## PERANCANGAN DAN SIMULASI STRUKTUR RANGKA OVERHAUL STAND UNTUK PENGGUNAAN ASSEMBLY DAN DIASSEMBLY HYDRAULIC CYLINDER MENGGUNAKAN SOFTWARE SOLIDWORK
Randis 1*) , Nugroho maulana 2) , Hadi Hermansyah 3)
Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Balikpapan
1,2,3) Jl. Sukarno hatta Km. 8 Balikpapan, Kalimantan Timur, Indonesia 90216
Email: randis@poltekba.ac.id
Abstrak  - Penelitian  ini  bertujuan  untuk  menganalisis  struktur  dari  Overhaul  Stand  yang  digunakan sebagai alat bantu untuk menopang hydraulic cylinder dalam proses pemeriksaan dan perbaikan.  Dalam hydraulic  cylinder  terdapat  piston  yang  terhubung  dengan rod yang  dapat  bergerak  maju  dan  mundur, bergantung  pada  sisi  mana  yang  diisi  oleh  fluida  hidrolik  bertekanan.  Metode  yang  digunakan  dalam perancangan  ini  meliputi  pengumpulan  data,  membuat  model  pada  perangkat  lunak,  kemudian menganalisis struktur  menggunakan metode simulasi Finite Element Analysis (FEA). Hasil simulasi  FEA mendapatkan  nilai tegangan dan faktor keamanan pada Overhaul Stand yang  mengalami pembebanan dari    hydraulic  cylinder.  Berdasarkan  hasil  simulasi,  pengujian  dengan  menggunakan  material  JIS  3101 SS 400, struktur  Overhaul Stand berada dalam batas aman.
Kata  kunci: Hydraulic  cylinder,  Overhaul  Stand,  Finite  Element  Analysis,  tegangan,  factor keamanan
Abstract - This study aimed analyze the structure of overhaul stand which is used as a supporting tool of hydraulic  cylinder  in  the  inspection  and  repairs  process.  Inside  the  hydraulic  cylinder,  there  is  a  piston that  is  connected  to  a  rod  that  can  move  forward  and  backward,  depending  on  which  side  is  filled  by pressurized  hydraulic  fluid.  The  method  used  in  this  design  consist  of collecting  data,  creating  a  model on  software,  then  analyzing  the  structure  using  the  Finite  Element  Analysis  (FEA)  simulation  method. The  FEA  simulation  results  get  the  stress  value  and  safety  factor  on  the  overhaul  stand  that  is experiencing the loading of the hydraulic cylinder. Based on the simulation results, testing using JIS 3101 SS 400 material, the structure of the overhaul stand was within safety limit.
Keywords: Hydraulic cylinder, Overhaul Stand, Finite Element Analysis, Stress, Safety factor

## 1.    PENDAHULUAN
Penggunaan  alat  berat  pada  industri pertambangan  memiliki  berbagai  macam  jenis antara  lain  yaitu :  excavator,  heavy  dump  truck, dozer,  shovel dan motor  grader disesuaikan dengan  aplikasinya  seperti  digunakan  untuk menunjang  proses  pertambangan  mulai  dari pembukaan tambang, pembuatan jalan, penggalian  serta  pengangkutan  bahan  tambang menuju  ke  proses  berikutnya[1].  Alat  berat  yang digunakan harus mencapai target produksi  yang sudah  ditentukan  oleh  pihak  perusahaan,  untuk dapat  bekerja  dengan  baik  agar  target  produksi perusahaan  dapat  tercapai,  alat  berat  yang digunakan  harus  selalu  dalam  kondisi  prima. Akan tetapi ada kalanya alat berat ini mengalami masalah  ( troubleshooting )  atau  kerusakan  yang mengharuskan  alat  berat  atau  unit  tersebut berhenti bekerja.
Kerusakan  yang  biasanya  terjadi  pada  unit alat  berat  yaitu  pada  bagian cylinder  hydraulic , dimana  bagian  ini  merupakan  komponen  yang
membantu  semua  proses  kinerja  unit  serta paling banyak mengalami beban dan pergerakan  dalam  kinerja  suatu  alat  berat terutama pada unit excavator, adapun kerusakan  yang  terjadi  pada cylinder  hydraulic . Alat  berat  seringkali  harus  dilakukan overhaul, salah  satu  upaya  dalam  perbaikan  dan pembelajaran dalam overhoul cylinder hydraulic yaitu membuat stand agar dapat mempermudah dalam melakukan proses assemly dan diassembly pada cylinder  hydraulic yang mengalami kerusakan.
