ANALISA SISTEM KEMUDI PROTOTIPE GUIDED B
ANALISA SISTEM KEMUDI PROTOTIPE GUIDED BUS
a
Auzi Faiz Bahtiara, Rifky Ismaila, Adhitya Pamungkasb
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro
Jl. Prof. Sudharto, Semarang
b
PT. Safta Ferti Bandung
Jalan Dirgantara I, Gempolsari, Bandung, Jawa Barat, Indonesia
*E-mail: [email protected]
ABSTRAK
Perkembangan riset dan pembuatan prototipe mobil listrik di Indonesia sudah berlangsung
sepanjang tahun 2000. Pada 1997-2005 LIPI membuat beberapa mobil listrik untuk fungsi khusus yang
diberi nama Marlip. Di 2009, LIPI menghasilkan satu mobil hasil konversi dari mobil berbahan bakar
minyak
menjadi
mobil
bertenaga
listrik
dalam
wujud
Toyota
Kijang
lawas.
Kemudian ada 2010, LIPI membuat prototipe konsep mobil listrik sport SKEV 1 dan SV-1. Akhir
2011, LIPI berhasil membuat prototipe mobil bus listrik angkutan penumpang. Pada 2012 hingga 2013
LIPI menghasilkan tiga prototipe riset, yaitu mobil bus listrik tipe eksekutif, sedan listrik, dan
mobil hybrid generasi 2. Prototipe riset LIPI ini diberi nama Hevina (Hybrid and Electric Vehicle
Indonesia), dan saat ini LIPI sedang mengembangkan prototipe Guided Bus (Mobil tanpa Awak).
Guided arm adalah salah satu komponen penting dari guided bus guided bus yang perlu dianalisa. Bila
tidak tepat dalam perencanaan, desain, material dan pemasangan komponen pada prototype Guidedbus
dapat terjadi ketidaksesuaian yang berdampak kecil atau bahkan besar, sebagai contohnya terjadinya
patahan yang menyebabkan kecelakaan. Pada penelitian ini, metode pendekatan yang digunakan
adalah menggunakan pendekatan metode analitik dan analisa perangkat lunak SolidWorks untuk
mencari besarnya defleksi yang terjadi pada Guided Arm. Adapun hasil yang diperoleh dari penelitian
ini adalah besarnya defleksi yang terjadi ketika guided bus membelok dipengaruhi oleh beberapa
faktor, diantaranya radius belok, kecepatan maksimal guided bus, serta gaya sentrifugal sebagai gaya
aksi roller pada guided arm dengan jalur lintasannya.
Kata kunci: Mobil listrik, sistem kemudi, defleksi
1. PENDAHULUAN
Pada akhir tahun 2014, pemerintah menarik subsidi yang diberikan untuk bahan bakar hal ini dikarenakan
kurangnya optimalisasi dari penggunaan subsidi tersebut, dilain sisi jumlah kendaraan baik roda dua maupun roda
empat semakin menigkat dari tahun ke tahun sehingga penggunaan bahan bakar pun semakin meningkat, hal ini tidak
diimbangi dengan jumlah cadangan bahan bakar yang dimiliki oleh Indonesia oleh karena itu perlu sebuah solusi utuk
mengatasi masalah tersebut salah satunya adalah perancangan mobil listrik.
Perkembangan riset dan pembuatan prototipe mobil listrik di Indonesia sudah berlangsung sepanjang tahun
2000. Pada 1997-2005 LIPI membuat beberapa mobil listrik untuk fungsi khusus yang diberi nama Marlip. Di 2009,
LIPI menghasilkan satu mobil hasil konversi dari mobil berbahan bakar minyak menjadi mobil bertenaga listrik dalam
wujud Toyota Kijang lawas. Kemudian ada 2010, LIPI membuat prototipe konsep mobil listrik sport SKEV 1 dan SV1. Akhir 2011, LIPI berhasil membuat prototipe mobil bus listrik angkutan penumpang. Pada 2012 hingga 2013 LIPI
menghasilkan tiga prototipe riset, yaitu mobil bus listrik tipe eksekutif, sedan listrik, dan mobil hybrid generasi 2.
Prototipe riset LIPI ini diberi nama Hevina (Hybrid and Electric Vehicle Indonesia), dan saat ini LIPI sedang
mengembangkan prototipe Guided Bus (Mobil tanpa Awak). Guided vehicle atau guided bus merupakan kendaraan
yang beroperasi pada jalur yang tetap dan terarah, seperti halnya kendaraan yang beroperasi diatas rel. Berbeda
dengan Non-guided vehicle, yaitu kendaraan yang dapat bergerak secara bebas pada arah yang bervariasi seperti
halnya pada jalan raya.
Penggunaan Guided Arm pada perancangan prototipe Guided Bus merupakan salah satu hal yang perlu dianalisa
dari sekian banyak komponen Guided Bus untuk mengetahui tegangan akibat pembebanan, karena bila tidak tepat
dalam perencanaan, desain, material dan pemasangan komponen pada prototype Guidedbus dapat terjadi
ketidaksesuaian yang berdampak kecil atau bahkan besar. Contohnya terjadi patahan yang menyebabkan kecelakaan.
Untuk mengatasi kendala tersebut maka dalam penelitian ini dilakukan analisa baik menggunakan perhitungan numerik
maupun analisa dengan menggunakan perangkat lunak SolidWorks sehingga dapat melihat distribusi tegangan yang
terjadi akibat pembebanan.
2. MATERIAL DAN METODOLOGI
Pada perancangan sistem kemudi prototipe Guided Bus terdiri dari beberapa bagian berupa sistem penggerak
yang berfungsi untuk menggerakkan Guided Bus, baterai dan sistem pengisiannya yang berfungsi sebagai pemasok
daya untuk Guided Bus dan sistem kemudi elektronik berupa EMS (Electric Management System) yang berfungsi untuk
mengatur kontrol kelistrikan dari prototipe guided bus baik berupa sensor pengisian beterai, sensor gerak dan lain
sebagainya.
Dalam melakukan perancangan prototipe guided bus, terlebih dahulu dilakukan analisa pemilihan material baik
yang digunakan untuk perancangan rangka guided bus maupun untuk perancangan guided arm. Hal ini dikarenakan bila
tidak tepat dalam perencanaan materialnya maka dapat terjadi ketidaksesuaian yang berdampak kecil atau bahkan besar,
sebagai contohnya terjadinya patahan yang menyebabkan kecelakaan ketika guided bus itu digunakan.
Adapun material yang digunakan dalam pembuatan guided bus adalah menggunakan cast carbon steel. Material
ini dipilih karena memiliki modulus elastis yang besar sesuai dengan table 2.1 yang ada dibawah ini sesuai dengan
ASTM A105.
