Jurnal Paradigma Vol X. No. 2 Desember 2009
KURSI BERSUSPENSI BEBAS (INDEPENDENT SEAT) UNTUK MOBIL BERSUSPENSI KAKU (RIGID) Wahyu Hidayat ABSTRACT The seat-free suspension (independent seat) is in principle an ordinary chair to change the model by replacing the legs of the chair into the seat suspension system independent (independent seat) which aims to provide better passenger comfort. Free suspension seat designed to move smoothly and flexibly supported by springs and shock absorbers (shock absorber). The principle of free movement of the seat suspension is receiving reaction force car shocks then processed further by returning the expected reduction techniques can produce a more gentle oscillation motion. Independent suspension seat design that is applied by placing the swing arm (swing arm) and the shock absorber (shock absorber) as mechanical supporters. Key word : swing arm and shock absorber
I. PENDAHULUAN
Sistem suspensi dirancang untuk menyerap kejutan atau goncangan dari permukaan jalan, agar keseimbangan dan stabilitas kendaraan tetap terjamin serta memperbaiki kemampuan cengkeraman roda terhadap permukaan jalan. Menurut konstruksi suspensi kendaran digolongkan menjadi 2 jenis, yaitu ; suspensi kaku (rigid suspension) dan suspensi bebas (independent suspension) Pada suspensi kaku (rigid), roda kiri dan kanan dihubungkan oleh poros tunggal (single exle). Poros dihubungkan ke rangka dan body melalui pegas. Suspensi kaku banyak digunakan pada roda depan dan belakang untuk kendaraan angkutan umum, bus dan truk, karena mempunyai konstruksi yang kuat dan sederhana.
Gambar 1. Mekanik Suspensi Kaku (Rigid Suspension) Secara umum kursi kendaraan sebagai tempat duduk penumpang, yang terdiri dari tempat duduk dan sandaran. Dasar kursi kendaraan ini ditunjang oleh struktur rangka yang terbuat dari besi-besi pipa atau pelat, yang dibuat dan disusun sebagai tempat duduk, sandaran dan kaki-kaki kursi. Kursi bersuspensi bebas (independent seat) pada prinsipnya adalah
185
Jurnal Paradigma Vol X. No. 2 Desember 2009
mengubah model kursi biasa dengan mengganti kaki-kaki kursi menjadi kursi system suspensi bebas (independent seat) yang bertujuan agar dapat memberikan kenyamanan penumpang yang lebih baik. Kursi suspensi bebas dirancang agar dapat bergerak secara halus dan fleksibel yang didukung oleh pegas dan peredam kejut (shock absorber). Prinsip gerak kursi bersuspensi bebas ini menerima gaya reaksi goncangan mobil selanjutnya diproses lebih lanjut dengan teknik peredaman kembali yang diharapkan dapat menghasilkan gerak osilasi yang lebih lembut. Rancang bangun kursi bersuspensi bebas yang diterapkan dengan memasang lengan ayun (swing arm) dan peredam kejut (shock absorber) sebagai mekanik pendukungnya. Dengan terwujudnya kursi bersuspensi bebas untuk kendaraan bersuspensi kaku diharapkan dapat mengatasi dan solusi permasalahan goncangan atau kejutan yang terjadi. Manfaatnya bagi penumpang dapat merasakan dan menikmati kenyamanan yang lebih baik bila dibandinngkan dengan kendaraan yang tidak menggunakan kursi bersuspensi bebas.
