Prosiding Seminar Nasional Manajemen Teknologi XXII Program Studi MMT-ITS, Surabaya 24 Januari 2015
STUDI KARAKTERISTIK REGENERATIF SHOCK ABSORBER DOUBLE SILINDER HYDRAULIC ACTUATOR DENGAN VARIASI VISKOSITAS OLI Wanda Afnison1 dan Harus Laksana Guntur2 Mahasiswa Program Magister, Jurusan Teknik Mesin Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya, Indonesia1
[email protected] Lab. Sistem Dinamis dan Vibrasi, Institut Teknologi Sepuluh Nopember2
ABSTRAK Menipisnya sumber energi bertolak belakang dengan meningkatnya pemakaian energi tiap tahunnya. Keadaan ini harus diatasi dengan mencari sumber energi baru dan dengan memanfaatkan energi yang terdisipasi dari kendaraan. Pemanfaatan energi terdisipasi pada kendaraan cukup menjanjikan untuk dikembangkan karena masih rendahnya efisiensi kendaraan. Dimana sebesar 62% energi terbuang dalam bentuk panas dan getaran. Salah satu cara memanfaatkan energi ini adalah dengan membuat Regeneratif Shock Absorber (RSA). Regeneratif Shock Absorber adalah tipe shock absorber yang selain mampu meredam getaran kendaraan akibat jalan yang bergelombang tapi juga mampu menghasilkan energi listrik. Pada penelitian ini dilakukan “Studi Karakteristik Regeneratif Shock Absorber Double Silinder Hydraulic Actuator dengan Variasi Viskositas Oli”. Pada studi ini dilakukan variasi viskositas oli yang digunakan sehingga diperoleh respon percepatan masa dan energi bangkitan yang berbeda. Hasil analisa dijadikan acuan dalam pemilihan oli untuk RSA. Penelitian dilakukan di laboratorium vibrasi teknik mesin ITS menggunakan alat uji suspensi (suspension test rig). Dari hasil eksperimen diperoleh data bahwa HEMSA yang menggunakan oli SAE 10 memiliki nilai rms percepatan massa energi tertinggi pada seluruh frekuensi eksitasi. Dimana rms massa energi pada frekuensi 1.4 Hz sebesar 0.018 m/s2, pada frekuensi 1.7 sebesar 0.025 m/s2 dan pada frekuensi 2.2Hz sebesar 0.037 m/s2. Ditinjau dari energi bangkitan yang dihasilkan, HEMSA yang menggunakan oli SAE 10 memiliki energi bangkitan paling besar dengan daya 0.34 watt pada frek 1.4 Hz , 0.65 watt pada frekuensi 1.7 Hz dan 2.30 watt pada frekuensi 2.2Hz. Ditinjau dari faktor kenyamanan pengendara, nilai rms tertinggi HEMSA pada penggunaan masing-masing oli masih dalam kategori “nyaman” dimana rms percepatan tertinggi terjadi pada frekuensi eksitasi 2.2 Hz pada penggunaan oli dengan SAE 10 berada dibawah 0.1 m/s2. Secara keseluruhan dapat disimpulkan penggunaan oli dengan SAE 10 menghasilkan kondisi terbaik bagi karakteristik HEMSA baik ditinjau dari factor kenyamanan maupun energi bangkitan yang dihasilkan. Kata kunci: Regeneratif Shock Absorber, Viskositas, Energi Bangkitan, Suspension Test Rig.
