Analisa Roller Pada Belt Conveyor Menggunakan Metode Elemen Hingga [PDF]

Citation preview

Jurnal SIMETRIS, Vol…. No…. Desember 2018 ISSN: 2252-4983



ANALISA ROLLER PADA BELT CONVEYOR MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA Safila Bachtiar Lutfi Fakultas Teknik, Program Studi Teknik Mesin Universitas Muria Kudus Email: [email protected] Masruki Kabib Fakultas Teknik, Program studi Teknik Mesin Universitas Muria Kudus Email : [email protected] ABSTRAK Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi merupakan sebuah aspek kehidupan yang harus terpenuhi mengikuti perkembangan tarap hidup manusia. Kemajuan teknologi diberbagai bidang kehidupan manusia terdorong oleh semakin kompleknya kebutuhan manusia sehingga diharapkan penerapan teknologi dapat memberi banyak kemudahan dan manfaat bagi kehidupan manusia. Di samping itu, permintaan manusia selalu berubah-ubah dan keinginan manusia yang tidak terbatas menyebabkan para peneliti semakin gencar melakukan inovasi karya ciptanya, sehingga semakin efektif dan efisien serta memenuhi kebutuhan manusia. Penelitian ini bertujuan untuk membuat kemudahan bagi pengguna tanpa harus susah payah menghitung untuk mendesain roller belt conveyor dengan beban merata, dengan menggunakan software gambar autodesk inventor proffesional 2015, yang dapat membangun program perhitungan desain roller belt conveyor dengan otomatis,cepat dan akurat, sebelum itu rumus pendukung harus di teliti dahulu sebelum digunakan, maka peneliti melakukan perhitungan manual yang sesuai. Setelah itu menggambar di program autodesk inventor proffesional 2015 kemudian di simulasi.Tujuan Analisa Roller Menggunakan Metode Elemen Hingga adalah menganalisa bagian part dari mesin belt conveyor dimana berfungsi sebagai pemindah barang yang akan ditransportasikan. Metodologi dari Analisa Roller Belt Conveyor Menggunakan Metode Elemen Hingga adalah membuat konsep rencana desain, , perhitungan volume roller, perhitungan massa roller, perhitungan inersia roller, perhitungan torsi roller kemudian penentuan standart komponen, gambar kerja dan analisis menggunakan software autodesk inventor proffesional 2015. Hasil dari Analisa Roller Belt Conveyor Menggunakan Metode Elemen Hingga adalah roller conveyor diameter 50 mm, massa 3,14 kg, momen inersia 0,00098125 m, dan torsi 0,000196 Nm. Kata kunci: roller,belt conveyor. ABSTRACT This study aims to make convenience for the user without having to laboriously calculate to design a roller belt conveyor with a uniform load, using the autodesk image proffesional inventory software 2015, which can build a roller belt conveyor design program with automatic, fast and accurate, before that formula supporters must be carefully first before use, then the researchers perform manual calculations accordingly. After that draw on autodesk program proffesional inventory 2015 then in simulation.The purpose of the Roller Analysis Using Finite Element Method is to analyze the part part of the conveyor belt machine which functions as the transferer of goods to be transported. The methodology of the Roller Belt Conveyor Analysis Using Finite Element Methods is to draft a design plan, roller volume calculation, roller mass calculation, roller inertia calculation, roller torque calculation and then standard component determination, working drawings and analysis using autodesk proffesional inventory software 2015. Results from Analysis of Roller Belt Conveyor Using Finite Element Method is 50 mm diameter conveyor roller, 3.14 kg mass, moment of inertia 0.00098125 m, and torque 0.000196 Nm Keywords: roller, conveyor.