II. METODE PENELITIAN Dengan mengetahui spesifkasi pada mobil bersuspensi kaku (rigid) dapat dicari gayagaya yang terjadi pada roda dan system suspensinya. Data yang dianalisis dan dibahas adalah menggunakan data spesifikasi mobil Suzuki Carry 1.5. Penelitian ini menghasilkan sebuah prototipe kursi bersuspensi bebas (independent seat). 2.1. Data Spesifikasi Mobil S U Z U K I C a rr y 1 .5 D I M E N S I O N S O v e r a ll L e n g th m m 3 .8 7 5 O v e r a ll W id th m m 1 .5 7 0 O v e r a ll H e ig h t m m 1 .9 1 5 W h e e lb a s e m m 1 .9 7 0 F r o n t T r e a d m m 1 .3 4 5 R e a r T r e a d m m 1 .3 3 0 G r o u n d C le a r a n c e m m 1 8 7 M in im u m T u rn in g R a d iu s m 4 .2 W E I G H T C u r b W e ig h t k g 1 .0 5 0 G r o s s V e h ic le W e ig h t k g 1 .7 4 5 E N G I N E T y p e G 1 5 A N u m b e r o f C y lin d e r s 4 I n - L in e N u m b e r o f V a lv e s 8 D is p la c e m e n t c m 3 1 .4 9 3 B o r e x S tr o k e m m 7 5 x 8 4 .5 C o m p r e s s io n R a tio p s /r p m 8 .9 5 : 1 M a x . O u tp u t n m /r p m 7 7 /6 .0 0 0 M a x . T o r q u e 1 1 .2 /3 .5 0 0 F u e l D is tr ib u tio n C a r b u r e to r T R A N S M I S S I O N T y p e 5 M /T G e a r R a tio 1 s t 3 .5 7 9 2 n d 2 .0 9 4 3 r d 1 .5 3 0 4 th 1 .0 0 0 5 th 0 .8 5 5 R e v e r s e 3 .7 2 7 F in a l G e a r R a tio 4 .8 7 5 C H A S S I S S te e rin g R a c k & P in io n B ra k e s F ro n t V e n tila te d D is c R e a r D ru m , L e a d in g & T r a ilin g S u s p e n s io n F r o n t M a c P h e r s o n S tr u t & C o i l S p r in g R e a r L e a f S p r in g T y r e s 1 7 5 /7 0 R13 C A P A C I T Y S e a tin g C a p . P e rso n s 7 -9 F u e l T a n k L itre 4 2 E Q U I P M E N T E k s te r io r & I n te r io r G X D X A ir C o n d itio n in g S in g le B lo w e r S id e B o d y M o u ld in g
Bentuk skema goncangan pada keseluruhan kendaraan adalah goncangan mulai dari permukaan jalan terhadap roda ke poros ke system suspensi ke rangka/body dan kursi bersuspensi bebas (independent seat) sebagai hasil akhir. Asumsi untuk system pemegasan atau peredaman terjadi pada ban ke pelek ke system suspensi selanjutnya ke rangka atau body dan terakhir ke kursi bersuspensi bebas (independent seat). Perbedaan dengan kendaraan penumpang lainnya terletak pada hasil akhir karena hanya sampai rangka atau body saja. Jadi 186
Jurnal Paradigma Vol X. No. 2 Desember 2009
besarnya goncangan body = kursi yang dipasang Untuk mendukung analisa dan pembahasan ditunjang media berupa kendaraan mobil adalah mobil penumpang jenis mini bus Suzuki carry 1.5, dengan data-data sebagai berikut ; 1. Berat kendaraan
: ± 1050 kg
2. Kapasitas penumpang
: 10 orang
3. Kapasitas barang
: 200 kg
4. Ukuran Roda
: pelek dan ban 175/70 R13 82S
5. Suspensi depan
: jenis bebas ( model macpherson strut) pegas spiral
6. Suspensi belakang
: jenis kaku pegas daun (leaf spring)
7. Kursi atau jok belakang
: berat ± 25 kg modifikasi bersuspensi bebas
8. Asumsi dan tetapan lain dapat diambil dari sumber terpercaya seperti dari spesifikasi pabrik, dari survey atau dari hasil pengukuran langsung.
III. PEMBAHASAN 3.1. Analisis dan pembahasan beban roda Peranan roda sangat penting yaitu menyangga keseluruhan beban dan muatan penuh kendaraan. Selama kendaraan beroperasi untuk goncangan pertama terjadi pada roda yaitu, persentuhan langsung antara ban terhadap permukaan jalan dengan berbagai kondisi jalan, goncangan yang diderita roda adalah gocangan langsung dan paling besar. Besar-kecilnya goncangan roda sangat tergantung dari kekasaran permukaan jalan. Kekasaran permukaan jalan merupakan factor hambatan disebut juga gaya gesek mekanik µk. Tetapan µk diperoleh dari perbandingan antara besarnya kekasaran jalan. Asumsi goncangan pada kendaraan tentang tetapan factor hambatan µk maksimal tidak melebihi ukuran jari-jari roda, sehingga µk ≤ R roda. Batasan tetapan factor hambatan digunakan dalam membuat bentuk variable tetapan µk. Standar satuan roda yang digunakan yang ada sekarang adalah standar satuan inchi. Maka dalam pembahasan dan perhitungan sebelumnya dilakukan persamaan satuan, yaitu dengan konversi satuan inchi ke satuan cm atau meter, dimana 1 inci = 2,54 cm dan atau sebaliknya. Dasar ukuran roda kendaraan yang ditetapkan dari standar pabrik adalah ukuran pelek dan ban yang tercantum pada ban.
