Desain & Pembuatan Prototipe Light Buggy INFOMATEK Volume 6 Nomor 1 Maret 2004 DESAIN & PEMBUATAN PROTOTIPE LIGHT BUGGY Farid Rizayana Design Center Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Pasundan Abstrak: Light buggy merupakan salah satu jenis dari buggy yang dirancang sesuai kebutuhan kendaraan parawisata. Kendaraan diperuntukan anak-anak usia 8-15 tahun dengan berat badan maksimum 75 kg. Kapasitas yang dimiliki kendaraan ini adalah hanya mampu membawa satu orang penumpang (single seater) dan mampu membawa komponen tambahan seperti sistem transmisi. Jalan yang mampu dilalui oleh kendaraan ini adalah jalan beraspal dan jalan tanah, karena performance dari kendaraan ini sangat terbatas. Adapun komponen utama dari light buggy ini seperti frame, suspensi, sistem kemudi, mesin dan transmisi dan rem. Enam komponen ini sangat penting dan perlu diperhatikan dalam merancang dan membuat kendaraan light buggy. Kata kunci: Ligt Buggy, Solid Model I. PENDAHULUAN Istilah buggy hampir pasti mewakili kendaraan off-road. Termasuk mobil pipa rock crawling (rock buggy) dan kendaraan off-road buggy yang bersifat rekreasi. Meski turunannya berbeda-beda, namun ada kesamaan penting, yakni buggy berakar dari kendaraan home made atau buatan sendiri, dan dibuat khusus untuk medan tertentu. Light buggy yang rancang dan dibuat oleh Design Center Jurusan Teknik Mesin FT-UNPAS dimaksudkan untuk memenuhi kebutuhan akan kendaraan off-road kecil permintaan PT. Pupuk Kaltim. II. PROSEDUR DESAIN Prosedur desain mengikuti pola sebagai berikut: Staf Pengajar Jurusan Mesin FT-Unpas Bdg 1
Infomatek Volume 6 Nomor 1 Maret 2004 : 1-12 2.1. Perencanaan ( Planning ) Pada tahap perencaan tujuannya adalah untuk memahami permasalahan dan dasar peletakan sebagai inti dari proyek desain. Untuk kebanyakan proyek dalam bentuk apapun, tahap pertama adalah membentuk tim desain. Dalam tahap ini tim harus menyelesaikan dua tugas inti; memahami permasalahan dalam desain dan rencana desain. Biasanya, hasil spesifikasi pengembangan akan menentukan bagaimana masalah desain dapat diuraikan menjadi bagian yang lebih kecil, sehingga subproblem desain lebih terkendali, tetapi masalah tersebut kadang-kadang tidak dapat diketahui, dan penguraian desain dapat memperlambat proses desain. 2.2. Konsep Desain ( Conseptual Desain ) Perancang menggunakan hasil dari perencanaan untuk menghasilkan dan mengevaluasi konsep sebuah produk. Dalam menghasilkan konsep, keinginan konsumen merupakan dasar untuk mengembangkan fungsi dari model desain, menggunakan teknik yang dapat menggambarkan bagaimana sebuah produk dapat berfungsi. Tujuan mengevaluasi konsep adalah membandingkan hasil konsep yang dibutuhkan tehadap pengembangan yang lebih detail dan untuk memilih konsep terbaik untuk perbaikan sebuah produk. Teknik untuk menghasilkan dan mengevaluasi sebuah konsep dilakukan secara berulang-ulang. Saat konsep desain dievaluasi, lebih banyak ide yang dihasilkan dan perlu dievaluasi. 2.3. Desain Produk Setelah konsep dihasilkan dan dievaluasi, kemudian dipilih yang terbaik untuk diterapkan pada produk sesungguhnya. Evaluasi dan generasi produk harus sejalan, keduanya membentuk siklus yang berulang-ulang. III. PEMODELAN SOLID Pemodelan solid ini dimaksudkan untuk menuangkan konsep desain yang telah dibuat kedalam bentuk gambar solid sehingga dari pemodelan solid ini dapat mengetahui bentuk, kelebihan dan kekurangan dari desain yang dibuat. Pemodelan light buggy ini menggunakan perangkat lunak CAD (Computer Aided Design). Dalam pembuatan model solid light buggy, penulis membuat beberapa model sebagai alternatif desain dari konsep yang telah dibuat. Model yang dibuat ada tiga buah, dimana setiap model desain memiliki kekurangan dan kelebihan. Antara desain alternatif 1 dan 2 bentuknya tidak jauh berbeda, tetapi perbedaanya terdapat pada frame utama. Dimana frame utama desain 2 lebih sederhana dibandingkan dengan desain 2. Sedangkan untuk desain alternatif 3 perbedaannya terletak pada frame utama dan suspensi depan. 2
