PERANCANGAN ALAT UJI PENETRASI HELM PADA MOTOR

(1)

PERANCANGAN ALAT UJI PENETRASI

HELM PADA MOTOR

H

endri Sukma

Dosen Teknik Mesin Fakultas Teknik Mesin Universitas Pancasila

ABSTRAK

Alat uji penetrasi adalah salah satu aplikasi dari SNI 1811-2007 tentang standar pengujian helm. Perancangan alat uji penetrasi dilakukan analisis dengan HOQ (House Of Quality) yang dikenal dalam bentuk QFD (Qulity Function Deployment) dimana dalam proses perancangan mampu mengintegrasi “suara konsumen” ke dalam proses perancangannya, sehingga didapatkan 2 varian mesin, setelah di analisis dengan HOQ maka didapat nilai tertinggi adalah varian 2.

Pada alat uji penetrasi menggunakan elektromagnet untuk menempelkan identor dan motor listrik DC untuk menarik elektromagnet dan identor pada ketinggian yang telah ditentukan. Spesifikasi motor DC adalah putaran motor 59 rpm, voltase 16 Volt, arus listrik 0,9 Ampere, Daya 198 Watt.

Pada alat uji penetrasi terdapat gaya-gaya yang bekerja. Adapun gaya yang bekerja adalah pada identor memiliki gaya berat 29,43 N, energi potensial pada saat identor jatuh 47,08 joule , dan identor memiliki kecepatan jatuh 5,6 m/s, dan besar energi identor saat menumbuk helm 1.477,9 joule.

Kata Kunci : Quality Function Deployment, House Of Quality, Alat uji penetrasi helm, gaya.

I. PENDAHULUAN 1.1. LATAR BELAKANG

Kecelakaan lalu lintas yang terjadi di jalan raya sebagian besar adalah sepeda motor, hal ini dapat dilihat dari data pemerintah yang menyebutkan bahwa dari sekitar 30 ribuan kecelakaan yang terjadi setiap tahunnya, lebih dari setengahnya melibatkan sepeda motor. Bahkan data statistik PBB menyebutkan, setiap dua kilometer pengendara sepeda motor mempunyai resiko meninggal. karena kecelakaan, 20 kali lebih besar ketimbang pengendara mobil. Oleh karena itu Badan Standarisasi Nasional (BSN) pada tahun 2007 telah menetapkan standar helm di Indonesia dengan mengeluarkan SNI 1811 – 2007, dimana pada standar ini dinyatakan bahwa helm telah memenuhi standar keselamatan jika telah melewati beberapa uji. Salah satu pengujian terhadap helm yang memenuhi standar adalah uji penetrasi.

Uji penetrasi berfungsi untuk mengetahui sejauh mana ketahanan helm terhadap benturan benda tajam pada saat kecelakaan.

1.2. Tujuan Perancangan Mesin.

Tujuan perancangan ini adalah membuat rancangan alat uji penetrasi yang sesuai dengan standar SNI 1811 – 2007.

1.3. Batasan Masalah

Dalam merancang alat uji penetrasi ini batasan masalah yang akan dibahas adalah rancangan alat uji penetrasi sesuai dengan standart SNI 1811 – 2007.

1.4 Metode Penelitian

Metode yang dipakai dalam penulisan penelitian ini adalah sebagai berikut :

a. Bench Marking ( Baku Mutu)

• Dengan melakukan survey dan

wawancara utuk mendapatkan standar alat uji penetrasi yang ditetapkan

• Pembuatan alat uji penetrasi b. Studi literature

II. LANDASAN TEORI 2.1 Pengertian Perancangan

Perancangan elemen mesin adalah menciptakan mesin-mesin baru yang lebih baik dan meningkatkan yang sudah ada, dan selalu berkaitan dengan segi ekonomis yang mempertimbangkan keseluruhan biaya produksi dan operasi.

2.2. Klasifikasi Perancangan

Desain mesin dapat diklasifikasikan sebagai berikut:

Jurnal mekanikal Teknik Mesin S-1 FTUP

(2)

1. Adaptif desain

2. Pengembangan desain. 3. Desain baru.,

4. tergantung pada metode yang digunakan, dapat diklasifikasikan sebagai berikut: a. Desain rasional. b. Desain empiris. c. Desain industri. d. Desain optimum. e. Desain elemen.

f. Desain berbantuan komputer (CAD).

