Abstrak — Arm  merupakan  bagian  excavator  yang  berfungsi sebagai  penghubung  antara  bucket  dengan  boom.  Salah  satu bagian  arm  yang  sering  mengalami  kerusakan  terdapat  pada penghubung  antara  arm  dengan  boom  akibat  tegangan  tekan dan bending selama operasi pengangkatan dan penggalian. Pada bagian  tersebut  memiliki  luas  penampang  yang  kecil dibandingkan  dengan  body  arm,  sehingga  mengalami  stress paling  besar.  Pada  penelitian  ini  dilakukan  analisis  kinematik dan  dinamik  pada  excavator  arm  sehingga  hasil  simulasi mendekati kondisi operasi. Dimana kondisi operasi ditinjau dari boom,  arm  dan  berujung  pada  bucket  dari  excavator  yang dimodelkan menggunakan software 3D Modelling, kemudian di assembly  dengan  3D  model  Excavator.  Setelah  itu,  hasil perhitungan  pembebanan  akan  disimulasikan  dengan  metode elemen hingga untuk mengetahui equivalent stress dan factor of safety. Dalam penelitian ini, excavator akan dikondisikan dalam dua kondisi (kondisi maksimal excavator bekerja) yaitu  kondisi pertama  dan  kondisi  kedua  dengan  variasi  sudut  θ 3 adalah 293,09 o ;  279,7 o ;  266,32 o ;  dan  252,93 o .  Hasil  penelitian menunjukkan  bahwa  nilai  equivalent  stress  yang  terjadi  pada kondisi  dua  lebih  besar  daripada  nilai  equivalent  stress  yang terjadi  pada  kondisi  satu.  Dimana  letak  equivalent  stress maksimum terjadi pada bagian penghubung antara arm dengan boom.  Dari  setiap  kondisi  yang  diuji,  terdapat  dua  posisi  yang dinyatakan  aman  untuk  dilakukan  pengoperasian  excavator terhadap  tanah  hard  clay  yaitu  pada  sudut  θ 3 sebesar  293,09 o dimana saat kondisi  satu sudut θ 2 sebesar  61,64 o dan  sudut  θ 4 sebesar  253,58 o dan  saat  kondisi  dua  dimana  sudut  θ 2 sebesar 356,28 o dan sudut θ 4 sebesar 10 o .
Kata  Kunci—Arm,  Equivalent  Stress,  Excavator,  Factor  of Safety, dan Kinematis.

## I. PENDAHULUAN
ADA  era  globalisasi  sekarang  ini,  dalam  bidang  Ilmu Pengetahuan dan Teknologi dapat dirasakan adanya suatu perkembangan  yang  pesat.  Dalam  melaksanakan  proyek- proyek besar, Indonesia sebagai negara berkembang dituntut untuk  lebih  produktif  dalam  melaksanakan  pembangunan, seperti pembangunan jalan-jalan tol, gedung pencakar langit, bandara udara, pertambangan, kehutanan, dan lain-lain. Maka diperlukan sebuah alat berat yang dapat mempersingkat waktu untuk penggalian, pengangkutan, perataan permukaan tanah, pemindahan  material,  dan  lain-lain  sehingga  dalam pengerjaan proyek menjadi lebih cepat. Salah satu alat berat yang  sering  digunakan  dalam  pengerjaan  proyek  konstruksi disebut excavator .
Dilihat  dari  strukturnya, excavator terdiri  dari  tiga bagian,  yaitu upperstructure , front  attachment ,  dan undercarriage . Salah satu bagian utama dari excavator adalah front  attachment yang  terdiri  dari boom , arm ,  dan bucket . Penggunaan front  attachment ini  sangat  krusial  dalam melakukan  pekerjaan  yang  dilakukan  oleh excavator . Operator  harus  mengetahui  cara  yang  benar  dalam
pengoperasian excavator agar excavator tidak  mudah mengalami kerusakan.
Pengoperasian  alat  berat  yang  tinggi  membuat  alat  berat sering mengalami trouble yang mengakibatkan unit alat berat tidak  bekerja  secara  maksimal.  Perawatan  alat  berat  harus dilakukan  dengan  baik  dan  terjadwal  agar  dapat  digunakan dengan  efektif  dan  efisien  untuk  memperkecil  terjadinya breakdown .  Selain  itu,  pemeliharan  yang  baik  dapat mengurangi  biaya  operasional  pada  sebuah  industri  ataupun perusahaan yang menggunakan alat berat.
Bagian excavator yang sering mengalami kerusakan adalah bucket ,  tetapi  kerusakan  juga  terjadi  pada  bagian excavator arm. Kerusakan  yang  sering  terjadi  pada excavator  arm terdapat  pada  penghubung  antara arm dengan boom akibat tegangan tekan dan bending selama operasi pengangkatan dan penggalian.  Pada  bagian  tersebut  memiliki  luas  penampang yang  kecil  dibandingkan  dengan body  arm, sehingga mengalami stress paling besar.