3.2. Data standar ukuran roda Ukuran Roda
: pelek dan ban 175/70 R13 82S
Arti kode ukuran ban tersebut adalah lebar telapak ban 175 mm, tinggi 70 % dari 175 mm, arti kode R adalah Radial, diameter pelek 13 in, beban yang diijinkan 82 load index 470 Kg dan kode S batas kecepatan maksimal 180 km/jam.
187
Jurnal Paradigma Vol X. No. 2 Desember 2009
Maka diperoleh diameter roda 175 . 70% = 122,5 mm atau 4,83 in. Jadi diameter roda 13 in +(2 x 4,83 in) = 22,6 in sama dengan 22,6 . 2,54 = 57,5 cm. Batas maksimal hambatan jalan yang diijinkan terhadap roda ≤ jari-jari roda, bila diameter roda = 57,5 cm ; jari-jari roda = 0,5 diameter roda akan diperoleh nilai 28,8 cm. Nilai 28,8 digunakan sebagai index pembanding hambatan terhadap jari-jari roda, dimana i sebagai asumsi nilai hambatan, hambatan bisa terjadi positive bila permukaan jalan cembung dan negative bila permukaan jalan cekung, variasi besarnya mulai dari, 0; 1; 2; 3, …………………27; 28; 29, sehingga didapat : µk = i/28,8 Maka factor hambatan sebagai asumsi gaya gesek mekanik (µk), dibuat model table variable, dengan 12 asumsi saja akan diperoleh : Tabel 1 gaya gesek mekanik µ k i
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
µk
0
0,03
0,07
0,1
0,14
0,17
0,21
0,24
0,28
0,31
0,35
11
12
0,38 0,42
Kendaraan mini bus Suzuki Carry termasuk kategori kendaraan jenis FR (Front Engine Rear Drive), berarti letak mesin di depan dengan penggerak roda belakang, sehingga mempunyai beban dengan titik berat ± 60 % di bagian depan dan ± 40 % di bagian belakang, akan diperoleh : 1. Saat beban kosong Beban kendaraan bagian depan 1050 . 60 % = 630 kg Beban kendaraan bagian belakang
1050 . 40 % = 420 kg
Maka beban yang di yang disangga tiap-tiap roda depan sebesar 630/2 = 315 kg dan beban yang disangga tiap-tiap roda belakang sebesar 420/2 = 220 kg 2. Saat beban maksimum Beran kendaraan bagian depan
1.750 . 60 % = 1.050 kg
Beban kendaraan bagian belakang
1.750 . 40 % =
700 kg
Maka beban yang di yang disangga tiap-tiap roda depan sebesar 1.050/2 = 525 kg dan beban yang disangga tiap-tiap roda belakang sebesar 700/2 = 350 kg Akan diperoleh F = N Fksg = m . g . dari persaman diperoleh = 1.050 (kg) 9,8 (m/s2) = 10.290 N Jadi gaya yang terjadi kendaraan kosong F1 = F ksg 10.290 N atau 10,30 kN. Bila daya angkut 10 orang jika rata-rata @ 50 kg dan barang 200 kg, maka diperoleh : Fmak = [1050 + (10 x 50) + 200 ] . 9,8 = 1750 . 9,8 = 17.150 N (37.730 lb in/det2) Jadi gaya kendaraan saat terbeban penuh F2 = F mak 17.150 N atau 17,15 kN (37.730 lb in/det2).
