PENGEMBANGAN DESAIN SEPEDA UNTUK PASIEN PASCA STROKE

TESIS (TM 092501)

PENGEMBANGAN DESAIN SEPEDA UNTUK PASIEN PASCA STROKE NAMA NRP

: Tri Andi Setiawan : 2112201003

DOSEN PEMBIMBING Prof. Dr. Ing. Ir. I Made Londen Batan, M. Eng

PROGRAM MAGISTER BIDANG KEAHLIAN SISTEM MANUFAKTUR JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2014

THESIS (TM 092501)

DEVELOPMENT BICYCLE DESIGN FOR POSTSTROKE PATIENTS By NRP

: Tri Andi Setiawan : 2112201003

SUPERVISOR Prof. Dr. Ing. Ir. I Made Londen Batan, M. Eng

MASTER PROGRAMME FIEL STUDY OF MANUFACTURING SYSTEM DEPARTEMENT OF MECHANICAL ENGINEERING FACULTY OF INDUSTRIAL TECHNOLOGY SEPULUH NOPEMBER INSTITUTE TECHNOLOGY SURABAYA 2014

PENGEMBANGAN DESAIN SEPEDA UNTUK PASIEN PASCA STROKE Nama Mahasiswa : Tri Andi Setiawan NRP

: 2112201003

Pembimbing

: Prof. Dr.Ing. Ir. I Made Londen Batan, M.Eng ABSTRAK

Beragam jenis dan model alat bantu terapi stroke telah diciptakan, salah satunya adalah sepeda terapi fisik roda tiga yang dirancang dengan tujuan selain sebagai alat bantu terapi fisik juga dirancang sebagai alat transportasi bagi pasien penderita pasca stroke, fungsi terapi difokuskan pada organ tangan dan kaki, yaitu dengan gerakan mengayun pada tangan dan gerakan mengayuh pada kaki, sepeda roda tiga produk existing memiliki dimensi dan berat yang besar, sehingga menyulitkan saat sepeda ini harus dibawa dan disimpan, serta radius beloknya yang besar membuat sepeda ini kurang efisien digunakan di area sempit, pada penelitian ini dilakukan pengembangan desain sepeda. Metode pengembangan yang digunakan adalah pengembangan produk terintegrasi, yaitu evaluasi terhadap produk existing melalui observasi dan wawancara kepada 10 responden, serta berdasarkan penelitian yang terkait masalah kebutuhan penderita pasca stroke terhadap alat bantu terapi fisik. Pada pengembangan ini dibuat 5 konsep sepeda yang selanjutnya dilakukan analisa fungsi dan kekuatan, kemudian dipilih berdasarkan kriteria dimensi umum, dimensi lipat, berat, radius belok, keamanan dan kenyamanan. Konsep terpilih selanjutnya dirancang lebih detail dan dibuat dokumen dalam bentuk gambar teknik. Dari penelitian ini dihasilkan sebuah desain sepeda roda tiga sebagai alat bantu terapi fisik dan alat transportasi bagi penderita pasca stroke yang memiliki dimensi yang lebih kecil, beratnya lebih ringan, bisa dilipat, sehingga mudah untuk dibawa dan disimpan di dalam bagasi mobil, serta memiliki radius belok yang lebih kecil. Dari rancangan alat terapi ini diharapkan dapat dijadikan reverensi dalam pembuatan alat bantu terapi fisik berupa sepeda roda tiga untuk penderita pasca stroke dalam terapi fisik dan peregangan otot. Kata kunci: alat bantu terapi fisik, pasca stroke, sepeda, transportasi

iv

DEVELOPMENT BICYCLE DESIGN FOR POST-STROKE PATIENTS By

: Tri Andi Setiawan

Student Identity Number : 2112201003 Supervisor

: Prof. Dr.Ing. Ir. I Made Londen Batan, M.Eng ABSTRACT

Various types and models of stroke therapy aids have been created, one of which is physical therapy three-wheeled bike designed with purpose other than as a physical therapy tool is also designed as a means of transportation for people with post-stroke patients, therapy is focused on the function of the hands and feet organs, namely the rocking motion of the hand and foot pedaling motion, tricycle existing products have large dimensions and weight, so it's difficult when the bike should be taken and stored, as well as a large beloknya radius makes this bike less efficiently used in a narrow area, the study this made the development of bicycle design. The method used is the development of integrated product development, namely the evaluation of existing products through observation and interviews of 10 respondents, as well as related issues based on the research needs of the post-stroke patients to physical therapy aids. In the development of the concept bike that was made 5 further analyzed the function and strength, then selected based on the criteria of the general dimensions, folding dimensions, weight, turning radius, safety and comfort. Selected concepts in more detail subsequently designed and fabricated documents in the form of engineering drawings. From this study produced a tricycle design as a tool for physical therapy and a means of transportation for post-stroke patients who have smaller dimensions, weighs less, can be folded, making it easy to carry and stored in the trunk of the car, and has a turning radius smaller. From the design of this therapeutic tool is expected to be used in the manufacture reverensi physical therapy aids in the form of a tricycle for post-stroke patients in physical therapy and muscle stretching.

Key words: aids physical therapy, post-stroke, bike, transportation

v

Kata Pengantar Puji syukur kehadirat ALLAH SWT yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya, sehingga dapat terselesaikannya tesis yang berjudul PENGEMBANGAN DESAIN SEPEDA UNTUK PASIEN PASCA STROK disusun sebagai persyaratan untuk memperoleh gelas Magister Teknik pada program Studi Teknik Mesin, bidang keahlian Sistem Manufaktur, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya. Penulisan tesis ini dapat terlaksana dengan baik atas bantuan, dukungan serta dorongan dari berbagai pihak. Untuk itu, penulis mengucapkan terima kasih yang sedalam-dalamnya kepada: 1. Bapak Prof. Dr. Ing. Ir. I Made Londen Batan, M. Eng selaku dosen pembimbing tesis ini. Terima kasih untuk waktu, masukannya, kritik, saran, dan motivasi yang telah diberikan, tanpa itu semua sampai sekarang saya tidak akan dapat menyelesaikan tesis ini. 2. Bapak Prof. Dr. Ir. Wajan Berata, DEA, Prof. Ir. I Nyoman Sutantra, Msc., PhD dan Ir. Yusuf Kaelani, MSc. E yang telah bersedia menjadi dosen pembahas tesis ini. 3. Seluruh Dosen, staff dan karyawan dilingkungan Program Pasca Sarjana Teknik Mesin ITS. 4. Keluarga yang selalu memberi dukungan, do’a dan semangat. 5. Teman-teman di Lab. Perancangan dan Pengembangan Produk (Lab. P-3), terima kasih atas segala dukungan, bantuan dan saran-sarannya. 6. Semua pihak yang telah berperan dalam penyusunan tesis ini, yang tidak bisa disebutkan satu persatu. Penulis menyadari bahwa dalam penulisan tesis ini masih banyak kekurangan, Sebagai tanggung jawab atas segala kekurangan, penulis membuka diri untuk segala kritik dan masukan. Surabaya, Agustus 2014 Penyusun

vi

DAFTAR ISI

JUDUL PENELITIAN INDONESIA…………….……...…………………

i

JUDUL PENELITIAN INGGRIS…………….……...……….……………

ii

LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................. iii ABSTRAK ........................................................................................................ iv ABSTRACT ......................................................................................................

v

KATA PENGANTAR ...................................................................................... vi DAFTAR ISI ..................................................................................................... vii DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ xi DAFTAR TABEL ............................................................................................ xvii DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................... xix BAB 1 PENDAHULUAN 1.1

Latar Belakang .....................................................................................

1

1.2

Perumusan Masalah .............................................................................

2

1.3

Batasan Masalah ..................................................................................

3

1.4

Tujuan dan Manfaat Penelitian ............................................................

3

BAB 2 KAJIAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI 2.1

Stroke ....................................................................................................

5

2.2

Rehabilitasi Pasca Stroke......................................................................

6

2.3

Analisa Beban dan Tegangan ............................................................... 13

2.4

Teori Kegagalan ................................................................................... 14 2.4.1 Teori Tegangan Normal Maksimum (Rankie) ………………… 14 2.4.2 Teori Tegangan Geser Maksimum (Tresca) ................................ 16 2.4.3 Teori Kegagalan Regangan Normal maksimum (MNST) …… .. 16

2.5

Faktor Keamanan .................................................................................. 16

2.6

Dasar Teori Dinamika Kendaraan ........................................................ 18 2.6.1 Kinematika kendaraan belok........................................................ 18

vii

2.6.2 Dinamika kendaraan belok pada jalan datar................................ 19 2.6.2.1 Analisa skid............................................................................ 20 2.6.2.2 Analisa guling ........................................................................ 21 2.7

Rapid Upper Limb Assesment (RULA) ……...……………………..... 22

2.8

Teori Pengembangan dan Pemilihan Konsep ……...………………..

