SKRIPSI
PENGGUNAAN MOTOR LISTRIK SEBAGAI PENGGERAK UNTUK MENGHASILKAN PERUBAHAN RASIO TRANSMISI YANG STABIL PADA ECVT (ELECTRICAL CONTINOUSLY VARIABLE TRANSMISSION)
Oleh : I GEDE HARTAWAN NIM : 1219351014
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK PROGRAM NON REGULER UNIVERSITAS UDAYANA 2015
1
PENGGUNAAN MOTOR LISTRIK SEBAGAI PENGGERAK UNTUK MENGHASILKAN PERUBAHAN RASIO TRANSMISI YANG STABIL PADA ECVT (ELECTRICAL CONTINOUSLY VARIABLE TRANSMISSION) Oleh Dosen Pembimbing
: I Gede Hartawan : Prof. Dr. Ir. I G. B. Wijaya Kusuma : Dr. I Made Widiyarta,ST M.Eng.Sc ABSTRAK
Electrical Continuously Variable Transmission (ECVT) merupakan transmisi otomatis yang metode perubahan diameter pulley dikendalikan oleh Fork Push Belt dengan kombinasi lead screw yang dikendalikan dengan motor DC 12 volt. Permasalahannya adalah perubahan rasio ECVT tidak stabil dan terjadi slip antara belt dan puli yang besar. Dalam skripsi ini digunakan motor listrik 250 watt sebagai penggerak untuk menghasilkan perubahan rasio transmisi yang stabil pada ECVT dengan sistem kontrol menggunakan arduino uno atmega 328. Putaran motor listrik 250 watt direpresentasikan sebagai putaran pada puli primer, serta nilai dari putaran pada puli sekunder, Xp (pergerakan fork screw puli primer), Xs (pergerakan fork screw puli sekunder) dan rasio ideal merupakan parameter set poin untuk pemrograman sistem kontrol. Kontroler yang digunakan close loop system, jadi akan ada koreksi antara data rasio ideal dibandingkan dengan data rasio aktual untuk mencapai rasio yang stabil. Hasil pengujian menunjukkan bahwa perencanaan dan pembuatan Sistem Kontrol pada prototipe ECVT bekerja dengan baik dan pada putaran maksimum diperoleh rasio ECVT sebesar 0,8552 dengan efisiensi slip sebesar 36,73%, efisiensi rasio sebesar 63,27% dan efisiensi torsi sebesar 89,558 %.
Kata Kunci : Electrical Continuously Variable Transmission (ECVT), Rasio Stabil dan Effisiensi Torsi.
2
USE OF ELECTRIC MOTORS AS A DRIVER TO MAKE CHANGES IN STABLE TRANSMISSION RATIO AT ECVT (ELECTRICAL CONTINOUSLY VARIABLE TRANSMISSION) Author Guidance
: I Gede Hartawan : Prof. Dr. Ir. I G. B. Wijaya Kusuma : Dr. I Made Widiyarta,ST M.Eng.Sc
ABSTRACT Electrical Continuously Variable Transmission (ECVT) is an automatic transmission with a pulley diameter change method is controlled by Fork Push Belt and the combination of lead screw driven by a 12 volt DC motor. The problem is the change in the ratio of ECVT unstable and slip between the belt and pulleys are great. In this thesis used 250 watt electric motor as the driving force to generate a stable transmission ratio changes in ECVT with arduino uno control system using atmega 328. 250 watt electric motor rotation is represented as the primary pulley rotation, as well as the value of the rotation on the secondary pulley, Xp (movement primary pulley fork screw), Xs ( movement secondary pulley fork screw), and the ideal ratio is a parameter set points for control system programming. The controller used close loop system, so there will be a correction in the ideal ratio compared to the actual ratio to achieve a stable ratio. The results show that the planning and control system on the prototype ECVT work well and At the maximum rotation obtained ECVT ratio of 0,8552, the slip efficiency of 36,73%, efficiency ratio of 63,27%, and efficiency torque of 89.558 %.
Keyword : Electrical Continuously Variable Transmission (ECVT), Stable Ratio and efficiency torque.