ISBN: 978-602-70604-1-8 C-30-1
Prosiding Seminar Nasional Manajemen Teknologi XXII Program Studi MMT-ITS, Surabaya 24 Januari 2015
PENDAHULUAN Pada penelitian ini dilakukan eksperimen dari Regeneratif Shock Absorber yang menggunakan silinder hidolik dengan perbandingan diameter 30:40. Selang yang digunakan double port, 2 kompressi dan 2 rebound. Gerak translasi aktuator digunakan untuk menggerakkan silinder hidrolik 1. Gerakan silinder hidrolik 1 menjadi menjadi input bagi silinder hidrolik 2, gearbox dan generator. Output generator kemudian disalurkan ke lampu sebagai beban. RSA tipe ini mengadopsi 3 sistem yang bekerja bersama yaitu sistem hidrolik yang diwakili silinder hydrolic (silinder hyrolik 1,2), sistem electric yang diwakili generator DC dan mekanik berupa mekanisme roda gigi. Bedasarkan penggabungan 3 sistem ini, maka RSA ini dinamai Hydrolic Electro Mechanis Shock Absorber (HEMSA). Pada penelitian ini dilakukan variasi penggunaan viskositas oli. Hal ini dilakukan untuk melihat bagaimana pengaruh viskositas oli terhadap kinerja HEMSA. Diharapkan dari hasil penelitian ini diperoleh data yang dapat digunakan sebagai acuan dalam penggunanan oli ideal untuk HEMSA. Ideal disini bermakna suatu kondisi dimana viskositas oli yang digunakan mampu mengoptimalkan kinerja HEMSA, baik ditinjau dari faktor kenyamanan maupun daya yang dihasilkan. Desain konstruksi dari HEMSA dapat dilihat pada gambar berikut:
Gambar 1. Konstruksi Hydraulic Electro Mechanic Shock Absorber (HEMSA) METODE Menentukan Konstanta Redaman Hydraulic Electro Mechanic Shock Absorber Metode pembebanan dilakukan untuk mengetahui nilai dari konstanta redaman HEMSA. Pada HEMSA ada beberapa nilai konstanta redaman yang dapat diperoleh: konstanta redaman hidrolik, elektrik, mekanik dan terakhir nilai konstanta redaman seluruh sistem HEMSA dengan pemasangan external load (lampu). Mekanisme penentuan konstanta redaman viscous dumping Nilai viscous dumping diperoleh dengan memasangkan hydrolik actuator 1 dan 2 pada suspension test rig sesuai gambar dibawah. Untuk pengujian viscous dumping hanya menggunakan dua buah hidrolik aktuator sedangkan perangkat lain seperti mekanisme roda gigi dan generator dilepas sementara. Dalam proses pengujian dilakukan juga penggantian oli tabung hidrolik dengan tingkat kekentalan SAE 10, 20, 30.
ISBN: 978-602-70604-1-8 C-30-2
Prosiding Seminar Nasional Manajemen Teknologi XXII Program Studi MMT-ITS, Surabaya 24 Januari 2015
START
HEMSA, Alat Uji, Massa Uji, Stop Watch, Oli SAE 10,20,30
Pasang HEMSA pada alat uji (Suspenson Test Rig) untuk pengujian Viscous dumping, OLI SAE 10
Massa Holder 28,5 kg Oli SAE n+10 mn=m+5 kg
Fd=m.g
Catat Kecepatan turun massa sprung (V) V=S/t
mn=43,5 kg
Viscous dumping Oli SAE n = 30 (C=Fd/v)
C Viscous untuk oli dengan SAE 10,20,30
END
(a)
(b)
Gambar 2. (a) Mekanisme Pengujian Viscous Dumping, (b) Flowchart Pengujian Viscous Dumping Mekanisme Penentuan Konstanta Redaman Viscous + Friction Dumping Untuk mendapatkan nilai dari friction dumping terlebih dahulu maka harus dipasangkan mekanisme roda gigi yag terhubung dengan tabung hyrolik 2. Nilai friction dumping C friction = C viscous+friction – C viscous . START
HEMSA, Alat Uji, Massa Uji, Stop Watch, Oli SAE 10
Pasang HEMSA pada alat uji (Suspenson Test Rig) untuk pengujian Viscous + Friction dumping
Massa Holder 28,5 kg
mn=m+5 kg
Fd=m.g
