PEMODELAN PEREDAM GETARAN PADA TRAKTOR RODA DUA DENGAN JARINGAN SYARAF TIRUAN
MOHD. ARSKADIUS ABDULLAH
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2007
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Pemodelan Peredam Getaran pada Traktor Roda Dua adalah karya saya sendiri dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada Perguruan Tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka dibagian akhir Tesis ini.
Bogor, Juni 2007
Mohd. Arskadius Abdullah NIM. F151030011
ABSTRAK
MOHD. ARSKADIUS ABDULLAH. Pemodelan Peredam Getaran pada Traktor Roda Dua dengan Jaringan Syaraf Tiruan. Dibimbing oleh SAM HERODIAN, M.FAIZ SYUAIB, dan SUROSO.
Mekanisasi pertanian sangat dibutuhkan dalam melaksanakan pembangunan pertanian baik di bidang perkebunan atau pertaniaan pangan. Salah satu bentuk implementasi mekanisasi pertanian adalah pemakaian traktor roda dua yang digerakkan oleh enjin yang berbahan bakar solar. Salah satu dampak penting terhadap operator dalam mengoperasikan traktor adalah terjadinya getaran. Getaran tersebut bersumber dari enjin yang merambat melalui rangkaian struktur traktor roda dua hingga akhirnya sampai pada stang kemudi (handle) yang bersentuhan langsung dengan operator. Penelitian ini bertujuan (1) memodelkan peredam getaran pada traktor roda dua dengan metode jaringan syaraf tiruan, (2) menentukan nilai kekerasan shore (shore A) karet peredam serta (3) menentukan jenis dan ketebalan karet peredam yang paling sesuai untuk mereduksi getaran pada traktor roda dua. Sebagai obyek dalam penelitian ini digunakan tiga unit traktor roda dua dengan merek yang berbeda. Getaran diukur dengan menggunakan vibrationmeter sedangkan putaran enjin diukur dengan menggunakan tachometer digital. Pengukuran dilakukan pada tiga arah sumbu, yaitu sumbu-x, sumbu-y dan sumbu-z. dengan berbagai tingkat putaran yang berbeda-beda. Dua model yang digunakan adalah untuk membanding pengaruh dari karet yang didisain untuk meredam getaran. Pemodelan yang dilakukan menggunakan program Jaringan Syaraf Tiruan, proses data untuk tiga unit traktor dijalankankan secara bersamaan. Dari model I dan model II diperoleh hasil sebagai berikut : 1. Model I, menggunakan 5 parameter masukan, yaitu merek traktor, berat rangka, berat enjin, tipe roda, putaran enjin. Nilai Standard Error Prediction (SEP) training sumbu-x 0.318, sumbu-y 0.154 dan untuk sumbu-z 0.121. Sedangkan Coeffisien of Variation (CV) untuk sumbu-x adalah sebesar 18.147 %, sumbu-y 10.444 % dan untuk sumbu-z adalah sebesar 8.009 %. Nilai SEP testing untuk sumbu-x 0.389, sumbu-y 0.199, sumbu-z 0.205. Sedangkan Coeffisien of Variation (CV) untuk sumbu-x 30.528 %, sumbu-y 19.588 % dan sumbu-z 18.474 %. 2. Model II, menggunakan 8 parameter masukan, yaitu merek traktor, berat rangka, berat enjin, tipe roda, putaran enjin, jenis karet, tebal karet peredam mounting dan karet ring. Nilai Standard Error Prediction (SEP) training sumbu-x 0.118, sumbu-y 0.105 dan untuk sumbu-z 0.117. Sedangkan Coeffisien of Variation (CV) untuk sumbu-x adalah sebesar 30.831 %, sumbu-y 31.863 % dan untuk sumbu-z adalah sebesar 31.810 %. Nilai SEP testing untuk sumbu-x 0.099, sumbu-y 0.085, sumbu-z 0.080. Sedangkan Coeffisien of Variation (CV) untuk sumbu-x 29.313 %, sumbu-y 29.189 % dan sumbu-z 23.818 %. Penelitian ini dipilih tingkat kekerasan shore A dengan prediksi bahwa kekerasan yang dibutuhkan tidak melebihi shore A Karet peredam mounting