2.3. Pertimbangan Umum dalam Perancangan Mesin

Berikut ini adalah pertimbangan-pertimbangan umum dalam merancang komponen mesin:

1. Jenis beban dan tegangan yang disebabkan oleh beban.

2. Gerak bagian atau gerak mesin. 3. Pemilihan bahan.

4. Bentuk dan ukuran parts.

5. Ketahanan terhadap gesekan dan pelumasan.

6. Kenyamanan dan fitur ekonomis. 7. Penggunaan komponen standar. 8. Keselamatan operasi..

9. Biaya konstruksi.

10. Perakitan. Setiap mesin atau struktur harus disusun seperti unit sebelum dapat berfungsi.

2.4 Prosedur Umum dalam Perancangan Mesin

1. Mengenali yang dibutuhkan: Pertama-tama, membuat pernyataan lengkap dari masalah, menunjukkan kebutuhan, dan tujuan dari mesin yang akan dirancang. 2. Sintesis (Mekanisme)

3. Analisis kekuatan 4. Pemilihan bahan

5. untuk setiap bagian dari mesin. 6. Desain elemen (ukuran dan tegangan 7. Modifikasi

8. Detail gambar 9. Produksi.

2.5 QFD (QualityFunction Deployment)

QFD adalah metedologi dalam proses perancangan dan pengembangan produk atau layanan yang mampu mengintegrasikan ‘suara-suara konsumen’ ke dalam proses perancangannya.

Quality Function Deployment

direpsentasikan sebagai sebuah perubahan dari arus utama pengendalian kualitas manufaktur tradisional sederhana ke pengendalian kualitas desain produk. Penggunaan QFD untuk membantu mendefinisikan “apa yang di lakukan“ (what

to do) dan transformasi yang progresif apa

yang di lakukan ke dalam “bagaimana harus” (how to) dengan berbagai cara sehingga didapatkan hasil performance yang konsisten didalam memuaskan konsumen.

2.6. Manfaat Penerapan QFD

Manfaat-manfaat yang dapat diperoleh oleh pererapan QFD dalam proses perancangan produk adalah ( Dale, 1994 ): 1. Meningkatkan kehandalan produk 2. Meningkatkan kualitas produk 3. Meningkatkan kepuasan konsumen 4. Memperpendek time to market 5. Mereduksi biaya perancangan 6. Meningkatkan komunikasi 7. Meningkatkan produktifitas

2.7. Keunggulan QFD

Keunggulan – keunggulan yang dimiliki QFD adalah :

1. Menyediakan format standar untuk

menterjemahkan kebutuhan konsumen menjadi persyaratan teknis, sehingga dapat memenuhi kebutuhan konsumen.

2. Menolong tim perancang untuk

memfokuskan proses perancangan yang dilakukan pada fakta-fakta yang ada, bukan intuisi.

3. Selama proses perancangan, pembuatan keputusan “direkam” dalam matriks-matriks sehingga dapat diperiksa ulang serta dimodifikasi dimasa yang akan dating.

2.8. Hierarkhi Matrik QFD

Dengan menggunakan metodologi QFD dalam proses perancangan dan pengembangan produk, maka akan dikenal empat jenis tahapan, yaitu masing-masing adalah :

1. Tahap Perencanaan Produk ( House of

Quality ) : menjelaskan tentang customer needs, technical requirements, co-relationship, co-relationship, customer competitive evaluation, competitive technical assement, dan targets. HOQ

terdiri dari tujuh bagian utama tersebut. 2. Tahap Perencanaan Komponen ( Part

Deployment ) : merupakan faktor-faktor

teknis yang critical terhadap

pengembangan produk.

3. Tahap Perencanaan Proses ( Process

Planning ) : merupakan matriks proses

pembuatan pengembangan suatu produk.

(3)

4. Tahap Perencanaan Produksi ( Production

Planning ) : memaparkan tindakan yang

perlu diambil didalam perbaikan kualitas produk.

