SIDANG TUGAS AKHIR – TM091476
Rancang Bangun Sistem Chassis Kendaraan Pengais Garam Oleh: AGENG PREMANA
2108 100 603
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA
Ketidakseragaman permukaan meja garam Ladang garam yang sangat luas Standart : 98% NaCl
Kualitas di bawah standart
Keterlambatan proses pemanenan Pengangkutan garam ke tempat penampungan sementara
Tenaga manusia & menggunakan alat manual Mengaplikasikan kendaraan pengais salju ke kendaraan pengais garam
Dibutuhkan alat yang bekerja secara cepat, tepat & efisien
Bagaimana rancangan sistem chassis kendaraan pengais garam secara keseluruhan Bagaimana rancangan desain untuk rangka chassis kendaraan pengais garam yang sesuai dengan fungsinya agar mampu menopang beban kerja dan aman Bagaimana mendapatkan suspensi kendaraan pengais garam yang sesuai dengan beban dan dimensi kendaraan Bagaimana memperoleh sistem kemudi kendaraan pengais garam agar pengendara dapat dengan mudah mengendalikan kendaraan pengais garam
Bahan dari rangka kendaraan dianggap tahan terhadap korosi Pengaruh temperatur di ladang garam tidak terlalu signifikan, sehingga bisa diabaikan Kondisi ladang garam dianggap rata Pengaruh tekanan ban terhadap permukaan ladang garam sangat kecil sehingga tidak merusak kontur tanah Sistem pengereman dianggap bekerja dengan sempurna
PERHITUNGAN RANGKA CHASSIS KENDARAAN PENGAIS GARAM Skema Perancangan 1.
2.
Bahan dan Dimensi
Desain Rangka secara riil
Pemodelan Desain Rangka
Software catia V5R14
3. Perhitungan
Analisa Gaya yang terjadi & Momen Inersia
Tegangan Lentur
Tegangan Geser
Tegangan rencana ≤ Tegangan Ijin (aman)
PERHITUNGAN BERAT RANGKA CHASSIS
Berat total rangka = 688,1 N Berat total yang ditopang oleh rangka chassis = 1962 N Berat total keseluruhan :
ANALISA PEMODELAN RANGKA CHASSIS Pemodelan beban yang terjadi pada rangka chassis dengan free body diagram
= Stainless Steel ( profil : 62,5 x 41,5 x 2 mm) • Berat rangka (Wrangka) = 70 kg (686,7 N) • Berat operator (Woperator) = 70 kg (686,7 N) = 18 kg (176,6 N) • Berat mesin (Wmesin) • Berat screw pengais arah vertikal (Wscrew pengais vrtkl) = 40 kg (392,4 N) • Berat screw pengais arah horizontal (Wscrew pengais hrztl) = 40 kg (392,4 N), nilai ini didapatkan dari uji kendaraan pengais garam di ladang garam. • Bahan (profil kotak)
RANGKA CHASSIS BAGIAN RA - RB
vmaks = 59,8 kg (598 N) dan Mmaks = 12857 kg.mm (128570 N.mm)
- Diagram bidang gaya geser bagian RA-RB
- Diagram bidang momen lentur bagian RA-RB 12857 kg.mm
59,8 kg
C
A -10,2 kg
- Momen Inersia (Ix)
- Tegangan lentur maksimum
B
0 kg.mm
A
0 kg.mm
C
B
RANGKA CHASSIS BAGIAN RE - RF
- Diagram bidang gaya geser bagian RE-RF
- Diagram bidang momen lentur bagian RE-RF 65941 kg.mm
9,4 kg
I
G
H 0 kg.mm
-8,6 kg
vmaks = 9,4 kg (94 N) - Tegangan lentur maksimum
G
0 kg.mm
I
F
Mmaks = 65941 kg.mm (659410 N.mm)
RANGKA CHASSIS BAGIAN RG –RH dan RI - RH
- Diagram bidang gaya geser bagian RG-RH dan RI - RH 20 kg
L
J
K
vmaks = 20 kg (200 N)
-20 kg
- Diagram bidang momen lentur bagian RE-RF dan RI - RH 14700 kg.mm
Mmaks = 14700 kg.mm (147000 N.mm)
0 kg.mm
J
L
- Tegangan lentur maksimum
K
Bagian RG-RH Bagian RI-RJ
RANGKA CHASSIS SEBELAH KANAN(reaksi tumpuan pada sumbu roda depan dan belakang)
- Diagram bidang gaya geser rangka chassis sebelah kanan 20 kg
18,3 kg
M
N
O
P
Q
R
vmaks = 59,8 kg (598 N)
-19,3 kg -28,7 kg
-59,8 kg
- Diagram bidang momen lentur rangka chassis sebelah kanan 1872,84 kg.mm 0 kg.mm
174,44 kg.mm
N
M
O
Q
P
-13078,26 kg.mm
- Tegangan lentur maksimum
0 kg.mm
R
-8062,46 kg.mm
Mmaks = 13078,26 kg.mm (130782,6 N.mm)
Dari tabel material properties didapat tegangan luluh (yield stress) untuk stainless steel (Syp) = 85 ksi ≈ 5,8 x 108 Pa, sedangkan untuk safety factor dipilih 3 karena pada rangka chassis ini beban yang diterima adalah beban statis.
