Studi Karakteristik Regeneratif Shock Absorber Double Silinder Hydraulic Actuator Dengan Variasi Viskositas Oli

(1)

SENATEK 2015| Malang, 17 Januari 2015 186

Studi Karakteristik Regeneratif Shock Absorber Double

Silinder Hydraulic Actuator Dengan Variasi Viskositas Oli

Wanda Afnison1*_{, Harus Laksana Guntur}2

Mahasiswa Program Magister, Jurusan Teknik Mesin Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya, Indonesia1*

e-mail: [email protected]

Lab. Sistem Dinamis dan Vibrasi, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya, Indonesia2

ABSTRAK

Menipisnya sumber energi bertolak belakang dengan meningkatnya pemakaian energi tiap tahunnya. Keadaan ini harus diatasi dengan mencari sumber energi baru dan dengan memanfaatkan energi yang terdisipasi dari kendaraan. Pemanfaatan energi terdisipasi pada kendaraan cukup menjanjikan untuk dikembangkan karena masih rendahnya efisiensi kendaraan. Dimana sebesar 62% energi terbuang dalam bentuk panas dan getaran. Salah satu cara memanfaatkan energi ini adalah dengan membuat Regeneratif Shock Absorber (RSA). Regeneratif Shock Absorber adalah tipe shock absorber yang selain mampu meredam getaran kendaraan akibat jalan yang bergelombang tapi juga mampu menghasilkan energi listrik.

Pada penelitian ini dilakukan “Studi Karakteristik Regeneratif Shock Absorber Double Silinder Hydraulic Actuator Dengan Variasi Viskositas Oli”. Pada studi ini dilakukan variasi viskositas oli yang digunakan sehingga diperoleh respon percepatan masa dan energi bangkitan yang berbeda. Hasil analisa dijadikan acuan dalam pemilihan oli untuk RSA. Penelitian dilakukan di laboratorium vibrasi teknik mesin ITS menggunakan alat uji suspensi (suspension test rig).

Dari hasil eksperimen diperoleh data bahwa HEMSA yang menggunakan oli SAE 10 memiliki nilai rms percepatan massa energi tertinggi pada seluruh frekuensi eksitasi. Dimana rms massa energi pada frekuensi 1.4 Hz sebesar 0.018 m/s2_{, pada frekuensi 1.7 sebesar 0.025} m/s2 dan pada frekuensi 2.2Hz sebesar 0.037 m/s2_{. Ditinjau dari energi bangkitan yang} dihasilkan, HEMSA yang menggunakan oli SAE 10 memiliki energi bangkitan paling besar dengan daya 0.34 watt pada frek 1.4 Hz , 0.65 watt pada frekuensi 1.7 Hz dan 2.30 watt pada frekuensi 2.2Hz. Ditinjau dari faktor kenyamanan pengendara, nilai rms tertinggi HEMSA pada penggunaan masing-masing oli masih dalam kategori “nyaman” dimana rms percepatan tertinggi terjadi pada frekuensi eksitasi 2.2 Hz pada penggunaan oli dengan SAE 10 berada dibawah 0.1 m/s2. _{Secara keseluruhan dapat disimpulkan penggunaan oli dengan SAE 10 menghasilkan} kondisi terbaik bagi karakteristik HEMSA baik ditinjau dari factor kenyamanan maupun energi bangkitan yang dihasilkan.

Kata kunci: Regeneratif Shock Absorber, Viskositas, Energi Bangkitan, Suspension Test Rig.

ABSTRACT

The depletion of energy sources in contrast to the increasing energy consumption per year. This state of affairs should be resolved by finding new energy sources by utilizing the dissipation energy with the vehicles. The utilization of this dissipation energy is worth enough to be developed. It is because of the low efficiency of vehicles which amount to 62% wasted energy in the form of heat and vibration. One of the ways to utilize this energy is by making Regenerative Shock Absorber (RSA). RSA is a type of shock absorber which is in addition to be able to absorb the vibration because of the bumpy road it is also able to produce electrical energy.

This research describes “Characteristics Of Regeneratif Shock Absorber Double Silinder Hydraulic Actuator With Variations Oil Viscocity”. This study make a variation of oil viscocity that use thus obtained a different mass respons (acceleration) and electric energy can harvester. The result used as a reference in the selection of oil for RSA. Experiment study was conducted in vibration laboratory of ITS using suspension test rig.