Tabel 2.1 Sifat material untuk cast carbon steel. [1]
Elastic Modulus
Poissons Ratio
Shear Modulus
Density
Tensile Strength
Yield Strength
Thermal Expansion Coefficient
Thermal Conductivity
Specific Heat
2 x 1011 N/m2
0.32 N/A
7.6x1010 N/m2
7800 kg/m3
482549000 N/m2
248168000 N/m2
1.2x10-5 /K
30 W/(m·K)
500 J/(kg·K)
Berbeda dengan mobil pada umumnya, dalam perancangan sistem kemudi pada guided bus digunakan empat buah
guided arm yang masing-masing dilengkapi dengan roller untuk membelokkan roda sehingga guided bus dapat
membelok sesuai dengan jalur yang ada pada lintasan seperti pada gambar 2.1.
Gambar 2.1 Perancangan rangka guided bus dan sistem kemudinya [2]
Adapun material yang digunakan dalam perangcangan guided arm yaitu berupa cast carbon steel. Material ini
dipilih karena memiliki modulus elastis yang besar sesuai dengan table 2.1 berdasarkan dengan ASTM A105.
Sedangkan dalam perancangan roller yang digunakan dalam sistem kemudi guided bus untuk membelok yaitu
menggunakan material karet. Material ini dipilih karena material tersebut dapat menahan beban ketika guided bus
membelok, sehingga dapat meredam tegangan yang terjadi ketika guided bus melakukan kontak dengan jalur lintasan
ketika membelok.
Berikut merupakan spesifikasi material Hard Nylon(rubber) yang digunakan untuk pembuatan roller sesuai tabel
2.2. Data ini diambil dari dokumen ASM F15 :
Tabel 2.2 Sifat material untuk Hard Nylon. [1]
Jenis material
Hard Nylon
Elastic modulus
1000000000 N/m2
Poisson's ratio
0.3 N/A
Mass density
Tensile strength
Yield strength
Thermal expansion coefficient
Thermal conductivity
Specific heat
1150 kg/m3
79289709 N/m2
60000000 N/m2
1x10-6 /k
0.53 W/(m.K)
1500 J/(Kg.K)
Gambar 2.2 merupakan dimensi geometri guided arm yang dirancang pada guided bus untuk membelok yang
dilengkapi dengan roller pada masing-masing sisi.
Gambar 2.2 Dimensi Guided Arm [2]
Bagian-Bagian Sistem Kemudi
Sistem kemudi pada prototipe guided bus dirancang degan menggunakan gabungan bagian-bagian mobil
seperti pada tabel 2.3 di bawah ini. Dimana sebagian besar part yang digunakan diambil dari part mobil carry futura.
Hal ini disebabkan karena pada umumnya dalam perancangan guided bus ini model yang digunakan adalah mobil carry
futura baik body mobil, rangka mupun sistem kemudinya, sehingga bagian-bagian yang digunakan pun banyak yang
diadopsi dari mobil carry futura. Tabel 2.3 menunjukkan data bagian-bagian yang digunakan dalam perancangan system
kemudi guided bus. Data ini diambil dari rancangan Prototype Guided Bus (Mobil Listrik Kendali Elektrik atau Tanpa
Sopir) di PT. Safta Ferti Bandung :
Tabel 2.3 Bagain-bagian sistem kemudi
Absorber
Mobil carry Futura
Kin pin
Mobil Katana
Ball joint
Mobil carry Futura
Tie rod
Mobil carry Futura
Gardan
Mobil carry Futura
Spesifikasi Motor yang digunakan
Dalam perancangan prototipe guided bus digunkan motor penggerak dengan besar torsi 60 N.m dan daya
sebesar 2000 cc yang selanjutnya diteruskan ke gardan untuk menggerakan roda sehingga dapat bergerak maju dan
bergerak mundur. Motor yang digunakan dalam perancangan ini berjumlah satu buah yang diletakkan pada sisi
belakang guided bus. Tabel 2.5 menunjukkan spesifikasi teknis motor penggerak yang digunakan sesuai tabel 2.5. Data
ini diambil dari PT. PINDAD Bandung
Tabel 2.5 Spesifikasi Motor yang Digunakan
Jenis Motor
Motor 2 Fasa
Torsi
60 N.m
Daya
750 kW (2000 cc)
Efisiensi
94 %
Spesifikasi Baterai yang digunakan
Baterai yang digunakan dalam perancangan guided bus berjumlah satu buah dengan tegangan 48 Volt dan
berat 100 kg, dimana ditempatkan pada bagian tengah rangka guided bus sesuai pada gambar diatas. Tabel 2.6
menunjukkan spesifikasi teknis dari beterai yang digunakan sebagai sumber daya penggerak motor, dimana data ini
diambil dari PT. LEN Industri Bandung.
Tabel 2.6 Spesifikasi Baterai yang Digunakan
Jenis Baterai
Tegangan
Berat
Dimensi
Lithium Polymer (LiPo)
48 Volt
100 kg
1154x286,3x286 mm
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Penggunaan Guided Arm pada prototipe Guided Bus merupakan salah satu hal yang perlu dianalisa dari sekian
banyak komponen Guided Bus untuk mengetahui besarnya defleksi atau lendutan akibat pembebanan. Hal ini dilakukan
karena apabila tidak tepat dalam perencanaan, desain, material dan pemasangan komponen pada prototipe Guided bus
dapat terjadi ketidaksesuaian yang berdampak kecil atau bahkan besar, sebagai contohnya terjadinya patahan yang
menyebabkan kecelakaan.
Pada penelitian ini, analisa dilakukan pada lengan guided arm ketika menerima beban pada saat membelok
dengan menggunakan perhitungan numerik dan analisa perangkat lunak SolidWorks untu mensimulasikan defleksi pada
guided arm.
3.1 Analisa Kinematika
a. Analisa Kecepatan Kendaraan
Pada saat mobil melaju pada sebuah tikungan, maka mobil akan melakukan gerak melingkar. Hal itu
menyebabkan timbulnya gaya sentrifugal yang arahnya keluar tikungan yang besarnya sama dengan gaya sentripetal
dan selalu menuju pusat kelengkungan sehingga mobil tidak tergelincir. Dalam hal ini, gaya sentripetal yang
arahnya menuju pusat kelengkungan diwakili oleh gaya gesekan roda yang melawan gaya sentrifugal mobil. Sesuai
dengan Hukum II Newton bahwa gaya sentrifugal akan menyebabkan percepatan sentrifugal. Pada saat menikung,
kecepatan mobil tidak boleh terlalu tinggi karena akan menghasilkan gaya sentrifugal yang besar. Batas kecepatan
mobil terjadi saat besarnya gaya sentrifugal sama dengan gaya gesekan maksimum mobil terhadap jalan yang
arahnya berlawanan dengan gaya sentrifugal.