Pada  penelitian  ini  terdapat  beberapa penelitian  terdahulu yang  diambil  sebagai  acuan  yang  pertama,  penelitian  L. Pongsapan  (2016)  ini  tentang arm pada excavator  backhoe yang  dianalisis  kekuatan  komponen arm ketika  menahan bucket pada kondisi kerja overload dengan menghitung gaya dan  tegangan  pada  kompomen-komponen arm [1].  Yang

## Analisis Kegagalan Excavator Arm pada Kondisi Operasi Hard Clay Soil
Cendy Margaretha dan Julendra Bambang Ariatedja Departemen Teknik Mesin, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
e-mail : ariatedja@me.its.ac.id
P
Gambar 1.  Kondisi maksimum 1.
Gambar 2.  Kondisi maksimum 2.
kedua,  M.  T.  Aziz  (2019)  tentang  kegagalan bucket pada excavator yang  dianalisis  akibat  pembebanan  operasi  pada setiap kondisi yang diuji [2].
Pada  penelitian  ini  dilakukan  analisis  kinematik  dan dinamik  pada excavator  arm sehingga  hasil  simulasi mendekati  kondisi  operasi. Excavator yang  diuji  pada penelitian  kali  ini  adalah excavator dari  suatu  perusahaan ternama yang berada di daerah Jawa Timur.

## II. METODOLOGI PENELITIAN
A. Kondisi Maksimum pada Excavator
Dalam  penelitian  ini, kondisi  dari boom,  arm, dan bucket excavator akan  dikondisikan dalam  dua  kondisi  maksimum. Untuk  kondisi  yang  pertama,  θ 2 akan  dikondisikan  sebesar 61,64 o dan θ 4 sebesar 253,58 o . Untuk kondisi yang kedua, θ 2 akan dikondisikan sebesar 356,28 o dan θ 4 akan dikondisikan sebesar 10 o . Variasi terdapat pada θ 3 sebesar 293,09 o ; 279,7 o ; 266,32 o ;  252,93 o .  Gambar  1  merupakan  kondisi  maksimum satu dimana panjang silinder boom dan silinder bucket adalah panjang silinder maksimal pada pengoperasian dan Gambar 2 merupakan  kondisi  maksimum  dua  dimana  panjang  silinder boom dan  silinder bucket adalah  panjang  silinder  minimal pada pengoperasian.
B. Material Alam
Material  yang  digunakan  pada excavator  arm adalah carbon  steel khususnya  A  283 grade B.  Material  dianggap memiliki  properti yang  baik  dan  biasa  digunakan  untuk pembuatan excavator arm . Properti material dari A 283 grade B dijelaskan pada Tabel 1.
C. Gaya Resistif
Gaya  resistif  pada bucket digunakan  untuk  menghitung torsi,  dimana  perhitungan  gaya  resistif  menggunakan  model Mckeys.  Pada  penelitian  ini  data  yang  digunakan  untuk menghitung gaya resistif adalah tanah hard clay. Tanah hard clay merupakan  tanah  terburuk  yang  digunakan  dalam pengoperasian excavator .  Data  tanah  dan  geometri bucket yang dibutuhkan untuk menghitung gaya resistif ditunjukkan pada  Tabel  2.  Setelah  mendapatkan  parameter  yang dibutuhkan  untuk  menghitung  gaya  resistif,  parameter tersebut dimasukkan ke dalam persamaan berikut:
𝐹𝑟 = (𝑔𝑑 2 𝐶 + 𝑐𝑑 𝑁 𝑐 + 𝑞𝑑 𝑁 𝑐𝑎 )w                    (1)
𝑁 𝑦 = 𝑐𝑜𝑡𝛼 +cot 𝛽 2[cos(𝛼+𝛿)+sin(𝛼+𝛿) cot(𝛽+ ∅)] (2)
𝑁 𝑐 = [1+cot 𝛽 cot(𝛽+ ∅)  ] [cos(𝛼+𝛿)+sin(𝛼+𝛿) cot(𝛽+ ∅)] (3)
𝑁 𝑞 = 2𝑁 𝑦 (4) 𝑁 𝑐𝑎 = [1−cot 𝛼 cot(𝛽+ ∅)  ]
[cos(𝛼+𝛿)+sin(𝛼+𝛿) cot(𝛽+ ∅)] (5)

## D. Torsi yang Terjadi  pada Excavator pada Saat Menggali
Pada  penelitian  ini  untuk  menghitung  torsi excavator menggunakan  metode  Langrage-Euler  yang  dimodelkan dalam  bentuk  dinamis.  Persamaan  untuk  menghitung  torsi pada saat menggali sebagai berikut.
