Oleh: Bayu Wijaya Pembimbing: Dr. Ir. Agus Sigit Pramono, DEA

(1)

Oleh:

Bayu Wijaya

2108100707

Pembimbing:

(2)

(3)

Perumusan Masalah



Bentuk, ukuran, dan material dari dudukan

winch agar aman saat menarik beban.



_{Bentuk, ukuran, dan material dari pengunci}

agar box tidak terguling saat terjadi manuver

di tikungan dan aman saat melewati polisi

tidur.



Bentuk, ukuran, dan material dari roda yang

menjadi tumpuan box yang tepat.



Memilih accu yang tepat sebagai sumber

(4)

Batasan Masalah



Berat box saat bermuatan penuh adalah 900 kg

dan saat bermuatan kosong adalah 500 kg.

Berat terdistribusi secara merata.



_{Ketinggian sesaat akan menerima beban impact}

antara mobil dengan jalan adalah 10 cm.



Tipe analisa yang digunakan dalam FEA

(5)

Tujuan Penelitian



Didapatkan desain dan analisanya yang

tepat untuk dudukan winch.



Didapatkan desain dan analisanya yang

tepat untuk pengunci.



_{Didapatkan desain dan analisanya yang}

tepat untuk roda box



Didapatkan jenis accu yang tepat sebagai

(6)

Manfaat Penelitian



Penambahan wawasan terkait teknologi

otomotif.



Membantu dalam pengembangan mobil

(7)

Penelitan Terdahulu

Vladimir Solovyov, Alexandr Cherniavsky melakukan penelitian terkait analisa terhadap drum winch yang dipakai pada kapal untuk menarik jaring. Pemakaian winch ini dapat mengakibatkan deformasi plastik pada bagian drumnya ketika menarik beban sebesar 12,5 ton. Analisa numerik menyatakan bahwa

penyebab utamanya adalah berasal dari lipatan tali winch itu sendiri ketika beban yang ditarik sangat berat.

Pertambahan deformasi panjang drum meningkat seiring dengan bertambahnya putaran drum dan akumulasi deformasinya tergantung dari ukuran drum, material, tegangan tali dan kekakuan tali. Diperlukannya pembatasan pada pembebanan agar kemungkinan untuk terjadinya deformasi plastik pada drum winch semakin mengecil.

(8)

Mohd Azizi Muhammad Nor, Helmi Rashid, Wan Mohd Fizul Wan Mahyuddin,

Mohd Azuan Mohd Alan, Jamaluddin Mahmud melakukan penelitian terkait

analisa tegangan pada chassis Low Loader. Pada paper tersebut dimodelkan,

disimulasikan pembebanan struktur yang terdiri dari desain I – beam yang

digunakan untuk mengangkut beban sebesar 35 ton.

(9)

Arif Nugroho Sukasno Putra melakukan modifikasi terhadap chassis dengan penambahan

komponen berupa dudukan winch, loading ramps, dan pengunci flat belt cart.

Pada penelitian ini masih terdapat beberapa kekurangan, diantarnya adalah posisi dudukan winch yang terlalu rendah. Hal ini dapat mengakibatkan berkurangnya luasan untuk penempatan muatan dan tali winch dapat mengenai landasan box saat muatas dinaikkan ke atas mobil. Kekurangan yang lain adalah panjang loading ramp yang kurang panjang. Hal ini dapat menyebabkan alas dari flatbelt cart menyentuh loading ramp yang disebabkan oleh besarnya sudut yang terbentuk antara loading ramp dan alas jalan. Dan kekurangan lainnya adalah kurangnya analisa mengenai beban impact saat kendaraan melewati polisi tidur, analisa ini diperlukan karena besarnya kemungkinan hal tersebut untuk terjadi.

