INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

Transkripsi

1 PERANCANGAN LAY OUT DAN ANALISIS DINAMIK BUS TEMPEL TIPE PENDORONG TUGAS SARJANA Diajukan sebagai salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik Oleh Bayu Sandi Aryadi PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK MESIN DAN DIRGANTARA INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008

2 Lembaran Pengesahan Tugas Sarjana Perancangan Lay Out dan Analisis Dinamik Bus Tempel Tipe Pendorong Oleh Bayu Sandi Aryadi Program Studi Teknik Mesin Institut Teknologi Bandung Disetujui pada Tanggal: 14 Februari 2008 Pembimbing Utama Pembimbing Pendamping Ir. Ign. Pulung Nurprasetio, MSME NIP Prof. Dr. Ir. Indra Nurhadi NIP i

3 ABSTRAK Bus tempel atau articulated bus sudah lama diproduksi dan dioperasikan di beberapa negara sebagai moda transportasi massal. Indonesia pun kini tertarik untuk mengoperasikannya untuk mengatasi persoalan transportasi. Meskipun produsen bus di Indonesia kini mulai belajar mengintegrasikan dan memproduksi bus tempel, pemahaman tentang teknologi bus tempel masih kurang. Oleh karena itu, analisis dinamik bus tempel ini bertujuan untuk memperkirakan sifat-sifat dinamik bus tempel serta merumuskan parameterparameter perancangan bus tempel serta pengaruhnya terhadap sifat-sifat dinamik bus tempel. Bus tempel yang akan dipelajari dan dianalisis disini bertipe pendorong yang terdiri atas bus tiga gandar dan bus empat gandar. Tugas sarjana ini dimulai dengan melakukan studi literatur dan menetapkan lay out berdasarkan hasil studi literatur. Analisis dinamik kendaraan dibatasi terhadap lay out yang telah ditetapkan. Analisis dinamik kendaraan ini meliputi penyusunan geometri Ackerman, penyusunan simple handling model, perumusan model matematik dari simple handling model, serta perumusan fungsi transfer dari model matematik. Simulasi dilakukan dengan memberikan input step stir pada fungsi transfer tersebut. Setelah melakukan analisis dinamik terhadap kedua layout, dapat disimpulkan bahwa bus tempel tipe pendorong adalah sistem yang stabil jika gaya traksi tidak terlalu besar atau jika ditambahkan peredam torsional pada sambungan belok. Selain itu, waktu respon bus tiga gandar sedikit lebih cepat daripada bus empat gandar. ii

4 ABSTRACT Articulated bus has been produced and operated by many developed countries as mass rapid transit since long time. Today, Indonesia is also interested to operate it as transportation problem solution. Since bus manufacturer still learn to integrate and produce it, the understanding about articulated bus s technology is not sufficient. Purposes of this analysis based of reasons above are to predict dynamical behavior and to formulate design parameters and their effects to articulated bus dynamic behavior. The scope of analysis is pusher type articulated bus which include three-axles layout and four-axles layout. This final project started with literatures study and articulated bus lay outs arrangement. Vehicle dynamic analysis is limited only for these lay outs. This vehicle dynamic analysis include Ackerman geometry arrangement, simple handling model arrangement, methematical model formulation, and transfer function formulation. Simulations are using step steer input. There are two conclusion from this vehicle dynemic analysis. Pusher type articulated bus is stable system if traction force is small or if tortional damper is added to turntable. Respon time of three axles articulated bus is faster than four axles articulated bus. iii

5 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT karena berkat rahmat-nya penulis dapat menyelesaikan tugas sarjana yang berjudul Perancangan Lay Out dan Analisis Dinamik Bus Tempel Tipe Pendorong. Tugas sarjana ini disusun sebagai salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Mesin dari Institut Teknologi Bandung. Penulis mengucapkan terima kasih kepada berbagai pihak yang telah membantu proses penyusunan tugas sarjana ini. Ucapan terima kasih secara khusus penulis berikan kepada: o Bapak I. Pulung Nurprasetio dan Bapak Indra Nurhadi atas segala bimbingan, bantuan, dorongan, dan petunjuk yang diberikan selama pengerjaan tugas sarjana ini. o Djati Wibowo, Robin, dan David atas diskusinya yang mendalam mengenai tugas sarjana ini. o Dedi Herdis dan Yani Sadiah (Alm), Ayah dan Ibu tercinta atas doanya, restunya, dan kepercayaannya. o Alfita Puspa Handayani sebagai teman dekat sekaligus sahabat yang selalu setia mendengarkan dan memberi semangat o Keluarga Bapak Hudiono atas bantuannya dan kepercayaannya. o Seluruh keluarga besar atas doanya dan bantuannya. Penulis menyadari bahwa tugas sarjana ini belumlah sempurna. Oleh karena itu, saran dan kritik akan penulis terima dengan senang hati. Bandung, 14 Februari 2008 iv

