Universitas Mercubuana 50 BAB IV HASIL DAN ANALISA 1.1

BAB IV
HASIL DAN ANALISA
1.1.
Design Perancangan Komponen Baru Excavator
Pada dasarnya fungsi utama dari excavator Halla HE 280 adalah
sebagai alat pengeruk tanah, dengan demikian untuk menjadikan excavator ini
menjadi alat penekan tiang pancang hidrolik maka harus dilakukan perubahan (
modifikasi ) dan penambahan part baru.
Berikut ini adalah beberapa penambahan part baru dan modifikasi
pada excavator Halla HE 280, guna mendukung kinerja alat penekan tiang
pancang hidrolik yang ditunjukan pada gambar di bawah ini, diantaranya sebagai
berikut:
1. Silinder hidrolik utama ( jack tiang )
2. Leader ( dudukan silinder utama )
3. Silinder hidrolik kaki depan ( jack kaki depan )
4. Silinder hidrolik kaki belakang ( jack kaki belakang )
5. Crane
6. Boom ( penggerak leader )
7. Chasis ( rangka )
Universitas Mercubuana
50
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Tugas Akhir |2
Gambar 4.1 Jackin pile Halla HE 280
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Tugas Akhir |3
4.1.1. Design Rancangan Rangka ( Chasis ) Utama
Dalam proses desain rancangan chasis (rangka) utama harus
memenuhi syarat-syarat yang dapat manunjang fungsi dan kinerja dari alat yang
akan dibuat, diantaranya sebagai berikut:
1. Rangka ( chasis ) utama tidak boleh lebih lebar dari kendaraan truk yang
akan mejadi alat transportasi pada waktu mobilisasi/demobilisasi.
2. Tinggi
rangka ( chasis ) Halla HE 280 maksimal 4,2 meter dari
permukaan tanah bila sudah berada di atas kendaraan truk. Hal ini
bertujuan agar pada saat masuk kejalan tol tidak terjadi masalah.
3. Chasis harus mampu menahan beban seberat 50 ton.
4. Chasis harus bisa dipasangkan counter weight seberat 50 ton.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Tugas Akhir |4
Gambar 4.2 Rangka ( chasis ) utama jackin pile halla HE 280
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Tugas Akhir |5
Rangka ( chasis ) utama dirancang agar dapat ditempati counter
weight seberat 50 ton dan direncanakan memakai billet ukuran 15 cm x15 cm x 3
m sebanyak 28 lapis. Billet isi 4 sebanyak 14 lapis dan billet isi 3 sebanyak 14
lapis ditumpuk keatas disebelah kiri dan kanan. Untuk besi plat yang digunakan
yaitu besi plat kapal ukuran 6 m x 1.8 m x 3.5 cm dibentuk dan dipotong menjadi
dua bagian kemudian dipasang pada sebelah kiri dan kanan body utama yang
difungsikan sebagai chasis utama mengantikan chasis orisinilnya.
Dengan perhitungan kekuatan bahan sebagai berikut:

Gaya yang ditimbulkan oleh beban counterweight seberat 50 ton.
y
F = m.g
A
F2
x
x1 = 3.5 m
Ry x2= 2.5 m
Gambar 4.3 Diagram benda bebas
F=m×g
Dimana: F = Gaya ( N )
m= Massa ( kg )
g = Gravitasi bumi ( m/s2 )
Σ𝐹 = 0
F=m×g
F = 50000 kg × 9.81 m/s 2
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Tugas Akhir |6
F = 490500 N

Torsi yang dihasilkan counterweight
τ1 = F × l
τ1 = 490500 N × 3.5 m
τ1 = 1716750 N. m

Kestabilan alat jika torsi total = 0
ΣΜτ = 0
τ1 − τ2 = 0
1716750 N. m − (F2 ∙ x2 ) = 0
1716750 N. m − (F2 ∙ 2.5 m) = 0
1716750 N. m = F2 ∙ 2.5 m
F2 =
1716750 N. m
2.5 m
F2 = 686700 N
ΣΜA = 0
Ry ∙ x2 = F ∙ Δx
Ry ∙ x2 = m ∙ g ∙ Δx
Ry =
m ∙ g ∙ Δx
x2
Ry =
m ∙ g ∙ (x2 + x1 )
x2
m
∙ (2.5m + 3.5m)
s2
2.5m
50000 kg ∙ 9.81
Ry =
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Tugas Akhir |7
Ry =
490500 N ∙ 6 m
2.5 m
Ry = 1177200 N
Tegangan tekan yang terjadi pada rangka ( chasis ) utama

