## SIMULASI KEKUATAN RANGKA GANTRY CRANE SINGLE GIRDER MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA ( FINITE ELEMENT ANALYSIS)
1 Aji Abdillah Kharisma, 2 Dimas Muhammad Yanuar 1,2 Universitas Gunadarma
1,2 Fakultas Teknologi Industri Universitas Gunadarma Jl. Margonda Raya No. 100, Depok 16424, Jawa Barat
1 ajiabdillah@staff.gunadarma.ac.id, 2 dimasyanuar31@gmail.com

## Abstrak
Gantry crane adalah komponen konstruksi yang berfungsi mengangkat, memindahkan material dengan kapasitas  yang  besar.  Gantry  crane bergerak  horizontal,  dimana ujung balok sebagai pendukung tumpuan pada kaki tegak sebuah roda berjalan. Faktor penting perancangan crane yaitu kekuatan crane terhadap external load, dan kelelahan (fatigue). Perancangan yang tidak sesuai  mengakibatkan  kegagalan  struktur  dan  kecelakaan  kerja.  Penelitian  ini  membahas perancangan  konstruksi  rangka  gantry  crane  sehingga  dapat  mengangkat  dan  menahan material  berdasarkan  pada    kriteria  tegangan  maksimum,  deformasi  (berubah  bentuk),  dan standar  keamanan.  Metode  penelitian  yang  digunakan  adalah  metode  elemen  hingga  (finite element  analysis).  Input  parameter  gaya  eksternal  (external  load)  pada  rangka  gantry  crane single  girder  yaitu  variasi  pembebanan  1  Ton,  2  Ton,  dan  3  Ton.  Hasil  pembebanan  rangka gantry  crane  1  Ton  dari  tegangan  maksmium  sebesar  205  MPa,  deformasi  10,59  mm,  faktor keamanan  4,064  ul,  hasil  pembebanan  2  Ton  dari  tegangan  maksimum  sebesar  410  MPa, deformasi  21,19  mm,  faktor  keamanan  3,032  ul,  sedangkan  hasil  pembebanan  3  Ton  dari tegangan maksimum sebesar 616 MPa, deformasi 31,79 mm, faktor keamanan sebesar 1,774 ul. Berdasarkan  nilai  tegangan  maksimum,  faktor  keamanan  yang  diijinkan,  pembebanan  1  Ton dan  2  Ton  masih  memenuhi  standar  keamanan  pada  perancangan  gantry  crane  single  girder yaitu tegangan maksimum ≤ 530 MPa dan faktor keamanan diantara 1 -10.
Kata Kunci : Gantry crane, FEA, faktor keamanan, tegangan maksimum,

## Abstract
A  Gantry  crane is  a  construction  component that  functions to lift,  move  material  with  a  large capacity.  Gantry  cranes  move  horizontally,  where  the  end  of  the  beam  is  a  support  for  the pedestal on the upright legs of the running wheel. Important factors in crane design are crane strength against external load and fatigue. Inappropriate design results in structural failure and work  accidents.  This  study  discusses  the  design  of  the  gantry  crane  frame  construction  to  be able  to  lift  and  hold  the  material,  from  the  criteria  of  maximum  stress,  deformation (deformation),  and  safety  standards.  The  research  method  used  is  the  finite  element  analysis method.  Input  parameters  of  external  force  (external  load)  on  the  frame  of  the  single  girder gantry crane are variations in the loading of 1 Ton, 2 Ton, and 3 Ton. The results of the loading of the gantry crane frame 1 Ton from the maximum stress of 205 MPa, the deformation of 10,59 mm, the safety factor of 4,064 ul, the result of the loading of 2 Ton from the maximum stress of 410 MPa, the deformation of 21,19 mm, the factor of safety 3,032 ul, while the result of loading 3 Ton from maximum stress of 616 MPa, deformation of 31,79 mm, a safety factor of 1,774 ul. Based on the maximum stress value, the allowable safety factor, the loading of 1 Ton and 2 Ton still meets the safety standards in the single girder gantry crane design, namely the maximum stress 530 MPa and the safety factor between 1 -10.
