1
PERANCANGAN ALAT UJI SISTEM REM DAN DETAIL DRAWING KOMPONEN REM MOBIL MULTIGUNA PEDESAAN Muhammad Habibi dan Harus Laksana Guntur Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail:
[email protected]
Abstrakβ Sistem rem pada kendaraan merupakan faktor penting yang mempengaruhi keamanan dan keselamatan serta kestabilan kendaraan. Dibutuhkan alat uji sistem rem kendaraan full model yang mampu digunakan untuk mengetahui performa dari sistem rem kendaraan secara menyeluruh dan akurat.Alat uji sistem rem kendaraan pada penelitian ini merupakan alat uji sistem rem kendaraan full model dengan skala 1:1 atau digunakan untuk pengujian pengereman kendaraan sebenarnya. Alat uji sistem rem kendaraan dirancang dengan memperhitungkan perancangan fungsi, perancangan struktur, serta perancangan daya yang disesuaikan mendekati kebutuhan kendaraan sebenarnya. Hasil yang didapatkan dari penelitian ini adalah perancangan alat uji sistem rem kendaraaan full model ,dan distribusi pengereman serta gambar detail rem kendaraan. Kata KunciβPerancangan alat uji sistem rem kendaraan full model, perancangan fungsi, (struktur, transmisi daya), distribusi pengereman dan gambar detail rem. .
D
I. PENDAHULUAN
alam industri otomotif, dibutuhkan penelitian dan pengembangan karena permintaan pasar yang berubahubah. Di Indonesia pada khususnya, membutuhkan penelitian dan pengembangan lebih lanjut untuk mampu memproduksi mobil nasional agar Indonesia menjadi lebih mandiri. Sebuah produk mobil dibuat menyesuaikan permintaan pasar. Salah satunya adalah keamanan dan keselamatan serta kestabilan kendaraan saat kendaraan tersebut melakuakan pengereman.. Sistem rem pada kendaraan merupakan faktor penting yang mempengaruhi keamanan dan keselamatan serta kestabilan kendaraan. Sistem rem berfungsi mengurangi putaran roda sampai roda terhenti atau menghentikan kendaraan. Untuk mengembangkan sistem rem hingga sesuai dengan permintaan diperlukan pengujian baik secara langsung pada kendaraan atau pengujian di laboratorium. Sebuah tren yang penting di industri adalah dengan memanfaatkan lebih dalam ruangan tes laboratorium berbasis peralatan. Pengujian di lingkungan laboratorium memungkinkan untuk kontrol yang lebih besar di setiap percobaan[1]. Pada penelitian ini akan dibahas tentang proses perancangan alat uji sistem rem yang aplikasinya akan digunakan untuk menguji pengereman kendaraan. Kendaraan yang dimaksud adalah kendaraan roda empat[2]. penelitian ini disusun dengan menitikberatkan proses perancangan dan pembuatan alat uji sistem rem. Pada artikel ini akan dibahas mengenai tahap-tahap penelitian yang ada pada bagian II.
