Oleh:

Bayu Wijaya

2108100707

Pembimbing:

Dr. Ir. Agus Sigit Pramono, DEA

Latar Belakang

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 listrik dari winch.

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

software adalah static structural.

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

sumber listrik winch.

Manfaat Penelitian

Penambahan wawasan terkait teknologi

otomotif.

Membantu dalam pengembangan mobil

pick up, khususnya pada mobil GEA.

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.

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.

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.

Mobil GEA

Winch

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

Saat melewati lubang di jalan atau polisi tidur

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

Gaya yang diterima oleh loading ramp

saat dilewati barang

F = 𝑾 𝒄𝒐𝒔 𝜭

𝟐

T

Gaya yang diterima oleh roda box

F = 𝑊

4

Gaya yang diterima oleh pengunci saat mobil

melakukan percepatan dan perlambatan

F = m . a

Gaya yang diterima oleh pengunci saat

mobil melakukan manuver di tikungan

Fs= m . 𝑣2

𝑟

Rumus Kecepatan Maksimum Gerak Benda pada Tikungan

Tipe 1 Tikungan Datar dan Kasar

Kecepatan maksimum yang diperbolehkan:

Vmaks = 𝑔 . 𝑟 . 𝜇𝑠

Tipe 2 Tikungan Miring dan Licin

Kecepatan maksimum yang diperbolehkan:

Vmaks = 𝑔 . 𝑟 . tan 𝜃

Tipe 3 Tikungan Miring dan Kasar

Kecepatan maksimum yang diperbolehkan:

Vmaks = 𝑔 . 𝑟 .𝜇𝑠:tan 𝜃

1; 𝜇𝑠 tan 𝜃

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 ∆𝑚𝑎𝑥

𝐿3

𝛥𝑚𝑎𝑥 = ∆𝑠𝑡 1 + 1 + 2 𝑕

∆𝑠𝑡

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

Analisa hasil simulasi

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.

Pemodelan

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

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 = mwinch . g

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

= 61,74 N

Gaya karena tegangan tali winch:

∑Fy = 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 7,5o

4 . N = 4900 – 0,13 T

N = 1225 – 0,0325 T

∑Fx = m . a

T cos ϴ - 2 . Fr1 – 2. Fr2 = m . a

T cos ϴ = 2 . Fr1 + 2. Fr2 + m . a

T cos ϴ = 4 . Fr + m . a

T cos ϴ = 4 . (μr . 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

F1 = F2 = F3 = F4 = F

F = T . cos ϴ / 4

F = (934,75 . cos 7,5o) / 4

F = 231,68 N

∑Fy = T . sin ϴ - 2 . F5 – 2 . F6 = 0

2 . F6 = 934,75 . sin 7,5 – 2 . F5

F6 = 61 – F5

∑MA = 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

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 𝑆𝑠𝑦𝑝

𝐴𝑘

𝑑𝑜 ≥ 4 . 231,68

3,14 0,58 . 280 . 106

2

𝑑𝑜 ≥ 0,0019 𝑚

𝑑𝑜 ≥ 1,9 𝑚𝑚

Dan diameter dalam baut adalah

𝑑𝑖 ≥ 4 𝜎

𝜋𝑆𝑦𝑝

𝐴𝑘

𝑑𝑖 ≥ 4 . 30,5

3,14 280 . 106

2

𝑑𝑖 ≥ 0,00052 𝑚

𝑑𝑖 ≥ 0,5 𝑚𝑚

Maka dipilih baut M10 dengan diameter luar 10 mm untuk mengikat antara winch dengan plat dudukan winch.

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 =𝐹

2

F𝑟𝑎𝑚𝑝 =4654,2𝑁

2

F𝑟𝑎𝑚𝑝 = 2327,1𝑁

Gaya yang diterima oleh pengunci roda

∑𝐹 = 𝑚𝑎

𝐹 − 𝑓𝑠 = 𝑚𝑎

𝐹 = 𝑚𝑎 + 𝑓𝑠

𝐹 = 𝑚𝑎 + µ𝑠𝑁

𝐹 = 𝑚𝑏𝑎𝑟𝑎𝑛𝑔𝑎𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚 + µ𝑠𝑚𝑏𝑎𝑟𝑎𝑛𝑔𝑔

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

t dari mobil diam sampai Vmaks = 10 s

t dari Vmaks sampai mobil diam = 5 s

µs= 0.4

Saat mobil mengalami percepatan atau perlambatan

Mobil dari diam sampai Vmaks (percepatan)

Vt = Vo + at

23,6m

s= 0 + a 10s

a = 2,36m

s2

F = 900kg . 2,36m

s2 + 0.4 . 900kg . 9.8m

s2

F = 5655,6 N

Mobil dari Vmaks sampai diam (pengereman)

Vt = V0 + at

0 = 23,6m

s+ a × 5s

a = −4,72m

s2

aperlambatan = 4,72m

s2

F = 900kg . 4,72m

s2 + 0.4 . 900kg . 9.8m

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.

