Abstrak— Perkembangan industri otomotif akhir-akhir ini mengalami perkembangan yang cukup signifikan di Indonesia. Berbagai instansi, mulai dari swasta hingga instansi pemerintah seakan-akan berlomba untuk mengembangkan mobil nasional. Salah satu instansi pemerintah yang berani untuk mengambil tantangan untuk membuat mobil nasional adalah PT. INKA. Galakkan Energi Alternatif ataupun GEA merupakan salah satu produknya. Mobil angkut pedesaan ini masih dalam tahap penelitian. Berbagai penyempurnaan dibutuhkan untuk membuat mobil ini semakin sempurna. Pada tugas akhir ini, akan dilakukan studi eksperimental sistem suspensi sebagai komponen pengganti sistem suspensi mobil multiguna pedasaan (GEA). Dimana suspensi GEA akan menjadi objek pembanding bagi suspensi lain melalui serangkai pengujian dan analisa.
Dari hasil penelitian menunjukkan bahwa dari mulai nilai C rebound, koefisien pegas, RMS Unsprung hingga transmisibilitas dari suspense Granmax memiliki kedekatan nilai maupun kemiripan karakteristik dengan suspense GEA. Jadi dapat disimpulkan bahwa suspense Interchange untuk suspense GEA adalah suspensi Granmax
Kata Kunci—Suspensi GEA, Interchange, C rebound, C compression.
I. PENDAHULUAN
PT.INKA merupakan salah satu perusahaan nasional yang berani untuk mengambil tantangan untuk mengembangkan indutri otomotif Indonesia. Badan usaha milik negra (BUMN) yang bergerak dalam industri perkeretaapian ini, mencoba untuk memproduksi salah satu mobil angkut serba guna pedesaan dengan nama GEA. Dalam perkembangannya, kehadiran mobil ini diharapkan mampu memenuhi ekspektsi sebagian besar masyarakat Indonesia yang menginginkan mobil angkut serba guna pedasaan dengan harga terjangkau dan hemat bahan bakar minyak (BBM).
Namun sejauh ini masih cukup banyak kekurangan yang ada pada mobil tersebut. Untuk mengatasinya, para insinyur PT.INKA bekerja sama dengan berbagai instansi salah satunya Institut teknologi sepuluh nopember (ITS) Surabaya. Berbagai komponen maupun bagian dari mobil ini diteliti dan untuk kemudian disempurnakan. Salah satunya adalah komponen yang berhubungan dengan kenyamanan. Sistem suspensi memegang peranan penting apabila diakaitkan dengan kenyamanan selain tentunya komponen pendukung lain.
Sebagai seorang mahasiswa dengan background dunia teknik, lebih tepatnya teknik mesin bidang keahlian vibrasi dan sistem dinamis, penulis mencoba untuk mengaplikasikan
apa yang telah dipelajari selama menempuh perkuliahan untuk membantu meneliti sistem suspensi mobil GEA.
Dalam penelitian sekaligus menjadi tugas akhir ini, yang penulis lakukan adalah mencari karakteristik performa dan redaman suspensi GEA, yang nantinya dijadikan acuan untuk menentukan komponen interchange suspensi.
II. METODEPENELITIAN
Pengujian dilakukan di dua tempat yang pertama di PT. Kayaba dan yang kedua dilakukan di laboratorium vibrasi dan sistem dinamis teknik mesin ITS. Pengujian di Kayaba dilakukan untuk mencari nilai C rebound dan C compression. Sedangkan pengujian di laboratorium vibrasi dan sistem dilakukan untuk mencari nilai koefisien pegas, nilai konstanta redaman dan mengetahui respon masing-masing suspensi.
A. TahapPengujian Kayaba
Seperti ditunjukkan pada gambar diatas pengujian di PT.Kayaba bertujuan untuk memperoleh data C rebound dan
C compression dari masing-masing shock absorber.
Pengujian dilakukan dengan memberi stroke sebesar ± 20 mm kepada masing-masing suspensi. Selain itu juga pengujian masing-masing suspensi dilakukan dalam lima tahapan atau step. Dimana masing-masing step diberi kecepatan kompresi dan rebound yang berbeda-beda, yaitu 0.05 m/s, 0.1 m/s, 0.12 m/s, 0.15 m/s dan 0.2 m/s.
