Vol. 3, No. 4, Desember 2018 e-ISSN: 2502-8944 ENTHALPY-Jurnal Ilmiah Mahasiswa Teknik Mesin

## Perancangan dan Analisa Frame Sepeda Pengangkut Gabah
Rachmad Mariudin 1) , Yuspian Gunawan 2) , Samhuddin 3)
¹ Mahasiswa Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Unuversitas Halu Oleo ³ Dosen Jurusan Teknik Mesin,Fakultas Teknik,Universitas Halu Oleo Jl. H,E,A Makadompit,Kampus Hijau Bumi Tridarma Andounohu,Kendari 93232 E-mail : rachmadmariudin46@gmail.com

## Abstrak
Penelitian ini bertujuan untuk menggetahui distribusi tegangan pada sepeda pengangkut gabah. Dalam penelitian ini konstruksi frame didesain menggunakan software Autodesk inventor dan simulasi menggunakan software Ansys .  Material baja karbon dengan beban 175 kg digunakan sebagai bahan frame dalam analisis ini. Hasil penelitian menunjukkan bahwa tegangan maksimum yang terjadi pada frame mencapai 38,238 N/m 2 dari hasil simulasis sedangkan pada perhitungan manual tegangan mencapai 33,981 N/m 2 .
Kata kunci : frame, simulasi software ansys, distribusi tegangan.

## Abstract
This study aims to determine the stress distribution on grain carriers. In this study frame construction was designed using autodesk inventor software and simulation using ansys software. Carbon stell material with a load of 175 kg is used as a frame material in this analysis. The results show that the maximum stress that occurs in the frame reaches 38,238 N/m 2 from the simulation results while in manual calculations the voltage is reached 33,981 N/m .
Keywords: Frames, Ansys software simulation, voltage distribution.

## 1. Pendahuluan
Alat transportasi untuk mengangkut hasil panen padi tersebut dan adapun alat transportasi yang biasa di gunakan masyarakat mobil pick up dan tidak semua petani mampu membeli kendaraan tersebut sehingga banyak petani yang menyewa kendaraan tersebut, Biaya yang dikeluarkan untuk sewa alat tersebut cukup mahal, Dampak dari kegiatan ini maka efisiensi menjadi rendah. Oleh sebab itu maka perlu pengadaan alat angkut yang lain dan tidak harus menyewa serta dapat digunakan secara periodik Dengan  melihat  kasus  di  atas  maka perlu dilakukan perancangan mekanisme alat angkut, yang dapat digunakan pada area yang terbatas. Dengan mempertimbangkan latar belakang di atas maka perumusan masalahnya adalah bagaimana melakukan perancangan mekanisme alat angkut yang sangat
mudah di rangcang dan hemat biaya dan memenuhi kriteria untuk digunakan.
Berdasarkan permasalahan yang timbul maka, penulis ingin melakukan penelitian tentang ”Perangangan Dan Analisa Frame Sepeda Pengangkut Gabah’’ Tahapan perancangan yang akan dilakukan dalam penyelesaian kasus ini adalah pengumpulan data lapangan dan gambar teknik, melakukan perancangan mekanisme alat angkut, melakukan konseptual desain, melakukan optimasi dimensi, dan menganalisis hasil rancangan dengan bantuan software .

