Nama : Andhika Lukman Baskara Sembiring

NPM : 20412745

Jurusan : Teknik Mesin

Fakultas : Teknologi Industri

Pembimbing : 1. Dr. Ridwan, ST., MT.

2. Doddi Yuniardi, ST., MT.

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN

PROTOTIPE VENDING MACHINE

MINUMAN KALENG DENGAN

MENGGUNAKAN COIN SELECTOR

Latar Belakang

• Kemajuan teknologi otomasi industri pada saat ini sudah semakin pesat

dan luas contohnya pada vending machine minuman kaleng ini dengan

menggunakan perangkat otomatis pada contohnya vending machine ini

menggunakan PLC (Programmable Logic Controller).

• Vending machine dirancang untuk mempermudah pelayanan dan

penjualan menjadi lebih efisien dan desain rancangan yang dilakukan

dalam pembuatan vending machine menggunakan metode rancangan pahl

and beitz, sehingga alur perancangan yang dilakukan mudah dipahami

pada setiap prosesnya.

• Adapun proses pembuatannya vending machine yang terdiri dari

pembentukan rangka, pembentukan komponen pendukung, proses

pemasangan atau assembly komponen utama dan komponen pendukung

yang akan dipakai pada proses pergerakkan vending machine.

LATAR BELAKANG

• Proses perancangan dan pembuatan vending machine minuman

kaleng meliputi :

1. Proses desain menggunakan aplikasi gambar solidworks.

2. Pemilihan material.

3. Tahap-tahap proses rancangan dari desain sampai pembentukan.

• Pada konteks yang lebih modern, manufaktur melibatkan

pembuatan produk dari bahn baku mulai bermacam-macam

proses, mesin dan operasi, mengikuti perencanaan yang

terorganisasi dengan baik untuk setiap aktifitas yang diperlukan.

LATAR BELAKANG

• Dalam manufaktur pemilihan material yang tepat sangat

diperlukan untuk mendapatkan kualitas yang tinggi. Dalam proses

perancangan yang sangat diperlukan dalam pengukuran,

pemilihan bahan agar dihasilkan suatu produk yang terencana.

• Mesin penjualan otomatis diketahui khususnya bagi ilmu

dibidang Teknik Mesin dalam kemajuan teknologi yang sangat

pesat, sehingga gerak kerja dari mekanik tersebut mampu

dijalankan dengan menggunakan program yang dilakukan

penginputannya pada PLC (Programmable Logic Controller).

LATAR BELAKANG

PERMASALAHAN

Berdasarkan latar belakang diatas mengenai pengaruh waktu dalam perancangan untuk

membuat suatu produk, Vending machine dirancang untuk mempermudah pelayanan

dan penjualan menjadi lebih efisien

BATASAN MASALAH

1. Proses perancangan vending machine menggunakan aplikasi gambar solidworks.

2. Pembuatan mesin penjualan otomatis atau vending machine minuman kaleng

TUJUAN PENULISAN Adapun tujuan dari penelitian ini adalah merancang dan membuat prototipe vending

machine minuman kaleng menggunkan coin selector.

1. Perancangan dan pembuatan prototype mesin penjualan otomatis minuman kaleng

berdasarkan dimensi.

2. Merancang vending machine minuman kaleng dengan menggunakan metode Pahl and

Beitz.

3. Mengetahui proses seleksi dalam pemilihan minuman kaleng.

Vending Machine adalah mesin yang dapat mengeluarkan barang-barang

seperti makanan ringan dan minuman ringan seperti minuman soda, tiket, lotre

produk konsumen dan bahkan emas dan permata untuk pelanggan secara

otomatis. Layaknya penjual asli, mesin ini akan mengeluarkan barang yang kita

inginkan setelah kita membayarnya dengan cara memasukkan sejumlah koin

maupun uang kertas

Definisi desain rekayasa

Di dalam studi ilmu pengetahuan, kita berusaha mengmbangkan

terori-teori yang dapat digunakan untuk menjelaskan fenomena

alam. Teori ilmiah terdiri atas pada suatu pernyataan yang

mendefinisikan suatu sistem yang ideal atau bersifat teoritis.