1



Jurnal SIMETRIS, Vol…. No…. Desember 2018 ISSN: 2252-4983 1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Perencanaan pembuatan part harus di perhitungkan, dari perhitungan gaya yang ada, pemilihan dimensi yang sesuai, dan pemilihan bahan yang kuat dan awet maka teori dasar perencanaan dan pemilihan bahan dan proses harus di aplikasikan Biasanya teori ini dapat dilakukan secara perhitungan manual, tetapi di era modern ini perhitungan tersebut dapat di permudah dengan perhitungan otomatis, salah satunya dengan program perhitungan hasil dari pemrograman Autodesk Inventor Proffesional, dan dengan pemrograman aplikasi simulasi menggunakan pemodelan gambar tiga dimensi benda nyata di dalam komputer. Perhitungan perencanaan ini sangat berguna untuk meningkatkan kualitas, efisiensitas, dan efektivitas suatu part, dengan beberapa aplikasi yang dapat mempermudah perhitungan tersebut diharapkan dapat membantu industri lokal dalam meningkatkan kualitas, efisiensitas hasil produksi pembuatan part, guna meningkatkan daya saing produk industri lokal terhadap industri asing maka metode perencanaan ini harus di aplikasikan. Metode perencanaan ini diteliti dan dianalisa supaya mudah di aplikasikan di industri lokal. Perhitungan yang telah di jelaskan adalah untuk memudahkan industri lokal, baik dalam segi efisiensitas maupun dalam meningkatkan kualitas produknya, meningkatnya kualitas produk yang berupa part pada umumnya dan poros penggerak roda pada khususnya, maka performa part di dalam unit mesin akan lebih baik, dengan demikian menggunakan mesin akan lebih baik, kuat, dan tahan lama, karena part yang sudah ditingkatkan kualitasnya tidak akan mengalami kegagalan fungsi dan tidak akan rusak dengan mudah, maka pengguna bisa tenang dalam mengoperasikan mesinnya. Oleh karena itu, tugas akhir ini akan melakukan perhitungan secara manual dan otomatis, yang kemudian formula perhitungan tersebut dijadikan program, yang mana dapat berfungsi sebagai simulasi pemilihan bahan, bentuk/dimensi dan proses yang berguna bagi industri lokal dalam meningkatkan kualitas produksinya.Penelitian ini bertujuan untuk merencanakan desain roller, menghitung roller dengan menggunakan metode elemen hingga, melakukan simulasi desain roller Berdasarkan pendahuluan dan tujuan diatas, penelitian ini berkonsentrasi pada Roller yang didesain pada mesin belt conveyor, Perhitungan roller secara manual dan menggunakan software autodesk inventor proffesional 2015. 1.2 Tinjaun Pustaka 1.2.1 Belt Conveyor Belt Conveyor atau conveyor sabuk adalah media pengangkutan yang digunakan untuk memindahkan muatan dalam bentuk satuan atau tumpahan, dengan arah horizontal atau membentuk sudut inklinasi dari suatu sistem operasi yang satu ke sistem operasi yang lain dalam suatu jalur proses produksi, yang menggunakan sabuk (Belt) sebagai penghantar muatannya (Zainuri, 2006). Kelebihan dari transportasi dengan Belt Conveyor antara lain bekerja secara otomatis, mudah dalam memulai operasi dan terus beroperasi secara terus menerus. Belt Conveyor hampir tidak memiliki waktu jeda atau istirahat ketika beroperasi, tidak terganggu oleh cuaca buruk, yang sering mengganggu truk pengangkutan. Belt Conveyor juga membutuhkan tenaga kerja yang jauh lebih sedikit dibandingkan alat transportasi konvensional seperti truk (Hartman, 1992). 1.2.2 Roller Roller dipergunakan sebagai tumpuan belt pada ujung conveyor, roller diletakkan pada ujung dimana penggerak diterapkan dipergunakan roller penggerak, dan ujung ujung belakang (tail). Dalam pemilihan belt yang tepat diperlukan pula perhitungan roller yang tepat. Ada beberapa macam tipe roller yang pada dasarnya konstruksi roller tersebut sama saja, yang membedakan adalah ukuran silinder baja yang ditumpu pada poros dan bantalan. Roller mempunyai fungsi sebagai pemindah barang yang akan ditransportasikan. Saat roller berputar diupayakan tidak bergetar agar tidak merusak barang yang ditransportasikan. Dimensi roller juga harus sama agar barang yang diangkut tidak tersendat dan roller dapat menumpu barang dengan sempurna. Roller pada sistem roller conveyor mempunyai perhatian khusus karena merupakan komponen yang paling utama dalam sistem ini. Sehingga desain dan perawatan pada roller harus mendapatkan perhatian yang lebih utama. Berikut desain komponen roller conveyor yang dianalisis di mata kuliah metode elemen hingga Komponen roller sendiri adalah terdiri dari pipa, rumah bearing, seal, poros, snapring, C-ring, dan bantalan. Susunan komponen tersebut seperti Gambar 1 dibawah