188
Jurnal Paradigma Vol X. No. 2 Desember 2009
Untuk mencari F1 total kosong atau F2 total maksimum dapat menggunakan persamaan : Saat kendaraan kosong F1 total = √ F12 + Fk2 Saat kendaraan maksimum F 2 total = √ F22 + Fk2 Untuk F1 dan F 2 sangat dipengaruhi oleh kecepatan kendaraan yang nilainya variatif dan sejajar dengan permukaan jalan sehingga relative terhadap sumbu x. Sedangkan Fk sangat ditentukan oleh factor hambatan jalan sebagai gaya gesek mekanik µk. Besarnya Fksg = F1 dan F
max
= F
2
dapat dicari dengan membuat asumsi variable kecepatan, misalnya menggunakan kecepatan mulai dari v = 0 – 60 km/jam dengan interval 5 km/jam, diperoleh hasilnya dalam bentuk Tabel dibawah ini : Tabel : F 1 dan F 2 terhadap v (km/jam) V
0 5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
V
0 1,4
2,8
4,2
5,6
7
8,4
9,8
11,2
12,6
14
15,3
16,6
v/
0 1,4
2,8
4,2
5,6
7
8,4
9,8
11,2
12,6
14
15,3
16,6
0 1,4
2,,9
4,4
5,8
7,35
8,82
10,2
11,7
13,2
14,7
16,0
17,4
4
1
8
9
6
3
0
6
3
4,90
7,3
9,8
12,2
14,7
17,1
19,6
23,1
24,5
26,7
29,0
5
0
5
0
5
0
5
0
7
5
t F1
7 F2
0 2,4 5
Keterangan untuk kecepatan v (m/det) Dari persamaan Fk = µk.. N Tabel : Fk ksg dan Fk mak terhadap µk. i
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
µk
0
0,03
0,07
0,1
0,14
0,17
0,21
0,24
0,28
0,31
0,35
0,38
0,42
F1 k
0
0,31
0,72
1,03
1,44
1,75
2,16
2,47
2,88
3,19
3,60
3,91
4,32
F2 k
0
0,51
1,20
1,71
2,40
2,91
3,60
4,12
4,80
5,32
6,00
6,52
7,20
Gaya total kendaraan saat kosong (RF = F1 total) F1 total = √ F12 + Fk2 V
0
5
v/t
0
1,4
F1 total
0
1,5
0 0
F1 rd dpn F 1 rd blk
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
2,8
4,2
5,6
3,02
4,53
6,05
7,5 5
7
8,4
9,8
11,2
12,6
14
15,3
16,6
9,08
10,58
12,11
13,61
15,13
16,63
17,96
0,9
0,91
1,36
1,81
2,27
2,72
3,17
3,63
4,08
4,54
4,99
5,39
0,60
1,21
0,91
1,21
1,51
1,82
2,12
2,42
2,72
3,03
3,33
3,59
189
Jurnal Paradigma Vol X. No. 2 Desember 2009
Gaya total kendaraan saat maksimal(RF = F2 total) F2 total = √ F22 + Fk2 F2
0
2,50
5,04
7,55
10,09
12,59
15,13
17,63
20,18
23,75
25,22
27,55
29,93
total
Gaya roda depan pada beban maksimal F2 dpn = [m . 60% + (4 . 50)] . a F = 830 . a F2
0
1,16
2,32
3,49
4,65
5,81
6,97
8,13
9,30
10,46 12,56 13,80 13,78
0
0,58
1,16
1,74
2,32
2,90
3,48
4,06
4,65
5,23
F2 rd
6,28
6,90
6,89
dpn
Gaya roda belakang pada beban maksimal F 2 blk = [(m.40% + (6 . 50) + 200)] . a F = 920 . a F2
0
1,29
2,58 3,86
5,15
6,44
7,73 9,02 10,30 11,59 12,88 14,08 15,27
0
0,64
1,29 1,93
2,57
3,22
3,86 4,51 5,152
F2 rd
5,80
6,44
7,03
7,64
blk Keterangan ; Hasil semua gaya dalam tabel diatas F (kN) 3.3. Analisis dan Pembahasan System Suspensi Belakang Sistem suspensi yang diterapkan pada roda belakang mobil Suzuki Carry adalah jenis suspensi kaku (rigid suspension). Susunan komponen mekanik yang dipasang, mulai dari roda penggerak (wheel drive) ke poros penggerak (shaft drive) selanjutnya ke pegas daun (leaf spring) dan peredam kejut (shock absorber) dipasang parallel langsung ke rangka menyatu dengan body kendaraan. Komponen utama pada system suspensi ini adalah roda, pegas daun (leaf spring) dan peredam kejut (shock absorber).