Fc = ��
�. � 2
= �� �
�
2
�. �
= �� �. �
�
2
� = �� �. �
v = �µ . Rn. g
Dimana :
v
Rn
g
μs
= Kecepatan maksimal
= Radius belok nyata
= Gaya gravitasi bumi (9,8 ms2)
= Koefisien tertinggi untuk jalan aspal, beton kering 0,8 [3]
Pada perhitungan analisa kecapatan maksimal ini menggunakan variasi radius untuk mengetahui perbedaan
besarnya kecapatan maksimal sesuai dengan radius beloknya. Adapaun variasi radius yang digunakan dalam
perhitungan analisa ini adalah 10m, 20m, 30m dan 40 m. Hal ini dimaksudkan untuk mengetahui pengaruh radius
belok terhadap besarnya kecepatan maksimal.
• Variasi radius belok 10 meter
v = �µ . Rn. g
v = �0,8 x 10 x 9,8
v = 8,85 �/�
v = 31,89 ��/���
• Variasi radius belok 20 meter
v = �µ . Rn. g
v = �0,8 x 20 x 9,8
v = 12,52 �/�
v = 45,10 ��/���
• Variasi radius belok 30 meter
v = �µ . Rn. g
v = �0,8 x 30 x 9,8
v = 15,34 �/�
v = 55,23 ��/���
• Variasi radius belok 40 meter
v = �µ . Rn. g
v =
v =
v =
�0,8 x 40 x 9,8
17,71 �/�
63,78 ��/���
Tabel 3.1 Pengaruh Radius Belok terhadap Kecepatan
Radius Belok
Guided Bus
10 meter
20 meter
30 meter
40 meter
Kecepatan
m/s
8,85
12,52
15,34
17,71
Km/jam
31,89
45,10
55,23
63,78
Dari tabel 3.1 dapat disimpulkan bahwa radius dapat mempengaruhi besarnya kecepatan maksimal guided
bus, dimana hubungan antara radius berbanding lurus sehingga semakin besar radius maka kecepatan maksimal
yang diijinkan supaya tidak mengalami slip atau skid juga semakin besar.adapun besarnya kecepatan rata-rata
dengan variasi radius 10m, 20m, 30m dan 40 m adalah 49 km/jam.
3.2 Analisa Dinamika Kendaraan
Gaya Sentrifugal merupakan gaya yang diberikan oleh guided bus ketika membelok, dimana besarnya gaya
sentrifugal berlawanan arah dengan gaya sentripetal yang arahnya menuju pusat radius belokan seperti pada gambar
3.1 di bawah ini.
Gambar 3.1 Diagram benda bebas ketika guided bus membelok
Adapun besarnya gaya sentrifugal dapat dihitung dengan menggunakan rumus
Fc =
�. � 2
�. ��
Dimana :
v
g
Rn
W
= Kecepatan kendaraan (m/s)
= Gaya grafitasi bumi (ms2)
= Radius belok nyata
= Berat maksimal kendaraan (berat kendaraan + berat penumpang). [3]
Untuk mengetahui pengaruh kecepatan dan radius belokan maka dalam perhitungan analisa dinamika
kendaraan digunakan variasi radius 10m, 20m, 30m, dan 40m dengan masing-masing kecepatan maksimalnya
dengan besar beban yang diberikan sebesar 13000 N dengan rincian asumsi jumlah sembilan orang penumpang
dengan berat masing-masing 80 Kg dan berat rangka bodi sebesar 580 Kg.
•
Variasi radius 10 meter, dengan kecepatan maksimal 8,85 m/s
�. � 2
Fc =
�. ��
(13000) � 8,852
Fc =
9,8 � 50
Fc = 10181,92 �
•
Variasi radius 20 meter, dengan kecepatan maksimal 12,52 m/s
�. � 2
Fc =
�. ��
(13000) � 12,522
Fc =
9,8 � 50
Fc = 10188,77 �
•
Variasi radius 30 meter, dengan kecepatan maksimal 15,34 m/s
�. � 2
Fc =
�. ��
(13000) � 15,342
Fc =
9,8 � 50
Fc = 10197 �
•
Variasi radius 40 meter, dengan kecepatan maksimal 17,71 m/s
�. � 2
Fc =
�. ��
(13000) � 17,712
Fc =
9,8 � 50
Fc = 10193 �
Tabel 3.2 Pengaruh Radius Belok dan Kecepatan terhadap Gaya Sentrifugal
Radius Belok
Kecepatan maksimal
10 meter
8,5 m/s
20 meter
12,25 m/s
30 meter
15,34 m/s
40 meter
17,71 m/s
Rata-rata
13,45 m/s
Gaya Sentrifugal
10181,92 N
10188,77 N
10197 N
10193 N
10190,17 N
Dari tabel 3.2 di atas dapat disimpulkan bahwa radius dan kecepatan maksimal dapat mempengaruhi gaya
sentrifugal yang terjadi pada guided bus ketika membelok, dimana hubungan antara radius berbanding terbalik
dengan gaya sentrifugal sehingga semakin besar radius maka besarnya gaya sentrifugal yang terjadi semakin kecil,
begitu pun sebaliknya semakin kecil radius beloknya maka besarnya gaya sentrifugal yang terjadi ketika membelok
semakin besar.
3.3 Analisa Defleksi
Defleksi merupakan kondisi ketidakstabilan yang mengarah ke modus kegagalan. Secara teoritis, defleksi
disebabkan oleh bifurkasi dalam solusi untuk persamaan keseimbangan statis. Adapun definisi lain mengenai
defleksi adalah suatu proses dimana suatu struktur tidak mampu mempertahankan bentuk aslinya. Konsekuensi
defleksi pada dasarnya adalah masalah geometrik dasar, dimana terjadi lendutan besar sehingga akan mengubah
bentuk struktur. [4]
M
PL
P
V
Gambar 3.1 Diagram benda bebas pada guided arm
• Momen yang terjadi pada batang
Σ� = 0
� + �� = 0
� = −��
• Menentukan besarnya defleksi dengan menggunakan metod energi
1 1 �2
��
�= �
2 0 ��
1 1 (−��)2
��
�= �
��
2 0
2 2
�
−� �
1
��
�= �
��
2 0
1 �2 �3
�=
2 3��
Dimana :
��
2
Dengan mensubtitusikan nilai U ke dalam persamaan sebelumnya, maka didapatkan
�� �2 �3
=
6��
2
2��3
���� =
6���
��3
���� =
3��
�=
Dimana :
L
E
I
P
= Panjang efektif spesimen (cm)
= Modulus elastisitas (kgf/cm2)
= Momen Inersia (cm4)
= Beban kritis (kgf). [5]
Pada perhitungan analisa defleksi yang terjadi pada guided arm digunakan variasi radius dan kecepatan
dimana diaman keduanya tersebut juga mempunyai pengaruh terhadap gaya sentrifugal yang nantinya akan
digunakan sebagai beban yang diberikan kepada guided arm.