(2)

The experiment result we get that HEMSA which uses oil SAE 10 have the higher rms of aceeleration sprung mass for each exitation frekuenci. Where rms sprung mass at frekuency 1.4 Hz = 0.018 m/s2_{, frekuency 1.7 Hz = 0.025 m/s2 and frekuency 2.2Hz = 0.037 m/s}2_{. In terms of energy} generation produced, HEMSA which uses oil SAE 10 has the greatest energy produce with 0.34 watt at frekuency 1.4 Hz , 0.65 watt at frekuency 1.7 Hz and 2.30 watt at frekuency 2.2Hz. In terms of riding comfort, higher rms value HEMSA for each oli viscocity still on range “comfortable” where higher rms was happen at excitation frekuency 2.2 Hz at using oil SAE 10 under 0.1 m/s2_{. Overall we can make a conclution: using oil SAE 10 can increase performance of} HEMSA both in terms of riding comfort and energy harvester.

Keyword: Regeneratif Shock Absorber, Viscocity, Energy harvester, Suspension Test Rig Pendahuluan

Pada penelitian ini dilakukan eksperimen dari Regeneratif Shock Absorber yang menggunakan silinder hidolik dengan perbandingan diameter 30:40. Selang yang digunakan double port, 2 kompressi dan 2 rebound. Gerak translasi aktuator digunakan untuk menggerakkan silinder hidrolik 1. Gerakan silinder hidrolik 1 menjadi menjadi input bagi silinder hidrolik 2, gearbox dan generator. Output generator kemudian disalurkan ke lampu sebagai beban. RSA tipe ini mengadopsi 3 sistem yang bekerja bersama yaitu sistem hidrolik yang diwakili silinder hydrolic (silinder hyrolik 1,2), sistem electric yang diwakili generator DC dan mekanik berupa mekanisme roda gigi. Bedasarkan penggabungan 3 sistem ini, maka RSA ini dinamai Hydrolic Electro Mechanis Shock Absorber (HEMSA).

Pada penelitian ini dilakukan variasi penggunaan viskositas oli. Hal ini dilakukan untuk melihat bagaimana pengaruh viskositas oli terhadap kinerja HEMSA. Diharapkan dari hasil penelitian ini diperoleh data yang dapat digunakan sebagai acuan dalam penggunanan oli ideal untuk HEMSA. Ideal disini bermakna suatu kondisi dimana viskositas oli yang digunakan mampu mengoptimalkan kinerja HEMSA, baik ditinjau dari faktor kenyamanan maupun daya yang dihasilkan.

Desain konstruksi dari HEMSA dapat dilihat pada gambar berikut:

Gambar 1. Konstruksi Hydraulic Electro Mechanic Shock Absorber (HEMSA)

Metode Penelitian/Pengabdian Kepada Masyarakat

Menentukan Konstanta Redaman Hydraulic Electro Mechanic Shock Absorber

Metode pembebanan dilakukan untuk mengetahui nilai dari konstanta redaman HEMSA. Pada HEMSA ada beberapa nilai konstanta redaman yang dapat diperoleh: konstanta redaman hidrolik, elektrik, mekanik dan terakhir nilai konstanta redaman seluruh sistem HEMSA dengan pemasangan external load (lampu).

(3)

Pasang HEMSA pada alat uji (Suspenson Test Rig) untuk pengujian Viscous dumping, OLI SAE 10

START

HEMSA, Alat Uji, Massa Uji, Stop Watch, Oli SAE 10,20,30

Massa Holder 28,5 kg

Fd=m.g

Catat Kecepatan turun massa sprung (V) V=S/t

mn=43,5 kg

C Viscous untuk oli dengan SAE 10,20,30

END mn=m+5 kg

Viscous dumping Oli SAE n = 30 (C=Fd/v)

Oli SAE n+10

1. Mekanisme Penentuan Konstanta Redaman Viscous Dumping

Nilai viscous dumping diperoleh dengan memasangkan hydrolik actuator 1 dan 2 pada suspension test rig sesuai gambar dibawah. Untuk pengujian viscous dumping hanya menggunakan dua buah hidrolik aktuator sedangkan perangkat lain seperti mekanisme roda gigi dan generator dilepas sementara.

Dalam proses pengujian dilakukan juga penggantian oli tabung hidrolik dengan tingkat kekentalan SAE 10, 20, 30.