didisain tiga tingkatan kekerasan shore dan tiga ketebalan. Karet peredam yang dipakai menggunakan standar ASTM D.2240-97 dengan jenis karet alam Ma78, karet alam Mb80 dan karet sintetis Ms80. Kesemua karet dapat mereduksi getaran dengan level yang bervariasi. Sebagai aplikasi untuk mereduksi getaran pada kecepatan putaran 1600 rpm dengan frekuensi 26.6 Hz, dengan ini jenis karet peredam yang terbaik untuk mereduksi getaran adalah karet alam jenis Ma78 shore A dengan ketebalan H15 mm. Karet ini lebih lunak (soft) dari dua jenis karet lainnya dan mampu mereduksi getaran pada traktor C dengan baik ketika menggunakan roda karet yaitu pada sumbu-x sebesar 86.4 %. Sedangkan pada pengoperasian menggunakan roda besi, karet peredam ini mampu mereduksikan getaran dengan memakai karet peredam (mounting) jenis Ma78 shore A yang memiliki ketebalan H15 mm. Karet ini mampu menurunkan percepatan getaran pada sumbu-y sebesar 82.4 %. Setelah nilai percepatan getaran diplotkan pada grafik, semua menunjukkan nilai yang aman untuk operator bekerja pada tiga titik sumbu. Hal ini berdasarkan standar yang telah di rekomendasi BSI (1987a) dan ISO (1997) yaitu 3.15 m/det2. Dengan demikian, setelah pemasangan karet peredam jenis Ma78 shore A dengan ketebalan yang sesuai pada traktor roda dua, maka operator dapat mengoperasikan traktor selama 8 jam atau lebih dalam sehari.
@ Hak Cipta milik IPB, tahun 2007 Hak Cipta dilindungi Undang – Undang 1. Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumber. a. Pengutipan hanya untuk kepentingan kependidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik atau tinjauan suatu masalah b. Pengutipan tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB 2. Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis dalam bentuk apapun tanpa izin IPB
PEMODELAN PEREDAM GETARAN PADA TRAKTOR RODA DUA DENGAN JARINGAN SYARAF TIRUAN
MOHD. ARSKADIUS ABDULLAH
Tesis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2007
Penguji luar komisi pada ujian Tesis : Ir. Mad Yamin, MT
Judul Tesis Nama NIM
: Pemodelan Peredam Getaran pada Traktor Roda Dua dengan Jaringan Syaraf Tiruan : Mohd. Arskadius Abdullah : F151030011
Disetujui : Komisi Pembimbing
Dr. Ir. Sam Herodian, M.S Ketua
Dr. Ir. M. Faiz Syuaib, M.Agr Anggota
Dr. Ir. Suroso, M.Agr Anggota Mengetahui :
Ketua Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian
Dekan Sekolah Pascasarjana
Prof.Dr.Ir. Armansyah H.Tambunan,M.Agr Prof. Dr. Ir. Khairil A.Notodiputro,M.S
Tanggal Ujian: 14 Juni 2007
Tanggal Lulus:
Barangsiapa menempuh mencari ilmu, Allah akan memudahkan jalan menuju syurga buatnya. Para malaikat membentangkan sayapnya bagi pelajar, ridha dengan apa yang dilakukan. Sesungguhnya mahkluk yang ada dilangit dan dibumi, tidak ketinggalan pula ikan disamudra, memohon ampun bagi orang yang berilmu pengetahuan. Kelebihan orang yang berilmu atas yang lain ibarat kelebihan bulan purnama diatas bintang‐bintang. Para ulama adalah pewaris nabi. Para nabi tidak meninggalkan harta kekayaan berupa dinar maupun dirham, tetapi meninggalkan (mewariskan) ilmu pengetahuan. Barangsiapa mengambil pusaka (warisan ilmu), berarti dia telah mengambil suatu bahagian yang besar sekali manfaatnya. (H.R Abu Daud dan Tirmidzi, dari Abu Darda’)
Kupersembahkan kepada: Kedua orang‐tuaku, Isteri dan anak‐anakku, Guru‐guruku, Agamaku, dan Bangsaku.