𝜏 𝑖 = 𝑀(𝜃)𝜃̈ + 𝐻(𝜃, 𝜃̇)𝜃̇ + 𝐺(𝜃) + 𝐹 𝐿𝑜𝑎𝑑 (𝐹 𝑡 , 𝐹 𝑛 ) +
𝐹 𝑓𝑟𝑖𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛 (𝜃̇) (6)
Tabel 1. Properti material carbon steel A 283 grade B Properties Metric Imperial Density 7.9 g/cm 3 490 lb/ft 3 Melting Point 1420 o C 2590 o F Tensile Strength: Ultimate (UTS) 400 MPa 58x10 3 psi Tensile Strength: Yield (Proof) 210 MPa 31x10 3 psi Elastic (Young's, Tensile) Modulus 190 GPa 27x10 6 psi Shear Modulus 73 GPa 11x10 6 psi Shear Strength 260 MPa 38x10 3 psi Poisson's Ratio 0.29 0.29 Elongation at Break 32% 32% Fatigue Strength 170 MPa 24x10 3 psi Brinell Hardness 110 110 Tabel 2. Data tanah dan geometri bucket excavator Deskripsi Symbol Nilai Unit Rake Angle α 75.82 Deg Angle of internal shearing resistance ø 44 Deg Soil to metal friction angle δ 20 Deg Soil Density γ 2855.2054; 28000 Kg/m3; N/m3 Acceleration due to the gravity of the earth g 9,81 m/s2 Soil Cohession c 25000 N/m2 Operating Tool Depth d 0.10824 m Soil Surcharge Pressure q 10 N/m2 Soil to metal adhesion ca 24466.81286 N/m2 Weight of bucket Wb 6209,73 N
Tabel 3.
Hasil torsi sudut θ 3 kondisi 1 Kondisi I saat θ 2 = 61,64° dan θ 4 = 253,58° θ 3 Torsi θ 3 Torsi θ 4 293,09° -901721,4 Nm 116949,46 Nm 279,7° -889530,5 Nm 120511,34 Nm 266,32° -830325,8 Nm 123388,16 Nm 252,93° -725704 Nm 125370,97 Nm Tabel 4. Hasil torsi sudut θ 3 kondisi 2 Kondisi II saat θ 2 = 356,28° dan θ 4 = 10° θ 3 Torsi θ 3 Torsi θ 4 293,09° -461847,8 Nm 109397,45 Nm 279,7° -281237,5 Nm 112077,73 Nm 266,32° -86250,49 Nm 115025,81 Nm 252,93° 114690,29 Nm 118220,31 Nm Tabel 5.
Resultan gaya pada titik A 8 kondisi 1 θ 3 β F 8H (N) F 8V (N) 293,09° 39,20° -1042615,895 850336,775 279,7° 38,84° -1044353,673 840883,0056 266,32° 39,31° -1034544,994 847066,8351 252,93° 40,46° -1015386,889 865997,0961 Tabel 6. Resultan gaya pada titik A8 kondisi 2 θ 3 β F 8H (N) F 8V (N) 293,09° 39,20° -1050177,121 856503,5602 279,7° 38,84° -1052840,677 847716,4933 266,32° 39,31° -1042904,424 853911,3855 252,93° 40,46° -1022416,147 871992,1673
nilai F t dan F n didapat dari
𝐹 𝑡 =   𝐹 𝑡𝑟 cos(ƞ) (7)
𝐹 𝑛 =   𝐹 𝑡𝑟 cos(ƞ) (8)
Dimana 𝑀(𝜃) adalah matriks inersia, 𝐻(𝜃, 𝜃̇) adalah torsi yang  diinduksi  kecepatan  atau  matrik  sentripetal  dan  torsi koriolis, 𝐺(𝜃) adalah  vektor  torsi  gravitasi, 𝐹 𝐿𝑜𝑎𝑑 (𝐹 𝑡 , 𝐹 𝑛 ) adalah  vektor  pembebanan  yang  didapatkan  dengan menghitung dari tiap sudut θ 2, θ 3 , θ 4 dan meninjau kecepatan dan  percepatan  setiap  sudutnya,  dan 𝐹 𝑓𝑟𝑖𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛 (𝜃̇) adalah vektor gesekan. Perhitungan torsi dilakukan dengan bantuan Microsoft Excel 2013. Hasil  perhitungan torsi pada sudut θ 3 pada masing-masing kondisi akan ditunjukkan pada Tabel 3 dan Tabel 4.

## E. Gaya Arm pada Titik A8
Perhitungan gaya yang ditimbulkan oleh arm pada titik A 8 akan  ditinjau  dalam  kondisi  statis  dimana  tumpuan  berada pada  titik  A 2 seperti  yang  ditunjukkan  pada  Gambar  3. Dengan persamaan ΣM = 0, maka perhitungan gaya pada titik A 8 adalah sebagai berikut.