3.3. 1. Beban pada pegas daun (leaf spring) Pegas yang dipasang adalah jenis pegas`daun yang mampu menahn beban kosong kendaraan 1.050 kg. Berat maksimum kendaraan terjadi diisi 10 orang dengan rata-rata berat @ 50 kg (500 kg) dan berat tambahan bagasi maksimal 200 kg. Jadi berat maksimum = 1.050 + (10. 50) + 200 = 1.750 kg (3.850 lb). Berat yang disanggga oleh tiap pegas jika kendaraan kosong = 1.050 x 40%/2 = 210 kg (462 lb) dan untuk berat maksimum = (1.050 x 40% + (6 . 50) + 200)/2 = 460 kg (1.012 lb). Dari hasil pengukuran pada suspensi mobil, yaitu saat
190
Jurnal Paradigma Vol X. No. 2 Desember 2009
kendaraan terbeban kosong dengan jarak poros dan karet bumper chasis sebesar 10 cm (4 inchi). Defleksi maksimum yang terjadi karena pembebanan berat kosong dan penuh sebesar 4 inchi, Data Beban penuh tiap roda (Fo)
= 1.012 lb
Beban kosong tiap roda (Fi)
= 462 lb
Panjang pegas pada beban penuh (Lo)
= 10,5 in
Panjang pegas pada beban kosong (Li)
= 14,5 in
Mennghitung konstanta pegas, dari persamaan diperoleh : k = (Fo – Fi) / (Li – Lo) = (1.012 – 462) / (14,5 – 10,5)
= 137,5 lb/in
Menghitung panjang kebebasan pegas (free length) Lf = Li – Fi/k = 14,5 – 462/137,5 = 11,4 inchi 3.3.2. Peredam Viscos / Peredam Kejut (shock absorber) Pemilihan peredam kejut dan kekakuan pegas sangat mempengaruhi comport atau kenyamanan penumpang. Ketentuan faktor peredam kejut untuk kendaraan penumpang tekanbalik sebesar 20/80 sedangkan untuk kendaraan balap adalah 50/50. Jenis peredam kejut (shock absorber) yang dipasang untuk kendaraan penumpang umumnya adalah type shock absorber direct acting. Jika ketentuan faktor peredam ζ kendaraan penumpang sebesar 20/80 atau ζ = 0,25 karena ζ < 1 tergolong redaman sub kritis. Maka untuk c dapat dicari ζ = c(2 m.ωn), jika ωn = √ k/m , diperoleh : c(2m √ k/m ) atau c = ζ / 2m√ k/m <=> 0,25/2.462 √137,5/462 c = 8,7 . 10-4 3.3.3. Frekuensi Alami Sprung dan Unsprung Mass Bila getaran yang terjadi pada kendaraan frekuensinya sama dengan salah satu frekuensi alami sistem akan terjadi resonansi, hal ini perlu dicegah karena amplitudo getaran menjadi lebih, hal ini sangat mengganggu keseimbangan dan kesetabilan kendaran. Oleh karena itu perlu suatu system untuk mengurangi resonansi dengan penambahan alat peredam viscos yaitu peredam kejut (shock absorber). Untuk massa utama atau berat kosong m = 1.050 kg (2.310 lb) sedangkan massa tambahan/suspensi m = 100 kg (220 lb Frekuensi suspensi belakang adalah frekuensi alami teredam sebagai sprung mass, diketahui untuk beban maksimal pada suspensi m = 1.012 lb defeksi maksimal δmak = Li – Lo 14,5 – 10,5 δmak = 4 inchi Periode teredam pada suspensi adalah T = 2 π / ωd = 2 π /(ωn √ 1 – ζ2 ), untuk ωn = √k/m √137,5/1.012 ωn = 0,34 rad/det
191