Syarat kekuatan :
σmax ≤ σi
1. Rangka dengan tumpuan roda depan dan belakang
2. Rangka bagian RA-RB (karena beban operator)
3. Rangka bagian RE-RF (karena beban mesin)
σmax σmax σmax 1,8 x 107 N/m2 σmax σmax σmax 1,8 x 107 N/m2
σmax σmax σmax 9,42 x 107 N/m2
≤ ≤ ≤ ≤
≤ ≤ ≤ ≤
≤ ≤ ≤ ≤
σi σu / sf 5,8 x 108 Pa / 3 1,93 x 108 N/m2 (aman)
σi σu / sf 5,8 x 108 Pa / 3 1,93 x 108 N/m2 (aman)
σi σu / sf 5,8 x 108 Pa / 3 1,93 x 108 N/m2 (aman)
4. Rangka bagian RG –RH dan RI - RH (karena beban screw pengais arah vertikal dan horizontal) Bagian RG –RH
Bagian RI - RH
σmax σmax σmax 7 2,11 x 10 N/m2 σmax σmax σmax 2,65 x 107 N/m2
σi σu / sf 5,8 x 108 Pa / 3 1,93 x 108 N/m2 (aman)
≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤
σi σu / sf 5,8 x 108 Pa / 3 1,93 x 108 N/m2 (aman)
ANALISA TEGANGAN RANGKA CHASSIS MENGGUNAKAN SOFTWARE CATIA V5 R14 • Untuk mengetahui kekuatan material dari rangka chassis yang riil pada kondisi pembebanan statis maka harus dilakukan pengujian menggunakan perangkat lunak yaitu software Catia V5 R13 Teori yang digunakan dalam menganalisa kegagalan dalam perancangan menggunakan software catia V5 R14 ini menggunakan Distorsion –Energy Theory atau biasa dikenal sebagai von mises criterion • Hasil uji tegangan menggunakan stress von misses
• Hasil uji tegangan menggunakan stress principle
Tegangan maksimum Daerah rawan patah
Tegangan maksimum Daerah rawan patah
• Global estimate error
Data – data untuk material properties : Bahan : stainless steel Yield strength : 2,5 x 108 N/m2 Young Modulus : 2 x 1011 N/m2 Poison ratio : 0,266 Density : 7860 kg/m3
Untuk menyatakan bahwa rangka chassis ini aman untuk digunakan maka : Dari hasil uji tegangan menggunakan teori von misses, terlihat bahwa tegangan maksimum yang terjadi sebesar 4,9 x 107 N/m2 ( di gambar terlihat yang berwarna merah), sedangkan tegangan minimumnya-nya sebesar 49,7488 N/m2 (di gambar terlihat yang berwarna biru) σmax ≤ σi
4,9 x 107 N/m2 ≤ 2,5 x 108 N/m2
(aman)
PERANCANGAN SUSPENSI KENDARAAN PENGAIS GARAM Fungsi suspensi : untuk menjamin kenyamanan kepada pengendara jika kendaraan berjalan pada berbagai jenis permukaan jalan Pegas : untuk mengakomodasi getaran Komponen
Peredam (absorber) : untuk meredam getaran
PERANCANGAN PEGAS SUSPENSI DEPAN 1. Diameter kawat pegas (d)
6. Defleksi total (δtotal) → (40 - 60 mm) (aman)
2. Tegangan geser (τ)
7. Konstanta pegas (k)
3. Tegangan maksimum yg diijinkan (τd) (0,8 : untuk kerja berat)
8. Beban awal terpasang (Wo), Lendutan efektif (δef), lendutan maksimum (H1)
4. Syarat aman kekuatan pegas : τ ≤ τd 43,1 kg/mm2 ≤ 52 kg/mm2 (aman) 5. Jumlah lilitan yang aktif bekerja
digunakan nt = 5
9. Ketinggian pegas yang termampatkan (Hc)
10 . Syarat aman : H1 > Hc 266,7 mm > 81,25 mm (aman) 11. Kelonggaran kawat pada awal terpasang (Cs)
