RANCANG BANGUN SEPEDA MULTI GENDER

Transkripsi

1 1 RANCANG BANGUN SEPEDA MULTI GENDER Reinaldi Hendarto dan Prof.Dr.Ing.I Made Londen Batan, M.Eng Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya Abstrak Selain sebagai alat transportasi, sepeda telah menjadi gaya hidup (life style) di kota-kota besar. Kebutuhan konsumen terhadap sepeda menunjukkan tren yang semakin meningkat. Dampak yang ditimbulkan adalah semakin banyak tipe dan model sepeda yang beredar di pasaran. Dari hasil kuisioner yang disebarkan, sepeda yang dapat digunakan oleh laki-laki maupun perempuan perlu dikembangkan. Berdasarkan hal diatas, maka pada penelitian ini dilakukan pengembangan sepeda multi gender (unisex bike). Langkah-langkah penelitian yang dilakukan adalah merancang rangka sepeda, yaitu dengan menghitung kekuatan material secara manual. Evaluasi resiko cedera pengendara, baik laki laki maupun perempuan dilakukan dengan perhitungan RULA (Rapid Upper Limb Assessment). Langkah selanjutnya adalah proses pembuatan dan perakitan rangka sepeda, selanjutnya aksesoris pelengkap sepeda seperti sadel,setang, roda, dsb kemudian dipasang sampai menjadi sebuah sepeda. Sedangkan langkah terakhir adalah uji prototype untuk mengetahui energi kayuh, heart rate, dan tegangan otot kaki pengendara untuk mengayuh sepeda multi gender ini. Hasil yang didapat kemudian dibandingkan dengan hasil percobaan yang sama untuk sepeda kota.dari rancang bangun sepeda multigender ini didapatkan rancangan rangka sepeda yang memiliki berat total 4,9 kg, STA sebesar 66, dan mampu menahan beban sebesar 7 kg, dengan tegangan maksimum berada pada engsel belakang sebesar 3,9 MPa. Perbandingan dengan sepeda kota menunjukkan bahwa sepeda multi gender lebih ringan dikayuh. Hal ini ditunjukkan oleh energi kayuh, heart rate dan tegangan otot kaki pengendara untuk sepeda multi gender yang lebih kecil daripada sepeda kota. Secara prinsip sepeda yang dirancang dan dibuat dapat digunakan oleh pria dan wanita, dengan aman dan ergonomis. Kata kunci: multi gender, aman, ergonomis, energi kayuh, heart rate, I. PENDAHULUAN Sepeda sebagai alat transportasi darat yang murah dan ramah lingkungan, sangat menarik untuk dikembangkan. Selain itu, sepeda banyak dimanfaatkan untuk berbelanja (transportasi umum), transportasi ke tempat kerja, serta telah menjadi gaya hidup (life style) di kota-kota besar. Kebutuhan konsumen terhadap sepeda menunjukkan tren yang semakin meningkat. Dampak yang ditimbulkan adalah semakin banyak tipe dan model sepeda yang beredar di pasaran. Oleh karena itu, menuntut kreatifitas modifikasi dan inovasi dari produsen sepeda. Inovasi baru menjadi salah satu cara agar produk yang dihasilkan dapat bersaing dengan produk lain. Banyak aspek harus terpenuhi yang meliputi antara lain aspek kekuatan, keandalan, kenyamanan, ekonomis dan keindahan. Tetapi harus diingat bahwa suatu desain yang baik adalah desain yang mampu untuk dirakit, diukur, dapat didaur ulang dan mempunyai kemampuan untuk di manufaktur. Sejak tahun 004, Laboratorium Perancangan dan Pengembangan Produk Jurusan Teknik Mesin ITS sudah mengembangkan berbagai jenis sepeda, yakni sebagai