PENGARUH GETARAN TERHADAP PENUMPANG KENDARAAN Sutarno Abstraction Comfortableness going up the motor vehicle in this time very wantek even sometimes become a compulsion. One of way of creating the comfort is by limiting or lessening effect of vibration grising out, because of vehicle construction, seragginess of road surface, vibration of machine or the other cause. If vibration that happened cause the happening of resonance at organ body, having certain personal frequency boundary, hence will cause the happening of fatigue at the body organ. 1. PENDAHULUAN Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi telah mempengaruhi pengembangan segala produk termasuk diantaranya kendaraan bermotof. Teknologi otomotif telah tumbuh pesat yang mana juga berdampak pertumbuhan teknologi yang terkait diantaranya teknologi material, teknologi perancangan, teknologi energi, teknologi lingkungan, teknologi getaran dan teknologi kebisingan. Kenyamanan kendaraan berkendara menjadi pertimbangan tersendiri dalam pemilihan jenis atau tipe kendaraan. Dengan kemajuan teknologi, khususnya otomotif, banyak penelitian yang dilakukan terus menerus untuk merancang dan membuat kendaraan agar mencapai tingkat kenyamanan yang lebih baik saat dikendarai. Faktor yang sangat berperan dalam perancangan sebuah kendaraan antara lain adalah besarnya getaran yang terjadi saat sebuah kendaraan melaju. Gaya luar yang diterima oleh roda memberi dampak getaran pada sistem suspensi yang kemudian diteruskan kebodi kendaraan dan dirasakan langsung oleh penumpang. 2. PEMODELAN GETARAN KENDARAAN Untuk menganalisa getaran yang diberikan kendaraan kepada penumpangnya ditentukan oleh bagaimana model dinamik kendaraan yang digunakan untuk mempresentasikan getaran dari kendaraan. Model getaran kendaraan menunjukan suatu gambaran tentang interprestasi getaran yang terjadi pada kendaraan. Dibawah ini akan dibahas beberapa model sederhana dari getaran kendaraan. 2.1. Model Dengan Satu Derajat Kebebasan Pada model ini kendaraan dianggap satu rigid bodi yang hanya beban bergetar vertikal. Kekakuan suspensi dan ban begitu redamannya disatukan dengan hubungan seri. 8
M = massa total kendaraan K = kekakuan pegas supensi dan ban C = konstanta redaman suspensi dan ban Y (t) = eksitasi simpangan jalan Y = simpangan massa (M) Gambar 1. Model satu derajat kebebasan 2.2. Model Dengan Dua Derajat Kebebasan Vertikal Pada pemodelan ini kendaraan dianggap terdiri dari dua massa yaitu massa diatas suspensi (sprung massa) dan massa dibawah suspensi (un-sprung massa). Getaran dari kedua massa dianggap hanya vertikal saja. M s = sprung mass M us = unsprung mass K s = kekakuan pegas suspensi K tr = kekakuan pegas dari ban C sh = konstanta redaman suspensi C t = konstanta redaman ban Z 1 = simpangan sprung mass Z 2 = simpangan unsprung mass = Gaya eksitasi dari jalan F (t) Gambar : 2 Model dua derajat kebebasan 9
3. PEMODELAN GETARAN TUBUH MANUSIA Tubuh manusia sebagai penumpang kendaraan biasanya dianggap mempunyai dua kemungkinan posisi yaitu posisi duduk dan posisi berdiri. Untuk posisi duduk maka eksitasi dari kendaraan ke tubuh manusia adalah melalui pantat, sedangkan untuk posisi berdiri eksitasi akan masuk melalui kaki. Yang perlu diperhatikan dalam pengaruh getaran terhadap tubuh manusia adalah frekuensi getaran, percepatan, waktu dan arah getaran. Getaran pada tubuh manusia dapat berupa getaran yang berfrekuensi rendah, sedang dan tinggi. M k = massa kepala M d = massa dada M pe = massa perut M pi = massa pinggul M k = massa kaki M tk = massa telapak kaki M tn = massa tangan K C = konstanta pegas antar organ tubuh = konstanta redaman antar organ tubuh 10
F d(t) = eksitasi untuk posisi duduk F b(t) = eksitasi untuk posisi berdiri Gambar 3. Pemodelan dinamis tubuh manusia 4. PEMODELAN GABUNGAN PENGEMUDI DAN KENDARAAN Untuk dapat menganalisis getaran vertikal yang terjadi pada setiap organ tubuh manusia akibat goyangan dari kendaraan maka diperlukan pemodelan pengemudi dan kendaraan. Getaran dari kendaraan disalurkan ke pinggul pengemudi melalui kekakuan pegas dan konstanta redaman dari tempat duduk. Karena pengemudi menggunakan kaki untuk menginjak gas, rem dan kopling. Maka getaran kendaraan juga masuk ketubuh pengemudi melalui kaki yang dipresentasikan dalam konstanta pegas dan redaman. Pemodelan yang ditunjukan adalah penggabungan dari model kendaraan dengan dua derajat kebebasan vertikal dan angguh serta dengan model getaran tubuh manusia. Gambar 4. Model getaran kendaraan dan pengemudi 5. KENYAMANAN POSISI PENGEMUDI Kualitas kenyamanan tempat duduk yang sangat menentukan posisi duduk pengemudi juga merupakan faktor yang amat penting terhadap kelelahan pengemudi. Jika posisi duduk pengemudi kurang nyaman maka akan dapat mengakibatkan tegangan-tegangan terkosentrasi yang berlebihan pada bagian tubuh akan mempercepat kelelahan pengemudi. Posisi duduk pengemudi yang nyaman dan posisi duduk yang tidak nyaman. 11