�ℎ3
�=
12
Dimana :
b = Lebar spesimen (cm)
h = Tebal spesimen (cm)
I
�=
= Momen Inersia (cm4). [6]
(35)�(40)3
= 186666 ��4 = 18,6 ��4
12
Dari tabel 4.1 didapatkan nilai modulus elastis untuk spesimen cast carbon steel sebesar 2x1011 N/m2 =
2038736 kg/cm2 dengan panjang sebesar 453,7 mm=45,37cm. [7]
•
Variasi radius 10 meter, dengan beban sebesar 10181,92 N
��3
���� =
3��
F
�=
�� . �
10181,92
�=
= 1288,76 ��
0,8�9,81
(1288,76 ��)(45,37��)3
���� =
3(2038736 ��/��2 )(18,6��4 )
120358948,8
���� =
113761468,8
���� = 1,057 ��
•
Variasi radius 20 meter, dengan beban sebesar 10188,77 N
��3
���� =
3��
F
�=
�� . �
10188,77
�=
= 1289,7 ��
0,8�9,81
(1289,7 ��)(45,37��)3
3(2038736 ��/��2 )(18,6��4 )
120446736,6
=
113761468,8
= 1,058 ��
���� =
•
•
����
����
Variasi radius 30 meter, dengan beban sebesar 10197 N
��3
���� =
3��
F
�=
�� . �
10197
�=
= 1290 ��
0,8�9,81
(1290 ��)(45,37��)3
���� =
3(2038736 ��/��2 )(18,6��4 )
120474754
���� =
113761468,8
���� = 1,059 ��
Variasi radius 40 meter, dengan beban sebesar 10193 N
��3
���� =
3��
F
�=
�� . �
10193
�=
= 1290,2 ��
0,8�9,81
(1290,2 ��)(45,37��)3
���� =
3(2038736 ��/��2 )(18,6��4 )
120474754
���� =
113761468,8
���� = 1,059 ��
Tabel 3.2 Pengaruh Radius Belok dan Kecepatan terhadap Gaya Sentrifugal
Radius Belok
Kecepatan Maksimal
Gaya Sentrifugal
10 meter
8,5 m/s
10181,92 N
20 meter
12,25 m/s
10188,77 N
30 meter
15,34 m/s
10197 N
40 meter
17,71 m/s
10193 N
Rata-rata
13,45 m/s
10190,17 N
Defleksi
1,057 cm
1,058 cm
1,059 cm
1,059 cm
1,058 cm
Dari perhitungan di atas dapat disimpulkan bahwa besarnya defleksi yang terjadi pada guided bus ketika
membelok dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu radius belok, kecepatan maksimal serta besarnya gaya sentifugal
yang terjadi, dimana hubungan antara radius belok berbanding terbalik dengan defleksi sehingga semakin besar
radius belok maka besarnya defleksi yang terjadi semakin kecil, begitu pun sebaliknya semakin kecil radius
beloknya maka defleski yang terjadi ketika membelok semakin besar. Adapun hubungan antara kecepatan dengan
defleksi adalah berbanding lurus, sehingga semakin besar kecepatan maka besarnya defleksi yang terjadi semakin
besar pula, begitu pun sebaliknya. Begitupun dengan hubungan antara gaya sentrifugal dengan defleksi yaitu
berbanding lurus, sehingga semakin besar gaya sentrifugal maka besarnya defleksi yang terjadi semakin besar pula.
Pada gambar 4.3 di bawah ini hasil yang ditampilkan dari analisa pembebanan dengan menggunakan perangkat
lunak SolidWorks dengan perhitungan numerik yang dilakukan terjadi perbedaan besar defleksi yang terjadi yaitu
± 1 cm. Hal ini dikarenakan metode yang digunakan pada perangkat lunak adalah pendekatan metode numerik
berbeda dengan analisa secara manual yaitu pendekatan metode analitik.
Gambar 4.3 Analisa Von Mises dengan perangkat lunak SolidWorks
3.5 Safety Factor
Safety factor adalah nilai pada sistem jika pada suatu keadaan sistem tersebut menerima beban diluar dari
perhitungan. Tujuannya agar design kita tidak failed (gagal) pada keadaan tersebut. Agar keamanan dapat tercapai,
maka design load atau beban yang terjadi tidak boleh lebih besar daripada batas beban dari material.Artinya, nilai
dari safety factor ini harus lebih besar daripada 1 (satu).Secara rumus safety factor dinyatakan sebagai berikut
Diketahui:
Von Mises Stress : 1725,74 MPa
Yield Strenght : 2480,17 MPa
Jawab:
Factor of Safety =
=
����� ������ℎ�
��� ����� �����s
2480,17
= 1.437
1725,74
Dari perhitungan diatas dapat disimpulkan bahwa perancangan sisten guided arm cukup baik karena aman
digunakan dan memiliki faktor keamanan >1.
4. KESIMPULAN
a) Berdasarkan hasil perhitungan yang telah dilakukan besarnya defleksi yang terjadi ketika guided bus
membelok dipengaruhi oleh beberapa faktor, diantaranya radius belok, kecepatan maksimal guided bus, serta
gaya sentrifugal sebagai gaya aksi roller pada guided arm dengan jalur lintasannya.
b) Pemilihan material cast carbon steel dengan nilai modulus elastis sebesar 2 x 1011 N/m2 sudah cukup tepat
karena bisa menahan beban pada guided arm ketika membelok pada kecepatan maksimal, sehingga tidak
terjadi ketidaksesuaian yang berdampak kecil atau bahkan besar, sebagai contohnya terjadinya patahan yang
menyebabkan kecelakaan.[7]
c) Selain dari pemilihan materialnya, guided arm juga dirancang dengan roller yang terbuat dari hard nylon
dimana memiliki modulus elastis sebesar 1000000000 N/m2 sehingga dapat meredam tegangan yang terjadi
ketika mengalami kontak dengan jalur lintasan. [7]
d) Nilai faktor keamanan pada perancangan guided bus >1, hal ini dapat disimpulkan bahwa sistem kemudi yang
digunakan pada prototipe guided bus ini sudah aman untuk digunakan.
5. REFERENSI
[1] Khurmi, R.S. Strenght Of Materials.S. Chand & Company Ltd. New Delhi. 2001.
[2] Engineering design departement, PT. Safta Ferti Bandung, 2014
[3] Gillespie, T.D.,1992, Fundamentals of Vehicle Dynamics, Society of Automotive Engineers, Inc.
[4] Spiegel, Leonard, George F. Limbrunner, Applied Statics And Strength Of Materials.2nd edition. Merrill
Publishing Company. New York. 1994.
[5] Gross, Dietmar. Hauger, Werner. Engineering Mechanics 2. Springer. Germany. 2011.
[6] Singer, Ferdinand L. Kekuatan Bahan.Terjemahan Darwin Sebayang. Penerbit Erlangga. Jakarta. 1995.
[7] Beer, Ferdinand P. E.Russell Johnston, Jr. Mechanics of Materials. Second Edition. Mc.Graw-Hill Book Co.