2.9. House of Quality

Rumah kualitas atau biasa disebut juga House of Quality (HOQ) merupakan tahap pertama dalam penerapan metodologi QFD. Secara garis besar matriks ini adalah upaya untuk mengkonversi voice of costumer secara langsung terhadap persyaratan teknis atau spesifikasi teknis dari produk atau jasa yang dihasilkan

2.10. Matriks House Of Quality (HOQ)

Penilaian kinerja kualitas produk dilaksanakan dengan alat analisis Quality

Function Deployment (QFD) yaitu suatu alat

yang menggambarkan mekanisme terstruktur untuk menentukan kebutuhan pelanggan dan menterjemahkan kebutuhan-kebutuhan tersebut ke dalam kebutuhan teknis yang relevan. Matriks House Of Quality adalah bentuk yang paling dikenal dari QFD (Gaspersz, 2001).

Bentuk umum matriks.

Tahapan penggunaan QFD menurut Marimin (2004), sebagai berikut:

1. Mendengarkan suara konsumen dengan menentukan harapan pelanggan.

Caranya :

a. Penentuan konsumen ahli yang akan dilibatkan dalam identifikasi dan rating harapan pelanggan.

b. Wawancara dengan konsumen ahli, hasil wawancara berupa atribut

kualitas, kemudian dilakukan pembobotan dengan menggunakan

perbandingan berpasangan. Hasilnya berupa bobot yang kemudian

dikonversikan dalam rangking.

2. Membuat matriks proses yang ada dalam perusahaan.

3. Menentukan hubungan keterkaitan antara atribut dengan karakteristik

proses dengan nilai yang telah ditetapkan.

2.11 Teori-teori gaya 1. Energi jatuh bebas

Besarnya energi potensial jatuh bebas adalah:Ep = m g h

2. Kekuatan Las

Perhitungan kekuatan las, seperti pada rumus di bawah ini (Zainul Achmad, 1999) : Tegangan Total : 2

.

6

1 .

7 ,

0 ⎥⎦

⎤

⎢⎣

⎡

+

×

=

l

H

A

F

τ

3. Tegangan dan Regangan Normal

Konsep dasar dari tegangan dan regangan dapat diiliustrasikan dengan meninjau sebuah batang prismatik yang dibebani dengan gaya-gaya aksial pada ujungnya. Sebuah batang prismatik adalah sebuah batang lurus yang memiliki penampang yang sama pada keseluruhan panjangnya.

III. PROSEDUR PENGUJIAN HELM BERDASARKAN SNI 1811-2007 3.1 Material helm SNI

Bahan helm harus memenuhi ketentuan sebagai berikut:

a. Adapun jenis bahan yang masuk dalam kriteria kuat adalah campuran plastik, fiber glass, fiber carbon. Untuk jenis bahan yang terakhir fiber carbon adalah jenis bahan yang paling kuat saat ini. b. Bahan pelengkap helm harus tahan

lapuk, tahan air dan tidak dapat terpengaruh oleh perubahan suhu.

c. Bahan-bahan yang bersentuhan dengan tubuh tidak boleh terbuat dari bahan yang dapat menyebabkan iritasi atau penyakit pada kulit.

3.2 Konstruksi

Konstruksi helm harus memenuhi persyaratan sebagai berikut :

a. Helm harus terdiri dari tempurung keras dengan permukaan halus, lapisan peredam benturan dan tali pengikat ke dagu.

b. Tinggi helm sekurang-kurangnya 114 milimeter diukur dari puncak helm ke bidang utama yaitu bidang horizontal. c. Keliling lingkaran bagian dalam helm d. Tempurung terbuat dari bahan yang

keras,

e. Peredam benturan terdiri dari lapisan peredam kejut yang dipasang dengan tebal sekurang-kurangnya 10 milimeter dan jaring helm atau konstruksi lain yang berfungsi seperti jaring helm.

f. Tali pengikat dagu lebarnya minimum 20 milimeter .

g. Tempurung tidak boleh ada tonjolan keluar yang tingginya melebihi 5

(4)

milimeter dari permukaan luar tempurung .

