Rancang Bangun Sistem Chassis Kendaraan Pengais Garam

Transkripsi

1 SIDANG TUGAS AKHIR TM Rancang Bangun Sistem Chassis Kendaraan Pengais Garam Oleh: AGENG PREMANA JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA

2 Ladang garam yang sangat luas Standart : 98% NaCl Kualitas di bawah standart Ketidakseragaman permukaan meja garam Keterlambatan proses pemanenan Pengangkutan garam ke tempat penampungan sementara Dibutuhkan alat yang bekerja secara cepat, tepat & efisien Tenaga manusia & menggunakan alat manual Mengaplikasikan kendaraan pengais salju ke kendaraan pengais garam

3 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

4 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

5 PERHITUNGAN RANGKA CHASSIS KENDARAAN PENGAIS GARAM Skema Perancangan Bahan dan Dimensi Pemodelan Desain Rangka Desain Rangka secara riil Software catia V5R14 3. Perhitungan Analisa Gaya yang terjadi & Momen Inersia Tegangan Lentur Tegangan Geser Tegangan rencana Tegangan Ijin (aman)

6 PERHITUNGAN BERAT RANGKA CHASSIS Berat total rangka = 688,1 N Berat total yang ditopang oleh rangka chassis = 1962 N Berat total keseluruhan :

7 ANALISA PEMODELAN RANGKA CHASSIS Pemodelan beban yang terjadi pada rangka chassis dengan free body diagram Bahan (profil kotak) = Stainless Steel ( profil : 62,5 x 41,5 x 2 mm) Berat rangka (W rangka ) = 70 kg (686,7 N) Berat operator (W operator ) = 70 kg (686,7 N) Berat mesin (W mesin ) = 18 kg (176,6 N) Berat screw pengais arah vertikal (W screw pengais vrtkl ) = 40 kg (392,4 N) Berat screw pengais arah horizontal (W screw pengais hrztl ) = 40 kg (392,4 N), nilai ini didapatkan dari uji kendaraan pengais garam di ladang garam.

8 RANGKA CHASSIS BAGIAN R A - R B v maks = 59,8 kg (598 N) dan M maks = kg.mm ( N.mm) - Diagram bidang gaya geser bagian R A -R B - Diagram bidang momen lentur bagian R A -R B 59,8 kg kg.mm A C B 0 kg.mm 0 kg.mm -10,2 kg A C B - Momen Inersia (I x ) - Tegangan lentur maksimum

9 RANGKA CHASSIS BAGIAN R E - R F - Diagram bidang gaya geser bagian R E -R F - Diagram bidang momen lentur bagian R E -R F 9,4 kg kg.mm G I H -8,6 kg 0 kg.mm 0 kg.mm G I F v maks = 9,4 kg (94 N) M maks = kg.mm ( N.mm) - Tegangan lentur maksimum

10 RANGKA CHASSIS BAGIAN R G R H dan R I - R H - Diagram bidang gaya geser bagian R G -R H dan R I - R H 20 kg J L K v maks = 20 kg (200 N) -20 kg - Diagram bidang momen lentur bagian R E -R F dan R I - R H kg.mm 0 kg.mm M maks = kg.mm ( N.mm) J L K - Tegangan lentur maksimum Bagian R G -R H Bagian R I -R J

11 RANGKA CHASSIS SEBELAH KANAN (reaksi tumpuan pada sumbu roda depan dan belakang) - Diagram bidang gaya geser rangka chassis sebelah kanan 18,3 kg 20 kg M N O P Q R v maks = 59,8 kg (598 N) -19,3 kg -59,8 kg -28,7 kg - Diagram bidang momen lentur rangka chassis sebelah kanan 1872,84 kg.mm 0 kg.mm M N O P 174,44 kg.mm Q 0 kg.mm R M maks = 13078,26 kg.mm (130782,6 N.mm) ,26 kg.mm -8062,46 kg.mm - Tegangan lentur maksimum