Bahan yang digunakan adalah plat baja dengan ukuran panjang = 6
m, lebar = 0.9 m, dan tebal = 0.035 m.
𝜎𝑐 =
𝐹
𝐴
A = 2×[ p∙l + p∙t + l∙t ]
A = 2 × [ 6 m ∙ 0.9 m + 6 m ∙ 0.035 m + 0.9 m ∙ 0.035 m ]
A = 2 × [5.4 m2 + 0.21 m2 + 0. 0135 m2 ]
A = 11.0145 m2
ςc =
490500 N
11.0145 m2
ςc = 44532.207 N/m2
Maka tegangan tekan yang terjadi pada MA adalah:
𝜎c =
1177200 N
11.0145 m2
ςc = 106877.3 N/m2
Jadi kekuatan tekan yang harus dimiliki plat baja dengan Sf = 2 adalah:
Sf =
kekuatan tekan bahan
ςc
kekuatan tekan bahan = ςc × Sf
kekuatan tekan bahan = 106877.3 N/m2 × 2
kekuatan tekan bahan = 213754.6 N/m2
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Tugas Akhir |8
1.1.2. Perhitungan Gaya Tekan yang Dihasilkan Pada Silinder Utama
Pada jackin pile Halla HE 280 ini ukuran silinder yang dipilih
berdasarkan lebar leader yang akan digunakan adalah sebagai berikut:
Diameter piston
= Ø0.225 M
Diameter rod
= Ø0.160 M
Panjang rod
= 3.5 M
F2
F1
Gambar 4.4 Diagram benda bebas

Luas Penampang Diameter Piston ( A1 )
A  1   d 2
4
A
1
 3.14  0.225 2
4
A
1
 0.1589625
4
A  0.0397 M2

Luas Penampang Diameter Rod ( A )
2
A  1   d 2
4
A  1  3.14  0.16 2
4
A=
1
∙ 0.080384
4
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Tugas Akhir |9
A = 0.020096 M 2

Maka gaya pada F1 adalah :
F1 =
π
2 − drod 2 )P1
(d
4 piston
F1 =
3.14
0.2252 − 0.162 ∙ 35,000,000 N/M 2
4
F1 =
3.14
0.0256 M 2 ∙ 35,000,000 N/M 2
4
F1 = 703,360 N

Maka gaya pada F2 adalah :
F2 =
π
2P
d
4 piston 2
F2 =
3.14
0.2252 ∙ 35,000,000 N/M 2
4
F2 = 1,390,921.875 N
Berdasarkan perhitungan gaya dukung tiang pada tabel 2.4, dimana untuk
menghasilkan beban 80 ton membutuhkan gaya dukung tiang sebagai berikut:
F=P×A
F = 19,768,500 N/M 2 × 0.0397 M 2
F = 784,809.45 N
Jadi untuk silinder utama yang direncanakan memenuhi syarat,
karena gaya dukung tiang yang dihasilkan pada silinder utama ( F2 ) yang
direncanakan lebih besar dari pada gaya dukung tiang yang di butuhkan yaitu
sebesar 784,809.45 N.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
T u g a s A k h i r | 10
Gambar 4.5 Silinder utama jackin pile Halla HE 280
http://digilib.mercubuana.ac.id/
T u g a s A k h i r | 11
4.1.2.1 Kecepatan Silinder Turun (
v
1
)
Q
vA
1
1
0.004
0.03
v

v
 0.10 M/s
1
1
4.1.2.2
Kecepatan Silinder Naik ( v 2 )
V2 =
Q
A1 − A2
V2 =
0.004
0.03 − 0.02
V2 = 0.21 M/s
1.1.3. Leader
Leader dibuat menggunakan H-Beam 300 dengan panjang 6 m.
Pada sisi sebelah dalam dibuat rel sebagai tahanan yang nantinya dihubungkan
dengan boom. Leader juga berfungsi sebagai dudukan jack tiang pancang
dibagian atas.
x----------------------------------------x
Gambar 4.6 penampang leader
http://digilib.mercubuana.ac.id/
T u g a s A k h i r | 12
Tabel 4.1 Spesifikasi baja H-beam[11