24

2.8.1 Pengembangan Konsep ............................................................... 24 2.8.2 Pemilihan Konsep ....................................................................... 25 BAB 3 METODE PENELITIAN 3.1 Identifikasi dan Perumusan Masalah ................................................ 30 3.2 Studi Literatur ................................................................................... 30 3.3 Kajian Produk Existing ...................................................................... 30 3.4 Identifikasi dan Penyusunan Daftar Kebutuhan ................................ 30 3.5 Pembuatan Konsep ............................................................................ 31 3.6 Analisa Fungsi..................................................................................... 31 3.7 Analisa Kekuatan Rangka ................................................................... 31 3.8 Pemilihan Konsep .............................................................................. 32 3.9 Perancangan detail komponen (konsep terpilih)................................ 35 3.10 Pembuatan Detail Gambar Teknik .................................................... 36 3.11 Kesimpulan dan Saran....................................................................... 36 BAB 4 PEMBAHASAN 4.1 Kajian Produk Existing ...................................................................... 37 4.2 Identifikasi dan Penyusunan Daftar Kebutuhan ................................ 39 4.3 Pembuatan Konsep ............................................................................ 41 4.3.1 Alternatif Konsep 1................................................................... 42 4.3.2 Alternatif Konsep 2................................................................... 44 4.3.3 Alternatif Konsep 3................................................................... 45 4.3.4 Alternatif Konsep 4................................................................... 47 4.3.5 Alternatif Konsep 5................................................................... 50 4.4 Analisa Fungsi..................................................................................... 52 4.4.1 Fungsional................................................................................. 52

viii

4.4.1.1 Analisa Konsep 1............................................................... 52 4.4.1.2 Analisa Konsep 2............................................................... 53 4.4.1.3 Analisa Konsep 3............................................................... 54 4.4.1.4 Analisa Konsep 4............................................................... 55 4.4.1.5 Analisa Konsep 5............................................................... 55 4.4.2 Operasional................................................................................ 56 4.4.2.1 Analisa Konsep 1............................................................... 56 4.4.2.2 Analisa Konsep 2............................................................... 57 4.4.2.3 Analisa Konsep 3............................................................... 58 4.4.2.4 Analisa Konsep 4............................................................... 58 4.4.2.5 Analisa Konsep 5............................................................... 59 4.5 Analisa Kekuatan Rangka.................................................................... 60 4.5.1 Analisa Rangka Konsep 1.......................................................... 61 4.5.2 Analisa Rangka Konsep 2.......................................................... 62 4.5.3 Analisa Rangka Konsep 3.......................................................... 63 4.5.4 Analisa Rangka Konsep 4.......................................................... 64 4.5.5 Analisa Rangka Konsep 5.......................................................... 65 4.6 Pemilihan Konsep............................................................................... 67 4.6.1 Berdasarkan Dimensi Umum .................................................... 67 4.6.2 Berdasarkan Dimensi Lipat ....................................................... 68 4.6.3 Berdasarkan Berat...................................................................... 69 4.6.4 Berdasarkan Radius Belok ........................................................ 72 4.6.5 Berdasarkan Keamanan ............................................................. 77 4.6.6 Berdasarkan Kenyamanan ......................................................... 84 4.7 Penetapan Konsep Terpilih................................................................. 67 BAB 5 PERANCANGAN KOMPONEN SEPEDA UNTUK PASIEN PASCA STROKE 5.1 Komponen Sistem Penggerak Kayuh Tangan dan Kemudi .............. 102 5.1.1 Komponen No.1 (handlebar) .................................................... 102 5.1.2 Komponen No.2 (head tube) ..................................................... 102 5.1.3 Komponen No.4 (pull rod) ........................................................ 105

ix

5.1.4 Komponen No.8 (pedal rod)..................................................... 106 5.1.5 Komponen No.10 (Crank) dan No. 11 ( sprocket) ................... 107 5.1.6 Komponen No.12 (Rear axle)................................................... 108 5.1.7 Komponen No.15 (pen) ............................................................ 110 5.1.8 Komponen No. 20 (kokel) dan No.21 (Break levers) ............... 110 5.2 Komponen Sistem Penggerak Kayuh Kaki ....................................... 111 5.3 Komponen Pengaman (safety seats) .................................................. 113 5.4 Analisa Beban Dinamis .................................................................... 114 5.5 Gaya-Gaya pada Rangka ................................................................... 118 5.6 Evaluasi Rangcangan Konsep Terpilih ............................................. 121 BAB 6 KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................... 125 DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................... 127 BIOGRAFI PENELITI

x

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Sepeda terapi fisik roda tiga (Rodika, 2013) ..............................

1

Gambar 2.1 Rehabilitasi robotik untuk terapi stroke (Jezernik et al., 2004)..

7

Gambar 2.2 Virtual environment untuk terapi stroke (Edmans et al., 2006)

7

Gambar 2.3 Alat Terapi Treadmill .................................................................

8

Gambar 2.4 Alat Terapi Sepeda Statis ...........................................................

8

Gambar 2.5. Sepeda RLF untuk Penderita Hemiparese Pasca Stroke ...........

9

Gambar 2.6 Sepeda roda tiga untuk pasien pasca stroke (Rodika, 2013) ...... 10 Gambar 2.7 Posisi titik berat Sepeda roda tiga (Rodika, 2013) ..................... 10 Gambar 2.8 Detail komponen sepeda roda tiga (Rodika, 2013) ................... 11 Gambar 2.9 Beban terkonsentrasi .................................................................. 13 Gambar 2.10 Beban terdistribusi.................................................................... 13 Gambar 2.11 Klasifikasi beban berdasarkan lokasi aplikasinya .................... 14 Gambar 2.12 Kinematika Kendaraan Belok Tanpa Sudut Slip(Sutantra,2000)18 Gambar 2.13 Gaya dan momen pada kendaraan belok ................................. 20 Gambar 2.14 Kendaraan Sederhana dengan Belok Datar (Sutantra, 2000) .. 20 Gambar 2.15 RULA Employee Assessment Worksheet (McAtamney, 1993) ...... 23 Gambar 2.16 Faktor yg mempengaruhi pengembangan konsep(Batan, 2012) 25 Gambar 2.17 Tahapan pemilihan konsep (Ulrich, 2003) .............................. 26 Gambar 3.1 Diagram alir pengembangan sepeda untuk pasien pasca stroke

29

Gambar 4.1 Prototipe sepeda untuk pasien pasca stroke ( Rodika, 2013) .... 37 Gambar 4.2 Dimensi utama sepeda untuk pasien pasca stroke ( Rodika, 2013)38 Gambar 4.3 Konsep 1 .................................................................................... 42 Gambar 4.4 Skema konsep lipatan konsep 1 ................................................. 43 Gambar 4.5 Konsep 2 .................................................................................... 44 Gambar 4.6 Skema konsep lipatan konsep 2 (Top View) .............................. 45 Gambar 4.7 Konsep 3 .................................................................................... 46 Gambar 4.8 Mekanisme pengaturan panjang garpu (Top View) ................... 46 Gambar 4.9 Skema konsep lipatan konsep 3 (Top View) .............................. 47

xi

Gambar 4.10 Konsep 4 ................................................................................. 47 Gambar 4.11 Pengaturan posisi tempat duduk .............................................. 48 Gambar 4.12 Pengaturan tinggi kemudi ....................................................... 48 Gambar 4.13 Pengaturan jarak pedal ............................................................ 48 Gambar 4.14 Mekanisme lipat konsep 4 ...................................................... 49 Gambar 4.15 Konsep 5 ................................................................................. 50 Gambar 4.16 Simulasi penggerak tangan Konsep ........................................ 50 Gambar 3.17 Simulasi posisi stand pose untuk terapi statis konsep 5 ......... 51 Gambar 4.18 Mekanisme lipat konsep 5 ...................................................... 51 Gambar 4.19 Toolbar clash ........................................................................... 52 Gambar 4.20 Analisa fungsi gerak kemudi posisi normal dan belok maksimal konsep 1 ........................................................................................................ 52 Gambar 4.21 Analisa fungsi pedal posisi vertikal dan horisontal konsep 1 . 53 Gambar 4.22 Analisa fungsi gerak kemudi posisi normal dan belok maksimal konsep 2 ........................................................................................................ 53 Gambar 4.23 Analisa fungsi pedal posisi vertikal dan horisontal konsep 2 . 54 Gambar 4.24 Analisa fungsi gerak kemudi posisi normal dan belok maksimal konsep 3 ........................................................................................................ 54 Gambar 4.25 Analisa fungsi pedal posisi vertikal dan horisontal konsep 3 . 54 Gambar 4.26 Analisa fungsi gerak kemudi posisi normal dan belok maksimal konsep 4 ........................................................................................................ 55 Gambar 4.27 Analisa fungsi pedal posisi vertikal dan horisontal konsep 4 . 55 Gambar 4.28 Analisa fungsi gerak kemudi posisi normal dan belok maksimal konsep 5 ........................................................................................................ 56 Gambar 4.29 Analisa fungsi pedal posisi vertikal dan horisontal konsep 5 . 56 Gambar 4.30 Simulasi sudut gerak kaki konsep 1 ........................................ 56 Gambar 4.31 Simulasi sudut gerak tangan konsep 1 .................................... 57 Gambar 4.32 Simulasi sudut gerak kaki konsep 2 ........................................ 57 Gambar 4.33 Simulasi sudut gerak tangan konsep 2 .................................... 57 Gambar 4.34 Simulasi sudut gerak kaki konsep 3 ........................................ 58 Gambar 4.35 Simulasi sudut gerak tangan konsep 3 .................................... 58 Gambar 4.36 Simulasi sudut gerak kaki konsep 4 ........................................ 58 xii

Gambar 4.37 Simulasi sudut gerak tangan konsep 4 ..................................... 59 Gambar 4.38 Simulasi sudut gerak kaki konsep 5 ........................................ 59 Gambar 4.39 Simulasi sudut gerak tangan konsep 5 ..................................... 59 Gambar 4.40 Distribusi beban & pengikatan rangka depan dan belakang konsep 1 ......................................................................................................... 61 Gambar 4.41 Simulasi tegangan rangka depan dan belakang konsep 1 ........ 62 Gambar 4.42 Distribusi beban dan pengikatan rangka konsep 2 .................. 62 Gambar 4.43 Simulasi tegangan rangka konsep 2 ........................................ 63 Gambar 4.44 Distribusi beban dan pengikatan rangka konsep 3 ................... 63 Gambar 4.45 Simulasi tegangan rangka depan konsep 3 .............................. 64 Gambar 4.46 Distribusi beban dan pengikatan rangka konsep 4 .................. 64 Gambar 4.47 Simulasi tegangan rangka depan konsep 4 ............................... 65 Gambar 4.48 Distribusi beban dan pengikatan rangka belakang konsep 5 ... 66 Gambar 4.49 Desain rangka belakang dengan penopang pada daerah kritis