2
3
KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur dipanjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan rahmat-NYA, sehingga penyusunan Skripsi yang berjudul : “ PENGGUNAAN MOTOR LISTRIK SEBAGAI PENGGERAK UNTUK MENGHASILKAN PERUBAHAN RASIO TRANSMISI YANG STABIL PADA ECVT (ELECTRICAL CONTINOUSLY VARIABLE TRANSMISSION) ” dapat diselesaikan dengan baik. Skripsi ini disusun untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan studi strata satu dan memperoleh gelar Sarjana di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Nonreguler Universitas Udayana. Dalam penyusunan Skripsi ini, penulis berusaha menerapkan ilmu yang didapat selama menjalani perkuliahan di Jurusan Teknik Mesin. Kiranya penulis tidak akan mampu menyelesaikan Skripsi ini tanpa bantuan, saran, dukungan dan motivasi dari berbagai pihak. Oleh karena itu penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Prof. I Nyoman Suprapta Winaya, ST, MAsc, Ph.D selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Unversitas Udayana. 2. Prof. Dr. Ir. I G. B. Wijaya Kusuma selaku dosen pembimbing I, yang telah meluangkan waktu, tenaga dan pikiran untuk memberikan ide, arahan, bimbingan dan motivasi selama pengerjaan Skripsi ini. 3. Dr. I Made Widiyarta,ST M.Eng.Sc selaku dosen pembimbing II 4. Si Putu Gede Gunawan Tista ST, MT selaku koordinator Skripsi Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Unversitas Udayana. 5. I Ketut Adi Atmika ST, MT selaku Dosen Pembimbing Akademik. 6. Orang tua Bapak I Nengah Sirnu dan Ibu Ni Nengah Tunas serta adik-adik yang selalu memberikan doa, kesuksesan serta dukungan dalam bentuk apapun.
3
4
7. Teman-teman Jurusan Teknik Mesin Universitas Udayana, dan semua pihak yang telah memberikan bantuan, dukungan, motivasi dan doa kepada penulis selama pengerjaan Skripsi ini. Penulis menyadari sepenuhnya, bahwa Skripsi ini masih jauh dari sempurna, sehingga penulis mengharapkan adanya kritik dan saran dari berbagai pihak, yang dapat mengembangkan Skripsi ini menjadi lebih baik. Semoga Skripsi ini bermanfaat bagi pembaca dan mahasiswa, khususnya mahasiswa Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana.
Denpasar, Agustus 2015
Penulis
4
5
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL…………………………………………………………………i LEMBAR PERSETUJUAN…………………………...…………………………......ii ABSTRAK ..................................................................................................................iii ABSTRACT.................................................................................................................iv KATA PENGANTAR………………………………………………………………..v DAFTAR ISI………………………………………………………...…..………….vii DAFTAR GAMBAR………………………………………………......…………......x DAFTAR TABEL ……………………………………..………………......…….....xii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang………………………………………………..……………1 1.2 Rumusan Masalah……………………………………………………..…...2 1.3 Tujuan Penilitian……………………………………………………..…….3 1.4 Batasan Masalah.…………...…………………………………………..….3 1.5 Manfaat Penelitian……………………………………………………..…..4 1.6 Sistematika Penulisan………………………………………………..…….4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1.Teori Penunjang…………………………………………….…….…….....5 2.1.1 Continuously Variable Transmissions ( CVT )…….……….……...5 2.1.2 Faktor Slip……………….……….………………………………...8 2.1.3 Torsi………….....…………...……..………………………………8 2.1.4 Kontroller……………………….........………….………………….9 2.1.5 Mikrokontroler………………………………….....………………..9 2.1.6 Arduino Board........………………….…………..…………...…....10 2.1.7 Komputer / Notebook.…..........………..……………………....…...11 2.1.8 Software IDE Arduino Board…........………………….……..……12 2.1.9 Sensor Putaran Dengan Rotary Encoder.……………….…….……13 2.1.10 Potensiometer…………………………….…….………………….16 5
6
2.1.11 Driver Motor DC……………………………………………….....17 2.1.12 Motor DC………………………………………...……………….18 2.2.Studi Hasil Penelitian Sebelumnya……..………………………..............19
BAB III METODOLOGI 3.1 Diagram Alir dan Metode Penelitian…………………………….….…….22 3.2 Perencanaan sistem kontrol ECVT untuk perubahan rasio transmisi yang stabil...................................................................................25 3.3 Pembuatan Sistem Kontrol ECVT………………............………….…..…29 3.4. Pengujian Pada Prototipe………………………...………....………..…...31 3.4.1 Peralatan Pengujian…...………………….…………………….…...32
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Sistem Kontrol ECVT ……………………………………..………….….35 4.2 Pemrograman Ardoino Uno atmega 328 pada ECVT.................................38 4.2.1 Sketch Program Arduino Uno atmega 328 pada ECVT....................40 4.3 Hasil Analisa Xp, Xs dan Rasio Ideal pada ECVT ........……...……….…46 4.4. Hasil Pengujian Pada Prototipe ECVT ..………...…...……...…………...50 4.4.1 Hasil data ideal dan data pengujian pada prototipe ECVT …...….....50 4.4.2 Hasil Grafik perbandingan antara pergerakan Fork Screw Xp, Xs ideal dan aktual terhadap waktu…..………..…………….………….52 4.4.3 Hasil Grafik perbandingan antara Rasio Ideal dan Rasio Aktual terhadap waktu pada ECVT untuk menghitung Effisiensi Rasio ECVT …..…………….……..……………………………………....54 4.4.4 Hasil Grafik perbandingan antara RPM Primer dengan RPM sekunder ideal dan aktual pada ECVT................................................55
