Jurnal Integrasi
Vol. 9 No. 1, April 2017, 67-72
e -ISSN: 2548 - 9828
Analisa Pengaruh Berat Pengemudi terhadap Deformasi pada Rangka Utama Sepeda Penyapu Sampah
Muhammad Hasan Albana * , Budi Sukmana *
 Batam Polytechnics
Mechanical Engineering study Program
Jln. Ahmad Yani, Batam Centre, Batam 29461, Indonesia
E-mail: hasan@polibatam.ac.id

## Abstrak
Sepeda  penyapu  sampah  adalah  alat  yang  dirancang  dan  dibuat  agar  membantu  kerja  seseorang  menjadi  lebih efisien dibandingkan dengan menyapu sampah secara manual menggunakan tangan. Alat ini memiliki rangka utama yang menjadi tempat sistem-sistem serta komponen-komponen tersebut diletakkan. Ketika sepeda dikendarai, nilai berat manusia khususnya pada sadel sepeda menghasilkan tekanan, tekanan tersebut secara langsung berpengaruh pada  rangka  utama  sehingga  rangka    mengalami  deformasi.  Oleh  karena  itu  untuk  mengetahui  berat  maksimum pengemudi yang dapat diterima oleh rangka, sehingga rangka sepeda penyapu sampah tidak mengalami deformasi dan  dapat  dioperasikan  secara  optimal  maka  dibutuhkan  pengujian.  Penelitian  ini  dilakukan  secara  simulasi menggunakan software Solidworks 2013, menggunakan fitur simulasi statis sehingga nilai tegangan  yang terjadi dapat  diketahui.  Material  yang  digunakan  pada  rangka  adalah  baja  ST.  37  yang  termasuk  dalam  golongan  baja karbon rendah. Adapun berat pengemudi yang diujikan seberat 60 kg hingga 120 kg. Setelah dilakukan pengujian, hasil yang didapatkan pada berat 60 kg sampai 120 kg tegangan maksimal 37,839 Mpa serta defleksi sebesar 0,202 mm  yang  berarti  defleksi  yang  terjadi  sangat  kecil,  nilai  faktor  keamanan  paling  minimum  3,58  yang  termasuk dalam kategori aman secara keseluruhan desain. Untuk berat maksimal yang dapat diterima oleh sepeda penyapu sampah  yaitu  280  Kg,  dengan  tegangan  maksimal  yang  terjadi  105,669  MPa  dengan  perubahan  bentuk/defleksi sebesar  0,463  mm,  serta  nilai  faktor  keamanan  paling  minimum  sebesar  1,5  yang  berarti  batas  dari  nilai  aman struktur desain.

## Kata kunci: Deformasi, Rangka, Solidworks 2013

## Abstract
Bicycles garbage sweeper is a tool designed and made to help person becomes more efficient than manually sweep garbage by hand. This tool has a main frame into place systems and components are placed. When the bike ridden, the pressure directly affects the main frame and maked the frame deformation. To know the maximum weight of the driver which can be received by the framework, so that the garbage sweeper bike frame does not deform and can be operated optimally, need a research. This research was done by simulation using Solidworks Software 2013, using a static simulation features so that the value of the stress that occurred can be known. The material used in the frame is ST. 37 Steel which included in the class of low carbon steel. The driver who tested the burden weighing 60 kg -120 kg (maximum) gradually so obtained is determined whether the frame is experiencing excessive deformation. After testing the results obtained on the load of 60 kg - 120 kg maximum stress of 37,839 MPa and a deflection of 0,202 mm, which means a very small deflection occurs, the value of the minimum safety factor of 3,58 is included in the safe category overall design. For maximum load that can be accepted by bicycles garbage sweeper is 280 kg, with a maximum stress that occurs 105,669 MPa with deformation / deflection of 0,463 mm, and the minimum value of the safety factor of 1,5, which means the limit of the value of design safer structures.