Keywords : Gantry crane, FEA, a factor of safety, maximum stress

## PENDAHULUAN
Crane adalah peralatan yang digunakan untuk  memindahkan  muatan  dengan  cara mengangkat  muatan  secara  vertical  ataupun horizontal dan menurunkan muatan ke tempat yang  telah  ditentukan  dengan  mekanisme angkat  ( lifting ),  pendongak  ( luffing ),  pemutar ( slewing ),  dan  berjalan  ( travelling ). Crane memiliki  kapasitas  angkat  ( lifting  capacity ), kecepatan  dari  beberapa  gerakan  ( moving velocity ),  dan  tinggi  pengangkatan  ( lifting height )  yang  bermacam-macam  tergantung jenis aplikasi yang diinginkan[1].
Faktor  penting  dalam  perancangan crane yaitu kekuatan crane terhadap pembebanan  luar  ( external  load), dan kelelahan. Perancangan yang tidak memenuhi standar  keamanan  sering  kali  mengakibatkan kegagalan struktur crane (ambruk nya rangka gantry  crane) dan  menyebabkan  kecelakaan kerja  dilapangan.  Dalam  perancangan  nya perlu  dilakukan  analisis  untuk  mengetahui kekuatan  rancangan  pada  saat  diberikan external  load untuk  memenuhi  standar keamanan  perancangan gantry  crane  single girder tersebut. Penelitian sebelumnya, perancangan,  analisis  tegangan von  mises struktur crane kapasitas 10 Ton menggunakan jenis  material mild  steel. Analisis  dilakukan secara numerik dengan menggunakan
perangkat lunak autodesk inventor [2].
Memprediksi umur kelelahan
konstruksi gantry crane menggunakan Autodesk Inventor, sedangkan analisis
elemen  hingga  menggunakan  software  Ansys Workbench.  Pemberian  pembebanan  struktur gantry  crane dibebani  dengan  variasi  7, 8,  9, dan  10  Ton  dengan  tipe  pembebanan full- reserved [3]. Gantry  Crane Tipe  ECT-15 dimana  kekuatan  yang  dibutuhkan  untuk mengangkut  beban  maksimum  dan  minimum dari Gantry  Crane Tipe  ECT-15  perlu disesuaikan  berdasarkan  ukuran  alat  tersebut. Perlu  mendapatkan  data  yang  sangat  akurat, seperti ketinggian alat maksimal 12 meter dan mampu mengangkat barang minimal 1 sampai dengan  14  Ton  [4].  Mengkonfigurasikan support  arm yang  sesuai  untuk  dihubungkan pada  lengan crane .  Metode  yang  diterapkan adalah  mensimulasikan  tiga  jenis  konfigurasi support lengan crane menggunakan software finite  element  analysis .  Simulasi  difokuskan pada displacement yang  terjadi  pada  lengan crane ketika diberi beban[5].
Penelitian selanjutnya, simulasi tegangan  dan safety  factor  gantry  crane kapasitas  3  Ton  menggunakan steel  AISI 4340 .  Pada  simulasi  menghasilkan  tegangan sebesar  3,39  x  10 8 N/m 2 dengan  nilai keamanan  1,65  terdapat  pada  posisi  kedua pembenanan.  Dari  hasil  dinyatakan  desain memiliki  faktor  keamanan  yang  sesuai dengan standar [6].
Tujuan  dalam  penelitian  ini  adalah membahas  kekuatan  perancangan  rangka gantry  crane  single  girder berdasarkan kriteria  nilai tegangan  maksimum,  deformasi (perubahan  bentuk)  pada  saat  diberi  variasi external  load yaitu  1  Ton,  2  Ton,  dan  3  Ton
serta faktor  keamanan,  sehingga  akan mendapatkan  standar  keamanan  perancangan kekuatan  rangka gantry  crane  single  girder
terhadap  variasi  pembebanan  yang  diberikan. Penggunaan  metode  elemen  hingga  berbasis software inventor berfungsi untuk mensimulasikan  elemen  -  elemen  rangka secara  signifikan  untuk  mendapatkan  hasil yang  akurat  ( precision ).  Pemilihan  jenis material  pada  rangka gantry  crane  single girder adalah  AISI  1045 steel yang  memiliki
kekuatan  luluh  ( yield  strength )  sebesar  530 MPa.

