1 Pengembangan Penyangga Box Mobil Pick Up Multiguna Pedesaan Hulfi Mirza Hulam Ahmad dan Prof. Dr. Ing. Ir. I Made Londen Batan, M.Eng Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail: londbatan@me.its.ac.id Abstrak Mobil pick up multiguna pedesaan merupakan sebuah mobil pick up yang dapat digabungkan dengan empat box dengan fungsi yang berbeda yaitu untuk mengangkut penumpang, untuk mengangkut hasil panen atau barang, untuk kegiatan niaga, dan sebagai tempat mesin penggiling padi dan mesin pemarut kelapa. Prototype box yang dibuat di PT. karya Tugas Anda sudah memasuki tahap penyelesaian. Namun dari hasil pengamatan yang dilakukan masih terdapat banyak kekurangan antara lain box yang masih berat sehingga penyangga tidak kokoh dan tidak dapat menunjang beban box dengan baik, padahal box tersebut masih kosong. Sehingga dari hal tersebut diperlukan pengembangan penyangga box. Langkahlangkah penelitian yang dilakukan yaitu melakukan kajian dari studi lapangan sehingga mendapatkan pemasalahan, kemudian membuat daftar kebutuhan pengembangan. Kemudian melakukan pengembangan penyangga berdasarkan daftar kebutuhan. Kemudian melakukan analisa terhadap pengembangan dan melakukan kajian terhadap pengembangan apakah perlu dikembangkan lagi. Kemudian dilakukan pengurangan beban box untuk menambah kestabilan penyangga dengan cara mengganti material dan merubah desain box. Kemudian ditarik kesimpulan dari pengembangan yang dilakukan.dari kajian perancangan penyangga box mobil pick up multiguna pedesaan dilakukan penambahan ketebalan penyangga yaitu sebesar 4,5 mm, diameter baut pengunci sebesar 20 mm, dan penambahan penyangga berbentuk huruf v yang dapat dilipat dan disimpan di dalam box yang terletak pada tepi tengah box untuk menambah kestabilan penyangga. Penggunaan penyangga berbentuk huruf v dapat menurunkan tegangan equivalent yang terjadi pada baut pengunci pada penyangga sebesar 35,59% dari kondisi awal dan tegangan equivalent yang terjadi kurang dari tegangan ijin sehingga perancangan penyangga aman. Penggunaan penyangga berbentuk huruf v dapat menurunkan tegangan geser yang terjadi pada baut pengunci pada penyangga sebesar 37,82% dari kondisi awal dan tegangan geser maksimum yang terjadi kurang dari tegangan ijin sehingga perancangan penyangga aman. Penggunaan penyangga berbentuk huruf v dapat menurunkan defleksi maksimum yang terjadi pada rangka bawah box sebesar 87,87% dari kondisi awal. Kata Kunci mobil pick up multiguna pedesaan, pengembangan, penyangga box, kekuatan, simulasi. P I. PENDAHULUAN ada tahun 2011 melalui intensif riset (SINAS) oleh Kemenristek, Teknik Mesin ITS bersama beberapa industri manufaktur di Jawa Timur ditugaskan mengembangkan mobil pick up multiguna pedesaan. Hal ini didasarkan pada kebutuhan masyarakat pedesaan terhadap mobil semacam itu. Selain untuk mengangkut hasil pertanian, mobil pick up dirancang juga untuk dapat difungsikan sebagai kendaraan niaga dan penumpang. Pada tahun 2013 Teknik Mesin ITS bekerja sama dengan PT. Karya Tugas Anda membuat prototype box untuk pengembangan mobil pick up mobil multiguna pedesaan yaitu pick up yang dapat digabungkan dengan empat box dengan fungsi yang berbeda antara lain: untuk mengangkut penumpang, untuk mengangkut hasil panen atau barang, untuk kegiatan niaga, dan sebagai tempat mesin penggiling padi dan mesin pemarut kelapa. Pembuatan box mobil yang dibuat di PT. Karya Tugas Anda sudah memasuki tahap penyelesaian (pendempulan dan pengecatan). Namun dari hasil pengamatan yang dilakukan masih terdapat banyak kekurangan antara lain box yang masih berat sehingga penyangga tidak kuat dan tidak dapat menunjang beban box dengan baik, padahal box tersebut masih kosong. Kondisi tersebut dapat dilihat pada gambar 1. (a) (b) Gambar 1. (a) Prototype box untuk kegiatan niaga (b) Prototype box untuk mengangkut barang atau hasil panen. Oleh karena itu, perlu dirancang dan dikembangkan penyangga yang kuat dan stabil untuk menyangga box dan bebannya pada saat box diletakkan di atas tanah. Disamping itu perlu dicari alternatif lain, khususnya rancangan box yang baru dengan memanfaatkan material yang berbeda, sehingga berat box menjadi lebih ringan.
