Desain dan Analisis sistem hidrolik pada mesin pemotong plat logam
TUGAS BESAR
A. Judul Proyek
Sistem Hidrolik pada Mesin Pemotong Plat Logam
B. Nama Lengkap Penulis
Sania Ramadhini
C. Afiliasi Program Studi Teknik Mesin, Departemen Teknik Mesin, Universitas Indonesia
D. Abstrak
Sistem hidrolik pada mesin pemotong plat logam menggunakan tekanan fluida untuk menghasilkan tenaga mekanis, sehingga proses pemotongan menjadi lebih efisien, tahan lama, dan stabil. Untuk meningkatkan efesiensi energi dan keandalan operasi maka diperlukan perancangan mesin plat logam yang akurat dalam mendefinisikan ukuran komponen, material dan predikisi gaya yang akan dihasilkan. Salah satu prinsip yang menjadi landasan dalam perancangan mesin pemotong lagam adalah prinsip hukum pascal yang akan berpengaruh pada keoptimalan gaya pemotongan pada mesin pemotong plat logam. Untuk menyelesaikan masalah terkait perancangan, penulis menggunakan pendekatan framework DAI 5, literatur dari paper yang berkaitan serta penggunan ChatGPT. Pada kerangka DAI5, pendekatan ini menekankan kesadaran mendalam, niat yang jelas, pemikiran awal yang matang, idealisasi konsep, dan penerapan langkah-langkah konkret. Hasilnya, mesin dapat mencapai kinerja optimal dengan parameter desain yang tepat serta panduan implementasi yang efektif
E. Pernyataan Penulis
1. Kesadaran Diri (Deep Awareness of I)
Perancang menyadari akan pentingnya mesin ini bagi kebutuhan manusia. Oleh karena itu pancang menmbeptimbangkan aspek yang akan menghindari kerugian secara waktu, biaya dan sumber daya. Oleh karena itu faktor keselamatan dan energi menjadi faktor utama dalam perncangan mesin pemotong plat logam ini. Agar aspek yang diinginkan perancang tercapai maka perancang sangat memfokuskan mesin ini pada sistem hidrolik pada mesin pemotong plat logam yang beroperasi berdasarkan Hukum Pascal dan memastikan tekanan tersebar merata pada fluida tertutup.
2. Niat Aktivitas Proyek (Intention of the Project Activity)
Tujuan proyek ini mencakup pengembangan sistem hidrolik pada mesin pemotong plat logam yang mampu meningkatkan kecepatan serta presisi pemotongan, mengoptimalkan penggunaan energi melalui pengaturan tekanan fluida yang efisien, dan menghadirkan rancangan yang andal, mudah perawatan, serta sesuai bagi berbagai kondisi operasional.
F. Pendahuluan
Sistem hidrolik telah menjadi teknologi yang krusial dalam industri manufaktur, khususnya pada mesin pemotong plat logam. Kemampuannya menghasilkan gaya besar secara terkontrol menjadikannya solusi yang unggul dalam meningkatkan produktivitas dan efisiensi kerja. Namun, permasalahan yang kerap muncul dalam implementasi sistem hidrolik adalah konsumsi energi yang tinggi, waktu produksi yang tidak optimal, serta kerugian akibat penggunaan sumber daya yang berlebihan. Tantangan ini perlu ditangani agar sistem dapat menghindari kerugian dalam aspek waktu, biaya, dan sumber daya, sejalan dengan tuntutan industri modern yang semakin kompetitif.
Pemikiran Awal (Tentang Masalah):
Untuk merancnang mesin pemotong plat logam menggunakan sistem hidrolik perlu menguraikan aspek yang akan mengurangi kerugian. Serta perancang menguraikan komponen komponen yang ada pada mesin pemotong plat logam ini untuk kesistematisan ketika proses perancangan yang akan dilakukan.
1. Analisis Permasalahan:
- Efisiensi: Mengurangi konsumsi energi tanpa menurunkan kualitas proses pemotongan.
- Keandalan: Menjamin stabilitas operasi dalam beragam kondisi produksi.
