Kata Kunci : Transmisi, Ratio, Pengereman

Transkripsi

1 1 RANCANG BANGUN DRIVE TRAIN DAN BRAKE SYSTEM PADA KENDARAAN HYBRID RODA TIGA BERNAMA SAPUJAGAD Eko Hardianto dan Prof. Ir. I Nyoman Sutantra M.Sc.,Ph.D. Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya tantra@me.its.ac.id Abstrak Drive Train atau yang lebih dikenal dengan Transmisi kendaraan adalah komponen terangkai pada kendaraan yang bertugas memutus dan mentransmisikan daya dari engine kepada roda lewat serangakaian mekanisme. Sedangkan brake system adalah sebuah mekanisme sistem pengereman yang memiliki komponen seperti tuas rem, kabel hydrolik, master dan caliper yang di dalamnya berisi piston untuk mengentikan cakram pada ban yang sedang berputar yang membuat roda kendaraan berhenti. Pada tugas akhir kali ini akan dilakukan perhitungan pada drive train kendaraan SAPUJAGAD dengan cara perhitungan gaya hambat kendaraan terlebih dahulu yang menggunakan variable aerodinamis, rolling resistance dan tanjakan untuk komponen perhitungannnya, setelah itu baru bisa melakukan tahap pemilihan komponen seperti clutch, gearbox dan sprocket dan rantai berdasarkan perhitungan kebutuhan traksi yang sudah dilakukan. Setelah itu barulah dilakukan fabrikasi dan perakitan komponen drive train. Setelah selesai drive train, barulah dilakukan perhitungan untuk brake system sebagai dasar perancangan dan fabrikasi pengereman seperti tuas rem yang dibuat, kapasitas master dan kaliper yang dipakai dan besar kecilnya cakram. Setelah proses ini dilakukan maka dilanjutkan proses fabrikasi dan perakitan brake system. Hasil yang didapatkan dari tugas akhir ini adalah drive train dan brake system kendaraan SAPUJAGAD yang dirancang berdasarkan perhitungan kebutuhan gaya dorong dan gaya yang digunakan untuk menghentikan kendaraan sehingga dapat ditemukan pemilihan komponen kendaraan yang optimal yang berwujud keamanan komponen drive train overall ratio,gear ratio, serta efisiensi transmisi kendaraan yang dihitung dan brake system pada kendaraan. Kata Kunci : Transmisi, Ratio, Pengereman I. PENDAHULUAN Drive Train atau yang lebih dikenal dengan Transmisi kendaraan adalah komponen terangkai pada kendaraan yang bertugas memutus dan mentransmisikan daya dari engine kepada roda lewat serangakaian mekanisme. Pada perkembangan teknologi di jaman sekarang, marak dibicarakan tentang pentingnya efisiensi dari sebuah kendaraan tentang bahan bakar karena dunia juga menghadapi sebuah fakta yang cukup mengkhawatirkan di masa depan yaitu Menipisnya persediaan sumber daya alam merupakan masalah utama yang dihadapi dunia saat ini. Salah satu penyebab dari hal ini adalah menjamurnya kendaraan yang menggunakan bahan bakar minyak. Di Indonesia, didominasi oleh alat transportasi yang menggunakan bahan bakar bensin dan solar. Sehingga tidak dapat dihindari lagi, dimasa depan Indonesia akan terjadi krisis minyak. Oleh karena itu, diperlukan perhitungan sistem transmisi yang lebih baik untuk meningkatkan kinerja dan performa dari sistem transmisi agar tidak ada energi yang terbuang dan performa kendaraan juga didapat untuk melaju di perkotaan yang juga membuat pengendara kendaraan bisa nyaman dan mendapatkan performa yang lebih baik pada kendaraannya. Untuk itulah pada pembuatan kendaraan SAPUJAGAD ini akan dirancang dan dibuat drive train yang menekankan