(10)

(11)

(12)

Gaya – Gaya yang diterima oleh model



Gaya pada dudukan winch



_{Gaya pada loading ramp}



Gaya pada roda box



_{Gaya pada pengunci roda:}



Saat mobil melakukan percepatan dan perlambatan



Saat mobil melakukan manuver di tikungan

(13)



Gaya yang diterima oleh dudukan winch

Gaya berat dapat dicari dengan persamaan:

W = m . g

Tegangan tali dapat dicari dengan persamaan:

T = ∑ F = m.a

(14)



Gaya yang diterima oleh loading ramp

saat dilewati barang

F =

𝑾 𝒄𝒐𝒔 𝜭

𝟐 T

(15)



Gaya yang diterima oleh roda box

F =

𝑊

4 

Gaya yang diterima oleh pengunci saat mobil

melakukan percepatan dan perlambatan

(16)



Gaya yang diterima oleh pengunci saat

mobil melakukan manuver di tikungan

Fs= m .

𝑣

2 𝑟

Rumus Kecepatan Maksimum Gerak Benda pada Tikungan

 Tipe 1 Tikungan Datar dan Kasar

Kecepatan maksimum yang diperbolehkan: V_maks = 𝑔 . 𝑟 . 𝜇_𝑠

 Tipe 2 Tikungan Miring dan Licin

Kecepatan maksimum yang diperbolehkan: V_maks = 𝑔 . 𝑟 . tan 𝜃

 Tipe 3 Tikungan Miring dan Kasar

Kecepatan maksimum yang diperbolehkan: V_maks = 𝑔 . 𝑟 . 𝜇𝑠:tan 𝜃

(17)

Jika pengunci mampu menerima gaya sentrifugal, maka pengunci

akan menerima gaya lanjutan yang arahnya keatas.

Fs x k = F x l



Beban impact yang diterima saat melewati lubang jalan

atau polisi tidur

𝑃𝑚𝑎𝑥 = 48 𝐸𝐼 ∆_𝐿₃ 𝑚𝑎𝑥

𝛥_𝑚𝑎𝑥 = ∆_𝑠𝑡 1 + 1 + 2 𝑕 ∆_𝑠𝑡

(18)

Diagram Alir

Pengerjaan Tugas

Akhir

START Studi Literatur Data kendaraan Pemodelan komponen menggunakan CAD software

Perhitungan daya accu dan gaya – gaya yang diterima

oleh model Mentransfer model dari

CAD software ke FEA software Kesimpulan hasil simulasi FINISH Simulasi menggunakan FEA software

Plotting hasil simulasi

(19)



Studi Literatur

Pada tahapan yang pertama ini, peneliti mencari informasi mengenai penelitian – penelitian

sebelumnya yang membahas terkait aplikasi winch, modifikasi chassis dan mounting box beroda pada mobil.

(20)

(21)

(22)

(23)

(24)

(25)

(26)

Perhitungan Daya Accu



Dari table spesifikasi winch duke du - 2000, dapat

diketahui bahwa ketika winch menarik beban sebesar

500 kg, maka dibutuhkan arus sebesar 73,3 Ampere.

P = V . I

P = 12 volt . 73,3 ampere

P = 879,6 volt ampere = 879,6 watt



Dengan daya winch sebesar 879,6 watt, maka accu

yang dibutuhkan harus memiliki daya minimal sebesar

itu pula.

I = P / V

I = 879,6 / 12

I = 73,3 Ampere

(27)

Gaya yang diterima dudukan winch saat menarik box



Saat box masih di bawah

 tan ϴ = 1307:705 ;1307

2230:2115,6:1000 = 705

5345,6 = 0,131

ϴ = 7,5o

 Gaya karena berat dari winch: W = m_winch . g

= 6,3 kg . 9,8 m/s2

= 61,74 N

 Gaya karena tegangan tali winch: ∑F_y = 0 -W + 2 . N₁ + 2 . N₂ + T sin ϴ= 0 - m . g + 4 . N + T sin ϴ = 0 4 . N = 500 kg . 9,8 m/s2_{– T sin 7,5}o 4 . N = 4900 – 0,13 T N = 1225 – 0,0325 T ∑F_x = m . a T cos ϴ - 2 . F_r1 – 2. F_r2 = m . a T cos ϴ = 2 . F_r1 + 2. F_r2 + m . a T cos ϴ = 4 . F_r + m . a T cos ϴ = 4 . (μ_r. N) + m . a T cos7,5o _{= 4 . (0,19 . (1225 – 0.0325 T)) + 500 . 0,035} 0,99 T = 948,5 – 0,0247 T T = 934,75 N