## 2. Tinjauan Pustaka
Tegangan ( stress ) menunjukkan kekuatan gaya yang menyebabkan perubahan bentuk benda, sedangkan regangan ( strain ) didefinisikan sebagai perbandingan antara pertambahan panjang batang dengan panjang mula-mula. Secara matematis hubungan   tegangan regangan yang  terjadi menuurut Matheus souisa
(2011) dapat  dilihat dalam persamaan hukum hooke yaitu :
E = = (1) Keterangan : E  = modulus elastic
= tegangan yang terjadi
= regangan yang timbul karna pembebanan
Kekuatan  yaitu kemampuan suatu bahan untuk menerima tegangan tanpa menyebabkan bahan menjadi patah. Kekuatan ini ada beberapa macam tergantung pada jenis beban yang bekerja, yaitu kekuatan tarik, kekuatan geser, kekuatan tekan, kekuatan punter/torsi dan kekuatan lengkung, bertambahnya beban yang mencapai kekuatan bahan yang menyebabkan patahnya material.
Untuk memperhitungkan kekuatan baja menurut (Muhammad Sandhy Novian, Rahmawaty, 2013). Dapat di gunakan beberapa persamaan. Untuk menentukan tegangan ijin pada kolom baja dapat diketahui menurut persamaan 2.
= (2)
Keterangan:
= tegangan ijin (N/mm ). = tegangan maximum (N/mm ).
S = faktor keamanan Menurut Juvinal dan Marshek (2000), faktor keamanan sebenarnya berasal dari kekuatan rentang mutlak material yang dibagi untuk mendapatkan nilai working stress atau design stress. Secara teoritis faktor keamanan ini akan menjadi sebagai bahan dasar untuk membuat sebuah rancangan baru tentang sebuah konstruksi. Selain itu faktor keamananakan menjadi tolak ukur efisiensi dalam penggunaan bahan yang digunakan.  Faktor keamananyang digunakan dalam skala industri yaitu berkisar antara 2-4. Misalnya saja sebuah konstruksi setelah
modelnya dilakukan pengujian strength wizard didapat angka sampai 20, berarti secara efisien bahan yang digunakan berlebihan. Dewasa ini praktek mesin modern juga mendasarkan faktor keamananpada kekuatan bahan secara signifikan, tidak hanya berdasarkan kekuatan tarik Secara teoritis angka keamanan yang digunakan dalam skala industri yaitu minimal 4 sedangkan dalam Autodesk Inventor Pro 2017 penentuan tingkat angka keamanan ditunjukan dengan perbedaan warna pada hasil pengujian.
Faktor keamanan merupakan rasio dari tegangan maksimum dengan tegangan kerja atau desain, yang secara matematis sebagai berikut :
Sf = (3)
Keterangan:
= tegangan ijin (N/mm ). = tegangan maximum (N/mm ). = faktor keamanan

## 3. Metodologi Penelitian
Penelitian ini  dilaksanakan pada bulan Februari – Agustus  2018, bertempat di Laboratorium Komputasi Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Halu Oleo di Kendari dan ruangan  kerja lain yang bersifat fleksibel.
Adapun prosedur dalam penelitian ini adalah:
1. Menyiapkan alat.
2. Menyiapkan data perencanaan.
3. Menggambar frame sepeda pengangkut gabah dengan AutoDesk Inventor 2017
4. Melakukan simulasi dengan aplikasi
software ANSYS 18.1
5. Kesimpulan dan Saran
4. Hasil dan Pembahasan
Hasil penelitian ini adalah hasil yang diperoleh berdasarkan hasil perhitugan manual dan perbandingan simulasi Sofware Ansys .