2



Jurnal SIMETRIS, Vol…. No…. Desember 2018 ISSN: 2252-4983



Gambar 1. Roller Conveyor 2.



a.



b. c.



d. e.



f.



METODOLOGI PENELITIAN



Gambar 2.1 Diagram Alir Penelitian Pengumpulan data sebelumnya. Pada tahap ini, mengumpulkan data – data terkait pegas daun. Sehingga data yang diambil benar-benar akurat dengan data sebelumnya. Analisa awal data sebelumnya Pada tahap ini, melakukan analisa awal dari produk pegas daun. Melakukan penggambaran teknik Pada tahapan ini, perancangan/penggambaran komponen pegas daun pada software inventor untuk diproses pada tahap pengujian. Analisa kekuatan material Menentukan posisi tegangan terbesar dimana pada posisi ini akan terjadi awal kerusakan/kegagalan. Analisa kekuatan dari poros roda dengan metode Elemen Hingga Menganalisa kekuatan dari produk pegas daun dimana pada tahap ini pegas akan dilakukan perhitungan tegangan dengan menggunakan metode Elemen hingga. Membandingkan antara perhitungan dengan metode Elemen Hingga dan dengan menggunakan software Inventor. 3



Jurnal SIMETRIS, Vol…. No…. Desember 2018 ISSN: 2252-4983 Setelah didapat data yang akurat kita akan membandingkan antara kedua pengujian yang telah dilakukan, sehingga hasil yang didapat sesuai dengan data yang ingin diperoleh.



3. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 3.1 Perancangan Roller Conveyor



Gambar 3.1 Perancangan Roller Conveyor Diperlihatkan pada gambar 3.1 diatas roller conveyor berperan sebagai pengantar belt untuk berputar sehingga menghasilkan kecepatan linier. Roller conveyor dirancang sebagai berikut : 1.



Volume Roller Dalam perhitungan volume roller ini didasarkan pada data sebagai berikut : Diameter roller = 50 mm tebal roller = 200 mm 1. Perhitungan volume roller (V) menggunakan rumus :



V   .r 2 . t



(1)



Dengan : r = jari – jari roller (mm) t = tebal roller (mm) Maka : V   .r 2 . t   .252.200  392500 mm3  0, 0003925 m3 Jadi volume roller pada conveyor yang dibutuhkan yaitu 0,0003925 m3.



2.



Massa Roller Dalam perhitungan massa roller ini didasarkan pada data sebagai berikut: Volume roller = 0,0003925 m3 Massa jenis stanlis steel = 8000 kg/m3 1. Perhitungan massa roller (m) menggunakan rumus :



m



  .V



Dengan : V = volume roller (mm3) ρ = massa jenis belt (kg/mm3) Maka : 4



(2)



Jurnal SIMETRIS, Vol…. No…. Desember 2018 ISSN: 2252-4983   .V  8000. 0, 0003925



m



 3,14 kg



3.



Jadi massa roller pada conveyor yaitu 3,14 kg. Inersia Roller Dalam perhitungan Inersia roller ini didasarkan pada data sebagai berikut : Jari-jari roller = 0,025 m Massa roller = 3,14 kg Perhitungan Inersia roller (i) menggunakan rumus :



i







1



2



.m.r2 (3)



Dengan : r = jari-jari roller (m) m = massa roller (kg) Maka :



i







1







1



2



.m.r2



2



.3,14.0, 0252



 0, 000981125 kg .m Jadi Inersia roller pada conveyor yaitu 0,000981125 kg.m . 4.