12. Kelonggaran kawat pada saat terjadi lendutan maksimum (C1)
13. Syarat kekakuan pegas saat dibebani akan mengalami tekukan / tidak:
(AMAN)
PERANCANGAN PEGAS DAUN (SUSPENSI BELAKANG) 1. Tegangan ijin (σa)
5. Konstanta pegas (k) Tabel material properties
2. Tegangan yang direncanakan (σ)
6. Syarat aman : k
≥
k req
57,2 N/ mm ≥ 30 N/ mm → (aman) 7. Jarak dari pusat pegas ke pegas yang paling bawah (a) 3. Syarat aman untuk kekuatan pegas : σa ≥ σ 1470 N/mm2 /2 ≥ 612,4 N/mm2 735 N/mm2
≥ 612,4 N/mm2 (aman)
4. Defleksi pada pegas (δ)
PERANCANGAN SISTEM KEMUDI KENDARAAN PENGAIS GARAM Skema Perancangan Pemilihan sistem kemudi
Menentukan letak titik berat
Gaya gesek pada roda
Radius putar maksimum roda
Perancangan mekanisme sistem kemudi bagian bawah
Gaya yang dibutuhkan untuk memutar kemudi
Pemilihan Sistem Kemudi
Tenaga yang digunakan
Jumlah roda yang bergerak
Jenis roda gigi kemudi
Sistem kemudi manual Tipe: rack & pinion
Letak Titik Berat
h
Gaya gesek maksimum yang terjadi pada roda
WB
Wtotal
WA
Radius putar minimum kendaraan
• Sudut belok roda maksimum bagian luar (θo)
• Sudut belok roda maksimum bagian dalam (θi)
Perancangan mekanisme sistem kemudi bagian bawah
a b c d e f γ α 1 2 3 4 5 6 7 8
: : : : : : : : : : : : : : : :
Jarak sumbu roda Jarak antara kedua ujung tie rod Panjang rack shaft Panjang lengan steering knuckle depan Panjang lengan steering knuckle belakang Panjang tie rod Sudut antara lengan steering knuckle belakang dengan sumbu normal roda Sudut antara lengan steering knuckle depan dan belakang Roda Tie rod Rack shaft Lengan steering knuckle depan Lengan steering knuckle belakang Engsel tetap Engsel tidak tetap Ball joint
Dimensi ukuran dari mekanisme sistem kemudi bagian bawah saat kondisi normal (tidak belok)
1. Panjang steering knuckle direncanakan sepanjang 150 mm agar dapat menggunakan roda dengan lebar 320 mm 2. Panjang tie rod dan lengan steering knuckle belakang direncanakan sepanjang 200 mm dan 175 mm 3. Panjang rack shaft sepanjang 394 mm 4. Sudut α direncanakan 18
Analisa batang-batang pada mekanisme sistem kemudi bagian bawah menggunakan cara grafis kinematika batang 1. Roda bagian dalam membentuk sudut 15° dan roda bagian luar 12°
2. Roda bagian dalam membentuk sudut 30° dan roda bagian luar 23°
Gaya total tie rod
Perancangan Tie Rod
Gaya yang timbul pada ujung tie rod = 34,7 kg (diambil dari gaya pada ujung tie rod yang terbesar) Bahan AISI 1040 HR dengan syp (yield strength) = 58 ksi = 400,2 N/mm²
Lanjutan perencanaan tie rod
Safety factor = 2 (karena beban yang terjadi pada steering knuckle adalah beban statis)
Diameter dari tie rod didapatkan = 1,5 mm, maka direncanakan menjadi 15 mm untuk mengantisipasi beban lebih yang belum diketahui pada tie rod