66

Gambar 4.50 Simulasi tegangan rangka belakang konsep 5 ......................... 67 Gambar 4.51 Simulasi berat rangka konsep 1 ................................................ 69 Gambar 4.52 Simulasi berat rangka konsep 2 ................................................ 70 Gambar 4.53 Simulasi berat rangka konsep 3 ............................................... 70 Gambar 4.54 Simulasi berat rangka sepeda konsep 4 ................................... 71 Gambar 4.55 Simulasi berat rangka sepeda konsep 5 ................................... 71 Gambar 4.56 Derajat belok konsep 1 ............................................................ 72 Gambar 4.57 Posisi titik berat sepeda konsep 1 ............................................ 72 Gambar 4.58 Derajat belok konsep 2 ............................................................ 73 Gambar 4.59 Posisi titik berat sepeda konsep 2 ............................................ 74 Gambar 4.60 Derajat belok konsep 3 ............................................................. 74 Gambar 4.61 Posisi titik berat sepeda konsep 3 ............................................. 75 Gambar 4.62 Derajat belok konsep 4 ............................................................. 75 Gambar 4.63 Posisi titik berat sepeda konsep 4 ............................................. 76 Gambar 4.64 Derajat belok konsep 5 ............................................................. 76 Gambar 4.65 Posisi titik berat sepeda konsep ................................................ 77 Gambar 4.66 Simulasi kemungkinan cidera konsep 1 ................................... 78 Gambar 4.67 Simulasi kemungkinan cidera konsep 2 ................................... 78 xiii

Gambar 4.68 Simulasi kemungkinan cidera konsep 3 ................................. 79 Gambar 4.69 Simulasi kemungkinan cidera konsep 4................................... 79 Gambar 4.70 Simulasi kemungkinan cidera konsep 5................................... 80 Gambar 4.71 posisi titik berat sepeda konsep 1............................................. 80 Gambar 4.72 posisi titik berat penegendara konsep 2 ................................... 81 Gambar 4.73 posisi titik berat penegendara konsep 3 ................................... 82 Gambar 4.74 posisi titik berat pengendara konsep 4 ..................................... 82 Gambar 4.75 posisi titik berat pengendara konsep 5 ..................................... 83 Gambar 4.76 Analisa RULA posisi diam konsep 1....................................... 84 Gambar 4.77 Analisa posisi badan sisi kiri dengangerak mengayun ............ 85 Gambar 4.78 Analisa posisi badan sisi kanan dengan gerak mengayun ....... 85 Gambar 4.79 Analisa posisi badan sisi kiri saat belok .................................. 86 Gambar 4.80 Analisa posisi badan sisi kanan saat belok .............................. 86 Gambar 4.81 Analisa RULA posisi diam konsep 2....................................... 87 Gambar 4.82 Analisa posisi badan sisi kiri saat belok .................................. 87 Gambar 4.83 Analisa posisi badan sisi kanan saat belok .............................. 88 Gambar 4.84 Analisa posisi kayuh sisi badan sebelah kiri............................ 88 Gambar 4.85 Analisa posisi kayuh sisi badan sebelah kanan........................ 89 Gambar 4.86 Analisa RULA posisi diam konsep 3....................................... 89 Gambar 4.87 Analisa posisi kayuh sisi badan sebelah kiri............................ 90 Gambar 4.88 Analisa posisi kayuh sisi badan sebelah kanan........................ 90 Gambar 4.89 Analisa posisi belok sisi badan sebelah kanan......................... 90 Gambar 4.90 Analisa posisi belok sisi badan sebelah kiri............................. 91 Gambar 4.91 Analisa RULA posisi diam konsep 4....................................... 91 Gambar 4.92 Analisa posisi kayuh sisi badan sebelah kiri............................ 92 Gambar 4.93 Analisa posisi kayuh sisi badan sebelah kanan........................ 92 Gambar 4.94 Analisa posisi belok sisi badan sebelah kiri............................. 92 Gambar 4.95 Analisa posisi belok sisi badan sebelah kanan......................... 93 Gambar 4.96 Analisa RULA posisi diam konsep 4....................................... 93 Gambar 4.97 Analisa posisi kayuh sisi badan sebelah kiri............................ 94 Gambar 4.98 Analisa posisi kayuh sisi badan sebelah kanan........................ 94 Gambar 4.99 Analisa posisi belok sisi badan sebelah kiri............................. 95 xiv

Gambar 4.100 Analisa posisi belok sisi badan sebelah kanan ....................... 95 Gambar 5.1 Ukuran Utama Sepeda ................................................................ 99 Gambar 5.2 Penomeran nama bagian............................................................. 100 Gambar 5.3 Bentuk masing-masing komponen ............................................. 101 Gambar 5.4 Komponen sitem penggerak kayuh tangan & Kemudi............... 102 Gambar 5.5 Head tube dan batang tuas kemudi ............................................. 103 Gambar 5.6 Distribusi beban,pengikatan dan simulasi tegangan head tube .. 105 Gambar 5.7 Distribusi beban dan pengikatan batang tarik ............................ 106 Gambar 5.8 Simulasi tegangan batang tarik................................................... 106 Gambar 5.9 Distribusi beban,pengikatan dan simulasi tegangan tuas pedal.. 107 Gambar 5.10 Roller chain definition.............................................................. 107 Gambar 5.11 Distribusi beban,pengikatan dan simulasi tegangan rear axle . 108 Gambar 5.12 Desain poros dan sambungan terhadap sprocket...................... 109 Gambar 5.13 Poros dan pasak ........................................................................ 109 Gambar 5.14 Distribusi beban,pengikatan dan simulasi tegangan pen .......... 110 Gambar 5.15 Roda depan dan pedal sepeda roda tiga.................................... 111 Gambar 5.16 Sepeda roda satu ....................................................................... 111 Gambar 5.17 Distribusi beban,pengikatan dan simulasi tegangan fork leg ... 112 Gambar 5.18 Simulasi proses naik dengan memanfatakan safety seats......... 112 Gambar 5.19 Distribusi beban pengikatan dan simulasi tegangan safety seats.......................................................................................................113 Gambar 5.20 Pemodelan jalan berlubang (Chardy, 2007) ............................. 111 Gambar 5.21 Penambahan peyangga rangka belakang .................................. 116 Gambar 5.22 Simulasi Tegangan peyangga rangka belakang........................ 117 Gambar 5.23 Rangka Sepeda. A,B,C,D,E,F,G, adalah titik simpul ............................................................................................................... 118 Gambar 5.24 Diagram benda bebas pada titik A............................................ 119 Gambar 5.25 Diagram benda bebas pada titik B............................................ 119 Gambar 5.26 Diagram benda bebas pada titik E ............................................ 120 Gambar 5.27 Diagram benda bebas pada titik F ............................................ 121 Gambar 5.28 Radius putar sepeda ................................................................. 122 Gambar 5.29 One way clutch roller bearing ................................................. 123 xv

DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Detail Komponen Sepeda sepeda roda tiga (Rodika, 2013)........... 11 Tabel 2.2 Jumlah Kayuhan kaki dalam Waktu 1 Menit responden pasca stroke .............................................................................................................. 12 Tabel 2.3 Peningkatan Jumlah Kayuhan Responden pasca Stroke................ 12 Tabel 2.4 Tegangan tarik dan tekan pada material........................................ 15 Tabel 2.5 Faktor keamanan pada material..................................................... 18 Tabel 2.6 Jangkauan nilai tingkat resiko cedera............................................. 19 Tabel 2.7 Matrik penyaringan konsep (sketsa) .............................................. 27 Tabel 2.8 Matrik penilaian konsep ................................................................. 27 Tabel 3.1 Matrik penilaian konsep ................................................................. 32 Tabel 3.2 Dimensi konsep awal dan dimensi konsep lipat............................. 33 Tabel 3.3 Perbandingan dimensi .................................................................... 33 Tabel 3.4 Kriteria keamanan .......................................................................... 34 Tabel 3.5 Analisa RULA posisi diam dan mengayuh .................................... 35 Tabel 3.6 Analisa RULA posisi belok............................................................ 35 Tabel 4.1 Spesifikasi sepeda roda tiga Rodika (2013) ................................... 39 Tabel 4.2 Daftar kebutuhan produk sepeda tertapi fisik ................................ 41 Tabel 4.3 Simulasi sudut gerak badan............................................................ 60 Tabel 4.4 Dimensi umum masing-masing konsep ......................................... 68 Tabel 4.5 Dimensi umum dan dimensi lipat................................................... 68 Tabel 4.6 Perbandingan dimensi dan volume lipat ........................................ 68 Tabel 4.7 Berat rangka masing-masing konsep.............................................. 71 Tabel 4.8 Kriteria keamanan .......................................................................... 84 Tabel 4.9 Analisa RULA posisi diam dan mengayuh .................................... 95 Tabel 4.10 Analisa RULA posisi belok.......................................................... 96 Tabel 4.11 Pemilihan konsep ......................................................................... 97 Tabel 5.1 Spesifikasi konsep terpilih ............................................................. 99 Tabel 5.2 Spesifikasi komponen konsep terpilih............................................ 100 Tabel 5.3 Rasio perbandingan kombinasi gigi ............................................... 108