Prinsip – prinsip ilmiah ini juga berlaku pada ilmu-ilmu rekayasa

(engineering science).

Desain rekayasa agak berbeda dengan ilmu pengetahuan, karena

teori dan hipotesis tidak dapat dikembangkan atau diuji melalui

percobaan laboratorium.

Pengertian Perancangan

Perancangan adalah tahapan perancangan (design)

memiliki tujuan untuk mendesain sistem baru yang

dapat menyelesaikan masalah-masalah yang dihadapi

perusahaan yang diperoleh dari pemilihan alternatif

sistem yang terbaik. Perancangan merupakan bagian

dari ilmu perancangan adalah proses penerapan berbagai

teknik dan prinsip dengan tujuan untuk

mentransformasikan hasil analisa kedalam bentuk yang

memudahkan mengimplementasikan.

Metode Perancangan

Perancangan adalah kegiatan awal dari usaha merealisasikan produk yang

keberadaannya diperlukan oleh masyarakat untuk meringankan hidupnya.

Tahapan perancangan sangat diperlukan untuk memudahkan engineer bekerja,

yaitu pekerjaan tepat waktu, biaya sesuai rencana, produk berfungsi dengan

baik.

Tahapan perancangan terkemukan yang telah dikembangkan dan dibukukan

diantaranya :

1. Metode zeid

2. Metode French

3. Metode Ullman

4. Metode VDI

5. Metode phal and beitz

Perancangan Pahl dan Beitz

Secara keseluruhan langkah kerja pada metode ini terdiri dari 7 tahap yang

dikelompokkan pada 4 fase yaitu :

1. Perencanaan dan penjelasan tugas (Clasification of tasks), Meliputi

pengumpulan informasi mengenai permasalahan dan kendala-kendala yang

dihadapi. Kemudian disusun daftar persyaratan mengenai rancangan yang

akankita buat.

2. Perencanaan konsep produk (Conseptual Design), Meliputi dua langkah kerja

yaitu : menentukan fungsi dan strukturnya, Mencari prinsip solusi dan

strukturnya, Menguraikan menjadi varian yang dapat direalisasikan.

3. Perancangan wujud (Embodiment Design), Pada tahap ini dimulai dengan

menguraikan rancangan kedalam modul-modul yang diikuti oleh desain awal

dan desain jadi.

4. Perancangan rinci (Detail Design), Tahap ini merupakan proses perancangan

dalam bentuk gambar dalam arti gambar yang tersusun dan gambar detail

termasuk daftar komponen, spesifikasi bahan, toleransi dan lainnya.

Diagram Alir Proses Perancangan Pahl and Beitz

Motor DC (Direct Current)

Motor DC adalah jenis motor listrik yang bekerja menggunakan

sumber tegangan DC. Motor DC atau motor arus searah

sebagaimana namanya, menggunakan arus langsung dan tidak

langsung/direct-unidirectional. Motor DC digunakan pada

penggunaan khusus dimana diperlukan penyalaan torque yang

tinggi atau percepatan yang tetap untuk kisaran kecepatan yang

luas.

Motor Power Window

Motor power window merupakan motor penggerak regulator yang berputar

searah jarum jam atau arah sebaliknya menggerakan regulator jendela untuk

dirubah menjaidi gerakan mekanik naik dan turun. Jenis motor yang digunakan

pada system power window adalah motor dc. Motor listrik menggunakan

eneergi listrik dan energy magnet untuk menghasilkan energy mekanis. Operasi

motor tergantung pada interaksi dua medan magnet.

Spesifikasi Motor Power Window 12 VDC

Spesifikasi Motor Power Window

Tegangan Motor 12 Volt DC

Rasio Gear 1:10

Rate Torque 30 kg/cm

Rate Speed 60 RPM

No-Load Speed 85 RPM

Current (No Load) 5A

Rated Current (Load) 15 A

Stall Current (Locked) 28 A

Stall Torque (Locked) 15 kg/cm

Bantalan (Bearing)

Bantalan atau bearing adalah elemen mesin yang menumpu poros

berbeba sehingga putaran atau gerak bolak-balik dapat bekerja

dengan baik, aman, halus dan panjang umur. Bantalan harus

kokoh untuk memungkinkan poros atau elemen mesin lainnya

dapat bekerja dengan baik, maka prestasi kerja seluruh sistem

akan menurun atau tidak dapat bekerja semestinya.