Singapore. 1985.
a
Auzi Faiz Bahtiara, Rifky Ismaila, Adhitya Pamungkasb
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro
Jl. Prof. Sudharto, Semarang
b
PT. Safta Ferti Bandung
Jalan Dirgantara I, Gempolsari, Bandung, Jawa Barat, Indonesia
*E-mail: [email protected]
ABSTRAK
Perkembangan riset dan pembuatan prototipe mobil listrik di Indonesia sudah berlangsung
sepanjang tahun 2000. Pada 1997-2005 LIPI membuat beberapa mobil listrik untuk fungsi khusus yang
diberi nama Marlip. Di 2009, LIPI menghasilkan satu mobil hasil konversi dari mobil berbahan bakar
minyak
menjadi
mobil
bertenaga
listrik
dalam
wujud
Toyota
Kijang
lawas.
Kemudian ada 2010, LIPI membuat prototipe konsep mobil listrik sport SKEV 1 dan SV-1. Akhir
2011, LIPI berhasil membuat prototipe mobil bus listrik angkutan penumpang. Pada 2012 hingga 2013
LIPI menghasilkan tiga prototipe riset, yaitu mobil bus listrik tipe eksekutif, sedan listrik, dan
mobil hybrid generasi 2. Prototipe riset LIPI ini diberi nama Hevina (Hybrid and Electric Vehicle
Indonesia), dan saat ini LIPI sedang mengembangkan prototipe Guided Bus (Mobil tanpa Awak).
Guided arm adalah salah satu komponen penting dari guided bus guided bus yang perlu dianalisa. Bila
tidak tepat dalam perencanaan, desain, material dan pemasangan komponen pada prototype Guidedbus
dapat terjadi ketidaksesuaian yang berdampak kecil atau bahkan besar, sebagai contohnya terjadinya
patahan yang menyebabkan kecelakaan. Pada penelitian ini, metode pendekatan yang digunakan
adalah menggunakan pendekatan metode analitik dan analisa perangkat lunak SolidWorks untuk
mencari besarnya defleksi yang terjadi pada Guided Arm. Adapun hasil yang diperoleh dari penelitian
ini adalah besarnya defleksi yang terjadi ketika guided bus membelok dipengaruhi oleh beberapa
faktor, diantaranya radius belok, kecepatan maksimal guided bus, serta gaya sentrifugal sebagai gaya
aksi roller pada guided arm dengan jalur lintasannya.
Kata kunci: Mobil listrik, sistem kemudi, defleksi
1. PENDAHULUAN
Pada akhir tahun 2014, pemerintah menarik subsidi yang diberikan untuk bahan bakar hal ini dikarenakan
kurangnya optimalisasi dari penggunaan subsidi tersebut, dilain sisi jumlah kendaraan baik roda dua maupun roda
empat semakin menigkat dari tahun ke tahun sehingga penggunaan bahan bakar pun semakin meningkat, hal ini tidak
diimbangi dengan jumlah cadangan bahan bakar yang dimiliki oleh Indonesia oleh karena itu perlu sebuah solusi utuk
mengatasi masalah tersebut salah satunya adalah perancangan mobil listrik.
Perkembangan riset dan pembuatan prototipe mobil listrik di Indonesia sudah berlangsung sepanjang tahun
2000. Pada 1997-2005 LIPI membuat beberapa mobil listrik untuk fungsi khusus yang diberi nama Marlip. Di 2009,
LIPI menghasilkan satu mobil hasil konversi dari mobil berbahan bakar minyak menjadi mobil bertenaga listrik dalam
wujud Toyota Kijang lawas. Kemudian ada 2010, LIPI membuat prototipe konsep mobil listrik sport SKEV 1 dan SV1. Akhir 2011, LIPI berhasil membuat prototipe mobil bus listrik angkutan penumpang. Pada 2012 hingga 2013 LIPI
menghasilkan tiga prototipe riset, yaitu mobil bus listrik tipe eksekutif, sedan listrik, dan mobil hybrid generasi 2.
Prototipe riset LIPI ini diberi nama Hevina (Hybrid and Electric Vehicle Indonesia), dan saat ini LIPI sedang
mengembangkan prototipe Guided Bus (Mobil tanpa Awak). Guided vehicle atau guided bus merupakan kendaraan
yang beroperasi pada jalur yang tetap dan terarah, seperti halnya kendaraan yang beroperasi diatas rel. Berbeda
dengan Non-guided vehicle, yaitu kendaraan yang dapat bergerak secara bebas pada arah yang bervariasi seperti
halnya pada jalan raya.
Penggunaan Guided Arm pada perancangan prototipe Guided Bus merupakan salah satu hal yang perlu dianalisa
dari sekian banyak komponen Guided Bus untuk mengetahui tegangan akibat pembebanan, karena bila tidak tepat
dalam perencanaan, desain, material dan pemasangan komponen pada prototype Guidedbus dapat terjadi
ketidaksesuaian yang berdampak kecil atau bahkan besar. Contohnya terjadi patahan yang menyebabkan kecelakaan.
Untuk mengatasi kendala tersebut maka dalam penelitian ini dilakukan analisa baik menggunakan perhitungan numerik
maupun analisa dengan menggunakan perangkat lunak SolidWorks sehingga dapat melihat distribusi tegangan yang
terjadi akibat pembebanan.
2. MATERIAL DAN METODOLOGI
Pada perancangan sistem kemudi prototipe Guided Bus terdiri dari beberapa bagian berupa sistem penggerak
yang berfungsi untuk menggerakkan Guided Bus, baterai dan sistem pengisiannya yang berfungsi sebagai pemasok
daya untuk Guided Bus dan sistem kemudi elektronik berupa EMS (Electric Management System) yang berfungsi untuk
mengatur kontrol kelistrikan dari prototipe guided bus baik berupa sensor pengisian beterai, sensor gerak dan lain
sebagainya.
Dalam melakukan perancangan prototipe guided bus, terlebih dahulu dilakukan analisa pemilihan material baik
yang digunakan untuk perancangan rangka guided bus maupun untuk perancangan guided arm. Hal ini dikarenakan bila
tidak tepat dalam perencanaan materialnya maka dapat terjadi ketidaksesuaian yang berdampak kecil atau bahkan besar,
sebagai contohnya terjadinya patahan yang menyebabkan kecelakaan ketika guided bus itu digunakan.
Adapun material yang digunakan dalam pembuatan guided bus adalah menggunakan cast carbon steel. Material
ini dipilih karena memiliki modulus elastis yang besar sesuai dengan table 2.1 yang ada dibawah ini sesuai dengan
ASTM A105.
