## Journal Knowledge Industrial Engineering (JKIE)

## REDESAIN MESIN UNCOILER TIPE FIN N BERKAPASITAS COIL 850 Kg
(1) Suwarno 1 , (2) Moch. Mas’ud, (3) Wisma Soedarmadji
(1,2,3) Program Studi Teknik Mesin Universitas Yudharta Pasuruan
ABSTRAK
Mesin uncoiler tipe Fin N merupakan mesin uncoiler yang sering mengalami kerusakan akibat beban  overload  yang  dimuatnya.  Mesin  uncoiler  tipe  Fin  N  digunakan  untuk  dapat meningkatkan  kapasitas  mesin  uncoiler  tipe  Fin  N 850  kg,  sehingga  proses  produksi  menjadi lebih  efektif  dan  dapat  meningkatkan  produktivitas  pekerja.  Tujuan  perancangan  ini  adalah meredesain mesin uncoiler tipe Fin N dengan kapasitas 850 Kg,  sedangkan metode penelitian yang  dilakukan  oleh  peneliti  yaitu  identifikasi  masalah,  kajian  pustaka,  membuat  konsep perencanaan,  pemilihan  komponen-komponen  mesin  uncoiler  tipe  Fin  N,  melakukan  analisis perhitungan tiap komponen-komponen mesin uncoiler tipe Fin N.   Hasil  penelitian  ini  menun- jukkan  bahwa  mesin  uncoiler  tipe  fin  N  dapat  memiliki  kapasitas  muat  coil  850  kg  dengan menggunakan 1) poros berdimensi 85 mm, 2) pasak poros 25x14, 3) pasak gear box 20x12, 4) bantalan  tipe  Roller  Contact  Bearing  dan  5)  baut  pengunci  coil  tipe  M85.  Selain  itu,  rangka mesin  yang  awalnya  menyatu  dengan  rumah  bearing  menjadi  rangka  independen  serta menempel dengan pillow block.

## Kata Kunci: Uncoiler tipe Fin N, Kapasitas

## ABSTRACT
Fin N type uncoiler machine is a machine uncoiler are often damaged a result of overload load contains. Fin N-type uncoiler machine is used to improve the capacity of uncoiler machine type Fin  N  850  kg,  so  the  production  process  becomes  more  effective  and  can  increase  employee productivity.  The  purpose  of  this  design  is  redesign  the  machine  uncoile-type  Fin  N  with  a capacity of 850 kg, while the method of research conducted by researchers is the identification of the problem, literature review, draft planning, selection engine components uncoiler type of Fin N, analyzing the calculation of each component Fin N-type uncoiler machine. The results of this study indicate that the machine uncoiler types of fins N can have a load capacity of coil of 850  kg  by  using  1)  shaft  85  mm,  2)  peg  shaft  25x14,  3)  peg  gear  box  20x12,  4)  bearing  type Roller  Contact  Bearings  and  5)  bolt  M85-type  coil  lock.  In  addition,  the  machine  frame  is initially merges with the house bearing became independent framework as well as sticking with a pillow block.

