Desain dan Analisa Tegangan Tarik Maksimum Dan Tegangan Tekan Maksimum Kait ( Hook ) Pada Overhead Crane
Laode Rahman. R 1) , Yuspian Gunawan 2) , Prinob Aksar 3)
¹ ) Mahasiswa Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Halu OLeo
2’3) Dosen Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Halu Oleo Jl. H.E.A. Makadompit, Kampus Hijau Bumi Tridarma Andounohu, Kendari 93232 Email: Laoderahman.r@gmail.com Article Info Abstrak Available  online  September  10, 2021 Dalam  dunia  industri  telah  banyak  inovasi  dan  kreasi  yang  bertujuan  untuk meningkatkan  kualitas  dan  kuantitas  produksi.  Dalam  kegiatan  industri  dan konstruksi biasanya mendapatkan beban bahan ataupun material yang tidak dapat diangkat menggunakan tenaga manusia. Untuk industry dikenal suatu alat angkat yang  dinamakan  dengan crane . Crane memiliki  komponen  utama  yang  disebut dengan hook ( kait) yang digunakan  untuk  membantu  mengangkat  beban dengan cara  dikaitkan.  Kait  yang  dirancang  secara  tidak  benar  akan  berbahaya  saat penggunaannya,  sehingga  perlu  dilakukan  pengecekan  tegangan  melalui perhitungan  analisa  teoritis  ataupun  dengan  simulasi  menggunakan Autodesk Inventor untuk  mengevaluasi  kontruksi  melalui  pendekatan  safety  faktor  (faktor keamanan) dan Analisa tegangan Von Misses agar kontruksi yang dibuat pada kait tidak mengalami kegagalan. Hasil Analisa teoritik dan hasil simulasi menggunakan software Autodesk  Inventor 2017  pada hook dengan  beban  3  Ton  atau  29,430  N dapat  disimpulkan  bahwa  tegangan  tekan  maksimum  penampang  A-B  nilainya 5,19 𝑘𝑔/𝑚𝑚 2 tegangan  tarik  penampang  A-B  nilainya 15,40 𝑘𝑔/𝑚𝑚 2 dan  pada penampang  C-D  tegangan  tekan  maksimum  nilainya  4,97  kg/mm 2 dan  tegangan tarik  maksimum  nilainya  13,35  kg/mm 2 ,  faktor  keamanan  dengan  nilai  15. Maka dapat disimpulkan bahwa , Hook yang telah di Analisa secara teoritik dan simulasi dapat dikatakan mampu menerima beban 3 Ton.
Kata kunci : Hook (Kait), Overhead Crane

## Abstract
In the industrial world there have been many  innovations and creations  aimed at improving  the  quality  and  quantity  of  production.  In  industrial  and  construction activities,  there  are  usually  material  or  material  loads  that  cannot  be  lifted  using human power. For industry, there is a  lifting device called a crane. Cranes have a main component called a hook which is used to help lift the load by being hooked. Hooks that are designed incorrectly will be dangerous when used, so it is necessary to check the stress through theoretical analysis calculations or by simulation using Autodesk Inventor to evaluate the construction through the safety factor and Von Misses stress analysis so that the construction made on the hook does not experience failure.  The  results  of  theoretical  analysis  and  simulation  results  using  Autodesk Inventor 2017 software on a hook with a load of 3 Tons or 29.430 N can be concluded that the maximum compressive stress of cross section AB is 5.19 kg/ mm2 tensile stress of cross section AB is 15.40 kg/mm2 and on the CD cross section the maximum compressive stress is 4.97 kg/mm2 and the maximum tensile stress is 13.35 kg/mm2, the safety factor based on simulation is 15. It can be concluded that, the Hook which has been analyzed theoretically and simulation can be said to be able to accept a load of 3 tons.
Keywords : Hook, overhead crane
ENTHALPY: Jurnal Ilmiah Mahasiswa Teknik Mesin
Journal homepage: http://ojs.uho.ac.id/index.php/ENTHALPY