Tabel 2.1 Sifat material untuk cast carbon steel. [1]
Elastic Modulus
Poissons Ratio
Shear Modulus
Density
Tensile Strength
Yield Strength
Thermal Expansion Coefficient
Thermal Conductivity
Specific Heat
2 x 1011 N/m2
0.32 N/A
7.6x1010 N/m2
7800 kg/m3
482549000 N/m2
248168000 N/m2
1.2x10-5 /K
30 W/(m·K)
500 J/(kg·K)
Berbeda dengan mobil pada umumnya, dalam perancangan sistem kemudi pada guided bus digunakan empat buah
guided arm yang masing-masing dilengkapi dengan roller untuk membelokkan roda sehingga guided bus dapat
membelok sesuai dengan jalur yang ada pada lintasan seperti pada gambar 2.1.
Gambar 2.1 Perancangan rangka guided bus dan sistem kemudinya [2]
Adapun material yang digunakan dalam perangcangan guided arm yaitu berupa cast carbon steel. Material ini
dipilih karena memiliki modulus elastis yang besar sesuai dengan table 2.1 berdasarkan dengan ASTM A105.
Sedangkan dalam perancangan roller yang digunakan dalam sistem kemudi guided bus untuk membelok yaitu
menggunakan material karet. Material ini dipilih karena material tersebut dapat menahan beban ketika guided bus
membelok, sehingga dapat meredam tegangan yang terjadi ketika guided bus melakukan kontak dengan jalur lintasan
ketika membelok.
Berikut merupakan spesifikasi material Hard Nylon(rubber) yang digunakan untuk pembuatan roller sesuai tabel
2.2. Data ini diambil dari dokumen ASM F15 :
Tabel 2.2 Sifat material untuk Hard Nylon. [1]
Jenis material
Hard Nylon
Elastic modulus
1000000000 N/m2
Poisson's ratio
0.3 N/A
Mass density
Tensile strength
Yield strength
Thermal expansion coefficient
Thermal conductivity
Specific heat
1150 kg/m3
79289709 N/m2
60000000 N/m2
1x10-6 /k
0.53 W/(m.K)
1500 J/(Kg.K)
Gambar 2.2 merupakan dimensi geometri guided arm yang dirancang pada guided bus untuk membelok yang
dilengkapi dengan roller pada masing-masing sisi.
Gambar 2.2 Dimensi Guided Arm [2]
Bagian-Bagian Sistem Kemudi
Sistem kemudi pada prototipe guided bus dirancang degan menggunakan gabungan bagian-bagian mobil
seperti pada tabel 2.3 di bawah ini. Dimana sebagian besar part yang digunakan diambil dari part mobil carry futura.
Hal ini disebabkan karena pada umumnya dalam perancangan guided bus ini model yang digunakan adalah mobil carry
futura baik body mobil, rangka mupun sistem kemudinya, sehingga bagian-bagian yang digunakan pun banyak yang
diadopsi dari mobil carry futura. Tabel 2.3 menunjukkan data bagian-bagian yang digunakan dalam perancangan system
kemudi guided bus. Data ini diambil dari rancangan Prototype Guided Bus (Mobil Listrik Kendali Elektrik atau Tanpa
Sopir) di PT. Safta Ferti Bandung :
Tabel 2.3 Bagain-bagian sistem kemudi
Absorber
Mobil carry Futura
Kin pin
Mobil Katana
Ball joint
Mobil carry Futura
Tie rod
Mobil carry Futura
Gardan
Mobil carry Futura
Spesifikasi Motor yang digunakan
Dalam perancangan prototipe guided bus digunkan motor penggerak dengan besar torsi 60 N.m dan daya
sebesar 2000 cc yang selanjutnya diteruskan ke gardan untuk menggerakan roda sehingga dapat bergerak maju dan
bergerak mundur. Motor yang digunakan dalam perancangan ini berjumlah satu buah yang diletakkan pada sisi
belakang guided bus. Tabel 2.5 menunjukkan spesifikasi teknis motor penggerak yang digunakan sesuai tabel 2.5. Data
ini diambil dari PT. PINDAD Bandung
Tabel 2.5 Spesifikasi Motor yang Digunakan
Jenis Motor
Motor 2 Fasa
Torsi
60 N.m
Daya
750 kW (2000 cc)
Efisiensi
94 %
Spesifikasi Baterai yang digunakan
Baterai yang digunakan dalam perancangan guided bus berjumlah satu buah dengan tegangan 48 Volt dan
berat 100 kg, dimana ditempatkan pada bagian tengah rangka guided bus sesuai pada gambar diatas. Tabel 2.6
menunjukkan spesifikasi teknis dari beterai yang digunakan sebagai sumber daya penggerak motor, dimana data ini
diambil dari PT. LEN Industri Bandung.
Tabel 2.6 Spesifikasi Baterai yang Digunakan
Jenis Baterai
Tegangan
Berat
Dimensi
Lithium Polymer (LiPo)
48 Volt
100 kg
1154x286,3x286 mm
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Penggunaan Guided Arm pada prototipe Guided Bus merupakan salah satu hal yang perlu dianalisa dari sekian
banyak komponen Guided Bus untuk mengetahui besarnya defleksi atau lendutan akibat pembebanan. Hal ini dilakukan
karena apabila tidak tepat dalam perencanaan, desain, material dan pemasangan komponen pada prototipe Guided bus
dapat terjadi ketidaksesuaian yang berdampak kecil atau bahkan besar, sebagai contohnya terjadinya patahan yang
menyebabkan kecelakaan.
Pada penelitian ini, analisa dilakukan pada lengan guided arm ketika menerima beban pada saat membelok
dengan menggunakan perhitungan numerik dan analisa perangkat lunak SolidWorks untu mensimulasikan defleksi pada
guided arm.
3.1 Analisa Kinematika
a. Analisa Kecepatan Kendaraan
Pada saat mobil melaju pada sebuah tikungan, maka mobil akan melakukan gerak melingkar. Hal itu
menyebabkan timbulnya gaya sentrifugal yang arahnya keluar tikungan yang besarnya sama dengan gaya sentripetal
dan selalu menuju pusat kelengkungan sehingga mobil tidak tergelincir. Dalam hal ini, gaya sentripetal yang
arahnya menuju pusat kelengkungan diwakili oleh gaya gesekan roda yang melawan gaya sentrifugal mobil. Sesuai
dengan Hukum II Newton bahwa gaya sentrifugal akan menyebabkan percepatan sentrifugal. Pada saat menikung,
kecepatan mobil tidak boleh terlalu tinggi karena akan menghasilkan gaya sentrifugal yang besar. Batas kecepatan
mobil terjadi saat besarnya gaya sentrifugal sama dengan gaya gesekan maksimum mobil terhadap jalan yang
arahnya berlawanan dengan gaya sentrifugal.