## Keywords: Uncoiler Fin N type, Capacity

## 1. Pendahuluan
PT.  XYZ  Pasuruan  merupakan  salah  satu  perusahaan  manufaktur  yang  bergerak  dalam bidang  teknologi  penukar  panas  ( Heat  Exchanger ).  Dalam  proses  produksinya  banyak menggunakan  material  dari  plat-plat  logam  dalam  bentuk coil yang  kemudian  dipotong  sesuai dengan dimensi yang diinginkan untuk selanjutnya dilakukan proses shaping dan assembly . Salah satu dari mesin pemotong logam plat ini adalah mesin uncoiler yang berfungsi sebagai pemutar coil , sehingga coil terurai dan dapat dilakukan proses shaping dan cutting . Mesin uncoiler tipe  Fin  N  merupakan  mesin uncoiler yang  sering  mengalami  kerusakan dalam proses produksinya, hal ini dapat dilihat dari frekuensi perbaikan mesin uncoiler tipe Fin N yang  lebih  tinggi  dibandingkan  dengan  jenis  mesin uncoiler tipe  lainnya.  Berdasarkan  hasil
1 warno.3no@gmail.com
observasi  di  lapangan  data  kerusakan  yang  sering  dialami  oleh  mesin uncoiler tipe  Fin  N  adalah sebagai berikut: 1) Poros melengkung dan terlepas dari rumah bearing dikarenakan pengunci snap ring rusak, 2) Pasak rusak dikarenakan tidak kuat menahan beban putaran dari motor, 3) Bearing pecah dikarenakan putaran poros tidak balance (seimbang). Dari data kerusakan tersebut bahwa mesin uncoiler tipe  Fin  N  memuat coil dengan  beban  yang  melebihi  kapasitas  mesin,  sehingga secara tidak langsung hal tersebut menyebabkan tidak kuatnya konstruksi mesin uncoiler dan tidak berfungsinya  beberapa  komponen  mesin uncoiler karena  mengalami  kerusakan  akibat  beban overload yang  dimuatnya.  Tujuan  dari  penelitian  ini  antara  lain  yaitu:  merancang  mesin uncoiler tipe Fin N diameter 1100 mm dengan berat maksimum 850 kg.

## 2. Tinjauan Pustaka
Mesin uncoiler merupakan pelengkap mesin pemotong plat yang berfungsi sebagai pemutar gulungan material, sehingga gulungan material tersebut dapat terurai dan mudah untuk dilakukan proses shaping dan cutting .  Dalam  perancangan  ini  komponen  pendukung  yang  akan  dirancang adalah: a) poros, b) pasak, c) bearing. Gambar di bawah ini merupakan jenis mesin uncoiler tipe Fin N yang digunakan.

## Gambar 2.1: Rangkaian Mesin Fin N
Tabie,  et.al  (2014),  menyatakan  bahwa  dalam  mendesain  optimalisasi  mekanisme tipping , ada  beberapa  pertimbangan,  yaitu  meningkatkan  nilai  kendala  untuk  optimalisasi  komponen, mempertimbangkan  perbedaan  material,  mempertimbangkan  perbedaan  geometri  dan  kerugian aspek desain. Sehingga desain yang diminimalkan dapat efisien sehingga beban linkage yang dapat direduksi yaitu 35,4% dari berat linkage keseluruhan, berat sepeda roda tiga yang dapat direduksi yaitu  10.77%  dari  berat  keseluruhan  dan  torsi  yang  disyaratkan  lebih  kecil  dari  torsi  awal  yaitu diantara 20 Nm- 45 Nm.
Menurut  Fran  (2014),  mesin notching memiliki  kapasitas  51200  kg  dengan  pertimbangan gaya pemotongan maksimal pada plat.Adapun komponen mesin notching meliputi rangka, meja, jig pisau, stoper, hidrolik power unit dan actuator hidrolik. Perancangan mesin notching ini memiliki spesifikasi  antara  lain  gaya  potong  yang  dibutuhkan  untuk  membentuk  komponen  terbuat  dari matrial baja dengan σu = 40 kg/mm2 dan memiliki ketebalan 4 mm. Pisau terbuat dari bahan AISI A2  dengan  panjang  pemotongan  200  mm.  komponen  hasil  perancangan  adalah  pisau  atas,  pisau bawah 1, pisau bawah 2, stopper, pengunci, handle pengunci, klem stoper, jig pisau, meja, actuator, rangka mesin.
Jenniria  (2013),  mengungkapkan  bahwa  prototip  mesin  penghancur  plastik  dengan  daya motor  listrik  3  phasa  mempunyai  dimensi  PxLxT=  90cm  x  60cm  x  130cm, Performance (Kemampuan) dari alat Penghancur Plastik sesuai standar ketentuan yang ada di pasaran. Menurut Mott (2009) poros adalah komponen alat mekanis yang mentransmisikan gerak putaran dan daya. Dimana  poros  merupakan  satu  kesatuan  dari  sebarang  sistem  mekanis  dan  daya  ditransmisikan dari penggerak utama (motor listrik atau motor bakar) ke bagian lain yang berputar dari sistem. menurut Sularso, et.al (2008) poros merupakan salah satu bagian yang terpenting dari setiap mesin yang berfungsi mentrasmisikan tenaga bersama-sama dengan putaran.
Ya START Identifikasi Masalah
Kajian Pustaka Tujuan Perancangan Konsep Perancangan Mesin Uncoiler Type FIN N Pemilihan Komponen Perhitungan tiap Komponen Perhitungan tiap Komponen
Simulasi Solid Edge ST.4
Kesimpulan dan Saran