Momen inersia penampang xx
Dilihat dari tabel di atas ukuran H-Beam 300 adalah:
H=300mm; B=150mm; t1=6.5mm; t2=9mm
Ixx =
Ixx
t1 H − t 2
12
3
+(
6.5 300 − 9
=
12
Bt 2 2
t + 3 H − t2
6 2
3
+(
2
)
150 . 9 2
9 + 3 300 − 9
6
Ixx = 12147291 + 225 ∙ 254124
Ixx = 6932.5 × 104 mm4
𝒎
http://digilib.mercubuana.ac.id/
2
)
T u g a s A k h i r | 13
Gambar 4.7 Leader Halla HE 280
http://digilib.mercubuana.ac.id/
T u g a s A k h i r | 14
4.1.3
Penahan ( Jack ) Kaki Depan
Penahan (jack) kaki depan ini berfungsi sebagai penopang alat
pada saat proses penekanan berlangsung, agar alat tidak ikut terangkat sehingga
bebab yang tersalurkan pada penekanan tiang pancang maksimal.
Adapun ukuran silinder hidrolik yang dipilih berdasarkan atas
kebutuhan dan ketersedian space tempat pada bagian depan rangka (chasis)
adalah sebagai berikut:
Diameter piston
= Ø0,150 m
Diameter rod
= Ø0,105 m
Panjang rod
= 0,400 m
F2
F1
Gambar 4.8 Diagram benda bebas
Perhitungan gaya yang bekerja pada masing-masing silinder hidrolik penahan
(jack) kaki depan adalah:

Maka gaya pada F1 adalah :
F1 =
π
2 − drod 2 )P1
(d
4 piston
F1 =
3,14
0,152 − 0,1052 ∙ 35000000 N/m2
4
F1 =
3,14
0,011025 m2 ∙ 35000000 N/m2
4
F1 = 302911,875 N
http://digilib.mercubuana.ac.id/
T u g a s A k h i r | 15

Maka gaya pada F2 adalah :
F2 =
π
2P
d
4 piston 2
F2 =
3,14
0,152 ∙ 35000000 N/m2
4
F2 = 618187,5 N

Luas penampang piston ( A piston )
A piston 
1
  d 2
4
A piston 
1
 3,14  0,15 2
4
A piston  0,017662 m²

Luas penampang rod ( A
)
rod
1
A
   d 2
rod 4
1
A
  3,14  0,1052
rod 4
A
 0,008655 m²
rod
Maka kekutan penahan ( jack ) kaki depan mesin pancang hidrolik
( jackin pile ) adalah :
A  A piston  A
rod
A  0.017  0.008
A  0.009 m²
http://digilib.mercubuana.ac.id/
T u g a s A k h i r | 16
P=
F
A
F=P×A
F = 35000000 × 0.009
F = 315210 N ( pada masing-masing silinder hidrolik )
http://digilib.mercubuana.ac.id/
T u g a s A k h i r | 17
Gambar 4.9 Penahan ( jack ) kaki depan
http://digilib.mercubuana.ac.id/
T u g a s A k h i r | 18
1.1.4. Penahan ( Jack ) Kaki Belakang
Penahan ( jack ) kaki belakang ini berfungsi sama dengan penahan
( jack ) kaki depan sebagai penopang alat saat proses penekanan tiang pancang.
Adapun ukuran silinder hidrolik yang dipilih berdasarkan atas
kebutuhan dan ketersedian space tempat pada bagian depan rangka (chasis)
adalah sebagai berikut:
Diameter piston = Ø 0.160 m
Diameter rod
= Ø 0.110 m
Panjang rod
= 0.535 m
F2
F1
Gambar 4.10 Diagram benda bebas
Perhitungan gaya yang bekerja pada masing-masing silinder hidrolik penahan
(jack) kaki belakang adalah:

Maka gaya pada F1 adalah :
F1 =
π
2 − drod 2 )P1
(d
4 pisto n
F1 =
3.14
0.162 − 0.112 ∙ 35000000 N/m2
4
F1 =
3.14
0.01 m2 ∙ 35000000 N/m2
4
F1 = 370912.5 N

F2 =
Maka gaya pada F2 adalah :
π
2P
d
4 piston 2
http://digilib.mercubuana.ac.id/
T u g a s A k h i r | 19
F2 =
3.14
0.162 ∙ 35000000 N/m2
4
F2 = 703360 N

Luas penampang piston ( A piston )
A piston 
1
  d 2
4
A piston 
1
  d 2
4
A piston 
1
 3.14  0.16 2
4
A piston  0.02 m²