Untuk meminimalisir kegagalan yang mungkin  terjadi  pada  alat  maka  butuh  simulasi dan  analisis  sebelum  dilakukan  fabrikasi, software yang digunakan mengunakan software solidwork. Penggunaan solidwork sendiri  sudah banyak  digunkan  dalam  menganalisis  dan mensimulasikan  berbagai  rancangan  pada berbagai  aplikasi  keteknikan  [2-9].  Aplikasi software solidwork digunakan pada penelitian[2] untuk menganalisis deformasi yang terjadi pada
rancangan  model  gear  transmisi  pada gear  box, sementara  pada  penelitian  lainya, solidwork digunakan untuk menganalis dan mensimulasikan  nilai  kritis  pada  kopling  cakram dengan  variasi  bahan  yang  berbeda[3].  Dalam [4]  perangkat  lunak solidwork dimanfaatkan untuk  mendesain  dan  menganalisa  stress  yang terjadi  pada  flywheel  dan  sementara  software yang  sama  digunakan  untuk  menganalisis desain piston dengan gaya  tekan dan tarik  yang diberikan[5]. Perangkat lunak ini juga diaplikasikan  pada  perancangan  dan  simulasi untuk rangka robot [6-7]. Aplikasi ini juga banyak digunakan untuk analisis aliran fluida sebagaimana pada [8-9].
Penelitian  yang  ingin  dikembangkan  yaitu perancangan  dan  analisis  struktur  rangka Overhaul  Stand  For  Hydraulic  Cylinder dengan menggunakan bantuan software  solidwork , penggunaan  perangkat  lunak solidwork pada penelitian  ini  dimaksudkan  untuk  meminimalisis kegagalan sebelum manufaktur dilakukan.
Analisis
dilakukan sebelumnya untuk memastikan  struktur  dan  alat  yang  akan  dibuat memenuhi  standard  keamanan  yang  diijinkan sebagaimana  perangkat  lunak  ini  telah  banyak digunakan dan dan diuji keberhasilannya seperti pada  penggunaan  untuk  berbagai  aplikasi  di bidang teknik lainnya.

## 2.    METODOLOGI PENELITIAN
2.1.  Sfesifikasi  silinder  dan  rangka  yang  akan dirancang
Dalam  suatu  pembuatan  alat  diperlukan perencanaan yang matang agar hasilnya optimal dan  efisien  dari  segi  waktu,  biaya  dan  tenaga. Dalam  metode  perencanaan,  hal-hal  yang dilakukan yaitu pembuatan gambar dan pemilihan komponen yang tepat dengan memperhatikan  kekuatan  bahan,  penampilan dan harga dari komponen tersebut.
Dalam  perancangan  rangka  atau stand terdapat  batasan  terhadap  dimensi  objek  yang akan  dilakukan overhaul yaitu  berupa hydraulic cylinder tipe small excavator sehingga diharapkan  rancangan stand dapat  berfungsi sebagaimana
mestinya,
berikut
adalah spesifikasi hydraulic cylinder yang dapat diperuntukkan oleh rancangan stand .
Tabel 1. Hydraulic Cylinder Spesification[10] Bore Tinggi Rod Diameter Weight Min 136 mm 1120 mm 80 mm 1197 kg Max 185 mm 1600 mm 110 mm 1495 kg
Secara  garis  besar  bahan  yang  dibutuhkan dalam perancangan overhaul stand for hydraulic
cylinder merupakan  adalah  bahan  rangka  yang digunakan.  Bahan-bahan  untuk  pembuatan rangka berupa besi profil WF 150 (150 x 75 x 5 x  7  mm),  WF  100  (100  x  50  x  5  x  7  mm),  dan UNP  10  (100  x  50  x  6  mm),  dengan pengujian dengan  menggunakan  material  JIS  3101  SS 400.

## Perhitungan  Gaya Berat
Gaya  yang  terjadi  pada  rangka Overhaul Stand  For  Hydraulic  Cylinder salah  satunya merupakan  gaya  statis.  Gaya  statis  hanya disebabkan oleh gaya berat.