## METODE PENELITIAN
Metode  elemen  hingga  digunakan untuk  menganalisis  secara  signifikan  pada kekuatan  rangka gantry  crane  single  girder dengan  melakukan  variasi  ( external  load) dilakukan  dengan  beberapa  tahap,  seperti yang diperlihatkan pada Gambar 1.
Portal
Komponen Desain Konstruksi Rangka Gantry Crane Single Girder
Gambar 2. Komponen pada rangka gantry crane single girder
Tabel 1. Data Dimensi/ukuran rangka gantry crane single girder
Dimensi/ukuran rangka gantry crane single girder Girder 3000 mm x 100 mm x 1885 mm Portal 100 mm x 100 mm Panjang portal 1885 mm Bridge (End Truck ) 1300 mm x 100 mm. Penguat Siku 721,1 mm dan kemiringan 123,69 o
Pada  Gambar  2  diperlihatkan  detail dimensi atau ukuran konstruksi rangka gantry crane single girder.
Data  Spesifikasi  Dimensi/ukuran gantry crane single girder
Pada Tabel 1 ditunjukkan data spesifikasi  dimensi/ukuran  rangka gantry crane single girder pada komponen komponen  seperti girder,  portal,  bridge, dan roda.
Bridge Girder Penguat Siku
Data Mechanical  Properties Material  AISI 1045 steel
Pada  Tabel  2  dapat  dilihat  sifat mekanik  ( mechanical  properties )  material AISI  1045 steel yang  digunakan  pada komponen  rangka gantry  crane  single  girder [7].  Pada  Tabel  3  menunjukan  komposisi kimia  ( chemical  composition )  pada  material
AISI  1045 steel .  Data  pada  Tabel  4 merupakan  jenis  material  yang  digunakan pada  komponen girder,  portal,  bridge, dan roda  adalah  AISI  1045 steel .  Pada  Tabel  5 diberikan  input  parameter  yang  digunakan untuk  proses  analisis  terdiri  dari  variasi pembebanan  yaitu  1  Ton,  2  Ton,  dan  3  Ton pada  rangka gantry  crane  single  girder.
Tabel 2. Mechanical properties material AISI 1045 steel Mechanical properties material AISI 1045 steel Density 7,85 g/cm 3 Yield strength 530 MPa Tensile Strength 625 MPa Modulus Young 206 GPa Poissons Ratio 0,29 Shear Modulus 80 GPa Tabel 3. Komposisi Kimia AISI 1045 steel Elemen Komposisi (%) Karbon, C 0,42 – 0,50 Besi, Fe 98,51 – 98,98 Mangan, Mn 0,60 – 0,90 Fosfor, P < 0,040 Sulfur, S < 0,050
Tabel 4. Jenis material yang digunakan pada komponen rangka gantry crane single girder Jenis material pada rangka gantry crane single girder Girder AISI 1045 steel Portal & bridge AISI 1045 steel Roda ( wheel) AISI 1045 steel
Tabel 5. Data Input variasi pembebanan pada rangka gantry crane single girder Input parameter variasi pembebanan pada rangka gantry crane single girder
Pembebanan 1 ( External load ) 1 Ton (9806,65 N) Pembebanan 2 ( External load ) 2 Ton (19613,3 N) Pembebanan 3 ( External load ) 3 Ton (29419,95 N)
Proses Analisis Konstruksi Rangka Gantry Crane Single Girder
Proses  analisis static digunakan  untuk mengetahui  nilai  tegangan  maksimum,  de- formasi  ( deformation ),  dan  keamanan  desain menggunakan  perangkat  lunak  dengan  metode elemen  hingga  yaitu  dengan  analisis numeric computer yang difungsikan untuk menyelesaikan masalah  yang  sangat  kompleks.  Input  para-
meter  yang  digunakan  pada  analisis  dengan memberikan  variasi  pembebanan  ( external load) pada rangka gantry crane single girder yaitu pembebanan 1 Ton, 2 Ton, dan 3 Ton.
