0615040028_merril Leilani Pratiwi_tugas Perancangan 1.docx

TUGAS PERANCANGAN 1 DOUBLE GIRDER OVERHEAD CRANE

Merril Leilani Pratiwi 0615040028

TEKNIK DESAIN & MANUFAKTUR POLITEKNIK PERKAPALAN NEGERI SURABAYA 2016

HALAMAN PENGESAHAN

Judul

: Perancangan Double Girder Overhead Crane

Penulis

:

a. Nama Lengkap

: Merril Leilani Pratiwi

b. NRP

: 0615040028

c. Program Studi

: Teknik Desain dan Manufaktur

d. Alamat

: Jl. Gebang Lor No. 66, Sukolilo

e. Nomor HP

: 085746908797

f. Alamat surel (e-mail)

: [email protected]

Mengetahui Dosen Tugas Perancangan 1

Penulis

Budianto, ST, M.T.

Merril Leilani Pratiwi

NIP. 1982090220101210003

NRP. 0615040028

Form Penilaian

Narasi

Perhitungan

Gambar

Akurasi

I.

DATA TEKNIS Dalam perencanaan pesawat angkat yaitu overhead crane terdapat data ukuran teknis yang diambil dari salah satu katalog double

girder overhead crane yaitu MUNCK TOTAL CRANE SYSTEMS: Manufacturers of Overhead Cranes and Hoists dan DEMAG: Cranes and Components. Dengan data ukuran sebagai berikut: Kapasitas (SWL)

: 50 ton

Span

: 100 ft. : 30,5 m ≈ 31 m

Tinggi Lifting

: 58 ft. : 17,69 m ≈ 18 m

Kecepatan Angkat

: 0,056 m/s

Kecepatan Transversal : 0,42 m/s Kecepatan Journey

: 0,67 m/s

\

Gambar 1.1. Data Katalog DEMAG: Cranes and Components

Untuk data kecepatan angkat, kecepatan transversal, serta data kecepatan journey digunakan data dari katalog DEMAG: Cranes and

Components. Sedangan untuk data panjang span dan tinggi lifting digunakan data dari katalog MUNCK TOTAL CRANE SYSTEMS:

Manufacturers of Overhead Cranes and Hoists.

Gambar 1.2. Data Katalog MUNCK TOTAL CRANE SYSTEMS:

Manufacturers of Overhead Cranes and Hoists Berikut ini adalah keterangan mengenai data teknis yang digunakan dalam perancangan Double Girder Overhead Crane SWL 50 ton: 

Kapasitas (SWL) SWL merupakan beban Kerja Aman, beban maksimum yag ditanggung oleh sling pada saat benda diangkat secara tidak langsung karena adanya pengikatan pada benda.



Span Span adalah panjang girder atau panjang yang tidak ditumpu oleh struktur lain. Atau dapat diketahui merupakan lintasan hoist.



Lifting Height atau Tinggi Angkat Lifting Height atau Tinggi Angkat merupakan kemampuan total tinggi angkat dari suatu crane untuk mengangkat beban. Dapat dihitung dengan (tinggi crane – tinggi balok + tinggi hook).



Lifting Speed atau Kecepatan Lifting Lifting Speed atau Kecepatan Lifting adalah kemampuan kecepatan crane untuk mengangkat suatu beban dengan menggunakan hoist.

Apabila semakin cepat kecepatan angkat, maka daya motor dan listrik yang dibutuhkan juga akan berbanding lurus yaitu semakin besar (bergerak ke arah vertikal, naik – turun). 

Trolley Speed atau Kecepatan Troley Trolley Speed atau Kecepatan Troley merupakan kemampuan kecepatan suatu trolley / hoist (block + hook) untuk melakukan pergeseran (bergerak ke arah horizontal, kanan – kiri).



Journey Speed atau Kecepatan Journey Journey Speed atau Kecepatan Journey yaitu kemampuan kecepatan suatu crane untuk bergerak atau berpindah tempat (bergerak maju – mundur).

II. DATA HOIST Data hoist dapat ditentukan melalui besar SWL pada data ukuran teknis. Data hoist harus memiliki capacity yang sama dengan SWL atau lebih besar maksimal 3 ton dari besar SWL yang terdapat pada data ukuran teknis.