Jurnal Paradigma Vol X. No. 2 Desember 2009
akan didapat T ; T = 2 π / (0,34√ 1 – 0,25 2) T = 19,04 put/det Frekuensi sprung mass adalah fs = 1/ T 1/19,04 fs = 0,052 Hz Frekuensi pada roda adalah sebagai unsprung mass, untuk beban maksimum roda = 1.012 lb dan asumsi defleksi ban δban = 2 inchi. δban = m.g/k k = m.g/ δban = 1.012 (9,8/2,54) / 2 = 1.952,28 Periode getaran pada roda adalah T roda = 2 π √ m/k 2π √ 1.012/1.952,28 T roda = 4,52 put/det Untuk frekuensi roda adalah f roda = 1/ T roda 1/4,52 f roda = 0,221 Hz Maka frekuensi alami teredam sprung sebesar fsprung = 0,052 Hz dan frekuensi unsprung mass sebesar funsrung = 0,221 Hz. Karena frekuensi alami teredam sprung lebih kecil dari frekuensi unsprung mass, fsprung < funsrung
(0,052 Hz < 0,221 Hz), maka amplitudo osilasi
yang
ditransmisikan ke sprung adalah kecil. 3.4. Analisis dan Pembahasan Kursi Bersuspensi Bebas (Independent Seat) Analisis dan pembahasan ini ditinjau dari segi perhitungan gaya pada struktur rangka kursi dan frekuensi yang terjadi pada system suspensi kursi. Data struktur kursi Beban kosong kursi
= 25 kg (55 lb)
Beban sepon tempat duduk
= 15 kg (33 lb)
Beban sepon sandaran
= 10 kg (22 lb)
Dimensi sepon tempat duduk (p x l x t)
= (130 x 46 x 15) cm
Dimensi sepon sandaran (p x l x t)
= (130 x 52 x 15) cm
Panjang lengan ayun (swing arm)
= 30 cm
Panjang spring & shockabsorber
= 28 & 30 cm
Jarak lebar antar suspensi
= 70 cm
Jarak tumpuan A – B
= 24 cm
Jarak tumpuan A’ – B’
= 51 cm
Untuk sepon tempat duduk dan sepon sandaran adalah beban merata dan sandaran pada posisi beban console. Pada beban merata berlaku persaman : Q = ½ q . l ½. (m/p.l.t) l Beban merata pada tempat duduk (Qd) dan beban merata pada sandaran (Qs).
192
Jurnal Paradigma Vol X. No. 2 Desember 2009
adalah Qd = ½ 16,6. 0,46 = 3,82 kg/m2 Qs = ½ 16,6 .0,52 = 4,32 kg/m2 Untuk sudut α = 64 o dan susdut β = 60 o 1. Saat beban kosong Momen di B = 0 , ∑ Mb = 0 , dari persamaan 0,24Ra – Qd + 10. Qs = 0 0,24Ra = 3,82 + 0,1 . 4,32 Ra
= 17,71 N (38,94 lb in/det2)
Fx = Ra cos 60o = 17,7 cos 60o = 8,85 N (19,47lb in/det2) Fy = Ra sin 600 = 17,7 sin 600 = 15,33 N (33,73 lb in/det2)
F
α A
B β
A’ α
β B’
Gambar 2. Arah-arah gaya pada struktur kursi bersuspensi bebas Momen di A = 0 , ∑ Ma = 0 dari persamaan Qd – 0,24Rb + 0,34Qs -0,24Rb = - Qd – 34Qs Rb = (3,82 + 0,34. 4,32)/0,24 Rb = 22,01 N (48,42 lb in/det2) Fx = 22,01 cos 64o = 9,66 N (21,25 lb in/det2)
193
Jurnal Paradigma Vol X. No. 2 Desember 2009