## END
Tidak
Menurut  Sugito  (2005)  bahwa  dalam  merencanakan  konstruksi  uncoiler  yang  baru  perlu dianalisa masalah-masalah vang timbul seperti bertabrakannya meja dengan coil, silinder hidrolik pembending bocor, kekuatan poros, bearing dan mur baut yang tidak aman.  Sehingga konstruksi yang baru didesain agar mesin potong plat baja tersebut dapat digunakan untuk coil diameter 2500 mm  dan  berat  maksimum  25  ton  dengan  baik.  Sehingga  kapasitas  uncoiler  mesin  potong  plat tersebut  meningkat.  Hasilnya  adalah  uncoiler  mesin  potong  plat  dapat  memiliki  kapasitas  yang lebih  besar  dari  semula  coil  diameter  1500  mm  dan  berat  15  ton  menjadi  2500  mm  dan  berat maksimum 25 ton.

## 3. Metodologi Penelitian
Gambar 3.1: Diagram Alir Penelitian

## 4. Hasil Pembahasan
Untuk  meredesain  mesin uncoiler tipe  Fin  N  ini  berkapasitas coil 850  Kg  ada  beberapa komponen-komponen  mesin  yang  harus  diperhitungkan  ulang  untuk  mencapai  kapasitas  mesin yang diinginkan, yaitu:

## 4.1 Poros
Menurut  Khurmi  et.al  (2005)  perlu  diketahui  terlebih  dahulu  jenis  material  yang  akan digunakan dengan tujuan untuk menentukan kuat tarik ultimate maupun tegangan geser dan lentur yang  diijinkan.  Sebagai  tahap  awal  yang  perlu  dilakukan  adalah  menghitung  beban-beban  yang dikenakan pada poros yang ada saat ini untuk mengetahui tegangan tarik ultimate yang terjadi dan menentukan jenis material yang digunakan.