## ENTHALPY-Jurnal Ilmiah Mahasiswa Teknik Mesin

## Gambar 1. Sepeda pengangkut Gabah
Tabel 1. Data perancangan Description Material Ukuran (mm) Jumlah Sadel Plastik 1 Bak pengangkut Steel carbon 1 ISO 35×3 Steel carbon 1893 1 ISO 50×30×3 Steel carbon 11 m 1 Analisa kekuatan rangka dilakukan saat kondisi Statis, yakni ketika pengendara menaiki sepeda dalam posisi diam. Pada analisa ini, beban terbagi ke 4 tempat yakni tempat duduk, pedal, handle sepeda dan bak pengangkut
material. Berdasarkan buku Human Body
Dynamics: Classical Mechanics and Human Movement (Aydin Tozeren,
2000), berat anggota gerak atas dan bawah manusia adalah 10 % dan 31,8 % dari total berat tubuh. Untuk pengendara dengan beban 75 kg berarti memiliki berat tangan dan kaki masing - masing 10 kg dan 31,8 kg. Dengan mengasumsikan percepatan gravitasi adalah 10 m/s 2 , maka pembebanan yang diberikan pada masing – masing lokasi adalah 75 N pada handle , 436,5 N pada seatpost dan 238,5 N  dan  pada  bak  material  1000  N,  pada pedal Perhitungan analisa kekuatan dilakukan secara manual untuk memastikan bagian rangka mana yang menerima beban terbesar. Untuk mempermudah perhitungan secara manual, maka rangka disederhanakan menjadi struktur truss seperti dapat dilihat pada gambar
Gambar 2. Struktur Truss
Dari hasil perhitungan manual maka didapatkam masing-masing secara manual pada setiap batang mengunakan rumus beban terpusat dan beban merata.
Tabel 2. Hasil perhitungan beban
Dari tabel perhitungan manual diatas, dapat dilihat bahwa batang yang mendapatkan gaya paling besar adalah batang FG dengan gaya sebesar 5409,7813 N . Gaya terbesar yang didapat dari perhitungan manual berdasarkan persamaan diatas  dilanjutkan dengan persamaan berikutnya untuk menghitung tegangan frame agar dapat diketahui apakah pipa tersebut aman digunakan untuk rangka sepeda, kemudian dibagi dengan luasan pipa terkecil yang digunakan dalam perancangan agar dapat diketahui apakah pipa tersebut aman digunakan  untuk rangka sepeda.
Pipa dengan luasan yang terkecil adalah pipa dengan ukuran 35,3 dengan ukran diameter dalam dan luar sebagai berikut : Batang Gaya (N) Jenis BC 498,383 Tekan CD 498,19 Tekan CE 0,093 Tekan DE - 1915,430 Tarik EF -238,561 Tarik FG 5409,781 Tekan G-I 104, 15 Tekan I-K 104, 15 Tekan K-M 104, 15 Tekan HJ 0, 061 Tekan JL 0, 061 Tekan LN 0, 061 Tekan
Vol. 3, No. 4, Desember 2018 e-ISSN: 2502-8944 ENTHALPY-Jurnal Ilmiah Mahasiswa Teknik Mesin
Outer diameter (Do)   =  35,3 mm Inner diameter (Di)   =  32,3 mm Luasan penampang terkecil ( A min ) : A Do 2 Di 2 A 35,3 2 32,3
2 A = 159,198  mm
Dalam perhitungan kekuatan frame, berdasarkan beban terbesar yang diterima frame maka untuk mencari tegangan maksimum digunakan persamaan:
Tegangan Maksimum (S ) = max Ao (S ) = 5409,7813 N 159,198 mm = 33,981 N mm =   33,981465 MPa
Tegangan ijin material (Ssyp) = Syp N Dimana,  Syp  : yield strength material = 350 MPa N : Safety Factor = 8 (Benda Bergerak ) Ssyp = Syp
N = 350
8 = 43,75 MPa
Karena Smax < Ssyp, maka pipa Steel carbon  dengan  Do  =  35,3  mm  dan  Di  = 32,3 mm yang digunakan sebagai luasan penampang terkecil dapat dikatakan aman.
Untuk memastikan bahwa perhitungan tersebut sudah benar,
dilakukan simulasi dengan softwere Ansys . Hasil dari simulasi tersebut dapat dilihat pada gambar.
Gambar 3. Hasil simulasi tegangan

## Software Ansys
Hasil dari simulasi Software Ansys di dapatkan tegangan  terbesarnya adalah
38,238 MPa terletak di batang FG. Hasil ini tidak jauh berbeda dengan hasil yang didapatkan dari perhitungan manual dimana tegangan terbesarnya adalah 33,981 MPa dan terletak di FG juga.
Gambar 4. Hasil simulasi regangan

## Softwere Ansys
Hasil dari simulasi regangan Softwere Ansys di dapatkan regangan  terbesarnya adalah 0.00027284 terletak di FG.

