Tugas Akhir
PERANCANGAN SEPEDA PASCA STROKE NAMA NRP
: JOKO PAMBUDIANTO : 2107100075
DOSEN PEMBIMBING Prof. Dr. Ing. Ir. I Made Londen Batan, M. Eng
PROGRAM SARJANA BIDANG KEAHLIAN SISTEM MANUFAKTUR JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2014
Stroke merupakan penyakit mematikan yang menduduki posisi ke tiga setelah kangker dan jantung.
Stroke berulang lebih berbahaya dari serangan yang pertama, dapat menyebabkan kematian. .
Alat Terapi Treadmill
Sepeda Statis platinum
Sepeda statis
Alat bantu terapi fisik yang ada bersifat statis Alat bantu tersebut tidak dapat bergerak bebas sebagaimana sepeda pada umumnya karena memang didesain untuk diam di tempat
“Dibutuhkan alat fisioterapi sekaligus sebagai alat mobilitas”
Fungsi latihan yang dilakukan pasien pasca stroke dapat meningkatkan fungsi, kebugaran dan kesehatan jantung. Berdasarkan latar belakang tersebut diatas maka untuk membantu proses terapi bagi penderita pasca stroke, dibutuhkan sebuah alat bantu terapi.
Tujuan penyusunan tugas akhir ini adalah merancang sepeda pasca stroke yang aman, stabil dan ergonomis.
Manfaat
Desain sepeda pasca stroke digunakan sebagai masukan bagi perusahaan dalam pengembangan desain sepeda pasca stroke Tersedia desain sepeda yang aman, stabil dan nyaman sekaligus berfungsi sebagai alat fisioterapi untuk mempercepat pemulihan kesehatan penderita dari serangan stroke
Teknik Mesin FTI-ITS Lab. P3 ITS Perubahan
Daftar kebutuhan produk Sepeda Pasca Stroke S/H
Uraian Kebutuhan
Halaman 1 Dari 1 Penanggun g jawab
Fungsi: a.Sepeda digerakkan dengan tangan
S
dan atau kaki b. Sepeda dapat berbelok ( stabil ) Ergonomis :
S
a.
Nyaman digunakan
b.
Resiko cedera tubuh kecil
c.
Posisi mengayuh duduk normal
S
Dilengkapi rem
H
Memiliki keranjang
H
Dilengkapi dengan bell listrik Kuat dan Aman:
S
a. kuat menahan beban sepeda dan pengendara b.tidak mudah rusak
Keterangan: S = Syarat H = Harapan
dengan penggerak roda belakang
Dengan penggerak roda depan
Kekuatan Rangka 1. Penentuan Titik Berat Y • •
T5
T1
•
• T3 T2
•
• •
T10
•
T4
T8
•
T6
T9
O
•
T7
X
Gambar 5.4 Titik berat setiap batang Keterangan : X = jarak titik berat batang terhadap titik refrensi ( titik 0) pada sumbu x Y= jarak titik berat batang terhadap titik refrensi ( titik 0) pada sumbu y Menentukan titik berat
x=
Σx.v 198626450,1 = = 629,4cm Σv 315566,86
y=
Σy.v 100777940 = = 319,4cm Σv 315566,86
Halaman 43-44
Berdasarkan tabel 5.3 dapat diketahui bahwa tegangan terbesar terjadipada batang T9 sebesar 26,33 MPa. Untuk perhitungan faktor keamanan. data yang diketahui yaitu : Syp = 96,75 MPa σy = 26,33 MPa σx = 0 MPa (asumsi tidak ada tegangan dalam arah melintang) τxy = 0 MPa( asumsi tidak ada tegangan geser) N = 2,5 (Safety Factor untuk Beban Dinamis) Dengan menggunakan metode Maximum Shear Stress Theory (MSST). Perhitungan kekuatan material dengan mempertimbangkan faktor keamanan adalah sebagai berikut : Tegangan Ijin Material :
τy
=
=
96,75 = 19,35 2 x 2,5
Tegangan Geser Maksimum : τ max =
(0Mpa − 26,33) 2 + 0 2 ]1 / 2 = 18,6Mpa = [ 2
Berdasarkan uraian diatas, maka dapat diketahui bahwa tegangan geser maksimum (τ max) yang terjadilebih kecil dari pada tegangan ijin material (τy), sehingga perancangan ini aman.
