Seluruh pembuatan desain mekanikal dari GRABEL (GEROBAK ANGKAT
PORTABEL) dikerjakan dengan bantuan software Autodesk Inventor Professional 2024.
Gambar 10 Bentuk Perancangan GRABEL
Gambar 11 Gambar Teknik GRABEL
Perhitungan/Engineering Analysis
4.1.1.
Force Analysis
Fy=0 karena Force terdistribusi ke Fx untuk didorong pada roller di titik B, beban
terdistribusi pada Ry dan Rx di dekat Lead Screw
Ry yang menahan beban sebesar:
𝐹𝑌 =
𝑊
2
=
1961.33 𝑁𝑒𝑤𝑡𝑜𝑛
2
= 980. 67 𝑁𝑒𝑤𝑡𝑜𝑛
Gaya kesetimbangan pada Rx untuk bisa mendorong:
𝐹𝑋 =
𝑊
𝑡𝑎𝑛θ
=
1961.33 𝑁𝑒𝑤𝑡𝑜𝑛
𝑡𝑎𝑛 30°
= 3397. 12 𝑁𝑒𝑤𝑡𝑜𝑛
Perhitungan desain untuk Komponen scissor lift
Pada desain lift gunting, terdapat beberapa komponen utama seperti platform dasar, platform
atas, ulir utama, gigi bevel, ratchet & pawl, baut, mur, sambungan, dan paku. Meskipun tidak
ada strategi desain yang tersedia secara rinci, namun berdasarkan asumsi tertentu, desain
untuk setiap komponen telah dijelaskan sebagai berikut.
Pada bagian ini, kinerja desain ini dipertimbangkan dengan memperhitungkan berbagai
dimensi dan hubungan numerik. Kami telah menghitung gaya normal, gaya geser, momen
lentur, dan beban patah untuk mengetahui bagaimana sambungan lift gunting merespons
beban teraplikasi sebesar 200 kg atau sebesar 1961.33 Newton
Selanjutnya, untuk mendapatkan hasil yang akurat terkait kekuatan dan stabilitas (deformasi
dan tegangan von-Mises), kita akan menggunakan perangkat lunak Inventor. Hal ini berguna
untuk memastikan apakah lift kita dapat menanggung batas beban yang diperlukan atau tidak.
Kalkulasi Beban Pada Scissors
Desain kaki scissor lift, yang juga dikenal sebagai sambungan vertikal, memungkinkan
platform untuk mengubah tinggi. Kaki-kaki ini terbuat dari Stainless Steel 304 dengan
ketinggian sambungan scissor lift yang sama. Saat operator memberikan perintah pada lift,
ujung yang dapat bergerak dari lift akan mengangkat meja ke tinggi yang diinginkan,
membentuk desain "X" dengan kaki-kaki tersebut, sehingga memberikan dukungan yang
diperlukan untuk platform dasar.
Perlu diperhatikan bahwa jika panjang kaki diperpanjang, maka pantograf akan menyusut dan
tinggi menurun. Begitu juga sebaliknya, jika panjangnya dikurangi, tinggi akan meningkat.
Hal ini tergantung pada sudut dari sambungan tersebut.
Maximum Angle to Lift
Angle
Length (cm)
Height (cm)
0
1
0
5
0.996
0.087
10
0.985
0.174
15
0.966
0.259
20
0.940
0.342
25
0.906
0.423
30
0.866
0.500
Untuk hanya satu tautan yang dapat mencapai ketinggian 50 cm pada 30°.
Normal force, shear force and bending moment
Applied load (w)
200 kg
Force (F)
1962 N
Gambar 12 FBD Diagram untuk scissors bar
Pada tautan gunting, karena gaya yang diterapkan, gaya normal terjadi dalam arah
longitudinal tautan, dan gaya geser tegak lurus terhadap gaya normal.
