pemodelan dan analisa dinamika (energi … · rel kereta api rangkaian bantalan piezoelectric...

PEMODELAN DAN ANALISA DINAMIKA (ENERGI TERDISIPASI) PADA GERAK VERTIKAL ANTARA

BOGIE DAN GERBONG KERETA API

TEKNIK MESIN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

Dosen pembimbingIr. YUNARKO TRIWIWARNO MT.

Disusun olehYohanes Dhani Kristianto (2108100626)

SIDANG TUGAS AKHIR

LATAR BELAKANG

•Motor•Mobil• Kereta Api• Pesawat terbang

Transportasi

• Premium• Pertamax• Solar• Bensol

Minyak bumi• Panas• Gerak• Getaran

Energi yang terbuang

• KERS• TERS• VEH

ENERGY HARVESTING

Maka dibutuhkan analisaterhadap sistem suspensi

PERUMUSAN MASALAH

Berapa besar potensi energi yang terdapat pada sistem suspensi kereta api ketika sedang berjalan?Bagaimana pengaruh perbedaan besar inputan yang diberikan terhadap respon gerak kereta api?

TUJUAN PENELITIAN

Memodelkan, mensimulasi dan menganalisa dinamika gerakkereta api

Menganalisa besarnya potensi energi yang tersedia pada sistemsuspensi kereta api

BATASAN MASALAH

Kecepatan kereta api bernilai konstan

Pemodelan pada 1 buah gerbong kereta dengan pemodelan ¼ model

Energi yang dianalisis hanya energi yang dipengaruhi oleh redaman pada sistem suspensi gerbong kereta api

Menyediakan data besar potensi energi yang tersedia pada sistem suspensi kereta api padakondisi jalan dan kecepatan tertentu

Mengetahui hasil dari pemodelan dan analisa yang dilakukan

MANFAAT PENELITIAN

Prof. Lei Zuo – New York State University

Hanya 10-16 persen energi bahan bakar yang efektif digunakanuntuk mendorong kendaraan

Perusahaan Innowattech

Program pemanenan energi piezoelectric jalan, trotoar dan rel kereta.

Rel kereta api rangkaian bantalan piezoelectric diantara rel danbantalan tidur rel yang terhubung langsung dengan stasiun lokal yang terkait.

Marcos Arizti – Tempere University of Technology

Melakukan studi mengenai metode yang paling relevan dalammemanen energi di suspensi kendaraan

STUDI LITERATUR

BOGIE

Penopang gerbongDua perangkat roda / lebih yang di gabungkanoleh rangka / frameDilengkapi sistem pemegasan, pengereman, dengan / tanpa peralatan penggerak dan secarakeseluruhan berfungsi sebagai pendukung rangkadasar dari badan kendaraan

Fungsi untuk meningkatkan kapasitas dan kenyamanan gerbong

SISTEM SUSPENSI

Kumpulan komponen tertentu yang berfungsi meredam kejutan, getaran yang terjadi pada kendaraan akibat permukaan jalan yang tidak rata yang dapat meningkatkan kenyamanan berkendara dan pengendalian kendaraan.

KOMPONEN

Pegas

Peredam

Lengan suspensi

GETARAN

Gerak bolak-balik melalui titik kesetimbangan

Sumber Getaran

Jumlah DOF

Ada/Tidaknya Redaman

getaran bebas

getaran paksa

getaran single DOF

getaran teredam

getaran tak teredam

getaran multi DOF

MULTI DOF

}{}]{[}]{[}]{[ Fxkxcxm =++

Persamaan gerak

Persamaan gerak menjadi

iiiiiiiiiiiiiiiii Fxkxkkxkxcxccxcxm =−++−−++− +++−+++− 11111111 )()(

Dimana untuk massa m

1221212212111 )()( Fxkxkkxcxccxm =−++−++

MULTI DOF

Dimana

=

nnnnn

n

n

mmmm

mmmmmmmm

m

.....................

...

...

][

321

2232221

1131211

=

nnnnn

n

n

cccc

cccccccc

c

.....................

...

...

][

321

2232221

1131211

=

nnnnn

n

n

kkkk

kkkkkkkk

k

.....................

...

...

][

321

2232221

1131211

=

)(......

)()(

}{2

1

tx

txtx

x

n

=

)(......

)()(

}{2

1

tx

txtx

x

n

=

)(......

)()(

}{2

1

tx

txtx

x

n

=

)(......

