B-71 RANCANG BANGUN PINTU GESER KOMPAK PADA BUSWAY DENGAN SISTEM BUKA
TUTUP PULI DAN SABUK
Tono Sukarnoto1, Sigit Subiantoro2, Amal Witonohadi3
1,2Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, UNIVERSITAS TRISAKTI Jakarta 3Jurusan Teknik Industri, Fakultas Teknologi Industri, UNIVERSITAS TRISAKTI Jakarta
e-mail :1tsukarnoto@trisakti.ac.id, 3awitonohadi@gmail.com, ABSTRACT
Busway as mass transit mode needs wider opening door to accommodate faster passenger’s mobility for entering and leaving. Sliding door is a kind of door that use in busway fleet. Many years in operation, sliding door shows some problems like broken sliding mechanism and took larger area inside the bus that reduce aisle width. The sliding door type was replaced by inward swing door in newer fleet till recent time. But sliding door really could be designed more compact without regarding the strength and safety. This paper is a part of research in sliding door design to make a design of compact sliding door and only needs less area in the bus. A thin sliding door placed inside bus body wall has been designed. Structural strength has been analyzed by FEM and experimental and the result shows the door is strong enough. Door opening and closing mechanism using a couple of pulley and pneumatic cylinder actuator. A full scale model of compact sliding door and wall segment has been made in laboratory with 900 mm door stroke and 450 mm actuator stroke. All opening and closing mechanism installed on the top of the door. The opening and closing system has fulfilled its function and work well.
Keywords: busway, sliding door, belt-pulley, pneumatic cylinder
PENDAHULUAN
Sampai Saat ini busway sudah menjadi salah satu tulang punggung angkutan publik di Jakarta. Sistem transportasi masal bus rapid transit (BRT) Busway mulai beroperasi 15 Januari 2004. Tahun 2013 armada bus dioperasikan oleh 9 operator melayani 12 koridor yang diatur oleh Unit Pengelola Transjakarta Busway (Transjakarta, 2013). Pada awal operasi jenis bus yang digunakan adalah bus tunggal kemudian ditambah dengan bus gandeng (articulated bus). Kecuali armada awal yang beroperasi di koridor I, semua bus menggunakan bahan bakar gas dengan transmisi otomatis (Sukarnoto, 2012).
Seluruh armada busway mempunyai ciri khas berupa pintu penumpang ekstra lebar di bagian tengah bodi bus dan susunan tempat duduk menghadap ke tengah. Hal ini mengikuti standar BRT yang mensyaratkan 2 pintu lebar untuk bus tunggal dan 3 pintu atau lebih untuk bus gandeng (ITDP, 2012). Pada awalnya pintu utama hanya ada di bagian tengah dengan lebar bukaan sekitar 1,8 m, pada generasi berikutnya pintu belakang juga dijadikan akses keluar masuk. (Sukarnoto, 2012). Penggunaan akses pintu belakang ini dilakukan setelah halte juga disesuaikan untuk pintu tengah dan belakang. Pada generasi kedua ini seluruh armada menggunakan pintu geser, berbeda dengan generasi pertama yang menggunakan pintu lipat. Gambar 1 adalah salah satu unit busway dengan pintu geser.
B-72
Penggunaan pintu geser ternyata ada masalah yang cukup mengganggu yaitu pintu memakan tempat cukup besar sehingga menghalangi pergerakan penumpang di dalam bus. Posisi daun pintu yang berada pada sisi dalam dinding bus membuat tempat duduk di sekitar pintu harus digeser agak ke tengah sehingga lebar gang berkurang sekitar 30 cm (Haris, 2009). Hal lain adalah seringnya terjadi kerusakan pada mekanisme buka tutup pintu geser. Kerusakan itu berupa, pintu sulit untuk dibuka atau ditutup, bahkan tidak bisa ditutup serta longgarnya dudukan pintu sehingga pintu bergoyang saat bus berjalan.