Normal Force, Shear Force and Bending moment
Angle
𝑁=
𝑊
4
× 𝐬𝐢𝐧𝜶
𝑄=
𝑊
4
× 𝑐𝑜𝑠𝜶
𝑀=
𝑊
4
×
𝑙
2
× 𝑐𝑜𝑠𝜶
α
Newton
Newton
Nm
0
0
490.500
245.250
5
42.750
488.633
244.317
10
85.174
483.048
241.524
15
126.951
473.787
236.893
20
167.761
460.919
230.460
25
207.294
444.544
222.272
30
245.250
424.785
212.393
Normal Stress Due To Normal Force And Bending
Saat menerapkan beban eksternal pada lift, gaya geser dan momen lentur diatur ke semua
bagian lift. Di bawah ini hasil menghitung nilai tegangan normal tautan angkat gunting
karena gaya dan pembengkokan normal.
Gambar 13 Cross Sectional Link
Dengan ukuran spesifikasi hollow sebagai berikut :
Ukuran Hollow Steel
Breath, b
30 mm
Height, h
60 mm
Thickness, t
2.5 mm
Properties
Wx
6.45 m³
Ix
193.39 m⁴
A
425.00 m²
Iy
63.39 m⁴
Normal stress due to normal force, σ𝑁 =
Normal stress due to bending, σ𝑀 =
𝑊𝑋 =
𝐼𝑋
𝑌𝑚𝑎𝑥
dan 𝐼𝑋 =
𝑵(𝜶)
𝐴
𝑀(𝜶)
𝑊𝑋
3
3
(𝑏×ℎ )−((𝑏−2𝑡)×(ℎ−2𝑡) )
12
Normal and Bending stress
Angle
Normal Stress
Bending Stress
Total stress
0
0
38.04586705
38.04586705
5
0.1005880
37.90109104
38.0016790
10
0.2004104
37.46786484
37.6682753
15
0.2987076
36.74948557
37.0481932
20
0.3947315
35.75142052
36.1461520
25
0.4877512
34.48126557
34.9690168
30
0.5770588
32.94868738
33.5257462
Untuk yield material pada Stainless Steel 304 sebesar 1861.58 MPa,
Maka dari itu :
Kriteria
Minimum Stress
Yield for Structural
Material
Safety Factor
Hasil Setelah
Dihitung Dengan
Safety Factor
Value
Keterangan
38.046 MPa
1,861.580 MPa
STAINLESS STEEL TYPE 301
1.5
1,241.053 MPa
Memenuhi
σΣx ≤ σy (Desain dapat diterima dan memenuhi persyaratan)
Bending Moment terhadap sumbu Y pada sambungan berbentuk rectangular hollow
section
Gambar 14 Bending moment Y axis
Dengan Spesifikasi hollow yang dimiliki sebagai berikut :
Bending moment about Y axis,
b1
0.015 m
h1
0.06 m
b2
0.0125 m
h2
0.055 m
a1
0.0009 m²
a2
0.0006875 m²
x1
0.015 m
x2
0.0125 m
Iy
0.00792318 m⁴
Sy0,5
0.00000490625 m²
Qx
588.6
τzx
6.074620607
Dimana:
- b1, h1, a1, x1 adalah nilai-nilai untuk bagian rektangular luar,
- b2, h2, a2, x2 adalah nilai-nilai untuk bagian rektangular luar.