Pada perencanaan overhead crane ini data hoist

diperoleh dari MUNCK TOTAL CRANE SYSTEMS: Manufacturers

of Overhead Cranes and Hoists.

Gambar 2.1. Data Hoist Katalog MUNCK TOTAL CRANE

SYSTEMS: Manufacturers of Overhead Cranes and Hoists

III. DATA MATERIAL Tabel 3.1. Data Teknis Material ASTM A36 Structural Carbon Steel u

400 – 550 MPa

y

250 MPa

E Density Poissons ratio Є

200 GPa 7,85 gr/cm3 0,26 0,0003

Gambar 3.1. Grafik Tegangan - Renggangan Keterangan : 

σu : Ultimate Strength, merupakan tegangan maksimum dari suatu material yang material tersebut dapat

menahan pada saat diregangkan atau ditarik sebelum terjadinya patah. 

σy : Yield Strength, merupakan tegangan luluh. Tegangan yang dibutuhkan untuk menghasilkan sejumlah kecil deformasi plastis yang ditetapkan. Titik awal sebuah material terdeformasi secara plastis.



E : Elastic, kecenderungan bahan padat atau material untuk kembali ke bentuk semula setelah terdeformasi.



Ɛ : Elongation, adalah nilai regangan pada suatu material.

Material yang digunakan dalam perancangan double girder

overhead crane ini adalah ASTM A36 Structural Carbon Steel. Dengan data material yang didapatkan dari katalog ASTM A36 Mild/Low

Carbon Steel: Written by AZoM

Gambar 3.2. Komposisi Kimia Material

Gambar 3.3. Data Fisik dan Kekuatan Mekanik Material

Gambar 3.4. Data Perlakuan Panas Material IV. PERHITUNGAN STRUKTUR MAIN GIRDER

Main Girder yang dimaksud adalah profil yang ditumpu pada sisi kanan dan sisi kirinya oleh End Truck. Digunakan lintasan oleh hoist. Dan mengalami pembebanan tepat di bagian tengah. F

F

Gambar 4.1. Skema Pembebanan Pada Double Girder Overhead Crane 1. Pembebanan Pada Main Girder Besar dari beban ini yang akan ditanggung oleh girder pada Overhead Crane, pada perencanaan crane ini menggunakan jenis

Double Girder. Sehingga untuk beban yang ditanggung oleh girder dapat dihitung dengan menggunakan persamaan: Wbeban : SWL + Whoist : 50 ton + 7.425 lbs : (50.000 + 3.367,92) kg : 53.367,92 kg

2. Beban Over Loading

l

P

P

R

R

x

x

Gambar 4.2. Skema Pembebanan dan Gaya Reaksi Pada Double Girder Overhead Crane Pada perhitungan rencana profil main girder ini diasumsikan menggunakan single girder. Sehingga pembebanannya akan tampak seperti gambar di bawah ini:

l P

R

R 𝒍 𝟐

𝒍 𝟐

Gambar 4.3. Skema Pembebanan dan Gaya Reaksi Pada Satu Girder Besar beban overloading yang ditanggung oleh main girder adalah beban dari hook, blash, slink, safety factor yang dilebihkan sebesar 20%.

Woverloading : 1,2 x Wbeban : 1,2 x 53.367,92 kg : 64.041,50 kg Setelah diketahui besar beban overloading (Woverloading), selanjutnya dihitung gaya desain (Fdesain). Fdesain : 0,5 x Woverloading x g : 0,5 x 64.041,5 x 9,81 : 314.123,58 N : 314,13 kN 3. Gaya-gaya yang Terjadi a. Gaya Geser Gaya geser secara numerik adalah jumlah aljabar dari semua komponen vertikal gaya – gaya luar yang bekerja pada segmen yang terisolasi, tetapi dengan arah yang berlawanan, dinotasikan dengan V. Penentuan gaya geser pada sebuah irisan balok memenuhi syarat keseimbangan statis pada arah vertikal. V=R

=

𝐹𝑑𝑒𝑠𝑎𝑖𝑛

=

314,13

4 4

= 78,53 k.N Keterangan: V=R

= Gaya Geser (N atau k.N)