Konsep 2 1. Penentuan Titik Berat Y •
T1
• • •
T5
T3
T2
•
T4 •
•
T8 •
O
T6
T7
•
T7
X
Gambar 5.7 Titik berat setiap batang Keterangan : X = jarak titik berat batang terhadap titik refrensi ( titik 0) pada sumbu x Y= jarak titik berat batang terhadap titik refrensi ( titik 0) pada sumbu y
x=
Σx.v 100159526,5 = = 547,08cm Σv 183077,66
y=
Σy.v 53206920,6 = = 290,62cm Σv 183077,66
Halaman 54-55
Berdasarkan tabel 5.6 dapat diketahui bahwa tegangan terbesar terjadipada batang T8 sebesar 18,65 MPa. Untuk perhitungan faktor keamanan. data yang diketahui yaitu : Syp = 96,75 MPa σy = 18,65 MPa σx = 0 MPa (asumsi tidak ada tegangan dalam arah melintang) τxy = 0 MPa( asumsi tidak ada tegangan geser) N = 2,5 (Safety Factor untuk Beban Dinamis) Dengan menggunakan metode Maximum Shear Stress Theory (MSST). Perhitungan kekuatan material dengan mempertimbangkan faktor keamanan adalah sebagai berikut : Tegangan Ijin Material :
τy
=
=
96,75 = 19,35 2 x 2,5
Tegangan Geser Maksimum : τ max =
(0Mpa − 18,65 ) 2 + 0 2 ]1 / 2 = 13,18Mpa = [ 2
Berdasarkan uraian diatas, maka dapat diketahui bahwa tegangan geser maksimum (τ max) yang terjadilebih kecil dari pada tegangan ijin material (τy), sehingga perancangan ini aman.
Analisa dengan bantua Software Catia V5R20
σ t maksimum ≤
S ut N
N = faktor keamanan Sut = tegangan tarik maksimum material σt = Tegangan tarik maksimum desain Dalam perhitungan analisa tegangan , dimana berdasarkan tabel 2.2 untuk material baja lunak dengan mild shock , faktor keamanan yang digunakan adalah 3, sehingga perhitungan tegangan pada rangka yang terjadiadalah sebagai berikut:
σ t maksimum ≤
3,7 x10 8 N / m 2 = 1,23 x10 8 N / m 2 3
Hasil simulasi dengan menggunakan software CATIA tegangan maksimum yang terjadipada r angka s ebesar 1,04369 x 10 8 N/m2 , lebih kecil dari tegangan maksimum m aterial yakni sebesar 1,23 x 108 N/m2 . dengan demikian dapat disimpulkan bahwa rangka aman untuk digunakan . ‘
Konsep 2
σ t maksimum ≤
Sut N
N = faktor keamanan Sut = tegangan tarik maksimum material σt = Tegangan tarik maksimum desain Dalam perhitungan analisa tegangan , dimana berdasarkan tabel 2.2 untuk material baja lunak dengan mild shock , faktor keamanan yang digunakan adalah 3, sehingga perhitungan tegangan pada rangka yang terjadiadalah sebagai berikut:
σ t maksimum ≤
3,7 x10 8 N / m 2 = 1,23 x10 8 N / m 2 3
Hasil simulasi dengan menggunakan software CATIA tegangan maksimum yang terjadipada r angka s ebesar 7,6x 107 N/m2 , lebih kecil dari tegangan maksimum material yakni sebesar 1,23 x 108 N/m2 . dengan demikian dapat disimpulkan bahwa rangka aman untuk digunakan .