2. Komponen Utama:
a. Pompa Hidrolik: Sumber tekanan fluida.
b. Silinder Hidrolik: Mengubah tekanan fluida menjadi gerak potong bolak-balik.
c. Katup Pengatur: Mengontrol laju dan arah aliran cairan.
d. Pisau Pemotong: Terbuat dari material yang tahan aus untuk memotong plat dengan presisi tinggi.
e. Sistem Filtrasi dan Pelumasan: Menjaga kebersihan fluida dan memperpanjang umur komponen.
3. Parameter Awal
Tegangan geser material (τ_s) = 300 MPa (300 × 10^6 N/m²) Panjang potong (L) = 0,1 m Ketebalan plat (t) = 0,005 m (5 mm) Tekanan sistem yang diinginkan (P) = 20 MPa (20 × 10^6 N/m²)
G. Metode
Idealisasi
Asumsi yang dibuat
Kondisi Operasional Stabil
Mesin dioperasikan dalam suhu dan tekanan lingkungan standar (sekitar 25°C dan tekanan atmosfer 1 atm).
Efisiensi Sistem Hidrolik
Diasumsikan tidak ada kebocoran fluida hidrolik (zero leakage) selama pengoperasian. Kebocoran akan mempengaruhi efisiensi sistem dan kinerja tekanan.
Jenis Fluida Hidrolik
Fluida hidrolik memiliki viskositas konstan dan tidak mengalami degradasi selama siklus pemotongan tertentu. Jenis fluida dapat berupa minyak hidrolik dengan spesifikasi ISO VG tertentu.
Komponen Bebas Deformasi
Silinder hidrolik, pisau pemotong, dan komponen lainnya dianggap bebas deformasi elastis atau plastis akibat tekanan dan gaya potong selama operasi.
Kehilangan Energi Minimum
Kehilangan tekanan di saluran pipa, katup, dan sambungan akibat gesekan fluida dianggap minimal dan diabaikan untuk menyederhanakan perhitungan.
Beban Kerja Konstan
Beban pemotongan dioperasikan dengan gaya potong yang stabil dan konstan. Plat logam memiliki ketebalan dan material yang seragam selama proses pemotongan.
Umur Komponen Terprediksi
Komponen seperti pompa, katup, dan pisau pemotong memiliki umur pakai tertentu berdasarkan spesifikasi pabrikan sebelum perlu penggantian atau perawatan.
Gaya Gesek pada Silinder
Gesekan antara piston silinder dengan dinding silinder diasumsikan kecil dan diabaikan dalam analisis awal.
Material Plat Seragam
Material plat logam diasumsikan memiliki sifat mekanis (tegangan geser, kekuatan tarik) yang seragam di seluruh permukaan dan tebal plat.
Kebutuhan Energi Stabil
Daya input dari sumber pompa stabil dan tidak mengalami fluktuasi signifikan selama operasi.
Toleransi Dimensi Komponen
Komponen mesin, seperti diameter silinder hidrolik, pipa, dan pisau pemotong, diproduksi dengan toleransi yang ketat sehingga tidak ada efek signifikan pada kinerja sistem. Untuk merancang mesin ini diperlukan model maatematis untuk menggambarkan sistem atau fenomena secara kuantitatif melalui rumus atau persamaan.
Parameter Perhitungan:
Gaya Potong F_cut = τ_s × L × t
luas penampang silinder A = (π D²) / 4
Gaya yang dihasilkan oleh silinder hidrolik F = P × A | P = F_cut / A
Sehingga untuk menentukan diameter silinder jika tekanan maksimal sistem diketahui
D = √((4 F_cut) / (π P))
Laju Aliran Fluida Q = A × v
Daya Pompa P_in = (P × Q) / η
Asumsi yang dibuat:
Tekanan sistem maksimal = 20 MPa. Tegangan geser material = 300 MPa. Diameter silinder disesuaikan dengan gaya yang dibutuhkan.
Contoh Ideal: Dapat memotong plat setebal beberapa milimeter secara konsisten dalam hitungan detik, dengan konsumsi daya minimal.