poin penting dimana daya yang didapat dari mesin bisa ditransmisikan ke roda dengan mempertimbangkan tidak banyaknya energi yang terbuang dan juga mempertimbangkan nyamannya pengendara dengan kinerja drive train yang bisa optimal lewat perancangan yang baik. Kendaraan SAPUAJAGAD ini juga akan dilengkapi dengan teknologi hybrid bahan bakar yaitu bahan bakar aletrnatif bensin, ETHANOL dan motor listrik sebagai penggerak dan juga dilengkapi moda-moda otomatisasi bagi penggunanya demi mengurangi krisis energi dan kampanye ramah lingkungan. Sedangkan brake system adalah sebuah mekanisme sistem pengereman yang memiliki komponen seperti tuas rem, kabel hydrolik, master dan caliper yang di dalamnya berisi piston untuk mengentikan cakram pada ban yang sedang berputar yang membuat roda kendaraan berhenti. Pada kehidupan sehari-hari dimana transportasi sangat penting bagi keberlangsungan kehidupan manusia, keamanan menjadi faktor yang perlu dikritisi dimana ada sebuah alat transportasi manusia yang dinamakan sepeda motor seharusnya menjadi hal yang perlu dikaji lagi karena karena banyaknya jumlah kecelakaan sepeda motor dibandingkan mobil di Indonesia. Menurut artikel yang ditulis Liputan6 tercatat bahwa pada tahun 2009 angka kecelakaan lalu lintas mencapai kasus meningkat dari tahun sebelumnya yang mencapai kasus, dan faktanya 70 persen penyumbang kecelakaan lalu lintas adalah kendaraan roda dua. Hal ini juga dipengaruhi oleh teknologi rem pada sepeda motor yang belum terintegrasi, sehingga diperlukan braking system yang lebih baik untuk alasan keamanan. Maka dalam penciptaan kendaraan SAPUJAGAD ini, akan dirancang dan dibuat

2 2 braking sistem yang terintegrasi demi alasan keamanan pada 6. Setelah memang syarat gaya dorong terpenuhi maka kendaraan SAPUJAGAD sehingga layak untuk dipakai. Pada tugas akhir kali ini akan dilakukan perhitungan pada drive selanjutnya adalh membuat grafik charasteristik perbandingan power dan kecepatan dari rasio-rasio yang telah dirancang train kendaraan SAPUJAGAD yang difokuskan pada yang lebih dikhususkan ke gearbox. pemilihan komponen yang ada di pasaran dengan cara 7. Langkah keenam adalah merancang sistem pengereman yang perhitungan kebutuhan traksi kendaraan terlebih dahulu, dapat dilihat pada setelah itu baru bisa melakukan tahap pemilihan komponen 8. Berikutnya setelah semua proses perhitungan dan perancangan seperti clutch, gearbox dan sprocket dan rantai berdasarkan perhitungan yang dilakukan. Setelah itu baru akan dilakukan selesai dilakukan, dilanjutkan proses fabrikasi dan perakitan sistem transmisi dan sistem pengereman yang telah dirancang. fabrikasi dan perakitan komponen drive train. Setelah selesai 9. Setelah semua proses perancangan dan fabrikasi selesai maka drive train, barulah dilakukan perhitungan untuk brake system sebagai dasar perancangan dan fabrikasi pengereman seperti tuas rem yang dibuat, kapasitas master dan kaliper yang dilakukan pengujian untuk menguji reliability transmisi dan pengereman yang telah dirancang dan difabrikasi.. dipakai dan besar kecilnya cakram. Setelah proses ini dilakukan maka dilanjutkan proses fabrikasi dan perakitan brake system. III. HASIL DISKUSI Gaya Hambat Kendaraan II. METODOLOGI PENELITIAN Ft = Ra + Rr + W a/g + W sin θ (1) Ra = ½ ρ Cd Af (V2) (2) Rr = fr W pada kondisi jalan datar (3) Rr = fr W cos θ pada kondisi tanjakan (4) 1. Pada tahap perancangan sistem transmisi dibutuhkan berapa beban yang ditumpu oleh kendaraan yang diperoleh dari target desainer kendaraan, rancangan body yang aerodinamis dimana kedua hal ini adalah sebagai variabel yang dipakai pada perhitungan gaya hambat kendaraan. Selain itu juga dibutuhkan spesifikasi mesin yang dipakai yang lebih mengarah ke power yang dihasilkan mesin tersebut yang digunakan untuk perhitungan gaya dorong kendaraan. Untuk target beban kendaraan kosong : 200 kg Target beban kendaraan total : 350 kg Desain body : Gambar 1 Desain Body SAPUJAGAD Bodi diatas nantinya dibuat dengan material fiberglass dan memiliki frontal area 1,3 m 2. Analisa yang dilakukan untuk menghitung frontal area tidak dihitung secara kompleks seperti di CFD dan perhitungan gaya hambat aerodinamis nantinya hanya diasumsikan dengan bentuk yang telah ada yang berdasarkan orang yang melakukan eksperimen karena pada analisa saat ini tidak dilakukan eksperimen saat pendesainan bodi. Mesin yang nantinya dipakai pada pada kendaraan ini memakai konsep Hybrid dengan mesin Honda Tiger dan motor listrik yang dipasang pada velg roda belakang kendaraan. 2. Langkah kedua adalah pemilihan komponen velg dan ban dimana dapat dilihat pada Bab II (2.5) 3. Langkah selanjutnya adalah Perhitungan Gaya Hambat Kendaraan yang dapat dilihat pada Proses selanjutnya adalah pemilihan komponen clutch, perancangan komponen gearbox dan perancangan komponen sprocket dan rantai yang nantinya berakhir pada perhitungan gaya dorong kendaraan yang dapat dilihat pada Setelah melalui proses perhitungan gaya hambat dan gaya dorong kendaraan maka harus diperbandingkan bahwa gaya dorong kendaraan lebih besar daripada gaya hambat kendaraan agar efisiensi dan performa kendaraan yang luwes bisa tercapai. Gaya Dorong Kendaraan Ft = T ic ik it μt / r (5) Perhtungan Gear pada gearbox P = F t v => F t = P/v (6) F t = T i c i k i t μ t / r (7) Sehingga P/v = T i c i k i t μ t / r (8) i k = P r / v T i c i t μ t (9) Gaya Pengereman Fb = Tb ΣIαan / r (10) Fb = Wa/g fr Wcos θ + Ra + Wsin θ + Fcg sin β (11) Fbmax = μ W (12) Beban per roda Wf = 1/L( W l2 + h(fb + fr W) (11) Wr = 1/L( W l1 + h(fb + fr W) (12) Mesin yang digunakan : - Engine dengan bahan bakar ethanol : SPESIFIKASI Mesin honda tiger setelah dimodifikasi untuk mendapatkan rasio kopresi yang lebih besar karena bahan bakar ethanol memiliki nilai oktan yang lebih tinggi. Untuk pembahasan detailnya ada di buku Racang Bangun Powerplan Kendaraan Hybrid Roda Tiga bernama SAPUJAGAD karangan Hangga Dwi Perkasa. Tipe mesin: 4 Langkah OHC, pendinginan udara Diameter x langkah:69 x 62,2 mm Volume langkah: 226,43 cc Perbandingan Kompresi: 10,2 : 1 Daya Maksimum: 16,8 PS / RPM Torsi Maksimum: 1,68 kg.m / RPM Kapasitas Minyak Pelumas Mesin: 1,0 liter pada penggantian periodik Kopling Otomatis: Manual, Multiplate Wet Clutch