Fy = 22,01 sin 64o = 19,78 N (43,52 lb in/det2) Momen di B’ = 0, ∑ Mb’ = 0 0,51 Ra’ – 17,71 = 0 Ra’ = 34,73 N (76,41 lb in/det2) Fx’ = 34,73 cos 60o = 17,36 N (38,19 lb in/det2) Fy’ = 34,73 sin 60o = 30,08 N (66,18 lb in/det2) Momen di A’ = 0, ∑ Ma’ = 0 0,51 Rb’ – 22,01 = 0 Rb’ = 43,16 N (94,95 lb in/det2) Fx’ = 43,16 cos 64o = 18,92 N (41,62 lb in/det2) Fy’ = 43,16 sin 64o = 38,79 N (85,34 lb in/det2) 2. Saat beban maksimum Kapasitas kursi maximum 4 orang @ 50 kg dan disangga oleh 2 titik suspensi maka kapasitas yang diijinkan adalah (4 x 50)/2 = 100 kg dan dianggap titik berat beban berada ditengah. Momen di B = 0 , ∑ Mb = 0 0,24Ra – 0,12F + Qd + 0,1Qs = 0 0,24Ra = 0,12(100) + 3,82 + 0,1 . 4,32 Ra = 67,71 N (148,96 lb in/det2) Fx = 67,71 cos 60o = 33,55 N (73,81 lb in/det2) Fy = 67,71 sin 60o = 58,64 N (129 lb in/det2) Momen di A = 0 , ∑ Ma = 0 0,12F + Qd – Rb.0, 24 + 0,34Qs -0,24Rb = -0,12F – Qd – 0,34Qs -0,24Rb = -0,12(100) – 3,82 – 0,34. 4,32 Rb = 71,67 N (157,67 lb in/det2) Fx = 71,67 cos 64o = 31,42 N (69,12 lb in/det2) Fy = 71,67 sin 64o = 64,41 N (141,70 lb in/det2)
Momen di B’ = 0 , ∑ Mb’ = 0 Ra’ = Ra = 67,71 N (541 lb in/det2) Fx’ = 67,71 cos 60o = 33,55 N (73,81 lb in/det2) Fy’ = 67,71 sin 60o = 58,64 N (129 lb in/det2) Momen di A’ = 0 , ∑ Ma’ = 0
194
Jurnal Paradigma Vol X. No. 2 Desember 2009
Rb’ = Rb = 71,67 N (157,67 lb in/det 2) Fx = 71,67 cos 64o = 31,42 N (69,12 lb in/det2) Fy = 71,67 sin 64o = 64,41 N (141,70 lb in/det2)
3.5. Frekuensi Sistem Suspensi Kursi Menentukan konstanta pegas Beban penuh tiap penyangga (Fo = Rb mak) Panjang pegas pada beban penuh (Lo)
= (71,67 N) (157,67 lb) = 15 cm (5,9 in)
Beban kosong tiap penyangga (Fi = Rb ksg) Panjang pegas pada beban kosong (Li)
= 22,01 kg (48,42 lb) = 28 cm (11,02 in)
Konstanta pegas k dapat dihitung dari persamaan k = (Fo – Fi) / (Li – Lo) = (157,67 – 48,42) / (11,02 – 5,9) = 21,34 lb/in Menghitung panjang kebebasan pegas (free length) dari persamaan Lf = Li – Fi/k = 11,02 – (48,42/21,34) = 8,75 inchi Periode teredam pada suspensi kursi adalah dari persamaan T = 2 π / ωd = 2 π /(ωn √ 1 – ζ2 )
untuk ωn = √k/m
√21,34/168,69
ωn = 0,36 rad/det akan didapat T ; T = 2 π / (0,36√ 1 – 0,25 2) T = 17,96 put/det Frekuensi kursi fk = 1/ T 1/17,96 fk = 0,056 Hz Jadi frekuensi kursi independent didapat f k = 0,056 Hz Maka, hasil frekuensinya adalah f kursi = fsprung - fx f x = f sprung – f
kursi
= 0,052 – 0,056 = 0,004 Hz Maka frekuensi kursi sebesar fkursi = 0,056 Hz dan frekuensi sprung atau frekkuensi suspensi mobil sebesar fsprung = 0,052 Hz.
Karena frekuensi sprung , fkursi = fsprung, maka
amplitudo osilasi yang ditransmisikan ke kursi hampir sama. Hasilnya frekwensi sangat kecil f x = 0,004 Hz atau cenderung limit 0, jadi kursi bersuspensi bebas ini mampu
meredam
goncangan besarnya sama dengan frekuensi sprung suspensi mobil, sehingga respon goncangan yang diterima oleh penumpang cenderung stabil atau nyaris tidak terasa. Maka kursi bersuspensi bebas (independent seat) ini dapat memberikan kenyamanana bagi penumpang.