Instruksi (Set):
Perhitungan Gaya Potong
Menentukan Diameter Silinder Hidrolik
Menetukan Laju Aliran FLuida
Menghitung Daya Input Pompa
H. Hasil dan Diskusi
Desain Sistem:
Sistem hidrolik pada mesin pemotong plat logam dirancang dengan komponen utama yang saling mendukung untuk mencapai performa optimal, efisiensi energi, dan keandalan jangka panjang. Sistem ini terdiri dari pompa hidrolik bertenaga tinggi yang berfungsi untuk menghasilkan tekanan fluida hingga 20 MPa secara stabil. Tekanan fluida tersebut kemudian diteruskan ke silinder hidrolik berkualitas unggul dengan diameter optimal 9,8 cm yang mampu mengubah tekanan fluida menjadi gaya mekanis hingga 150 kN. Gaya ini digunakan untuk menggerakkan pisau pemotong presisi tinggi yang dibuat dari material tahan aus, seperti baja karbon tinggi atau tungsten carbide, sehingga mampu memotong plat logam dengan ketebalan hingga 5 mm secara cepat dan konsisten.
Untuk memastikan kestabilan gerakan piston, sistem dilengkapi dengan katup pengatur yang mengontrol laju dan arah aliran fluida ke dalam silinder. Katup ini memungkinkan gerakan piston maju dan mundur dalam satu siklus pemotongan yang efisien. Selain itu, sistem filtrasi dan pelumasan dirancang untuk menjaga kebersihan fluida hidrolik, meminimalkan kontaminasi, serta mengurangi gesekan berlebih pada silinder dan komponen lainnya. Hal ini penting untuk menjaga umur komponen dan mempertahankan performa sistem dalam jangka panjang. Sistem ini juga dilengkapi dengan kontrol otomatis, termasuk sensor tekanan dan sensor posisi piston, yang memastikan operasi sistem berlangsung dengan presisi tinggi dan bebas dari fluktuasi tekanan.
Prinsip kerja sistem ini dimulai dengan pompa hidrolik yang memompa fluida bertekanan ke silinder hidrolik. Tekanan fluida yang bekerja pada luas penampang silinder mendorong piston ke depan, menggerakkan pisau pemotong untuk melakukan pemotongan plat logam. Setelah pemotongan selesai, katup pengatur akan mengarahkan fluida kembali untuk mengembalikan piston ke posisi awal, sehingga siklus pemotongan dapat diulang dengan cepat dan konsisten. Optimasi pada desain ini dilakukan dengan memastikan pompa bekerja efisien pada tekanan optimal, laju aliran fluida ( 𝑄 Q) yang sesuai, serta meminimalkan kehilangan energi.
Komposisi:
Sistem hidrolik terdiri dari pompa bertenaga tinggi, silinder dengan material unggul, katup responsif, serta pisau pemotong yang mampu mempertahankan ketajaman dalam jangka waktu lama.
Performa:
Gaya potong maksimum tercapai dengan penyesuaian tekanan dan diameter silinder yang tepat. Konsumsi energi berhasil ditekan beberapa persen dibandingkan sistem konvensional dengan pompa yang tidak dioptimalkan.
I. Kesimpulan, Penutup, Rekomendasi
Dengan menerapkan kerangka DAI5, sistem hidrolik pada mesin pemotong plat logam dapat dirancang lebih efisien, andal, serta sesuai dengan kebutuhan industri manufaktur modern. Studi lanjutan dianjurkan untuk:
Mengeksplorasi material inovatif bagi pisau pemotong, agar tetap tajam dan ringan. Mengintegrasikan sistem peredaman khusus demi meningkatkan kenyamanan dan keselamatan operator.
J. Ucapan Terima Kasih
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Dosen Mata Kuliah Sistem Konversi Energi-01, Pak Ahmad Indra Siswantara di Universitas Indonesia, serta rekan-rekan yang memberikan saran dan dukungan selama proses penelitian ini.
K. Referensi yang Dikutip
Fabrication and Review of Hydraulic Heavy Sheet Metal Cutting machine
JETIR (ISSN-2349- 5162)
L. Lampiran
1. Diagram Sistem Hidrolik Mesin Pemotong Plat Logam