Fdesain

= Gaya yang bekerja pada girder (N atau k.N)

l P

R

R 𝒍 𝟐

𝒍 𝟐

V

Sheer V Gambar 4.4. Skema Gaya Geser pada Perancangan Overhead Crane b. Momen Maksimum Mmax = =

𝐹𝑑𝑒𝑠𝑎𝑖𝑛 𝑥 𝑙 4 78,53 𝑥 31.000 4

= 2.434.457,72 kN.mm Keterangan: Fdesain

= Gaya yang bekerja pada girder (N atau k.N)

l

= Panjang span (m atau mm)

l P

R

𝒍 𝟐

𝒍 𝟐

R

V V

Mmax

Sheer

Gambar 4.5. Skema Momen Maksimum c. Tegangan Maksimum

Gambar 4.6. Grafik Tegangan σa = =

σy 𝑆𝐹 𝑥 𝑘 250 1,5 𝑥 𝑘

= 166,67 N/mm2

Keterangan: σa

= Tegangan ijin (N/mm2)

σy

= Tegangan yield (N/mm2)

SF

= Safety Factor (1,5)

k

= Faktor koreksi material (1)

d. Modulus Profil Wreq = =

Mmax σa 2.434.457,72 kN.mm 166,67

N 𝑚𝑚2

= 14.606,75

kN.mm 10−3 𝑘𝑁 𝑚𝑚2

𝑚𝑚2

= 14.606,75 kN. mm x 10−3 𝑘𝑁 = 14.606,75 x 103 mm3 = 14.606,75 cm3 Wmax = 4 x Wreq = 4 x 14.606,75 = 58.426,99 cm3 Dengan ketentuan: Wreq = Modulus yang harus dimiliki oleh girder (cm3) Mmax = Momen Maksimum (N.mm) a

= Tegangan ijin material (MPa)

e. Rencana Ukuran Profil Main Girder Setelah melakukan perhitungan diperoleh nilai dari modulus requirment (Wreq) atau merupakan modulus yang diperlukan untuk menahan suatu beban dan harus terpenuhi. Maka selanjutnya untuk mencari ukuran atau dimensi dari profil

girder pelintang sisi (Main Girder) dapat membandingkan besar nilai dari Modulus Requirment (Wreq) dengan Modulus Aktual (Wact). Dengan ketentuan Modulus Aktual (Wact) harus lebih besar dari Modulus Require (Wreq), dengan nilai maksimum empat kali Wreq. 860

20

I

III

760

II

20

IV

Gambar 4.7. Sketsa Profil Main Girder (dalam mm) Tabel 4.1. Ukuran dan Luas Penampang Profil No.

Profil

b (mm)

h (mm)

A (mm2)

1.

Profil I

860

20

17.200

2.

Profil II

20

760

15.200

3.

Profil III

20

760

15.200

4.

Profil IV

860

20

17.200

f. Modulus Actual Profil Tabel 4.2. Inersia Profil Jarak A Netral No. (mm2) (d) (mm2) 1 2 3 4

17.200 15.200 15.200 17.200

𝒃𝒉𝟑 𝟏𝟐 (mm3)

390 573.333,33 0 731.626.666,67 0 731.626.666,67 390 573.333,33

2.616.120.000 0 2.616.120.000 ∑

Wact

𝒃𝒉𝟑 𝟏𝟐

=

∑

=

6.269.996.666,67

𝒃𝒉𝟑

Ad2 (mm3)

𝒃𝒉𝟑 𝟏𝟐

+ 𝑨𝒅𝟐

+ Ad2 (mm3)

𝟏𝟐

2.616.693.333,33 731.626.666,67 731.626.666,67 2.616.693.333,33 6.696.640.000,00

+ 𝐀𝐝𝟐

𝒚𝒚 450

= 14.881.422,22 mm3 = 14.881,42 cm3 4. Defleksi a. Gaya Geser R= V = =

F 4 314.123,58 4

= 78,53 N Keterangan: R : V : Gaya Geser (N) F

: Gaya yang bekerja pada girder (N)

b. Defleksi Maksimum ∆max = =

𝐹.𝑙3 48𝐸𝐼 314.123,58 𝑥 31.0003 48 𝑥 200.000 𝑥 13.299.200.000,00

= 73,2974499561 mm

Keterangan: ∆max : Defleksi Maksimum (mm3) F

: Gaya yang bekerja pada girder (N)

l

: Panjang span (mm)

E

: Modulus elastisitas material (MPa)

I

: Inersia rencana profil (mm)

c. Massa Profil Desinty material

: 7,85 gr/cm3 860

III

II

IV

20

760

20

I

Gambar 4.8. Sketsa Profil Main Girder (dalam mm) Tabel 4.3. Massa Profil Main Girder No.