(28)

F

₁

= F

₂

= F

₃

= F

₄

= F

F = T . cos ϴ / 4

F = (934,75 . cos 7,5

o

) / 4

F = 231,68 N

(29)

∑F_y = T . sin ϴ - 2 . F₅ – 2 . F₆ = 0 2 . F₆ = 934,75 . sin 7,5 – 2 . F₅ F₆ = 61 – F₅ ∑M_A = 0 2 . F₆ . 0,045 – T . sin ϴ . 0,090 + 2 . F₅ . 0,135 = 0 2 . (61 – F₅) . 0,045 – (934,75 . sin 7,5) . 0,09 + 2 . F₅ . 0,135 = 0 5,49 – 0,09 F₅ – 10,98 + 0,27 F₅ = 0 0,18 F₅ = 5,49 F₅ = 30,5 N F₆ = 61 – F₅ F₆ = 61 – 30,5 F₆ = 30,5 N

(30)

Dari perhitungan yang telah dilakukan, dapat dilakukan perencanaan pada baut. Jenis baut yang akan

digunakan adalah baut hexagon. Material yang akan digunakan adalah AISI 1010 HR, perhitungannya adalah sebagai berikut:

Diketahui:

Syp = 42000 Psi = 280 MPa Ak = 2

𝜏 = 231,68 N σ = 30,5 N

Maka, diameter luar baut adalah

𝑑𝑜 ≥ 4 𝜏 𝜋 𝑆_𝐴𝑘𝑠𝑦𝑝 𝑑_𝑜 ≥ 4 . 231,68 3,14 0,58 . 280 . 10₂ 6 𝑑_𝑜≥ 0,0019 𝑚 𝑑𝑜 ≥ 1,9 𝑚𝑚

Dan diameter dalam baut adalah

𝑑_𝑖 ≥ 4 𝜎 𝜋𝑆_𝐴𝑘𝑦𝑝 𝑑_𝑖 ≥ 4 . 30,5 3,14 280 . 10₂ 6 𝑑_𝑖 ≥ 0,00052 𝑚 𝑑𝑖 ≥ 0,5 𝑚𝑚

(31)



Saat box berada di atas loading ramp

𝐹 = 𝑊𝑐𝑜𝑠𝛼 𝐹 = 𝑚 × 𝑔 × 𝑐𝑜𝑠𝛼 𝐹 = 500𝑘𝑔 × 9.8𝑚 𝑠2× 𝑐𝑜𝑠 18,40 F = 4654,2 N

Loading Ramp adalah berpasangan, jadi gaya yang sebenarnya diterima oleh loading ramp adalah:

Framp = 𝐹₂

F_{𝑟𝑎𝑚𝑝} =4654,2𝑁 2 F_{𝑟𝑎𝑚𝑝} = 2327,1𝑁

(32)

Gaya yang diterima oleh pengunci roda

∑𝐹 = 𝑚𝑎

𝐹 − 𝑓𝑠 = 𝑚𝑎

𝐹 = 𝑚𝑎 + 𝑓𝑠

𝐹 = 𝑚𝑎 + µ

_𝑠

𝑁

𝐹 = 𝑚

_{𝑏𝑎𝑟𝑎𝑛𝑔}

𝑎

_{𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚}

+ µ

_𝑠

𝑚

_{𝑏𝑎𝑟𝑎𝑛𝑔}

𝑔

V

_maks

dari pick up = 85 km/jam = 23,6 m/s

t dari mobil diam sampai V

_maks

= 10 s

t dari V

_maks

sampai mobil diam = 5 s

µ

_s

= 0.4



Saat mobil mengalami percepatan atau perlambatan

 Mobil dari diam sampai V_maks (percepatan) Vt = Vo + at 23,6m s = 0 + a 10s a = 2,36_sm₂ F = 900kg . 2,36m_s₂ + 0.4 . 900kg . 9.8_sm₂ F = 5655,6 N

 Mobil dari V_maks sampai diam (pengereman) Vt = V₀+ at 0 = 23,6m_s + a × 5s a = −4,72m_s₂ a_perlambatan = 4,72_sm₂ F = 900kg . 4,72m s2 + 0.4 . 900kg . 9.8 m s2 F = 7776 N

F yang digunakan adalah F terbesar yaitu 7776 N dengan arah horizontal. Jumlah pengunci ada 4 buah, jadi F yang diterima oleh masing-masing pengunci sebesar 1994 N.