Torsi Roller Dalam perhitungan torsi roller ini didasarkan pada data sebagai berikut: Kecepatan putar= 114,6 rpm 1.



Perhitungan kecepatan sudut



t



t



2. . n  60



menggunakan rumus : (4)



Dengan : n = kecepatan putar (rpm) Maka : 2. . n t  60 2.3,14.114, 6  60 719, 668  60  11,9948 rad s



Jadi kecepatan sudut roller yaitu 11,9948 rad/s. 2.



Percepatan sudut roller



  t t











menggunakan rumus : (5)



Dengan : ω t = kecepatan sudut (rad/s) t = waktu (s) Maka : 



3.



t t 11, 9948  60 0,199913 rad / s 2 



Jadi sudut roller pada conveyor yang dibutuhkan yaitu 0,199913 rad. Perhitungan torsi roller (T) menggunakan rumus :



T



 i .



(6)



Dengan : 5



Jurnal SIMETRIS, Vol…. No…. Desember 2018 ISSN: 2252-4983 I = inersia roller (m) α = Percepatan sudut roller (rad/s2) Maka :



T



 i .  0, 00098125.0,199913  0, 000196 Nm



Jadi roller conveyor, diameter 50 mm, massa 3,14 kg, momen inersia 0,00098125 m, dan torsi 0,000196 Nm



3.2 Hasil Simulasi Pada proses ini roller belt conveyor terkena beban merata yang diatasnya terdapat beban dari belt sendiri dan beban berat yang ada diatas belt. Simulasi ini menggunakan autodesk inventor. Pada proses ini matrial yang di tentukan dijelaskan pada tabel 3.1 dibawah Name General



Stress



Tabel 3.1 Material Roller Stainless Steel Mass Density Yield Strength



8 g/cm^3 250 Mpa



Ultimate Tensile Strength Young's Modulus



540 Mpa 193 Gpa



Poisson's Ratio



0,3 ul



Shear Modulus



74,2308 Gpa



Dengan pembebanan dijelaskan pada tabel 3.2. sebagai berikut : Tabel 3.2 Pembebanan Load Type



Force



Magnitude



147,914 N



Vector X



39,4725 N



Vector Y



-141,237 N



Vector Z



19,2995 N



Pada proses pembebanan ini area yang terkena beban yaitu permukaan roller terkena beban merata di jelaskan pada gambar 2.3.



6



Jurnal SIMETRIS, Vol…. No…. Desember 2018 ISSN: 2252-4983



Gambar 3.3. Area yang terkena beban



Dari hasil pembebanan menghasilkan data pada table 3.3. sebagai berikut: Tabel 3.3 Hasil Simulasi Pembebanan Name