195
Jurnal Paradigma Vol X. No. 2 Desember 2009
IV. KESIMPULAN Dalam pembahasan ini dapat mengetahui arah gaya dan besarnya gaya yang bekerja. Sehingga besarnya gaya dari beban kosong dan beban penuh kendaraan secara variable dapat diketahui mulai kecepatan v = V (0 – 60 km/jam) terhadap variable gaya gesek mekanik µk. Maka dapat diketahui besarnya gaya yang diterima suspensi dan masing-masing roda saat beban kosong dan beban maksimal (hasilnya dalam bentuk table diatas). Khusus hasil gaya-gaya dan frekuensi yang bekerja pada kursi bersuspensi bebas (independent seat) secara terperinci dapat diperoleh hasil sebagai berikut : Gaya reaksi pada swing arm (kosong)
= 17,71 N
Gaya reaksi pada swing arm (max)
= 67,96 N
Gaya reaksi pada shockabsorber (kosong)
= 22,01 N
Gaya reaksi pada shockabsorber (max)
= 71, 67 N
Frekuensi unsprung pada roda
= 0,221 Hz
Frekuensi sprung pada suspensi mobil
= 0,052 Hz
Frekuensi suspensi kursi beban maksimal
= 0,056 Hz
Hasil frekuensi kursi suspensi bebas (independent seat) adalah ; f kursi = fsprung - fx f x = f sprung – f
kursi
= 0,052– 0,056 = 0,004 Hz Didapat frekuensi kursi sebesar fkursi = 0,056 Hz dan frekuensi sprung atau frekuensi suspensi mobil sebesar fsprung = 0,052 Hz.
Karena frekuensi sprung kecil, fkursi = fsprung, maka
amplitudo osilasi yang ditransmisikan ke kursi selisih kecil atau hampir sama yaitu cenderung limit 0. Jadi kursi bersuspensi bebas ini mampu meredam goncangan besarnya sama dengan frekuensi sprung suspensi mobil, sehingga respon goncangan yang diterima oleh penumpang cenderung stabil atau nyaris tidak terasa. Maka kursi bersuspensi bebas (independent seat) ini mampu memberikan kenyamanan bagi penumpang.
DAFTAR PUSTAKA
Anwari dan Dede Anwar Sutisna, 1979, Teori Chasis dan Body 2, Departemen Pendidikan dan Kebudayaan, Jakarta. Bagyo Sucahyo, Mekanika Teknik Jilid 2, 1999, Penerbit Tiga Serangkai, Solo. E. P. Popov, Zainul Astamar
Mekanika Teknik (Mechanics of Material) 1996, Penerbit
Erlangga, Jakarta. FW. Sears, MW. Zemansky, Muslimin Marapung,Taufik Ramlan, 1987, Penyelesaian soal-soal, Fisika untuk Universitas, Penerbit Ganesha Bandung.
196
Jurnal Paradigma Vol X. No. 2 Desember 2009
Meriam – L Krige / Tjahjana Adhi – Subagio, 1993, Mekanika Teknik Dinamika Penerbit Erlangga, Jakarta. Masduki dan Kasollah Prayitno, 1979, Teori Chasis dan Body 1, Departemen Pendidikan dan Kebudayaan, Jakarta. New Step I Training Manual, 1996, Penerbit PT. Toyota Astra Motor, Jakarta. Handayanto, Rahmadya T.,
Laporan Penelitian Dosen Muda, Perancangan dan Simulasi
Suspensi Kendaraan Menggunakan Pemrograman Berbasis Fortran dan Matlab (Studi Kasus pada Suspensi Belakang Toyota Kijang) 2009, Fakultas Teknik, Jurusan Teknik Mesin, UNISMA Bekasi. Resultan Jurnal Kajian Teknologi, 2006, Volume VI No. 1 Fakultas Teknik UNISMA Bekasi Tamzir Rizal, 1999, Chasis dan Pemindah Tenaga, Penerbit Angkasa Bandung. Wiliam W. Seto dan Darwin Sebayang, Seri buku Schaum Getaran Mekanis (Mechanical Vibration), 1997, Penerbit Erlangga, Jakarta.
197