Pada  Gambar  3  merupakan  hasil  input pemilihan  bahan  material  pada  komponen gantry  crane dengan  memilih  pada  bagian Original Material dan Override Material lalu pilih material AISI 1045 steel [8].

## Pemilihan Bahan Material AISI 1045 steel
Gambar 3. Pemilihan material AISI 1045 steel pada girder, portal & bridge, roda
Gambar 4. Peletakan fixture pada kedua kaki/ bridge gantry crane 1 2 4 3 Loads
Peletakan Fixtures dan Pemberian Variasi pembebanan
Peletakan fixture bertujuan  sebagai penahan  pada  objek  desain  [8].  Peletakan fixtures terletak  pada entities  4  face yang berada  di  permukaan  sisi  tumpuan  dari rangka gantry  crane yang  berjenis fixed geometry .  Pada  Gambar  4  merupakan peletakan  f ixture  constrain [8],[9].  Pada gambar  4  mengindikasikan  pembebanan ( external  load) yang  diberikan  sebesar  1 Ton = 9806,65 N,  2 Ton  = 19613,3  N, dan 3  Ton  =  29419,95  N  dengan  arah  tekanan kebawah.
Proses meshing
Proses meshing merupakan  proses diskristalisasi,  dimana  pembagian  suatu bentuk  elemen-elemen  berukuran  kecil  untuk menghasilkan tingkat keakuratan hasil analisis  yang  dilakukan  terhadap  tiap  titik atau  node  pada  desain  rangka gantry  crane single girder [9]. Proses meshing diperlihatkan pada Gambar 5.
Node dibuat  dengan  kepadatan  di dalam  suatu  material  berpengaruh  pada  level stress yang akan ditahan pada daerah tertentu khususnya  rangka gantry  crane [10].  Total nodes yang  dihasilkan  pada  proses meshing rangka gantry  crane adalah  19782 nodes .
Adapun  data meshing pada  desain  di- perlihatkan pada Tabel 6.
Gambar 5. Proses meshing pada rangka gantry crane single girder
Tabel 6. Data pada proses meshing pada rangka gantry crane Data Detail Mesher used Blended curvature-based mesh Mesh quality High Tipe mesh Solid mesh Total nodes 19782 Total element 9061 Hasil meshing

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil tegangan maksimum pada
pemberian  beban  ( external  load )  1  Ton,  2 Ton,  dan  3  Ton  pada  rangka gantry  crane single girder
Berikut  ini  merupakan  hasil  yang didapatkan  saat  dilakukan  analisis  simulasi pada rangka gantry crane single girder.
Pada Gambar 6 merupakan hasil per-
bandingan  analisis  tegangan  maksimum  ( von
mises) dari variasi pembebanan yang diberikan yaitu 1 Ton, 2 Ton, dan 3 Ton pada rangka gantry  crane  single  girder. Dapat dikatakan  bahwa,  dengan  penambahan  beban eksternal  mendapatkan  hasil von  misses yang semakin besar yaitu 616 MPa pada pembebanan  3  Ton  melebihi  nilai yield strength material  AISI  1045 steel yaitu  530 MPa.
Gambar 6. Hasil perbandingan nilai von misses stress pada gantry crane single girder
Gambar 7. Hasil visualisasi analisis tegangan maksimum dengan beban eksternal (a). 1 Ton, (b). 2 Ton, dan (c). 3 Ton pada gantry crane
Pada  gambar  7  menunjukan  objek desain  hasil  analisis  tegangan  maksimum yang  terjadi  pada  pembebanan  1 Ton  sebesar 205  MPa,  pembebanan  2  Ton  sebesar  410 MPa, sedangkan pembebaban 3 Ton menghasilan tegangan maksimum sebesar 616 MPa [9]. Berdasarkan hasil tegangan maksimum masih memenuhi kriteria tegangan maksimum yang diijinkan yaitu tidak melebihi  nilai yield  strength material  AISI 1045 steel yaitu 530 MPa [7], [11].