Luas penampang rod ( A
)
rod
1
A
   d 2
rod 4
1
A
  3.14  0.112
rod 4
A
 0.009 m²
rod
Maka kekuatan penahan ( jack ) kaki belakang mesin pancang
hidrolik ( jackin pile )adalah :
A  A piston  A
rod
A  0.02  0.009
A  0.010 m²
P
F
A
𝐹 =𝑃×𝐴
http://digilib.mercubuana.ac.id/
T u g a s A k h i r | 20
F  35000000  0.010
F  370912 .5 N ( pada masing-masing silinder hidrolik )
http://digilib.mercubuana.ac.id/
T u g a s A k h i r | 21
Gambar 4.11 penahan ( jack ) kaki belakang
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Tugas Akhir|71
4.1.6. Crane
Crane berfungsi sebagai pengangkat tiang pancang yang akan
ditempatkan sejajar dengan leader dan berada persis dibawah silinder utama
penekan tiang pancang. Adapun kekuatan crane yang digunakan adalah kapasitas
2 ton.
4.1.7. Lengan Penggerak ( Boom )
Untuk boom masih memanfaatkan orisinilnya ,hanya saja terdapat
pemotongan dan modifikasi dibagian ujungnya sebagai pegangan leader. Lengan
penggerak ( boom ) ini berfungsi untuk menahan leader pada waktu ereksion dan
pada waktu proses penekanan tiang pancang.
4.2. Tangki Solar
Tangki solar masih menggunakan tangki standar/orisinil dari Halla
HE 280. Kapasitas tangki maksimal adalah 390 ltr, jika dihitung dari jam kerja
mesin dalam setiap harinya masih memenuhi syarat. Uji coba yang dilakukan
dalam waktu 8 jam kerja menghabiskan sekitar 70 ltr. Uji coba ini dilaksanakan
oleh PT. Palu Mas Sejati pada tanggal 8 oktober 2009.
4.3. Tangki Oli Hidrolik
Tangki oli hidrolik yang dibuat harus memenuhi kapasitas liter /
menit dari sistem hidrolik yang dibuat. Untuk pompa hidrolik yang digunakan
adalah kapasitas 350 bar twin pump, kapasitas engine 145 kW, putaran 1900 rpm.
Perhitungannya adalah:
Type twin pump
1……………liter x 1900 rpm = 115 ℓ/menit
2……………liter x 1900 rpm = 115 ℓ/menit
230 ℓ/menit
Universitas Mercubuana
http://digilib.mercubuana.ac.id/
T u g a s A k h i r | 23
 Volume aliran yang dihasilkan pompa
Pmotor = Ppompa × Q
Q=
Pmotor
Ppompa
Q=
145000 w
35000000 N/m2
Q = 0.004 m3 /s
 Kapasitas pompa untuk memindahkan fluida pada rpm 1900
Q= v×n
v=
Q
n
v=
115 ℓ/menit
1900 rpm
v = 0.060 liter
v = 0.00006 m3
Karena pompa yang digunakan adalah type twin pump, maka:
vtotal = v × 2
vtotal = 0.00006 m3 × 2
vtotal = 0.00012 m3
Jadi tampungan oli hidrolik yang dibuat kapasitasnya 3 kali lipat
dari kapasitas ℓ / menit diatas, yaitu:
Kapasitas tangki = Q × 3
Kapasitas tangki = 115 liter × 3
Kapasitas tangki = 345 liter
Kapasitas tangki = 0.34 m3
http://digilib.mercubuana.ac.id/
T u g a s A k h i r | 24
4.4. Waktu Proses Penekanan Sampai Dengan Menghasilkan Gaya Dukung
Tiang Sebesar 784,809.45 N
t=
S
v
t=
S
v2 − v1
t=
3.5 m
0.21 m/s − 0.10m/s
t = 32.70 detik
Gambar 4.12 Skema kerja hidrolik pada Jack in pile kapasitas 80 ton
 Prinsip kerja mesin

Saat engine dihidupkan, engine memutar poros pompa.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
T u g a s A k h i r | 25

Pompa menghisap oli dari pompa kemudian menghasilkan volume aliran
dan tekanan yang dialirakan ke sistem.

Pada posisis katup kontrol belum diopersikan, oli yang bertekanan akan
dialirkan ke tanki.

Pada saat katup kontrol utama bekerja, katup 4/2 akan bekerja dan jalur
ke tanki tertutup.

Kondisi kerja diawali dengan turunnya silinder utama dengan cara
perpindaha posisi katup pengontrol arah dari posisi netral ke kanan. Pada
posisis ini oli dari pompa akan mengalir mengisi silinder utama bagian
atas, sedangkan oli pada bagian bawah silinder akan mengalirkan ke
tanki.