Formula,
σ𝑌 =
𝑴𝑌×(𝒃/𝟐)
𝐼𝑌
Moment of inertia, 𝐼𝑌 =
𝑎 =
1
2
1
2
𝑀𝑋 =
3
3
(ℎ ×𝑏)−(𝑏−2𝑡) ×(ℎ−2𝑡
12
𝑀𝑋 𝑐𝑜𝑠0
Lalu Menggunakan Persamaan :
𝑀𝑌 (𝜶) =
𝑴𝑋 𝒄𝒐𝒔(𝜶)
2
Bending moment about Y axis
Angle
My in N.m
σy (MPa)
0
122.62500
116.07555
5
122.15837
115.63385
10
120.76205
114.31210
15
118.44665
112.12037
20
115.22981
109.07534
25
111.13599
105.20018
30
106.19637
100.52438
Shear Stress Axis Y
Maka,
τzx = 6.0746 MPa
Bending moment about X axis,
Gambar 15 Bending moment X axis
Dengan Values yang ditemukan sebagai berikut :
Bending moment about X axis,
b1
0.03 m
h1
0.03 m
b2
0.0250 m
h2
0.0275 m
a1
0.0009 m²
a2
0.0006875 m²
y1
0.03 m
y2
0.0250 m
Ix
0.02417320 m⁴
Sx0,5
0.0000098125 m²
Qy
588.6
τzy
7.96424346
Untuk rumus sumbu X serupa
τzy = 7.964 MPa
Ketika scissors lift mencapai ketinggian maksimum (30°), tegangan normal mencapai
maksimum dan tegangan geser harus sama yaitu Mx = My
Desain Plate (Upper & Base)
Pada Base Plate harus memberikan keseimbangan yang tepat untuk struktur juga harus didukung
secara kaku dari bawah untuk mendukung muatan titik yang dibuat oleh dua rol kaki gunting dan
dua engsel kaki gunting. Pelat dasar telah terpasang dengan empat roda.
Pada Upper Plate digunakan untuk meletakkan beban dan menukarnya ke kaki angkat. Garis
luar pelat atas dicoba komparatif sebagai pelat dasar.
Design of base plate
Breadth (b)
Length (l)
Thickness (t)
1m
0.75 m
0.006 m
Design of upper plate
Breadth (b)
Length (l)
Thickness (t)
1m
0.75 m
0.006 m
Diperlukan untuk merancang platform yang harus melayani di bawah aplikasi beban berat dan
menahan tekanan tinggi. Stainless Steel 304 memiliki kekuatan tekan dan tarik yang tinggi,
stabilitas dan keandalan yang baik. Sehingga yang disebutkan di atas dan banyak tujuan lain
bahan ini cocok untuk lift gunting kami .
Properties of Base Plate
b2
0.994 m
h2
0.744 m
A1
0.994 m²
A2
0.558 m²
A0
0.436 m²
Normal Stress (𝜎𝑁)
562.500 N/m²
Ix
1.04E-03 m⁴
Wx
1.39E-03 m³
Bending Stress
(𝜎𝑀)
1.53E+05 m²
Total (𝜎𝑍)
153299.5
N/m²
3
1.53E-01 Mpa
Yield for Structural
1.24E+03 MPa
Material
Didapatkan yield material pada Stainless Steel 304 sebesar 1861.58 MPa dengan safety
factor 1.5, Maka didapatkan nilai 1.24E+03 MPa dan dirasa 𝜎𝑍 ≤ 𝜎𝑦 maka desain memenuhi
syarat untuk keamanan pemakaian.
Desain Lead Screw
Lead screw adalah komponen krusial dalam scissor lift yang menanggung beban operator
atau beban yang signifikan untuk diangkat atau diturunkan oleh lift. Fungsinya adalah
mengubah gerakan rotasional menjadi gerakan lurus (linear). Umumnya, lead screw terdiri
dari poros berbentuk silinder dengan thread heliks di sekitar luarnya. Thread ini melalui
lubang objek atau medium lain, dan thread di dalam lubang tersebut bersinggungan dengan
thread pada lead screw. Ketika poros lead screw diputar terhadap thread yang diam, lead
screw bergerak sepanjang porosnya sesuai dengan medium di sekitarnya.
Lead screw mampu meningkatkan gaya; dengan torsi rotasional kecil pada poros, dapat
memberikan gaya aksial yang besar pada beban. Semakin kecil pitch-nya, yaitu jarak antar
thread pada lead screw, semakin besar keuntungan mekanisnya—rasio output terhadap gaya
input.
