PERANCANGAN MEKANISME VIBRATION ENERGY RECOVERY...
Transcript of PERANCANGAN MEKANISME VIBRATION ENERGY RECOVERY...
“PERANCANGAN MEKANISME VIBRATION ENERGY RECOVERY SYSTEM (VERS) DENGAN METODE INDUKSI
MAGNETIK PADA SISTEM SUSPENSI ISUZU PANTHER BAK TERBUKA”
Indra Rizky Panigoro
2106100008
Pembimbing : Dr.Eng. Harus Laksana Guntur .ST. M.eng
Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknologi Industri
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Skema losses energi dari engine sampai roda.
(Takashi Suzuki, Ph.D.,"The Romance of Engines", SAE, 1997)
Rumusan masalahBatasan masalah
1.Kelangkaan Bahan Bakar Minyak (BBM) dan kenaikan harga BBM yangterjadi di Indonesia akibat melonjaknya harga minyak dunia, memicupemerintah untuk mulai menggali sumber-sumber energi alternative. Sampaisaat ini, kebutuhan BBM di Indonesia sangat tergantung pada sumber energifosil. Cadangan energi fosil semakin menipis sedangkan kebutuhan BBMsemakin meningkat.2. Sebagian besar industri otomotif roda empat yang ada di Indonesia, masihmenggunakan mesin konvensional dengan prinsip motor pembakaran dalamyang memakai bahan bakar fosil pada produknya
1.Bagaimana merancang alat yang dapat memanfaatkan gerak naik-turunpada sistem suspensi kendaraan untuk menghasilkan listrik
2.Bagaimana pengaruh beban maksimum terhadap kekuatan material dariVERS pada sistem suspensi kendaraan roda 4.
3.Bagaimana menentukan material yang tepat pada VERS agar alat ini dapatberfungsi dengan baik.
1.Kendaraan yang diuji hanya mobil Isuzu Panther bak terbuka.2.Analisa kekuatan hanya pada roda gigi dan poros penggerak pada VERS
ini.3.Untuk analisa kekuatan dilakukan pada beban maksimum
Latar belakang
Tahun 2009 lalu tim dari Massacusetts Institute of Technology telah menemukan sebuah peredamkejut (shock absorber) yang dapat menghasilkanenergi listrik. prototipe peredam kejut inimenggunakan sistem hidrolik yang memaksa cairan mengalir melalui turbin yang terhubung pada generator. Sistem ini dikontrol oleh sistem elektronik aktif yang dapat mengoptimalkanredaman, sehingga relatif lebih nyaman dariperedam konvensional sekaligus menghasilkan listrik untuk mengisi ulang baterai atau mengoperasikan peralatan listrik.
KAJIAN TERDAHULU
Chassis mobil
Pegas daun
Sistem suspensi pada kendaraan roda empat
Vibration Energy Recovery System(VERS) I
Roda gigiRoda gigi jaw
Slider house
Tuas penggerak
Pegangan poros mobil
Poros mobil
Slider house
Tuas penggerak
Casing VERS
Generator
Casing VERS
generator
Ban mobil
Poros mobil
Pemasangan VERS pada sistem suspensi mobil isuzu panther bak terbuka
Kinematika VERSMekanisme kerja portable VERS berawal dari gerakvibrasi relative antarachassis mobil dengan roda. Gerak translasi tersebutakan memicu gerakanrotasi pada tuas VERS yang terhubung denganporos roda. Tuas VERS yang tersambung rigid dengan jaw mengakibatkan jaw akanberputar dengan kecepatanputar yang sama
Check it!
Perancangan mekanisme roda gigi VERS ini menggunakan ratio 1.86, 1.81 dan 1,35 sesuai yang ada di pasaran dan menggunakan one way bearing agar tidak terjadi losses energi pada saat turunnya suspensi.
1
2
1
2
2
1
2
1
d
d
N
N
n
ni
t
t
12.. nd
Vp
63000pnT
N
600)6000( tp FV
Fd
Velocity ratio
Kecepatan keliling roda gigi
Daya yang dibutuhkan
Gaya dinamik
RODA GIGI
Roda gigi lurus merupakan jenis roda gigi yang paling banyakdigunakan. Fungsi dari roda gigi lurus ini adalah untukmentransmisikan daya dan gerak pada dua poros yangsejajar. Bagian dari pasangan roda gigi yang berfungsi untukmenggerakkan roda gigi pasangannya disebut pinion.Sedangkan pasangan roda gigi yang digerakkan disebut gear.
Pemeriksaan kekuatan roda gigi lurus terhadap bending
metode
jbKv
KmKsPKoFttσ
RT
L
K x KKSat x Sad
Syarat aman : σt < Sad
AGMA Lewis
Syarat aman : Fb Fd
PK
YbSpybSF
foob
.....
tp
d FV
F600
600
t
p
d FV
F1200
1200
t
p
d FV
F78
78
untuk 0 < Vp < 2000 ft/menit
untuk 2000 < Vp < 4000 ft/menit
untuk Vp > 4000 ft/menit
Tidak
start
Kajian Pustaka
Desain kinematika mekanisme Vibration
energy recovery sistem (VERS)
Perancangan eleme-elemen VERS yang dibutuhkan seperti
roda gigi dan poros
Perhitungan kekuatan dan pemilihan material
pada roda gigi dan poros
Pengujian VERS pada mobil isuzu panther bak
terbuka di VEDC Malang
Aman dan bisa berjalan dengan
baik.