Bantalan (bearing) memiliki 3 (tiga) fungsi utama, yaitu :

1. Mengurangi gesekan

2. Menahan beban

3. Mengatur posisi elemen yang bergerak

Klasifikasi Bantalan Terhadap Poros

Berdasarkan dasar gerakan bantalan terhadap poros, maka

bantalan dapat diklasifikasikan sebagai berikut :

1. Bantalan Luncur

Pada bantalan ini terjadi gesekan antara poros dan bantalan,

karena permukaan poros ditumpu oleh permukaan bantalan

dengan perantaraan lapisan pelumas.

2. Bantalan Gelinding

Pada bantalan ini terjadi gesekan gelinding antara bagian yang

berputar dengan diam melalui elemen gelinding seperti bola

(peluru), rol.

Poros (Shaft)

Poros adalah salah satu elemen terpenting dari setiap mesin. Peran utama poros

yaitu meneruskan tenaga bersama–sama dengan putaran. Pada aplikasi di dunia

industri, poros digunakan untuk mentransmisikan daya. Poros dapat

diklasifikasikan sebagai berikut :

• Poros transmisi/Shaft

Poros semacam ini mendapat beban puntir murni atau beban puntir dan lentur. Daya

yang ditransmisikan kepada poros melalui kopling, roda gigi, puli sabuk, atau

sproket rantai, dan lain–lain.

• Spindel

Poros transmisi yang relatif pendek, seperti poros utama pada mesin bubut, dimana

beban utamanya berupa puntiran, disebut spindel. Syarat yang harus dipenuhi poros

ini adalah deformasinya harus kecil dan bentuk serta ukurannya harus teliti.

• Line shaft

Poros ini berhubungan langsung dengan mekanisme yang digerakkan dan berfungsi

memindahkan daya dari motor penggerak ke mekanisme tersebut.

Besi (Ferro)

Besi adalah logam yang berasal dari bijih besi (tambang) yang

banyak digunakan untuk kehidupan manusia sehari-hari. Dalam

tabel periodik, besi mempunyai simbol Fe dan nomor atom 26.

Besi sendiri biasanya didapatkan dalam bentuk

• magnetit (Fe3O4),

• hematit (Fe2O3),

• goethit

• limonit

• atau siderit.

Tahapan Perancangan

Tahapan perancangan berupa kegiatan awal dari suatu rangkaian kegiatan

dalam proses pembuatan produk. Dalam pembuatan produk sangat

diperlukan suatu gambaran yang digunakan untuk dasar-dasar dalam

melangkah atau kerja. Gambaran ini dapat disajikan dlam bentuk

diagram alir sebagai metode dalam perencanaan dan perancangan. Untuk

mempermudah jalannya peracangan pembuatan vending machine penulis

digunakan metode pahl and beitz. Cara merancang pahl and beitz

tersebut terdiri dari 4 fase yang masing-masing terdiri dari beberapa

langkah, ke empat fase tersebut adalah :

1. Perencanaan dan penjelasan (Planning)

2. Perancangan konsep produk (Coceptual Design)

3. Perancangan bentuk produk (Embodiment Product)

4. Perancangan detal (Detail Design)

Diagram Alir Pembuatan Prototipe

Vending Machine

Diagram Alir Cara Kerja Vending Machine

Perancangan Konsep Produk

Perancangan konsep produk untuk memberikan beberapa solusi utama

konsep produk selanjutnya di evaluasi berdasarkan persyaratan teknis,

ekonomis, dan lain-lain. Tahapan ini dapat diawali dengan mengenal

analisis spesifikasi produk yang ada. Dalam tahap ini konsep rancangan

alat vending machine minuman kaleng adalah:

1. Menggunakan motor dc power window 12 volt sebagai penggerak utama

2. Menggunakan PLC untuk menjalankan program

3. Menggunakan batang sebagai penopang poros dan pembvuatsn rangka

4. Menggunakan poros sebagai penopang dari wadah pemindah kaleng dan

bearing.

