SIDANG TUGAS AKHIR
PEMODELAN DAN ANALISA DINAMIKA (ENERGI TERDISIPASI) PADA GERAK VERTIKAL ANTARA BOGIE DAN GERBONG KERETA API
Disusun oleh Yohanes Dhani Kristianto (2108100626) Dosen pembimbing Ir. YUNARKO TRIWIWARNO MT.
TEKNIK MESIN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
LATAR BELAKANG
• Motor • Mobil • Kereta Api • Pesawat terbang
Transportasi
ENERGY HARVESTING
Minyak bumi • Premium • Pertamax • Solar • Bensol
• Panas • Gerak • Getaran
Energi yang terbuang
• KERS • TERS • VEH
Maka dibutuhkan analisa terhadap sistem suspensi
PERUMUSAN MASALAH
Berapa besar potensi energi yang terdapat pada sistem suspensi kereta api ketika sedang berjalan? Bagaimana pengaruh perbedaan besar inputan yang diberikan terhadap respon gerak kereta api?
TUJUAN PENELITIAN
Memodelkan, mensimulasi dan menganalisa dinamika gerak kereta api
Menganalisa besarnya potensi energi yang tersedia pada sistem suspensi kereta api
BATASAN MASALAH
Kecepatan kereta api bernilai konstan
Pemodelan pada 1 buah gerbong kereta dengan pemodelan ¼ model
Energi yang dianalisis hanya energi yang dipengaruhi oleh redaman pada sistem suspensi gerbong kereta api
MANFAAT PENELITIAN
Menyediakan data besar potensi energi yang tersedia pada sistem suspensi kereta api pada kondisi jalan dan kecepatan tertentu
Mengetahui hasil dari pemodelan dan analisa yang dilakukan
STUDI LITERATUR
Prof. Lei Zuo – New York State University Hanya 10-16 persen energi bahan bakar yang efektif digunakan untuk mendorong kendaraan
Marcos Arizti – Tempere University of Technology Melakukan studi mengenai metode yang paling relevan dalam memanen energi di suspensi kendaraan Perusahaan Innowattech Program pemanenan energi piezoelectric jalan, trotoar dan rel kereta. Rel kereta api rangkaian bantalan piezoelectric diantara rel dan bantalan tidur rel yang terhubung langsung dengan stasiun lokal yang terkait.
BOGIE
Penopang gerbong Dua perangkat roda / lebih yang di gabungkan oleh rangka / frame Dilengkapi sistem pemegasan, pengereman, dengan / tanpa peralatan penggerak dan secara keseluruhan berfungsi sebagai pendukung rangka dasar dari badan kendaraan
Fungsi untuk meningkatkan kapasitas dan kenyamanan gerbong
SISTEM SUSPENSI
Kumpulan komponen tertentu yang berfungsi meredam kejutan, getaran yang terjadi pada kendaraan akibat permukaan jalan yang tidak rata yang dapat meningkatkan kenyamanan berkendara dan pengendalian kendaraan.
Pegas KOMPONEN
Peredam Lengan suspensi
GETARAN Gerak bolak-balik melalui titik kesetimbangan
Sumber Getaran
Jumlah DOF
Ada/Tidaknya Redaman
getaran bebas getaran paksa getaran single DOF getaran multi DOF getaran teredam getaran tak teredam
MULTI DOF
Persamaan gerak
mi xi − ci xi −1 + (ci + ci +1 ) xi − ci +1 xi +1 − ki xi −1 + (ki + ki +1 ) xi − ki +1 xi +1 = Fi Dimana untuk massa m
m1x1 + (c1 + c2 ) x1 − c2 x2 + (k1 + k 2 ) x1 − k 2 x2 = F1 Persamaan gerak menjadi
[m]{x} + [c]{x} + [k ]{x} = {F }
MULTI DOF Dimana m11 m 21 [m] = ... ... mn1
m12 m22 ... ... mn 2
c11 c12 c 21 c22 [c] = ... ... ... ... cn1 cn 2
k11 k12 k 21 k 22 [k ] = ... ... ... ... k n1 k n 2
m13 ... m1n m23 ... m2 n ... ... mn 3 ... mnn c13 ... c1n c23 ... c2 n ... ... cn 3 ... cnn
k13 ... k1n k 23 ... k 2 n ... ... k n 3 ... k nn
x1 (t ) x (t ) 2 {x} = ... ... xn (t )