## 1. Pendahuluan
Dalam dunia industri telah banyak inovasi dan kreasi yang bertujuan untuk meningkatkan kualitas dan  kuantitas  produksi.  Dalam  kegiatan  industri dan  konstruksi  biasanya  mendapatkan  beban bahan ataupun material yang tidak dapat diangkat menggunakan tenaga manusia, baik perseorangan atau  berkelompok.  Untuk  industri  dan  konstruksi dikenal suatu alat angkat yang dinamakan dengan crane . Crane adalah  gabungan  mekanisme pengangkat  secara  terpisah  dengan  rangka  untuk mengangkat  atau  sekaligus  mengangkat  dan memindahkan  muatan  yang  dapat  digantungkan secara bebas atau diikatkan pada crane [1] . Untuk crane memiliki  salah  satu  komponen yang disebut dengan crane hook (kait). Kait adalah alat  yang  menghubungkan  beban  dengan crane , dengan  cara  dikaitkan.  Biasanya  kait  dilengkapi dengan  pully  dan  tali  baja  untuk  memudahkan proses  pengangkutan  beban.  Kait  ( hook )  ini biasanya  berbentuk  tanda  tanya terbalik,  sangat sesuai  untuk  model  dari  bentuk  kait  itu  sendiri yang  fungsinya  sebagai  alat  pengangkat  atau pengangkut [2].
Bentuk  dari hook berbeda-beda  tergantung dari  fungsi  atau  kegunaannya  saat  di  lapangan. Meskipun  bentuk hook yang  sudah pasti  seperti pengait,  tetapi  bentuk  secara  keseluruhannya banyak  mengalami    modifikasi  yang  fungsinya adalah disesuaikan  dengan  kebutuhan  dari user saat digunakan atau diaplikasikan  di lapangan [3].
Kait  yang  dirancang  secara  tidak  benar  akan berbahaya  saat  penggunaannya,  sehingga  perlu dilakukan pengecekan tegangan melalui perhitungan  analisa  teoritis    ataupun  dengan simulasi  menggunakan software elemen  hingga seperti Autodesk  Inventor untuk  mengevaluasi kontruksi melalui pendekatan safety factor (faktor keamanan) dan Analisa tegangan Von Misses agar kontruksi  yang  dibuat  pada  kait  tidak  mengalami kegagalan.
Autodesk  Inventor merupakan  perangkat pemodelan parametrik 3D. Analisis tegangan yang dilakukan  oleh Autodesk  Inventor menggunakan metode analisis elemen hingga untuk memudahkan dalam  menganalisis  desain  yang  sesuai  dengan keinginan  kita.  Analisis  elemen  hingga  adalah Teknik  numerik  matematis  untuk  menghitung kekuatan  dan  perilaku  struktur  Teknik  dengan membagi obyek menjadi bentuk jala ( mesh ) [4].
Teori Von Mises
Teori Von  Mises atau  teori  energi  distorsi diperkenalkan  oleh  Hubber  (1904)  dan  kemudian disempurnakan oleh Von Mises dan Henchy. Teori Von  Mises didefiniskan  bahwa  “Kegagalan diprediksi  terjadi  pada  keadaan  tegangan multiaksial bilaman energi distorsi perunit volume sama  atau  lebih  besar  dari  energi  distorsi  perunit volume  pada  saat  terjadinya  kegagalan  dalam pengujian tegangan uniaksial sederhana terhadap specimen dari material yang sama.” [5].
Tegangan Von  Mises menjadi  faktor  penentu apakah  material  akan  mengalami  kegagalan  atau tidak. Material dikatakan mulai luluh saat tegangan Von  Mises mencapai  nilai  kritis  yang  disebut sebagai kekuatan luluh (yield strength) [6].

## Faktor Keamanan
Faktor  keamanan  (safety  factor)  merupakan indikator  untuk  memastikan  apakah  konstruksi yang  dirancang  cukup  aman  atau  tidak  untuk menahan  beban.  Faktor  keamanan  merupakan perbandingan antara tegangan ijin material dengan tegangan  yang  terjadi.  Semakin  tinggi  nilai  safety faktor,  maka  semakin  aman  suatu  konstruksi. Safety  faktor  minimal  suatu  material  dikatakan aman adalah 1 (satu) [6].