∑ M A2 = 0 (9) F 3 . (A 2 A 3 ) + W ga . (cgA 2 ) − F 12 . (A 2 A 12 ) − F 9 (A 2 A 9 ) − F 8 (A 2 A 8 ) = 0 (10)
F 8 (A 2 A 8 ) = F 3 . (A 2 A 3 ) + W ga . (cgA 2 ) − F 12 . (A 2 A 12 ) − F 9 (A 2 A 9 ) (11) F 8 (0,774 m) = 38847,0498 N. (3,01 m) + 29129,8140 N. (0,93906 m)
−411457,4875 N. (2,66675 m) −
124464,9702 N. (0,7102 m) (12)
F 8 = −1345432,834 N (13)
Gambar  3  menunjukkan  gaya-gaya  yang  terjadi  pada excavator  arm .  F 3 adalah  gaya  tumpuan  yang  terjadi  pada bucket di titik A 3 . A 2 A 3 adalah jarak antara titik A 2 dan titik A 3 . F 12 adalah gaya yang bekerja pada link I (A 10 A 12 ) dari link (A 11 A 10 )  pada  sudut  β 10 sebesar  59,24 o .  A 2 A 12 adalah  jarak antara  titik  A 2 dan  titik  A 12 .  CgA 2 adalah  jarak  antara  titik center of gravity dan titik A 2 . F 9 adalah gaya yang terjadi pada arm melalui  silinder bucket pada  sudut  β 10a sebesar  81,10 o . A 2 A 9 adalah  jarak  antara  titik  A 2 dan  titik  A 9 .  A 2 A 8 adalah jarak antara titik A 2 dan titik A 8 . Selanjutnya mencari resultan gaya  pada  titik  A 8 yaitu,  F 8H dan  F 8V dimana  nilai  tersebut
Gambar 3. Gaya pada excavator arm.
Gambar 4. Boundary condition pada excavator arm.
Gambar 5. Contoh meshing pada excavator arm .
Tabel 7. Hasil gaya reaksi antara simulasi dengan perhitungan manual kondisi 1 θ 3 RA 2 Simulasi RA 2 Perhitungan 293,09° 1,0328 e+006 N 1,3226 e+006 N 279,7° 1,0437 e+006 N 1,3221 e+006 N 266,32° 1,065 e+006 N 1,3381 e+006 N 252,93° 1,1087 e+006 N 1,3703 e+006 N Tabel 8. Hasil gaya reaksi antara simulasi dengan perhitungan manual kondisi 2 θ 3 RA 2 Simulasi RA 2 Perhitungan 293,09° 1,0403 e+006 N 1,3783 e+006 N 279,7° 1,052 e+006 N 1,3349 e+006 N 266,32° 1,0733 e+006 N 1,3959 e+006 N 252,93° 1,1159 e+006 N 1,3824 e+006 N
Gambar 6. Hasil simulasi equivalent stress pada excavator arm kondisi 1 dengan variasi sudut θ 3 sebesar 252.93.
Gambar  7.  menunjukkan  hasil  simulasi equivalent  stress (von  Mises) pada kondisi 1.
didapatkan  dari  masing-masing  variasi  yang  terjadi  pada sudut θ 3 dengan sudut β 8 . β 8 adalah sudut gaya yang dihasilkan oleh  silinder arm F 8 dengan  gaya  F 8H .  Untuk  variasi  yang terjadi pada sudut θ 3 akan berpengaruh terhadap sudut β 9, β 12 dan β 8. Tabel 5 dan Tabel 6 menunjukkan hasil resultan gaya pada kondisi 1 dan kondisi 2 dari masing-masing variasi yang terjadi pada sudut θ 3 yang diperoleh dari persamaan berikut.
𝐹 8𝐻 = 𝐹 8 . cos(𝛽 8 ) (14) 𝐹 8𝑉 = 𝐹 8 . sin(𝛽 8 ) (15)

## F. Boundary Condition
Pembebanan  yang  diberikan  pada excavator  arm adalah torsi  θ 3 yang berada pada titik  A 2 , torsi  θ 4 yang berada pada titik  A 3 ,  dan  gaya  (F 12 ,  F 9 ,  F 8 )  di  setaip  kondisi  yang  diuji dalam penelitian ini. Support yang digunakan pada excavator arm ini berupa pin yang berada pada titik A 2 yang berada pada penghubung antara arm dan boom excavator dan titik A 3 yang berada  pada  penghubung  antara bucket dan excavator  arm . Dari  simulasi  ini  dipilih solution berupa  tegangan  Von Misses, Safety Factor , dan Force Reaction di titik A 2 . Force Reaction di titik A 2 yang berada pada simulasi excavator arm akan  digunakan  untuk  validasi  dalam  penelitian  ini.  Pada
Gambar  4  akan  ditunjukkan  letak  pembebanan  dan support berupa pin yang diberikan pada excavator arm .

