2113100063 Undergraduate Theses

PENDAHULUAN

Rumusan Masalah

Bagaimana respon dinamik sistem kereta api akibat perubahan nilai koefisien redaman pada sistem suspensi sekunder kereta api.

Tujuan

Batasan Masalah

Manfaat

Dari Simulink diperoleh grafik respon dinamis sistem perempatan gerbong kereta api dengan nilai koefisien yang bervariasi. Buatlah diagram blok sistem seperempat kendaraan pada kereta api sebelum dimodifikasi dan dengan variasi nilai koefisien redaman suspensi. Respon dinamis sistem suspensi sekunder asli kereta api dibandingkan dengan respon dinamis sistem suspensi sekunder dengan memvariasikan nilai koefisien redaman.

Berikut respon terhadap perpindahan, kecepatan dan percepatan sistem kendaraan seperempat kereta api pada variasi kecepatan 20 km/jam. Berikut respon perpindahan, kecepatan dan percepatan sistem kendaraan seperempat kereta api pada variasi kecepatan 40 km/jam. Berikut respon terhadap perpindahan, kecepatan dan percepatan sistem kendaraan seperempat kereta api pada variasi kecepatan 60 km/jam.

Berikut respon perpindahan, kecepatan dan percepatan sistem kendaraan seperempat kereta api pada variasi kecepatan 80 km/jam. Berikut respon perpindahan, kecepatan dan percepatan sistem kendaraan seperempat kereta api pada variasi kecepatan 90 km/jam.

DASAR TEORI

Komponen Sprung Mass

Terlihat pada gambar di atas, badan kereta barang tidak membutuhkan AC seperti halnya kereta penumpang. Badan kereta penumpang terdiri dari empat bagian utama yaitu sasis, dinding samping, dinding ujung, dan atap. Undercarriage merupakan komponen penghubung antara bodi dan rakitan roda, yang dipadukan dengan rangka yang dilengkapi suspensi, sistem rem, dengan atau tanpa penggerak dan perlengkapan anti selip, dan umumnya berfungsi sebagai penopang rangka dasar roda. tubuh. .

Oleh karena itu bogie terdiri dari 2 sistem pegas, pegas primer merupakan pegas yang menghubungkan roda dengan rangka bogie, sedangkan pegas sekunder yang menghubungkan rangka bogie dengan badan kereta. Di Indonesia, pegas primer menggunakan pegas koil biasa atau bisa juga menggunakan pegas karet yang biasa disebut dengan Conical Rubber Bounded. Sedangkan pegas sekunder menggunakan pegas koil atau pegas udara yang ditampung dalam wadah karet berbentuk bulat seperti ban mobil.

Gambar 2. 2 Kereta penumpang dan gerbong barang [4]

Komponen Unsprung Mass

Sistem Suspensi Kereta

Di sisi lain, ditemukan karet yang cukup kuat dan dapat melakukan fungsi yang sama seperti pegas baja. Baru pada tahun 1950-an beberapa kereta api mulai menggunakan suspensi karet penuh, baik pada suspensi primer maupun sekunder. Suspensi udara pertama kali muncul pada tahun 1960 dan sejak itu menjadi standar kereta penumpang.

Suspensi udara biasanya hanya digunakan pada suspensi sekunder, sedangkan suspensi primer menggunakan pegas atau karet. Keunggulan suspensi ini adalah dapat mendeteksi beban pada kereta dan mengatur ketinggian suspensi jika diperlukan. Dengan demikian, suspensi udara dapat menjaga ketinggian kereta relatif terhadap permukaan rel hampir konstan ketika terjadi perubahan jumlah muatan/penumpang di dalam kereta.

Di sini harusnya hampir konstan karena suspensi primer yang terbuat dari pegas atau karet akan tetap terpengaruh ketika beban kereta berubah. Selain itu, sistem suspensi udara juga dilengkapi dengan suspensi karet atau pegas untuk situasi darurat, seperti jika terjadi kebocoran suspensi airbag atau kerusakan lainnya.