Gaya  berat  merupakan  gaya  tarik  bumi yang  bekerja  pada  suatu  benda.  Berat  suatu benda  adalah  besarnya  gaya  tarik  bumi  yang bekerja  pada  benda  tersebut.  Berat  benda sangat  dipengaruhi  oleh  kuat  medan  gravitasi dimana benda itu berada.Gaya inilah yang akan digunakan  untuk  simulasi  kekuatan  rangka Overhaul Stand For Hydraulic Cylinder . Berikut adalah perhitungan gaya berat yang terjadi  pada  bahan  dengan  diasumsikan  massa cylinder adalah  1,500  kg  dan  percepatan gravitasi bumi adalah 9,81 m/s 2 . w = m x g w = 1.500 kg x 9,81 m/s 2
w = 14.715 N
2.2.  Design Stand Menggunakan Software Solidworks
Dalam  sebuah  perancangan  hal  pertama yang  dilakukan  adalah  membuat  desain  alat berupa gambar kerja. Desain diperoleh berdasarkan data nilai spesifikasi teknis cylinder dan material yang digunakan, sebagai tambahan  juga  dilakukan  observasi  sehingga diperoleh hasil desain sebagaimana ditunjukkan pada gambar 1. dan 2.
Pembuatan  desain  gambar  yang  dibuat dimulai dengan  membuat  gambar  setiap komponen  yang  ada  dengan  menggunakan software Solidworks . Setiap komponen digambar  3D  (Gambar  2),  untuk  menghasilkan gambar  desain  yang  mudah  untuk  dipahami. Setiap  bagian  di  gambar  sesuai  ukuran  yang sudah  di tentukan agar sesuai  dan mudah  agar lebih  mudah  dalam  pengujian  beban  statis menggunakan  simulasi  pada solidworks .  Hasil dari pengujian akan di analisa agar mendapatkan  kesimpulan.  Gambar  dan  ukuran pada stand secara  2D  bisa  diperlihatkan  pada gambar 1.
Gambar 1. Gambar Kerja 2 Dimensi
Gambar 2, Hasil Perancangan Design 3D Overhaul Stand For Hydraulic Cylinder

## 3.    METODOLOGI PENELITIAN
Rangka  struktur  o verhaul  hydraulic  cylinder stand dianalisis  bebannya  untuk  mengetahui apakah  rangka  tersebut  cukup  kuat  untuk menahan  komponen cylinder ketika stand digunakan.  Analisis  rangka  dilakukan  dengan bantuan komputer dan software  yang bisa untuk menganalisis  beban  statis  pada  rangka  yaitu dengan menggunakan
aplikasi
software solidworks seperti  pada.  Beban  statis  pada rangka o verhaul hydraulic cylinder stand dianalisis  untuk  mengetahui  titik  kritis  pada rangka tersebut ketika digunakan dan mengetahui  kekuatan  material  yang  digunakan pada  rangka  tersebut,  apakah  cukup  kuat  untuk menopang  komponen  saat stand ini  digunkan dengan beban
maksimal yang
telah direncanakan.
Proses  pengujian  dengan  menggunakan solidworks dilakukan untuk mengetahui kekuatan desain  rancangan  rangka stand yang  akan dibuat,  proses  pengujian solidworks adalah pengujian analisis stress , analisis strain , analisis displacement ,  dan  analisis safety  factor pada desain  dengan  asumsi beban  1.500 kg sebagaimana  pada  data  yang  telah  dipaparkan pada bagian motodologi.

## 3.1 Pengujian Analisis Stress pada Beban Statis
Analisis  distribusi  tegangan  beban  statis dilakukan terhadap Overhaul Hydraulic Cylinder Stand yang akan dibuat prototipe menggunakan tipe Von Misses Stress . Analisis dilakukan untuk mengetahui  kekuatan  Rangka stand terhadap beban  statis  untuk  mengetahui  kekuatan stand , agar aman dan kuat untuk digunakan. Pembebanan terhadap rangka ditunjukkan pada anak  panah  yang  berwarna  merah  muda dengan  diasumsikan  total  berat  dari cylinder 1.500kg, data material yang digunakan ditunjukkan pada bagian metodologi. Hasil  pengujian  simulasi  analisis  distribusi tegangan  beban  statis  tipe  von  misses  stress yang telah dilakukan terhadap stand diperlihatkan pada gambar 4.