## Gambar 4.1: Desain Poros Mesin Uncoiler Tipe Fin N
Adapun proses perhitungan yang dilakukan, yaitu menghitung beban total yang diterima oleh poros diketahui : Berat coil saat ini (m 1 ) = 400 Kg, Berat cekam coil kanan dan kiri (m 2 ) = 2 x 23, 085  =  46,170  Kg  sehingga  berat  total  yang  diterima  oleh  poros  adalah  446,170  Kg.  selanjutnya beban  total  yang  ditahan  oleh  poros  rencana,  yaitu:  W  =  mtotal  x  g  =  446,170  x  9,81  m/s  = 4.376,928  N.  Sebelum  menganalisis  torsi  yang  dibutuhkan  untuk  memutar coil ,  maka  perlu diketahui  terlebih  dahulu  putaran  sudut  dan  momen  inersia  yang  terjadi  pada  poros  untuk melakukan suatu putaran. Dari hasil percobaan diketahui data sebagai berikut: Jari-jari luar coil (r 0 ) = 375 mm, Jari-jari dalam coil (r 1 ) = 90 mm, jumlah putaran coil per menit (n) = 18 rpm. Menurut Qomaruddin (2012) didapatkan:
 Percepatan sudut (  )
ωt = ω0 + α.t
24 x ) 60 .( 0 30           = 1,884 rad/s = 60. 
 = 031 , 0 60 884 , 1  rad/s 2
 Momen inersia (I) I = ½ . m .(r 02 +r 12 ) = ½ x 446,170 x (375) 2 + (90) 2 = 33178316,625 kg /mm 2
 Momen puntir (T) T = I x 
= 33178316,625 x 0,031 = 1041799,142 N.mm
 Momen Bending (M) M = W x l
= 4376,928 x 258 = 1129247,347 N.mm
  mm N x x . 652 , 1988603 ) 142 , 1041799 1 ( 347 , 1129247 5 , 1 2 2   
Untuk  menentukan  jenis  material  yang  digunakan  pada  poros  rencana,  maka  perlu dihitungkan momen puntir ekivalen, momen lentur ekivalen dan tegengan geser maupun tegangan lentur poros yang diijinkan. Menurut Khurmi et.al (2005)
 Momen Puntir Ekivalen (Te)
  2 2 ) ( xT K xM K T t m e    Tegangan Geser yang Diijinkan (τ)
3 . . 16 d T e      . 281 , 17883 652 , 1988603 ) 45 .( . 16 14 , 3 652 , 1988603 3   τ  = 2 / 199 , 111 281 , 17883 652 , 1988603 mm N 
 Kuat tarik elastis (σel)
σ el = 2 / 371 3 , 0 199 , 111 3 , 0 mm N   
 Kuat tarik ultimate (σu)
σu = 2 / 618 772 , 617 18 , 0 199 , 111 18 , 0 mm N    
 Tegangan tarik (σt) dan tegangan bending (σb) yang diijinkan σ t = 0,60 σ el = 0,60 x 371 = 222,398 N/mm 2
Beban  yang  diterima  poros  dengan  melakukan  simulasi  pada  program  Solid Edge ST  4, diperoleh data sebagai berikut: Berat coil saat ini (m 1 ) = 850 Kg; Berat cekam coil kanan dan kiri (m 2 ) = 2 x 23, 085 = 46,170 Kg, maka: berat total (mtotal ) yang diterima oleh poros: 896,170 Kg. Beban total yang ditahan oleh poros rencana, yaitu: W = m total x g = 896,170 x 9,81 = 8.791,428 N. Sehingga torsi yang terjadi pada poros diketahui: Jari-jari luar coil (r 0 ) = 550 mm, Jari-jari dalam coil (r1) = 90 mm, Jumlah putaran coil per menit (n) = 11 rpm, maka:
 Percepatan sudut (  )
ωt = ω0 + α.t
24 x ) 60 .( 0 30           = 1,884 rad/s = 60. 
 = 031 , 0
60 884 , 1  rad/s 2
 Momen inersia (I)
I = ½ . m .(r 02 +r 12 ) = ½ x 896,170 x (550) 2 + (90) 2 = 139175201 kg /mm 2
  mm N x x . 776 , 5721153 ) 311 , 4370101 1 ( 756 , 2461599 5 , 1 2 2      mm N x . 705 , 4706776 776 , 5721153 756 , 2461599 5 , 1 2 1    3 3 . 24729 776 , 5721153 ) .( 126 . 16 14 , 3 776 , 5721153 d d   mm mm d 65 39 , 61 24729 776 , 5721153 3   
 Momen puntir (T) T = I x 
= 139175201x 0,042 = 4370101,311 N.mm
 Momen Bending (M)
M = W x l
= 8.791,428 x 280 = 2.461.599,756 N.mm
 Momen Puntir Ekivalen (Te)
  2 2 ) ( xT K xM K T t m e    Momen Bending Ekivalen (Me)   2 2 ) ( ) ( 2 1 T K xM K xM K M t m m e    
 Tegangan Geser Poros (τ) τ = 0,18 σu = 0,18 (700) = 126 N/mm².
 Tegangan Lentur Poros yang Diijinkan (σ t )
σ t= σ b = 0,36 σu σ t= σ b = 0,36 (700) = 252 N/mm²
Menurut Khurmi (2005), diameter poros didapatkan: 3 . . 16 d T e    sehingga:
Sesuai standar dimensi poros jika nilai defleksi lentur poros berdiameter 65 mm tidak bisa menerima  atau  menahan  beban  sebesar  850  Kg,  sehingga  diameter  poros  harus  dibesarkan menjadi 85 mm terbuat dari material 45 C 8 dengan berat 45150 Kg yang dikalikan  dengan gaya gravitasi  sebesar  9,81 m/s, sehingga diperoleh beban poros (W) sebesar  442,922 N dan beban F sebesar  9.013  N,  maka  menurut  Sularso,  (2008)  didapatkan: l d l Fl x y s 4 2 2 2 1 4 . 10 23 , 3   sehingga
mm mm x x 30 , 0 251 , 0 1090 ) 85 ( ) 250 ( ) 280 )( 9013 ( 10 23 , 3 4 2 2 4
   . Berdasarkan  perhitungan  maka  diameter  poros yang digunakan adalah 85 mm.
mm N . 844 , 6499755 ) 85 .( 6 , 120 . 16 14 , 3 3   Gambar 4.2: Diameter poros yang digunakan