PRAKATA Alhamdulillah, puji syukur penulis panjatkan kehadhirat Allah SWT yang telah melimpahkan Rahmat, Karunia dan RidhaNya, sehingga penulis telah dapat menyelesaikan pendidikan dan penulisan tesis yang berjudul Pemodelan Peredam Getaran pada Traktor Roda Dua dengan Jaringan Syaraf Tiruan. Dalam penyelesaian tesis ini penulis banyak mendapat bimbingan, arahan, dan koreksi konstruktif terutama dari komisi pembimbing. Oleh karena itu, ucapan terimakasih dan penghargaan yang setulusnya penulis sampaikan kepada komisi pembimbing: Dr. Ir. Sam Herodian, MS (Ketua), Dr. Ir. M. Faiz Syuaib, M.Agr dan Dr. Ir. Suroso, M.Agr (masing-masing Anggota). Penghargaan yang setinggi-tingginya juga penulis sampaikan kepada : 1. Direktur Jendral Pendidikan Tinggi Departemen Pendidikan Nasional, yang telah memberi bantuan biaya pendidikan Pascasarjana. 2. Kepada pemerintah daerah Nanggroe Aceh Darussalam yang telah mensubsidi bantuan dana. 3. Direktur Politeknik Negeri Lhokseumawe di Nanggroe Aceh Darussalam yang telah memberi izin belajar. 4. Staf pengajar jurusan Mesin dan pegawai Politeknik Negeri LhokseumaweNanggroe Aceh Darussalam yang telah memberi dorongan. 5. Rektor Institut Pertanian Bogor, Dekan dan Ketua program studi Ilmu Keteknikan Pertanian Sekolah Pascasarjana IPB, yang telah menerima penulis untuk melanjutkan pendidikan di IPB. 6. Ir. Mad Yamin, MT selaku Penguji Luar Komisi yang telah memberi masukan, dan saran demi kesempurnaan penulisan tesis. 7. Mas Rudiyanto yang telah banyak membantu penulis dan teman-teman S2 dan S3 TEP. Rekan-rekan penulis lainnya: pak Kisman, Nurdin, Irwin, Samsul, Iqbal, Wardana, anggota IKAMAPA-Aceh dan teman-teman di Jl. Perwira no. 6 Dramaga yang telah membantu penulis. 8. Sembah sujud kepada ayahanda Drs. Abdullah Rayeuk, M.Si dan Ibunda Salwiyah Abdul Wahab atas dorongan dan kasih sayang serta doa yang tiada henti-hentinya untuk penulis. 9. Isteri tercinta Abidah, ananda tersayang Nasyaya Ulva dan Mohd. Maulana Alvin atas segala doa, dorongan, dan kesabaran serta kebersamaan dalam penantian. 10. Adinda Ir. Fas Nurussalami Abdullah, Ir. Mohd. Agus Nashri Abdullah, M.Si dan Dr. Mars Nashrah Abdullah, abang Drs. Edward Ibrahim serta keponakan-ponakan penulis lainnya, atas doa dan dukungan mereka selama ini. 11. Semua pihak yang telah banyak membantu kelancaran penulisan tesis ini yang tidak bisa disebut satu persatu. Semoga bantuan moril dan spirituil yang telah diberikan untuk penulis, insyaallah diterima oleh Allah SWT dan menjadi amal ibadah di dunia dan di Yaumil Mahsyar kelak, aminn yaa rabball a’lamin. Bogor, Juli 2007 Mohd. Arskadius Abdullah
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Kopelma Darussalam pada tanggal 22 Nopember 1965 sebagai anak pertama dari Ayahanda Drs. Abdullah Rayeuk, M.Si dan Ibunda Salwiyah Abdul Wahab. Tahun 1985 penulis lulus SMA negeri 3 Banda Aceh dan pada tahun yang sama penulis lulus seleksi masuk Universitas Syiah Kuala melalui jalur Ujian Masuk Perguruan Tinggi Negeri (UMPTN). Penulis diterima pada Jurusan Mesin Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala Darussalam Banda Aceh. Pada tahun 2003 penulis diterima di program Pascasarjana IPB pada Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian dengan beasiswa pendidikan Pascasarjana diperoleh dari Departemen Pendidikan Nasional Republik Indonesia (BPPS) dan bantuan subsidi dari PEMDA NAD dan DAAD. Penulis bekerja sebagai staf edukatif pada Jurusan Mesin Produksi-PS di Politeknik Negeri Lhokseumawe Nanggroe Aceh Darussalam sejak tahun 1994 sampai sekarang.