xvii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Gambar Kerja Sepeda Pasca Stroke............................................ 128 Lampiran 2 Gambar Kerja Kemudi................................................................ 129 Lampiran 3 Gambar Kerja Head Tube ........................................................... 130 Lampiran 4 Gambar Kerja As dan Gir Belakang ........................................... 131 Lampiran 5 Gambar Kerja Roda Depan......................................................... 132 Lampiran 6 Gambar Kerja Fork Leg .............................................................. 133 Lampiran 7 Gambar Kerja Stand Pose ........................................................... 134 Lampiran 8 Gambar Kerja Crank ................................................................... 135 Lampiran 9 Gambar Kerja Tuas Ayun Tangan .............................................. 136 Lampiran 10 Gambar Kerja Swing ................................................................ 137 Lampiran 11 Gambar Kerja Rangka Tengah dan Safety Seats ...................... 138 Lampiran 12 Gambar Kerja Rangka Depan ................................................... 139 Lampiran 13 Gambar Kerja Rangka Belakang .............................................. 140 Lampiran 14 Gambar Kerja Rangka Belakang Side View............................. 141 Lampiran 15 Gambar Kerja Pecahan ............................................................. 142 Lampiran 16 Gambar Kerja Rangka Belakang Rear View ............................ 143 Lampiran 17 Gambar Kerja Rangka Belakang Top View ............................. 144 Lampiran 18 Gambar Kerja Kokel ................................................................. 145 Lampiran 19 Katalog Deep Groove Ball Bearing .......................................... 146 Lampiran 20 Katalog Kerja Metric Rod Bearing ........................................... 147

xix

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk

BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Melihat seriusnya dampak yang dapat ditimbulkan oleh penyakit stroke dan pentingnya penanganan yang harus dilakukan penderita pasca stroke melalui terapi fisik, pada tahun 2013 telah dilakukan perancangan suatu alat terapi fisik oleh Rodika (2013) yaitu sebuah sepeda yang dapat membantu penderita pasca stroke meregangkan otot sebagai alat bantu terapi pemulihan pasca stroke, berdasarkan uji jumlah kayuhan responden pasca stroke dalam 30 hari (1 bulan) menyatakan kenaikan persentase jumlah kayuhan setiap hari adalah; pada responden A adalah 7,33%, responden B adalah 5,28 %, responden C adalah 3,33 % dan responden D adalah 3,97 % (Riva’i, 2013). Berdasarkan data tersebut dapat diartikan bahwa sistem kayuh mampu meningkatkan kinerja otot dan kordinasi gerak tubuh, sepeda roda tiga tersebut dapat juga digunakan penderita stroke melakukan mobilitas sendiri ke tempattempat tertentu, seperti ke rumah kawan, berkeliling di halaman rumah, ke lapangan, atau ke tempat umum lainya. Seperti terlihat pada gambar 1.1 berikut:

Gambar 1.1 Sepeda terapi fisik roda tiga ( Rodika, 2013)

Teknik Mesin FTI - ITS

1

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk Sepeda pasca stroke yang dibuat memiliki ukuran panjang 1937mm, lebar total 1010mm, dan tinggi total mencapai 905mm. Ukuran tersebut masih terlalu besar jika sepeda ini difungsikan untuk di daerah perkotaan yang mempunyai jalan sempit. Disamping itu radius belok sepeda besar, yaitu mencapai 3 meter, butuh lokasi yang luas untuk bisa memanfaatkan sepeda terapi ini. Rangkanya yang panjang dan lebar membuat sepeda ini cukup sulit dibawa ke lain lokasi, butuh kendaraan sejenis pickup untuk mengangkutnya, jika ingin diangkut menggunakan mobil keluarga sejenis MPV (Multi-Purpose Vehicle) sepeda ini harus dibongkar, dan membutuhkan waktu hampir 4 jam untuk merakit kembali, untuk membongkar pasang membutuhkan peralatan bongkar pasang, sepeda ini cukup berat karena terbuat dari baja tebal yaitu mencapai 30 kg untuk rangka saja, belum termasuk roda dan komponen lainya, untuk mengangkatnya dibutuhkan 2 sampai 3 orang. Desain kayuh pada tangan dihubungkan dengan rangkaian penggerak pada kayuh kaki, hal ini membuat sistem penggerak menjadi tumpang tindih satu sama lain, hal ini kurang efektif dan menimbulkan masalah saat pemakaian karena sistem kayuh kaki akan bergerak saat kayuh tangan digunakan, mengharuskan pemakai memindahkan kaki dahulu saat ingin menggunakan kayuh tangan. Perawatan dan perbaikanya komponenya juga tentunya akan lebih sulit. Untuk itu dikembangkan sepeda terapi roda tiga yang memiliki dimensi lebih kecil, ringan, bisa dilipat, sehingga mudah dibawa dan disimpan di bagasi mobil. Disamping itu sepeda yang dirancang harus memiliki radius belok yang kecil, sehingga dipakai di daerah perkotaan. Dari rancangan alat terapi ini diharapkan dapat dijadikan reverensi dalam pembuatan alat bantu terapi fisik berupa sepeda roda tiga untuk penderita pasca stroke dalam terapi fisik dan peregangan otot. 1.2 Perumusan Masalah Berdasarkan latar belakang tersebut maka dapat dirumuskan suatu permasalahan sebagai berikut:

Teknik Mesin FTI – ITS

2

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk 1. Bagaimana merancang sepeda roda tiga untuk pasien pasca stroke yang memiliki dimensi lebih kecil dari produk existing yaitu dibawah 1937mm x 1010mm x 905mm. 2. Bagaimana merancang sepeda roda tiga untuk pasien pasca stroke yang lebih ringan dari produk existing yaitu dibawah 30 kg. 3. Bagaimana merancang sepeda roda untuk pasien pasca stroke yang bisa dilipat sehingga mudah untuk dibawa dan disimpan. 4. Bagaimana merancang sepeda roda tiga yang memiliki radius belok lebih kecil dari produk existing yaitu dibawah 3m. 5. Bagaimana merancang sepeda roda tiga yang memiliki dimensi kecil, ringan, bisa dilipat, aman, nyaman dan dapat dimanfaatkan sebagai alat bantu terapi fisik pasien pasca stroke. 6. Bagaimana melakukan seleksi konsep untuk menentukan konsep terbaik. 1.3 Batasan Masalah Batasan masalah yang ditetapkan agar dalam penulisan penelitian ini lebih terarah serta dapat mencapai tujuan yang diinginkan adalah sebagai berikut: 1. Rancangan hanya pada rangka utama sepeda. 2. Sepeda terapi tidak dirancang di medan berat 3. Komponen standar tidak dirancang (memakai komponen yang tersedia di pasaran). 4. Sepeda terapi diperuntukkan bagi penderita stroke yang sudah mampu menyangga badan, dan mampu duduk. 5. Pengendara dengan tinggi antara 150-180 cm (antropometri tubuh manusia Indonesia). 6. Pembebanan hanya diakibatkan oleh berat rangka sepeda dan pengendara yang diasumsikan sebesar 100 kg. 7. Analisa kenyamanan sepeda dilakukan dengan metode RULA (Rapid Upper Limb Assessment). 8. Tidak membahas biaya pada proses perancangan, pemesinan, dan fabrikasi.


3

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk 9. Tidak termasuk dalam proses pembuatan sepeda. 10. Tidak membahas desain dan proses perakitan. 1.4 Tujuan penelitian Tujuan yang ingin dicapai dari penelitian ini adalah: 1. Merancang desain konsep sepeda yang memiliki dimensi yang lebih kecil dari produk existing yaitu dibawah 1937mm x 1010mm x 905mm. 2. Merancang sepeda roda tiga untuk pasien pasca stroke yang lebih ringan dari produk existing yaitu dibawah 30 kg. 3. Merancang sepeda roda untuk pasien pasca stroke yang bisa dilipat sehingga mudah untuk dibawa dan disimpan. 4. Merancang sepeda roda tiga yang memiliki radius belok lebih kecil dari produk existing dibawah 3m. 5. Merancang sepeda roda tiga yang memiliki dimensi kecil, ringan, bisa dilipat, aman, nyaman dan dapat dimanfaatkan sebagai alat bantu terapi fisik pasien pasca stroke. 6. Untuk mengetahui cara melakukan seleksi konsep untuk menentukan konsep terbaik.


4


BAB 2 KAJIAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI 2.1 Stroke Stroke atau yang dalam bahasa inggris dikenal dengan cerebrovascular accidnt (CVA) adalah suatu keadaan dimana suplai darah ke otak mengalamai gangguan. Dalam jaringan otak, kurangnya aliran darah menyebabkan serangkaian reaksi biokimia, yang dapat merusakkan atau mematikan sel saraf otak. Kematian jaringan otak dapat menyebabkan hilangnya fungsi yang dikendalikan oleh jaringan itu. Stroke adalah penyebab kematian yang ketiga di amerika serikat dan banyak negara industri di eropa(Jauch, 2005). Bila dapat diselamatkan, kadang-kadang penderita mengalami kelumpuhan dianggota badannya, hilangnya sebagian ingatan atau kemampuan bicara. WHO mendefinisikan bahwa stroke adalah gejala-gejala defisit fungsi susunan saraf yang diakibatkan oleh penyakit pembuluh darah otak. Stroke berdasarkan patologi anatomi dibagi menjadi dua jenis yaitu: stroke iskemik dan stroke hemoragik. Stroke iskemik yaitu tersumbatnya pembuluh darah yang menyebabkan aliran darah ke otak sebagian atau keseluruhan terhenti. 80% stroke adalah stroke Iskemik, berdasarkan penyebabnya terbagi menjadi 3 jenis yaitu trombotik yang disebabkan oleh terbentuknya thrombus. Thrombus akan menyebabkan penggumpalan darah sehingga aliran darah tidak lancar atau terhenti. Jenis kedua adalah stroke embolik yang sebabkan oleh tertutupnya pembuluh arteri oleh pembekuan darah. Jenis ketiga adalah hipoperfusion sistemik yaitu berkurangnya aliran darah ke seluruh bagian tubuh karena adanya gangguan denyut jantung (Bastian, 2011). Stroke hemoragik adalah stroke yang disebabkan oleh pecahnya pembuluh darah otak. Hampir 70% kasus stroke hemoragik terjadi pada penderita hipertensi. Stroke hemoragik berdasarkan lokasi terjadinya perdarahan terbagi menjadi dua yaitu hemoragik intraselebral dan hemoragik subaraknoid. Stroke yang disebabkan oleh perdarahan di dalam jaringan otak disebut stroke hemoragik intraselebral. Stroke hemoragik subaraknoid disebabkan oleh perdarahan pada