END
metodologi
Spesifikasi Data 4.1.1. Grafik Simulink matlab daya yangditerima VERS pada kecepatan mobil 36km/jam dengan Constanta redaman Vers10% pada roda belakang
4.1.2.Grafik kecepatan naik turun suspensi mobil pada roda belakang
Dari grafik diatas didapat putaran awal untuk menggerakkan roda gigi jawDengan rumus : V suspensi = π.d. n / 60Dimana d adalah jarak antara tuas penggerak dengan pusat roda gigi jaw.
0,44 m/s = 3,14 . 8,75 cm. n / 60n = 96 rpm
Perhitungan
96 RPM 178 RPM 300 RPM 405 RPM
I = 1,86 I = 1,35I = 1,81
Speed chart
• Perancangan roda gigi jaw dan roda gigi 1
• c = inchi• Torsi masing – masing roda gigi
• T1 = =
• T2=
• Gaya – gaya pada masing – masing roda gigi jaw dan 1
• Ft = lb.f
• Fr = Ft. tan = 9.722 lb.f tan 20 = 3.54 lb.f
• Fn = lb.f
Kecepatan pitch line (Vp)
Vp = = = 101,7356 ft/min
11.32
17.205.42
dgdp
9663000.03.0
163000.n
Hp inlb768.19
inlbhp
n
Hp 24.10178
63000.03.02
63000.
722.905.4768.192
11.2 x
d
T
35.1020
768.19. Cos
lb
Cos
Ft
12n . d . π
12rpm .96 4.05.inchi . π
• Lewis Equation untuk mencari bahan roda gigi• Assumsi b : 1.5 inchi• : 20• Ntp : 16 (Dari tabel 10-2,deutchman didapat Y = 0.295 )• Fd = Ft = 9.722 lb.f= 11,37 lb.f
• Fb =
• So =
• So = 1027 Psi• Jadi karena nilai Safe static stress(so) = 1027 Psi maka bahan
material roda gigi 1 dan jaw yang digunakan cukup Gray cast iron ASTM 25 dengan BHN 174. Sedangkan alat yang kita pakai memakai bahan alloy steels,jadi sudah sangat kuat dan tahan terhadap keausan dan tegangan bending.
600
V 600 p
60020.95 600
P
bYSo.
295.0.6.016.37.11.
nchi
inchilb
bY
PFd
Check roda gigi berdasarkan Wear Load (Buckingham)
Fw = dp . b . Q . K
dimana : dp = Diameter pitch pinion b = Lebar roda gigiK = Wear load factor
dan harga Q diperoleh dari persamaanQ = =
Dari tabel 10-11 (Deutschman) untuk gear dan pinion dengan average BHN = 174,didapat K dari ekstra polasi :
K = 57 psi Jadi Fw = 4.05 x 1.5 x 0.698 x 57 = 241.89 lb.f
Karena Fw Fd 241,89 11,37 lb.f
Maka Fw Fd ( maka bahan memenuhi syarat keausan Buckingham )
gp
g
d dd . 2 698.0
05.417.217.22
inchi
inchix
Pengecekan dengan Metode AGMA BendingTegangan ijin untuk perencanaan
Sad = dimana : Sad = Tegangan ijin maksimum
Untuk bahan ASTM 25 (174 BHN)Sad =
σt = =
= 26315,56 >354.76karena Sad > σt , maka check roda gigi terhadap ketahanan bending AGMAterpenuhi .
RT
Lat
KKKS
78947,2631533.1.1
1.000.35x
psi
JbKKKPKF
V
mSOt 76.35438,0.5,1.1
3,1.1.16.1.722,9 lb
• Pengecekan Keausan dengan AGMA Wear Equation• Bahan Pinion : ASTM 50 (223 BHN)• Gear : ASTM 50 (223 BHN)
• σc =
• σc = 1800 • = 15308,468• check keausan• σc <•• Jadi, σc < •• 15308,468 95000 • 15308,468 < 142500Psi ( memenuhi untuk keausan AGMA )
RT
HLac
v
fmsotP CC
CCS
IbdCCCCCF
C
07,0.5,1.1.2.125,1.08,1.25,1.1.722.9 lb
RT
HLac CC
CCS
RT
HLac CC
CCS
1.11.5,1
• Poros adalah merupakan bagian/elemendari mesin yang dalam penggunaanyadapat berfungsi sebagai poros yangmeneruskan tenaga, poros penggerakklep (camshaft), poros penghubung danlain sebagainya.