berikut. Pada tahun 004 Novi Hari Nugroho merancang dan membuat sepeda ringan dan kuat dengan rangka berbahan aluminium alloy (Al 6061). Berat total sepeda tersebut hanya kg, tetapi belum stabil pada saat dipakai. Material ini sangat ringan, dan kuat untuk menahan beban statik lebih dari 10 kg. Dari dimensi rangka yang sudah ditetapkan berdasarkan keinginan konsumen, ternyata berat rangka sepeda tidak lebih dari 6,669 kg. Pada tahun 00, Ali Safrani dan Komang Gede Nara Utama mengembangkan sepeda fleksibel yang diberi nama flexy bike, yaitu sepeda yang dapat digunakan oleh anak-anak maupun orang dewasa tanpa mengurangi kenyamanan dan keamanannya. Sepeda yang sama kemudian dikembangkan kembali oleh Bachtiar R., Kurniawan P.A., dan Agus Saifullah pada tahun 007 s/d 008. Pada tahun 009, dikembangkan sepeda yang berenergi kayuh kecil oleh Putu Pusparini, Arisandi, dan Tri Laksana. Pengembangan sepeda ini dilaksanakan sampai dengan tahun 0. Pada tahun 011, sepeda fleksibel kembali dikembangkan oleh Soni Heri Wicaksono dan Dinny Harnany. Sepeda ini dapat diubah geometri rangkanya menjadi 3 jenis rangka sepeda yaitu sepeda balap, sepeda gunung dan sepeda santai. Sepeda fleksibel dapat difungsikan menjadi 3 jenis sepeda dan ukuran yang dapat disesuaikan sesuai kebutuhan. Pada tahun 01, Ricky Yudha Perdana dan Dadang Windra merancang rangka sepeda kota dengan metode Design for Assembly sebagai jawaban atas efisiensi desain rangka Nugroho (004). Hasil yang didapatkan dengan metode DFA ini adalah desain efisensi perakitan rangka meningkat, yaitu jumlah komponen rangka berkurang. Seluruh sepeda tersebut dibagi menjadi jenis, yakni sepeda laki laki dan sepeda perempuan. Dewasa ini, jumlah wanita pemakai sepeda di Indonesia semakin meningkat. Namun, kebanyakan dari mereka menggunakan sepeda yang khusus dirancang untuk pria. Hal ini cukup menyulitkan mereka, karena bentuk rangka sepeda pria cenderung horizontal lurus pada

2 bagian top tube-nya. Sedangkan bagi pria, mereka tidak terlalu menyukai bentuk sepeda kota (city bike) yang memiliki kesan feminim, dibandingkan dengan sepeda yang lebih disukai pria yaitu jenis MTB. Untuk mengatasi masalah ini, inovasi perlu dilakukan yaitu dengan membuat konsep sepeda multi gender (Unisex Bike). Unisex Bike adalah sepeda yang dapat digunakan oleh pria dan wanita, karena bentuk geometrinya memenuhi kriteria anatomi tubuh pria maupun wanita. II. METODOLOGI PENELITIAN Tabel 1 Kriteria Sepeda yang diinginkan Responden No Kriteria yang diinginkan Jumlah Responden (80 orang) Angka Prosentase (%) 1 Nyaman dikendarai 69 86, Ringan Ringan 43 3,7 3 Kuat 31 38,7 4 Serbaguna 7, Nyaman dikendarai 0 6 Harga terjangkau 8 B. Rancangan Rangka Berdasarkan hasil kuisioner, didapatkan konsep sepeda terpilih. Namun dalam perancangan rangka sepeda ini, perlu ditambahkan beberapa perubahan desain agar rangka sepeda ini memenuhi kriteria kekuatan material untuk menahan beban (loads) yang diberikan. Untuk melaksanakan hal tersebut, perlu diberikan tabel kriteria dan solusi yang diinginkan responden Tabel Kriteria dan Solusi yang diberikan Namun dalam prakteknya, desain sepeda multi A. Rekapitulasi