(a) (b)

Gambar 2. (a)Mekanisme pengujian viscous dumping, (b)Flowchart pengujian viscous dumping

2. Mekanisme Penentuan Konstanta Redaman viscous + friction dumping.

Untuk mendapatkan nilai dari friction dumping terlebih dahulu maka harus dipasangkan mekanisme roda gigi yag terhubung dengan tabung hyrolik 2. Nilai friction dumping Cfriction = Cviscous+friction – Cviscous.

(a) (b)

Gambar 3. (a) Mekanisme pengujian friction dumping, (b) Flowchart pengujian friction dumping

Pasang HEMSA pada alat uji (Suspenson Test Rig) untuk pengujian Viscous + Friction dumping

START

HEMSA, Alat Uji, Massa Uji, Stop Watch, Oli SAE 10

Fd=m.g

mn=43,5 kg

C Friction

END mn=m+5 kg

Viscous + Friction dumping (C=Fd/v)

(4)

Pasang HEMSA pada alat uji (Suspenson Test Rig) untuk pengujian Viscous + Friction + Electrical dumping

START

HEMSA, Alat Uji, Massa Uji, Stop Watch, Oli SAE10

Lampu=20 watt

Fd=m.g

mn=43,5 kg

C Total dengan beban lampu

END mn=m+5 kg

C Total dengan beban lampu 20 watt tidak

ya

Setting Amplitudo = 2cm, Oli SAE 10, Frekuensi 1,4 Hz

START

HEMSA, Suspension test rig, Osiloscope, Akselerometer, Massa Uji, Oli SAE 10, 20, 30 Beban lampu 20 watt

Eksitasi Impuls

Respon massa uji akibat eksitasi impuls

END

Oli SAE n+10 Hasil pengukuran

(voltase & Arus)

Respon massa uji & energi bangkitan HEMSA menggunakan Oli n = SAE 30

ya

tidak

3. Mekanisme Penentuan Konstanta Redaman electric dumping dengan pembebanan lampu

(a) (b)

Gambar 4. (a) Mekanisme pengujian electric dumping, (b) Flowchart pengujian electric dumping

Pengujian Impuls

Pengujian Impuls dilakukan untuk mengetahui transient respons dari HEMSA. Berikut mekanisme dan flowchart pengujian:

(a) (b)

Gambar 5. (a) Mekanisme pengujian impuls, (b) Flowchart pengujian Impuls Pengujian Periodik

Pengujian periodik dilakukan untuk melihat steady state respons dari sistem. Berikut mekanisme dan flowchart pengujian:

(5)

START HEMSA, Suspension test rig, Osiloscope, Akselerometer, Massa Uji, Oli SAE 10,20,30, Beban lampu 20 watt

Setting Frekuensi=1.4 Hz

Eksitasi Periodik

Respon massa uji akibat eksitasi impuls

END

Oli SAE n+10 Hasil pengukuran

(voltase & Arus)

Respon massa uji & energi bangkitan HEMSA menggunakan Oli SAE 30

fn=2 Hz fn=f+0,3 hz ya tidak ya tidak Setting Amplitudo = 2cm, Oli SAE 10

(a) (b)

Gambar 6. (a) Mekanisme pengujian Periodik, (b) Flowchart pengujian Periodik Hasil dan Pembahasan

Nilai Redaman

Dari hasil pengujian diperoleh nilai viscous dumping pada masing-masing oli yang digunakan. Berikut distribusi nilai dari viscous dumping pada masing-masing oli:

1. Viscous dumping Pada Oli SAE 10 Ket:

Gambar 7. Grafik gaya redaman pada oli SAE 10

2. Viscous dumping Pada Oli SAE 20 Ket:

Gambar 8. Grafik gaya redaman pada oli SAE 20 Nilai Redaman Oli SAE 10

C compression 694 N.s/m C rebound 518 N.s/m

Cd 606 N.s/m

Nilai Redaman Oli SAE 20 C compression 694 N.s/m C rebound 518 N.s/m

(6)

SENATEK 2015| Malang, 17 Januari 2015 191 3. Viscous dumping Pada Oli SAE 30

Ket:

Gambar 9. Grafik gaya redaman pada oli SAE 30

4. Friction Dumping dan Electric Dumping

Untuk nilai electrical dumping dan friction dumping memiliki nilai yang sama pada masing-masing oli. Berikut nilai dari friction dan electrical dumping:

Tabel 1: Nilai Friction dan electric dumping

Respon Akibat Eksitasi Impuls

Ket:

Gambar 10. Grafik respons akibat eksitasi Impuls

Respon Akibat Eksitasi Periodik

1. Respon massa sprung pada eksitasi periodik 1,4 Hz

Ket:

Gambar 11. Grafik respons akibat eksitasi Periodik 1,4 Hz Nilai Redaman Oli SAE 20

C compression 694 N.s/m C rebound 518 N.s/m

Cd 606 N.s/m

Friction dumping dan Electric Dumping

Compression Rebound Cd

C Friction 232 N.s/m 113 N.s/m 172.5 N.s/m C Electric 476 N.s/m 390 N.s/m 433 N.s/m

Jenis Oli Steady State (s) SAE 10 0.345 s SAE 20 0.390 s SAE 30 0.435 s Jenis Oli RMS SAE 10 0.018 m/s2 SAE 20 0.014 m/s2 SAE 30 0.007 m/s2

(7)

2. Respon massa sprung pada eksitasi periodik 1,7 Hz

Ket:

Gambar 12. Grafik respons akibat eksitasi Periodik 1,7 Hz 3. Respon massa sprung pada eksitasi periodik 2,2 Hz

Ket:

Gambar 13. Grafik respons akibat eksitasi Periodik 2,2 Hz

Energi Bangkitan

Gambar 14. Grafik energy bangkitan HEMSA

Kesimpulan

Dari hasil eksperimen pada yang dilakukan dapat disimpulkan bahwa Hydraulic Electro Mechanic Shock Absorber (HEMSA) yang menggunakan oli SAE 10 memiliki nilai rms percepatan massa sprung tertinggi dibanding HEMSA dengan oli SAE 20 dan 30 pada seluruh frekuensi eksitasi. Dimana rms massa sprung pada frekuensi 1.4 Hz sebesar 0.018 m/s2_{, pada} frekuensi 1.7 sebesar 0.025 m/s2 dan pada frekuensi 2.2Hz sebesar 0.037 m/s2_{. Hal ini berkaitan} dengan energy bangkitan yang dihasilkan dimana HEMSA dengan rms percepatan massa sprung tertinggi (menggunakan oli SAE 10) memiliki energy bangkitan terbesar pada seluruh frekuensi. Berikut daya bangkitan yang dihasilkan HEMSA menggunakan oli SAE 10 pada masing-masing eksitasi: frekuensi eksitasi 1.4 Hz = 0.34 watt, frekuensi eksitasi 1.7 Hz =0.65 watt, frekuensi eksitasi 2.2Hz = 2.30 watt.

Jenis Oli RMS SAE 10 0.025 m/s2 SAE 20 0.023 m/s2 SAE 30 0.012 m/s2 Jenis Oli RMS SAE 10 0.037 m/s2 SAE 20 0.034 m/s2 SAE 30 0.021 m/s2

(8)

Ditinjau dari factor kenyamanan pengendara, nilai rms tertinggi HEMSA pada penggunaan masing-masing oli masih dalam kategori “nyaman” dimana rms percepatan tertinggi yang terjadi pada frekuensi eksitasi 2.2 Hz pada penggunaan oli dengan SAE 10 masih dibawah 0.1 m/s2 _{(a rms maks <0.1m/s}2_{). Sehingga secara keseluruhan dapat disimpulkan penggunaan oli} dengan SAE 10 menghasilkan kondisi terbaik bagi karakteristik HEMSA baik ditinjau dari factor kenyamanan maupun energy bangkitan yang dihasilkan.

Acuan Rerefensi

[1] Anderson, Peter. (2011). ”Global Energy Consumption Due to Friction in Passenger Cars”. VTT Technical Research Centre of Finland, Finland

[2] Bou, Liu. (2010). “VEH Damping Sistem”. JiuJiang University, China.

[3] Kwon, Chen. (2011). “Modeling Of Vehicle Tube Hydraulic Shock Absorber”. Zheijiang University, China.

[4] Laksana Guntur, Harus. (2013). Development and Analysis of a RSA for Vehicle Suspension. JSME Journal of Sistem Design and Dynamics.

[5] Li Chuan, dkk. (2013) “Integration of shock absorption and energy harvesting using a

hydraulic rectifier”. University of Ottawa, Canada.

[6] M. Close, Charles dkk. (2002). ” Modelling and Analysis of Dynamic Sistem”, Hamilton Printing Company,USA.

[7] Rao, Singiresu S. (2004). “Mechanical Vibration”. Prentice Hall PTR, Singapore.

[8] Samantaray,A.K.(2007) “Modeling and analysis of preloaded liquid spring/damper shock absorbers”. Indian Institute of Technology, India.