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL ............................................................................................ xi DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xii DAFTAR LAMPIRAN ..................................................................................... xv I
II.
III.
IV
PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah .............................................................. 1.2 Perumusan Masalah .................................................................... 1.3 Tujuan .......................................................................................... 1.4 Hipotesa .......................................................................................
1 2 2 3
TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Traktor Roda Dua ........................................................................ 2.2 Ergonomi ..................................................................................... 2.3 Enjin Diesel .................................................................................. 2.4 Getaran Mekanis ......................................................................... 2.4.1 Sumber Getaran .............................................................. 2.4.2 Rambatan Getaran .......................................................... 2.4.3 Peredam .......................................................................... 2.4.4 Bahan peredam ............................................................... 2.4.5 Sifat karet dan shore ......................................................... 2.4.6 Metode peredam getaran.................................................. 2.4.7 Pertimbangan dalam pemilihan peredam getaran ............ 2.4.8 Pegas Karet dan Neoprene .............................................. 2.5 Jaringan Syaraf Tiruan ................................................................ 2.5.1 Pembelajaran Metode Back Propagation ......................... 2.5.2 Validasi Jaringan Syaraf Tiruan .......................................
4 7 8 9 13 13 15 15 16 18 19 20 22 24 28
METODE PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ...................................................... 3.2 Alat dan Bahan Penelitian ............................................................ 3.3 Metode Penelitian ........................................................................ 3.3.1 Skema Aliran Kerja .......................................................... 3.3.2 Model Jaringan Syaraf Tiruan untuk Pendugaan Getaran 3.3.3 Pemilihan dan Disain Karet Peredam ............................... 3.3.4 Karet Peredam ................................................................. 3.3.5 Posisi Pemasangan Karet Peredam ................................ 3.3.6 Instrumen Pengukur dan Sensor ...................................... 3.3.7 Faktor yang Mempengaruhi Pengukuran.......................... 3.4 Pemodelan dengan Jaringan Syaraf Tiruan ................................. 3.4.1 Skema Aliran Kerja Jaringan Syaraf Tiruan ..................... 3.4.2 Model I Jaringan Syaraf Tiruan......................................... 3.4.3 Model II Jaringan Syaraf Tiruan ........................................
30 30 32 33 33 34 38 39 41 43 44 45 45 46
HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Metode Pengambilan Data .......................................................... 4.2 Penyusunan Model ...................................................................... 4.2.1 Batasan model ................................................................. 4.2.2 Model Jaringan Syaraf Tiruan ..........................................