Kuisioner Gambar 1. Diagram Alir Penelitian III. HASIL DISKUSI Setelah data kuisioner terkumpul, pengolahan data dilakukan untuk mendapat konsep terpilih dengan kriteriakriteria yang ditetapkan responden. Data lengkap ada pada lampiran A. Berikut ini merupakan hasil rekapitulasi kuisioner sepeda multi gender dalam menentukan kriteria sepeda. Kuisioner disebarkan di event CFD Taman Bungkul Surabaya, Kampus ITS, dan Kampus Unair. No Kriteria Solusi 1 Nyaman Evaluasi posisi tubuh pengendara laki-laki dan perempuan ketika berkendara dengan menggunakan metode RULA Ringan Digunakan bahan Alluminium Alloy 6061 yang merupakan bahan yang cukup ringan dibandingkan bahan baja (steel) 3 Kuat Desain tube berupa butted tubing, yakni desain pipa yang menebal pada bagian akhir pipa. Memberikan tambahan pipa (tube) pada bagian head tube rangka rancangan 4 Serbaguna Ditambahkan tempat duduk tambahan pada bagian belakang Ditambahkan tempat barang pada bagian depan Mudah dikendarai Ukuran geometri rangka sepeda disesuaikan dengan bentuk anatomi tubuh pria dan wanita 6 Harga Terjangkau Dalam penelitian ini, aspek nilai ekonomis tidak diperhitungkan karena masih dalam tahap prototipe.

3 3 gender ini tidak dapat diaplikasikan secara keseluruhan. Hal ini dikarenakan pada kenyataannya, sepeda ini diharapkan dapat memenuhi 3 aspek utama desain sepeda, yakni fungsi, tujuan, dan kebutuhan. Sebagai gambaran, untuk fungsi dan tujuan dari desain sepeda ini adalah untuk mempermudah pengendara sepeda wanita untuk menggunakan sepeda ini, oleh karena itu desain sepeda yang terpilih ini, kemudian diperbaiki kembali untuk memenuhi tujuan tersebut. Sedangkan untuk aspek kebutuhan, kriteria yang diinginkan secara umum adalah rangka yang ringan, kuat, dan ergonomis. Untuk memenuhi ketiga aspek ini, maka desain sepeda awal kemudian diperbaiki sedikit, seperti terlihat pada gambar di bawah ini Desain frame sepeda multi gender yang baru ini terdiri dari beberapa bagian umum yang terdapat pada sepeda pada umumnya, yakni head tube, down tube, seat tube, seat stay, dan chain stay. Perbedaan dari sepeda pada umumnya adalah, tidak terdapatnya top tube, dan sebagai gantinya ditambahkan pipa lengkung pada bagian bawah sepeda. Selain itu, pada bagian atas dari down tube ditambahkan penguat yang disambungkan dengan head tube dan down tube. Bahan yang digunakan dalam pembuatan rangka sepeda ini adalah jenis Aluminium Alloys C. Analisa Kekuatan Material Rangka Dalam merancang sepeda, faktor keamanan dari rangka sepeda perlu diperhitungkan agar material dari rangka tersebut mampu menahan beban agar aman digunakan. Sedangkan beban yang terdapat pada sepeda ini ada, yakni, berat pengendara dan berat rangka sepeda itu sendiri. Berat pengendara diasumsikan 7 kg dengan distribusi 1/3 beratnya pada head tube dan /3 pada seat tube (Tri Laksana, 0). Rangka menggunakan bahan Aluminum Alloy 6061 dengan yield strength 41 MPa dan ultimate strength 300 MPa ( Berdasarkan analisa gaya untuk setiap batang, maka nilai gaya pada setiap batang akan didapatkan. Maka tegangan terbesar pada batang dapat diketahui dengan cara memberikan gaya pada bagian yang