Analisis  distribusi  tegangan  menggunakan software  Solidworks ,  ditunjukkan  dengan  warna merah  pada  tegangan  maksimum,  dan  warna biru pada tegangan minimum. Dari analisis yang dilakukan didapatkan hasil tegangan maksimum sebesar  1.941.945  Mpa,  tegangan  minimum sebesar 6.73 Mpa, dan Yield Strength 250 Mpa.
Gambar 4. Analisis Stress pada rancangan

## Overhaul Hydraulic Cylinder Stand
Analisis  distribusi  tegangan  menggunakan software  Solidworks ,  ditunjukkan  dengan  warna merah  pada  tegangan  maksimum,  dan  warna biru pada tegangan minimum. Dari analisis yang dilakukan didapatkan hasil tegangan maksimum sebesar  1.941.945  Mpa,  tegangan  minimum sebesar 6.73 Mpa, dan Yield Strength 250 Mpa.
3.2  Pengujian Analisis Strain pada Beban
Statis Pengujian analisis strain dengan
meggunakan Software  Solidworks ditunjukkan pada  gambar  5.  Perubahan  maksimum  di tunjukkan  pada  warna  merah  sebesar  0,00079 %, dan perubahan minimum di tunjukkan pa da warna  biru  0%.  Dari  hasil  pengujian  yang dilakukan  menunjukkanbahwa  regangan  pada rancangan overhaul  hydrolic  cylinder  stand mengalami  regangan  yang  sangat  kecil  jika dibebani  atau  dapat  dikatakan  hampir  tidak terjadi regangan pada stand . .
Gambar 5. Analisis Strain pada rancangan Overhaul Hydraulic Cylinder Stand
3.3    Pengujian  Analisis Displacement pada Beban Statis Perubahan  ( displacement )  pada  rancangan o verhaul  hydraulic  cylinder  stand maksimum sehingga  terjadi  deformasi  plastis  ditunjukkan dengan  warna  merah  0,011  mm  dan  perubahan minimum  ditunjukkan  dengan  warna  biru  0,00 mm.  Perubahan  di  atas  1  mm  material  akan patah.  Hal  ini  menunjukkan  bahwa  material  dan bentuk  rangka  yang  akan  dibuat  dalam  kategori aman.  Berikut  besarnya displacement pada stand yang terjadi akibat beban ditunjukkan pada gambar 6.
Berdasarkan  perhitungan  diperoleh  nilai faktor  keamanan  lebih  besar  dari  1,5,  hal  ini menunjukkan bahwa material yang
dipergunakan  pada  stand  kuat  untuk  menahan beban  namun  jika  hasil  dari  perhitungan safety factor adalah  1,5  atau  kurang  dari  1,5  material sudah  mengalami deformasi atau  patah  karena tegangan maksimal sudah sebanding atau lebih besar dari yield strength material. Hal ini sejalan dengan penelitian Iqshal dkk[11] yang menetapkan faktor keamanan sebesar 2,5 – 4.
Gambar 7. Analisis Factor of Safety

## 4.  KESIMPULAN
Berdasarkan  dari  uraian  Perancangan Overhaul  Hydraulic  Cylinder  Stand yang  telah dijelaskan  pada  bab  sebelumnya,  maka  dapat ditarik kesimpulan secara keseluruhan bahwa :
1.  Perancangan  yang  tepat  dan  pemilihan material sangat berpengaruh pada hasil akhir dan faktor keamanan pada stand.
Menggunakan  baja  karbon  jenis  SS400  JIS 3101  adalah  baja  karbon  rendah  dengan unsur karbon kurang dari 0,3%. Dan dimensi hydraulic  cylinder yang  bisa  dimuat  min.
Diameter  136  mm  dan  tinggi  1120  mm, sedangkan  maksimal  Diameter  185  mm  dan Tinggi 1570 mm.
Gambar 6. Analisis Displacement pada rancangan Overhaul Hydraulic Cylinder Stand
3.4  Analisis Factor of Safety
Analisis safety  factor atau  factor  keamanan terhadap  tegangan  beban  statis  dilakukan terhadap Overhaul  Hydraulic  Cylinder  Stand yang  akan  dibuat  prototipe  menggunakan  tipe Fos . Analisis dilakukan untuk mengetahui angka keamanan terhadap stand. Pembebanan terhadap  rangka  ditunjukkan  pada  anak  panah yang  berwarna  merah  yang  dapat  dilihat  pada gambar  7.  Dapat  dilihat  dari  gambar  diatas bahwa  angka  keamanan  atau safety  facto r minimum adalah 68.