Gambar 5. Posisi duduk kemudia yang nyaman Gambar 6. Posisi duduk pengemudi yang tidak nyaman Gambar 7. Posisi rinci dari duduk pengemudi yang nyaman 6. PENGARUH GETARAN PADA TUBUH MANUSIA Untuk mengetahui pengaruh getaran terhadap tubuh manusia adalah frekuensi getaran, percepatan, waktu dan arah getaran. Getaran pada tubuh manusia berupa getaran yang berfrekuensi rendah, sedang dan tinggi. 6.1. Getaran Arah Longitudinal Pada Manusia Impedansi mekanik dari manusia dalam keadaan duduk dan berdiri. Bahwa frekuensi dibawah 2 Hz tubuh akan bersifat seperti massa murni. Resonansi 12
pertama dalam keadaan duduk akan terjadi pada 4 7 Hz, sedangkan pada posisi berdiri resonansi puncak terjadi pada 6 Hz dan 11 Hz. Gambar 8. Impedansi mekanik tubuh manusia dalam posisi duduk dan berdiri yang dikenai getaran longitudinal. Transmisibilitas bagian tubuh manusia yang dikenai getaran longitudinal dalam posisi duduk dan berdiri, bahwa penguatan getaran terjadi pada daerah resonansi pengurangan getaran terjadi pada frekuensi yang lebih tinggi. Pada frekuensi antara 20 30 Hz akan timbul resonansi pada daerah kepala dan bahu manusia. Pada frekuensi ini manusia akan mengalami pengurangan ketajaman penglihatan. Pada frekuensi 60 90 Hz akan sangat mengganggu manusia, karena pada frekuensi ini akan terjadi resonansi pada bola mata. 13
Gambar 9. Transmisibilitas getaran longitudinal pada bagian tubuh pada posisi duduk dan berdiri. 6.2. Getaran Arah Trasversal Pada Manusia Bahwa amplitudo getaran dari pinggul, bahu dan kepala antara 20 30% dari amplitudo meja getar pada frekuensi 1 Hz dan akan berkurang dengan bertambahnya frekuensi. Amplitudo maksimum relatif bahu dan kepala masingmasing timbul pada frekuensi 2 3 Hz. Pada keadaan duduk penguatan pinggul terjadi pada frekuensi 1,5 Hz dan kepala terjadi pada frekuensi 1,3 Hz. Gambar 10. Transmisibilitas getaran tranversal pada beberapa bagian tubuh untuk posisi duduk dan berdiri. 6.3. Getaran Frekuensi Menengah Pada Manusia Getaran frekuensi menengah adalah getaran yang mempunyai frekuensi diatas 100 Hz, yang perlu diperhatikan pada daerah ini adalah jaringan tubuh manusia, misalnya struktur jaringan kepala. 6.4. Getaran Frekuensi Tinggi Pada Manusia. Getaran frekuensi tinggi adalah getaran yang mempunyai frekuensi diatas 100. 000 Hz, frekuensi tinggi sering disebut sebagi frekuensi ultrasonik. Untuk itu perlu diperhatikan pada keadaan ini adalah viscositas jaringan tubuh yang akan mempengaruhi absorbsi energi. Getaran dapat menimbulkan gangguan mekanik, kerusakan mekanik dan tanggapan biologis pada tubuh manusia. Jika tingkat getaran cukup tinggi akan mengganggu kemampuan sensor dan sistem saraf. Selain itu tingkat getaran tinggi akan menimbulkan kerusakan pada organ tubuh 14
manusia, antara lain retak tulang, kerusakan paru-paru dan lainnya. Penyelidiki terhadap manusia menunjukan bahwa percepatan getaran diatas 3 x g (g = 9,81 m/s 2 ) akan menimbulkan sakit pada dada dan percepatan 6 x g dan frekuensi 20 25 Hz selama 15 menit akan menimbulkan kerusakan pada usus, jantung, paruparu, luka otak, sobek sekat dada dan perut. Tanggapan psikologis dapat menimbulkan gangguan pada pernapasan dan kegiatan jantung. Sedangkan tanggapan subyektif pada umumnya mempunyai tiga kriteria, yaiotu ambang penerimaan, ketidak nyamanan dan daya tahan. 7. KESIMPULAN DAN SARAN a. Kesimpulan Dari pembahasan diatas dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut : 1. Dilihat dari grafik transmisibilitas, terlihat bahwa elemen getar yang satu akan mempengaruhi elemen getar lainnya, sehingga berpengaruh terhadap perbesaran yang terjadi. Perbesaran maksimum terjadi antara sistem kendaraan dengan kursi pinggul. Hal ini disebabkan oleh pegas dan peredam yang dipakai di kursi belum mampu mengisolasi secara keseluruhan getaran yang terjadi. 2. Percepatan relatif dan simpangan relatif, semakin besar kecepatan kendaraan semakin besar pula frekuensi relatif yang terjadi, ini berarti kenyamanan makin berkurang b. Saran Untuk mengatasi gangguan yang diakibatkan oleh getaran, dilakukan beberapa cara untuk mengatasinya sebagai berikut : 1. Mengisolasi getaran langsung pada sumber getaran. 2. Mengisolasi manusia untuk mengurangi transmisi getaran. DAFTAR PUSTAKA - Bendat, J.S. and Piersol A.G, Measurement and Analysis of Random Data, John Willy, New York, 1966. - Thomson, WT, Mechanical Vibration With Application Practice Hall, 1981. - Subyanto, M. Dinamika Kendaraan Rel. Bandung, 1981 - Bruch, JT, Mechanical Vibration and Shockmeasurement, Naeroum, 1984. - I. Nyoman Sutantra, Teknologi Otomotif. ITS. 2001. 15