memiliki luasan terkecil pada batang. Tegangan yang terjadi adalah sebagai berikut Tabel 3 NO Besar Gaya dan Tegangan yang Terjadi pada Tiap Komponen arah y Nama Gaya (N) Jenis Luasan Terkecil (m) 1 T1 470,8 Tekan T 90,006 Tarik T3 4439,33 Tekan T4 30 Tekan Tabel 4 Besar Gaya dan Tegangan yang Terjadi pada Tiap Komponen arah x Tegang an (N/m) , , , ,79 T 0-0, T6 34,87 Tekan ,8 7 T7 17,69 Tekan ,89 8 T T9 36,94 Tekan ,731 T 0,996 Tarik 0, ,9 3 TEGANGAN MAKSIMUM ,6 Gambar Free Body Diagram Rangka Sepeda Keterangan : A H = Titik simpul T 1 T = Gaya pada batang W 1 = gaya berat pengendara (1/3 berat total) W = gaya berat pengendara (/3 berat total) F A = gaya reaksi tumpuan pada head tube F Bx = gaya reaksi tumpuan pada forged end pada arah horisontal F By = gaya reaksi tumpuan pada forged end pada arah vertikal F 1 = gaya normal pada roda depan = gaya normal pada roda belakang F NO Nam a 1 T1 T 3 T3 4 T4 T 6 T6 7 T7 8 T8 9 T9 T Gaya (N) 1, ,8 8 4,7 04, ,36 1 3,6 8 37,38 04, ,39 76,1 30 Jenis Luasan Terkecil (m) Tekan Tekan Tekan Tekan Tekan Tekan Tarik Tarik Tekan Tarik TEGANGAN MAKSIMUM 0, , Tegangan (N/m) , , , , , , , , , , , 7

4 4 Dengan menggunakan metode Maximum Shear Stress Theory (MSST). Perhitungan kekuatan material dengan mempertimbangkan faktor keamanan adalah sebagai berikut : Tegangan Ijin Material : Ssyp = Tegangan Geser Maksimum : S max = = = 3,0 MPa Dari hasil perhitungan pada tabel maka total massa jika ditambahkan massa filler pengelasan (% dari total massa) adalah 4,9 kg. Sedang massa rangka aktual adalah ± 6 kg. D. Pembuatan, Perakitan Rangka, dan Uji Prototipe Proses pembuatan rangka secara umum terdiri dari proses pemotongan pipa dan proses roll bending. Hasil yang akan didapat adalah bagian bagian dari rangka sepeda yang kemudian akan dirakit menjadi sebuah rangka sepeda. Berikut ini merupakan gambar dan tabel yang menggambarkan proses tersebut : Gambar 3 Gambar Sepeda Multi Gender Beserta Bagiannya = 1,33 MPa Berdasarkan uraian di atas, maka dapat diketahui bahwa tegangan geser maksimum (S max) yang terjadi lebih kecil dari pada tegangan ijin material (Ssyp ), sehingga perancangan ini aman. Material yang akan dipakai adalah Aluminium Alloy 6061, yang memiliki density 700 kg / m 3. Maka besarnya berat rangka sepeda dapat dihitung sesuai dengan rumus berikut : W rangka = V (Volum). ρ (Density) (4.1) Tabel Perhitungan massa masing-masing komponen sepeda Bagian Head Down Add. Seat Seat Stay Chain Stay Penguat Down tube Panjan g (mm) D.luar (mm) D.dala m (mm) Jumla h Vol ume (m 3 ) , , , , , , , Massa (kg) 0,49 1, 0,46 0,1 0,78 0,86 Total Massa 4,46 Kg 0, 1 Tabel 6 Proses Manufaktur Bagian Rangka Sepeda Multi Gender No Nama Bagian Rangka Proses Manufaktur Bagian 1 Head Pipe Cutting Down Pipe Cutting kemudian Bending 3 Additional Pipe Cutting kemudian Bending 4 Seat Pipe Cutting Seat Stay Pipe Cutting kemudian Bending 6 Chain Stay Pipe Cutting 7 Bottom Bracket Pipe Cutting kemudian Tap Ulir Proses perakitan rangka adalah proses penggabungan per-part bagian dari rangka sepeda dengan menggunakan metode pengelasan (welding). Sedangkan metode pengelasan yang digunakan adalah Gas