Profil

p

l

860

20

(mm) (mm) 1.

Profil I

(mm)

t

Desinty (kg/mm3)

Massa (W) (kg)

31.000

7,85 x 106

4.185,62

106

3.698,92

2.

Profil II

20

760

31.000

7,85 x

3.

Profil III

20

760

31.000

7,85 x 106

3.698,92

31.000

106

4.185,62

4.

Profil IV

860

20 Total

7,85 x

15.769,08

F = Wxg = 15.769,08 x 9,81 = 154.694,67 N d. Gaya Akibat Beban Merata 

Beban Merata

l q

R

R

Gambar 4.9. Ilustrasi Beban Merata Beban merata adalah beban yang bekerja menyentuh bidang konstruksi yang cukup luas yang tidak dapat diabaikan.

Beban

beban/panjang.

Pada

ini

dinyatakan

perhitungan

ini

dalam beban

satuan merata

menggunakan satuan N/mm, dengan perhitungan sebagai berikut: q = =

𝐹 𝑙 154.694,67 31.000

= 4,9901508 N/mm

Keterangan: q : Beban merata (N/mm) F : Beban terpusat yang ditanggung girder (N) l : Panjang konstruksi (mm) (dalam hal ini adalah span) 

Gaya Geser

l q

R

R 𝒍 𝟐

𝒍 𝟐

V Sheer

V Gambar 4.10. Skema Gaya Geser Pada Beban Merata Gaya geser pada beban merata dapat ditentukan dengan persamaan: R =V= =

𝑞𝑥𝑙 2 4,9901508 x 31.000 2

= 77.347,34 N

Dengan: R : V : Gaya geser (N) q : Beban merata (N/mm) l : Panjang Konstruksi (mm) (dalam hal ini panjang span) Momen Maksimum

l q

R

𝒍 𝟐

𝒍 𝟐

R

V Sheer

V Mmax



Gambar 4.11. Skema Momen Maksimum Pada Beban Merata Momen maksimum yang bekerja pada sebuah struktur yang dikenai beban merata dapat ditentukan dengan persamaan:

𝑞 𝑥 𝑙2

Mmax =

8 4,9901508 𝑥 31.0002

=

8

= 599.441.864,85 (N.mm) Keterangan: Mmax : Momen Maksimum (N.mm)



q

: Beban merata pada girder (N/mm)

l

: Panjang span (mm)

Defleksi Maksimum ∆max = =

5𝑞𝑙4 384𝐸𝐼 5 𝑥 4,9901508 𝑥 31.0004 384 𝑥 200.000 𝑥 6.696.640.000

= 44,80 mm Keterangan: ∆max : Defleksi Maksimum (mm3)



q

: Beban merata pada girder (N/mm)

l

: Panjang span (mm)

E

: Modulus elastisitas material (MPa)

I

: Inersia rencana profil (mm)

Tegangan Available σau = =

Mmax 𝑊𝑎𝑐𝑡 599.441.864,85 14.881.422,22

= 40,28 N/mm2 Keterangan: σau = Tegangan yang diijinkan (N/mm2) Mmax = Momen maksimum (N.mm) Wact = Modulus Aktual (mm3)

V. PERENCANAAN END TRUCK 1. Massa End Truck Dalam menentukan ukuran end truck pada overhead crane terlebih dahulu harus dihitung massa dari end truck tersebut agar perencanaan modulus profil tidak terlalu besar dan tidak juga tidak terlalu kecil. Massa end truck dapat ditentukan dengan persamaan di bawah ini: W1