Desain & Pembuatan Prototipe Light Buggy Untuk lebih jelas mengenai model yang dibuat lihat Gambar 1, 2 dan 3. Gambar 3 Alternatif desain Light buggy 3 Kelebihan Kekurangan 1. Frame dapat lepas pasang 1.Kontruksi frame agak rumit Gambar 1 Alternatif desain Light buggy 1 Desain 1 2. Biaya produksi lebih murah 3.Pendaraan ini ringan karena menggunakan pipa ukuran diameter 0.5 inci 2.performancenya kurang baik 3.Steer yang berat pada saat mengemudi karena menggunakan bell crank 1. Frame dapat lepas pasang 1. Steer yang berat pada saat dan kontruksinya lebih seder- mengemudi karena menggu- Desain 2 hana dibandingkan desain 2. Biaya produksi murah 3. Kendaraan ini sangat nakan bell crank 2. performancenya kurang baik ringan karena menggunakan pipa ukuran diameter 0.5 inci 1. Kontruksi frame sangat 1. Biaya produksi lebih mahal seder-hana 2. Frame tidak dapat dilepas Desain 3 2. Kendaraan ini sangat licah karena ukurannya yang kecil 3. Performancenya lebih baik pasang 3. Kendaraan ini lebih berat karena ukuran pipa yang dibandingkan dengan desain digunakan diameter 0.75 inci. 1 dan 2 Gambar 2 Alternatif desain Light buggy 2 IV. PEMILIHAN DESAIN Sebagai bahan pertimbangan, berdasarkan kekurangan dan kelebihan dari masing-masing 3
Infomatek Volume 6 Nomor 1 Maret 2004 : 1-12 desain serta berdasarkan tujuan, kebutuhan dan biaya maka desain yang dipilih adalah desain 2 (lihat Gambar 2). Berikut ini adalah gambar desain frame light buggy. 4.1 Frame Frame dibuat dari pipa dengan ukuran diameter 0.5 inci, dengan radius bending pada pipa minimal 70 mm. Frame dibuat berdasarkan kebutuhan untuk membawa satu orang penumpang dan membawa komponen tambahan seperti mesin dan transmisi. Frame didesain dengan sistem lepas-pasang yaitu antara frame atas dengan frame utama (bagian bawah), desain ini dibuat atas permintaan kostumer. Gambar 4 Frame utama Kontruksi frame utama pada desain alternatif yang kedua ini tidak jauh berbeda dengan desain yang pertama, dimana kontruksi frame merupakan penyederhanaan dari frame desain pertama dengan cara menghilangkan bagianbagian yang tidak perlu sehingga frame terlihat lebih sederhana namun tetap kokoh. Frame utama memiliki kekuatan yang lebih dibandingkan dengan frame atas karena pipa yang digunakan untuk membuat frame atas dan frame utama berbeda, hal ini disebabkan beban yang diterima frame utama lebih besar dibandingkan frame atas dan agar kendaraan lebih ringan. Dimana frame bagian atas menggunakan pipa biasa (lokal), sedangkan untuk frame utama menggunakan pipa saimles. Gambar 5 frame atas Adapun untuk melindungi frame utama agar tidak rusak parah pada saat terjadi benturan maka dibuat frame bumper bagian samping kiri dan kanan. Ukuran dan pipa yang digunakan frame bumper kiri dan kanan sama dengan frame atas. Untuk melindungi bagian depan frame utama dibuat bumper depan yang dibuat dari pipa. 4
Desain & Pembuatan Prototipe Light Buggy Gambar 6 Bumper samping Gambar 8 Komponen suspensi sebelum di assembly 4.2 Sistem Suspensi, Suspensi Depan System suspensi depan yang dipakai adalah tipe A-arm tunggal. Dan shock absorber yang digunakan adalah spring style Coil. Pemilihan suspensi ini berdasarkan kebutuhan perancangan yaitu untuk kendaraan parawisata dan diperuntukan anak-anak usia 8-15 tahun. Gambar 9 Dimensional suspensi depan Gambar 7 A-arm suspensi depan Keuntungan dari system suspensi ini adalah: 1. Kontruksinya lebih sederhana dan lebih mudah dalam pemasangan. 2. Biaya pembuatan lebih murah 5