Tungsten Arc Welding (GTAW) Pengujian yang akan dilakukan, yaitu meliputi uji kayuh, pengukuran tegangan otot, dan pengukuran posisi tubuh pengendara dengan menggunakan goniometer. Uji kayuh dilakukan dengan variasi kecepatan yang berbeda. Kecepatan yang dijadikan variable percobaan adalah,,,, km/jam Hasil yang didapat untuk uji kayuh adalah energi kayuh yang dihasilkan pengendara sepeda multi gender dengan variasi kecepatan yang berbeda. Sedangkan untuk pengukuran tegangan otot akan menghasilkan selisih tegangan otot pengendara sepeda sebelum dan setelah bersepeda dengan variasi kecepatan yang berbeda. Untuk analisa kenyamanan sepeda, pengukuran posisi tubuh pengendara dilakukan dengan menggunakan goniometer. Sedangkan

5 untuk evaluasi kenyamanan sepeda, dilakukan dengan metode RULA. Pada uraian selanjutnya akan dipaparkan perbandingan hasil pengujian uji kayuh dan pengukuran tegangan otot pada sepeda multi gender dengan sepeda kota yang umum dan sudah digunakan oleh masyarakat. Tujuan dari perbandingan ini adalah untuk mengetahui apakah performansi dari sepeda multi gender sama atau lebih baik dari sepeda kota yang sudah ada Interval Plot of energi kayuh multi gender, energi kayuh kota 9% CI for the Mean Gambar 4 energi kayuh multi gender heart rate multi gender kecepatan (a) kecepatan energi kayuh kota Interval Plot of heart rate multi gender, heart rate kota 9% CI for the Mean teg.otot multi gender (b) kecepatan heart rate kota Interval Plot of teg.otot multi gender, teg.otot kota 9% CI for the Mean teg.otot kota (c) Grafik perbandingan energi kayuh (a), heart rate (b), dan tegangan otot (c) terhadap kecepatan pengendara sepeda multi gender dan sepeda kota Secara umum, terdapat beberapa hal yang mempengaruhi nilai energi kayuh sepeda kota terhadap sepeda multi gender. Yaitu untuk posisi sadel, posisi stang, dan STA (Seat Angle) yang berbeda di antara sepeda ini. Untuk posisi sadel pada sepeda multi gender, letaknya jauh di belakang jika dibandingkan dengan sepeda kota. Sedangkan untuk posisi stang, pada sepeda kota lebih tinggi jika dibandingkan dengan sepeda multi gender. STA yang digunakan pada sepeda kota juga lebih kecil dibandingkan sepeda multi gender. Hal ini menyebabkan pengendara sepeda secara tidak langsung merasakan posisi tubuh yang tidak nyaman ketika mengayuh sepeda. Jarak genggaman tangan dalam memegang stang dengan dudukan yang agak jauh, membuat segmen kaki mendapat beban kerja lebih berat dan segmen tangan tertarik lebih jauh ke depan untuk meraih stang sepeda. Hal ini mengakibatkan beban kerja yang lebih besar, sehingga energi yang dikeluarkan ketika mengayuh lebih besar dibandingkan dengan sepeda multi gender Sedangkan untuk perbandingan Δ tegangan otot (c) yang dihasilkan di antara kedua sepeda ini, sama yakni naik seiring dengan naiknya tingkat kecepatan yang diberikan. Sedangkan untuk perbedaan yang terjadi, yaitu pada tren Δ tegangan otot untuk sepeda kota lebih tinggi dibandingkan sepeda multi gender, meskipun selisih yang dihasilkan tidak terlalu besar. Hal ini dapat dijelaskan karena nilai energi kayuh yang dihasilkan pada percobaan sebelumnya berpengaruh