2 II. METODOLOGI PENELITIAN goyang saat menopang box. Jika bearing dihilangkan akan menyulitkan untuk mengatur ketinggian penyangga karena akan berputar dan bergesekan langsung dengan tanah. Oleh karena itu keberadaan bearing tidak dapat dihilangkan. Bearing ini juga berfungsi memperingan saat memutar ulir. Gambar 4. Bearing pada ujung ulir Pada bagian penyangga yang masuk pada rangka box saat menopang terdapat kelonggaran sebesar 4.5 mm seperti pada gambar 4. Hal ini menyebabkan penyangga mengalami goyang saat box terkena dorongan dari luar. Pada gambar 5 juga terdapat lubang. Lubang tersebut digunakan untuk mengunci penyangga saat disimpan dalam box dan berfungsi agar penyangga tidak keluar dari box saat mobil bergerak atau berjalan. Fungsi lain dari lubang tersebut adalah untuk tempat baut pengunci saat penyangga digunakan. Posisi baut pengunci saat digunakan berada di luar sehingga berpotensi untuk membahayakan operator. Untuk itu, perlu dilakukan pengembangan terhadap letak baut pengunci agar tidak membahayakan operator ataupun pengguna. Gambar 2. Diagram Alir Penelitian III. HASIL DISKUSI A. Kajian Prototype Penyangga Dari hasil studi lapangan didapatkan data-data berupa evaluasi dari prototype penyangga saat box dipasang pada mobil antara lain saat pemasangan box terhadap mobil terdapat kesulitan dalam mengatur ketinggian box. Pengaturan ketinggian box dilakukan dengan memutar ulir dengan menggunakan batang yang ditancapkan pada ulir seperti pada gambar 3. Gambar 5. Kelonggaran antara penyangga dan rangka box Baut pengunci (gambar 6) yang mengunci penyangga saat dilipat atau digunakan dapat menyebabkan permasalahan yaitu ketika salah satu pengunci hilang akan menyebabkan penyangga tidak tegak lurus. Diameter baut pengunci yang terlalu kecil dapat menyebabkan bengkok pada baut saat penyangga digunakan sehingga diperlukan evaluasi mengenai baut pengunci. Gambar 3. Batang yang digunakan untuk memutar ulir penyangga Pada gambar 3 terdapat gambar batang pemutar ulir yang digunakan untuk memutar ulir. Masalah yang timbul adalah batang yang tidak menjadi satu kesatuan dengan ulir pemutar membuat batang pemutar mudah hilang. Bearing (gambar 4) yang terdapat pada ujung ulir berfungsi agar tapak penyangga tidak berputar saat menapak pada tanah. Namun, keberadaan bearing mengakibatkan penyangga Gambar 6. Baut pengunci B. Pengembangan Penyangga Box Dalam melakukan pengembangan diperlukan penyusunan daftar kebutuhan yang digunakan sebagai acuan agar lebih fokus dalam menentukan konsep pengembangan. Berikut merupakan daftar kebutuhan untuk pengembangan box dan penyangganya seperti pada tabel 1.