Minimum



Maximum



Volume



417243 mm^3



Mass



3,33794 kg



Von mises stress



0,00000346855 MPa



24,3311 Mpa



1st Principal Stress



-11,0774 Mpa



11,7875 Mpa



3rd Principal Stress



-30,9566 Mpa



0,252871 Mpa



Displacement



0 mm



0,00174208 mm



Safety Factor



10,2749 ul



15 ul



Stress XX



-19,0776 MPa



10,9514 Mpa



Stress XY



-8,97076 MPa



7,47857 Mpa



Stress XZ



-9,01948 MPa



9,50527 Mpa



Stress YY



-24,0345 Mpa



0,355258 Mpa



Stress YZ



-4,69423 Mpa



4,78152 Mpa



Stress ZZ



-26,0919 Mpa



0,570846 Mpa



X Displacement



-0,00123087 mm



0,00126264 mm



Y Displacement



-0,00126769 mm



0,00106682 mm



Z Displacement



-0,00116866 mm



0,0011113857 mm



Equivalent Strain



0,000000000158203 ul



0,0000115238 ul



1st Principal Strain



-0,0000085748 ul



0,0000973724 ul



3rd Principal Strain



-0,000127323 ul



-0,000000000104001 ul



Strain XX



-0,0000061442 ul



0,0000970293 ul 7



Jurnal SIMETRIS, Vol…. No…. Desember 2018 ISSN: 2252-4983 Strain XY



-0,0000604248 ul



0,0000503738 ul



Strain XZ



-0,000060753 ul



0,0000640251 ul



Strain YY



-0,0000864287 ul



0,00000131189 ul



Strain YZ



-0,0000316192 ul



0,0000322314 ul



Strain ZZ



-0,0000928048 ul



0,00000201192 ul



Titik-titik area von mises stress , Discplacement , Safety Factor, Discplacement X, Discplacement Y, Discplacement Z:



Gambar 3.4 Von Misses Stress



Gambar 3.5 Displacement



8



Jurnal SIMETRIS, Vol…. No…. Desember 2018 ISSN: 2252-4983



Gambar 3.6 Safety Factor



Gambar 3.7 X Discplacement



Gambar 3.8 Y Discplacement



9



Jurnal SIMETRIS, Vol…. No…. Desember 2018 ISSN: 2252-4983



Gambar 3.9 Z Discplacement



3.KESIMPULAN Dari hasil analisa melalui simulasi dan perhitungan yang dilakukan dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1. Hasil perhitungan desain roller dengan perhitungan manual antara lain: a. Roller conveyor dengan Diameter 50 mm. b. Roller conveyor dengan massa 3,14 kg. c. Roller conveyor dengan volume 0,0003925 m3 d. Roller conveyor dengan momen inersia 0,00098125 m. e. Roller conveyor dengan torsi 0,000196 Nm. 2. Hasil simulasi desain roller dengan Software Autodesk Inventor Proffesional 2015 menunjukan bahwa : a. Roller conveyor massa: 3,33794 kg. b. Roller conveyor volume: 417243 mm3 c. Roller conveyor Magnitude: 147,914 N d. Roller conveyor von misses stress: 24,3311 Mpa e. Roller conveyor Displacement: 0,00174208 mm Semakin tinggi momen torsi yang diberikan maka nilai safety factor yang dihasilkan semakin rendah yaitu hal ini menjelaskan bahwa beban torsi yang diterima akan mempengaruhi kegagalan roller itu tersebut. Hasil pemodelan autodesk inventor proffesional 2015 dapat memprediksi kegagalan material ketika diberi beban berlebih, sehingga dapat dihindari.



Daftar Pustaka Arief Yanuar Chrise, S. (2017). Perancangan Bark Belt Conveyor 27B Kapasitas 244 Ton/Jam. Pekanbaru: Universitas Riau. Jatmoko. (t.thn.). Analisa Kegagalan Poros Dengan Pendekatan Metode Elemen Hingga. Metro: Universitas Muhammadiyah Metro. Pratama, A. W. (2017). Rancang Bangun Softwar Desain Poros Roda Traktor Tangan Menggunakan Visual Basic. Surakarta: Universitas Muhammadiyah Surakarta. PPrinkadiyanti, S. G. (t.thn.). Perancangan Portable Conveyor Untuk Meningkatkan Efisiensi Proses Material Handling. Surabaya: Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Supriyana, N. (2016). Analisa Tegangan Poros Roda Gerbong Kereta Api Dengan Metode Elemen Hingga. Purwokerto: STT Wiworotomo.



10



Jurnal SIMETRIS, Vol…. No…. Desember 2018 ISSN: 2252-4983 Yahya Wahyu Prasetya, B. D. (2014). Perencanaan Sistem Penyalur Daya Pada Perancangan Portable Belt Conveyor Untuk Meningkatkan Efisiensi Proses Pengangkutan Tebu Di Pabrik Gula Kebonagung Malang. Malang: Universitas Brawijaya.



11