terhadap besar Δ tegangan otot pada percobaan ini. Secara umum, dapat ditarik kesimpulan bahwa semakin kecil energi kayuh yang dikeluarkan pengendara, semakin kecil pula tegangan otot yang dikeluarkan, demikian pula sebaliknya. Inilah yang menyebabkan tren grafik Δ tegangan otot berbanding lurus dengan tren grafik energi kayuh. IV. KESIMPULAN Dari uraian yang telah dilakukan sebelumnya, dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut : 1. Rangka sepeda multi gender memiliki berat total 4,9 kg, dimana sudut STA-nya = 66 dan menggunakan material Alluminium Alloy 6061 dengan yield strength 41 MPa dan ultimate strength 300 MPa. Rangka mampu menahan beban 7 kg dengan tegangan maksimum yang terjadi pada engsel belakang (σ x ) sebesar 3,9 MPa dan pada additional tube (σ y ) sebesar,99 MPa 3. Dari hasil pengujian yang dilakukan, sepeda multi gender dapat digunakan oleh laki-laki maupun perempuan dengan nilai resiko cedera 3-4 pada responden yang berbeda (3 responden dengan nilai 3 dan responden dengan nilai 4) 4. Dari perbandingan dengan sepeda kota energi kayuh, heart rate, dan tegangan otot kaki bernilai lebih kecil Pada grafik di atas tren grafik energi kayuh (a) dan heart rate (b) yang dihasilkan untuk pengendara sepeda kota lebih tinggi daripada pengendara sepeda multi gender.

6 6 UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada seluruh pihak yang telah banyak membantu atas selesainya artikel ini, terutama kepada Prof. Dr. Ing. Ir. I Made Londen Batan, M.Eng selaku dosen pembimbing yang telah banyak memberikan saran dan bimbingan, Ketua Jurusan Teknik Mesin ITS, dosen-dosen Teknik Mesin ITS, dan temanteman terbaik yang ada di kampus perjuangan Teknik Mesin ITS. DAFTAR PUSTAKA [1] Batan, I.M.L., Desain Produk, Surabaya: Guna Widya, 01. [] Dwyer, F., Shaw, A., dan Tombarelli, R., Material and Design Optimization for an Aluminium Bike Frame Worcester Polytechnic Institute 1, 3:37-367, 01 [3] Harnany, D., Analisa Pengaruh STA Terhadap Energi Kayuh dan Kecepatan Spesifik Bagian Kaki Pengendara Pada 3 Jenis Rangka Sepeda Surabaya: Jurusan Teknik Mesin FTI-ITS, 011. [4] Hedge, A., RULA Employee Assessment Worksheet, New York: Cornell University, 000. [] Hibbeler, R.C. Mechanics of Materials, New York: Pearson - Prentice Hall; 7th edition, 008. [6] Nugroho, N.H., Perancangan dan Pembuatan Sepeda Ringan dan Kuat (Sebuah Realisasi Permintaan Konsumen), Surabaya: Jurusan Teknik Mesin FTI- ITS, 004. [7] Nurmianto, E., Ergonomi, Konsep Dasar dan Aplikasinya, Surabaya: Guna Widya, 004. [8] Perdana, R.Y., Perancangan Sepeda Kota (City Bike) dengan Metode DFA Surabaya: Jurusan Teknik Mesin FTI-ITS, 01. [9] Rinaldi, E., Analisa Tingkat Kenyamanan dan Kekuatan Otot Kaki Pengendara Sepeda Santai Surabaya: Jurusan Teknik Mesin FTI-ITS, 01. [] Suhardiman, T.L., Rancang Bangun Rangka Fleksibel Dalam Upaya Optimasi Rangka Sepeda Surabaya: Jurusan Teknik Mesin FTI-ITS, 0. [11] Wicaksono, S.H., Rancang Bangun Rangka Fleksibel untuk Mendesain Sepeda Sport, Mountain, dan Charpy dengan Metode DFA Surabaya: Jurusan Teknik Mesin FTI-ITS, 0. [1] Wilson, D.G., Bicycle Science Massachussets : The MIT Press, 004