a δf
b
Persamaan utk sudut belok ideal sbb:
β
Rack θid
0
Persamaan utk kecepatan max sbb:
Hasil yang didapat untuk kecepatan maksimum sepeda saat belok agar tidak guling adalah: Konsep 1 sebesar 26 km/jam Konsep 2 sebesar 24 km/jam
Analisa Risiko Cedera Tubuh dengan Metode RULA konsep 1 Analisa RULA Gerakan Kayuh Tangan Posisi kemudi di belakang
Posisi kemudi di depan
2 Analisa RULA Gerakan Kayuh Kaki Posisi pedal vertikal
Posisi pedal horizontal
Analisa RULA Gerakan Tangan Saat Belok Analisa RULA Sebelah Kanan
Analisa RULA Sebelah Kiri
Dari analisa RULA pada masing-masing posisi tersebut diatas, maka dapat diketahui bahwa desain sepeda pasca stroke adalah nyaman, karena bisa dilihat dari nilai masing resiko cederanya masih dalam batas nyaman yaitu 2 dan 3
Analisa Risiko Cedera Tubuh dengan Metode RULA konsep 2 Analisa RULA Gerakan Kayuh Tangan Posisi kemudi horizontal
Posisi kemudi vertikal
Analisa RULA Gerakan Kayuh Kaki Posisi pedal vertikal
Posisi pedal horizontal
Analisa RULA Gerakan Tangan Saat Belok Analisa RULA Sebelah Kanan
Analisa RULA Sebelah Kiri
Dari analisa RULA pada masing-masing posisi tersebut diatas, maka dapat diketahui bahwa desain sepeda pasca stroke adalah nyaman, karena bisa dilihat dari nilai masing resiko cederanya masih dalam batas nyaman yaitu 2 dan 3
No
Kriteria
Konsep 1
1
Fungsi
Baik
Konsep 2 Baik
2
Pengoprasian
Mudah
Sulit
3
Stabilitas saat belok
4
Kenyamanan (RULA) -kayuh tangan dibelakang -kayuh tangan didepan -kayuh kaki pos isi pedal mendatar -kayuh kaki pos isi pedal mendatar -Gerakan belok pada tangan kanan -Gerakan be lok pa da tangan kiri
26 km/jam
24 km/jam
2 3 3
3 3 3
2
3
3
3
3
3
Keterangan Kedua konsep dapat memenuhi fungsi Konsep 2 mengalami kesulitan ketika berbelok
Dari analisa RULA konsep 1 lebih nyaman daripada konsep ke2
3
1
6
4
7
1
8 9
5 11
10 9
Gambar 5.29 Detail Gambar Teknik No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Nama Komponen Kemudi Rem Tuas engkol Roda depan Bearing Sproket eksentrik Rangka Sadel Roda Belakang Gear Pedal Rantai Gear belakang setang
Jumlah 1 1 1 1 4 1 1 1 2 1 1 1 1 1
Keterangan
Ukuran 20’ Ukuran roda 20’
Ukuran 20’ Ukuran roda 20’
7
1
2
3 10 5
4
1000mm 8
9
6 1276mm
1040mm
Kesimpulan 1. Dari dua buah konsep yang dikembangkan maka analisa kekuatan rangka secara manual dengan faktor keamanan 2,5 pa da konsep 1 didapatkan tegangan geser maksimum sebesar 18,6 M Pa, sedangkan pada konsep 2 tegangan geser maksimumnya sebesar 13,18 MPa. Kedua konsep memiliki tegangan geser maksimum yang lebih kecil dari pad tegangan ijin material (19,35 MPa). Sehingga rangka untuk kedua konsep dinyatakan aman. Sedangkan dari hasil analisa kekuatan rangka dengan bantuan software CATIA pada konsep 1 t erjadi tegangan maksimum sebesar 1,04369 x 108 N/m2, sedangkan pada konsep 2 tegangan maksimum yang terjadi sebesar 7,6x 107 N/m2 lebih kecil dari pada tegangan ijin material ( 1,23 x 108 N/m2 ) sehingga dari analisa dengan bantuan software CATIA kedua konsep juga aman. 2. Analisa kesetabilan pada konsep 1 m emiliki radius belok (Rack) sebesar 2,66 meter dengan kecepatan maksimum agar tidak guling adalah 26 km/jam sedangkan pada konsep 2 m emiliki radius belok (Rack) sebesar 2,38 meter dengan keceptan maksimum agar tidak guling adalah 24 km/jam . 3. Nilai tingkat resiko cedera tubuh pengendara pada kedua konsep adalah berkisar antara 2-3 artinya sepeda masih dalam kategori nyaman untuk digunakan. 4. Dari perbandingan kedua konsep disimpulkan konsep 1 dipilih.
Agar
sepeda dapat dibawa dengan mudah, misalnya dimasukkan kedalam bagasi mobil, maka disarankan untuk itu dikembangkan sepeda pasca stroke yang dapat dilipat