## G. Meshing
Pada  penelitian  ini  akan  menggunakan  tipe Unstructured Meshing karena bentuk 3D Model yang kompleks. Model arm pada tugas  akhir  kali  ini  akan  didiskritisasi  menggunakan metode tetrahedral patch conforming . Jumlah dan ukuran tiap elemen  juga  dapat  divariasi  dengan  mengubah  parameter seperti size function, element size, relevance center atau span angle center. Dimana simulasi ini menggunakan pengaturan sizing pada transition yaitu fast dan  pada span  angle  center yaitu fine .  Contoh meshing pada excavator  arm akan ditunjukkan pada Gambar 5.
Suatu  proses  diskritisasi  atau meshing dari  model permasalahan sudah bisa dianggap konvergen jika perbedaan hasil uji tes konvergensi sebesar kurang lebih 5% dan semakin halus proses diskritisasi atau meshing maka semakin baik pula hasil  yang  didapatkan.  Pada pengujian konvergensi  di  tugas akhir kali ini, kualitas meshing akan diuji dengan pembebanan sesuai  simulasi  penelitian  dan  mengubah body  sizing dari mesh di  model  dengan  ukuran  yang  semakin  kecil  dengan interval  pengecilan sizing 0,5  mm.  Pada  ukuran meshing 20 mm sudah menunjukkan nilai error di bawah 5%. Sehingga,
Gambar 8. Hasil simulasi safety factor pada excavator arm kondisi 1 dengan variasi sudut θ3 sebesar 252.93°.
Gambar 9. Hasil simulasi equivalent stress pada excavator arm kondisi 1 dengan variasi sudut θ 3 sebesar 293.09°.
Gambar 10. Hasil simulasi safety factor pada excavator arm kondisi 1 dengan variasi sudut θ 3 sebesar 293.09°.
Gambar  11. Hasil  simulasi equivalent  stress pada excavator  arm kondisi 2 dengan variasi sudut θ 3 sebesar 252.93°.
Gambar 12. Hasil simulasi safety factor pada excavator arm kondisi 2 dengan variasi sudut θ 3 sebesar 252.93°.
Gambar  13.  Hasil  simulasi  equivalent  stress  pada  excavator  arm kondisi 2 dengan variasi sudut θ3 sebesar 293.09°.
pemilihan ukuran meshing 20 mm cukup untuk memprediksi hasil simulasi dengan baik

## H. Validasi
Dalam  penelitian  ini,  untuk  perhitungan  gaya  reaksi menggunakan  prinsip  kesetimbangan  pada  benda  tegar, dimana persamaan ΣM = 0. Validasi yang dilakukan dengan cara membandingkan hasil simulasi dan perhitungan manual gaya  reaksi  yang  berada  di  titik  A 2 .  Hasil  dinyatakan  valid apabila error tidak  melebihi  10%.  Berikut  merupakan perhitungan gaya reaksi pada Gambar 6 saat kondisi 1 dengan variasi θ 3 sebesar 252,93°.
∑ M A3 = 0 (16)
R A2 . (A 2 A 3 ) + F 12 . (A 12 A 3 ) + F 8 . (A 8 A 3 ) + τ θ4 − W ga . (cgA 3 ) −τ θ3 − F 9 . (A 9 A 3 ) = 0 (17) R A2 . (A 2 A 3 ) = W ga . (cgA 3 ) + τ θ3 + F 9 . (A 9 A 3 ) − F 8 . (A 8 A 3 ) − F 12 . (A 12 A 3 ) − τ θ4 (18) R A2 . (3,01 m) = 29129,8140 N. (2,09589 m) + (725704 Nm) +(124464,9702 N). (2,795m) −(1334526,697 N). (3,741 m) −(411457,4875 N). (0,344 m) − 125370,97 Nm R A2 = −1370345,595 N (19)
Tabel 7 dan Tabel 8 menunjukkan hasil gaya reaksi antara simulasi  dengan  perhitungan  manual  dari  masing-masing variasi yang terjadi pada sudut θ 3 pada kondisi 1 dan kondisi 2.