Permasalahan pintu geser di atas membuat pengelola busway mengubah jenis pintu untuk pengadaan berikutnya menjadi pintu ayun dalam. Dengan sedikit mengurangi lebar bukaan pintu menjadi sekitar 1,5 m, penggunaan pintu ayun dalam menjadi memungkinkan. Penempatan pintu ayun dalam ini tidak menggangu posisi tempat duduk. Tempat duduk bisa dipasang dengan sandaran menempel pada dinding bus. Namun demikian saat terjadi gerakan membuka dan menutup perlu ruang untuk mengayun daun pintu. Untuk itu ada zona larangan berdiri di sekitar pintu ayun dalam.
Perancangan pintu geser kompak bertujuan memperoleh pintu geser yang tidak banyak memakan ruang dan sisi lain tidak menyita ruang untuk manuver buka tutup sebagaimana pintu ayun dalam. Metode perancangan mengikuti VDI 2221 yang dimulai dari tahap klarifikasi tugas, perancangan konsep, perancangan wujud dan perancangan detail (Pahl- Beitz, 1984). Dari hasil perancangan diperoleh pintu geser dengan penempatan di dalam rongga dinding bus dengan total tebal dinding 90 mm (Gambar 2). Mekanisme buka tutup yang dipilih adalah mekanisme sabuk dan puli dengan kendali koil-relai. Perangkat pembuka dan penutup dipasang di atas pintu. Mekanisme sabuk dan puli ini memerlukan aktuator silinder pneumatik dengan panjang langkah setengah panjang langkah pintu. (Sukarnoto 2013).
Untuk mengetahui apakah struktur dan material yang dirancang mempunyai kekuatan struktural memadai, dilakukan analisis kekuatan dengan metode elemen hingga (MEH) dan eksperimental. Analisis kekuatan daun pintu setebal 25 mm dengan rangka pipa baja pesegi 25 x 50 mm JIS G3445 STKM 12 A tebal pelat 2,0 mm setelah dilakukan dengan MEH terbukti cukup kuat untuk digunakan (Sukarnoto, 2012). Pengujian eksperimental rangka daun pintu yang sama dengan menggunakan strain gage roset, menunjukkan rangka pintu cukup kuat dibebani sampai 670 N di bagian tengah ke arah tegak lurus permukaan pintu (Sukarnoto, Soeharsono, 2014).
Gambar 2. Pintu geser kompak dan dinding hasil rancangan
Tujuan penelitian ini adalah mewujudkan hasil rancangan pintu geser kompak yang selama ini telah dilakukan dalam bentuk model pintu dan segmen dinding bus di bagian pintu pada skala penuh di laboratorium dan memeriksa apakah mekanisme buka tutup dengan puli dan sabuk dapat berfungsi baik.
B-73 METODE PENELITIAN
Penelitian ini mewujudkan rancangan pintu geser kompak yang telah dibuat sebelumnya. Bagian yang dibuat adalah segmen dinding bus di bagian pintu dan satu daun pintu yang bisa dibuka tutup.
Alat dan bahan utama yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Pipa baja persegi 25 x 50 dan 40 x 60 mm, pipa baja siku 50 x 50 mm untuk rangka dinding dan rangka pintu.
2. Silinder pneumatik aksi ganda panjang langkah 450 mm, katup 5/2 solenoid ganda, katup manual darurat dan relai 24V.
3. Rangkaian puli dan sabuk timing serta rel dan roda tipe menggantung. 4. Kaca 5 mm, bahan pendukung seperti sealant, mur baut sekrup. 5. Perkakas las SMAW, bor, gerinda
Adapun tahapan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :
Gambar 3. Alur Tahapan Penelitian PEMBAHASAN
Pada rancangan awal ada sepasang daun pintu geser untuk satu lubang pintu dengan kontur sedikit cembung bila dilihat dari sisi luar (Gambar 2). Penyesuaian dilakukan dengan mengubah bentuk lengkung dinding dan daun pintu menjadi datar. Selain itu rangka atas dinding yang pada rancangan awal hanya satu batang 60 x 40 diperkuat sehingga terdapat dua batang horizontal untuk penahan atap. Hal ini menyebabkan peningkatan tinggi dinding 10 cm. Pengalaman Transjakarta mengoperasikan bus dengan rongga pintu di tengah yang lebar, ternyata banyak terjadi kerusakan struktural pada bodi bus di antaranya terjadi pada bagian atap (Sukarnoto 2014). Penguatan dengan penambahan rangka pada struktur bagian atas dinding bus sebagaimana diterapkan pada armada busway, bus gandeng Komodo serta bus gandeng Zhong Tong telah membuktikan bahwa struktur tersebut lebih kuat. Selain berfungsi memperkuat bodi bus secara keseluruhan penambahan tinggi ruang di atas pintu juga membuat pemasangan rangkaian puli menjadi lebih leluasa.