3 Tabel 1. Daftar kebutuhan penyangga box mobil multiguna pedesaan Technical Spesification of Product Name of Product : Penyangga box mobil multiguna pedesaan Change D/W Descriptions 1 Fungsi Penyangga tidak terlihat saat disimpan Terdapat roda pada beberapa penyangga untuk membantu memposisikan box saat dipasang pada chasis Penyangga dapat diatur ketinggiannya 2 Spesifikasi dan Geometri Tinggi maksimal: 750 mm Lebar minimal: 60 mm Panjang minimal: 60 mm Panjang maksimal penyangga saat disimpan: 750 mm 3 Material Mild steel 60x60 mm dan tebal minimal 1,8 mm 4 Daya Tahan Penyangga kuat menahan beban box Tahan korosi 5 Safety Aman saat digunakan 6 Maintenance Mudah dibersihkan Mudah dibongkar pasang 7 Ramah Lingkungan Bahan material tidak beracun Perlengkapan tidak merusak lingkungan Tidak membuat kulit gatal 8 Manufaktur Part mudah dimanufaktur Part mudah didapatkan di pasaran Dari daftar kebutuhan yang telah disusun, pengembangan penyangga box didasarkan pada kekuatan dan kekakuan (rigid). Pada prototype penyangga yang sudah ada dirasa sudah kuat namun yang perlu diperbaiki adalah kekakuan dari penyangga karena ketika penumpang masuk kedalam box ataupun box medapatkan dorongan dari luar, box mengalami oleng. Oleh karena itu, diperlukan pengembangan dari penyangga yang sudah ada. Bagian-bagian dari penyangga yang dianggap akan mengalami kerusakan adalah engsel, pengunci, bearing, dan ulir penggerak. Untuk mengurangi kelonggaran pada penyangga yang menempel pada box, maka ketebalan dari penyangga ditambah setebal 45 mm dimana penambahan ketebalan ini dilakukan dengan menambahkan plat yang dilas. Penambahan ketebalan ditunjukkan pada bagian penyangga yang berwarna kuning. Penambahan ketebalan ditambahkan hanya pada bagian penyangga atas yang menyentuh dengan rangka box saat penyangga digunakan seperti pada gambar 7. Mekanisme meninggikan penyangga masih menggunakan konsep awal yaitu dengan menggunakan ulir. Namun, untuk memutar ulir penggerak menggunakan batang (gambar 3) dirasa kurang efektif karena batang harus dilepas ketika selesai menggunakan. Hal ini dapat mengakibatkan batang hilang ketika disimpan. Oleh karena itu, dibuat pemutar yang menempel pada ulir penggerak seperti pada gambar 8. Gambar 8. Pemutar ulir Pada penyangga bagian depan ditambahkan roda seperti pada gambar 9. Roda ini digunakan pada saat memasang box pada chasis mobil. Masalah yang timbul pada saat memasang box adalah posisi dari chasis belakang yang terkadang miring sehingga menyulitkan untuk memasang box ketika posisi chasis miring terhadap box. Box dapat digerakkan kearah kanan dan kiri untuk menyesuaikan posisi. Gambar 9. Roda pada penyangga depan C. Analisa kekuatan penyangga Dengan menggunakan software finite element dilakukan analisa dengan memberi pembebanan sebesar 600 kg (berat box dan isinya) pada bagian rangka bawah box. Dari simulasi didapatkan hasil sebagai berikut: Tegangan Equivalent Gambar 10. Lokasi maksimum equivalent stress Dari simulasi dengan melakukan pembebanan pada penampang rangka bawah box didapatkan nilai equivalent stress seperti pada gambar 10 yang menunjukkan bahwa nilai maksimum equivalent stress yang terjadi sebesar 97,02 MPa dan terjadi pada bagian penyangga yaitu pada baut pengunci. Penyangga mendapatkan beban terbesar dari berat box. Hal ini dapat diterima karena yield strength bahan yang digunakan sebesar 250 MPa dan dengan faktor keamanan 2, sehingga maksimum equivalent stress yang terjadi masih dibawa tegangan yield material dan perancangan aman. Gambar 7. Penambahan ketebalan penyangga