x1 (t ) x (t ) 2 {x} = ... ... xn (t ) x1 (t ) x (t ) 2 {x} = ... ... xn (t )
F1 (t ) F (t ) 2 {F } = ... ... Fn (t )
METODOLOGI
Mulai Studi literatur (Energy Harvesting dan Mechanical Vibration) Observasi suspensi dan gerbong kereta
General Flowchart
Pemodelan dan penurunan rumus
Simulasi hasil pemodelan pada simulink Tidak
Respon Ya
Analisa respon gerak kereta dan analisa potensi energi pada sistem suspensi
Kesimpulan dan saran
Selesai
INPUT PARAMETER 20 m/s KECEPATAN
30 m/s 40 m/s
2 cm
AMPLITUDO
2,5 cm 3 cm
Parameters
Mean values
Parameters
Mean values
mv
40.000 kg
mb
3.000 kg
cV
80.000 Ns/m
Ib
2.260 kgm
kv
400.000 N/m
cbf = cbr
15.000 Ns/m
lwf = lwr
1.2 m
kbf = kbr
750.000 N/m
mwf = mwr
700 kg
POTENSI ENERGI YANG TERSEDIA PENURUNAN RUMUS
PERSAMAAN GERAK
STATE VARIABLE EQUATION
BLOK DIAGRAM SIMULINK MATHLAB
RESPON PERKALIAN MATRIK DAYA YANG TERSEDIA
PERHITUNGAN DAYA
Menggunakan Simulink Matlab untuk mendapatkan nilai daya
PEMODELAN MATEMATIS KERETA
Keterangan: mv : Masa gerbong cv : Konstanta redaman pegas gerbong kv : Konstanta pegas gerbong mb : Masa bogie cb : Konstanta redaman pegas bogie kb : Konstanta pegas bogie lwr : Jarak pusat roda belakang terhadap pusat bogie lwf : Jarak pusat roda depan terhadap pusat bogie
PERSAMAAN GERAK
STATE SPACE METHOD
MATRIKS A
PEMODELAN SIMULINK BLOK DIAGRAM
HASIL DAN ANALISA RESPON KERETA EKSITASI IMPULSIVE DENGAN v=20m/s
A=2cm
A=2,5cm
A=3cm
HASIL DAN ANALISA RESPON KERETA EKSITASI IMPULSIVE DENGAN v=30m/s
A=2cm
A=2,5cm
A=3cm
HASIL DAN ANALISA RESPON KERETA EKSITASI IMPULSIVE DENGAN v=40m/s
A=2cm
A=2,5cm
A=3cm
HASIL DAN ANALISA RESPON KERETA EKSITASI SINUSOIDAL DENGAN v=20m/s
A=2cm
A=2,5cm
A=3cm
HASIL DAN ANALISA RESPON KERETA EKSITASI SINUSOIDAL DENGAN v=30m/s
A=2cm
A=2,5cm
A=3cm
HASIL DAN ANALISA RESPON KERETA EKSITASI SINUSOIDAL DENGAN v=40m/s
A=2cm
A=2,5cm
A=3cm
HASIL DAN ANALISA ENERGI TERDISIPASI EKSITASI IMPULSIVE DENGAN v=20m/s
A=2cm
A=2,5cm
A=3cm
HASIL DAN ANALISA ENERGI TERDISIPASI EKSITASI IMPULSIVE DENGAN v=30m/s
A=2cm
A=2,5cm
A=3cm
HASIL DAN ANALISA ENERGI TERDISIPASI EKSITASI IMPULSIVE DENGAN v=40m/s
A=2cm
A=2,5cm
A=3cm
HASIL DAN ANALISA ENERGI TERDISIPASI EKSITASI SINUSOIDAL DENGAN v=20m/s
A=2cm
A=2,5cm
A=3cm
HASIL DAN ANALISA ENERGI TERDISIPASI EKSITASI SINUSOIDAL DENGAN v=30m/s
A=2cm
A=2,5cm
A=3cm
HASIL DAN ANALISA ENERGI TERDISIPASI EKSITASI SINUSOIDAL DENGAN v=40m/s
A=2cm
A=2,5cm
A=3cm
PERBANDINGAN NILAI ENERGI TERDISIPASI EKSITASI IMPULSIVE
v=20 m/s
v=30 m/s
v=40 m/s
PERBANDINGAN NILAI ENERGI TERDISIPASI EKSITASI SINUSOIDAL
v=20 m/s
v=30 m/s
v=40 m/s
PERBANDINGAN NILAI ENERGI TERDISIPASI DAYA RMS (Root Mean Square)
Variabel
Kecepatan
V1 (20m/s)
V2 (30m/s)
V3 (40m/s)
Daya RMS (Watt)
Amplitudo
Eksitasi Bump
Eksitasi Sinusoidal 2 cm
281.230
745.408
2.5 cm
439.423
1164.700
3 cm
632.769
1677.169
2 cm
352.922
2145.016
2.5 cm
551.441
3351.587
3 cm
794.074
4826.286
2 cm
569.216
5305.633
2.5 cm
889.399
8290.052
3 cm
1280.735
11937.675
KESIMPULAN
1
•Respon gerak roda > Respon gerak body
2
•Respon gerak roda pada V=40 m/s > Respon gerak roda pada V=20 m/s dan V=30 m/s
3
•>> Kecepatan = >> Energi Terdisipasi pada Shock Absorber
Mohon saran, kritik dan masukannya demi tersempurnanya
TUGAS AKHIR ini Teknik Mesin Institut Teknologi Sepuluh November Surabaya