B. Pengujian Statis
Pengujian pada Suspension Testrig ini bertujuan untuk mencari nilai koefisien kekakuan pegas (k) yang dilakukan secara statis. Selain itu pula pengujian dengan Suspension
Testrig ini dapat juga digunakan untuk mengetahui
karakteristik dan respon redaman dari suspensi
C. Pengujian Dinamis
Dari segi prosedur, pengujian ini dimulai dengan penentuan nilai damping ratio. Nilai damping ratio sendiri merupakan nilai yang menentukan karakter kenyamanan suatu kendaraan. Bedasarkan referensi jurnal otomotif yangada, nilai damping ratio untuk kendaraan jenis pick-up biasanya berkisar antara 0.5 – 0,6.
Setelah itu, untuk mendapatkan nilai dari kecepatan eksitasi dilakukan dengan cara mencatat waktu tempuh dari hentakan alat uji test rig dari mulai posisi diam hingga mencapai posisi top-nya. Jarak antara titik mati bawah (bottom) dengan titik mati atas (top) test rig yang sebesar
Studi Eksperimental Sistem Suspensi Sebagai
Komponen Pengganti (Interchange) Sistem
Suspensi Mobil Multiguna Pedesaan GEA
Muhamad Rifki Efendi, Dr. Wiwiek Hendrowati, S.T., M.T.
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia
100 mm merupakan amlplitudo. Amplitudo ini yang nantinya akan dibagi dengan waktu tempuh dari test rig hingga mendapatkan kecepatan eksitasi. Sedangkan hasil bagi antara kecepatan eksitasi dengan amplitude menghasilkan frekuensi, lebuh tepatnya frekuensi eksitasi.
Accelerometer ditempatkan pada posisi Sprung mass dan
Unsprung mass dari alat uji test rig yang dihubungkan
dengan oscilloscope. Kemudian mesin dinyalakan untuk menghasilkan eksitasi terhadap masing-masing suspensi. Eksitasi yang diberikan akan menampilkan hasil berupa grafik yang akan tampak pada layar oscilloscope. Dari grafik tersebut nantinya akan dijadikan acuan untuk analisa lebih lanjut.
D. Root Mean Square
Root mean square merupakan salah satu metode statistic yang digunakan untuk mencari nilai rataan kuadrat dari data yang berjumlah ribuan dan berfluktuasi. Sesuai dengan rumus dibawah ini:
E. Analisa Transmisibilitas
Analisa transmisibilatas kali ini akan ditampilkan dalam bentuk grafik yang membandingkan nilai dari displacement transmisibilitas dan rasio frekuensi. Grafik tersebut akan mempresentasikan nilai dari respon masing-masing suspense pada tiap frekuensi.
III. HASILDANDISKUSI
A. Pengujian Kayaba
Pengujian tiap step dilakukan pengambilan data sebanyak 1000 kali dengan frekuensi dan amplitude berbeda di masing-masing step. Pada step satu, frekuensi sebesar 318.3 Hz dan amplitude sebesar 3.14 ms. Step dua frekuensi sebesar 836.61 Hz dan amplitude 1.57 ms. Step tiga sebesar 763.94 Hz dan amplitude 1.308 ms. Step empat sebesar 954.92 Hz dan amplitude 1.042 ms. Step lima sebesar 1273.23 Hz dan 0.785 ms. Kesemuanya berlaku untuk masing-masing suspensi di tiap-tiap step dan juga sudah menjadi standar pengujian suspensi di PT.KAYABA.
Setelah semua parameter pengujian ditentukan, maka dari tiap-tiap step akan didapat displacement, kecepatan dan gaya yang masing-masing berjumlah sebanyak 1000 buah data. Dari data tersebut kemudian diplot kedalam grafik gaya vs kecepatan dan gaya vs displacement seperti contoh dibawah ini:
Grafik 3.1. Hasil Pengujian Kayaba
Grafik diatas menunjukkan perbandingan nilai C rata-rata pada masing-masing suspensi, baik itu untuk C rebound maupun C compression. Pada kondisi rebound tampak bahwa nilai C Granmax yang paling mendekati nilai C GEA. Sedangkan pada kondisi Compression nilai C Carry yang paling mendekati nilai C GEA.