4 Nilai Deformasi Gambar 11. Hasil simulasi deformasi Gambar 11 menunjukkan hasil dari simulasi deformasi dimana terdapat nilai maksimum deformasi sebesar 2,837 mm. Lokasi deformasi maksimum ditunjukkan oleh bagian rangka box yang berwarna merah, dimana terdapat pada tengah rangka. Pada bagian samping kanan dan kiri memiliki warna orange dan bagian belakang memiliki warna biru. Dari hal ini terjadi karena panjang dari rangka box yang berbeda sehingga pengaruh terbesar terdapat pada bagian yang lebih panjang yaitu pada samping kanan dan kiri. Maksimum Shear Stress Gambar 13. Penyangga berbentuk huruf v Konsep tapak penyangga berbentuk huruf v (gambar 14) berbeda dengan penyangga pada pojok box dimana tapak penyangga berbentuk huruf v dapat berayun untuk memudahkan dalam pengaturan ketinggian. Tujuan dirancang penyangga berbentuk huruf v ini untuk menambah kestabilan box agar kuat saat dikenai beban. Gambar 14. Tapak penyangga berbentuk huruf v Pada ujung penyangga terdapat pin yang digunakan untuk dikaitkan pada lubang berpola gerigi yang terdapat pada tepi box (gambar 15). Kegunaan dari pola gerigi ini untuk mengatur ketinggian penyangga. Gambar 12. Lokasi maksimum shear stress Gambar 12 menunjukkan bahwa nilai maksimum shear stress yang terjadi sebesar 55,76 MPa dan terjadi pada bagian penyangga yaitu pada baut pengunci. Penyangga mendapatkan beban terbesar dari berat box. Hal ini dapat diterima karena yield strength bahan yang digunakan sebesar 250 MPa dan dengan faktor keamanan 2. Maksimum equivalent stress yang terjadi masih dibawa tegangan yield material sehingga perancangan aman. D. Alternatif penyangga box Dari hasil simulasi dengan menggunakan software finite element dilakukan evaluasi dimana dengan menggunakan prototype penyangga sudah cukup untuk menopang box. Namun, dari hasil studi lapangan diketahui bahwa penyangga masih goyang. Untuk mengatasi hal tersebut tidak bisa menghilangkan bearing. Oleh karena itu, dibuat alternatif penyangga yaitu penyangga yang berbentuk huruf v (gambar 13) yang diletakkan pada bagian tengah tepi box. Sesuai dengan daftar kebutuhan, penyangga yang berbentuk huruf v dapat disimpan dan tidak terlihat saat disimpan dalam box. Penyangga ini dapat mengikuti ketinggian penyangga (prototype) dengan cara dilipat. Namun, penyangga yang berbentuk huruf v tidak memiliki bentangan sehingga saat pemasangan maupun pelepasan box tidak dapat digunakan. Penyangga berbentuk huruf v berguna untuk mengurangi goyang pada arah depan dan belakang yang terjadi akibat dorongan dari luar ataupun saat operator masuk dalam box. (a) (b) Gambar 15. (a) Pola gerigi untuk tempat pin penyangga (b) Pin pada ujung penyangga Saat akan memasang box pada chasis mobil, penyangga berbentuk huruf v harus disimpan karena tidak memiliki bentangan terhadap lebar box. Penyangga harus diposisikan lurus seperti pada gambar 16. Gambar 16. penyangga yang diposisikan lurus Pada saat posisi penyangga sudah lurus, penyangga sudah berada dalam box. Agar penyangga tidak jatuh harus dikunci dengan pin pengunci yang terletak dibawah box seperti pada gambar 17. Gambar 17. Pengunci penyangga saat didimpan dalam box