5

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk ruang subaraknoid yaitu ruang sempit antara permukaan otak dengan lapisan jaringan yang menutupi otak (Bastian, 2011). 2.2 Rehabilitasi Pasca Stroke Dengan kemajuan teknologi, stroke lebih sering meninggalkan kecacatan dibanding kematian. Beban biaya yang harus ditanggung akibat stroke sangatlah besar bagi pasien dan keluarganya, tidak hanya berhenti sampai di situ saja efek dari penyakit stroke akan semakin berat setelahya, apa lagi penderita pasca serangan stroke meninggalkan cacat yang berat, penderita dan keluarga akan semakin terbebani, rehabilitasi yang dilakukan pada pasien stroke semakin lama akan semakin aktif disesuaikan dengan keadaan kesehatan pasien. Peranan keluarga sangat penting dalam program rehabilitasi stroke di rumah. Ketika penderita stroke sudah kembali ke rumah penderita stroke akan lebih banyak berinteraksi dengan keluarganya dibandingan dengan terapis yang hanya datang beberapa jam ke rumah (Brass, 1992). Keberhasilan program rehabilitasi sangat tergantung pada peran terapis dan pelaksananya. Dua jenis teknologi yang banyak diteliti dalam upaya menciptakan rehabilitasi berbasis teknologi untuk melatih anggota gerak atas (upper limb) adalah rehabilitasi robotic dan virtual environment (Kwakkel et al.,2008; Burridge dan hughes,2010). Seperti terlihat pada Gambar 2.1, suatu alat terapi fisik dikembangkan oleh Jazernik et al. (2004). Disamping itu alat bantu tersebut berfungsi melatih penderita stroke supaya bisa berjalan kembali yang juga dirancang untuk penderita pasca stroke yang mengalami cedera tulang belakang.


6


Gambar 2.1 Rehabilitasi robotik untuk terapi stroke (Jezernik et al., 2004) Pada Gambar 2.2 diperlihatkan suatu metode terapi fisik yang dikembangkan oleh Edmans et al. (2006) dengan menggunakan interaksi tiga dimensi dengan mensimulasikan gerakan pasien yang disinkronkan dengan gerakan animasi dilayar computer, hal tersebut terlihat seolah olah pasien melakukan gerakan nyata.

Gambar 2.2 Virtual environment untuk terapi stroke (Edmans et al., 2006) Alat terapi lain yang sudah diaplikasikan panda penderita pasca stroke adalah tredmill, treadmill merupakan salah satu alat olah raga kebugaran statis, merupakan alat olah raga yang menerapkan system kerja konveyor sehingga penderita stroke dapat berlatih berjalan, latihan berjalan yang terstruktur dan progresif menggunakan treadmill efektif membantu pasien yang yang terserang stroke dalam membangun kekuatan dan keseimbangan tubuh. Teknik Mesin FTI - ITS

7


Gambar 2.3 Alat Terapi Treadmill Sumber: http://whatisbesttreadmill.com/threadmill-new/trade-mill/ Baru baru ini alat terapi yang banyak dikenal oleh masyarakat adalah suatu alat terapi kayuh yang sangat sederhana, penderita hanya tinggal duduk di kursi dan alat terapi diletakkan di hadapan penderita, terapi sepeda statis ini dapat digunakan pada pasien yang sakit stroke saja melainkan diperuntukkan juga untuk penderita pengapuran, nyeri lutut, atau pasca kecelakaan untuk melatih kaki, lutut atau persendiannya. Seperti yang telihat pada gambar 2.4 alat ini dilengkapi dengan setelan berat / ringan kayuhan & pengatur panjang. dengan berat 4 kg dan ukuran 65 x 65 x 35 cm alat ini cukup ringan dan kecil.

Gambar 2.4 Alat Terapi Sepeda Statis Sumber: http://www.sepeda-statis.blogspot.com/


8

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk Pada tahun 2012 dirancang sepeda RLF untuk rehabilitasi kelemahan otototot hemiparase pasca stroke , dimana koordinasi kinerja fungsi kecepatan putaran pedal, pola rangsangan listrik, sudut penyulutan dan posisi geometri tubuh akan menggantikan peran kecerdasan otak penderita yang hilang. Selain itu terdapat pengaruh rangsangan listrik fungsional terhadap peningkatan kekuatan dan keserasian kaki mengayuh pada penderita hemiparese karena peran kecerdasan tiruan sepeda RLF sebagai pengganti peran otak pada orang sehat.

Gambar 2.5 Sepeda RLF untuk Penderita Hemiparese Pasca Stroke Sumber:

http://prasetya.ub.ac.id/berita/Disertasi-Arie-Eric-Rawung-PengaruhVariasi-RLF-Terhadap-Penderita-Hemiparese-7970-id.html

Pada tahun 2013 dirancang suatu sepeda roda tiga oleh Rodika, sepeda didesain dengan dua roda di depan dan satu roda dibelakang. Dilengkapi dengan pedal kayuh, dimana posisi kaki pengendara berada agak ke depan dan pergerakan kaki dengan cara dikayuh, transmisi menggunakan rantai dan sproket bertingkat. Selain menggunakan kaki sepeda ini juga dapat menggunakan tangan sebagai pengayuh, dimana posisi tangan berada pada tuas stang dan pergerakannya dengan cara menarik tuas dan mendorongnya, untuk pergerakan belok dengan cara menggerakkan tuas kekanan dan ke kiri, transmisi menggunakan tuas dan eksentrik serta diteruskan rantai dan sprocket.


9


Gambar 2.6 Sepeda roda tiga untuk pasien pasca stroke (Rodika, 2013) Titik berat pengendara pada sepeda ini berada pada jarak 843 mm dari permukaan tanah, 830 mm dari sumbu roda depan dan 584 mm dari sumbu roda belakang, seperti terlihat pada gambar berikut;

h=843

W

Wf

a=830

1414

b=584

Wr

Gambar 2.7 Posisi titik berat Sepeda roda tiga (Rodika, 2013)


10


Gambar 2.8 Detail komponen sepeda roda tiga (Rodika, 2013) Tabel 2.1 Detail Komponen Sepeda sepeda roda tiga No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Nama Komponen Rangka Roda Belakang Roda Depan Sadel Tuas Kemudi Pedal Kayuh Dudukan Tuas Kemudi Shockbreker Plat Eksentrik Sproket Bertingkat Sproket Eksentrik Tuas Belok Tuas Dudukan Roda Depan Tuas Eksentrik Rem Pack Poros Dudukan Sproket Tuas Penerus Belok Tuas Penerus Kemudi Bearing Poros Penerus Eksentrik

Jumlah 1 1 2 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 4 1

Sumber: Rodika, 2013

Keterangan 26 inch 20 inch Untuk ukuran roda 26’ Untuk ukuran roda 26’ 7 Tingkatan 5 Tingkatan

Untuk ukuran roda 26’ Untuk ukuran roda 26’ Untuk ukuran roda 26’

Berdasarkan uji kayuhan kaki pada responden pasca stroke oleh Riva’i (2013) Secara umum dapat dikatakan, bahwa sepeda yang dirancang bermanfaat bagi penderita pasca stroke, dari hasil yang ditunjukan oleh Tabel 2.2 dimana semakin lama kecepatan kayuh semakin naik, hal ini dapat dikatakan setelah ada


11

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk kemajuan kesehatan pada pependerita pasca stroke, dimana dengan latihan tersebut otot-otot dan kekakuan tubuh (badan) penderita sudah mulai menurun. Tabel 2.2 Jumlah Kayuhan kaki dalam Waktu 1 Menit responden pasca stroke Percobaan ke

Responden pasca stroke

1

2

3

4

5

6

A

10

12

14

17

20

21

B

12

15

16

18

20

C

13

14

17

19

D

21

22

25,5

26

7

8

9

10

22

24

26

32

21

23

26

29

31

20

21

22

24

25

26

31,5

32

32,5

41

44

46

Jumlah kayuhan (putaran/menit)

Sumber: Riva’i, 2013 Tabel 2.3 Peningkatan Jumlah Kayuhan Responden pasca Stroke Responden

Jumlah kayuhan (per menit) Awal

Akhir

Kenaikan (%)

A

10

32

220

B

12

31

158,33

C

13

26

100

D

21

46

119,05

Sumber: Riva’i, 2013


12

Keterangan Rata-rata kenaikan jumlah kayuhan setiap hari dalam 30 hari (1 bulan ) adalah 7,33% Rata-rata kenaikan jumlah kayuhan setiap hari dalam 30 hari (1 bulan ) adalah 5,28% Rata-rata kenaikan jumlah kayuhan setiap hari dalam 30 hari (1 bulan ) adalah 3,33% Rata-rata kenaikan jumlah kayuhan setiap hari dalam 30 hari (1 bulan ) adalah 3,97%

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk 2.3 Analisa Beban dan Tegangan Analisa beban berdasarkan daerah pembebanan dapat diklasifikasikan menjadi dua yaitu beban terkonsentrasi dan beban terdistribusi, beban terkonsentrasi adalah beban yang diaplikasikan pada daerah yang sangat kecil di bandingkan dengan luas komponen yang dibebani, dapat diidealisasikan menjadi beban terkonsentrasi pada suatu titik, seperti pada Gambar 2.9, dan pada Gambar 2.10 memperlihatkan gambar beban yang terdistribusi terdistribusi pada daerah tertentu, Berdasarkan lokasi dan metoda aplikasi beban serta arah pembebanan, beban dapat diklasifikasikan menjadi: beban normal, beban geser, beban lentur, beban torsi, dan beban kombinasi. Ilustrasi masing-masing beban ini ditunjukkan pada gambar 2.11