Tren diatas terjadi ditengarai karena memang murni spesifikasi dari pabrikan pembuat Shock Absorber tersebut. Karena pengujian dilakukan sesuai dengan standar pengujian di PT. Kayaba, produsen suspensi terbesar di Indonesia. Jadi dapat dikatakan bahwa data yang diperoleh tersebut memang mewakili kondisi sebenarnya.
B. Pengujian Statis
Pengambilan data pengujian statis menghasilkan data yang ditabelkan sebagai berikut:
GEA Massa (kg) Panjang Pegas (mm) x (m) W (N) ∆W (N) ∆X (N) K (N/m)
1 0 282 0 0 0 0 0 2 28 278 0.004 274.68 274.68 0.004 68670 3 53.6 271 0.011 525.816 251.136 0.007 35876.57 4 82.35 262 0.02 807.8535 282.0375 0.009 31337.5 5 110.55 254 0.028 1084.496 276.642 0.008 34580.25 6 138.75 246 0.036 1361.138 276.642 0.008 34580.25 7 150.75 240 0.042 1478.858 117.72 0.006 19620 Rata-rata 37444.1
Tabel 3.1 Koefisien Pegas GEA
GranMax Massa (kg) Panjang Pegas(mm) x (m) W (N) ∆W (N) ∆X (N) K (N/m)
1 0 320 0 0 0 0 0 2 28 312 0.008 274.68 274.68 0.008 34335 3 53.6 305 0.015 525.816 251.136 0.007 35876.57 4 82.35 296 0.024 807.8535 282.0375 0.009 31337.5 5 110.55 290 0.03 1084.496 276.642 0.006 46107 6 138.75 282 0.038 1361.138 276.642 0.008 34580.25 7 150.75 279 0.041 1478.858 117.72 0.003 39240 Rata-rata 36912.72
Carry 1.5 Massa (kg) Panjang Pegas (mm) x (m) W (N) ∆W (N) ∆X (N) K (N/m) 1 0 323 0 0 0 0 0 2 28 319 0.001 274.68 274.68 0.004 68670 3 53.6 310.5 0.0125 525.816 251.136 0.0115 21837.91 4 82.35 301 0.022 807.8535 282.0375 0.0095 29688.16 5 110.55 292 0.031 1084.496 276.642 0.009 30738 6 138.75 285 0.038 1361.138 276.642 0.007 39520.29 7 150.75 281 0.042 1478.858 117.72 0.004 29430 Rata-rata 36647.39
Tabel 3.3 Koefisien Pegas Carry
Angguna Massa (kg) Panjang Pegas (mm) x (m) W (N) ∆W (N) ∆X (N) K (N/m)
1 0 410 0 0 0 0 0 2 28 395 0.015 274.68 274.68 0.015 18312 3 54.5 381 0.029 534.645 259.965 0.014 18568.93 4 83.25 365 0.045 816.6825 282.0375 0.016 17627.34 5 111.45 353 0.057 1093.325 276.642 0.012 23053.5 6 139.65 340 0.07 1369.967 276.642 0.013 21280.15 7 166.4 328 0.082 1632.384 262.4175 0.012 21868.13 Rata-rata 20118.34
Tabel 3.4 Koefisien Pegas Angguna
Dari tabel di atas dapat diplotkan kedalam grafik seperti yang tertera di bawah ini :
Grafik 3.2. Hasil Pengujian Statis
Dari grafik batang diatas, terlihat bahwa persebaran nilai cenderung merata antara koefisien pegas milik GEA, Granmax dan juga Carry. Namun demikian koefisien pegas dari Granmax memiliki nilai yang relatif lebih dekat dengan dengan koefisien pegas dari GEA. Sedangkan koefisien pegas dari Carry sedikit lebih jauh daripada koefisien pegas Granmax. Demikian pula dengan koefisien pegas milik Angguna yang terlampau jauh dari yang lain.