5 E. Analisa kekuatan penyangga tambahan. Dengan menggunakan software finite element dilakukan simulasi untuk mengetahui pengaruh dari penggunaan penyangga tambahan. Kemudian dibandingkan dengan hasil simulasi sebelumnya yang ditunjukkan pada tabel 2. Tabel 2. Perbandingan Hasil simulasi pada dua kondisi No analisa Equiva Maksi Total lent mum deformasi Stress Shear (mm) (MPa) Stress 1 Kondisi 1 (tanpa menggunakan penyangga berbentuk huruf v) 2 Kondisi 2 (menggunaka n penyangga berbentuk huruf v) Kesimpulan (MPa) 97,02 55,76 2,837 Perancangan aman 62,49 34,67 0,344 Perancangan aman Dari tabel 2 dapat dianalisa bahwa nilai maksimum equivalent stress pada kondisi 2 menurun 35,59% dari kondisi awal. Hal ini menunjukkan bahwa penggunaan penyangga berbentuk huruf v mengakibatkan penurunan maksimum equivalent stress. Maksimum equivalent stress terjadi pada baut pengunci sehingga dengan penurunan nilai tegangan dapat menurunkan resiko pengunci untuk rusak atau gagal dengan cepat. Nilai maksimum equivalent stress pada kondisi 2 menurun 37,82% dari kondisi awal. Hal ini menunjukkan bahwa penggunaan penyangga berbentuk huruf v mengakibatkan penurunan maksimum shear stress. Nilai deformasi masimum pada kondisi 2 menurun 87,87% dari kondisi awal. Hal ini menunjukkan bahwa penggunaan penyangga berbentuk huruf v memindah lokasi deformasi maksimum diman pada kondisi 1 lokasi deformasi terjadi pada keempat bagian samping rangka box. namun, pada kondisi 2 hanya terdapat pada bagian depan dan belakang. F. Desain Akhir Gambar 18. Detail box dan penyangganya IV. KESIMPULAN/RINGKASAN Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, maka dapat disimpulkan bahwa 1. Untuk menambah kestabilan box diatas penyangga, maka dilakukan penambahan ketebalan penyangga yaitu sebesar 4,5 mm, diameter baut pengunci sebesar 20 mm, dan Penambahan penyangga berbentuk huruf v yang dapat dilipat dan disimpan di dalam box yang terletak pada tepi tengah box. 2. Penggunaan penyangga berbentuk huruf v dapat menurunkan tegangan equivalent yang terjadi pada baut pengunci pada penyangga sebesar 35,59% dan tegangan equivalent yang terjadi kurang dari tegangan ijin sehingga perancangan aman. 3. Penggunaan penyangga berbentuk huruf v dapat menurunkan defleksi maksimum yang terjadi pada rangka bawah box sebesar 87,87% dari kondisi awal. 4. Penggunaan penyangga berbentuk huruf v dapat menurunkan tegangan geser yang terjadi pada baut pengunci pada penyangga sebesar 37,82% dan tegangan geser yang terjadi kurang dari tegangan ijin sehingga perancangan aman. 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, kedua orang tua dan keluarga, Ketua Jurusan Teknik Mesin ITS, dosen Teknik Mesin ITS, Kementerian Agama Republik Indonesia, PT Karya Tugas Anda selaku perusahan produsen mobil multiguna pedesaan, dan teman-teman terbaik yang ada di kampus perjuangan Teknik Mesin ITS. DAFTAR PUSTAKA [1] Batan, I Made Londen, 2012, Desain Produk, edisi pertama, Guna Widya, Surabaya. [2] Juvinall, R.C, 1967, Engineering Considerations of stress, strain, and Strength, McGraw-Hill., New York. [3] Deutschman, Aaron D, 1975, Machine Design ; Theory and Practice. New York : Mucmillan Publishing Co. Inc. [4] Popov, EP., 1984, Mekanika Teknik (Mechanicsof Materials. 2 nd Edition, Prentice-Hall, Inc., New Jersey, USA. [5] Hibbeler, R.C, 1994, Mechanics of material, 2 nd Edition, mac Millan College Publishing Company. [6] Hibbeler, R.C, 1997, Mekanika Teknik Statika, 1 st Edition, mac Millan College Publishing Company. [7] Material data. <URL:http://www.matweb.com/search/ DataSheet.aspx?MatGUID =98bd3802c921477b9b33e70adf4ca525&ckck=1>. [8] Alumunium pick up tray body. <URL: http://www.tradekorea.com/ sell-leads-detail/s00024294/ Aluminum_Pick_up_Tray_Body.html#.Un7lLdynr08>. [9] Mobil roti.<url: http://www.kreditmobilmurah.com/cars/isuzu-elfmobil-roti>. [10] Khurmi, R.C, 2005, Machine Design, Eurasia Publishing House.