Pada  gambar  8  menunjukan  hasil deformasi  yang  terjadi  ( displacement) dari variasi  pembebanan  yang  diberikan  yaitu  1 Ton,  2  Ton,  dan  3  Ton  pada  rangka gantry
crane single girder. Dari grafik terlihat bahwa semakin  besar  beban  eksternal  maka  akan mempengaruhi perubahan bentuk atau deformasi yang meningkat dari desain rangka gantry  crane  single  girder dan  terlihat  pada gambar  9  hasil  visualisasi displacement telah terjadi  deformasi  yang  identik  dengan  warna kemerahan  pada  titik  pembebanan  yang diberikan.  Pembebanan  1  Ton  menghasilkan deformasi  sebesar  10,5,  untuk  2  Ton  sebesar 21,19,  sedangkan  3  Ton  sebesar  31,79. Namun deformasi yang terjadi masih dikatakan aman pada pembebanan 1 Ton dan memiliki faktor keamanan desain yang paling baik sebesar 4,064 ul.
(c).
Gambar 8. Grafik hasil displacement terhadap external load pada gantry crane
Gambar 9. Hasil visualisasi displacement atau deformasi dengan beban eksternal (a). 1 Ton, (b). 2 Ton, dan (c). 3 Ton pada gantry crane
(a). (b).
Gambar 10. Hasil Nilai Safety Factor dengan beban eksternal (a). 1 Ton, (b). 2 Ton, dan
(c). 3 Ton pada gantry crane
Gambar  10  menunjukan  hasil  analisis faktor keamanan berdasarkan variasi pembebanan  1  Ton,  2  Ton,  dan  3  Ton  yang diberikan  pada  rangka gantry  crane  single girder. Nilai  faktor  keamanan pada  beban  1 Ton  sebesar  4,064 upper  limit ,  nilai keamanan  beban  2  Ton  sebesar  3,032 upper limit, dan  nilai  keamanan  beban  3  Ton sebesar  1,774 upper  limit. Berdasarkan  hasil nilai  faktor  keamanan  dapat  diketahui  bahwa pada  pemberian  beban  1  Ton  dan  2  Ton
memenuhi  kriteria  keamanan  rancangan gantry crane single girder , karena nilai faktor keamanan  berada  diantara  nilai  1,2  –  10, semakin tinggi nilai safety factor pada desain dipengaruhi  oleh  kualitas  pemilihan  material, jika  kualitas  material  yang  digunakan  sangat baik  maka  hal  tersebut  akan  berhubungan dengan  biaya  yang  dikeluarkan  maka  akan semakin  besar,  tetapi  output  yang  akan dihasilkan faktor keamanan pada desain akan jauh dari kegagalan ( failure ) [12].
(a). (b).
(c).
Gambar 11. Grafik hasil safety factor terhadap external load pada gantry crane
Material  dengan  AISI  1045  steel  merupakan jenis material yang cocok jika untuk digunakan pada  komponen  rangka gantry  crane  single girde karena memiliki nilai yield strength yang cukup  baik  untuk  melakukan  pengangkatan pembebanan dengan kapasitas besar [6].
Gambar 11 menunjukan hasil perbandingan  grafik safety  factor terhadap external  load yang  diberikan  pada  desain, hasil  tersebut  menunjukan  semakin  besar external  load yang  diberikan  menghasilkan nilai safety  factor yang  semakin  menurun yaitu 1,774 ul dapat dilihat pada pembebanan 3  Ton  menurun  ke  batas  kegagalan  ( failure) dari ketahanan struktural yaitu range nilai (1,2 –  10).  Hasil safety  factor yang  paling  baik adalah  4,064  ul  pada  pembebanan  1  Ton karena  masih  dalam  range  nilai  keamanan desain yaitu 1,2-10 dan nilai von misses yang didapatkan  sebesar  205  MPa,  Hal  tersebut mengindikasikan  bahwa  nilai  tersebut  masih sesuai dengan keamanan desain rangka gantry
crane single girder karena belum melebihi nilai yield strength AISI 1045 steel yaitu 530 MPa.

