pelumasan, dan

lokasi, juga cara pelumasan harus direncanakan atas dasar pengalaman.

4.2 Perawatan pada cylinder hydraulic

Perawatan pada cylinder hydraulic harus diperhatikan agar bekerja dengan

baik. Kerusakan pada cylinder hydraulic jarang terjadi, jika ada kerusakan hanya

pipa-pipa atau seal penyalur minyak hydraulic atau pada kerusakan pompa

hydraulicnya. Oleh karena itu perawatan hydraulicnya harus dilakukan setiap hari

saat akan bekerja atau tidak sedang bekerja.

Page 59: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

46

BAB V

PENUTUP

4.1 Kesimpulan

Dari perhitungan diameter dan batang piston, silinder bucket, silinder stick,

silinder boom saat bucket bermuatan batu kapur dapat disimpulkan :

a. Bucket :

1. Diameter kepala piston silinder : 139 mm

2. Diameter batang piston : 85 mm

3. Diameter dalam cylinder hydraulic :140 mm

4. Tebal dinding cylinder hydraulic : 57,33 mm

5. Diameter luar cylinder hydraulic : 255 mm

b. Arm :

1. Diameter kepala piston silinder : 140 mm

2. Diameter batang piston : 104 mm

3. Diameter dalam cylinder hydraulic : 142 mm

4. Tebal dinding cylinder hydraulic : 59,214 mm

5. Diameter luar cylinder arm 260 mm

Page 60: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

47

c. Boom :

1. Diameter kepala piston silinder : 190 mm

2. Diameter batang piston : 119 mm

3. Diameter dalam cylinder hydraulic : 191 mm

4. Tebal dinding cylinder hydraulic : 85,472 mm

5. Diameter luar cylinder bucket : 362 mm

4.2 Saran

Untuk memperkecil diameter piston dan batang piston salah

satunya dapat dilakukan dengan menambah jumlah silinder.

Page 61: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

48

DAFTAR PUSTAKA

Brosur dan leaflet dari produsen Alat-alat Berat :

Komatsu, Liebherr, Caterpillar.

Ferry Irawan, 1997, Perlengkapan kerja backhoe setara dengan PC 200 LC-6

_____,2004,Pedoman Penulisan Skripsi, Universitas Sanata Dharma,

Yogyakarta.

R.S. Kurni, 1982, A Text Book of Machine Design, Eurasia Publishing House,

LTD, New Delhi.

Rochmanhadi,1987, Alat-alat Berat dan Penggunaannya, Badan Penerbit

Pekerjaan Umum

Sularso, Suga. K., 1985, Dasar Perencanaan dan Pemilihan Bahan Elemen

Mesin, P. T. Pradnya Pramita, Jakarta.

Page 62: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

49

LAMPIRAN

Page 63: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

350

500

700

2675

2400

75

2560

2400

390

2600

150

220

SKALA : 1 : 50

SATUAN : mmTANGGAL : 7 - 6 - 2010

DIGAMBAR :HARI PRASETYO NIM : 045214033DIPERIKSA : WIBOWO K S.T, M.T.

A4FAKULTAS SAINS & TEKNOLOGI USD

KETERANGAN

BUCKET 1

Page 64: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

945

150245

945

445

280

150

150

200200

250250

SKALA : 1 : 70

SATUAN : mmTANGGAL : 7 - 6 - 2010

DIGAMBAR :HARI PRASETYO NIM : 045214033DIPERIKSA : WIBOWO K S.T, M.T.

A4FAKULTAS SAINS & TEKNOLOGI USD

KETERANGAN

STICK 2

Page 65: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

1900

1501600

9200

1200

350900

300

200

300

150

SKALA : 1 : 100

SATUAN : mmTANGGAL : 7 - 6 - 2010

DIGAMBAR :HARI PRASETYO NIM : 045214033DIPERIKSA : WIBOWO K S.T, M.T.

A4FAKULTAS SAINS & TEKNOLOGI USD

KETERANGAN

BOOM 3

Page 66: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

300

300

255

140

150

150

R150

R150

1900495 200

SKALA : 1 : 30

SATUAN : mmTANGGAL : 1 - 8 - 2010

DIGAMBAR :HARI PRASETYO NIM : 045214033DIPERIKSA : WIBOWO K S.T, M.T.

A4FAKULTAS SAINS & TEKNOLOGI USD

KETERANGAN

SILINDER BUCKET

Page 67: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

300

300

200

260

142

R150

150

150

1900350

SKALA : 1 : 30

SATUAN : mmTANGGAL : 1 - 8 - 2010

DIGAMBAR :HARI PRASETYO NIM : 045214033DIPERIKSA : WIBOWO K S.T, M.T.

A4FAKULTAS SAINS & TEKNOLOGI USD

KETERANGAN

SILINDER ARM

Page 68: PERANCANGAN BACKHOE EXCAVATOR UNTUK MATERIAL BATU …

300

362

191

R150150

150

R150

2100500

SKALA : 1 : 30

SATUAN : mmTANGGAL : 1 - 8 - 2010

DIGAMBAR :HARI PRASETYO NIM : 045214033DIPERIKSA : WIBOWO K S.T, M.T.

A4FAKULTAS SAINS & TEKNOLOGI USD

KETERANGAN

SILINDER BOOM