• Rumus-rumus yang digunakan dalamperhitungan poros :
2/1223 )(16TmMr
Syp
NDo
Poros
silakan
Perancangan poros
• Dari perhitungan momen terbesar di poros 1 didapatkan horizontal = -6,977 Lbf-in
• Vertikal = -5,29 Lbf-in• MC = = = 8,75 Lbf.in• torsi di titik C = 10,61 lbf.in• Bahan poros malleable cast iron ASTM A47, Annealed; Su = 50 ksi =
50000 psi ; Syp = 32,5 ksi = 32500 psi
=
D ≥ 0,3 inch• Diameter poros yang digunakan adalah 0,4 in
2CV2CH M M 22 (-5,29) (-6,977)
31
2216TM
N
SsypD
31
22 61,1075,8
2325005,0
16D
Hasil Perancangan mekanisme Vibration
Energy recovery system.
Roda gigi 1 dan one
way bearing
Roda gigi 2
Roda gigi 3
Roda gigi 4
Poros output
Roda gigi 5
4. Dari Vers yang dibuat didapat diameter poros yang aman adalah poros 1 = 0.4 inch, poros 2 = 0.4inch, dan poros 3 = 0.8 inch.
3. Dari pengecekan kekuatan dan keausan,roda gigi yang didapat dari pasaran dan dibuat sendiri telah memenuhi untuk uji keandalan dan sangat kuat terhadap gesekan terhadap roda gigi yang lain
2. Dari VERS yang dibuat didapat diameter roda gigi masing-masing adalah roda gigi jaw 4.05 inch, roda gigi1: = 2.17 inch, roda gigi 2 = 3.93 inch, roda gigi 3 = 2.16 inch, roda gigi4 = 4.6 inch dan roda gigi 5 =1,38 inch.
1. Dari Perancangan VERS (Vibration energy recovery system) pada mobil isuzu panther bak terbuka yang sudah dilakukan,VERS sudah berjalan dengan baik dengan cara mengubah gerak translasi pada naik turunnya suspensi kendaraan menjadi gerak rotasi pada sistem transmisi roda gigi yang sudah dibuat
Kesimpulan
Sekian dan Terima kasih
XAx Dx
Z
z1 z3
1
1
2
3
3
Ft4
Ft1
z2
2
Fr2
Σ MD = 0[- Ax (1,96 + 0,39 + 1,77)] – [ Ft1 . (0,39+1,77)] + [Fr2 (1,77)] = 0Ax = -3.57 lbf.in
Σ MA = 0[-Dx (4,13)] – [Fr2.(2,35)] – [Ft1 (1,96)] = 0Dx = - 2,58 lbf.in
Mencari GAYA horizontal bidang (X-Z)
Mencari gaya bidang (x-y)
• Σ MD = 0• [-Ay (4,13)] + [(W1 + Fr1) (2,16)]-[(W2-Ft2)(1,77)] =0• Ay = - 1,54 Lbf.in • Σ MA = 0• [-Dy (4,13)] + [(W1 + Fr1) (1,96)]+[(W2-Ft2)(2.35)] =0• Dy = -2,994 Lbf.in
YAy Dy
Z
z1
z3
1
1
23
3
Fr1 + W1
z2 2
q
W2 - Ft2
Mencari tegangan terbesar pada bidang x-z
• Bidang Horisontal (Bidang X – Z)• Potongan 1 – 1 (0 ≤ z1 ≤ 1,96 in)• Mz1 = Ax . z1
• = -3,57 z1
• z1 = 0 in Mz1 = 0 lbf.in• z1 = 1,96 in Mz1 = - 6.997 lbf.in•• Potongan 2 – 2 (0 ≤ z2 ≤ 0,39 in)• Mz2 = Ax (z2 + 0,1,96) + (Ft1) . z2
• = -3,57 ( z2+1,96) +(9,72) z2• z2 = 0 in Mz2 = -6.997 Lbf.in• z2 = 0,39in Mz2 = -4.58 Lbf.in•• Potongan 3 – 3 (0 ≤ z3 ≤ 1,771 in)• Mz3 = Dx . -z3
• = -2,58 z3
• z3 = 0 m Mz3 = 0 lbf.in• z3 = 1,77 m Mz3 = -4.57 lbf.in
A
-6,99Lbf.in
-4,57 Lbf.in
Mencari tegangan terbesar bidang x-y
• Potongan 1 – 1 (0 ≤ z1 ≤ 1,96 m)
• Mz1 = Ay . z1
• z1 = 0 Mz1 = 0 Lbf.in
• z1 = 1,96 Mz1 = -3,01 Lbf.in
• Potongan 2 – 2 (0 ≤ z2 ≤ 0,39 m)
• Mz2 = Ay (z2 + 1,96) - (Fr1+w1) . z2
• = - 1,54 ( z2+1,96) -(4,11) z2
• z2 = 0 in Mz2 = -3,01 Lbf.in
• z2 = 0,39in Mz2 = -5,29 Lbf.in
••• Potongan 3 – 3 (0 ≤ z3 ≤ 1,77m)
• Mz3 = Dy . -z3
• = -2,993 .- z3
• z3 = 0 in Mz3 = 0 lbf.in
• z3 = 1,77 in Mz3 = -5.29 lbf.in
A B C D
3,01 Lbf.in
5,29 Lbf.in
silakan