Sistem Suspensi Hidraulik

Gaya osilasi pegas pegas menekan shockbreaker sehingga terjadi siklus kompresi, yaitu saat piston bergerak ke bawah dan memampatkan fluida hidrolik pada ruang di bawah piston. Cairan hidrolik ini akan naik ke ruang atas piston melalui lubang kecil (port) pada piston (ada dua set port pada piston, satu port terbuka pada saat kompresi dan yang lainnya menutup), sedangkan port lainnya akan terbuka. ditutup oleh katup yang menutup saluran. Tertutupnya katup ini disebabkan oleh mekanisme katup yang berupa diafragma (pelat tipis) yang diletakkan di bawah piston, sehingga ketika fluida hidrolik mencoba naik, maka katup diafragma akan terdorong oleh fluida sehingga mengakibatkan tekanan. saluran dengan pembukaan penutupan.

Oleh karena itu fluida hidrolik masuk ke ruang di atas piston melalui lubang besar pada piston, sedangkan fluida hidrolik tidak dapat keluar melalui saluran bukaan pada piston. Gaya redaman selama siklus kompresi pada peredam kejut hidrolik dapat dirumuskan sebagai berikut dengan menghubungkan silinder hidrolik ke tabung menggunakan persamaan kekekalan massa. Pada siklus ekspansi, piston bergerak dari bawah ke atas sehingga memampatkan fluida hidrolik yang sudah ada di atas, sehingga fluida ini mendorong katup pada saluran pembuka hingga terbuka dan fluida hidrolik akan turun. bagian bawah piston melalui saluran pembuka.

Pada saat ini fluida shock absorber hanya dapat mengalir ke bawah melalui lubang yang kecil, karena saluran yang kecil tersebut menghalangi fluida hidrolik untuk turun dengan cepat. Pada saat itu, peredam kejut meredam gaya osilasi pegas. Gaya redaman selama siklus pemuaian pada peredam kejut hidrolik dapat dirumuskan sebagai berikut dengan menghubungkan silinder hidrolik ke tabung menggunakan persamaan kekekalan massa.

Gambar 2. 9 Siklus kompresi dan ekspansi

Motion of Base

Transmibilitas Perpindahan (Displacement Transmibility)

Persamaan pada Mekanisme Hidraulik

Persamaan Konservasi Massa
Persamaan Momentum Fluida
Hukum Bernoulli
Hukum Pascal

Menurut hukum kedua Newton, diperlukan gaya yang sebanding dengan laju perubahan momentum untuk menghasilkan perubahan ini. Hukum Bernoulli menyatakan bahwa tekanan suatu fluida yang bergerak, seperti udara, berkurang seiring dengan semakin cepatnya fluida tersebut bergerak.

Gambar 2. 14 Penerapan hukum bernouli pada penampang

Pengaruh Percepatan Kendaraan terhadap Kenyamanan

Informasi mengenai ketahanan tubuh manusia terhadap percepatan sangat penting sebagai acuan dalam perancangan ketahanan tubuh kendaraan terhadap benturan.

Gambar 2. 15 Ketahanan badan manusia terhadap percepatan linier yang dapat diterima

Penelitian Terdahulu

Analisis Grafik Sistem Suspensi Sekunder dengan

ANALISA DAN PEMBAHASAN

Pemodelan Sistem Seperempat Kendaraan Kereta

Pemodelan yang digunakan pada tugas akhir ini adalah sistem kendaraan seperempat kereta api yang mempunyai tiga derajat kebebasan (3DOF). Setelah diperoleh model dinamik sistem seperempat kereta, langkah selanjutnya adalah membuat diagram benda bebas dari sistem seperti terlihat pada Gambar 4.2 di bawah ini. 𝑋1 : Perpindahan suspensi primer (m) 𝑋2 : Perpindahan suspensi sekunder (m) 𝑌1 : Perpindahan wheelbase depan (m) 𝑌2 : Perpindahan wheelbase belakang (m) 𝜃 : Sudut suspensi primer (derajat) l : Jarak pusat Bogie ke masing-masing suspensi ( m) Dengan nilai Fk dan Fc sebagai berikut.