## 4.2 Pasak
Pada  mesin uncoiler tipe  Fin  N  ini,  jenis  pasak  yang  digunakan  yaitu  pasak  benam.  bentuk pasak yang direncanakan untuk mesin uncoiler tipe Fin N yaitu pasak berpenampang segi panjang dengan  bentuk  prismatik  dan  tirus  yang  disalah  satu  sisinya  diberi  kepala  berbentuk  setengah lingkaran  untuk  memudahkan  proses  pencabutan  pasak.  Bahan  pasak  dipilih  material  40  C  8 dengan  kuat  tarik ultimate (σu)  sebesar  670  N/mm².  Untuk  lebar  (w)  dan  dan  tebal  (t)  pasak didapatkan: w = 20 mm, t = 12 mm. Maka Menurut Khurmi, (2005) didapatkan:
 Tegangan Geser Pasak τ = 0,18 σu
= 0,18 (670) = 120,6 N/mm²
 Kuat Geser Pasak (Tk)
T k = l x w x τ x 2 d
= l x 20 x 120,6 x 2 65 = 78,390 l N.mm
 Tegangan Torsi Poros (Ts)
T s = 3 . .
16 d    Panjang Pasak ( l )
mm mm T T l K s 83 91 , 82 78390 844 , 6499755    
 Nilai Koreksi Pasak % 25 25 , 0 85 22    d w
 Panjang Pasak 97 , 0 85 83   d l k
Sehingga didapatkan dimensi pasak sebagai berikut: Dimensi Pasak = 20 x 12 mm, Panjang = 83 mm, Bahan = 40 C 8.

## Gambar 4.3: Dimensi  Pasak
4.3 Bantalan
Untuk mengetahui jenis bantalan yang digunakan pada mesin uncoiler tipe fin N, maka harus ditentukan  gaya-gaya  yang  bekerja  pada  bantalan.  Jenis  bantalan  yang  digunakan  pada  mesin uncoiler tipe fin N adalah tipe Roller Contact Bearing sedangkan gaya yang bekerja bantalan yaitu gaya radial yang diakibatkan oleh berat coil dan berat poros, maka beban radial yang terjadi pada bantalan didapatkan data-data sebagai berikut: berat coil yang terjadi pada poros (W) = 8.791,428 N, l 1 = 250 mm, l 2 = 530 mm. Menurut Khurmi (2005) didapatkan:
 Beban Radial (R f ) R f x l 1 = W x l 2 R f x 250 = 8.791,428 x 530 R f = 4.659.456,840 / 250 mm = 18.638, 827 N
 Beban Statis Ekivalen W 0R = X 0 .W R + Y 0 .W A = (1 x 18.638, 827 N) + (0 x 0) = 18.638, 827 N
 Beban Dinamis Ekivalen
W = X.V.W R + Y.W A
= (1 x 1 x 18.638, 827) + (2,9 x 0) = 18.638, 827 N
 Umur Pakai Bantalan Rata-rata umur pakai bantalan ( bearing ) yaitu 5 tahun dengan pemakaian 10 jam per hari, maka didapatkan: LH = Tahun x Jumlah hari per tahun x jam kerja per hari = 5 x 300 x 20 = 30.000 Jam.
Sehingga: L = 60N.LH Revolutions = 60 x 10 x 30.000 Jam = 18.000.000 rev.