## Pemilihan Bahan Material
Baja merupakan paduan yang terdiri dari besi, karbon  dan  unsur  lainnya  dalam  persentase tertentu.  Baja  dapat  didefinisikan  sebagai  suatu karbonnya rendah yaitu kurang dari 0,3% [7].
Baja  paduan  dengan  kadar  unsur  paduan rendah  (kurang  dari  10  %  pemadu),  mempunyai kekuatan  dan  ketangguhan  lebih  tinggi  daripada baja  karbon  dengan  kekuatan  yang  sama. Hardenability dan  sifat  tahan  korosi  umumnya lebih  baik.  Banyak  digunakan  sebagai  baja konstruksi mesin [8].

## 2. Metode Penelitian
Penelitian  ini  tentang  Analisa  tegangan  tarik maksimum  dan  tegangan  tekan  maksimum  pada hook dengan  material  34CrMo4  menggunakan perhitungan  analitik  serta  simulasi  tegangan  von mises, deformasi dan faktor keamanan menggunakan software Autodesk Inventor . Adapun prosedur penelitiannya adalah sebagai berikut:
Pada  tahap  ini,  teori-teori  serta  konsep- konsep  penelitian  yang  telah  dikembangkan sebelumnya  dan  ada  hubungannya  dengan masalah yang dihadapi dikemukakan sebagi dasar menuju  tahapan  selanjutnya,  studi  pustaka dilakukan  dengan  mempelajari  teori-teori  yang
akan digunakan untuk mencapai tujuan penelitian yang hendak dicapai.

## Pengumpulan Data
Pada  tahap  ini  dilakukan  pengambilan  data hook berupa dimensi, lebih jelas dapat dilihat pada gambar  1,  dan  sifat  mekanis  material hook yaitu 34CrMo4 dapat dilihat pada tabel 1
Gambar 1. Hook dimensi dan potongan penampang
Desain  merupakan  salah  satu  proses  penting dalam  perancangan  mesin.  Produk  dari  proses designing adalah  gambar  rancangan  yang merupakan  produk  dari  proses  perancangan  [9]. Pada  tahap  ini hook didesain  sesuai  dengan dimensi serta dilakukan simulasi untuk mengetahui tegangan  von  mises,  deformasi,  dan  faktor keamanan, lebih jelas dapat dilihat pada gambar 2.
Setelah  melakukan  simulasi  dengan  Sofware dilakukan  Analisa teortis untuk  mengetahui  besar tegangan  tekan  maksimum  dan  besar  tegagan tekan maksimum pada hook
Gambar 2. Hasil simulasi pada hook
Untuk mengetahui nilai tegangan maksimum, perlu  dilakukan  perhitungan  analitik  dengan sebelumnya  mengukur  setiap  dimensi  yang  ada pada hook .  Kemudian  dilakukan  perhitungan tegangan  tarik  ijin  dan  safety  faktor  untuk mengetahui tingkat keamanan dari hook tersebut .
Untuk hook ,  daerah  yang  akan  dilakukan perhitungan  tegangan  tekan  maksimum  dan tegangan tarik maksimum adalah pada penampang kritis,  yaitu  penampang  A-B  dan  penampang  C-D, dapat dilihat pada gambar 1.
Untuk hook ,  bahan  yang  digunakan  adalah 34CrMo4  Steel  yang  memiliki  kekuatan  tarik sebesar 𝜎 𝑡 = 80  kg/mm.  Untuk  menghitung tegangan  yang  diizinkan  dapat  menggunakan rumus berikut [10]:
𝜎 𝑡 ̅ = σ t sf (1)
Dimana:
σ t ̅ = tegangan yang diizinkan σ t = Kekuatan tarik material
Sf = faktor keamanan
Dalam  desain  konstruksi  mesin,  besarnya angka  keamanan  harus  lebih  bear  dari  1.  Faktor keamanan  diberikan  agar  desain  konstruksi  dan komponen  mesin  dengan  tujuan  agar  desain tersebut  mempunyai  ketahanan  terhadap  beban yang diterima.
Untuk mencari besar tegangan tarik maksimum hook pada  bagian  dalam  penampang digunakan dengan persamaan sebagai berikut [11]:
σ A = σ tot F . 1 x . 2 .  e 1 a (2)
Dimana: σ tot = Beban pada hook (kg)
F = Luas penampang (mm)
e 1 = Jarak titik pusat penampang (mm) x = Faktor yang tergantung dari bentuk penampang dan lengkungan batang a = Diameter mulut kait (mm)
Untuk  mencari  besar  tegangan  tekan maksimum hook pada  bagian  luar  penampang digunakan dengan persamaan sebagai berikut [11]:
σ B = σ tot F . 1 x . e 1 a 2 + h (3)
Dimana: σ tot = Beban pada hook (kg) F = Luas penampang (mm) e 1 = Jarak titik pusat penampang (mm) x = Faktor yang tergantung dari bentuk penampang dan lengkungan batang a = Diameter mulut kait (mm)
PENAMPANG A-B PENAMPANG C-D 36 r= a/2 + e1 59,39 b2 20 e1 30,89 e 2 25,10 b1 38 h 48 b1 38 b2 20 h 56 b2 20 b1 38 e2 21,5 1 e1 26,4 8 b1 38 b2 20 h 48 h 56 a 57