Keywords: Frame, Deformation, Solidworks 2013

## 1 Pendahuluan
Sepeda  penyapu  sampah  adalah  alat  yang  dirancang dan dibuat agar membantu kerja seseorang menjadi le- bih efisien dibandingkan dengan menyapu sampah se- cara manual menggunakan tangan, alat ini masih tergo- long  baru  karena  sistem  yang  diaplikasikan  berbeda dengan alat penyapu sampah yang sudah ada sebelum- nya.  Menggunakan  sistem  putaran  dari  ban  belakang sepeda yang menggerakkan ban depan sepeda yang ter- hubung dengan poros sapu sehingga sapu berputar dan sampah  dibawa  melalui  konveyor  dialirkan  sampai pada bak penampung sampah. Alat ini memiliki rangka utama  yang  menjadi  tempat  sistem-sistem  serta  kom- ponen  tersebut  diletakkan,  rangka  tersebut  dihubung- kan oleh sepeda yang pada bagian garpu sepeda terda- pat joint yang dihubungkan dengan joint rangka meng- gunakan baut M8.
Ketika sepeda dikendarai, nilai berat manusia khusus- nya pada sadel sepeda menghasilkan tekanan, tekanan tersebut secara langsung berpengaruh pada rangka uta- ma sehingga rangka utama mengalami deformasi. De- ngan  analisa  yang  belum  maksimal  pada  pembuatan- nya,  penelitian  ini  ditujukan  untuk  mengetahui  beban statis menggunakan software Solidworks 2013. Selain untuk merancang suatu model desain, software ini juga dapat digunakan untuk menjalankan beberapa jenis si- mulasi,  salah  satunya  simulasi  statis,  analisis  gerakan ( motion )  dan  temperatur  [1].  Secara  umum  ter-  dapat dua kategori mengenai beban, yaitu beban statis, beban yang  memiliki  perubahan  intensitas  beban  terha-  dap waktu yang berjalan lambat atau konstan dan be- ban dinamis,  beban  dengan  variasi  perubahan  intensi-  tas beban terhadap waktu yang cepat [2].
Variabel  yang  dihasilkan  pada  penelitian  ini  dianta- ranya  nilai  tegangan  von  Mises,  yaitu  tegangan  yang digunakan untuk memprediksi tingkat keluluhan mate- rial terhadap kondisi pembebanan dari hasil pengujian tarik simple uniaksial [3]. Nilai deformasi, yang  arti- nya semua struktur bila mendapat berat luar akan beru- bah sedikit dari bentuk awalnya, baik berubah bentuk maupun ukurannya. Bertambahnya ukuran dari sebuah struktur disebut perpanjangan atau elongasi, sedangkan sebaliknya disebut pemendekan atau konstraksi. Pada struktur  yang  mendapatkan  deformasi  yang  normal dari masing-masing elemennya berada pada sifat elas- tis,  maka  kondisi  tersebut  disebut  kondisi  kekakuan ( condition of rigidity ) [4].
Agar tercapai desain aman elemen struktur, ditentukan suatu  faktor  keamanan,  yaitu  perbandingan  tegangan patah ( failure strength ) terhadap tegangan aktual, kare- na faktor keamanan dan tegangan aktual tidaklah ber- hubungan dan tergantung pada banyak faktor, nilainya akan  berkisar  antara  1,5-20,  serta  nilai  faktor  keama- nan untuk logam ulet ( ductile metals ) seperti baja yang dikenakan  berat  statis,  nilai  faktor  keamanan  adalah 1,5  [5],  sehingga  didapatkan  berapa  berat  maksimum
pengendara  yang  mampu  diterima  oleh  rangka  utama secara desain keseluruhan.

## 2 Metode Penelitian
Pada pembuatan dan desain rangka utama dan sepeda penyapu sampah digunakan material Baja ST.37. Joint garpu sepeda dan joint rangka utama dihubungkan oleh 2 buah baut/bolt kepala L ukuran M8, masing-masing pada satu joint. Pada penelitian ini, dilakukan percoba- an berat pengendara dari 60 kg (minimal) hingga 120 kg  (maksimal)  secara  bertahap  dengan  penambahan nilai  10  Kg  pada  setiap  pengujiannya,  dari  data  ini, dilakukan perhitungan mengenai nilai gaya, dari hasil data tersebut dapat dilakukan uji simulasi statis meng- gunakan software Solidworks 2013 dan diketahui bagi- an  rangka  utama  yang  terkena  tegangan  tertinggi  dan deformasi karena berat pengendara, untuk berat rangka utama  yaitu 6,31 kg, data tersebut diketahui  menggu- nakan fitur mass properties pada software Solidworks 2013 [6].