Kontur permukaan luar dinding bus umumnya dibuat melengkung atau pun miring. Hal ini untuk menghindari kesan bentuk permukaan dinding bus melengkung ke arah sisi dalam apa bila dinding dibuat rata vertikal. Meskipun demikian beberapa jenis bus kota menerapkan sudah model dinding rata pada sisi luar tanpa memberi kesan bahwa dinding melengkung ke dalam.
Pada model yang dibuat, seluruh rangka dinding digunakan pipa baja persegi 60 x 40, dengan tebal dinding luar di bagian pintu 40 mm, pilar penguat 40 x 60 dipasang di dekat rongga bukaan pintu. Struktur dinding dengan tebal total 90 mm ternyata sulit direalisasikan mengingat rangka dinding dan pintu yang tidak sepenuhnya lurus atau datar akibat proses pengelasan. Tebal total dinding mencapai 10 cm dan hal ini masih jauh lebih tipis dibanding pintu geser yang digunakan saat ini yang menyita ruang sampai 15 cm – 20 cm dari sisi luar.
Mekanisme puli dan sabuk. Gambar 4 menunjukkan susunan puli dan sabuk untuk menggerakkan daun pintu membuka dan menutup. Puli kanan berfungsi untuk menggerakkan pintu ke arah kanan, sedang puli kiri untuk menggerakkan pintu ke arah kiri. Ujung sabuk diikatkan ke bodi sedangkan ujung yang lain diikatkan ke bagian atas pintu.
Diameter puli 80 mm dan lebar sabuk 10 mm. Sabuk yang digunakan sabuk timing (timing belt) dari bahan poliuretan. Rangkaian puli ini digantung pada rel yang terpisah dari rel pintu serta dihubungkan dengan sambungan engsel dengan silinder pneumatik. Silinder pneumatik dipasang kaku dengan baut pada bagian atas rangka dinding. Gambar 5 menunjukkan silinder, rangkaian puli – sabuk pada prototipe yang dibuat.
B-74 Gambar 4 Sketsa silinder pneumatik dan susunan puli-sabuk.
Gambar 5. Silinder pneumatik dan susunan puli – sabuk terpasang di atas pintu.
Perhitungan Gaya Dorong Silinder. Perhitungan gaya yang diperlukan untuk membuka-tutup
pintu dilakukan berdasar data sebagai berikut, tekanan kerja P = 5 bar (0,5 MPa), diameter torak do =
40 mm, diameter batang silinder di =16 mm, berat pintu 30 kg (294 N), panjang langkah silinder 450
mm dan panjang langkah pintu 900 mm.
0,25
...(1)
0,5 0,25 40
628,3 gaya tekan silinder arah maju
...(2)
0,5 0,25 40 16
B-75
Untuk mekanisme sabuk dan puli, gaya efektif silinder adalah setengahnya, Fe = 0,5 F.
Sehingga gaya efektif arah mundur 263,9 N.
Gaya yang diperlukan untuk mendorong pintu dihitung dari gaya tahanan gelinding (rolling
resistance) Fr yang terjadi antara roda nilon dengan rel baja. Hubungan antara tahanan gelinding Fr
dengan gaya normal N, koefisien tahanan gelinding b dan jari-jari roda r ditunjukkan pada persamaan 3 (Hibeller, 2007).
.