Pada bagian III, akan dijelaskan lebih lanjut mengenai prinsip kerja alat uji sistem rem dan kajian terdahulu yang menjadi acuan dalam perancangan. Alat uji sistem rem hasil rancangan akan dibahas pada bagian IV. Bagian V adalah kesimpulan dan saran. II. METODOLOGI PENELITIAN A. Tahap kajian Pustaka Pada tahap awal penelitian ini adalah dilakukan studi literature rancang bangun alat uji sistem rem kendaraan serta pengumpulan data-data untuk kebutuhan perhitungan pada perancangan alat uji sistem rem yang bersal dari jurnal maupun penelitian terdahulu. B. Tahap Perancangan Awal Pada tahap kedua ini ide rancangan diolah dan dikembangkan menjadi beberapa alternatif desain. Alternatif desain tersebut kemudian diberikan penilaian dari segi teknis dan ekonomis untuk memutuskan desain mana yang sesuai dengan tuntutan. C. Tahap Perhitungan dan Proses Perancangan Akhir Pada tahapan ketiga ini dilakukan analisa secara teoritis dari mekanisme sistem rem, terutama perhitungan gaya-gaya yang terjadi. Setelah melakukan tahap perhitungan, rancangan awal yang telah dipilih ditinjau ulang dan diberikan ukuran serta material yang tepat. Rancangan tersebut kemudian dibuat gambar tekniknya dan diberikan dimensi secara lengkap untuk keperluan proses permesinan. III. PEMODELAN MATEMATIS Model matematis distribusi dari sistem pengereman dapat dilihat pada gambar 1. dengan menggunakan rumus umum gaya pengereman diantanya [3,4]:
Gambar 1. Distribusi aliran pengereman pada sistem rem
2
1) Brake pedal model
ππππππ . π΄π΄ππππ = ππππππ . π΄π΄ππππ Dimana: = tekana piston silinder (Pa) ππππππ π΄π΄ππππ = luas penampang piston silinder (m) π΄π΄ππππ = Luas piston master silinder (m) = tekanan output master cylinder (Pa) ππππππ 5) Disc brake model
Gambar 2. Free body diagram pedal
πΉπΉππ . ππππ = πΉπΉ ππππππ . ππππ sin ΞΈ ππ Dimana : F pedal = Gaya pedal yang dihasilkan oleh manusia (N) = jarak gaya pedal ke tumpuan (m) ππππ ππππ = Jarak push rod ke tumpuan (m) ΞΈ ππ = Sudut antara push rod terhadap lengan pedal rem πΉπΉ ππππππ = hasil gaya yang didistribusikan dari gaya pedal melalui tumpuan (N) 2) Brake Booster Model
Gambar 6. Free body diagram disc brake
πΉπΉπ΅π΅ = πΉπΉππππ . ππππ
Dimana: ππππππ ππππ πΉπΉπ΅π΅
= tekana piston silinder (Pa) = koefisien gesek disc brake = gaya brake pada disc brake (N)
6) Rem Tromol Model
Gambar 3. Free body diagram booster πΉπΉππππ πΉπΉ ππππππ
=
ππππππππ .π΄π΄π‘π‘π‘π‘ 1
Dimana : = Gaya output boster (N) F ob ππππππππ = tekanan atsmosfer (Pa) = Luas penampang torak booster (m) π΄π΄π‘π‘π‘π‘ πΉπΉ ππππππ = hasil gaya yang didistribusikan dari gaya pedal melalui tumpuan (N) 3) Master cylinder model
Gambar 4. Free body diagram master cylinder
ππππππ =
Dimana: F ob d ms ππππππ
πΉπΉ ππππ
2 0,25 . ππ . ππ ππππ
= Gaya output boster (N) = diameter master cylinder (m) = tekanan output master cylinder (Pa)
4) Kaliper model
Gambar 7. Free body diagram drum brake (tromol)
πΉπΉππ = ππππ . 0,25 . ππ . ππ2 Dimana : Fp = gaya yang menekan pad rem (N) d = diameter wheel silinder tromol (m) Pe = tekanan hidraulik master cylinder (Pa) πΉπΉππππππππππ = ππ. βπ₯π₯ Dimana : F pegas = Gaya pegas (N) k = konstanta kekakuan pegas, dimana k = kN/m βπ₯π₯ = perubahan panjang pegas maksimum (m) Gaya gesek rem tromol/gaya tangensial πΉπΉπ‘π‘ = (πΉπΉππ β πΉπΉππππππππππ ) . ππ Torsi Rem Tromol dapat dirumuskan menjadi ππππππ = οΏ½πΉπΉππ . πποΏ½ β (πΉπΉππππππππππ . ππ) Gaya Pengereman rem tromol 2.ππππππ