No Tuntutan

Perencanaan Persyaratan Tingkat Kebutuhan

1 Kinematika

a. Mekanisnya mudah beroperasi D

b. Menggunakan sistem transmisi D

c. Arah putaran searah W

2 Material

a. Mudah di dapat D

b. mempunyai sifat mekanis yang baik D

c. Sesuai standar umum D

d. Usia pemakaian yang panjang D

e. Baik mutunya W

3 Geometri

a. Panjang 700 mm D

b. Lebar 550 mm D

c. Tinggi 600 mm D

4 Energi a. Sumber energi dari tenaga listrik W

5 Produksi

a. Dapat diproduksi industri kecil W

b. Suku cadang murah D

c. Biaya produksi relatif murah W

6 Perawatan

a. Perawatan mudah dilakuan D

b. Perawatan mudah D

c. Perawatan secara berkala W

Keterangan :

W : Keinginan (Wishes)

D : Keharusan (Demands)

Fase Perancangan Detail

Pada fase perancangan detail, ditetapkan susunan komponen, bentuk, dimensi

dari setiap komponen. Demikian juga kemungkinan cara pembuatan sudah di

analisan dan perkiraan biaya yang sudah dihitung. Hasil akhir fase ini adalah

gambar rancangan lengkap dan spesifikasi produk untuk pembuatan.

Konstruksi Kerja Pemilahan Minuman

Konstruksi kerja pemilahan minuman merupakan fase detail pada gerak

mekanik yang dihasilkan untuk menjatuhkan minuman kaleng pada saat

tombol ditekan dan motor power window akan melakukan gerak pemilahan.

Bahan Utama Kerangka

Bahan utama yang digunakan dalam membuat rangka ini yaitu menggunakan besi

wf siku lubang dengan dimensi 40x2 mm. Pemilihan bahan ini dikarenakan besi

model ini sangat mudah ditemukan di pasaran serta memiliki keunggulan

diantaranya kuat, ringan, mudah untuk melakukan sebuah pembentukan, mudah

dilakukannya bongkar pasang, pemotongan bahan yang mudah, dan juga besi wf

siku bolong harganya pun tak begitu mahal seperti pada besi lainnya.

Pembuatan dan Design Rangka

Pada pembuatan rangka vending machine ini digunakan besi siku yang secara

umum dibentuk menyerupai kerangka balok dengan ukuran. Pertimbangan

merupakan hal yang penting dalam pembuatan kerangka vending machine ini

merupakan rancang bangun yang mampu menopang beban untuk mempermudah

penempatan komponen utama dan komponen pendukung vending machine.

Dimensi ukuran besi wf yang digunakan dalam pembuatan vending machine adalah

700 x 520 x 645 mm.

Gambar Mekanik Rangka 288

232

122 205 205 168

280

413

555

645

510

633

700

520

645

288

420

280

Pembuatan Kotak Tempat Susunan Minuman

Kaleng

Pada pembuatan rangka kotak tempat susunan kaleng tersebut

menggunakan acrylic yang di susun dan di lekatkan menggunakan

lem acrylic sehingga terbentuk seperti balok dengan ukuran 120 x 70

x 350 mm.

Gambar Mekanik Kotak Susun

350

120

70

120

70

Pembuatan Lintasan Jatuhnya Kaleng

Pembuatan desain lintasan jatuhnya merupakan komponen rangka penting yang

dibuat yaitu untuk memudahkan gerak luncurnya kaleng agar tidak menimbulkan

cacatnya pada kaleng. Lintasan jatuhnya kaleng dibuat menggunakan acrylic untuk

memudahkan dalam pembuatan rangka lintasan jatuhnya kaleng dengan ukuran 600

x 200 x 109 mm .

Gambar Mekanik Lintasan Jatuhnya

Kaleng

3

200

600

109

600

200

Pembuatan Tempat Pengambilan Minuman

Kaleng

Pada pembuatan tempat pengambilan minuman kaleng dibuat bujur

sangkar yang dibentuk untuk memudahkan dalam pengambilan

kaleng minuman dan dibentuk menggunakan besi wf siku dengan

ukuran 280 x 135 mm.