Gambar 4. 2 Free Body Diagram Sistem Seperempat Kendaraan Kereta Api

Pemodelan Dinamis dan Gaya Redam Sistem

Dimana ∆𝑃 diperoleh dari persamaan Bernoulli yang menyatakan bahwa jumlah energi pada suatu titik dalam aliran tertutup sama dengan jumlah energi pada titik lain dalam aliran yang sama. Minyak sebagai fluida kerja diasumsikan merupakan fluida yang tidak dapat dimampatkan, sehingga dengan menggunakan hukum kekekalan massa diperoleh persamaan sebagai berikut. Rumuskan beda tekanan dengan mensubstitusikan persamaan (4.11) ke dalam persamaan (4.10) sehingga diperoleh beda tekanan pada saat kompresi sebagai berikut.

Persamaan gaya redaman kompresi diperoleh dengan mensubstitusikan persamaan (4.15) ke dalam persamaan (4.8) sehingga diperoleh gaya redaman kompresi sebagai berikut. 𝑉𝑜𝑒 = Laju aliran fluida saat pemuaian 𝑉𝑜𝑘 = Laju aliran fluida saat kompresi 𝑥 = Besar perpindahan piston (m).

Gambar 4. 5 Model dinamis shock absorber konvensional saat (a) kompresi (b) ekspansi

Diagram Blok

Input yang Digunakan
Diagram Blok Sistem Seperempat Kendaraan
Diagram Blok Sistem Suspensi Sekunder

Pada input sinusoidal digunakan lima jenis frekuensi yang masing-masing mewakili kecepatan kendaraan yang berbeda (20 km/jam, 40 km/jam, 60 km/jam, 80 km/jam, dan 90 km/jam), dengan menggunakan rumus 𝑓 = 𝑣. Setelah diperoleh koefisien redaman yang sesuai, dilakukan simulasi pada sistem suspensi dengan parameter yang digunakan tercantum pada tabel 4.2.

Gambar 4. 6 Profil jalan dengan input sinusoidal pada kecepatan 20 km/jam, 40 km/jam, dan 60 km/jam

Analisis Pemodelan

Respon Dinamis Kendaraan dari Sistem Seperempat

Kecepatan 20 Km/jam

Perbandingan RMS (Root Mean Square) Percepatan
Perbandingan RMS Perpindahan Setiap Variasi
Bode Diagram
Respon Dinamis Sistem Suspensi Sekunder

Hal pertama yang dilakukan dalam simulasi pada sistem kendaraan seperempat rel adalah memilih parameter seperti tercantum pada tabel 4.1. Data nilai respon dinamik hasil simulasi seperempat kendaraan untuk setiap variasi konstanta redaman terdapat pada tabel 4.3. Data nilai respon dinamis hasil simulasi seperempat kendaraan untuk setiap variasi konstanta redaman terdapat pada tabel 4.4.

Data nilai respon dinamis hasil simulasi seperempat kendaraan untuk setiap variasi konstanta redaman terdapat pada tabel 4.5. Data nilai respon dinamik hasil simulasi seperempat kendaraan untuk setiap variasi konstanta redaman terdapat pada tabel 4.6. Data nilai respon dinamik hasil simulasi seperempat kendaraan untuk setiap variasi konstanta redaman terdapat pada tabel 4.7.