Gambar 2.9 Beban terkonsentrasi

Gambar 2.10 Beban terdistribusi


13


Gambar 2.11 Klasifikasi beban berdasarkan lokasi aplikasinya: (a) normal tarik, (b) normal tekan, (c) geser,(d) lentur, (e) torsi, (f) kombinasi Sumber: http://masmukti.files.wordpress.com/ 2.4 Teori Kegagalan Kegagalan pada suatu elemen mesin dapat terjadi dalam berbagai wujud seperti misalnya yielding, retak, patah, scoring, pitting, korosi, aus, dan lain-lain. Agen penyebab kegagalan juga bermacam-macam seperti misalnya salah design, beban

operasional,

kesalahan

maintenance,

cacat

material,

temperatur,

lingkungan, waktu, dan lain-lain. 2.4.1 Teori Tegangan Normal Maksimum (Rankine) Teori berdasarkan hasil eksperimen insinyur inggris W. J. M. Rankine (1857) sehingga disebut juga teori Rankine, kegagalan suatu material terjadi bila tegangan normal maksimum mencapai suatu harga tegangan luluh atau tegangan patahnya, tanpa memperhatikan tegangan utama (principal stess) lainya, kriteria ini cocok untuk material getas (brittle materials), Sesuai dengan teori ini, jika luluh dianggap gagal dan material mempunyai tegangan yield tarik Syt dan tegangan yield tekan Syc serta faktor keamanan adalah N maka akan terjadi kegagalan bila:

 t maksimum 


S yt

(2.1)

N

14


 c maksimum 

S yc

(2.2)

N

dengan patah dianggap gagal maka:

dimana:

 t maksimum 

S ut N

(2.3)

 c maksimum 

S uc N

(2.4)

σt = Tegangan tarik maksimum desain σc = Tegangan tekan maksimum desain Sut = Tegangan tarik maksimum material Suc = Tegangan tekan maksimum material N = Faktor keamanan

Tabel 2.4 Tegangan tarik dan tekan pada material Material 2014-T6 6061-T6 Gray Cast iron Malleable Magnesium alloy, AM 100A 0.2% Carbon (hot roller) 0.6% Carbon (hot roller) Steel 0.6% Carbon (quenched) 3.5% Ni, 0.4% C Sumber: E.P. Popov, 1981 Aluminium alloy (extruded)

Ultimate Yield Strength, Strength, MPa MPa Tensile Shear Tensile Shear 414 241 365 214 262 207 241 135 210 370 330 250 165 275 145 150 450 330 250 165 690 825 1380

550

415

250

690

515

310

1035

1035

620

Faktor keamanan adalah faktor yang digunakan untuk mengevaluasi keamanan dari suatu bagian mesin. Misalnya sebuah mesin diberi efek yang disebut sebagai F, diumpamakan bahwa F adalah suatu istilah yang umum dan Teknik Mesin FTI - ITS

15

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk bisa saja berupa gaya. Kalau F dinaikkan, sampai suatu besaran tertentu, sedemikian rupa sehingga jika dinaikkan sedikit saja akan mengganggu kemampuan mesin tersebut, untuk melakukan fungsi secara semestinya. 2.4.2 Teori Tegangan Geser Maksimum (Tresca) Teori ini pertama kali di kemukakan oleh C.A. Coulomb(1773) dan kemudian oleh H.Tresca (1864), teori ini menyatakan bahwa suatumaterial yang mendapatkan beban tegangan biaxial atau tegangan triaxial dinyatakan gagal bila tegangan geser maksimum yang terjadi pada titik mencapai tegangan luluh geser dari material tersebut.

(2.5) 2.4.3 Teori Kegagalan Regangan Normal Maksimim (Maximum Normal Strain Theory) Disebut sebagai teori kegagalan St.Vernant karena pertama kali diusulkan oleh Barre de St.Vernant (1855). Menyatakan bahwa material akan gagal bila regangan normal maksimum yang terjadi melewati harga limit regangan normal material hasil tes standar. Teori ini baik dipergunakan pada porselin, beton, desain senjata dan silinder berdinding tebal.

2.5 Faktor Keamanan Penentuan Faktor keamanan digunakan untuk mengevaluasi agar perancangan elemen mesin terjamin keamananya dengan dimensi umum yang didefinisikan sebagai sebagai perbandingan antara tegangan maksimum dengan beban yang dirancang.

(2.6)


16

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk Dalam desain konstruksi mesin, besarnya angka keamanan harus lebih besar dari 1 (satu). Faktor keamanan diberikan agar desain konstruksi dan komponen mesin dengan tujuan agar desain tersebut mempunyai ketahanan terhadap beban yang diterima. Pemilihan SF harus didasarkan pada beberapa hal sebagai berikut : • Jenis beban • Jenis material • Proses pembuatan / manufaktur • Jenis tegangan • Jenis kerja yang dilayani • Bentuk komponen Dan

faktor

yang

harus

dipertimbangkan

dalam

penentuan

faktor

keamananyaitu: 1. Ketahanan sifat-sifat pada material selama proses pembebanan. 2. Kehandalan pada saat menerima pembebanan. 3. Tingkat pembebanan. 4. Tingkat kurangnya umur komponen saat terjadi kegagalan. 5. Kerugian material bila terjadi kegagalan.

Penentuan faktor keamanan haruslah cermat karena tingginya faktor keamanan akan menyebabkan besarnya dimensi komponen dan borosnya material dilain pihak faktor keamanan yang rendah menyebabkan besarnya resiko yang tidak diinginkan. Makin besar kemungkinan adanya kerusakan pada komponen mesin, maka angka keamanan diambil makin besar. Angka keamanan beberapa material dengan berbagai beban dapat dilihat pada Tabel 2.5 sebagai berikut:


17

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk Tabel 2.5 Faktor keamanan pada material `

Sumber: Thrower, 1986 2.6 Dasar Teori Dinamika kendaraan Dinamika kendaraan sesungguhnya amatlah rumit karena ia dapat menggambarkan perilaku gerak kendaraan, perilaku arah serta stabilitas arah kendaraan, kenyamanan kendaraan, dan keamanan kendaraan yang terkait dengan kecelakaan kendaraan pada saat jalan. 2.6.1 Kinematika kendaran belok Kondisi ideal dari kendaraan belok adalah disebut juga sebagai kondisi ackerman yaitu dimana pada semua roda tidak terjadi sudut slip, sehingga arah gerak dari roda sama dengan arah bidang putar dari roda.

Gambar 2.12 Kinematika Kendaraan Belok Tanpa Sudut Slip (Sutantra, 2000) Keterangan: Teknik Mesin FTI – ITS

18

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk O

= pusat sumbu putar sesaat

Rack = radius belok ideal (ackerman) (meter) Ѳi

= sudut belok ideal (º)

Β

= sudut slip kendaraan (º)

δf

= sudut steer rata-rata roda depan (º)

Besarnya radius belok ideal (ackerman) secara sederhana dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan (Sutantra, 2000): Rack =

57,29

(2.7)

dimana: Rack

: dalam satuan meter

a,b

: dalam satuan meter

δf

: dalam satuan derajat

Sudut side slip ( β ) dapat dihitung secara sederhana dengan menggunakan persamaan trigonometri (Sutantra, 2000). β=

(2.8)

2.6.2 Dinamika kendaraan belok pada jalan datar Dalam menganalisa dinamika kendaraan belok untuk menghindari kompleksitas yang dapat membingungkan, maka pada analisa awal ini kendaraan dianggap merupakan satu body kaku yang utuh tanpa ada pengaruh dari suspensi.lihat gambar.


19


Gambar 2.13 Gaya dan momen pada kendaraan belok Sumber: http://belalankthempure.files.wordpress.com/ 2.6.2.1 Analisa Skid Jika terjadi Skid pada saat berbelok maka akan mengakibatkan kendaraan akan sulit untuk dikendalikan dan hal inilah yang sering mengakibatkan terjadinya kecelakaan lalu lintas. Skid pada roda depan akan tidak terjadi jika gaya kesamping pada roda depan lebih kecil atau sama dengan gaya gesek yang mampu didukung oleh roda depan, begitu juga pada roda belakng Skid tidak akan terjadi jika gaya geseknya masih mampu menahan gaya kesamping yang terjadi.

R

Fc

h

W µ

t/2

t/2

Fg µ

Gambar 2.14 Kendaraan Model Sederhana dengan Belok Datar (Sutantra, 2000)


20

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk 

Analisa Skid Belok Datar Fc > Fg Dimana: =

Kondisi kritis jika Fc = Fg (a) Jadi kecepatan maksimum yang diijinkan agar tidak skid adalah (2.9)

2.6.2.2 Analisa guling Dimaksudkan untuk mencari kondisi terjadinya salah satu roda depan atau belakang atau satu roda belakang dan depan terangkat. Terangkatnya salah satu roda atau kedua roda tersebut adalah menunjukkan adanya kemungkinan kendaraan akan terguling. Dalam hal ini kendaraan dikatakan akan dapat mengalami bahaya terguling jika pada saat belok ada roda yang terangkat. Jika satu roda depan terangakat maka kendaraan dikatakan kendaraan dalam keadaan kritis akan terguling ke depan, untuk roda belakang yang terangkat maka dikatakan kritis akan terguling kebelakang, dan kalau roda depan dan belakang sudah ada yang terangkat maka kendaraan kritis akan terguling total. Kondisi guling akan bisa terjadi kalau roda kiri kendaraan mulai terangkat atau gaya normal pada roda kiri adalah 0 Dengan demikian kondisi guling akan terjadi jika: Fc . h > W. t/2

(2.10)

Kondisi kritis adalah jika: Fc . h > W. t/2 (b) Teknik Mesin FTI - ITS

21


Jadi kecepatan maksimum yang diijinkan agar kendaraan tidak guling dapat dirumuskan sebagai berikut (Sutantra I Nyoman, 2000): (2.11)