Jika  pada  berat  120  kg  nilai  faktor  keamanan  belum mencapai angka 1,5, pengujian dilanjutkan dengan pe- nambahan  nilai  10  kg  pada  setiap  pengujian,  sampai nilai  faktor  keamanan  mencapai  1,5.  Untuk  menge- tahui berat maksimum pengendara yang dapat diterima oleh rangka utama.
Tabel 1. Klasifikasi Baja Karbon [7]
Tabel 2. Karateristik Baja ST. 37 pada Software Solid- works 2013
Langkah pertama, rancang ulang bentuk desain rangka utama, menentukan jenis material, pada alat yang telah jadi. Kemudian diberikan uji dengan memberikan nilai massa (Kg) manusia sebesar 60 kg-120 kg ditambah 10 Kg secara bertahap. Konversi massa (kg) menjadi gaya
(N)  dengan  memasukkan  nilai  gravitasi  dan  dari  data tersebut  dimasukkan  dalam  pengujian  statis  sehingga akan diketahui bagian yang terkena tegangan ( stress ), panjang  defleksi (displacement), sedangkan untuk me- ngetahui besaran nilai factor of safety/faktor keamanan dengan  menerapkan  perbandingan  antara  besar yield strength dengan  besar design  stress dari  tiap  material [8],  yang  akan  secara  otomatis  dikalkulasikan  oleh software Solidworks 2013.
Gambar 1. Desain Sepeda Penyapu Sampah
Gambar 2. Rangka Utama
Adapun prosedur uji simulasi statis dijabarkan seperti berikut :
1. Open assembly sepeda penyapu sampah.
2. Masuk pada tab simulasi, study advisor .
3. Pemilihan uji static .
4. Pemilihan jenis material setiap komponen.
5. Penentuan  fixed  geometry  yaitu  tumpuan  sepeda penyapu sampah dalam pengujian ini 5 titik poros 3 titik pada ban sepeda, dan 2 dudukan roda troli se- bagai titik tumpu,.
6. Pemilihan  external  load  advisor  untuk  nilai force atau gaya yang diberikan.
7. Plane dasar untuk peletakan gaya gravitasi.
8. Uji simulasi dapat dilakukan.
Proses pemasukan (input) data pada uji statis simulasi Solidworks 2013, yaitu data : force, gravity plane, fixed geometry dan material. Force adalah gaya yang diberi- kan, gravity plane adalah arah plane yang dipilih deng- an mengacu pada letak desain secara isometrik, sehing- ga benda seperti dalam pengaruh gravitasi bumi, Fixed geometry adalah  pemilihan  titik  tumpu  pada  sepeda dan rangka utama dan material, pemilihan terhadap je- nis material yang digunakan dalam desain.
Pada  pengujian  ini,  desain  pada software Solidworks 2013 disesuaikan dengan bentuk dan dimensional yang sama dengan alat yang sebenarnya. Untuk mengetahui berat  rangka  utama  dilakukan  evaluasi  dengan  fitur mass properties pada software Solidworks 2013.
Gambar 3. Berat Rangka Utama Menggunakan Mass Properties pada Solidworks 2013
Nilai  berat  pengendara  yang  diujikan  secara  variabel mengacu pada berat ideal manusia dari 60 Kg-120 Kg, secara bertahap dengan 7 kali pengujian dimana jarak setiap  pengujian  ditambahkan  nilai  berat  pengendara sebesar 10 Kg.
Data  pengujian  yang  didapatkan  meliputi  tegangan ( stress ), perubahan bentuk material/deformasi ( displa- cement ), faktor keamanan ( factor of safety )  dalam ben- tuk  visual  yang  menunjukkan  bagian  tersebut,  karena hasil pengujian antara nilai 60 kg-120 kg tidak terlalu signifikan perbedaannya, maka hasil yang ditampilkan secara  rinci  hanya  pada  nilai  60  kg  dan  120  kg, sedangkan pada nilai lainnya hasil pengujian ditampil- kan dalam tabel.