## III. PETUNJUK TAMBAHAN
A. Hasil Simulasi Excavator Arm Kondisi I dengan Variasi Sudut θ 3 Sebesar 252.93°
Kondisi  1  dimana  sudut  θ 2 sebesar  61,64 o dan  sudut  θ 4 sebesar  253,58 o dengan  variasi  sudut  θ 3 sebesar  252,93 o merupakan kondisi yang menghasilkan nilai equivalent stress terbesar.  Pada  Gambar  7  menunjukkan  hasil  simulasi equivalent  stress (von  Mises)  pada  kondisi  1,  dimana  besar von  Mises  maksimum  pada kondisi  ini  sebesar  167,88  MPa yang  berada  pada  bagian  penghubung  antara arm dengan boom yang terletak di dalam bushing slider. Sedangkan von Mises minimum sebesar 0,063680 MPa.
Gambar  8  merupakan  hasil  simulasi safety  factor pada excavator arm saat kondisi 1 dengan variasi sudut θ 3 sebesar 252.93°. Nilai safety factor minimum pada kondisi ini sebesar 1,4296.  Batas  minimal  untuk safety  factor yang  ditentukan dalam  penelitian  ini  sebesar  1,5.  Sehingga,  pada  kondisi  1 dengan  variasi  sudut  θ 3 sebesar  252.93°  dinyatakan  tidak aman  dalam  pengoperasian excavator terhadap  tanah hard clay karena memiliki nilai safety factor di bawah 1,5.
B. Hasil Simulasi Excavator Arm Kondisi 1 dengan Variasi Sudut θ 3 Sebesar 293.09°
Kondisi  1  dimana  sudut  θ 2 sebesar  61,64 o dan  sudut  θ 4 sebesar  253,58 o dengan  variasi  sudut  θ 3 sebesar  293,09 o merupakan kondisi yang menghasilkan nilai equivalent stress terkecil.  Pada  Gambar  9  menunjukkan  hasil  simulasi equivalent  stress (von  Mises)  pada  kondisi  1,  dimana  besar von Mises maksimum sebesar 158,69 MPa yang berada pada bagian penghubung antara arm dengan boom yang terletak di dalam bushing slider. Sedangkan von Mises minimum berada pada  bagian  ujung body  excavator  arm sebesar  0,042141 MPa.
Pada Gambar 10 menunjukkan hasil simulasi safety factor pada excavator  arm saat  kondisi  1  dengan  variasi  sudut  θ 3 sebesar 293.09°. Nilai safety factor minimum pada kondisi ini sebesar 1,5124 yang berada pada  bagian  penghubung antara arm dengan boom yang terletak di dalam bushing slider. Batas minimal untuk safety factor yang ditentukan dalam penelitian ini sebesar 1,5. Maka dari itu, kondisi 1 dengan variasi sudut θ 3 sebesar  293.09°  dinyatakan  aman  dalam  pengoperasian excavator terhadap  tanah hard  clay karena  memiliki  nilai safety factor di atas 1,5.
C. Hasil Simulasi Excavator Arm Kondisi 2 dengan Variasi Sudut θ 3 Sebesar 252.93°
Kondisi  2  dimana  sudut  θ 2 sebesar  356,28 o dan  sudut  θ 4 sebesar  10 o dengan  variasi  sudut  θ 3 sebesar  252.93 o merupakan kondisi yang menghasilkan nilai equivalent stress terbesar.  Pada  Gambar  11  menunjukkan  hasil  simulasi equivalent  stress (von  Mises)  pada  kondisi  2,  dimana  besar von Mises maksimum sebesar 169,1 MPa yang berada pada bagian penghubung antara arm dengan boom yang terletak di dalam bushing slider . Dan von Mises minimum berada pada bagian tengah body excavator arm sebesar 0,06238 MPa.
Gambar 14. Hasil simulasi safety factor pada excavator arm kondisi 2 dengan variasi sudut θ 3 sebesar 293.09°.
Gambar 15. Perbandingan antara equivalent stress pada kedua kondisi.
Tabel 9.
Safety factor pada setiap kondisi
θ 3 Kondisi I saat θ 2 = 61,64° dan θ 4 = 253,58° Kondisi II saat θ 2 =
356,28° dan θ 4 = 10° Safety Factor Keterangan Safety Factor Keterangan 293,09° 1,5124 Aman 1,5004 Aman 279,7° 1,4976 Tidak Aman 1,4846 Tidak Aman 266,32° 1,4569 Tidak Aman 1,4446 Tidak Aman 252,93° 1,4296 Tidak Aman 1,4193 Tidak Aman
Pada Gambar 12 menunjukkan hasil simulasi safety factor pada excavator  arm saat  kondisi  2  dengan  variasi  sudut  θ 3 sebesar 252.93°. Nilai safety factor minimum pada kondisi ini sebesar 1,4193 yang berada pada  bagian  penghubung antara arm dengan boom yang terletak di dalam bushing slider. Batas minimal untuk safety factor yang ditentukan dalam penelitian ini sebesar 1,5. Sehingga, pada kondisi 2 dengan variasi sudut θ 3 sebesar  252.93°  dinyatakan  tidak  aman  dalam pengoperasian excavator terhadap  tanah hard  clay karena memiliki nilai safety factor di bawah 1,5.