Catat Kecepatan turun massa sprung (V) V=S/t
mn=43,5 kg
Viscous + Friction dumping (C=Fd/v)
C Friction = (Viscous+Friction dumping) -C viscous
C Friction
END
(a)
(b)
Gambar 3. (a) Mekanisme Pengujian Friction Dumping, (b) Flowchart Pengujian Friction Dumping
ISBN: 978-602-70604-1-8 C-30-3
Prosiding Seminar Nasional Manajemen Teknologi XXII Program Studi MMT-ITS, Surabaya 24 Januari 2015
Mekanisme Penentuan Konstanta Redaman electric dumping dengan pembebanan lampu START
HEMSA, Alat Uji, Massa Uji, Stop Watch, Oli SAE10 Lampu=20 watt
Pasang HEMSA pada alat uji (Suspenson Test Rig) untuk pengujian Viscous + Friction + Electrical dumping
Massa Holder 28,5 kg
Fd=m.g mn=m+5 kg Catat Kecepatan turun massa sprung (V) V=S/t tidak
mn=43,5 kg ya
C Total dengan beban lampu 20 watt
C Total dengan beban lampu
END
(a)
(b)
Gambar 4. (a) Mekanisme Pengujian Electric Dumping, (b) Flowchart Pengujian Electric Dumping Pengujian Impuls Pengujian Impuls dilakukan untuk mengetahui transient respons dari HEMSA. Berikut mekanisme dan flowchart pengujian: START
HEMSA, Suspension test rig, Osiloscope, Akselerometer, Massa Uji, Oli SAE 10, 20, 30 Beban lampu 20 watt Setting Amplitudo = 2cm, Oli SAE 10, Frekuensi 1,4 Hz
Eksitasi Impuls
Hasil pengukuran (voltase & Arus)
Respon massa uji & energi bangkitan HEMSA menggunakan Oli n = SAE 30 ya Respon massa uji akibat eksitasi impuls
END
(a)
(b)
Gambar 5. (a) Mekanisme Pengujian Impuls, (b) Flowchart Pengujian Impuls ISBN: 978-602-70604-1-8 C-30-4
Oli SAE n+10
tidak
Prosiding Seminar Nasional Manajemen Teknologi XXII Program Studi MMT-ITS, Surabaya 24 Januari 2015
Pengujian Periodik Pengujian periodik dilakukan untuk melihat steady state respons dari sistem. Berikut mekanisme dan flowchart pengujian: START
HEMSA, Suspension test rig, Osiloscope, Akselerometer, Massa Uji, Oli SAE 10,20,30, Beban lampu 20 watt
Setting Amplitudo = 2cm, Oli SAE 10
Setting Frekuensi=1.4 Hz
Eksitasi Periodik
fn=f+0,3 hz
Oli SAE n+10
Hasil pengukuran (voltase & Arus)
tidak fn=2 Hz ya tidak Respon massa uji & energi bangkitan HEMSA menggunakan Oli SAE 30
ya Respon massa uji akibat eksitasi impuls
END
(a) (b) Gambar 5. (a) Mekanisme Pengujian Periodik, (b) Flowchart Pengujian Periodik HASIL DAN DISKUSI Nilai Redaman Dari hasil pengujian diperoleh nilai viscous dumping pada masing-masing oli yang digunakan. Berikut distribusi nilai dari viscous dumping pada masing-masing oli:
v (m/s)
Viscous Dumping Pada Oli SAE 10
-1
Nilai Redaman Oli SAE 10 694 N.s/m C compression 518 N.s/m C rebound 606 N.s/m Cd
y = 670.57x
-0.5
400 300 200 100 0 -100 0 -200 -300 -400 -500
Fd (N)
ISBN: 978-602-70604-1-8 C-30-5
y = 504.07x
0.5
1
Prosiding Seminar Nasional Manajemen Teknologi XXII Program Studi MMT-ITS, Surabaya 24 Januari 2015
Viscous Dumping Pada Oli SAE 20 v (m/s)
400
-1
Nilai Redaman Oli SAE 20 694 N.s/m C compression 518 N.s/m C rebound 606 N.s/m Cd
y = 584.96x
200 0 -0.5
-200
0
0.5
1
-400
y = 787.23x
-600
Fd (N)
v (m/s)
Viscous Dumping Pada Oli SAE 30
-0.4
Nilai Redaman Oli SAE 20 694 N.s/m C compression 518 N.s/m C rebound 606 N.s/m Cd
y = 1164.2x
-0.2
400 300 200 100 0 -100 0 -200 -300 -400 -500
y = 764.42x
0.2
0.4
0.6
Fd (N)
Friction Dumping dan Electric Dumping Untuk nilai electrical dumping dan friction dumping memiliki nilai yang sama pada masing-masing oli. Berikut nilai dari friction dan electrical dumping: Friction Dumping dan Electric Dumping Compression Rebound Cd 232 N.s/m 113 N.s/m 172.5 N.s/m C Friction 476 N.s/m 390 N.s/m 433 N.s/m C Electric