πΉπΉππππ = π
π
Gambar 5. Free body diagram pad kaliper
ππππππππ
Analisa distribusi pengereman secara teoritis dilakukan dengan menganalisa gaya vertikal yang bekerja pada roda kendaraan pada saat pengereman dengan muatan. Gaya-gaya yang bekerja pada kendaraan
3
dengan kondisi tersebut dapat dilihat pada free body diagram berikut [5] :
Gambar 8. Free body diagram ditribusi pengereman kendaraan dengan muatan
Gaya vertikal roda depan ππ .ππ +(βππ2+ππ)(πΉπΉππ +ππππ .ππ π‘π‘π‘π‘π‘π‘π‘π‘π‘π‘ 1 ) ππππ = π‘π‘π‘π‘π‘π‘π‘π‘π‘π‘ 2 2 ππ+ππ
Gaya vertikal roda belakang πππ‘π‘π‘π‘π‘π‘π‘π‘π‘π‘ 2 . ππ2 β (βππ2 + ππ)(πΉπΉππ + ππππ . πππ‘π‘π‘π‘π‘π‘π‘π‘π‘π‘ 2 ) ππππ = ππ + ππ Gaya pengereman maksimal depan πππ‘π‘π‘π‘π‘π‘π‘π‘π‘π‘ 2 . Β΅(ππ + β(Β΅ + ππππ )) πΉπΉππππππππππ = ππ + ππ Gaya pengereman maksimal belakang πππ‘π‘π‘π‘π‘π‘π‘π‘π‘π‘ 2 . Β΅(ππ β β(Β΅ + ππππ )) πΉπΉππππππππππ = ππ + ππ
W tot 2 = Berat total (N) = Berat depan kendaraan (N) W f2 = Berat belakang kendaraan (N) W r2 = tinggi CoG terhadap poros roda (m) hr L = Wheelbase kendaraan (m) = jarak CoG terhadap poros roda depan (m) a2 = jarak CoG terhadap poros roda belakang (m) b2 = Berat muatan (N) Wm = Tinggi titik pusat muatan terhadap poros roda (m) hm d = jarak titik pusat muatan dengan poros roda (m) F rf = gaya rolling resistance roda depan (N) = gaya gesek roda depan dengan jalan (N) F ff = gaya rolling resistance roda belakang (N) F rr = gaya gesek roda belakang dengan jalan (N) F fr
Gambar 9. Dimensi umum dan desain perancangan alat uji sistem rem kendaraan
B. Struktur perancangan dan pinsip kerja Tujuan utama alat uji sistem rem ini adalah untuk mengevaluasi pengereman pada kendaraan. Pada gambar 1 adalah schematic konstruksi dari alat uji sistem rem. gambar 2 adalah gambar perancangan alat uji sistem rem. pada alat uji sistem rem terdiri dari beberapa sistem perancangan dengan masing-masing sistem akan mempresentasikan pada keandaraan sesuai kebutuhan pengujian pengereman. gambaran umum dari masing-masing sistem perancangan diantaranya: 1) sistem transmisi daya yang tepat sesuai dengan beban dan keccepatan kendaraan.Sistem transmisi digunakan untuk meneruskan putaran dari engine menuju roda menggunakan engine dengan daya sebesar 63,8 Kwatt dan putaran 1200 rpm .Sistem Transmisi terdiri dari friction Clucth,flywheel, 2 Pulley dan V-belt, Gardan. Tidak hanya itu, antara friction clutch dengan pulley diberikan flywheel. Flywheel mampu mempresentasikan sisa energy kinetis dari badan kendaraan.
IV. HASIL, ANALISA DAN PEMBAHASAN A. Deskripsi umum alat uji sistem rem Gambar 3 adalah gambar dimensi umum dari alat uji sistem rem kendaraan serta memperlihatkan komponen sistem utama dari alat uji sistem remfull model ini adalah sistem penggerak, sistem rem full model dan sistem penahan. sistem penahan bergerak vertikal diarahkan oleh linear guides yang ditekan oleh dongkrak. Sistem penggerak digerakkan dengan menggunakan engine. Sedangkan sistem rem, menggunakan sistem rem yang disesusaikan pada mobil pada umumnya.