)()(

}{2

1

tF

tFtF

F

n

METODOLOGIMulai

Observasi suspensi dan gerbong kereta

Analisa respon gerak kereta dan analisa potensi energi pada sistem suspensi

Selesai

Studi literatur(Energy Harvesting dan Mechanical Vibration)

Pemodelan dan penurunan rumus

Simulasi hasil pemodelan pada simulink

General Flowchart

Kesimpulan dan saran

Respon

Ya

Tidak

INPUT PARAMETER

Parameters Mean values Parameters Mean values

mv 40.000 kg mb 3.000 kg

cV 80.000 Ns/m Ib 2.260 kgm

kv 400.000 N/m cbf = cbr 15.000 Ns/m

lwf = lwr 1.2 m kbf = kbr 750.000 N/m

mwf = mwr 700 kg

KECEPATAN

20 m/s

30 m/s

40 m/s

AMPLITUDO

2 cm

2,5 cm

3 cm

PENURUNAN RUMUS

PERSAMAAN GERAK

STATE VARIABLE EQUATION

PERKALIAN MATRIK

BLOK DIAGRAM

SIMULINK MATHLAB

RESPON

DAYA YANG TERSEDIA

POTENSI ENERGI YANG TERSEDIA

PERHITUNGAN DAYA

Menggunakan Simulink Matlab untuk mendapatkan nilai daya

PEMODELAN MATEMATIS KERETA

Keterangan:mv : Masa gerbongcv : Konstanta redaman pegas gerbongkv : Konstanta pegas gerbongmb : Masa bogiecb : Konstanta redaman pegas bogiekb : Konstanta pegas bogielwr : Jarak pusat roda belakang terhadap

pusat bogielwf : Jarak pusat roda depan terhadap

pusat bogie

PERSAMAAN GERAK

STATE SPACE METHOD

MATRIKS A

PEMODELAN SIMULINK BLOK DIAGRAM

HASIL DAN ANALISA RESPON KERETA

EKSITASI IMPULSIVE DENGAN v=20m/s

A=2cm

A=2,5cm

A=3cm

EKSITASI IMPULSIVE DENGAN v=30m/s

A=2cm

A=2,5cm

A=3cm

HASIL DAN ANALISA RESPON KERETA

EKSITASI IMPULSIVE DENGAN v=40m/s

A=2cm

A=2,5cm

A=3cm

HASIL DAN ANALISA RESPON KERETA

EKSITASI SINUSOIDAL DENGAN v=20m/s

A=2cm

A=2,5cm

A=3cm

HASIL DAN ANALISA RESPON KERETA

EKSITASI SINUSOIDAL DENGAN v=30m/s

A=2cm

A=2,5cm

A=3cm

HASIL DAN ANALISA RESPON KERETA

EKSITASI SINUSOIDAL DENGAN v=40m/s

A=2cm

A=2,5cm

A=3cm

HASIL DAN ANALISA RESPON KERETA

HASIL DAN ANALISA ENERGI TERDISIPASI

EKSITASI IMPULSIVE DENGAN v=20m/s

A=2cm A=2,5cm

A=3cm

HASIL DAN ANALISA ENERGI TERDISIPASI

EKSITASI IMPULSIVE DENGAN v=30m/s

A=2cm A=2,5cm

A=3cm

HASIL DAN ANALISA ENERGI TERDISIPASI

EKSITASI IMPULSIVE DENGAN v=40m/s

A=2cm A=2,5cm

A=3cm

HASIL DAN ANALISA ENERGI TERDISIPASI

EKSITASI SINUSOIDAL DENGAN v=20m/s

A=2cm A=2,5cm

A=3cm

HASIL DAN ANALISA ENERGI TERDISIPASI

EKSITASI SINUSOIDAL DENGAN v=30m/s

A=2cm A=2,5cm

A=3cm

HASIL DAN ANALISA ENERGI TERDISIPASI

EKSITASI SINUSOIDAL DENGAN v=40m/s

A=2cm A=2,5cm

A=3cm

PERBANDINGAN NILAI ENERGI TERDISIPASI

EKSITASI IMPULSIVE

v=20 m/s v=30 m/s v=40 m/s

PERBANDINGAN NILAI ENERGI TERDISIPASI

EKSITASI SINUSOIDAL

v=20 m/s v=30 m/s v=40 m/s

PERBANDINGAN NILAI ENERGI TERDISIPASI

Variabel Daya RMS (Watt)

Kecepatan Amplitudo Eksitasi BumpEksitasi

Sinusoidal

V1 (20m/s)

2 cm 281.230 745.408

2.5 cm 439.423 1164.700

3 cm 632.769 1677.169

V2 (30m/s)

2 cm 352.922 2145.016

2.5 cm 551.441 3351.587

3 cm 794.074 4826.286

V3 (40m/s)

2 cm 569.216 5305.633

2.5 cm 889.399 8290.052

3 cm 1280.735 11937.675

DAYA RMS (Root Mean Square)

KESIMPULAN

1•Respon gerak roda > Respon gerak body

2•Respon gerak roda pada V=40 m/s > Respon

gerak roda pada V=20 m/s dan V=30 m/s

3•>> Kecepatan = >> Energi Terdisipasi pada

Shock Absorber

Teknik MesinInstitut Teknologi Sepuluh November Surabaya

Mohon saran, kritik dan masukannya demi tersempurnanya

TUGAS AKHIR ini