C. Pengujian Dinamis Eksitasi Impuls
Pengujian dinamis dengan eksitasi impuls dengan menggunakan oscilloscope menghasilkan tampilan seperti yang tertera di bawah ini:
Gambar 3.1 Hasil Oscilloscope
Dari tampilan diatas tertera nilai puncak gelombang pertama dan kedua, dari nilai tersebut kemudian ditabelkan dalam fungsi logarithmic decreament sebagai berikut:
y1 y2 y1 relatif y2 relatif Koefisien pegas Logaritmic Decreament (δ) ζ Koefisien Redaman © GEA Sprung 0.1672 0.1245 0.3839 0.162 Unsprung 0.5511 0.2865 0.862785767 4089.50078 GranMax Sprung 0.0738 0.05744 0.7335 0.19976 Unsprung 0.8073 0.2572 1.300710952 0.202815026 6181.152525 Carry Sprung 0.01298 0.003753 0.03328 0.015647 Unsprung 0.04626 0.0194 0.754677411 0.119313138 3538.820226 Angguna Sprung 0.04405 0.0274 0.11675 0.05803 Unsprung 0.1608 0.08543 20118.34 0.699074778 0.110634282 2428.820001 0.136107757 37444.1 37637.96 36647.39
Tabel 3.5 Perhitungan Logaritmic Decreament
Tabel diatas menghasilkan nilai koefisien redaman
yang digrafikkan seperti yang tampak di bawah ini:
Grafik 3.3. Hasil Pengujian Dinamis Eksitasi Impuls
Dari grafik batang di atas tampak bahwa nilai koefisien redaman Carry yang paling mendekati dari koefisien redaman milik GEA. Sedangkan Granmax jauh diatasnya dan Angguna yang malah jauh dibawah grafik GEA.
Pengambilan data pada penyusunan grafik di atas tidak lepas dari kemungkinan kesalahan berupa human error.
Human error yang mungkin terjadi adalah penentuan
frekuensi 1 Hz yang didapat dari pencatatan waktu eksitasi alat uji. Selain itu penggunaan alat ukur maupun sensor yang tidak dikalibrasi sebelumnya juga mungkin menjadi penyebab kemungkinan adanya kesalahan tersebut. Tapi dibalik ini semua data diatas tetap saya gunakan sebagai acuan untuk interchange suspensi mobil GEA.
D. Pengujian Dinamis Eksitsasi Harmonik
Gambar 3.1. Hasil Eksitasi Harmonik GEA 1 Hz
Gambar 3.2. Hasil Eksitasi Harmonik GEA 2 Hz
Gambar 3.3. Hasil Eksitasi Harmonik GEA 3 Hz
Gambar diatas merupakan salah satu contoh hasil dari pengujian dinamis yang dilakukan pada suspense GEA dengan variasi frekuensi sebesar 1, 2 dan 3 Hz.
Grafik tersebut dihasilkan dari ploting nilai persatuan eaktu yang berjumlah 2500 buah. Dari nilai tersebut kemudian di-RMS-kan sehingga menghasilkan grafik sebagai berikut:
Grafik 3.4. Hasil RMS Sprung Mass
Dari plotting nilai RMS Sprung mass diatas terlihat bahwa persebaran dan tren grafik yang cukup merata antara RMS dari GEA, Granmax dan Angguna. Hanya RMS milik Carry yang sedikit memiliki teen berbeda dengan yang lain.
Tren grafik utama sebagai bahan pembanding yaitu milik GEA, pada saat RMS frekuensi 1 naik cukup terjal menuju titik RMS frekuensi 2, kemudian naik kembali tetapi tidak begitu terjal seperti kenaikan dari frekuensi 1 ke frekuensi 2.
Hal yang cukup mernarik disini ketika 3 grafik RMS suspensi yaitu GEA, Granmax dan Angguna memiliki nilai RMS pada frekuensi 1 Hz yang relative hampir sama. Kemudian naik ke titik RMS frekuensi 2 Hz dengan slope atau kemiringan yang hampir sama pula. Dan juga anatara RMS 2 Hz Granmax dan Angguna memiliki nilai yang relatif sama.
Berlanjut ke ke titik RMS frekuensi 3 Hz, dimana titik RMS dari Angguna dan GEA lagi-lagi bertemu. Selain itu pula titik RMS Carry juga ikut pula bertemu disana. Sedangkan kepunyaan Granmax semakin naik ke atas jauh meninggalkan titik RMS suspensi yang lain.