Gambar 10. Perancangan sistem penggerak (transmisi daya)
2) Sistem pengereman dengan mempertimbangkan pengereman untuk masing-masing roda dan memungkinkan untuk digunakan pada perancangan. 1 set rem ABS digunakan sebagai sistem dari pengereman. sistem ABS menggunakan sistem 4 chanel 4 wheel speed sensor dan terdiri dari, master cylinder, 2 caliper, modulator, serta sebuah ECU.
4 Beberapa tambahan alat ukur pada alat uji ini adalah penggunaan dynamometer dengan pembacaan inputan berupa grafik daya yang nantinya didapatkan putaran roda, sehingga dari putaran roda tersebut dapat diketahui slip.
Gambar 11.4 channel 4 sensor
Sistem rem ini juga bisa digunakan untuk pengereman LBS yaitu dengan mematikan saklar pada sistem rem ABS.
Gambar 11.perancangan sistem rem
3) Sistem penahan dengan mempertimbangkan beban maksimum tiap axle pada kendaraan serta mempresentasikan profil jalan lurus dan memungkinkan untuk dilakukan perancangan dengan kapasitas tekan dongkrak 2 ton dan koefisien spring 41 n/mm2. Sistem penahan pada Alat Uji Pengereman Kendaraan mempresentasikan profil jalan lurus, mampu menekan serta berputar bersama roda kendaraan serta berfungsi untuk memberikan tekanan yang memperesentasikan dari beban kendaraan pada masing-masing roda dengan pemberikan tekanan yang berbeda.
Gambar 13. Schematic diagram kontruksi alat uji sistem rem
Gambar 12. Perancangan sistem penahan
4) Alat ukur berupa sensor yang digunakan untuk mendukung proses pengambilan data yang terukur pada alat uji sistem rem kendaraan full model. Alat ukur yang digunakan pada alat uji sistem rem ini adalah sensor tekanan (pressure sensor) yang digunakan untuk pengukuran tekanan pengereman yang dipasang pada selang sistem rem, sensor kecepatan (velocity sensor) digunakan untuk pengukuran putaran roda yang dipasang pada masing roda, sensor beban (load sensor) digunakan untuk pengukuran gaya pengereman pada pedal yang diberikan oleh injakan kaki manusia.
Gambar 14. Desain perancangan alat uji sistem rem kendaraan
5 V. KESIMPULAN/RINGKASAN Dari proses perancangan alat uji rem kendaraan full model kendaraan diperoleh hasil, analisa data β data sebagai berikut: 1. alat uji rem kendaraan full model kendaraan dirancang dengan skala 1:1 sesuai kondisi sebenarnya pada kendaraaan, dengan perancangan fungsi pada alat uji sistem rem yang disesuikan untuk kebutuhan pengujian. 2. Sistem penggerak dari alat uji rem kendaraan full model kendaraan menggunakan engine dengan daya sebesar 63,8 Kwatt dan putaran 1200 rpm. Dengan analisa, desain dan pemilihan material sudah memenuhi syarat dalam hal keamanan dimana tegangan yang terjadi pada material tiap komponen sistem penggerak , jauh di bawah batas properties atau tegangan maksimum yang mampu diterima oleh material. 3. Gambar susunan dan gambar details untuk perancangan alat uji rem kendaraan full model kendaraan. DAFTAR PUSTAKA [1] Zhou, Kai. Xudong Wang. Chao Zang. Jian Liu. 2010. Data Acquisition System Based on LabVIEW for ABS Dynamic Simulation Test Stand. China. [2] Wu, Ming-chin. Ming-chang Shih. 2003. Simulated and Experimental Study of Hydraulic Anti-Lock Braking System Using Sliding-Mode PWM Control. Taiwan. [3] Putro Teguh, Gito wicahyo, 2012. βanalisa potensi energy saat terjadi pengereman studi kasus mobil avanzaβ, Teknik Mesin ITS, Surabaya. [4] Febriantio, Devit, 2012 βanalisa pengereman kendaraan pedesaan produk dalam negeriβ, Teknik Mesin ITS, Surabaya,. [5] Sutantra, I Nyoman. 2010. Teknologi Otomotif Edisi Kedua. Teknik Mesin ITS. Surabaya.