## 3. Hasil dan Pembahasan
Tabel 1. Sifat mekanis material 34CrMo4 [12].
Untuk hook ,  bahan  yang  digunakan  adalah 34CrMo4  Steel  yang  memiliki  kekuatan  tarik sebesar 𝜎 𝑡 = 80  kg/mm 2 .  Jadi  tegangan  yang diizinkan adalah:
σ t ̅ = σ
t sf = 80 kg/mm 2 5 = 16 kg/mm 2
Perhitunga  analitik  pada  penampang  mendatar (ab)
Gambar 3. Penampang mendatar (A-B)
Tegangan tarik pada bagian dalam penampang
σ A = σ tot F . 1 x . 2 .  e 1 a = 3000 kg/mm 1624 mm . 1
0,13 . 2.30,89 mm 57 mm = 15,40 kg/mm 2
Tegangan tekan pada bagian luar penampang
σ B = σ tot F . 1 x . e 1 a 2 + h = 3000 kg/mm 1624 mm . 1 0,13 . 30,89 mm
57 mm 2 + 56 mm
= 5,19 kg/mm 2
Perhitungan Analitik pada penampang tegak (C-D)
Gambar 4. Penampang tegak (C-D)
Tegangan tarik pada bagian dalam penampang
σ C = σ tot F . 1 X . 2 .  e 1 a = 3000 kg/mm 1392 mm . 1 0,15 . 2.26,48 mm 57 mm = 13, 35 kg/mm 2
Tegangan tekan pada bagian luar penampang
σ D = σ tot F . 1 X . e 1 a 2 + h = 3000 kg/mm 1392 mm . 1 0,15 . 26,48 mm
57 mm
2 + 48 mm
= 4, 97 kg/mm 2
Berdasarkan hasil Analisa pada hook tegangan tarik dan tekan yang terjadi pada penampang A-B lebih  besar  dari  tegangan  tarik  dan  tekan  yang terjadi  pada  penampang  C-D.  Untuk hook masih dikatakan  aman  ketika  menerima  beban  karena tegangan tarik dan tekan yang terjadi masih berada dibawah  tegangan  yang  diizinkan  untuk  bahan 34CrMo4  setelah  dibagi  dengan  faktor  keamanan yaitu 16 kg/mm 2 .
Analisa Menggunakan Software Autodesk Inventor
Beberapa  hasil  dari  simulasi  tegangan menggunakan Autodesk  Inventor yaitu  tegangan Von  Mises ,  deformasi,  dan  faktor  keamanan material Steel Alloy, terhadap pembebanan 3 Ton atau 29,430 N.
Pada  hasil  simulasi  dengan  menggunakan Software Autodesk  Inventor didapatkan  hasil Tegangan Von  Mises sebesar  236,2  Mpa  yang dimana  terjadi  pada  daerah  kontur  dalam penampang A-B yang ditunjukan pada gambar 5
PENAMPANG A-B h 56 b2 20 b1 38 PENAMPANG C-D b1 38 b2 20 h 48
Material 34CrMo4
Density 7810 kg/ 𝒎 𝟑 Young modulus 200,000 Mpa Yield Strenght at tension and compression 550 Mpa Position’s rasio 0,3 Tensile ultimate strenght 800 MPa
Gambar 5. Tegangan Von Mises terhadap pembebanan 3 ton
Untuk  Displacement  atau  deformasi  yang terjadi  akibat  pembebanan  terjadi  pada  bagian kontur  luar  sebesar  0,3348  mm  yang  ditunjukan pada gambar 6
Gambar 6. Deformasi terhadap pembebanan 3 ton
Untuk  Faktor  keamanan  dapat  dilihat  pada gambar 7. Semakin tinggi nilai safety factor, maka semakin  aman  suatu  konstruksi.  Safety  factor minimal  suatu  material  dikatakan  aman  adalah  1 (satu).