Respon Akibat Eksitasi Impuls Jenis Oli SAE 10 SAE 20 SAE 30
Steady State 0.018 m/s2 0.014 m/s2 0.007 m/s2
ISBN: 978-602-70604-1-8 C-30-6
Prosiding Seminar Nasional Manajemen Teknologi XXII Program Studi MMT-ITS, Surabaya 24 Januari 2015
Respon Akibat Eksitasi Periodik Respon Massa Sprung pada Eksitasi Periodik 1,4 Hz Jenis Oli SAE 10 SAE 20 SAE 30
RMS 0.018 m/s2 0.014 m/s2 0.007 m/s2
Respon Massa Sprung pada Eksitasi Periodik 1,7 Hz Jenis Oli SAE 10 SAE 20 SAE 30
RMS 0.025 m/s2 0.023 m/s2 0.012 m/s2
Respon Massa Sprung pada Eksitasi Periodik 2,2 Hz Jenis Oli SAE 10 SAE 20 SAE 30
RMS 0.037 m/s2 0.034 m/s2 0.021 m/s2
Energi Bangkitan 2.5 2 D A Y A
1.5 1 0.5 0
1.4 Hz 1.7 Hz 2.2 Hz 1.4 Hz 1.7 Hz 2.2 Hz 1.4 Hz 1.7 Hz 2.2 Hz
DAYA (W) 0.3398 0.648
2.292
Oli SAE 10
0
0.3472 1.012 Oli SAE 20
ISBN: 978-602-70604-1-8 C-30-7
0
0.092 Oli SAE 30
0.427
Prosiding Seminar Nasional Manajemen Teknologi XXII Program Studi MMT-ITS, Surabaya 24 Januari 2015
KESIMPULAN Dari hasil eksperimen pada yang dilakukan dapat disimpulkan bahwa Hydraulic Electro Mechanic Shock Absorber (HEMSA) yang menggunakan oli SAE 10 memiliki nilai rms percepatan massa sprung tertinggi dibanding HEMSA dengan oli SAE 20 dan 30 pada seluruh frekuensi eksitasi. Dimana rms massa sprung pada frekuensi 1.4 Hz sebesar 0.018 m/s2, pada frekuensi 1.7 sebesar 0.025 m/s2 dan pada frekuensi 2.2Hz sebesar 0.037 m/s2. Hal ini berkaitan dengan energi bangkitan yang dihasilkan dimana HEMSA dengan rms percepatan massa sprung tertinggi (menggunakan oli SAE 10) memiliki energi bangkitan terbesar pada seluruh frekuensi. Berikut daya bangkitan yang dihasilkan HEMSA menggunakan oli SAE 10 pada masing-masing eksitasi: frekuensi eksitasi 1.4 Hz = 0.34 watt, frekuensi eksitasi 1.7 Hz =0.65 watt, frekuensi eksitasi 2.2Hz = 2.30 watt. Ditinjau dari faktor kenyamanan pengendara, nilai rms tertinggi HEMSA pada penggunaan masing-masing oli masih dalam kategori “nyaman” dimana rms percepatan tertinggi yang terjadi pada frekuensi eksitasi 2.2 Hz pada penggunaan oli dengan SAE 10 masih dibawah 0.1 m/s2 (a rms maks <0.1m/s2). Sehingga secara keseluruhan dapat disimpulkan penggunaan oli dengan SAE 10 menghasilkan kondisi terbaik bagi karakteristik HEMSA baik ditinjau dari factor kenyamanan maupun energi bangkitan yang dihasilkan.
DAFTAR PUSTAKA [1] Anderson, Peter. (2011). ”Global Energy Consumption Due to Friction in Passenger Cars”. VTT Technical Research Centre of Finland, Finland [2] Bou, Liu. (2010). “VEH Damping Sistem”. JiuJiang University, China. [3] Kwon, Chen. (2011). “Modeling Of Vehicle Tube Hydraulic Shock Absorber”. Zheijiang University, China. [4] Laksana Guntur, Harus. (2013). Development and Analysis of a RSA for Vehicle Suspension. JSME Journal of Sistem Design and Dynamics. [5] Li Chuan, dkk. (2013) “Integration of shock absorption and energy harvesting using a hydraulic rectifier”. University of Ottawa, Canada. [6] M. Close, Charles dkk. (2002). ” Modelling and Analysis of Dynamic Sistem”, Hamilton Printing Company,USA. [7] Rao, Singiresu S. (2004). “Mechanical Vibration”. Prentice Hall PTR, Singapore.
[8]
Samantaray,A.K.(2007)
“Modeling and analysis of preloaded spring/damper shock absorbers”. Indian Institute of Technology, India.
ISBN: 978-602-70604-1-8 C-30-8
liquid