...(3)
Untuk berat pintu 294 N yang ditopang dua bogi dengan masing-masing 4 roda roda nilon yang menggelinding di atas lantai baja, koefisien tahanan gelinding b = 0,0019 mm dan jari-jari roda r = 12 mm, diperoleh total gaya tahanan gelinding 0,047 N. Nilai gaya tahanan gelinding yang diperoleh sangat kecil, faktor yang lebih penting adalah menghitung gaya penarikan daun pintu pada
posisi miring. Untuk menarik pintu pada keadaan miring 30o, pada arah penarikan akan ada tambahan
komponen gaya berat sebesar sin 30o kali berat pintu. Gaya yang diperlukan untuk mendorong pintu
pada kemiringan 30o adalah 176,4 N. Gaya ini pun masih lebih kecil dari gaya efektif silinder,
sehingga dipastikan silinder pneumatik cukup kuat untuk membuka atau menutup pintu dalam posisi menanjak.
Pengujian Buka-tutup. Pada pengujian pertama dengan mengatur tekanan regulator pada 5 bar, diperoleh gerakan silinder dan pintu yang sangat cepat sehingga menimbulkan benturan keras di akhir langkah. Untuk itu dilakukan pengaturan kecepatan gerak melalui katup pengatur aliran udara. Katup diatur sehingga durasi gerak membuka 3 detik dan dengan waktu yang sama untuk gerakan menutup. Pengujian pada tekanan 2 bar, pintu masih dapat bergerak namun perlu waktu sekitar 6 detik untuk menutup.
KESIMPULAN
Dari proses pembuatan prototipe pintu geser kompak yang telah dilakukan diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut:
1. Secara keseluruhan hasil rancangan pintu geser kompak telah berhasil diwujudkan dalam bentuk prototipe di laboratorium.
2. Total tebal dinding 90 mm sesuai rancangan sulit dibuat secara manual, tebal dinding pada model yang dibuat 10 cm,
3. Mekanisme geser dengan puli dan sabuk dapat berfungsi baik untuk membuka tutup daun pintu dengan kecepatan yang ditentukan.
4. Seluruh komponen sistem buka tutup dapat ditempatkan pada ruangan di atas pintu.
UCAPAN TERIMA KASIH
Makalah ini adalah bagian dari penelitian yang dibiayai Program Desentralisasi Dikti- Universitas Trisakti, Hibah Bersaing yang didanai DIPA Kopertis Wilayah III Jakarta: 180/K3/KM/2014, 7 Mei 2014.
DAFTAR PUSTAKA
H. Oscar, 2009. Rancang Ulang Susunan tempat Duduk Busway untuk Optimalisasi Ruangan. Tugas Sarjana, Jurusan Teknik Mesin, Universitas Trisakti Jakarta.
Hibeller, RC, 2007. Engineering Mechanics: Statics and Dynamics. 11th edn., Prentice Hall Inc USA,
pp 441-442.
Institute for Transportation and Development Policy (ITDP), 2012. The BRT Standard ver 1,0. New York. January 2012.
Pahl, G & W Beitz, 1984. Engineering Design. Springer – Verlag, London.
T. Sukarnoto, Soeharsono, 2012 .Analisis Kekuatan Pintu Geser Kompak pada Busway dengan Metode Elemen Hingga. Prosiding Seminar Nasional Teknik Mesin 7, Surabaya, 2 Juni 2012. pp D-1 – D-5.
B-76
pada Busway. Prosiding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XI (SNTTM XI) & Thermofluid IV UGM, Yogyakarta, 16-17 Oktober 2012, pp 2089 – 2093.
T. Sukarnoto, Supriyadi, Sigit Subiantoro, Soeharsono, 2014. Strength Investigation of Sliding Door Frame of Busway by using Three Element Rosette Strain Gage. ARPN Journal of Engineering and Aplied Sciences vol 9, no 1, January 2014, pp 45 – 49, 2014.
T. Sukarnoto, Soeharsono, S. Subiantoro, Supriyadi, 2013. Analisis Kekuatan Rangka Bodi Busway dengan Pintu Geser Kompak dengan Metode Elemen Hingga. Prosiding Seminar Nasional Sinterin 2013 Universitas Andalas Padang, 2 Juli 2013.