Dari pembahsan tersebut dapat ditarik sebuah kesimpulan bahwa Tren grafik RMS dari Angguna memiliki kemiripan dengan tren grafik RMS dari GEA. Dimulai dari titik pertemuan pada saat frekuensi 1 Hz dan frekuensi 3 Hz hingga hampir miripnya slope keduanya.
Grafik 3.5. Hasil RMS Unsprung Mass
Seperti halnya pada plotting RMS pada Sprung mass sebelumnya, pada plotting RMS Unsprung mass kali ini keanehan juga terlihat pada nilai RMS milik suspensi Carry. Dimana persebaran datanya tidak seperti RMS milik suspensi yang lain, terlihat nilai RMS 1 Hz yang terletak menjauh dari yang lain. Sedangkan anatara nilai RMS milik GEA, Granmax, dan Angguna persebaran titik RMS 1 Hz-nya tidak terlalu jauh.
Pada titik RMS fekuensi 2 Hz antara Angguna dan Granmax relatif saling berhimpit. Sedangkan GEA sedikit diatasnya. Carry sendiri berada jauh dibawah meninggalkan yang lain. Pada titik RMS 2 Hz ini jarak antara RMS GEA dan Granmax tidak terlalu jauh sehingga dapat dikatakan pada frekuensi ini Granmaxlah yang paling mendekati nilai GEA.
Sedangkan pada frekuensi 3 Hz keempat suspensi mempunyai nilai yang hampir berdekatan satu dengan yang lain. Terutama antara Granmax dan GEA dimana keduanya paling dekat dan hampir berhimpit.
E. Analisa Transmisibilitas
Berikut ini akan diberi contoh perhitungan dari frekuensi eksitasi, frekuensi natural dan displacement transmissibility.
Pada saat frekuensi eksitasi 1 Hz, Pada saat frekuensi eksitasi 2 Hz Pada saat frekuensi eksitasi 3 Hz
Untuk suspensi GEA yang memiliki nilai k = 37444.1 N/m, maka nilai -nya sebagai berikut:
Berdasarkan contoh perhitungan diatas maka dapat ditabelkan sebagai berikut:
K Massa Uji Wn GEA 37444.1 150 15.79959915 GranMax 37637.96 150 15.84044612 Carry 36647.39 150 15.63060886 Angguna 20118.34 150 11.58111681 Tabel 4.10. Tabel Wn RMS SPRUNG RMS UNSPRUNG f1 f2 f3 f1 f2 f3 GEA 0.012944 0.029271 0.03138 0.036925 0.07443 0.103125 GranMax 0.013504 0.025199 0.045929 0.036057 0.055687 0.1092037 Carry 0.021538 0.002422 0.032105 0.095714 0.005817 0.08601 Angguna 0.013918 0.02539 0.03063 0.044866 0.056513 0.071618 r=Wf/Wn Tabel 4.11. Tabel Perbandingan RMS
Tabel 4.12. Tabel Perbandingan Transmisibilitas
Dari ketiga tabel diatas kemudian diplotkan ke
dalam grafik transmisibilitas yang ada di bawah ini.
Grafik 3.6. Grafik Transmisibilitas
Dari grafik transmisibiltas di atas, ke empat suspensi memiliki tren yang hampir sama yaitu memiliki satu puncak dimana turun ketika lepas melewati titik frekuensi 2 Hz. Grafik GEA, Granmax dan Carry tampak turun pada rasio frekuensi 0.8. Sedangkan kepunyaan Angguna turun pada sekitar titik rasio frekuensi 1.1.
Ada lagi yang menarik dari ketiga suspensi ini GEA, Granmax dan Carry yaitu mereka memiliki nilai rasio frekuensi yang hampir sama pada saat titik frekuensi 1. Begitu juga pada saat titik fekuensi kedua dan ketiga mereka relatif memiliki nilai rasio frekuensi yang hampir sama. Dari berbagai penjelasan sebelumnya, dapat disimpulkan bahwa Grafik suspensi Granmax yang memiliki kemiripan dengan grafik suspensi milik GEA. Ditinjau dari mulai kedekatan nilai sampai tren grafik yang hampir sama.