48 48 53 53
4.2.3 Struktur Jaringan Syaraf Tiruan ....................................... 4.2.4 Model I Jaringan Syaraf Tiruan......................................... 4.2.5 Model II Jaringan Syaraf Tiruan ........................................ Nilai Kekerasan Karet .................................................................. Aplikasi Karet Peredam Getaran .................................................. 4.4.1 Pengaruh Traktor terhadap Getaran ................................. 4.4.2 Pengaruh Kondisi Traktor Terhadap Getaran ................... 4.4.3 Pengaruh Jenis Karet Peredam Terhadap Getaran ........ 4.4.4 Pengaruh Tebal Karet Peredam Terhadap Getaran ........ Analisis Ergonomika .................................................................... 4.5.1 Traktor A ........................................................................... 4.5.2 Traktor B ........................................................................... 4.5.3 Traktor C ..........................................................................
55 55 62 71 72 72 76 81 81 87 100 101 102
SIMPULAN DAN SARAN 5.1 Simpulan ...................................................................................... 5.2 Saran ...........................................................................................
103 103
DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................... LAMPIRAN .....................................................................................................
104 107
4.3 4.4
4.5
DAFTAR TABEL Halaman 1
Variabel pengaruh tubuh terhadap kecepatan getaran ...........................
11
2
Skala ambang persepsi getaran ketidaknyamanan .................................
12
3
Skala getaran ketidaknyaman .................................................................
13
4
Menentukan kekerasan shore menurut penggunaan ..............................
17
5
Kekerasan shore berdasarkan tingkatan (degrees) .................................
18
6
Perkiraan hasil perbandingan kekerasan dengan durometer...................
18
7
Spesifikasi teknik traktor roda dua ...........................................................
31
8
Data training dan data testing yang dipilih berdasarkan putaran enjin (rpm) ...............................................................................................
54
Hasil training percepatan pada sumbu data ukur dan JST model I .........
56
10 Hasil testing percepatan pada sumbu data ukur dan JST model I ..........
59
11 Ketelitian model I JST untuk tiga unit traktor ............................................
62
12 Hasil training percepatan pada sumbu data ukur dan JST model II ........
64
13 Hasil testing percepatan pada sumbu data ukur dan JST model II .........
67
14 Ketelitian model II JST tiga unit traktor.....................................................
70
15 Nilai kekerasan karet peredam (mounting) ..............................................
71
16 Perbandingan kondisi traktor sebelum dan setelah pemasangan karet karet peredam .................................................................................
81
17 Percepatan getaran menggunakan roda karet untuk mengetahui lama waktu pemakaian traktor yang aman...............................................
100
18 Percepatan getaran menggunakan roda besi untuk mengetahui lama waktu pemakaian traktor yang aman...............................................
100
9
DAFTAR GAMBAR Halaman 1
Komponen utama traktor roda dua...........................................................
6
2
Getaran sinusoidal ...................................................................................
9
3
Hubungan antara angka kekerasan durometer dengan modulus elastisitas karet.........................................................................................
20
4
Kerakteristik defleksi pegas karet terhadap berbagai pembebanan.........
21
5
Ilustrasi sederhana jaringan syaraf tiruan ................................................
22
6
Ilustrasi Pembelajaran Backpropagation .................................................
27
7
Skema penelitian model peredam getaran pada traktor roda dua dengan Jaringan Syaraf Tiruan ..............................................................
33
8
Disain penampang karet peredam (mounting) ........................................
35
9
Disain ukuran karet peredam (mounting) ................................................
37
10 Karet ring peredam yang di pasang pada beberapa sambungan komponen traktor roda dua .....................................................................
38
11 Posisi pemasangan karet peredam pada traktor roda dua ......................
40
12 Posisi, arah dan tempat pemasangan karet peredam (mounting) antara enjin penggerak dan rangka depan ..............................................