Analisa koefisien gesek roda dan jalan. Jika persamaan (a) dan (b) digabungkan akan didapat: µ.M.g.h = M.g.t/2

(2.12)

Jadi koefisien gesek roda yang ideal antara ban dan jalan agar kendaraan terbebas dari skip atau guling adalah:

=

(2.13)

2.7 Rapid Upper Limb Assessment (RULA) Rula (Rapid Upper Limb Assesment) adalah suatu metode ergonomi yang digunakan untuk mengurangi terjadinya resiko yang berhubungan dengan pekerjaan seseorang pada tubuh. RULA ditemukan oleh Dr. Lynn Mc Atamney dan Profesor E. Nigel Corlett pada tahun 1993 di Nothingham, Inggris. Faktor aktifitas yang akan mempengaruhi resiko cedera adalah sebagai berikut (McAtamney, 1993): 1. Posisi kerja yang tidak alami. 2. Pengulangan pekerjaan pada satu jenis otot 3. Penggunaan tenaga yang berlebihan 4. Posisi kerja otot yang static. 5. Terjadi kontak bagian tubuh dengan lingkungan ataupun peralatan kerja. 6. Metode/cara kerja 7. Jam kerja yang terlalu panjang. Pengukuran tingkat resiko cedera dapat dilakukan dengan mengukur postur dan posisi bagian tubuh seseorang dalam melakukan aktivitas kerja(McAtamney & Corlett, 1993), bagian tubuh adalah: Teknik Mesin FTI – ITS

22

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk 1. Lengan (lengan atas) 2. Siku tangan (lengan bawah) 3. Pergelangan tangan 4. Leher 5. Trunk 6. Kaki Pada Gambar 2.15 adalah gambar RULA Employee Assessment Worksheet yang digunakan untuk mencari skor dari postur dan posisi tubuh. Selanjutnya dari nilai nilai itulah yang digunakan sebagai dasar suatu benda dapat ditentukan nilai kenyamananya, apakah nyaman digunakan atau perlu dirancang ulang untuk dilakukan perubahan, analisa RULA dapat ditentukan menggunakan software seperti CATIA.

Gambar 2.15 RULA Employee Assessment Worksheet (McAtamney, 1993)


23

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk Dari hasil skor penilaian postur dan posisi badan selanjutnya nilai tersebut dapat dicari nilai grand score yaitu tingkatan yang bernilai 1 sampai 7 yang menunjukkan tingkat risiko cedera pada anggota tubuh bagian atas (upper limb), setelah itu grand score tersebut lalu diklasifikasikan menjadi 4 action level (McAtamney & Corlett, 1993) yaitu dapat di lahat pada Tabel 2.6. Tabel 2.6 Jangkauan nilai tingkat resiko cedera Range Nilai Kemungkinan timbul cedera pada postur tubuh 1 dan 2

Diterima.

Dibutuhkan penyelidikan lebih jauh dan mungkin saja perubahan diperlukan 5 dan 6 Dibutuhkan penyelidikan dan perubahan segera Dibutuhkan penyelidikan dan perubahan sesegera mungkin 7 (mendesak) Sumber: McAtamney, 1993 3 dan 4

1. Action Level 1: yaitu grand score 1 atau 2 menunjukkan bahwa postur masih dapat diterima selama tidak dipertahankan atau diulang untuk waktu yang lama. 2. Action Level 2: yaitu grand score 3 atau 4 menunjukkan bahwa dibutuhkan pengkajian lebih lanjut dan mungkin membutuhkan perubahan. 3. Action Level 3: yaitu grand score 5 atau 6 menunjukkan bahwa dibutuhkan pengkajian lebih lanjut dan dibutuhkan perubahan segera. 4. Action Level 4: yaitu grand score 7 menunjukkan bahwa dibutuhkan pengkajian dan perubahan sesegera mungkin (mendesak). 2.8 Teori Pengembangan dan Pemilihan Konsep Dalam pengembangan atau pemilihan konsep, konsep yang dimaksud adalah berupa desin produk, dapat berupa gambar susunan atau berupa sketsa yang dilengkapi dengan bagian-bagian utama jika memungkinkan disertai dengan cara kerja produk (Batan, 2012). 2.8.1 Pengembangan Konsep Secara mendasar dapat dikatakan bahwa ada dua faktor yang mendasari pengembangan konsep, yaitu faktor internal dan faktor eksternal, faktor internal adalah faktor yang datang dari ide, keinginan, angan-angan, dan cita-cita desainer bersama tim, baik bidang produksi maupun kontrol kualitas, maupun bidang Teknik Mesin FTI – ITS

24

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk pemasaran yang sering dimasukkan kedalam tim perancangan & pengembangan produk (Ulrich2003, Batan2006). Sedangkan faktor eksternal adalah faktor yang mempengaruhi keberadaan sebuah produk yang datang dari luar tim (perusahaan), misalkan seperti: konsumen, pasar, industri atau masyarakat, ahli perancangan produk, saat ini ada dua model pegembangan yang banyak diterapkan yaitu model kombinasi dan model morfologi.

Gambar 2.16 Faktor yang mempengaruhi pengembangan konsep (Batan, 2012) 2.8.2 Pemilihan Konsep Pemilihan konsep berdasarkan matrik keputusan dikembangkan oleh Suatrt pugh pada tahun 1980-an yang dikenal dengan metode seleksi pugh (pugh conception selection), metode ini dibagi menjadi dua bagian yaitu penyaringan konsep dan penilaian konsep, penyaringan konsep ditujukan untuk meruncingkan atau merampingkan jumlah konsep secara cepat dan selanjutnya mengembangkan menjadi konsep yang lebih baik untuk dievaluasi pada tahap penilaian konsep, sedangkan penilaian konsep ditujukan untuk memilih sebuah konsep menjadi konsep akhir atau konsep terpilih (Batan, 2012).


25


Gambar 2.17 Tahapan pemilihan konsep (Ulrich, 2003) Menurut Ulrich (2003), ada 6 tahapan untuk menyaring konsep: 

Persiapan matrik seleksi



Membuat rate konsep



Membuat ranking konsep



Membuat kombinasi dan pengembangan konsep



Pemilihan satu atau lebih konsep, dan



Penerimaan hasil dan proses selanjutnya

Keenam tahapan tersebut dimasukkan kedalam matrik seleksi, untuk membandingkan satu konsep dengan konsep lainnya disarankan untuk membuat atau menetapkan konsep referensi. Ratekonsep untuk mengevaluasi sebuah konsep ditetapkan dengan nilai relatif konsep terhadap konsep referensi (produk eksisting) pada masing-masing kriteria dengan tanda (+, 0, -). Jika sebuah konsep: lebih baik daripada konsep referensi, pada evaluasi diberi tanda +; jika sama dengan konsep referensi diberi tanda 0; atau bila konsep baru lebih buruk daripada konsep referensi diberi tanda -. Tanda tersebut diberikan kepada masing-masing konsep untuk seluruh kriteria seleksi. Dari penjumlahan nilai konsep (jumlah tanda +,0 dan -), ditentukan nilai bersih konsep. Selanjutnya nilai tersebut digunakan untuk menentukan ranking masing-masing konsep (Batan,2012).


26

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk Tabel 2.7 Matrik penyaringan konsep (sketsa)

Sumber: Batan, 2012 Sedangkan penilaian konsep adalah lanjutan dari langkah penyaringan dalam tahapan seleksi konsep. Bentuk matrik dalam penilaian konsep pada setiap kriteria harus diberi bobot yang sesuai dengan besarnya kepentingan masingmasing kriteria. Dari penilaian masing-masimg konsep dengan bobot kriteria yang ditetapkan, dapat dipilih konsep terbaik, yaitu konsep dengan nilai akhir paling tinggi, seperti terlihat pada tabel berikut: Tabel 2.8 Matrik penilaian konsep

Sumber: Batan, 2012 Teknik Mesin FTI - ITS

27


Pada langkah penilaian ini perlu dilakukan pemberian nilai pada konsep dengan nilai 1 sampai dengan 5. Semakin besar nilai, semakin baik konsep produk pada kriteria tertentu. Jika nilai konsep untuk masing-masing kriteriaadalah 3, berarti konsep baru sama dengan konsep referensi pada kriteria tertentu. Nilai 4 berarti konsep baru lebih baik daripada konsep referensi, dan nilai 5 menyatakan, bahwa konsep baru jauh lebih baik dari pada konsep referensi. Sebaliknya, nilai 2 menujukkan konsep baru pada kriteria tertentu lebih jelek daripada konsep referensi, dan nilai 1 menyatakan, bahwa konsep baru jauh lebih jelek daripada konsep referensi (Batan,2012).


28


BAB 3 METODA PENELITIAN Dalam penelitian ini, tahapan yang dilakukan dalam pengembangan desain produk sepeda pasien pasca stroke adalah sebagai berikut:

Start Pemilihan konsep berdasarkan:  Dimensi umum  Dimensi lipat  Berat  Radius belok  Keamanan  Kenyamanan

Identifikasi dan perumusan masalah Studi literatur Kajian produk existing

Perancangan detail komponen (Konsep terpilih)

Identifikasi dan penyusunan daftar kebutuhan

Pembuatan detail gambar teknik

Pembuatan konsep

Kesimpulan dan saran

Analisa fungsi

Fungsi terpenuhi?