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan………………………...………………….…………….……58 5.2 Saran............................................................................................................58
6
7
DAFTAR PUSTAKA …………………………………………………...………..…60 LAMPIRAN ………………………………………………………..…………..…...61 PERNYATAAN…………………………………………..…………………………65 LEMBAR ASISTENSI ……………….……………………………………..….…..66 SK SKRIPSI/PEMBIMBING ………..…………………....……………..................70
7
8
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Mekanisme konstruksi umum CVT........................................................6 Gambar 2.2 Mekanisme belt dan puli penggerak pushbelt dari CVT........................7 Gambar 2.3 Illustrasi pengoperasian Belt dan Sheave CVT (Fenton, 1996) .............7 Gambar 2.4 Arduino Board.........................................................................................10 Gambar 2.5 Software IDE Arduino Board………...………………………………...12 Gambar 2.6 Struktur Dasar Bahasa Pemrograman Arduino.......................................13 Gambar 2.7. Blok penyusun rotary encoder……………………..………………………14 Gambar 2.8 Rangkaian tipikal penghasil pulsa pada rotary encoder…………….....15 Gambar 2.9 Sensor Optocuopler…………...………………………………………..15 Gambar 2.10 Konstruksi Rotary Encoder untuk sensor kecepatan……………...….16 Gambar 2.11 Simbol potensiometer……………………..…………….……………16 Gambar 2.12 Bentuk Fisik Potensiometer Tipe Geser (Sliding)………………..….17 Gambar 2.13 Rangkaian Driver Motor DC……………………..…………………..17 Gambar 2.14 Driver Motor DC………………………..……………………………18 Gambar 2.15 Bentuk Fisik dari Motor DC yang dilengkapi dengan Gearbox..……19 Gambar 3.1 Diagram Alir penelitian………..………………………………………23 Gambar 3.2 komponen utama ECVT.........................................................................24 Gambar 3.3 diagram kontrol untuk ECVT……………..…………………………...25 Gambar 3.4 Arduino Uno Board…………………………………………………….…….27 Gambar 3.5 Rangkaian Sensor Ouptocopler.............................................................28 Gambar 3.6 Sensor Ouptocopler................................................................................29 Gambar 3.7 Rotary encoder 16 lubang.......................................................................29 Gambar 3.8 posisi potensio geser pada fork screw.....................................................30 Gambar 3.9 Rangkaian Driver Motor DC……………………………………….….……30 Gambar 3.10 Driver Motor DC…………………………………………………..………..31 Gambar 3.11 Tampilan data digital pada Grafik LCD 128x64 pixel………..……...31 Gambar 3.12 diagram blok pengambilan data ECVT.................................................32 Gambar 3.13 Digital Tachometer...............................................................................33 Gambar 3.14 Digital Multimeter................................................................................33
8
9
Gambar 4.1 Blok diagram sistem kontrol pada ECVT ..............................................36 Gambar 4.2 rangkaian diagram kontrol pada ECVT...................................................36 Gambar 4.3 hasil rangkaian sistem kontrol pada ECVT.............................................37 Gambar 4.4 pembagian threshold data analog sensor potensio geser pada pemrograman……...……………...............................................................................39 Gambar 4.5 LCD 20x4 sebagai tampilan data pada ECVT….....................................39 Gambar 4.6. tampilan header di sketch program arduino uno pada ECVT…………40 Gambar 4.7. sketch setup led, motor driver dan rpm di program arduino uno pada ECVT………………………………………………………………………………..41 Gambar 4.8. sketch loop rpm primer dan sekunder di program arduino uno pada ECVT………………………………………………………………………………..42 Gambar 4.9. sketch loop LCD 20x4 di program arduino uno pada ECVT…………43 Gambar 4.10. sketch loop LED di program arduino uno pada ECVT………………44 Gambar 4.11. sketch loop motor driver dengan sensor posisi di program arduino uno pada ECVT…………………………………………………………………………..45 Gambar 4.12. Grafik Perbandingan rasio ECVT pergerakan Xp dan Xs ideal terhadap waktu (s)………………………………………………………………………….....50 Gambar 4.13.Grafik perbandingan antara pergerakan Fork Screw Xp, Xs ideal dan aktual terhadap waktu (s)………………………..………………………………...............52 Gambar 4.14. Grafik perbandingan antara Rasio Ideal dan Aktual terhadap waktu Pada ECVT..................................................................................................................54 Gambar 4.15. Grafik perbandingan antara RPM Primer dengan RPM sekunder ideal dan aktual pada ECVT................................................................................................56
9
10
DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Jadwal Penelitian……………………………………………..…………..35 Table 4.1 data input pemrograman arduino uno atmega 328 pada ECVT……..…...38 Tabel 4.2 Perbandingan Rasio dengan Xp dan Xs ideal............................................49 Table 4.3 Hasil data Xp, Xs, RPMp, RPMs dan Rasio ideal pada ECVT….............51 Table 4.4 Hasil data Xp, Xs, RPMp, RPMs dan Rasio aktual pada ECVT..….……51 Table 4.5 Hasil data perbandingan waktu ideal dan aktual pada ECVT……..…......53
10