12 Dari tabel material properties didapat tegangan luluh (yield stress) untuk stainless steel (S yp ) = 85 ksi 5,8 x 10 8 Pa, sedangkan untuk safety factor dipilih 3 karena pada rangka chassis ini beban yang diterima adalah beban statis. Syarat kekuatan : σ max σ i 1. Rangka dengan tumpuan roda depan dan belakang σ max σ i σ max σ u / sf σ max 5,8 x 10 8 Pa / 3 1,8 x 10 7 N/m 2 1,93 x 10 8 N/m 2 (aman) 2. Rangka bagian R A -R B (karena beban operator) σ max σ i σ max σ u / sf σ max 5,8 x 10 8 Pa / 3 1,8 x 10 7 N/m 2 1,93 x 10 8 N/m 2 (aman) 3. Rangka bagian R E -R F (karena beban mesin) σ max σ i σ max σ u / sf σ max 5,8 x 10 8 Pa / 3 9,42 x 10 7 N/m 2 1,93 x 10 8 N/m 2 (aman) 4. Rangka bagian R G R H dan R I - R H (karena beban screw pengais arah vertikal dan horizontal) Bagian R G R H σ max σ i σ max σ u / sf σ max 5,8 x 10 8 Pa / 3 2,11 x 10 7 N/m 2 1,93 x 10 8 N/m 2 (aman) Bagian R I - R H σ max σ i σ max σ u / sf σ max 5,8 x 10 8 Pa / 3 2,65 x 10 7 N/m 2 1,93 x 10 8 N/m 2 (aman)

13 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

14 Global estimate error Data data untuk material properties : Bahan : stainless steel Yield strength : 2,5 x 10 8 N/m 2 Young Modulus : 2 x N/m 2 Poison ratio : 0,266 Density : 7860 kg/m 3 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 10 7 N/m 2 ( di gambar terlihat yang berwarna merah), sedangkan tegangan minimumnya-nya sebesar 49,7488 N/m 2 (di gambar terlihat yang berwarna biru) σ max σ i 4,9 x 10 7 N/m 2 2,5 x 10 8 N/m 2 (aman)

15 PERANCANGAN SUSPENSI KENDARAAN PENGAIS GARAM Fungsi suspensi : untuk menjamin kenyamanan kepada pengendarajika kendaraan berjalan pada berbagai jenis permukaan jalan Komponen Pegas : untuk mengakomodasi getaran Peredam (absorber) : untuk meredam getaran

16 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/mm 2 52 kg/mm 2 (aman) 5. Jumlah lilitan yang aktif bekerja digunakan nt = 5 9. Ketinggian pegas yang termampatkan (Hc)

17 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)

18 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/mm 2 /2 612,4 N/mm N/mm 2 612,4 N/mm 2 (aman) 4. Defleksi pada pegas (δ)

19 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

20 Pemilihan Sistem Kemudi Tenaga yang digunakan Jumlah roda yang bergerak Jenis roda gigi kemudi Sistem kemudi manual Tipe: rack & pinion

21 Letak Titik Berat h Gaya gesek maksimum yang terjadi pada roda W B W total W A

22 Radius putar minimum kendaraan Sudut belok roda maksimum bagian luar (θo) Sudut belok roda maksimum bagian dalam (θi)

23 Perancangan mekanisme sistem kemudi bagian bawah a : Jarak sumbu roda b : Jarak antara kedua ujung tie rod c : Panjang rack shaft d : Panjang lengan steering knuckle depan e : Panjang lengan steering knuckle belakang f : Panjang tie rod γ : Sudut antara lengan steering knuckle belakang dengan sumbu normal roda α : Sudut antara lengan steering knuckle depan dan belakang 1 : Roda 2 : Tie rod 3 : Rack shaft 4 : Lengan steering knuckle depan 5 : Lengan steering knuckle belakang 6 : Engsel tetap 7 : Engsel tidak tetap 8 : Ball joint

24 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

25 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 Roda bagian dalam membentuk sudut 30 dan roda bagian luar 23

26 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

27 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

28 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 (F K ) = 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

29 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.