Pada saat posisi katup arah pengontrol berada pada posisi normal, oli
mengalir mengisi silinder bagian bawah dan oli pada silinder bagian atas
mengalir ke tanki.
4.5. Pemakaian
BBM
Setiap
Proses
Penekanan
Sampai
Dengan
Menghasilkan Gaya Dukung Tiang Sebesar 784,809.45 N
 Pemakaian BBM per jam
Nilai effisiensi alat = 0.6
𝐵𝐵𝑀 = 0.04 × 𝑕𝑝 × 𝑒𝑓𝑓
𝐵𝐵𝑀 = 0.04 × 195 × 0.6
𝐵𝐵𝑀 = 4.68 𝑔𝑎𝑙 = 17.69 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑑𝑖𝑏𝑢𝑙𝑎𝑡𝑘𝑎𝑛 18 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟
Jadi pemakaian BMM setiap satu kali proses penekanan sampai
dengan menghasilkan gaya dukung tiang sebesar 784,809.45 N adalah:
http://digilib.mercubuana.ac.id/
T u g a s A k h i r | 26
BBM =
t
× BBM per jam
3600
BBM =
32.70 detik
× 18 liter
3600
BBM = 0.16 liter
4.6. Diameter Selang Hidrolik
Untuk mendapatkan aliran Laminer agar tidak terjadi kerugian
tekanan pada sistem hidrolik, maka perhitungan diameter selang yang dibutuhkan
berdasarkan pada bilangan Reynold. Batas bilangan Reynold pada penampang
bulat agar volume aliran yang dihasilkan Laminar adalah 2300, maka:
𝑅𝑒 =
v=
𝑣. 𝑑
𝑣
Q
A
Dimana:
Q = Volume aliran ( m2/s )
A = Luas penampang selang hidrolik ( m )
v = Kecepatan aliran ( m/s )
d = Diameter dalam selang ( m )
v = Viskositas kinematik fluida ( m2/s )
 Pada rpm 1900
Pada fluida Deltalube 706 ISO VG 46 yang digunakan, maka
didapatkan diameter selang minimum:
Re ∙ v ∙ (
π 2
∙d )=Q∙d
4
Re ∙ v ∙ π ∙ d = Q ∙ 4
2300 ∙ 0.00004m2 /𝑠 ∙ 3,14 ∙ 𝑑 = 0.004m3 /𝑠 ∙ 4
http://digilib.mercubuana.ac.id/
T u g a s A k h i r | 27
0.01m3 /s
d=
0.29 m2 /s
d = 0.05 m
4.7. Kehilangan Energi Akibat Gesekan
Tekanan yang hilang dapat dihitung sebagai berikut:
Aselang =
π
× d2
4
Aselang =
3.14
× ( 0.05 m )2
4
Aselang =
3.14
× 0.003 m2
4
Aselang = 0.0024 m2

Maka didapatkan kerugian tekanan, yaitu:
v=
Q
A
v=
0.004 m3 /s
0.0024m2
v = 1.71 m/s

Sehingga didapat bilangan Reynold
Re =
v∙d
v
Re =
1.71m/s ∙ 0.05m
0.00004m2 /s
Re = 2300.0673486 ( aliran turbulen )

Sehingga didapatkan nilai perlawanan aliran
λ=
75
Re
http://digilib.mercubuana.ac.id/
T u g a s A k h i r | 28
λ=
75
230.06
λ = 0.03

Sehingga didapatkan kerugian tekanan setiap 1m2 panjang selang
Δp = λ ∙
1 ρ 2
∙ ∙v
d 2
1
850 kg/m3
∆p = 0.03 ∙
∙
∙ (1.71m/s )2
0.05m
2
∆p = 0.03 ∙ 18.04m ∙ 425kg/m3 ∙ 2.95m2 /s2
∆p = 738.02
kg ∙ m
m2 ∙ s 2
∆p = 738.02
N
m2
∆p = 738.02 Pa
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Tugas Akhir |
4.8. Format Data yang Diperoleh
Gaya
A
ςc
Tekanan
Q
v
Ø Selang
N
M2
N/m2
N/m2
M3/s
M3
mm
1
490,500
11.01
106,877.3
-
-
2
-
-
-
35,000,000
0.0041
3
784,809.45
0.0397
-
35,000,000
4
315,210
0.009
-
5
370,912.5
0.01
6
-
0.0024
No.
Keterangan
-
ςc pada chasis (rangka)
0.345
-
Kecepatan aliran fluida
0.0041
0.345
-
Tekanan pada silinder utama
35,000,000
0.0041
0.345
-
Tekanan pada silinder jack kaki depan
-
35,000,000
0.0041
0.345
-
Tekanan pada silinder jack kaki belakang
-
35,000,000
0.0041
0.345
0.055
Universitas Mercu Buana
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Ukuranbbbelkangbelakang
diameter selang