Gambar Mekanik Tempat

Pengambilan Minuman Kaleng

40

280

13

0

280

40

130

Pembuatan dan Desain Penyeleksi Kaleng

Pipa seleksi dibuat untuk menjatuhkan minuman kaleng dan untuk menahan laju

jatuhnya kaleng minuman diatasnya. Tempat penyeleksi minuman kaleng dibuat

menggunakan pipa pvc dengan diameter luar (D) 76 mm dan diameter dalam (d) 73

mm. Dimana benda ini akan berputar dengan menggunakan motor power window

12V yang terhubung langsung terhadap poros yang dibuat pada masing-masing

tutup pipa pvc.

Gambar Mekanik Tabung Seleksi

Minuman Kaleng

Ø9

Ø22

Ø76

Ø70

130

20040 20

130

200

268

76

Perhitungan Motor Power Window

Perhitungan Motor Power Window

Perhitungan Motor Power Window

Hambatan Motor Power Window

Dimana :

Tegangan listrik (V) : 220 volt

Daya motor dalam perencanaan pulley (P) : 12 watt

Maka,

R = 220/12 = 18,3 Ω

Perhitungan Bantalan (Bearing)

Menghitung beban radial

Dimana :

Nilai massa tumpukan minuman kaleng pada box (m) : 5 kg

Percepaatan gravitasi (g) : 9,81 m/s2

Maka,

Fr = W = 5kg . 9,814 m/s2

Fr = 49,07 kN

Menghitung faktor keamanan bantalan

Fn = (33,3/85)1/3

Fn = 0,73

Perhitungan Bantalan (Bearing)

Menghitung umur nominal bantalan Dimana :

Faktor umur bantalan disetiap unitnya (fh) : 118,74

Maka,

Lh = 500 . 118,743

Lh = 500 . 1674137,53

Lh = 837068767,81 / 3600

Lh = 232.519 Jam

Perhitungan Poros

Perhitungan Poros

Penutup

1. Berdasarkan hasil perhitungan dan analisa pembahasan tentang vending machine

minuman kaleng, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :

2. Dalam desain dan pembuatan vending machine minuman kaleng melalui beberapa

proses yang meliputi pembuatan rangka, tempat pengambilan minuman kaleng,

pembuatan lintasan jatuhnya kaleng, serta pemasangan motor DC dan komponen

pendukung lainnya.

3. Perencanaan motor listrik DC yang digunakan pada vending machine minuman

kaleng menggunakan daya listrik sebesar 12 volt.

4. System kerja pada vending machine menggunakan tenaga penggerak 3 (tiga) unit

motor DC (Direct Cureent) pada masing-masing penseleksian minuman kaleng

berdaya 12 Volt dengan putaran 85 rpm.

5. Umur bantalan dalam pemakaiannya pada system kerja vending machine

minuman kaleng selama 232,519 Jam.

6. Dari perencanaan dibuat dengan diameter 8 mm di setiap masing-masing poros.

Daya poros yang menerima beban puntir dan beban lentur sebesar 0,018 kW.

Saran

Perancangan vending machine minuman kaleng tersebut masih jauh dari sempurna,

baik dari segi kualitas beba, penampilan, dan kinerja/fungsi. Oleh diharapkan

nantinya alat/mesin ini dapat disempurnakan kembali di kemudian hari. Adapun

proses perbaikan produk masih diperlukan untuk meningkatkan efisiensi, adapun

saran perbaikan rancangan mesin antara lain :

1. Pada system penseleksian minuman kaleng masih belum efisien dikarenakan

system kerja yang tidak sempurna sehingga perputaran motor akan melambat

untuk mendorong kaleng jatuh pada saat ada banyaknya susunan kaleng pada

box. Disarankan penseleksian minuman kaleng menggunakan kawat oem untuk

menjadi lebih efisien dan sehingga tidak terjadi lemahnya jalan motor pada saat

mendorong kaleng.

2. Getaran pada kotak susun minuman kaleng cukup besar sehingga harus

diperlukan penopang pada sisi kiri dan kanan pada kotak susun minuman kaleng

untuk mengurangi getara pada saat penseleksian minuman kaleng.