D. Hasil Simulasi Excavator Arm Kondisi 2 dengan Variasi Sudut θ 3 Sebesar 293.09°
Kondisi  2  dimana  sudut  θ 2 sebesar  356,28 o dan  sudut  θ 4 sebesar  10 o dengan  variasi  sudut  θ 3 sebesar  293,09 o merupakan kondisi yang menghasilkan nilai equivalent stress terkecil.  Gambar  13  merupakan  hasil  simulasi equivalent stress (von  Mises)  pada  kondisi  2,  dimana  besar  von  Mises maksimum  sebesar  159.96  MPa  yang  berada  pada  bagian penghubung antara arm dengan boom yang terletak di dalam bushing slider. Dan von Mises minimum berada pada bagian ujung body excavator arm sebesar 0,068510 MPa.
Gambar  14  merupakan  hasil  simulasi safety  factor pada excavator arm saat kondisi 2 dengan variasi sudut θ 3 sebesar 293.09°. Nilai safety factor minimum pada kondisi ini sebesar 1,5004.  Batas  minimal  untuk safety  factor yang  ditentukan dalam  penelitian  ini  sebesar  1,5.  Sehingga,  pada  kondisi  2 dengan  variasi  sudut  θ 3 sebesar  293.09°  dinyatakan  aman dalam  pengoperasian excavator terhadap  tanah hard  clay karena memiliki nilai safety factor di atas 1,5.
E. Equivalent Stress
E quivalent  stress maksimum  yang  terjadi  pada excavator arm saat kondisi satu dimana θ 2 sebesar 61,64 o dan θ 4 sebesar 253,58 o dan  kondisi  dua  dimana  θ 2 sebesar  356,28 o dan  θ 4 sebesar  10 o dengan  variasi  pada  sudut  θ 3 sebesar  293,09 o ; 279,7 o ; 266,32 o ; 252,93 o akan dipilih dan dibandingkan nilai equivalent  stress terbesar  dan  terkecil  yang  bertujuan  untuk mengetahui  tegangan  yang  terjadi  pada excavator  arm yang nantinya  akan  berpengaruh  pada  batas  kekuatan excavator arm.
Pada  Gambar  15  menunjukkan  nilai equivalent  stress terbesar pada dua kondisi terletak pada sudut θ 3 yaitu 252,93 o dimana  pada  kondisi  satu  sebesar  167,88  MPa  dan  pada kondisi  dua  sebesar  169,1  MPa.  Sedangkan  nilai equivalent stress terkecil  yang  terjadi  pada  dua  kondisi  terletak  pada sudut  θ 3 yaitu  293,09 o dimana  pada  kondisi  satu  sebesar 158,69  MPa  dan  kondisi  dua  sebesar  159,96  MPa.  Nilai equivalent  stress yang  terjadi  pada  kondisi  dua  lebih  besar daripada nilai equivalent stress yang terjadi pada kondisi satu. Hal  ini  disebabkan  adanya  perbedaan  pembebanan  pada kondisi satu dan dua, dimana kondisi dua sudut θ 2 dan sudut θ 4 mendekati  sudut  360 o sehingga  nilai equivalent  stress maksimum  akan  sangat  berpengaruh  dan  membuat  hasil equivalent stress maksimum lebih besar daripada kondisi satu yang dimana sudut θ 2 dan sudut θ 4 mendekati 270 o atau 90 o . Letak equivalent stress maksimum pada excavator arm terjadi pada  bagian  penghubung  antara arm dengan boom yang berada di dalam bushing slider. Setelah dibandingkan dengan kondisi  di  lapangan  letak equivalent  stress maksimum  pada kedua  kondisi  menunjukkan  salah  satu  kondisi  kerusakan yang ada di lapangan.

## F. Safety Factor
Tabel  9  merupakan  nilai safety  factor dari  setiap  kondisi yang diuji pada excavator arm . Safety factor yang terjadi pada excavator arm saat kondisi satu dimana θ 2 sebesar 61,64 o dan θ 4 sebesar 253,58 o dan kondisi dua dimana θ 2 sebesar 356,28 o dan  θ 4 sebesar  10 o dengan  variasi  pada  sudut  θ 3 sebesar 293,09 o ;  279,7 o ;  266,32 o ;  252,93 o . Safety  factor minimal digunakan  untuk  menentukan  suatu  kondisi  operasi  pada excavator  arm aman  atau  tidak  terhadap  tanah hard  clay , dimana  batas  minimal  untuk safety  factor yang  ditentukan dalam penelitian ini sebesar 1,5.