6 DAFTAR ISI LEMBAR PENGESAHAN... i ABSTRAK... ii ABSTRACT... iii KATA PENGANTAR... iv DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR TABEL... ix NOMENKLATUR... x Bab 1 Pendahuluan 1.1 Latar Belakang Tujuan dan Sasaran Metodologi Penyelesaian Persoalan Sistematika Penulisan... 5 Bab 2 Kajian Literatur Analisis Dinamik Bus Tempel Tipe Penarik Empat Gandar 2.1 Geometri Ackerman Perhitungan Parameter pada Model Matematik Gaya Lateral Radius Girasi Koefisien Kekakuan pada Bogie Perumusan Fungsi Transfer Fungsi Transfer Bus Standar Fungsi Transfer Traktor Fungsi Transfer Trailer Tabel Karakteristik Dinamik Respon Dinamik Bus Tempel Kesimpulan Parameter Fungsi Transfer v

7 Bab 3 Perancangan Lay Out dan Perumusan Parameter-parameter Bus Tempel Tipe Pendorong 3.1 Perancangan Layout Bus yang Dijadikan Dasar Pembuatan Lay out Chassis Perbandingan Geometri Ackerman Peredam Pada Sambungan Bus Perkiraan Berat dan Letak Titik Berat Bus Perhitungan Gaya Reaksi Pada Gandar Perumusan Korelasi Sudut Bus Tempel Empat Gandar Bus Tempel Tiga Gandar Bab 4 Analisis Dinamik 4.1 Pemodelan matematik Bus Tempel Perumusan Fungsi Transfer Bus Tipe Pendorong Tanpa Peredam Perumusan Fungsi Transfer Bus Empat Gandar Dengan Peredam Perumusan Fungsi Transfer Bus Tiga Gandar Dengan Peredam Respon Dinamik Bus Tempel Waktu Respon Bus Tempel Analisis Parameter Fungsi Transfer Poles Fungsi Transfer Unit Depan Numerator Fungsi Transfer Unit Depan Poles Fungsi Transfer Unit Belakang Bab 5 Kesimpulan dan Pengembangan Lanjut 5.1 Kesimpulan Pengembangan Lanjut DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN vi

8 DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Lay out dan kondisi berbelok bus tempel tipe penarik (a) dan tipe pendorong (b)... 3 Gambar 2.1 Geometri Ackerman bus standar bus bus tempel empat gandar... 6 Gambar 2.2 Kurva respon kecepatan angular kendaraan kondisi kosong terhadap input step stir pada kecepatan 40 km/h Gambar 2.3 Kurva respon kecepatan angular kendaraan kondisi kosong terhadap input step stir pada kecepatan 100 km/h Gambar 2.4 Kurva respon kecepatan angular kendaraan kondisi penuh terhadap input step stir pada kecepatan 40 km/h Gambar 2.5 Kurva respon kecepatan angular kendaraan kondisi penuh terhadap input step stir pada kecepatan 100 km/h Gambar 3.1 Bus tempel tipe pendorong Mercedes Benz Citaro-G Gambar 3.2 Dimensi jarak antargandar dan overhang bus tempel (atas) dan bus standar (bawah) Gambar 3.3 Dimensi jarak antargandar dan overhang layout 1 (atas) dan layout 2 (bawah) Gambar 3.4 Bus tempel tiga gandar (kiri), bus tempel empat gandar layout 1 (tengah), dan bus tempel empat gandar layout 2 (kanan) Gambar 3.5 Kondisi ekstrim sambungan saat bus tipe pendorong dioperasikan (a) nodding, (b) twisting, (c) bending Gambar 3.6 Konstruksi sambungan bus tempel ATG, Limbo II Pusher Gambar 3.7 Skema peredam pada sambungan (kiri) dan arah gaya pada sambungan (kanan) Gambar 3.8 Penampang chassis Gambar 3.9 Layout chassis bus tempel empat gandar (atas) dan bus tempel tiga gandar (bawah) Gambar 3.10 Gaya reaksi tumpuan pada bus tempel tiga gandar unit depan (atas) dan unit belakang (bawah) vii