IV. KESIMPULAN/RINGKASAN
Dari berbagai macam jenis pengujian dan analisa yang dilakukan, dapat diambil kesimpulan diantaranya sebagai berikut:
1. Dari pengujian yang dilakukan di PT. Kayaba, nilai redaman yang mendekati nilai redaman GEA sebesar 6985.7667 Ns/m untuk C rebound dan 3515.46 Ns/m untuk C compression adalah Granmax sebesar 7472.46 Ns/m untuk C rebound dan Carry untuk C compression sebesar 3779.73 Ns/m.
2. Selain itu pengujian nilai koefisien redaman juga dilakukan di laboratorium vibrasi dan sistem dinamik Teknik Mesin ITS dinama koefisien redaman GEA adalah 4089.50 Ns/m. Nilai sejumlah tersebut hanya bisa didekati oleh suspensi milik Carry yaitu sebesar 3538.82 Ns/m.
3. Di laboratorium vibrasi dan sistem dinamis Teknik Mesin ITS ini juga dilakukan pengujian koefisien kekakuan pegas, dengan hasil yang mendekati suspensi GEA adalah pegas suspensi Granmax sebesar 37637.96 N/m. Dimana pegas suspensi GEA sendiri memilik nilai sebesar 37444.1 N/m.. 4. Selain yang bersifat pengambilan data, pertimbangan
lain yang dilakukan dalam proses Interchange suspensi kali ini adalah pengolahan data statistik berupa analisa Root Mean Square (RMS) dari data pengujian dinamis eksitasi harmonik.Pada hasil analisa RMS Unsprung mass, tren grafik yang ditunjukkan oleh Granmax hampir serupa dengan yang ditunjukkan oleh grafik GEA. Sedangkan tren grafik Angguna pada analisa RMS Sprung menunjukkan kemiripan dengan apa yang dipunyai GEA.
5. Analisa lain yang dilakukan adalah dengan analisa transmisibilitas suspensi. Dimana nilai
displacement transmissibility dan nilai rasio
frekuensi dari masing-masing suspensi dibandingkan. Hasilnya tampak jelas pada grafik bab sebelumnya bahwa suspensi Granmax yang mempunyai tren hampir mirip dengan suspensi dari GEA.
6. Dari kesimpulan kelima analisa di atas tampak sangat jelas bahwa suspensi Granmax paling banyak memiliki kemiripan secara karakteristik dengan suspensi GEA. Mulai dari nilai C rebound, koefisien pegas, RMS Unsprung hingga transmisibilitas memiliki kedekatan nilai maupun kemiripan karakteristik antara satu dengan yang lain. Oleh karena itu dapat disimpulkan bahwa suspense GEA dapat diinterchange oleh suspensi Granmax. X/Y r f1 f2 f3 f1 f2 f3 0.350548409 0.393268843 0.30429091 0.397478439 0.79495688 1.192435316 0.374518124 0.452511358 0.42058099 0.396453481 0.79290696 1.189360442 0.225024552 0.416365824 0.37327055 0.401775776 0.80355155 1.205327327 0.310212633 0.449277157 0.42768578 0.542262037 1.08452407 1.626786112 r=Wf/Wn
. UCAPAN TERIMA KASIH
. Penulis mengucapkan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak dan Ibu Tercinta, Martias, SE dan Ribut Wati yang senantiasa tanpa kenal lelah memberikan motivasi, dukungan maupun sokongan baik dari segi meteri maupun non materi kepada penulis hingga detik ini.
2. Ibu Dr. Wiwiek Hendrowati, ST., MT., selaku dosen pembimbing Tugas Akhir penulis yang selalu senantiasa memberikan arahan, masukan dan bimbingan kepada penulis hingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir kali ini.
DAFTARPUSTAKA
[1] Deutschman, Aaron D., Machine Design Theory And
Practice, Macmillan Publishing Co, New York, 1975.
[2] Thomson, William,. Prasetyo, Lea “Teori Getaran
Dengan Penerapannya”,Departement of Mechanical
Engineering, University Of California, Santa Barbara, California
[3] Sutantra, I Nyoman, Teknologi Otomotif Edisi Kedua, Teknik Mesin ITS, Surabaya, 2010B.