Infomatek Volume 6 Nomor 1 Maret 2004 : 1-12 Kerugian: 1. Kesetabilan kendaran berkuarang pada saat melalui jalan yang tidak rata. 2. Tidak mampu menahan bobot atau berat yang lebih besar. 3. Tidak kuat menahan kejutan yang lebih besar sehingga cenderung cepat patah. 4. Suspensi cenderung rigid agar roda dapat berputar stabil. Sistem suspensi belakang yang dipilih adalah swing arm dan shock absorber yang digunakan adalah system spring style. 4.3 Sistem Suspensi, Suspensi Belakang Sistem suspensi belakang dengan menggunakan tipe swing arm dan shock absorber yang dipilih adalah tipe coil atau spring style. Sistem suspensi ini dipakai karena jalan yang dilalui tidak begitu ekstrem dan karena pemakai kendaraan ini adalah anak-anak usia 8-15 tahun serta kendaraan ini dirancang untuk parawisata bukan untuk off-road. Gambar 11 Swing arm sebelum di assembly Keterangan gambar: 1. Swing arm 2. mounting engine 3. Dudukan bearing poros roda 4. Yoke suspensi 5. Yoke bumper belakang Gambar 12 Shock absorber Gambar 10 Swing arm Gambar 13 Swing arm yang sudah dibuat 6
Desain & Pembuatan Prototipe Light Buggy Keuntungan menggunakan sistem suspensi ini adalah: 1. Kontruksinya lebih sederhana dan lebih mudah dalam pemasangan. 2. Mampu menahan berat dan beban kejut yang besar. 3. Biaya pembuatan lebih murah 4.4 Sistem Kemudi Bell crank (Gambar 15) masih tetap digunakan karena pertimbangan akan kemudahan dalam proses pembuatan dan perakitan serta biaya pembuatan yang tidak mahal. Kerugian : 1. Kurang stabil pada kondisis jalan offroad. 2. Pergerakan suspensi tidak bebas pada saat salah satu ban belakang melintas di jalan yang kondisinya tidak rata. 3. Kontak ban dengan jalan kurang baik Gambar 15 Sistem kemudi Bell crank Gambar 16 Assembly sistem kemudi Gambar 14 Dimensional Swing arm Keterangan Gambar 16 : No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Keterangan Roda steer (kemudi) Tie rod Poros kemudi Penyangga poros steer dengan bearing Yoke tie rod Baut (screws) Mur (nuts) Bearing Dudukan bearing Ball joint 7
Infomatek Volume 6 Nomor 1 Maret 2004 : 1-12 Sudut kemudi Ketika kendaraan bergerak pelan, kendaraan akan bergerak membentuk sudut pada saat garis vertikal diantara keempat roda betemu pada satu titik atau piont yaitu pusat dari putaran M. Jika roda belakang tidak dikemudikan, garis vertikal pada kedua roda depan akan bertemu dengan garis sumbu tengah pada M. Dimana perbedaan sudut steer yaitu δ i dan δ A. o merupakan sudut terluar sering disebut sebagai sudut Ackerman. Sudut ini dapat dihitung dari sudut tebesar bagian Gambar 18 Axle kinematik dalam δ i. Adapun parameter (gambar4.19.)sudut Ackerman ini adalah : 1. j yaitu Jarak antara dua steering axis 2. l yaitu wheel base 3. r s yaitu Kingpin offset 4. b f yaitu wheel track Dengan demikian untuk mencari track circle diameter D s dapat diketahui dengan Gambar 18 Path designation pada front axle menggunakan δ A. o. Putaran track pada kendaraan di usahakan harus kecil untuk memungkinkan kemudahan kendaraan berputar dan parkir. Gambar 17 Sudut steering dan Track circle diameter Gambar 19 Sudut steer 8
Desain & Pembuatan Prototipe Light Buggy Dari parameter sudut steering diatas maka dapat diketahui parameter sudut steering pada light buggy serta sudut steering dan track circle diameter, yaitu Data sudut kemudi Wheelbase : 1486.78 mm Jarak antara kedua steering axis: 902.14 mm Kingpin offset: 76.89 mm Outer steer angle : 22 o Inner steer angle : 17,89 o Perbedaan sudut steer : 4.02 o Diameter putaran track : 4693.4 mm 4.6 m Keuntugan dari sistem kemudi bell crank adalah: 1. Kontruksi dan pemasangannya lebih mudah dan sederhana. 2. Sistem kemudi dapat dibuat sendiri. 3. Biaya pembuatan lebih murah. perhitungan yang dilakukan oleh tim light buggy yang memegang bagian engine dan transmisi dan berdasarkan kebutuhan serta ketersediaan di pasaran. Gambar 20 Industrial engine Penempatan engine dan transmisi pada desain light buggy ini berada pada bagian belakang. Dimana engine dan transmisi diletakan diatas swing arm. Kerugian : 1. Sistem kemudi lebih berat pada saat mengendalikan kendaraan. 2. Batang tirod akan mudah melendut pada saat suspensi depan bergerak keatas secara bersamaan. 4.5 Mesin Mesin yang digunakan pada kendaraan ini adalah mesin industrial engine dengan daya 4 Hp. Mesin ini dipilih berdasarkan data hasil Gambar 21 Posisi engine dan sistem transmisi pada light buggy 9