40
13 Tempat dan posisi pemasangan karet ring peredam ..............................
41
14 Alat ukur putaran motor dan alat ukur getaran serta sensor ....................
42
15 Standar sistem koordinat tangan (ISO 5349-1986 (E)) ...........................
43
16 Penempatan sensor laju getaran pada stang kemudi traktor roda dua ...
43
17 Penyangga pembantu .............................................................................
44
18 Aliran proses Jaringan Syaraf Tiruan (JST) ............................................
45
19 Model I Jaringan Syaraf Tiruan ................................................................
46
20 Model II Jaringan Syaraf Tiruan ...............................................................
47
21 Kondisi dan posisi traktor selama pengambilan data ...............................
48
22 Mean Square Error (MSE) model I ...........................................................
56
23 Percepatan pada sumbu-x data ukur dan JST model I ............................
57
24 Percepatan pada sumbu-y data ukur dan JST model I ............................
58
25 Percepatan pada sumbu-z data ukur dan JST model I ............................
59
26 Percepatan pada sumbu-x data ukur dan JST model I ............................
60
27 Percepatan pada sumbu-y data ukur danJST model I .............................
61
28 Percepatan pada sumbu-z data ukur dan JST model I ............................
62
29 Mean Square Error (MSE) model II ..........................................................
63
30 Percepatan pada sumbu-x data ukur dan JST model II ...........................
65
31 Percepatan pada sumbu-y data ukur dan JST model II ...........................
66
32 Percepatan pada sumbu-z data ukur dan JST model II ..........................
67
33 Percepatan pada sumbu-x data ukur dan JST model II ..........................
68
34 Percepatan pada sumbu-y data ukur dan JST model II ..........................
69
35 Percepatan pada sumbu-z data ukur dan JST model II ..........................
70
36 Kondisi tiga unit traktor memasang karet peredam Ma78 menggunakaroda karet dan roda besi .....................................................
73
37 Kondisi tiga unit traktor memasang karet peredam Mb80 menggunakan roda karet dan roda besi ..................................................
74
38 Kondisi tiga unit traktor memasang karet peredam Ms80 menggunakan roda karet dan roda besi ..................................................
75
39 Pengaruh jenis dan kekerasan karet peredam menggunakan roda karet dan roda besi pada traktor A ..........................................................
83
40 Pengaruh jenis dan kekerasan karet peredam menggunakan roda karet dan roda besi pada traktor B ..........................................................
86
41 Pengaruh jenis dan kekerasan karet peredam menggunakan roda karet dan roda besi pada traktor C ..........................................................
89
42 Pengaruh tebal karet peredam menggunakan roda karet dan roda besi traktor A ............................................................................................
93
43 Pengaruh tebal karet peredam menggunakan roda karet dan roda besi traktor B ...........................................................................................
95
44 Pengaruh tebal karet peredam menggunakan roda karet dan roda besi traktor C ...........................................................................................
97
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1
Tampilan program Jaringan Syaraf Tiruan .............................................
96
2
Foto copy Sertifikat hasil pengujian karet Ma78 .....................................
109
3
Foto copy Sertifikat hasil pengujian karet Mb80 .....................................
110
4
Foto copy Sertifikat hasil pengujian karet Ms80 ......................................
111
5
Hubungan percepatan getaran dengan frekuensi 26,6 Hz untuk Mengetahui batas aman pengguna traktor roda dua A, roda karet .........
118
Hubungan percepatan getaran dengan frekuensi 26,6 Hz untuk mengetahui batas aman pengguna traktor roda dua A, roda besi ..........
119
Hubungan percepatan getaran dengan frekuensi 26,6 Hz untuk mengetahui batas aman pengguna traktor roda dua B, roda karet .........
120
Hubungan percepatan getaran dengan frekuensi 26,6 Hz untuk mengetahui batas aman pengguna traktor roda dua B, roda besi ..........
121
Hubungan percepatan getaran dengan frekuensi 26,6 Hz untuk mengetahui batas aman pengguna traktor roda dua C, roda karet ........
122
10 Hubungan percepatan getaran dengan frekuensi 26,6 Hz untuk mengetahui batas aman pengguna traktor roda dua C, roda besi ..........
123
6 7 8 9