(33)

(34)



Saat mobil berada ditikungan

g = 9,81 m/s2 µ_s = 0,4 r = 17 m m = 900 kg Ө = 370 k = 590 mm l = 1430 mm

 Tikungan datar dan kasar vmaks = 𝑔 . 𝑟 . 𝜇𝑠 𝑉𝑚𝑎𝑘𝑠 = 9,81𝑚_𝑠2 . 17𝑚 . 0,4 𝑉𝑚𝑎𝑘𝑠 = 66,7𝑚 2 𝑠2 𝑉𝑚𝑎𝑘𝑠 = 8,1𝑚_𝑠

 Tikungan miring dan licin vmaks = 𝑔 . 𝑟 . tan 𝜃 𝑉_{𝑚𝑎𝑘𝑠} = 9,81𝑚_𝑠₂ . 17𝑚 . tan 37 𝑉𝑚𝑎𝑘𝑠 = 125,6𝑚 2 𝑠2 𝑉𝑚𝑎𝑘𝑠 = 11,2 𝑚_𝑠

 Tikungan miring dan kasar vmaks = 𝑔 . 𝑟 . _{1; 𝜇𝑠 tan 𝜃}𝜇𝑠:tan 𝜃

𝑉_{𝑚𝑎𝑘𝑠} = 9,81𝑚_𝑠₂ . 17𝑚 _{1;0,4 .𝑡𝑎𝑛37}0,4:𝑡𝑎𝑛370₀ 𝑉𝑚𝑎𝑘𝑠 = 15,8 𝑚_𝑠

V yang digunakan adalah vmaks terbesar yaitu 15,8 m/s.

𝐹𝑠 = 𝑚

𝑣2 𝑟

𝐹𝑠 = 900𝑘𝑔

15,8 𝑚 𝑠 2 17𝑚

𝐹𝑠 = 13216,2 𝑁

Gaya sentrifugal terjadi pada keempat pengunci, jadi setiap pengunci menerima gaya sentrifugal sebesar 3304,05 N

(35)

 Jika pengunci mampu menahan gaya Fs, maka barang akan cenderung untuk terguling. Barang akan terguling akibat momen sebesar Fs x k yang setara dengan F x l. Jadi jika kempat pengunci mampu menahan Fs, 2 pengunci akan menerima gaya F yang arahnya keatas dengan besar:

Fs x k = F x l 𝐹 = 𝐹𝑠×𝑘_𝑙

𝐹 = 13216,2𝑁×590𝑚𝑚_1430𝑚𝑚 𝐹 = 5452,8 𝑁

 Gaya tersebut terjadi pada 2 pengunci, sehingga masing-masing pengunci menerima gaya sebesar 2726,4 N.

(36)

Gaya impact yang diterima oleh pengunci roda

Saat mobil menerima beban impact akibat lubang di jalan atau pun polisi tidur, maka pengunci roda box akan menerima gaya impact. Berikut ini perhitungannya:

Diketahui: m = 900 kg / 4 = 225 kg h = 0,01 m E = 205 GPa r = 0,009 m L = 0,060 m

Gaya impact maksimum dapat dicari dengan menggunakan rumus: 𝑃𝑚𝑎𝑥 = 48 𝐸𝐼 ∆_𝑚𝑎𝑥 𝐿3 𝑃𝑚𝑎𝑥 = 48 𝐸𝐼 𝐿3 ∆𝑠𝑡 1 + 1 + 2 𝑕 ∆𝑠𝑡 𝑃𝑚𝑎𝑥 = 48 𝐸𝐼 𝐿3 𝑊 𝐿3 48 𝐸𝐼 1 + 1 + 2 𝑕 48 𝐸𝐼 𝑊 𝐿3 𝑃𝑚𝑎𝑥 = 225 . 9,8 1 + 1 + 2 0,1 . 48 . 205 . 109_. 3,14 4 . 0,0094 225 . 9,8 (0,060)3 𝑃𝑚𝑎𝑥 = 34447,4 𝑁