Infomatek Volume 6 Nomor 1 Maret 2004 : 1-12 4.6 Rem (Brakes) Sistem pengereman pada kendaraan ini menggunakan sistem pengereman roda belakang. Jenis rem yang digunakan adalah rem cakram (disk brakes). 4.8 Transmisi Menurut survey dan studi literatur, hampir semua kendaraan light buggy menggunakan sistem transmisi otomatis, sistem inertia continues variable transmission (CVT). Clutch ini berkerja berdasarkan putaran mesin. Karena inertia continues variable transmission (CVT) yang berada di pasaran menggunakan puli, maka kita harus menggunakan poros antara agar dapat dihubungkan dengan sproket dan rantai. Gambar 22 Rem Cakram (disk brakes) Setelah melakukan survey pasar, clutch jenis inertia continues variable transmission yang biasa digunakan untuk mesin stamper dengan ukuran puli 2,6 inci (66,04 mm). Gambar 24 Inertia continues variable transmission Gambar 23 Pemasangan rem 4.7 Ban (tire) Ban untuk kendaraan ini menggunakan ban Suzuki Carry ST 100. Dengan ukuran ban 145x70R10. Pemilihan ini berdasarkan permintaan dari kostumer yang menginginkan kendaraan menggunakan ban Suzuki Carry ST. Gambar 25 Sepatu kopling Inertia continuous variable transmission (CVT) 10
Desain & Pembuatan Prototipe Light Buggy Clutch ini berkerja berdasarkan gaya centrifugal, yang disebabkan adanya putaran dari engine. Spesifikasi clutch : R = 50 mm = 0,005 m Massa sepatu kopling = 0,5 kg Koefisien gesek, µ = 0.5 Gaya centrifugal yang didapat dari clutch ini dapat dihitung dengan menggunakan persamaan : C f = (m).(r).(ω 2 ) Dengan putaran 3500 rpm : C C f f = ( 0, 5)( 0, 005 )( 366, 3) = 335, 5 N Gaya centrifugal yang didapat pada putaran 3500 rpm adalah : 3355 N. Gaya gesek pada putaran 3500 rpm adalah : F s = C f. µ F s = 3355. (0,5) F s = 1677,5 N 2 Gambar 26 Diagram Simulasi 2 kekuatan Frame VI. KESIMPULAN DAN SARAN Berdasarkan kebutuhan dan situasi yang ada dapat disimpulkan bahwa dari tiga alternatif disain yang dibuat dipilih disain yang ke 2. Dimana frame dirancang dengan sistem lepas pasang dengan kapasitas satu orang penumpang dan frame terbuat dari pipa dengan diameter pipa 0,5 inci. Adapun pada sistem transmisinya, akan menggunakan sistim transmisi bertingkat. V. SIMULASI KEKUATAN FRAME Untuk mengetahui lebih ditail kekuatan dari frame utama dilakukan dengan simulasi kekuatan dengan software FEM. Dengan demikian, faktor keamanan dari frame utama yang didesain dapat diketahui. Gambar 27 Desain Mobil Buggy 11
Infomatek Volume 6 Nomor 1 Maret 2004 : 1-12 Suspensi depan menggunakan A-arm dengan bentuk rancangan single arm, sedangkan untuk suspensi depan menggunakan swing arm dan untuk shock absorber menggunakan jenis spring style atau coil. Sistem steering yang digunakan pada disain ini menggunakan bell crank karena pembuatannya mudah dan karena faktor biaya. Gambar 27 Perbandingan dengan mobil Toyota Kijang Komponen yang lainnya seperti engine menggunakan industrial engine, rem menggunakan disk brakes dengan sistem pengereman roda belakang dan ban yang digunakan ukuran 145x70R10. Dimensi disain secara umum yang dimiliki kendaraan fun mini buggy P x L x T adalah 2081 x 1498 x 1298 mm. Dengan wheel base 1498 mm dan wheel track 1050 mm. VII. DAFTAR RUJUKAN [1] TELIMEK LIPI (2004), Prosiding Konferensi Nasional Tenaga Listrik dan Mekatronik Ke-1 Tahun 2004, LIPI. [2] Rizayana, F., Lesmana, B., (2002), Perancangan Awal Chassis Kendaraan Beroda Tiga dengan Layout Satu Roda Di Depan dan Dua Roda Di Belakang, Tugas Akhir Sarjana Jurusan Teknik Mesin FT- UNPAS. [3] Rizayana, F., Rahayu, A., (2002), Perancangan Awal Chassis Kendaraan Beroda Tiga dengan Layout Dua Roda Di Depan dan Satu Roda Di Belakang, Tugas Akhir Sarjana Jurusan Teknik Mesin FT-UNPAS, 12