Namun, terdapat kontak luas antara thread pria dan thread wanita pada lead screw, yang
menghasilkan kerugian gesekan yang signifikan selama operasi. Meskipun demikian, lead
screw umumnya bersifat self-locking. Artinya, pada lead screw yang bersifat self-locking,
beban tidak dapat turun sendiri tanpa usaha eksternal. Karakteristik ini membuat lead screw
banyak digunakan untuk menahan beban. Dengan demikian, pada scissor lift kami, setelah
mencapai ketinggian yang diperlukan, melepaskan pegangan tidak akan memungkinkan
pergerakan ke bawah secara otomatis.
Dengan Spesifikasi Lead Screw sebagai Berikut:
Spesifikasi
Ukuran
Outer Diameter of screw rod
60 mm
Root diameter of screw rod
50 mm
Length between supports
2000 mm
Thread Density
4.221 inch
Lead or pitch of screw rod
10 mm
Mead diameter
55 mm
Coefficient of friction
0.15 tan ϕ
0.05787 tan α
Maximum Load untuk Lead Screw
Pcr = (14.03 × 106 × FC × d4)⁄L2
where Pcr = maximum load; Fc = end fixity factor (this is 0.25 for one end fixed, one
end free; 1.0 for both ends supported; 2.0 for one end fixed, one end simple; and 4.0
for both ends rigid); d = root diameter of screw; and L = the distance between nut
and load-carrying bearing
Pcr = (14.03 × 106 × 1.0 × 554) ⁄ 20002 = 6248.47 N
Frictional force
F = μ x P = 0.15 x 1961.33
F = 294.1995 N
Torque(raise) = F*Dm/2*(L+u*PI*DM)/(PI*Dm-u*L)
345 N.cm
Torque(lower)= F*Dm/2*(L-u*PI*DM)/(PI*Dm+u*L)
41.9 N.cm
Force required to rising the load
𝑡𝑎𝑛∝+ 𝑡𝑎𝑛 𝜙
𝑃 = 𝑊 × 𝑡𝑎𝑛 (α + ϕ) = 𝑤 ⎡ 1−𝑡𝑎𝑛𝛼 𝑡𝑎𝑛𝜙 ⎤
⎣
⎦
= 411.27 N
Force required to lower the load
𝑡𝑎𝑛∝− 𝑡𝑎𝑛 𝜙
𝑃 = 𝑊 × 𝑡𝑎𝑛 (α + ϕ) = 𝑤 ⎡ 1+𝑡𝑎𝑛𝛼 𝑡𝑎𝑛𝜙 ⎤
⎣
⎦
= 179.14 N
Dengan Maksimum Load 6248.47 N dinilai mampu mengangkat hydraulic lifting dengan
load terbesar sebesar 411.27 N
Desain Baut Dan Nut Di Antara Dua Scissors Lift
Diberikan beban 200 kg dengan force 1962 N dilakukan untuk 1 baut untuk menguji
ketahanan, dengan menggunakan bolt 3.6 dengan material carbon steel
Calculate Bolt Diameter
Grade
3.6
Force Acting
1962 N
Safety Factor
4
Tensile Stress Area
300 N/mm²
29.06666667 mm²
Jika dipakai baut dengan diameter 39mm dengan perhitungan tensile stress area
Bolt Diameter Selection
Basic diameter, D
39 mm
Screw thread pitch, p
4 mm
Length of thread engagement, l
Pitch circle diameter
Tensile Stress Area
53 mm
36.402 mm
967.2821558 mm²
Bolt yang digunakan untuk menahan beban dirasa sangat cukup memenuhi syarat dengan
safety factor 4.
Sumber:
https://www.dgmfmoldclamps.com/what-are-metric-bolt-grades/
https://www.machiningdoctor.com/threadinfo/?tid=1040