Maka setiap pengunci roda akan menerima gaya impact sebesar: P_max = 34447,4 N

(37)

Gaya yang diterima oleh Roda Box

Beban box ditumpu oleh 4 roda yang berada di bawah box, masing

– masing roda menumpu berat yang sama besar. Jadi gaya yang

diterima oleh roda box adalah sebagai berikut:

F =

𝑊

(38)

Diagram Alir

Simulasi FEA

Software

START

Import model dari

CAD software Material properties Meshing model Pemberian pembebanan Simulasi static struktural Hasil analisa Plotting hasil Modifikasi desain model tidak Aman End

(39)

Meshing Model

(40)

(41)

(42)

(43)

Proses Pembebanan

(44)

(45)

Pengunci roda

(46)

(47)

Saat mobil cenderung memiliki gaya ke atas

akibat menahan gaya sentrifugal

(48)

(49)

(50)

PEMBAHASAN

Dudukan winch

(51)

(52)

(53)

Pengunci Roda

(54)

(55)

(56)

(57)

Uji Kegagalan Model dengan Metode

Von-Mises

Teori kegagalan von-mises menyatakan bahwa struktur akan

dinyatakan masih dalam keadaan aman jika nilai tegangan

equivalen masih dibawah nilai tegangan maksimum yang masih

diijinkan oleh struktur tersebut.

𝜎

_𝑒𝑞

≤

𝑆

𝑦𝑝

𝑁

Dengan menggunakan nilai safety factor sebesar 1,5 maka:

𝜎

_𝑒𝑞

≤

𝑆

𝑦𝑝

1,5

(58)

Dudukan Winch

𝜎

_𝑒𝑞

≤

𝑆

𝑦𝑝

𝑁

74,101 𝑀𝑃𝑎 ≠

370 𝑀𝑃𝑎

1,5

74,101 𝑀𝑃𝑎 < 246,67 𝑀𝑃𝑎

(AMAN)

(59)

Loading Ramp

𝜎

_𝑒𝑞

≤

𝑆

𝑦𝑝

𝑁

189,18 𝑀𝑃𝑎 ≠

370 𝑀𝑃𝑎

_1,5

189,18𝑀𝑃𝑎 < 246,67 𝑀𝑃𝑎

(AMAN)

(60)

(65)

Hasil simulasi terhadap model – model tersebut

dapat dibuat menjadi tabel sebagai berikut

Model Beban σe Syp

Kondisi(N=1

,5) 𝑟 =

𝑆𝑦𝑝

𝜎𝑒

Dudukan winch Penarikan box 74,101 MPa 370 MPa Aman 4,9

Baut winch Menumpu winch 0,7 MPa 280 MPa Aman 400

Loading ramp Menumpu box 189,18 MPa 370 MPa Aman 1,9

Pengunci roda

Perlambatan Mobil 41,258 Mpa

710 MPa

Aman 17,2

Gaya sentrifugal 248,67 MPa Aman 2,8

Gaya ke atas akibat gaya

sentrifugal 23,832 MPa Aman 29,7

Gaya impact 300,97 MPa Aman 2,3

(66)

Kesimpulan

1.

Dudukan winch saat menarik beban seberat 500 kg memiliki angka rasio

keamanan sebesar 4,9.

2.

Loading ramp saat dilewati oleh beban seberat 500 kg memiliki angka rasio

keamanan sebesar 1,9.

3.

Pengunci roda menerima beban paling besar saat menerima beban impact.

Berikut ini kondisi yang dimiliki oleh pengunci roda:

a.

Saat terjadi perlambatan memiliki angka rasio keamanan sebesar 17,2.

b.

Saat menerima gaya sentrifugal memiliki angka rasio keamanan sebesar

2,8.

c.

Saat menerima gaya ke atas akibat adanya gaya sentrifugal memiliki

angka rasio keamanan sebesar 29,7.

d.

Saat menerima gaya impact memiliki angka rasio keamanan sebesar 2,3.

4.

Roda box saat menumpu beban box sebesar 900 kg memiliki angka rasio

(67)