9 Gambar 3.11 Letak titik berat pada bus tempel empat gandar (atas) dan bus tempel tiga gandar (bawah) Gambar 3.12 Korelasi sudut bus tempel empat gandar Gambar 3.13 Korelasi sudut bus tempel tiga gandar Gambar 4.1 Simple handling model unit depan (header) Gambar 4.2 Simple handling model unit belakang (pusher) empat gandar Gambar 4.3 Simple handling model unit belakang (pusher) tiga gandar Gambar 4.4 Kurva respon kecepatan angular unit depan bus tempel empat gandar tanpa damper kondisi kosong pada kecepatan 100 km/h Gambar 4.5 Kurva respon kecepatan angular unit depan bus tempel empat gandar kondisi penuh pada kecepatan 35, 60, dan 100 km/h Gambar 4.6 Kurva respon kecepatan angular unit depan bus tempel empat gandar kondisi kosong pada kecepatan 35, 60, dan 100 km/h Gambar 4.7 Kurva respon kecepatan angular unit depan bus tempel tiga gandar kondisi penuh pada kecepatan 35, 60, dan 100 km/h Gambar 4.8 Kurva respon kecepatan angular unit depan bus tempel tiga gandar kondisi penuh pada kecepatan 35, 60, dan 100 km/h Gambar 4.9 Kurva respon kecepatan angular unit belakang bus tempel empat gandar kondisi penuh pada kecepatan 35, 60, dan 100 km/h Gambar 4.10 Kurva respon kecepatan angular unit belakang bus tempel empat gandar kondisi kosong pada kecepatan 35, 60, dan 100 km/h viii

10 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Radius dan Koridor Putar Bus Tempel Tipe Penarik Empat Gandar... 6 Tabel 2.2 Karakteristik Dinamik Kendaraan (Time Domain Spesification) Tabel 3.1 Data Geometri Bus Tempel Tipe Pendorong Tabel 3.2 Sifat-sifat Dinamik Bus Tempel Tipe Pendorong dan Bus Standar Kondisi Kosong pada Kecepatan 100 km/h Tabel 3.3 Berat Lantai, Side Truss, dan Atap pada Bus Standar yang Memiliki Panjang 12 m Tabel 3.4 Berat dan Letak Titik Berat Bus Tempel Empat Gandar Tabel 3.5 Berat dan Letak Titik Berat Bus Tempel Tiga Gandar Tabel 4.1 Nilai Parameter-parameter Bus Tempel Tipe Pendorong Tabel 4.2 Fungsi Transfer, Frekuensi Pribadi, dan Koefisien Redaman Tabel 4.3 Waktu Respon Kecepatan Angular Unit Depan Tabel 4.4 Waktu Respon Kecepatan Angular Unit Belakang ix

11 NOMENKLATUR α: sudut antara sumbu longitudinal unit depan dan unit belakang a: wheelbase unit depan b: rear overhang unit depan a 1, 2 : jarak longitudinal antara titik berat dan gandar depan b 1, 2 : jarak longitudinal antara titik berat dan gandar belakang β 1 : sudut slip unit depan β 2 : sudut slip unit belakang Β 1,2 : sudut slip unit depan dan unit belakang dalam domain Laplace C 1,2 : Gaya lateral pada roda (sebelum perkalian dengan sudut slip) c: front overhang unit belakang c R : koefisien kekakuan roda arah radial c t y : koefisien kekakuan roda arah lateral C T : koefisien redaman pada turntable d: wheelbase unit belakang δ 1 : sudut stir unit depan δ 2 : sudut stir unit belakang Δ 1,2 : sudut stir unit depan dan unit belakang dalam domain Laplace DI: indeks dinamik F y1,2 : gaya lateral pada roda (setelah perkalian dengan sudut slip) F z : gaya normal roda-jalan F t : gaya arah longitudinal pada turntable F t : proyeksi gaya arah longitudinal pada turntable terhadap arah u F T : resultan gaya arah lateral pada telescopic damper γ 1 : gerakan angular unit depan γ 2 : gerakan angular unit belakang g: percepatan gravitasi k: radius girasi k y : konstanta gaya lateral x

12 K T : koefisien kekakuan pada bogie puller L: panjang drawbar pada bogie puller l: panjang bidang kontak roda dan jalan m 1,2 : m i : massa total bus unit depan atau unit belakang massa komponen bus p: jumlah partikel tread R: radius belok kendaraan s y : T T : slip arah lateral t: lebar bus momen redaman pada turntable u: kecepatan kendaraan v: lebar partikel tread roda w: jarak antar-partikel tread roda ω : ω n : kecepatan angular unit depan atau belakang frekuensi natural sistem Ω: kecepatan angular unit depan atau belakang dalam domain Laplace ζ: rasio redaman sistem x : x i : jarak titik berat bus terhadap ujung overhang depan jarak titik berat komponen bus terhadap ujung overhang depan xi