## Gambar 7. Faktor keamanan terhadap pembebanan 3 ton

## Berdasarkan  hasil  simulasi  menggunakan
Software Autodesk  Inventor Hook mengalami deformasi  sebesar  0,3348  mm  ketika  menerima beban sebesar 3-ton pada area kontur luar. Hook dinyatakan aman karena tegangan Von Mises yang
terjadi sebesar 236,2 Mpa masih berada dibawah nilai  kritis  atau  kekuatan  luluh  ( yield  strength ) untuk material 34CrMo4 yaitu 550 Mpa.

## 4. Kesimpulan
Dari  hasil  Analisa  teoritik  dan  hasil  simulasi menggunakan Software Autodesk  Inventor 2017 pada hook dengan  beban  3  Ton  atau  29,430  N dapat  disimpulkan  bahwa  tegangan  tekan maksimum penampang A-B nilainya 5,19 kg/mm 2 tegangan tarik penampang A-B nilainya 15,40 kg/ mm 2 dan  pada  penampang  C-D  tegangan  tekan maksimum  nilainya  4,97  kg/mm 2 dan  tegangan tarik  maksimum  nilainya  13,35  kg/mm 2 ,  faktor keamanan berdasarkan simulasi dengan nilai 15.
Hook yang telah di Analisa secara teoritik dan simulasi dapat dikatakan mampu menerima beban 3 Ton atau 29,430 N.

## Daftar Pustaka
[1] A.  Kurniawan,  Analisa  Kekuatan  Struktur Crane Hook Dengan Perangkat Lunak Elemen Hingga  Untuk  Pembebanan  20  TON, Bengkulu: Universitas Bengkulu, 2014.
[2]   B.  A.  Saputra,  Analisa  Tegangan  Maksimum Wire  Rope  Dan  Hook  Pada  Overhead  Crane Hoisting Crane Kapasitas 7,5 Ton, Surakarta, 2018.
[3]   Z.  Fatoni  and  M.  Lazim,  "Perancangan  Dan Pembuatan  Kait  Tunggal  Jenis  Eye  Hook Dengan Beban 0,5 TON," vol. 5, pp. 152-160, 2017.
[4]   L.  A.  N.  Wibawa,  "Desain  dan  Analisis Kekuatan  Rangka  Tempat  Sampah  di  Balai LAPAN Garut Menggunakan Metode Elemen Hingga," Turbul J. Teknik Mesin, vol. 1 No. 2, pp. 64-68, 2019.
[5]   M.  C.  Agus,  "Modul  Ajar  Metode  Elemen Hingga," 2014.
[6]   L.  A.  N.  Wibawa,  "Desain  Dan  Analisis Tegangan Crane Hook Model Circular Section Kapasitas  5  TON  Menggunakan  Autodesk Inventoor 2017," Jurnal SIMETRIS, vol. 10, pp. 27-32, 2017.
[7]   Amanto, Ilmu Bahan, Jakarta: Penerbit Bumi Aksaara, 1999.
[8]   I. W. Suherman, Ilmu Bahan, Insititut Sepuluh November, 1987.
[9]   S. Yon F. Huda, Autodesk Inventor Profesional 2011  Panduan  Mudah  Merancang  Mesin, Yogyakarta: Penerbit ANDI, 2012.
[10]  A. Yuliarko, "Perancangan Jib Crane Kapasitas angkat  5  Ton  Pada  Kapal  AHTS  (Anchor Handling  Tug  And  Supply),"  Malang,
Universitas Muhammadiyah Malang, 2017.
[11]  N. Rudenko, Mesin Pemindah Bahan, Jakarta: Erlangga, 1996.
[12]  Y. A. Onur, "Investigation of the effect of the sling angle and size on the reliability of lifting hooks," vol. 94, pp. 931-942, 2017.