2.  Perhitungan  rancangan  yang  dihasilkan antara  lain,  reaksi  tumpuan  R bv 750  kg  dan R bv 750  kg, Momen  bending  yang  dihasilkan 13,125 kg/cm
3.  Hasil  dari  analisis  yang  sudah  di  lakukan dengan Software  Solidworks ,  perancangan dari  beberapa  bagian  pada  rangka overhaul stand for hydraulic cylinder antara lain stress dengan  angka  maksimum  1.941.95,  strain 0.00079%, displacement perubahan maksimum  0.011mm,  dan  factor  of  safety dengan  angka  68.  disimpulkan  kuat  untuk menahan beban statis dari hydraulic cylinder. Hasil perhitungan safety factor pada distribusi  tegangan  statis hydraulic  cylinder memenuhi syarat di atas critical safety factor dengan nilai 1,5.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  Davinci,  Ronaldo,  and  Dedi  Yulhendra.
"Pengendalian Waktu Efektif Bulldozer CAT D8R  Rental  Untuk  Meminimalisasi  Biaya Operasional  Di  PT  Bukit  Asam  Tbk  Unit Pelabuhan Tarahan Bandar Lampung." Bina Tambang 4.1 (2019): 81-91.
[2]  Xu,  Zhaomei,  and  Yuwei  Dong.  "Modal analysis  of  transmission  gear  in  gearbox based  on  SolidWorks."  2011  Second International Conference on Mechanic Automation  and  Control  Engineering.  IEEE,
2011.
[3] Glodová,  Iveta,  Tomáš  Lipták,  and  Jozef Bocko.  "Usage  of  finite  element  method  for motion  and  thermal  analysis  of  a  specific object in SolidWorks environment." Procedia Engineering 96 (2014): 131-135.
[4] Chirită, Ionel, et al. "Design optimization of a flywheel  using  solidworks  modeling  and simulation  capabilities."  2017  International
Conference
on
ENERGY and ENVIRONMENT (CIEM). IEEE, 2017.
[5] Li,  Donghua.  "Strength  check  simulation analysis  of  forming  machine  piston."  2014 International  Conference  on  Advances  in Engineering & Technology Research (ICAETR-2014). IEEE, 2014.
[6] Sam,  Rosidah,  Kamarul  Arrifin,  and  Norlida Buniyamin.  "Simulation  of  pick  and  place robotics system using Solidworks Softmotion."  2012  International  Conference on  System  Engineering  and  Technology (ICSET). IEEE, 2012.
[7] Mu,  Xiaoqi,  et  al.  "Structural  characteristic analysis  of  multifunctional  elderly-assistant and  walking-assistant  robot  based  on
SolidWorks/simulation." 2017
14th International  Conference  on  Ubiquitous Robots  and  Ambient  Intelligence  (URAI).
IEEE, 2017.
[8]    Suhaimi,  Wan  Hanif  Hazwan  Wan,  et  al. "Design  and  analysis  of  a  gate  valve  fluid flow  using  SolidWorks  simulation  software." 2014  2nd  International  Conference  on Electrical, Electronics and System Engineering (ICEESE). IEEE, 2014.
[9]    Halim,  Levin,  and  David  Nathanlius. "Simulasi  Perancangan  Turbin  Propeller untuk  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Air Berdasarkan
Karakteristik
Sungai
Maliringan  Dengan  Metode  Computational Dynamics Fluid (CFD)." Jurnal Teknik Mesin 8.1 (2019).
[10 ]      Y.  Iwamoto,  “Introduction  of  Products Introduction  of Komatsu  ’  s  New Hydraulic  Excavator  PC200-7  in  GALEO Series,”  vol.  48,  no.  149,  2002,  pp.  35– 44.
[11] M.D.  Aqshal    and  Nurato,  “Analisis Perbandingan Faktor Keamanan Rangka Scooter Menggunakan Perangkat Lunak Solidwork 2015, Jurnal Teknik Mesin vol 9.No.3 (2020).