Fc = ��
�. � 2
= �� �
�
2
�. �
= �� �. �
�
2
� = �� �. �
v = �µ . Rn. g
Dimana :
v
Rn
g
μs
= Kecepatan maksimal
= Radius belok nyata
= Gaya gravitasi bumi (9,8 ms2)
= Koefisien tertinggi untuk jalan aspal, beton kering 0,8 [3]
Pada perhitungan analisa kecapatan maksimal ini menggunakan variasi radius untuk mengetahui perbedaan
besarnya kecapatan maksimal sesuai dengan radius beloknya. Adapaun variasi radius yang digunakan dalam
perhitungan analisa ini adalah 10m, 20m, 30m dan 40 m. Hal ini dimaksudkan untuk mengetahui pengaruh radius
belok terhadap besarnya kecepatan maksimal.
• Variasi radius belok 10 meter
v = �µ . Rn. g
v = �0,8 x 10 x 9,8
v = 8,85 �/�
v = 31,89 ��/���
• Variasi radius belok 20 meter
v = �µ . Rn. g
v = �0,8 x 20 x 9,8
v = 12,52 �/�
v = 45,10 ��/���
• Variasi radius belok 30 meter
v = �µ . Rn. g
v = �0,8 x 30 x 9,8
v = 15,34 �/�
v = 55,23 ��/���
• Variasi radius belok 40 meter
v = �µ . Rn. g
v =
v =
v =
�0,8 x 40 x 9,8
17,71 �/�
63,78 ��/���
Tabel 3.1 Pengaruh Radius Belok terhadap Kecepatan
Radius Belok
Guided Bus
10 meter
20 meter
30 meter
40 meter
Kecepatan
m/s
8,85
12,52
15,34
17,71
Km/jam
31,89
45,10
55,23
63,78
Dari tabel 3.1 dapat disimpulkan bahwa radius dapat mempengaruhi besarnya kecepatan maksimal guided
bus, dimana hubungan antara radius berbanding lurus sehingga semakin besar radius maka kecepatan maksimal
yang diijinkan supaya tidak mengalami slip atau skid juga semakin besar.adapun besarnya kecepatan rata-rata
dengan variasi radius 10m, 20m, 30m dan 40 m adalah 49 km/jam.
3.2 Analisa Dinamika Kendaraan
Gaya Sentrifugal merupakan gaya yang diberikan oleh guided bus ketika membelok, dimana besarnya gaya
sentrifugal berlawanan arah dengan gaya sentripetal yang arahnya menuju pusat radius belokan seperti pada gambar
3.1 di bawah ini.
Gambar 3.1 Diagram benda bebas ketika guided bus membelok
Adapun besarnya gaya sentrifugal dapat dihitung dengan menggunakan rumus
Fc =
�. � 2
�. ��
Dimana :
v
g
Rn
W
= Kecepatan kendaraan (m/s)
= Gaya grafitasi bumi (ms2)
= Radius belok nyata
= Berat maksimal kendaraan (berat kendaraan + berat penumpang). [3]
Untuk mengetahui pengaruh kecepatan dan radius belokan maka dalam perhitungan analisa dinamika
kendaraan digunakan variasi radius 10m, 20m, 30m, dan 40m dengan masing-masing kecepatan maksimalnya
dengan besar beban yang diberikan sebesar 13000 N dengan rincian asumsi jumlah sembilan orang penumpang
dengan berat masing-masing 80 Kg dan berat rangka bodi sebesar 580 Kg.
•
Variasi radius 10 meter, dengan kecepatan maksimal 8,85 m/s
�. � 2
Fc =
�. ��
(13000) � 8,852
Fc =
9,8 � 50
Fc = 10181,92 �
•
Variasi radius 20 meter, dengan kecepatan maksimal 12,52 m/s
�. � 2
Fc =
�. ��
(13000) � 12,522
Fc =
9,8 � 50
Fc = 10188,77 �
•
Variasi radius 30 meter, dengan kecepatan maksimal 15,34 m/s
�. � 2
Fc =
�. ��
(13000) � 15,342
Fc =
9,8 � 50
Fc = 10197 �
•
Variasi radius 40 meter, dengan kecepatan maksimal 17,71 m/s
�. � 2
Fc =
�. ��
(13000) � 17,712
Fc =
9,8 � 50
Fc = 10193 �
Tabel 3.2 Pengaruh Radius Belok dan Kecepatan terhadap Gaya Sentrifugal
Radius Belok
Kecepatan maksimal
10 meter
8,5 m/s
20 meter
12,25 m/s
30 meter
15,34 m/s
40 meter
17,71 m/s
Rata-rata
13,45 m/s
Gaya Sentrifugal
10181,92 N
10188,77 N
10197 N
10193 N
10190,17 N
Dari tabel 3.2 di atas dapat disimpulkan bahwa radius dan kecepatan maksimal dapat mempengaruhi gaya
sentrifugal yang terjadi pada guided bus ketika membelok, dimana hubungan antara radius berbanding terbalik
dengan gaya sentrifugal sehingga semakin besar radius maka besarnya gaya sentrifugal yang terjadi semakin kecil,
begitu pun sebaliknya semakin kecil radius beloknya maka besarnya gaya sentrifugal yang terjadi ketika membelok
semakin besar.
3.3 Analisa Defleksi
Defleksi merupakan kondisi ketidakstabilan yang mengarah ke modus kegagalan. Secara teoritis, defleksi
disebabkan oleh bifurkasi dalam solusi untuk persamaan keseimbangan statis. Adapun definisi lain mengenai
defleksi adalah suatu proses dimana suatu struktur tidak mampu mempertahankan bentuk aslinya. Konsekuensi
defleksi pada dasarnya adalah masalah geometrik dasar, dimana terjadi lendutan besar sehingga akan mengubah
bentuk struktur. [4]
M
PL
P
V
Gambar 3.1 Diagram benda bebas pada guided arm
• Momen yang terjadi pada batang
Σ� = 0
� + �� = 0
� = −��
• Menentukan besarnya defleksi dengan menggunakan metod energi
1 1 �2
��
�= �
2 0 ��
1 1 (−��)2
��
�= �
��
2 0
2 2
�
−� �
1
��
�= �
��
2 0
1 �2 �3
�=
2 3��
Dimana :
��
2
Dengan mensubtitusikan nilai U ke dalam persamaan sebelumnya, maka didapatkan
�� �2 �3
=
6��
2
2��3
���� =
6���
��3
���� =
3��
�=
Dimana :
L
E
I
P
= Panjang efektif spesimen (cm)
= Modulus elastisitas (kgf/cm2)
= Momen Inersia (cm4)
= Beban kritis (kgf). [5]
Pada perhitungan analisa defleksi yang terjadi pada guided arm digunakan variasi radius dan kecepatan
dimana diaman keduanya tersebut juga mempunyai pengaruh terhadap gaya sentrifugal yang nantinya akan
digunakan sebagai beban yang diberikan kepada guided arm.