h. Lebar sudut pandang sekeliling

sekurang-kurangnya 105 derajat pada tiap sisi dan sudut pandang vertical. i. Daerah pelindung helm

j. Helm tidak boleh mempengaruhi fungsi aura dari pengguna terhadap suatu bahaya.

k. Setiap penonjolan ujung dari paku/keling harus berupa lengkungan dan tidak boleh menonjol lebih dari 2 mm dari permukaan luar tempurung.

l. Helm harus dapat dipertahankan di atas kepala pengguna dengan kuat melalui atau menggunakan tali

m. Pelindung

1. Helm yang dilengkapi dengan pelindung yang akan diuji dipasang di atas pola kepala uji dari ukuran tertentu sesuai dengan spesifikasi.

2. Pada saat menempatkan pelindung pada posisi atas, sudut antara garis tangensial RS.

3.3 Kontruksi dan bagian-bagian helm

1. sungkup 2. Lapisan pelindung 3. Tali pemegang 4. Lapisan kenyamanan 5. Pelindung telinga 6. Kaitan kaca 7. Jaring helm 3.4 Proseur Pengujian 1. Umum

Helm yang tersedia dan dipasarkan harus disertai dengan berbagai asesoris yang terpisah dari peralatan aslinya.

2. Sungkup

A.Penyerapan energi kejut. Penurunan

percepatan maksimum pola kepala uji harus tidak lebih dari 300 g, dimana sungkup diuji dari berbagai bagian konstruksi, akan tinggal tetap utuh

B. Penetrasi. Pemukul tidak boleh

terjadi kontak (tembus) dengan blok uji

3. Sistem penahan

A. Efektifitas sistem penahan Helm yang dipilih sebagai ukuran harus tidak memodifikasi pola kepala uji ketika diuji, pengujian dilakukan menurut metoda.

B. Keandalan sistem penahan pada tali pemegang Tegangan didalam tali

pengencang dilakukan ulur tarik berulang-ulang.

C. Kekuatan sistem penahan Nilai ketahanan sistem penahan tali pemegang harus mempunyai

perpanjangan dinamis dan sisa perpanjangan tidak lebih dari 32 mm dan 16 mm untuk impak pertama, dan 25 mm dan 8 mm untuk impak kedua, pengujian dilakukan menurut metoda.

D. Kelicinan sabuk. Pergeseran gesekan penjepit bagian keras sabuk dengan beban uji tarik melalui jepitan harus tidak melebihi 10 mm, pengujian dilakukan menurut metoda.

E. Keausan sabuk.Sabuk harus tidak putus dan mampu menahan tarikan 3 kN jika terjadi pergeseran lebih dari 5 mm, pengujian dilakukan menurut metoda.

4. Ketahanan impak miring

Paron balok Bila helm diuji dengan metoda

menggunakan paron balok, nilai gaya arah membujur puncak harus tidak lebih dari 2,5 kN, dengan waktu impak tidak lebih dari 15,5 N.detik, pengujian dilakukan menurut metoda.

5. Pelindung dagu Pelindung dagu diuji

dengan penurunan percepatan maksimum dari pemukul harus tidak lebih dari 300 g.

6.Uji sifat mudah terbakar ( safety helm )

IV. PERANCANGAN KONSEP ALAT UJI PENETRASI

PADA HELM BERDASARKAN SNI 1811-2007

Perancangan alat uji penetrasi pada helm terdiri dari serangkaian kegiatan berurutan yang disebut fase-fase perancangan. Urutan proses fase-fase perancangan alat uji penetrasi pada helm adalah sebagai berikut.

4.1. Metoda Perancangan

1. Penjabaran Tugas (Clarification of The

Task),

2. Penentuan Konsep Perancangan

(Conceptual Design

3. Perancanan Wujud (Embodiment

Design)

4. Perancangan Rinci (Detail Design)

4.2. Identifikasi Kebutuhan

Melakukan survey lapangan :

1. Interview langsung dengan para ahli

tentang prosedur yang berlaku pada alat uji tersebut Costumer Requirement.

2. Menganalisis dan melakukan pengujian

pada mesin yang sudah ada agar dapat mengetahui masalah kekuranganya.