Perancangan sambungan pin tie rod dengan rack shaft
• material yang digunakan baja karbon S 30 C dengan kekuatan tarik = 48 kg/mm² • Safety factor =2 • Gaya yang timbul pada pin = 34,7 kg (340,4 N) (diambil dari gaya pada ujung tie rod yang terbesar) • diameter pin = 1,3 mm, direncanakan menjadi 8 mm untuk mengantisipasi beban lebih yang belum diketahui pada pin
Analisa gaya untuk memutar kemudi
cm
20
• Diameter roda kemudi direncanakan = 350 mm • Diameter pinion = 12 mm (standart ukuran dimensi pinion pada mobil suzuki carry) • Gaya yang dibutuhkan untuk memutar kemudi (FK) = Keterangan : r = Perbandingan antara diameter roda kemudi dengan pinion = 350/12 = 29,2 mm Ftotal = gaya yang bekerja pada tie rod = 52,1 kg Jadi
Kesimpulan 1. Rangka chassis terbuat dari bahan stainless steel dengan bentuk profil kotak, dengan beberapa ukuran dimensi yaitu
62,5 mm x 41,5 mm x 2 mm, 41,5 mm x 41,5 mm x 2 mm dan 41 mm x 41 mm x 2 mm. Berat total dari kendaraan secara keseluruhan dihitung sebesar 3433,5 N, berat ini tidak melebihi dengan yang direncanakan yaitu sebesar 400 kg 2. Jenis suspensi depan yang digunakan yaitu tipe machperson (suspensi pasif/konvensional) dengan menggunakan bahan untuk kawat pegas yaitu baja pegas dengan tipe baja SUP4, diameter kawat pegas ditentukan sebesar 12,5 mm dan jumlah lilitan yang bekerja 5 buah. Sedangkan untuk suspensi belakang menggunakan jenis pegas daun yang terbuat dari steel-55Si2Mn90, jumlah pegas daun yang digunakan sejumlah 9 buah dengan tebal 4,5 mm dan lebar 55 mm. 3. Sistem kemudi menggunakan tipe rack & pinion dengan mekanisme pengerak menggunakan spur gear yaitu satu roda gigi pinion dan satu batang gigi rack , didapatkan radius putar maksimum kendaraan sebesar 2008,1 mm, sudut maksimum roda bagian dalam : 26,6° dan sudut maksimum roda bagian luar sebesar 36°. Bahan tie rod terbuat dari AISI 1040 HR dengan ukuran diameter sebesar 1,5 mm dan direncanakan menjadi 15 mm , sedangkan untuk pin terbuat dari baja karbon S 30 C dengan ukuran diameter 8 mm. Gaya yang dibutuhkan untuk memutar kemudi sebesar 1,8 kg.
Saran 1. Untuk pengembangan lebih lanjut akan lebih baik dilakukan analisa kekuatan rangka berdasarkan pada kondisi beban dinamis serta perancangan sistem otomasi pada mekanisme pengaisan garam yang sesuai dengan kondisi di meja garam. 2. Untuk menjaga agar umur pakai kendaraan pengais garam dapat dipertahankan dalam waktu yang cukup lama dan untuk menjaga keselamatan operator maka hal-hal yang harus diperhatikan yaitu; a. Pergunakan alat sesuai dengan kegunaan dan kapasitasnya. b. Untuk menjaga agar kendaraan ini terhindar dari kerusakan maka harus diperhatikan sistem perawatannya dan dilakukan perawatan secara berkala.