Pada simulasi statis Solidworks 2013, komponen yang dirakit  yaitu rangka utama material baja ST.37, rangka sepeda  material  baja  ST.37,  poros  ban  depan,  dan belakang material baja ST.37, pin penghubung rangka utama dengan rangka sepeda material baja ST.37. Berat pengendara diberikan pada sadel sepeda dengan 5 titik tumpu ( fixed geometry ) dalam hal ini poros ban sepeda depan sisi kanan-kiri, belakang dan landasan roda troli sisi kanan-kiri. Dari massa satuan (kg) dikon- versikan menjadi  gaya/force  (Newton)  dengan  menga-  likan massa tersebut dengan percepatan gravitasi bumi yaitu 9,8 kg/m 2 .
3 Hasil dan Pembahasan
Gambar 4. Nilai tegangan untuk massa 60 kg
Gambar 5. Nilai displacement untuk massa 60 kg
Gambar 6. Nilai Faktor Keamanan untuk massa 60 kg
Gambar 4 memperlihatkan hasil semulasi tegangan un- tuk massa 60 kg dimana nilai tegangan von Mises ter- tinggi  yang  diperoleh  adalah  19,011  Mpa  dan  berada dikisaran warna hijau (nilai tegangan sedang) yang dia- lami  oleh  rangka  utama,  tepatnya  pada  batang  joint rangka  utama  dengan  joint  rangka  sepeda.  Perubahan bentuk  ( displacement )  tertinggi  untuk  massa  60  kg ditunjukkan pada Gambar 5 dimana nilai displacement
yang  terjadi  adalah  sebesar  0,104  mm.  Untuk  faktor keamanan diperlihatkan pada Gambar 6 dimana faktor keamanan yang diperoleh adalah 7,12 yang berarti se- cara keseluruhan desain ini aman bila diberikan massa sebesar 60 Kg.
Gambar 7. Nilai tegangan untuk massa 120 kg
Gambar 7 memperlihatkan tegangan von misses yang terjadi    ketika  sepeda  penyapu  sampah  diberi  massa sebesar  120  kg.  Tegangan  von  misses  tertinggi  yang terjadi adalah 37,839 MPa berada dikisaran warna hi- jau  (nilai  tegangan  sedang)  yang  dialami  oleh  rangka utama, tepatnya pada batang letak joint rangka utama dengan joint rangka sepeda.
Gambar 8. Nilai displacement untuk massa 120 kg
Gambar 9. Nilai Faktor Keamanan untuk massa 120 kg
Gambar  8  memperlihatkan displacement yang  terjadi ketika  diberi  massa  120  kg. Displacement tertinggi yang  terjadi  pada  rangka  utama  adalah  sebesar  0,202 mm. Adapun faktor keamanan ketika diberi massa ada- lah  3,58  sebagaimana  diperlihatkan  pada  Gambar  9. Hal ini berarti secara keseluruhan desain ini aman bila diberikan berat sebesar 120 Kg.
Tabel 3. Perbandingan Hasil Tegangan ( Stress )
Tabel 4. Perbandingan Hasil Displacement
Massa (kg) Gaya (N) Displacement (mm) 120 1176 0,202 110 1078 0,186 100 980 0,170 90 882 0,153 80 748 0,137 70 686 0,121 60 588 0,104
Tabel 3 dan Tabel 4 memperlihatkan nilai tegangan dan displacement yang  dialami  oleh  rangka  utama  sepeda motor ketika diberi beban 60 kg, 70 kg, 80 kg, 90 kg, 100  kg,  110  kg  dan  120  kg.  Dari  Tabel  tersebut  bisa disimpulkan bahwa semakin  berat pengendara sepeda penyapu  sampah  maka  semakin  besar  nilai  tegangan yang  dialami  dan  semakin  besar displacement yang terjadi.