= Massa main girder = 15.769,08 kg

W2

=

𝑆𝑊𝐿 + 𝐻𝑜𝑖𝑠𝑡 + 𝑂𝑣𝑒𝑟𝑙𝑜𝑎𝑑

=

50.000 + 3.367,92 + 64.041,50

2 2

= 58.704,71 kg Wend truck = W1 + W2 = 15.769,08 + 58.704,71 = 74.473,79 kg 2. Gaya-gaya yang Terjadi a. Gaya pada End Truck Gaya yang terjadi pada End Carriage dapat dihitung dengan perkalian antara massa End Carriage dengan percepatan gravitasi, persamaannya yaitu: Fend truck = Wend truck x g Dimana: Fend truck : Gaya yang bekerja pada end truck (N) Wend truck : Massa end truck (kg) g

: Perscepatan gravitasi (m/s2)

Sehingga gaya yang bekerja pada end truck dapat dihitung sebagai berikut: Fend truck = Wend truck x g = 74.473,79 x 9,81 = 730.587,90 N b. Momen Maksimal Pada End Truck Pada perancangan double girder overhead crane, harus direncanakan terlebih dahulu jarak antara roda end truck dangan

main girder. Rencana jarak antar girder adalah sebagai berikut:

l = 4.572 mm P

a = 1.300 mm

P

a = 1.300 mm

Gambar 5.1. Skema Pembebanan Pada End Truck Sehingga persamaan yang digunakan untuk menentukan momen maksimum pada perencanaan profil end truck adalah sebagai berikut Mmax = F.a Dimana Mmax : Momen maksimum (N.mm) F

: Gaya yang bekerja pada end truck (N)

a

: Jarak antara tumpuhan dan beban (mm)

Sehingga besar momen maksimum adalah sebagai berikut: Mmax = F.a = 730.587,90 x 1.300 = 949.764.269,38 N.mm

l P

P

R

R

V Sheer

V

a

Mmax

a

Moment Gambar 5.2. Skema Pembebanan Momen Maksimum Pada End Truck c. Tegangan Ijin Tegangan ijin untuk profil end truck sama dengan tegangan ijin pada main girder karena material yang digunakan sama dengan material untuk main girder.

Gambar 5.3. Grafik Tegangan σa = =

σy 𝑆𝐹 𝑥 𝑘 250 1,5 𝑥 𝑘

= 166,67 N/mm2 Keterangan: σa

= Tegangan ijin (N/mm2)

σy

= Tegangan yield (N/mm2)

SF

= Safety Factor (1,5)

k

= Faktor koreksi material (1)

d. Modulus yang Dibutuhkan Wreq

=

Mmax

=

949.764.269,38 N.mm

σa 166,67

N 𝑚𝑚2

= 5.698.585,62

N.mm N 𝑚𝑚2

= 5.698.585,62 N. mm x = 5.698.585,62mm3 = 5.698,586 cm3

𝑚𝑚2 𝑁

Wmax

= 4 x Wreq = 4 x 5.698,586 = 22.794,34 cm3

Dengan ketentuan: Wreq

= Modulus yang harus dimiliki oleh girder (cm3)

Mmax

= Momen Maksimum (N.mm) = Tegangan ijin material (MPa)

a

e. Rencana Ukuran Profil End Truck Setelah melakukan perhitungan diperoleh nilai dari modulus requirment (Wreq) atau merupakan modulus yang diperlukan untuk menahan suatu beban dan harus terpenuhi. Maka selanjutnya untuk mencari ukuran atau dimensi dari profil girder pelintang sisi (End Truck) dapat membandingkan besar nilai dari Modulus Requirment (Wreq) dengan Modulus Aktual (Wact). Dengan ketentuan Modulus Aktual (Wact) harus lebih besar dari Modulus Require (Wreq), dengan nilai maksimum empat kali Wreq.

40

400

40

400

Gambar 5.4. Sketsa Profil End Truck (dalam millimeter)

Tabel 4.1. Ukuran dan Luas Penampang Profil

1.

Profil I

600

60

A (mm2) 16.000

2.

Profil II

60

600

16.000

3.

Profil III

60

600

16.000

4.

Profil IV

600

60

16.000

No.

Profil

b (mm)

h (mm)

f. Modulus Aktual Profil End Truck

g. Ds 3. SCX A. R3fewfcwe