3 3 Perbandingan gigi penyalur daya pada clutch : Gigi Transmsi: 6 kecepatan Pola Pengoperan Gigi: 1-N Rasio pada gearbox : o Gigi 1 : o Gigi 2 : o Gigi 3 : o Gigi 4 : o Gigi 5 : o Gigi 6 : Starter: Elektrik Starter & Kick Starter Aki: 12 V 26 Ah Busi: ND x 24 EP U9 / DENSO DP8EA-9 Sistem Pengapian: CDI-AC, Magneto Rasio Sprocket and Chain : o Gigi 4 : o Gigi 5 : o Gigi 6 : o Shift Drum Tiger o Tuas Pemindah gigi o Garpu pemindah gigi o Poros gear o Sprocket dan Rantai Honda Tiger: Jumlah gigi depan 13 Jumlah gigi belakang 43 Gambar 6 Sproket dan Rantai Honda Tiger Service factors : 1,3 Pitch Rantai : 0,92 Sprocket teeth factor : 13,5 Center of distance : 36,8 Panjang Rantai : 2 x 36,8 + (13 +43)/2 + (13,5-7)/2 = 104,85 cm Tipe Pelumasan : Oil Stream Lubrication Gambar 2 FBD Modelling Data Komponen yang digunakan Transmisi : Clutch : PENGEREMAN : Tuas rem Panjang lengan batang : 16 cm Panjang lengan tuas penekan : 4 cm Sudut kemiringan = 60 Gaya Input = 50 N Gaya Output = 130 N Gambar 3 Rasio Clutch Tiger Material Kampas : Kevlar / Cast Iron Steel Coefficient of friction for wet transmission : 0,07 Pressure Maximum : 3 Mpa Rasio Clutch : Diameter dalam kampas clutch : 20,02 mm Diameter luar kampas clutch : 27,93 mm T = 2/3 π f pmax ( r 0 3 r i 3 ) = 78,63 Nm (maksimal yang iterima) F = π pmax ( r 0 2 r i 2 ) = 20841,68 Nm (maksimal yang diterima ) Roda Gigi pada Engine : Gambar 7 Tuas Rem Gambar 8 FBD Tuas Rem Gambar 4.19 di atas menjelaskan model perancangan tuas rem dimana menggunkan prinsip momen torsi yaitu gaya dikalikan lengan dan keseimbangan gaya sehingga dengan panjang tuas total 4 cm, ketika diberikan gaya iput 50 N maka output gaya yang dikeluarkan adalah 130 N. Master Rem Gambar 4 Roda gigi Tiger dengan rasio : o Gigi 1 : o Gigi 2 : o Gigi 3 : Gambar 9 Master Rem Kijang

4 4 Diameter input force : 1 cm Diameter output force : 1 cm Gaya Output = 65 N Tabel 1 Perhitungan gaya hambat tanjakan 30 Ra(N) Rr(N) W(N) v(km/jam) θ sin θ cos θ Wsin θ(n) Ft(N) P(hp) 0,65 274, , ,50 0, , ,08 3,71 2,59 274, , ,50 0, , ,02 7,43 5,83 274, , ,50 0, , ,26 11,16 17,53 274, , ,50 0, , ,96 19,46 41,48 274, , ,50 0, , ,91 30,29 87,21 274, , ,50 0, , ,64 44,91 Gambar 10 Konstruksi dalam master rem Caliper Roda depan Diameter input force : 1 cm Diameter output force : 4 cm Gaya Output masing-masing roda depan = 1040 N Gambar 11 Caliper brembo Roda belakang Diameter input force : 1 cm Diameter output force : 6 cm Gaya Output masing-masing roda depan = 2340 N Gambar 12 Caliper roda belakang Kampas Rem Brembo 141,97 274, , ,50 0, , ,40 58,81 219,44 274, , ,50 0, , ,87 75,77 325,21 274, , ,50 0, , ,64 96,65 458,60 274, , ,50 0, , ,03 121,38 Tabel 4.7 di atas menjelaskan perhitungan gaya hambat rolling resistance dengan variabel koefisien rolling resistance (fr) yang diambil dari tabel 2.4, sudut tanjak 30 derajat dan massa maksimum kendaran (W) sehingga bisa dihitung Gaya Hambat Rolling Resistance tanjakan 30 derajat yang menghambat laju kendaraan yang hasilnya bisa dilihat pada tabel di atas. Tabel di atas juga menjelaskan bahwa jumlah gaya hambat total (Ft) yaitu penjumlahan antara gaya hambat aerodinamis dan gaya hambat rolling resistance beserta tanjakan.daya (P) yang dibutuhkan untuk melawan gaya hambat Rolling Resistance tanjakan 30 derajat pun bisa dihitung dengan cara mengalikan Rr dengan kecepatan kendaraan. Ft (N) Grafik Gaya Dorong versus kecepatan Gambar 13 Kampas Rem Material kampas kevlar Piringan Cakram Supra Diameter Cakram : 0,3 m Gambar 14 Cakram Supra gigi 1 gigi 2 gigi 3 gigi 4 v gigi 5 gigi 6 aerodinamis rolling resistance tanjakan 10 tanjakan 5 tanjakan 14 gaya hambat total Gambar 15 Grafik Gaya Dorong Vs Kecepatan