�ℎ3
�=
12
Dimana :
b = Lebar spesimen (cm)
h = Tebal spesimen (cm)
I
�=
= Momen Inersia (cm4). [6]
(35)�(40)3
= 186666 ��4 = 18,6 ��4
12
Dari tabel 4.1 didapatkan nilai modulus elastis untuk spesimen cast carbon steel sebesar 2x1011 N/m2 =
2038736 kg/cm2 dengan panjang sebesar 453,7 mm=45,37cm. [7]
•
Variasi radius 10 meter, dengan beban sebesar 10181,92 N
��3
���� =
3��
F
�=
�� . �
10181,92
�=
= 1288,76 ��
0,8�9,81
(1288,76 ��)(45,37��)3
���� =
3(2038736 ��/��2 )(18,6��4 )
120358948,8
���� =
113761468,8
���� = 1,057 ��
•
Variasi radius 20 meter, dengan beban sebesar 10188,77 N
��3
���� =
3��
F
�=
�� . �
10188,77
�=
= 1289,7 ��
0,8�9,81
(1289,7 ��)(45,37��)3
3(2038736 ��/��2 )(18,6��4 )
120446736,6
=
113761468,8
= 1,058 ��
���� =
•
•
����
����
Variasi radius 30 meter, dengan beban sebesar 10197 N
��3
���� =
3��
F
�=
�� . �
10197
�=
= 1290 ��
0,8�9,81
(1290 ��)(45,37��)3
���� =
3(2038736 ��/��2 )(18,6��4 )
120474754
���� =
113761468,8
���� = 1,059 ��
Variasi radius 40 meter, dengan beban sebesar 10193 N
��3
���� =
3��
F
�=
�� . �
10193
�=
= 1290,2 ��
0,8�9,81
(1290,2 ��)(45,37��)3
���� =
3(2038736 ��/��2 )(18,6��4 )
120474754
���� =
113761468,8
���� = 1,059 ��
Tabel 3.2 Pengaruh Radius Belok dan Kecepatan terhadap Gaya Sentrifugal
Radius Belok
Kecepatan Maksimal
Gaya Sentrifugal
10 meter
8,5 m/s
10181,92 N
20 meter
12,25 m/s
10188,77 N
30 meter
15,34 m/s
10197 N
40 meter
17,71 m/s
10193 N
Rata-rata
13,45 m/s
10190,17 N
Defleksi
1,057 cm
1,058 cm
1,059 cm
1,059 cm
1,058 cm
Dari perhitungan di atas dapat disimpulkan bahwa besarnya defleksi yang terjadi pada guided bus ketika
membelok dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu radius belok, kecepatan maksimal serta besarnya gaya sentifugal
yang terjadi, dimana hubungan antara radius belok berbanding terbalik dengan defleksi sehingga semakin besar
radius belok maka besarnya defleksi yang terjadi semakin kecil, begitu pun sebaliknya semakin kecil radius
beloknya maka defleski yang terjadi ketika membelok semakin besar. Adapun hubungan antara kecepatan dengan
defleksi adalah berbanding lurus, sehingga semakin besar kecepatan maka besarnya defleksi yang terjadi semakin
besar pula, begitu pun sebaliknya. Begitupun dengan hubungan antara gaya sentrifugal dengan defleksi yaitu
berbanding lurus, sehingga semakin besar gaya sentrifugal maka besarnya defleksi yang terjadi semakin besar pula.
Pada gambar 4.3 di bawah ini hasil yang ditampilkan dari analisa pembebanan dengan menggunakan perangkat
lunak SolidWorks dengan perhitungan numerik yang dilakukan terjadi perbedaan besar defleksi yang terjadi yaitu
± 1 cm. Hal ini dikarenakan metode yang digunakan pada perangkat lunak adalah pendekatan metode numerik
berbeda dengan analisa secara manual yaitu pendekatan metode analitik.
Gambar 4.3 Analisa Von Mises dengan perangkat lunak SolidWorks
3.5 Safety Factor
Safety factor adalah nilai pada sistem jika pada suatu keadaan sistem tersebut menerima beban diluar dari
perhitungan. Tujuannya agar design kita tidak failed (gagal) pada keadaan tersebut. Agar keamanan dapat tercapai,
maka design load atau beban yang terjadi tidak boleh lebih besar daripada batas beban dari material.Artinya, nilai
dari safety factor ini harus lebih besar daripada 1 (satu).Secara rumus safety factor dinyatakan sebagai berikut
Diketahui:
Von Mises Stress : 1725,74 MPa
Yield Strenght : 2480,17 MPa
Jawab:
Factor of Safety =
=
����� ������ℎ�
��� ����� �����s
2480,17
= 1.437
1725,74
Dari perhitungan diatas dapat disimpulkan bahwa perancangan sisten guided arm cukup baik karena aman
digunakan dan memiliki faktor keamanan >1.
4. KESIMPULAN
a) Berdasarkan hasil perhitungan yang telah dilakukan besarnya defleksi yang terjadi ketika guided bus
membelok dipengaruhi oleh beberapa faktor, diantaranya radius belok, kecepatan maksimal guided bus, serta
gaya sentrifugal sebagai gaya aksi roller pada guided arm dengan jalur lintasannya.
b) Pemilihan material cast carbon steel dengan nilai modulus elastis sebesar 2 x 1011 N/m2 sudah cukup tepat
karena bisa menahan beban pada guided arm ketika membelok pada kecepatan maksimal, sehingga tidak
terjadi ketidaksesuaian yang berdampak kecil atau bahkan besar, sebagai contohnya terjadinya patahan yang
menyebabkan kecelakaan.[7]
c) Selain dari pemilihan materialnya, guided arm juga dirancang dengan roller yang terbuat dari hard nylon
dimana memiliki modulus elastis sebesar 1000000000 N/m2 sehingga dapat meredam tegangan yang terjadi
ketika mengalami kontak dengan jalur lintasan. [7]
d) Nilai faktor keamanan pada perancangan guided bus >1, hal ini dapat disimpulkan bahwa sistem kemudi yang
digunakan pada prototipe guided bus ini sudah aman untuk digunakan.
5. REFERENSI
[1] Khurmi, R.S. Strenght Of Materials.S. Chand & Company Ltd. New Delhi. 2001.
[2] Engineering design departement, PT. Safta Ferti Bandung, 2014
[3] Gillespie, T.D.,1992, Fundamentals of Vehicle Dynamics, Society of Automotive Engineers, Inc.
[4] Spiegel, Leonard, George F. Limbrunner, Applied Statics And Strength Of Materials.2nd edition. Merrill
Publishing Company. New York. 1994.
[5] Gross, Dietmar. Hauger, Werner. Engineering Mechanics 2. Springer. Germany. 2011.
[6] Singer, Ferdinand L. Kekuatan Bahan.Terjemahan Darwin Sebayang. Penerbit Erlangga. Jakarta. 1995.
[7] Beer, Ferdinand P. E.Russell Johnston, Jr. Mechanics of Materials. Second Edition. Mc.Graw-Hill Book Co.
Singapore. 1985.