Saat mobil berada ditikungan

g = 9,81 m/s2

µs = 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 = 66,7𝑚2

𝑠2

𝑉𝑚𝑎𝑘𝑠 = 8,1𝑚

𝑠

Tikungan miring dan licin

vmaks = 𝑔 . 𝑟 . tan 𝜃

𝑉𝑚𝑎𝑘𝑠 = 9,81𝑚

𝑠2 . 17𝑚 . tan 37

𝑉𝑚𝑎𝑘𝑠 = 125,6𝑚2

𝑠2

𝑉𝑚𝑎𝑘𝑠 = 11,2 𝑚

𝑠

Tikungan miring dan kasar

vmaks = 𝑔 . 𝑟 .𝜇𝑠:tan 𝜃

1; 𝜇𝑠 tan 𝜃

𝑉𝑚𝑎𝑘𝑠 = 9,81𝑚

𝑠2 . 17𝑚0,4:𝑡𝑎𝑛370

1;0,4 .𝑡𝑎𝑛370

𝑉𝑚𝑎𝑘𝑠 = 15,8 𝑚

𝑠

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

𝐹𝑠 = 𝑚𝑣2

𝑟

𝐹𝑠 = 900𝑘𝑔15,8

𝑚

𝑠

2

17𝑚

𝐹𝑠 = 13216,2 𝑁

Gaya sentrifugal terjadi pada

keempat pengunci, jadi setiap

pengunci menerima gaya

sentrifugal sebesar 3304,05 N

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.

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 𝐸𝐼1 + 1 + 2

𝑕 48 𝐸𝐼

𝑊 𝐿3

𝑃𝑚𝑎𝑥 = 225 . 9,8 1 + 1 + 2 0,1 . 48 . 205 . 109 .

3,144 . 0,0094

225 . 9,8 (0,060)3

𝑃𝑚𝑎𝑥 = 34447,4 𝑁

Maka setiap pengunci roda akan menerima gaya impact sebesar:

Pmax = 34447,4 N

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

4 = (900 kg . 9,81 m/s2) / 4 = 2207,25N

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

Meshing Model Dudukan winch

Loading ramp

Pengunci roda

Roda Box

Proses Pembebanan

Dudukan winch

Loading ramp

Pengunci roda Saat mobil mengalami perlambatan

Saat mobil mengalami gaya sentrifugal akibat tikungan

Saat mobil cenderung memiliki gaya ke atas

akibat menahan gaya sentrifugal

Saat menerima beban impact

Roda Box

PEMBAHASAN Dudukan winch

Total Deformasi

Loading Ramp

Saat Menerima Gaya ke Atas Akibat Gaya Sentrifugal

Pengunci Roda

Saat Mobil Mengalami Perlambatan

Saat Pengunci Roda Menerima Gaya Sentrifugal

Saat Menerima Beban Impact

Roda Box

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.

𝜎𝑒𝑞 ≤𝑆𝑦𝑝

𝑁

Dengan menggunakan nilai safety factor sebesar 1,5 maka:

𝜎𝑒𝑞 ≤𝑆𝑦𝑝

1,5

Dudukan Winch

𝜎𝑒𝑞 ≤𝑆𝑦𝑝

𝑁

74,101 𝑀𝑃𝑎 ≠370 𝑀𝑃𝑎

1,5

74,101 𝑀𝑃𝑎 < 246,67 𝑀𝑃𝑎

(AMAN)

Loading Ramp

𝜎𝑒𝑞 ≤𝑆𝑦𝑝

𝑁

189,18 𝑀𝑃𝑎 ≠370 𝑀𝑃𝑎

1,5

189,18𝑀𝑃𝑎 < 246,67 𝑀𝑃𝑎

(AMAN)

Pengunci Roda

Saat mobil mengalami perlambatan

𝜎𝑒𝑞 ≤𝑆𝑦𝑝

𝑁

41,258 𝑀𝑃𝑎 ≠710 𝑀𝑃𝑎

1,5

41,258𝑀𝑃𝑎 < 473,3 𝑀𝑃𝑎

(AMAN)

Saat pengunci roda menerima gaya sentrifugal

𝜎𝑒𝑞 ≤𝑆𝑦𝑝

𝑁

248,67 𝑀𝑃𝑎 ≠710 𝑀𝑃𝑎

1,5

248,67𝑀𝑃𝑎 < 473,3 𝑀𝑃𝑎

(AMAN)

Saat menerima gaya ke atas akibat gaya sentrifugal

𝜎𝑒𝑞 ≤𝑆𝑦𝑝

𝑁

23,832 𝑀𝑃𝑎 ≠710 𝑀𝑃𝑎

1,5

23,832𝑀𝑃𝑎 < 473,3 𝑀𝑃𝑎

(AMAN)

Saat pengunci roda menerima gaya impact

𝜎𝑒𝑞 ≤𝑆𝑦𝑝

𝑁

300,97 𝑀𝑃𝑎 ≠710 𝑀𝑃𝑎

1,5

300,97𝑀𝑃𝑎 < 473,3 𝑀𝑃𝑎

(AMAN)

Roda Box

𝜎𝑒𝑞 ≤𝑆𝑦𝑝

𝑁

74,821 𝑀𝑃𝑎 ≠280 𝑀𝑃𝑎

1,5

74,821𝑀𝑃𝑎 < 186,67 𝑀𝑃𝑎

(AMAN)

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

Roda box Menumpu box 74,821 MPa 280 MPa Aman 3,7

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

keamanan sebesar 3,7.

Terima Kasih

Mohon kritik dan sarannya