Nilai safety  factor terkecil  dari  dua  kondisi  terletak  pada sudut  θ 3 yaitu  252,93 o dimana  pada  kondisi  satu  sebesar 1,4296  dan  pada  kondisi  dua  sebesar  1,4193.  Dari  setiap kondisi yang diuji, terdapat dua posisi yang dinyatakan aman untuk dilakukan pengoperasian excavator terhadap tanah hard clay yaitu pada sudut θ 3 sebesar 293,09 o dimana saat kondisi satu sudut θ 2 sebesar 61,64 o dan sudut θ 4 sebesar 253,58 o dan saat kondisi dua dimana sudut θ 2 sebesar 356,28 o dan sudut θ 4 sebesar  10 o .  Dua  posisi  tersebut  dinyatakan  aman  karena memiliki nilai safety factor di atas 1,5. Sedangkan nilai safety factor untuk kondisi yang diuji lainnya dinyatakan tidak aman saat dilakukan pengoperasian excavator terhadap tanah hard clay karena memiliki nilai safety factor yang di bawah 1,5.

## IV. KESIMPULAN
A. Kesimpulan
Berdasarkan hasil simulasi dan analisis excavator arm pada setiap kondisi yang diuji saat kondisi satu dimana θ 2 sebesar 61,64 o dan  θ 4 sebesar  253,58 o dan  kondisi  dua  dimana  θ 2 sebesar 356,28 o dan θ 4 sebesar 10 o dengan variasi pada sudut θ 3 sebesar  293,09 o ;  279,7 o ;  266,32 o ;  252,93 o dapat disimpulkan  sebagai  berikut  :  (1)Nilai equivalent  stress terbesar pada dua kondisi terletak pada sudut θ 3 yaitu 252,93 o dimana  pada  kondisi  satu  sebesar  167,88  MPa  dan  pada kondisi  dua  sebesar  169,1  MPa.  Sedangkan  nilai equivalent stress terkecil  yang  terjadi  pada  dua  kondisi  terletak  pada sudut  θ 3 yaitu  293,09 o dimana  pada  kondisi  satu  sebesar 158,69  MPa  dan  kondisi  dua  sebesar  159,96  MPa.  Nilai equivalent stress yang terjadi pada kondisi dua dimana sudut θ 2 sebesar  356,28 o dan  sudut  θ 4 sebesar  10 o lebih  besar daripada nilai equivalent stress yang terjadi pada kondisi satu dimana sudut θ 2 sebesar 61,64 o dan sudut θ 4 sebesar 253,58 o . Letak equivalent stress maksimum pada excavator arm terjadi pada  bagian  penghubung  antara arm dengan boom yang berada di dalam bushing slider. Setelah dibandingkan dengan kondisi  di  lapangan  letak equivalent  stress maksimum  pada kedua  kondisi  menunjukkan  salah  satu  kondisi  kerusakan yang ada di lapangan; (2)Nilai safety factor terkecil dari dua kondisi  terletak  pada  sudut  θ 3 yaitu  252,93 o dimana  pada kondisi  satu  sebesar  1,4296  dan  pada  kondisi  dua  sebesar 1,4193.  Dari  setiap  kondisi  yang  diuji,  terdapat  dua  posisi yang  dinyatakan  aman  untuk  dilakukan  pengoperasian excavator terhadap  tanah hard  clay yaitu  pada  sudut  θ 3 sebesar  293,09 o dimana  saat  kondisi  satu  sudut  θ 2 sebesar 61,64 o dan  sudut  θ 4 sebesar  253,58 o dan  saat  kondisi  dua dimana sudut θ 2 sebesar 356,28 o dan sudut θ 4 sebesar 10 o . Dua posisi tersebut dinyatakan aman karena memiliki nilai safety factor di atas 1,5. Sedangkan nilai safety factor untuk kondisi yang  diuji  lainnya  dinyatakan  tidak  aman  saat  dilakukan
pengoperasian excavator terhadap  tanah hard  clay karena memiliki nilai safety factor yang di bawah 1,5.

## B. Saran
Berdasarkan  penelitian  yang  telah  dilakukan,  saran  untuk pengembangan dalam penelitian excavator selanjutnya adalah sebagai  berikut  :  (1)Disarankan  pada  penelitian  selanjutnya untuk  mencoba analisis  kekuatan  pada excavator  boom;
(2)Disarankan  pada  penelitian  selanjutnya  untuk  mencoba analisis fatigue pada excavator boom, arm, dan bucket.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  L.  Pongsapan,  “Pengaruh  pembebanan  overload  bucket  terhadap kekuatan  material  komponen  arm  pada  excavator  hitachi  2500  tipe backhoe,” Universitas Balikpapan, 2016.
[2]  M. T. Aziz, “Analisis kegagalan bucket ekskavator akibat pembebanan operasi,” Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, 2019.
.