## Gambar 5. Hasil simulasi deformasi

## Software Ansys
Hasil dari simulasi deformasi Software Ansys pada rangka sepeda menunjukkan bahwa deformasi terbesarnya terletak di bagian FG yakni sebesar 0.21227 mm. Untuk mengetahui jenis deformasi yang terjadi pada frame sepeda pengangkut gabah dilakukan dengan cara membandingkan modulus elastisitas yang di dapatkan dari frame sepeda pengangkut gabah dengan modulus elastisitas pada steel karbon sebesar 200 Gpa atau 2 × 10 N/ mm .
E =
E = 37,203  MPa
0.00026576 E =140018.82 MPa
Vol. 3, No. 4, Desember 2018 e-ISSN: 2502-8944 ENTHALPY-Jurnal Ilmiah Mahasiswa Teknik Mesin
Karena nilai modulus elastisitas frame sepeda pengangkut gabah lebih kecil dari nilai modulus elatisitas steel carbon maka jenis deformasi yang di dapatkan adalah deformasi elastis.
Gambar 6. Grafik perbandingan tegangan maksimum

## Penutup
Kesimpulan yang didapatkan dari pembahasan di atas adalah :
1. Frame sepeda pengangkut gabah menggunakan pipa baja karbon rendah sebagai bahan dasar, mampu menahan pengendara dengan beban mencapai 175 kg. 2. Tegangan maksimum terbesar diperoleh pada beban pengendara dan beban material yang diangkut dengan berat 175 kg dengan hasil perhitungan manual sebesar 33,981 MPa tidak jauh berbeda dengan hasil yang didapatkan dari simulasi sebesar 38,238 MPa. 3. Rancangan dikatakan aman karena tegangan ijin material lebih besar dibandingkan tegangan maksimum yang terjadi pada material frame sepeda pengangkut gabah yang meliputi perbandingan tegangan maksimum 38,238 MPa dan tegangan ijin material 43,75 MPa .
Saran untuk pengembangan frame sepeda pengangkut gabah kedepannya adalah :
1. Peneliti selanjutnya bisa merancang sepeda pengangkut mengunakan alat bantu kelistrikan agar dapat memudahkan atau menyempurnakan dari peneliti sebelumnya.

## Daftar Pustaka
ASM International 1990 . ASM Handbook Properties and Selection: Nonferrous
Alloys and Special-Purpose Materials.
Rahadian Lukmana, 2017. Perancangan
Rangka Sepeda Pasca Stroke Dengan Konsep Delta (1 Roda Depan dan 2
Roda Belakang) ,  Institut Teknologi
Sepuluh November. Bambang Setyono dkk, 2016. Perancangan dan Analisa kekuatan frame sepeda Hybrid “Trisona Menggunakan Software Autodesk Inventor , Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya.
Surdia dan Shinroku 1999. Pengetahuan BahanTeknik , Cetakan Keempat, PT Pradnya Paramita Jakarta.
Agus Saleh, 2016, Perancangan Mekanisme Alat Angkut Kapasitas 10 Ton.
Wasim Younis. 2010. Up and Running with Autodesk Inventor Simulation 2011. ELSEVIER.
Sutinko, dan Sulistyo. 2003. Dinamika. Malang: Fakultas Teknik Jurusan Mesin Universitas Brawijaya.
Juvinall, Robert C., and Marshek, Kurt M. 2000. Fundamental of Machine Component Design. New York: John Wiley & Sons, Inc.
Kenneth.S Hut. 1999. Prinsip-Prinsip Perancangan Teknik . Jl.H Baping Raya No 100 Ciracas Jakarta 13740. Erlangga.
Zainuri A. M., 2008, Kekuatan Bahan Teknik , Yogyakarta, Indonesia.
Matheus Soisa. 2011. Analisa Modulus elastis dan Angka Poisson Bahan Dengan Uji Tarik : Staf Jurusan Fisika Fakultas MIPA Universitas Pattimura Jl.  Ir.  M.  Putuhena,  Kampus  Unpatti, Poka-Ambon.
Mhd Dauhd Pinem, ST., MT. 2017.
ANSYS. Menganalisa Berbagai Permasalahan dalam Ilmu Keteknikan . Informatika Bandung.