4.3. Konsep Perancangan

(5)

Dengan spesifikasi di atas, makin jelas bahwa mesin yang dirancancang adalah mesin yang dapat menguji kekuatan helm terhadap benda tajam dengan perubahan rancangan yang lebih ekonomis.

4.4. Spesifikasi Alat Uji Penetrasi Menurut SNI 1811-2007

1. Paku pemukul yang digunakan memiliki spesifikasi sebagai berikut:

• Berat 3,0 kg

• Sudut titik radius kepala pemukul 60º ± 0,5º

• Jari-jari bagian titik kepala pemukul 0,5 mm ± 0,1 mm;

• Tinggi minimum kerucut 40 mm; • Kekerasan 45 – 50 rockwell - C

2. Jarak jatuh paku 1.6 m ( diukur dari ujung paku sampai titik benturan pada pola kepala )

3. Blok pengujian atau pola kepala terbuat dari kayu keras dan logam lunak

V. PERANCANGAN DETAIL ALAT UJI PENETRASI PADA HELM BERDASARKAN SNI 1811-2007

Pada tahap ini adalah proses perancangan dalam bentuk gambar dala artian gambar tersusun dan gambar jadi termasuk daftar komponen, spesifikasi bahan, toleransi dan lain-lain yang secara keseluruhan merupakan dokumen dalam pembuatan mesin.

5.1 Perancangan Wujud Alat Uji Penetrasi Helm SNI 1811-2007

Tahap perancangan wujud adalah dimulai dari konsep teknik tersebut kemudian dikembangkan dengan menggunakan kriteria teknik dan ekonomi. Hasil tahap ini berupa gambaran (lay out) dengan jelas bentuk rangkaian dari elemen produk dan membuat solusi pemecahan untuk fungsi tambahan.

5.2 Komponen Alat Uji Penetrasi Helm

Gambar komponen yang ditunjukan memiliki skala gambar yang berbeda, seperti terlihat pada masing-masing gambar.

1. Paku Berfungsi untuk penguji

ketahanan penetrasi pada helm. Paku ini berbentuk seperti tabung panjang dan diujungnya berbentuk kerucut, yang diletakkan pada ketinggian 1,6 m dan jatuh bebas tepat diatas tempurung pada helm

2. ElektromagnetBerfungsi untuk

mengangkat paku pada ketinggian

1,6 m dan menjatuhkannya secara bebas.

3. Motor ListrikBerfungsi sebagai

penggerak untuk menggerakkan paku yang telah menempel pada electromagnet melalui bantuan puli dan sling. Motor listrik yang digunakan memiliki spesifikasi sebagai berikut 16 volt, 0,9 ampere, dan memiliki kecepatan 59 rpm. 4. Pipa berfungsi sebagai penjaga dan

pengarah paku yang jatuh secara bebas tepat diatas tempurung helm. Pipa ini memiliki ukuran diameter sebesar 4 inc dengan panjang 2 m. 5. Sling berfungsi untuk menarik dan

menurunkan elektromagnet pada saat ingin mengambildan mengangkat paku. Sling digerakkan oleh sebuah motor listrik. Sling ini memiliki diameter 3mm dengan panjang 8 m.

6. Puli berfungsi untuk meneruskan gaya yang diperoleh dari motor sehingga sling dapat tertarik atau sebaliknya.

7. Katrol berfungsi sebagai jalur

pergerakan sling.

8. Rangka berfungsi sebagai tempat topangan semua komponen penyusun alat. Rangka dibuat dari besi kotak 40x40 mm dengan ketebalan 2 mm. Yang kesemuanya dilas agar lebih kompleks..

9. Pola Kepala Pola kepala berfungsi sebagai tempat meletakkan helm yang akan diuji

10. Baut dan mur Baut dan mur

berfungsi sebagai penghubung komponen alat uji penetrasi, seperti : menghubungkan pola kepala dengan rangka

5.3 Cara Kerja Alat Uji Penetrasi Pada Helm SNI 1811-2007

1. Elektromagnet yang terhubung dengan kabel sling yang digerakkan oleh sebuah motor diturunkan untuk mengambil jarum dan menaikkan paku pemukul pada ketinggian1,6 m.