5 5 Berdasarkan Analisa Grafik Gaya Dorong vs Kecepatan dengan perbandingan rasio kecepatan dan gaya hambat kendaraan dijelaskan bahwa kecepatan maksimum yang dapat ditempuh kendaraan adalah 91,25 km/jam dari 6 percepatan yang dimiliki oleh engine, terlihat bahwa 3 gigi terakhir dari engine tidak mampu melawan gaya hambat kendaraan sehingga jika masih dipertahankan 3 gigi tersebut tidak diperlukan lagi untuk dipasang. Selain itu, dari grafik tersebut tanjakan maksimum yang dapat dicapai oleh transmisi ini adalah 13. Sedangkan target sudut tanjak yang harus dicapai oleh kendaraan ini adalah 30 agar bisa melawan tanjakan yang biasa ada di parkiran Mall. Maka itu diperlukan rancang ulang rasio transmisi agar mencapai sudut tanjak yang diinginkan. Perhitungan Racang Ulang Rasio untuk menembus tanjakan Merubah rasio sprocket dari 43/13 menjadi 58/13 2. Merubah rasio gigi 1 dari 28/11 menjadi 40/11 3. Merubah rasio gigi 2 dari 27/16 menjadi 37/14 4. Merubah rasio gigi 3 dari 32/25 menjadi 33/17 5. Merubah rasio gigi 4 dari 25/24 menjadi 29/22 6. Merubah rasio gigi 5 dari 28/31 menjadi 29/31 Perhitungan Brake System Desain komponen pengereman dan gaya yang dihasilkan Hasil Fabrikasi Drive Train dan Brake System Gambar 16 Sproket dan rantai yang sudah terpasang (di dalam engine juga terdapat rasio clutch dan gearbox) Gambar 17 Cylinder yag sudah terpasang pada chasis Gambar 18 Kaliper Roda belakang yang sudah terpasang Tabel 2 Desain Komponen Rem desain komponen rem panjang tuas (m) 0,04 l1(m) 0,03 l2(m) 0,01 gaya input (N) 49,05 gaya output (N) 127,44 diameter input master(m) 0,01 diameter output master(m) 0,01 gaya output master (N) 127,44 gaya input kaliper 1 (N) 33,36 gaya input kaliper 2 (N) 33,36 gaya input kaliper 3 (N) 66,72 diameter input kaliper(m) 0,01 diameter output kaliper(m) 0,06 gaya ouput kaliper 1 (N) 1146,92 gaya output kaliper 2 (N) 1146,92 gaya output kaliper 3 (N) 2293,84 Fbtotal(N) 4587,68 IV. KESIMPULAN 1. Spesifikasi rasio awal pada engine yang dipakai tidak mampu memenuhi kebutuhan sudut tanjak 30 sehingga diperlukan rancang ulang rasio transmisi pada engine dan rantai. 2. Spesifikasi rancangan ulang rasio dimana gigi 1 dapat mencapai sudut tanjak Rasio sprocket dari 43/13 menjadi 58/13 Rasio gigi 1 dari 28/11 menjadi 40/11 Rasio gigi 2 dari 27/16 menjadi 37/14 Rasio gigi 3 dari 32/25 menjadi 33/17 Rasio gigi 4 dari 25/24 menjadi 29/22 Rasio gigi 5 dari 28/31 menjadi 29/31 Rasio gigi 6 dihilangkan dan tidak diperlukan karena tidak mampu melawan gaya hambat normal tanpa tanjakan. 4. Spesifikasi rancangan sistem rem sebagai berikut 5. Tabel 3 spesifikasi komponen rem panjang tuas (m) 0,04 l1(m) 0,03 l2(m) 0,01 diameter input master(m) 0,01

6 6 diameter output master(m) 0,01 diameter input kaliper(m) 0,01 diameter output kaliper(m) 0,06 6. Distribusi gaya pengereman per roda pada roda depan adalah 45% (22,5% roda kiri, 22,5 % roda kanan) sedangkan roda belakang 55%. 7. Ukuran umum cakram yang dipakai berdiameter 30 cm dan kaliper memiliki daya cengkram 3 cm. DAFTAR PUSTAKA 1. Sutantra, I. Nyoman,, Sampurno, Bambang, Teknologi Otomotif Edisi Kedua, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya, Madsen, David A., Engineering Drawing and Design Second Edition, Clackamas Community College, Oregon City, United States, Gritt, Paul S., Brake System 101 Energy Conversion System Seminar, SAE ROADSHOW II a