## 4.4 Baut dan Mur
Baut yang digunakan pada mesin uncoiler ini direncanakan terletak pada bagian ujung poros dan berfungsi sebagai pengunci cekam coil, sehingga coil tidak mengalami pergeseran.

## Gambar 4.4: Baut Pengunci
Dalam perancangan ini baut yang digunakan untuk mesin uncoiler tipe fin N adalah baut M85 dan didapatkan: d = 85 mm, dc = 72,5 mm, p = 12 mm, Ac = 4.128 mm 2 , Torsi poros rencana (T) =
5.721.153,776 N.mm, Beban yang ditahan poros (W) = 8.791,428 N, Tegangan tarik yang diijinkan (σt) = 252 N/mm², Tegangan geser material yang diijinkan (τ) = 126 N/mm²,  Ketebalan atau lebar ulir (t) = p/2 = 12/2 = 6 mm .

## 4.5 Rangka
Mesin uncoiler tipe  Fin  N  ini,  rangka  berfungsi  sebagai  penompang  komponen-komponen mesin seperti poros, bantalan dan coil . Gambar  6 dibawah ini  merupakan desain rencana rangka mesin uncoiler tipe Fin N.
Gambar 4.5: Desain Rangka Mesin Uncoiler Tipe Fin N

## 4.6 Simulasi Poros
Simulasi  poros  pada  Mesin  Uncoiler  Tipe  Fin  N  menggunakan  aplikasi Finite  Element dari Software Solid Edge ST.4, hal ini dilakukan untuk mengetahui beban maksimum dan minimum yang terjadi pada komponen-komponen tersebut. Hasil simulasi dari finit element dengan menggunakan Software  Solid  Edge  ST.4  untuk  masing-masing  komponen  mesin  uncoiler  ditunjukkan  pada gambar 7, 8 dan 9 dibawah ini.
Gambar 4.6: Simulasi poros untuk beban bending
Gambar 4.7: Simulasi poros dengan beban puntir
Gambar 4.8: Simulasi frame dengan beban bending

## 5. Kesimpulan
Berdasarkan hasil perancangan mesin uncoiler tipe fin N, ditarik kesimpulan sebagai berikut:
1. Dimensi poros 85 mm, hal ini dikarenakan beban poros bertambah yaitu 850 kg.
2. Dimensi pasak poros 25 x 14 x 115 mm.
3. Desain bearing menggunakan tipe roller contact bearing karena berubahnya dimensi poros.
4. Baut pengunci coil menggunakan ukuran M85.
5. Rangka mesin terpisah dari rumah bearing dan menempel dengan pillow block dikarenakan dimensi bearing semakin besar.
DAFTAR PUSTAKA Franz N. A. 2014. Perancangan Mesin Notching Untuk Proses Sheet Metal Forming . E-Jurnal Teknik Mesin, Vol.1 No.2 Juli 2014 .
Jenniria R. 2013. Analisis Perancangan Mesin Penghancur Plastik. Jurnal Dinamis,Volume II, No.12, Januari 2013.
Khurmi,R.S. et.al 2005. A text Book of Mechine Design . New Delhi. Euarsia Publishing House (PVT.) LTD. Mott, L Robert. 2009 .Elemen-elemen Mesin Dalam Perancangan Mekanis Buku 1 . Yogyakarta.
Sularso dan Suga, K. 2008. Dasar Perencanaan Dan Pemilihan Elemen  Mesin. Jakarta: PT Pradnya Paramita.
Sugito,Enrico Stefanus. 2005. Perencanaan modifikasi uncoiler mesin pemotong plat baja kapasitas coil diameter 1500 mm dengan berat 15 ton menjadi 2500 mm dengan berat maksimum 25 ton. Jurnal Universitas Kristen Petra
V.  M.  Tabie.  2014.  Weight  Optimization  Of  A  Lift-Tipping  Mechanism  For  Small  Solid  Waste Collection Truck. International Journal Of Scientific & Technology Research Volume 3, Issue 7, July 2014.