2. Kemudian elektromagnet yang terdapat pada alat uji tersebut dihidupkan sehingga bersifat seperti magnet.

3. Kemudian elaktromagnet ditarik

sehingga paku juga akan ikut tertarik

(6)

keatas, sampai jarak antara ujung paku dengan kepala uji berjarak 1,6 m.

4. Kemudian letakkan helm yang akan diuji pada pola kepala.

5. Kemuian elktromagnet dimatikan

sehingga paku pemukul yang menempel akan jatuh secara bebas tepat di atas permukaan tempurung helm yang telah di letakkan pada kepala uji dengan bantuan pipa .

5.4.Perhitungan Mekanisme Alat uji Penetrasi Helm SNI 1811-2007

a. Gaya berat

b. Energi potemsial paku pada saat jatuh bebas

c. Kecepatan paku pada saat jatuh bebas d. Besar energi paku pada saat menumbuk

helm

e. Tegangan yang terjadi pada sling pada saat menahan posisi paku pada ketinggian 1,6 m.

f. Beban yang dapat diangkat oleh motor listrik

g. Perhitungan kekuatan las h. Perhitungan gaya pada kerangka

5.5.Analisa Kerangka Dengan Software ( PRO E )

Setelah diketahui gaya pada kerangka maka akan dilakukan analisa dengan menggunakan software PRO E untuk mengetahui bagian-bagian yang kritis.

VI. KESIMPULAN DAN SARAN 6.1. Kesimpulan

Dari perancangan alat uji penetrasi helm SNI 1811-2007 dapat diambil beberapa kesimpulan yaitu :

1. Pada alat uji penetrasi mengalami beberapa modifikasi antara lain:

a. Paku Modifikasi pada paku terjadi pada diameternya yang bertujuan agar meminimalisasi panjang paku dan tinggi alat uji tersebut.

b. Pola kepala Modifikasi pada pola kepala terjadi pada diameter yang lebih besar dan lebih tinggi pada pola kepala tersebut, yang bertujuan agar pada saat pengujian kemungkinan helm bergerak atau bergeser kecil. 2. Berat paku pada alat uji sebesar 3 kg,

dan dijatuhkan pada jarak ketinggian 1,6 m, sehingga menghasilkan energi potensial sebesar 47,08 joule.

3. Kecepatan paku pada saat jatuh bebas yaitu 5,6 m/s .

6.2. Saran

Dari pembahasan tentang alat

uji penetrasi pada helm SMI

1811-2007 maka ada beberapa saran yaitu

: Pada saat meletakkan helm pada

kepala uji harus benar dan pasang

sabuk helm agar pada saat paku

dijatuhkan, helm tidak bergerak atau

bergeser.

VII. DAFTAR PUSTAKA

1. Ulrich,Kart T ( A.O ) . Perancangan

Dan Pengembangan Produk,

Salemba, 2001

2. Hibbeler. R.C., Mekanika Teknik Statika, Prentice Hall, 1997

3. Hibbeler. R.C, Mekanika Teknik dinamika, Prentice Hall, 1997

4. G. Takeshi Sato dan N. Sugiarto H,

Menggambar Mesin menurut standar ISO, Jakarta, PT.Pradya

Paramita, 1992.

5. Djoko W. Karmiadji, Mekanika

Kekuatan Material, Penerbit

Universitas Pancasila, Jakarta. 6. Djoko W. Karmiadji, Statika

Struktur, Penerbit Universitas

Pancasila, Jakarta.

7. Daryanto, Fisika Teknik , Revika

aditama , 1999

8. Syaifudin Achmad,ST, Elemen Mesin, JTM ITS Surabaya,

Surabaya.

9. http://www.google.co.id/quality function deployment.html. minggu,

14 november 2010, 10.00 WIB 10. http://www.google.co.id/house of

quality.html, minggu, 14 november 2010, 13.00 WIB

11. http://www.bsn.go.id/files/321435/20 100130/SNI%201811-2007.pdf, minggu, 14 november 2010, 13.00 WIB