## KESIMPULAN DAN SARAN
Berdasarkan  hasil  penelitian,  dapat diperoleh  kesimpulan  bahwa,  hasil  metode elemen  hingga  menggunakan  analisis  bantu software inventor dari nilai tegangan maksimum, displacement, dan faktor keamanan  ( safety  factor) pada  pembebanan ( external  load) 1  Ton,  dan  2  Ton  masih memenuhi standar keamanan dalam perancangan  alat gantry  crane  single  girder tersebut,  dimana  hasil  pembebanan  1  Ton nilai  tegangan  maksimum  sebesar  205  MPa, displacement atau  deformasi  sebesar  10,59 mm  dan  faktor  keamanan  sebesar  4,064  ul, sedangkan  hasil  pembebanan  2  Ton  dari tegangan  maksimum  sebesar  410  MPa, deformasi  sebesar  21,194  mm  dan  faktor keamanan sebesar 3,032 ul,  masing  –masing
hasil  pembebanan  1  Ton  dan  2  Ton memenuhi kriteria tegangan maksimum ≤ 530 MPa  ( yield  strength  material AISI  1045 steel ), dan faktor keamanan diantara 1 s/d 10.
Pada  pembebanan  3  Ton,  nilai  tegangan maksimum  yang  terjadi  melebihi  nilai kekuatan  ( yield  strength) bahan  AISI  1045 steel  yaitu  530  MPa,  sehingga  beban  3  Ton tidak  dapat  memenuhi  standar  keamanan desain, jika digunakan pada alat gantry crane single girder yang telah didesain.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] A. Muhib, “Mesin Pengangkat I”, Jakarta
: PT.Pradnya Paramita, 2008.
[2] L.  Ari  Nendra  Wibawa,  “Desain  dan
Analisis Tegangan Struktur Crane Kapasitas 10 Ton Menggunakan Metode Elemen  Hingga,” Jurnal  Muara  Sains,
Teknologi, Kedokteran, dan Ilmu
Kesehatan , vol. 4, no. 2, hal. 201-210, 2020.
[3] L. Ari Nendra Wibawa, “The fatigue life prediction  of  gantry  crane  with  load capacity variation using Ansys Workbench, ” Jurnal Sains dan Teknologi , vol. 16, no. 1, hal. 18-24, 2020.
[4] J. Jalil, “Analisa Kekuatan Gantry Crane
Tipe  Ect-15  Pada  Saat  Di  Gunakan  Di Pelabuhan Kijing, Pontianak, Kalimantan Barat,” Jurnal Inovasi Sains
dan  Teknologi  Kelautan ,  vol.  2,  no.  1, hal. 25-29, 2021.
[5] A. Arifin, H. Syafik, “Pengembangan
Desain  Lengan  Support  Jib  Crane Dengan  Menggunakan  Analisa  Metode Elemen  Hingga,” Mekanika  –  Jurnal
Teknik Mesin , vol. 6, no. 1, hal. 5-8, 2020.
[6] S. Wunda, A.S. Ahab, A.Z Johannes, R.K.
Pingak,  “Analisis  Tegangan,  Regangan Dan  Deformasi  Crane  Hook  Dari Material Baja AISI 1045 Dan Baja ST 37 Menggunakan  Software  Elmer,” Jurnal Fisika , vol. 4, no. 2, hal. 131-138, 2020.
[7] Mathweb,  AISI  1045  Steel,  cold  drawn, 19-32  mm (0.75-1.25 in) round [Daring] Tersedia:
https://www.matweb.com/search/DataSh eet.aspx?MatGUID=cbe4fd0a73cf46908 53935f52d910784&ckck=1  [Diakses:  05
September 2023].
[8] SolidWorks Corporation, “ Introducing Solidwroks ”, USA : DS Solidworks,
2015.
[9] Utama,  Widya,  D.  Hands,  “ Hands  On Autodesk  Inventor  2014” ,  Jakarta  :
Fakultas  Teknik  Mesin  Universitas Tarumanegara, 2017.
[10] B.  Febrinaldy,  “ Finite  Element  Models and Verfications Using MSC
Patran/Nastran” ,    Bandung  :  Creative
Creature Corporation, 2007.
[11] E.P, Popov, “Mekanika teknik ( Mechanic of Material ), second edition”.
Berkeley: University of California, 1984.
[12] K.  Z.  V.  Dobrovolsky,  “ Machine elements  :  a  textbook ,”  Moscow:  Peace
Publisher, 1978.