Karena berat yang diujikan belum menunjukkan tega- ngan maksimal dan faktor keamanan paling minimum yang  dapat  diterima  oleh  rangka  utama  juga  belum diketahui  maka  dilakukan  pengujian  kembali  supaya diketahui nilai-nilai tersebut. Setelah dilakukan pengu- jian  dari  120  kg  secara  bertahap  dengan  penambahan nilai berat 10 kg maka ditemukan pada massa 280 kg menunjukkan nilai faktor keamanan yang paling kecil.
Gambar 10. Nilai tegangan untuk massa 280 kg
Gambar 11. Nilai displacement untuk massa 280 kg
Gambar 11. Nilai Faktor Keamanan untuk massa 280 kg
Pada  pemberian  massa  sebesar  280  Kg  ditunjukkan hasil tegangan von Mises maksimal yaitu 105,669 MPa dengan  nilai displacement sebesar  0,463  mm,  nilai tegangan  belum  mencapai  dengan  nilai  yield  strength material,  namun  pada  hasil  faktor  keamanan  secara struktural  telah  mencapai  nilai  1,5  yang  artinya  tepat pada batas nilai faktor keamanan. Hasil simulasi untuk untuk  massa  280  kg  diperlihatkan  pada  Gambar  10, Gambar 11, dan Gambar 12.
Massa (kg) Gaya (N) Tegangan (MPa) 120 1176 37,839 110 1078 34,737 100 980 31,577 90 882 28,423 80 748 25,288 70 686 22,149 60 588 19,011

## 4 Kesimpulan
Berat  pengendara  sepeda  penyapu  sampah  sebesar 1176 N atau dengan massa 120 kg hanya akan meng- hasilkan  tegangan  ( stress )  sebesar  37,839  Mpa  pada rangka  utama  dan  defleksi  yang  terjadi  sebesar  0,202 mm. Rangka utama yang terhubung pada sepeda ketika diberikan berat 120 kg tidak mengalami defleksi yang berlebihan atau kurang dari 1 mm. Nilai faktor keama- nan  pada  berat  120  kg  yaitu  3,58  lebih  dari  1,5  yang berarti secara desain struktur sudah aman untuk  digu- nakan. Sedangkan ketika diberi beban sebesar 2744 N atau dengan massa 280 kg, nilai tegangan yang terjadi pada rangka utama adalah 105,669 MPa, defleksi 0,463 mm dan nilai faktor keamanan 1,54 yang artinya telah mencapai batas aman sesuai variabel faktor keamanan yang ditentukan.

## Daftar Pustaka
[1]  Glodova,  Iveta,  et  al, Usage  of  finite  element method  for  motion and  thermal  analysis  of  a  specific object in SolidWorks environment, Procedia Engineering, Vol. 96, hal. 131-135, 2014.
[2] Aribowo, Damar dan Eko, Wiratmoko,
Perencanaan  Gedung  Hotel  Beringin  di  Salatiga, Universitas Diponegoro, 2007.
[3]  Atmojo,  Komarudin  Tri  dan  Sugiyanto, Prediksi Tegangan Von Mises Femoral Stem Pada Sambungan Tulang Pinggul Buatan Menggunakan Metode Elemen Hingga , Universitas Diponegoro, 2012.
[4] Efendi, Agus, Pengaruh Berat dan Tekanan Udara Pada  Distribusi  Tegangan  Velg  Jenis  Lenso, Universitas Gunadarma, 2009.
[5]  Ach.  Muhib  Zainuri,  ST,  MT, Kekuatan  Bahan , Andi Yogyakarta, Yogyakarta, 2008.
[6]  Chang,  Kuang-Hua, Design  Theory  and  Methods using CAD/CAE, Elsevier, London, 2015.
[7]  Dwima,  Anefin  dan  Kasatriawan, Proses
Pembuatan  Rangka  Pada  Mesin  Perajang  Sampah Organik  Sebagai  Bahan  Dasar  Pupuk  Kompos, Universitas Negeri Yogyakarta, 2012.
[8] Yulianto, Nano dan Winarsono, Rochmad, Analisa Tegangan  Pada  Rangka  Prototype  Kendaraan  Buge Menggunakan  Elemen  Hingga ,  Universitas  Muria Kudus, Kudus, 2013.