Simulasi dilakukan dengan variasi kecepatan dari 10 km/jam hingga 100 km/jam dengan kenaikan setiap 10 km/jam. Untuk kendaraan dengan konstanta redaman 80.000 Ns/m terlihat pada kecepatan 10 km/jam sampai dengan 20 km/jam daya tahan berkendara mencapai lebih dari 24 jam, pada kecepatan 30 km/jam mencapai 11 , 8 jam, pada kecepatan 40 km/jam mencapai 5,7 jam, pada kecepatan 50 km/jam mencapai 4 jam, pada kecepatan 60 km/jam mencapai 2,6 jam. Untuk kendaraan dengan konstanta redaman 67900 Ns/m terlihat pada kecepatan 10 km/jam sampai dengan 20 km/jam daya tahan berkendara mencapai lebih dari 24 jam, untuk kecepatan 30 km/jam mencapai 11,5 jam, untuk kecepatan 40 km/jam mencapai 6,2 jam, pada kecepatan 50 km/jam mencapai 4,7 jam, pada kecepatan 60 km/jam mencapai 4 jam, pada kecepatan 70 km/ jam mencapai 3,2 jam, pada kecepatan 80 km/jam mencapai 2,7 jam, pada kecepatan 90 km/jam mencapai 2,5 jam, dan pada kecepatan 100 km/jam mencapai 2 jam.

Dan untuk kendaraan dengan konstanta redaman 40.700 Ns/m terlihat pada kecepatan 10 s/d 20 km/jam waktu tempuh lebih dari 24 jam, pada kecepatan 30 km/jam mencapai 8,3 jam, pada kecepatan 40 km/jam hingga 50 km/jam hingga 6,5 jam, pada kecepatan 60 km/jam hingga 5,5 jam, pada kecepatan 70 km/jam hingga 5 jam, pada kecepatan 80 km /jam hingga 90 km/jam hingga 4 jam, dan pada kecepatan 100 km/jam 3,5 jam. Berdasarkan tabel ISO 2631, kendaraan dengan konstanta redaman terkecil yaitu 40.700 Ns/m mempunyai hambatan tertinggi pada frekuensi 1.389 Hz hingga 2.778 Hz atau setara dengan kecepatan 50 km/jam hingga 100 km/ H. Berikut data gerak kendaraan RMS hasil simulasi pada sistem kendaraan seperempat kereta dengan menggunakan variasi konstanta redaman suspensi sekunder yang disimulasikan pada variasi kecepatan kendaraan 10 km/jam sampai 100 km/jam dengan kenaikan setiap 10 km/jam dan asumsi 𝝀 (panjang jalan) sepanjang 10 m, seperti ditunjukkan pada Tabel 4.10.

Dari grafik pada Gambar 4.16 dapat disimpulkan bahwa pada kecepatan 50 km/jam sampai dengan 100 km/jam, kendaraan dengan sistem suspensi dengan konstanta redaman sebesar 40.700 Ns/m mempunyai nilai yang cenderung paling baik dibandingkan dengan varian sistem suspensi lainnya karena mempunyai nilai perpindahan RMS yang paling rendah. Oleh karena itu, diameter bukaan sesuai dengan yang dipersyaratkan pada sistem perempatan kendaraan kereta api tipe ekonomi (K3). Respon perpindahan, kecepatan dan percepatan yang dialami kendaraan untuk konstanta redaman 40700 Ns/m mempunyai nilai terbaik dibandingkan variasi konstanta redaman lainnya pada kecepatan 50 km/jam sampai dengan 100 km/jam.

Berdasarkan grafik kenyamanan ISO 2631, ketahanan kendaraan yang menggunakan sistem gerbong seperempat kereta dengan variasi nilai koefisien redaman paling sedikit mempunyai nilai terbaik sebesar 40700 Ns/m. Diameter bukaan 2368 mm merupakan diameter yang cocok untuk digunakan pada sistem suspensi seperempat kendaraan dengan konstanta redaman 40700 Ns/m.

Gambar 4. 9 Grafik Respon (a) Perpindahan, (b) Kecepatan, (c) Percepatan Terhadap Waktu pada Sistem Seperempat Kendaraan

KESIMPULAN DAN SARAN