Selesai Tidak

Ya Analisa kekuatan

Tidak

Rancangan aman? Ya

Gambar 3.1 Diagram alir pengembangan sepeda untuk pasien pasca stroke


29

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk 3.1 Identifikasi dan Perumusan Masalah Permasalahan yang telah diuraikan sebelumnya adalah upaya dalam pengembangan peralatan bantu terapi berupa sepeda roda tiga untuk penderita stroke. Masalah yang dirumuskan dalam penelitian ini adalah bagaimana merancang suatu alat terapi fisik sepeda roda tiga untuk penderita pasca stroke yang ringan, dapat dilipat, memiliki radius belok kecil, sehingga dapat dipindahkan dengan mudah dan dapat digunakan untuk terapi fisik pasien pasca stroke. 3.2 Studi literatur Studi literatur mencakup mengenai pendalaman pemahaman tentang penyakit stroke serta upaya dalam rehabilitanya dan berbagai konsep yang berhubungan dengan perancangan dan pengembangan produk untuk terapi fisik pasca stroke. 3.3 Kajian Produk Existing Kajian produk existing dilakukan pada sepeda terapi fisik pasca stroke guna mendapatkan data awal mengenai spesifikasi ukuran, fungsional, keamanan dan kenyamanan, produk existing yang dikembangkan adalah sepeda roda tiga yang dirancang dan dibuat oleh Rodika (2013). 3.4 Identifikasi dan Penyusunan Daftar Kebutuhan Daftar kebutuhan rancangan didapatakan dari observasi dan wawancara pada 10 responden, observasi dilakukan dengan meminta responden

untuk

mencoba sepeda rancangan Rodika (2013), kemudian responden diminta untuk memberikan

tanggapan mengenai kenyamanan, kemudahan pengoperasian,

fungsional serta responden diberi kesempatan untuk menyampaikan keinginan dari desain mengenai pengembangan sepeda terapi roda tiga yang akan datang. Selain itu daftar kebutuhan juga disusun berdasarkan reverensi dari sumbersumber lain yang relevan.


30

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk 3.5 Pembuatan Konsep Berdasarkan daftar kebutuhan maka kemudian dirancang 5 konsep alternatif sepeda roda tiga yang diharapkan mampu memberikan terapi secara maksimal kepada pasien, dan dapat pula digunakan sebagai sarana hiburan dan alat bantu mobilitas bagi penderita. 3.6 Analisa Fungsi Analisa fungsi bertujuan untuk mengetahui apakah dari konsep yang dibuat dapat berfungsi atau tidak, yaitu secara fungsional (mekanisme gerak sepeda) maupun secara operasional (fungsi gerak sepeda terhadap pengendara). 3.7 Analisa Kekuatan Rangka Analisa kekuatan rangka bertujuan untuk mengetahui, apakah rangka pada konsep sepeda yang telah dirancang aman untuk digunakan, pembebanan rangka akibat beban pengendara yang di asumsikan sebesar 100 kg, analisa kekuatan rangka dilakukan dengan bantuan

software CATIA, rangka dirancang

menggunakan material steel, structural ASTM A-36, dengan modulus elastisitas 200 (109 N/m2, Gpa) ultimate tensile strength sebesar 400 (106 N/m2, Mpa) dan yield strength 250 (106 N/m2, Mpa). Dari hasil simulasi akan didapatkan nilai tegangan maksimum yang terjadi pada rangka, maka setelah didapat hasil perhitungan tegangan von misesnya selanjutnya dilakukan evaluasi kegagalan material akibat pembebanan. Untuk mengevaluasi hasil rancangan digunakan persamaan 2.3, yaitu:

σt = Tegangan tarik maksimum desain Sut = Tegangan tarik maksimum material N = Faktor Keamanan Berdasarkan Tabel 2.2 untuk material baja lunak dengan mild shock, dalam perhitungan analisa tegangan, dimana faktor keamanan yang digunakan Teknik Mesin FTI - ITS

31

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk adalah 3, Perhitungan tegangan maksimum yang terjadi pada rangka depan adalah sebagai berikut:

Untuk dapat melakukan analisa rangka tersebut perlu didefinisikan mengenai distribusi gaya maupun arah gaya beban yang terjadi pada rangka tersebut, pada sisi rangka yang menjadi titik tumpuan diberikan pengikatan, dan pada sisi rangka yang menjadi titik tumpuan diberikan pengikatan. 3.8 Pemilihan Konsep Dalam pemilihan konsep, kriteria konsep yang digunakan adalah dipilih yaitu berdasarkan: Dimensi umum, dimensi lipat, berat, radius belok, keamanan dan kenyamanan, berikut adalah tabel matrik penilaian untuk pemilihan konsep: Tabel 3.1 Matrik penilaian konsep

Berdasarkan Dimensi umum Yaitu dengan membandingkan ukuran utama pada masing-masing konsep, ukuran yang dimaksud adalah panjang dan lebar total dari konsep.


32

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk Berdasarkan Dimensi Lipat Yaitu dengan membandingkan ukuran sepeda pada masing-masing konsep, ukuran yang dimaksud ukuran sepeda setelah dilipatan. Tabel 3.2 Dimensi konsep awal dan dimensi konsep lipat

Selisih perbandingan dimensi sebelum dan sesudah dilipat digunakan untuk menentukan konsep lipatan paling baik, seperti pada Tabel 3.6 berikut: Tabel 3.3 Perbandingan dimensi lipat

Berdasarkan Berat Dari masing-masing konsep akan dianalisa berat rangka tidak termasuk berat roda dan saddle, semua konsep dibuat dari material yang sejenis yaitu St. 37 dengan kekuatan tarik 370 N/mm2 - 450 N/mm2, pada masing-masing konsep akan diberi skor berdasarkan urutan beratnya, nilai 4 untuk konsep dengan berat terkecil dan nilai 1 untuk konsep dengan berat terbesar. Berdasarkan Radius Belok Dari konsep yang telah dibuat selanjutnya pada masing-masing konsep dihitung besarnya radius belok, kemudian dibandingkan dari setiap konsep untuk


33

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk memperoleh konsep dengan radius belok terkecil, pada masing-masing konsep akan diberi skor berdasarkan besar radius belok. Berdasarakan Keamanan Berdasarkan keamanan yaitu dengan melakukan analisa terhadap kemungkinan cidera badan akibat benturan, proses naik turun sepeda, resiko cidera akibat jatuh dan terhadap analisa kecepatan maksimal yang diijinkan agar sepeda tidak guling saat berbelok maksimal, data tersebut kemudian ditabelkan untuk memperoleh ranking konsep berdasarkan tingkat keamanan. Tabel 3.4 Kriteria keamanan

Berdasarkan Kenyamanan Untuk menentukan besarnya nilai keamanan dan kenyamanan tersebut digunakan metede RULA (Rapid Upper Limb Assesment), analisa dilakukan pada kondisi pengendara diam, mengayuh dan berbelok, kemudian data dari masingmasing konsep di tabelkan untuk dibandingkan, seperti pada Tabel 3.8 dan Tabel 3.9 sebagai berikut:


34

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk Tabel 3.5 Analisa RULA posisi diam dan mengayuh

Tabel 3.6 Analisa RULA posisi belok

3.9 Perancangan Detail Komponen (Konsep terpilih) Perancangan komponen bertujuan untuk menentukan dimensi termasuk bentuk detail dari suatu komponen, serta jenis material yang digunakan, pada tahapan ini semua komponen akan dirancang dan digambar sesuai dengan dimensi sesungguhnya, tahapan yang juga mencakup soal penentuan ukuran pipa serta plat yang digunakan pada rangka, untuk simulasi analisa kekuatan material rangka sepeda dilakukan dengan bantuan software CATIA V5. Pengujian struktur hanya dilakukan pada beban yang dihitung dari berat pengendara dan rangka sepeda secara statis, untuk komponen-komponen standard tidak dilakukan perhitungan ulang, spesifikasi mengikuti spesifikasi produk yang ada dipasaran.


35

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk 3.10 Pembuatan Detail Gambar Teknik Pada tahapan ini setelah produk dan komponen produk dirancang dan dianalisa, dari hasil tersebut kemudian digambar menjadi gambar kerja untuk siap dikerjakan, pembuatan detail gambar teknik tidak termasuk simbol dan lambang pengelasan. 3.11 Kesimpulan dan Saran Pada tahapan ini dari desain sampai hasil jadi produk akan dievaluasi guna memberikan masukan untuk penelitian dan pengembangan produk selanjutnya.


36


BAB 4 PEMBAHASAN 4.1 Kajian Produk Existing

Gambar 4.1 Prototipe sepeda untuk pasien pasca stroke ( Rodika, 2013) Sepeda yang dirancang Rodika (2013) dirancang dengan menempatkan dua roda di sisi depan dan satu roda di sisi belakang, sepeda ini dilengkapi dengan sistem perpindaan gigi rantai guna mengatur posisi saat sepeda ini digunakan di jalan tanjakan atau saat jalan datar, namun hal ini kurang efektif karena penderita pasca stroke lebih cenderung tidak memilih terapi di medan berat atau terapi dengan bersepeda berkecepatan tinggi, atau bahkan penderita tidak mampu untuk melakukan hal tersebut. Sepeda ini mempunyai ukuran utama dengan panjang total 1937mm, lebar total 1010mm, dan tinggi total 905mm, seperti terlihat pada Gambar 4.2, rangka utama produk existing menggunkan profile berbentuk pipa berdiameter 1 inch dengan ketebalan diatas 2 mm, material rangka adalah St. 37, dengan kekuatan tarik maksimumnya 370 N/mm2 - 450 N/mm2, sepeda dirancang dapat dikendarai oleh orang Indonesia dengan tinggi badan 150 cm - 180 cm dan berat maksimum 100 kg.


37


Gambar 4.2 Dimensi utama sepeda untuk pasien pasca stroke ( Rodika, 2013) Sepeda ini juga dilengkapi dengan sistem kayuh tangan yang memungkinkan bagi penderita pasca stroke menggerakkan sepeda dengan mengayuh dengan tangan atau tidak menggunakan pedal kaki, sistem kayuh ini dirangkai menjadi satu bagian dengan sistem kemudi, diketahui sepeda tersebut memiliki radius belok sebesar 2,9 m dengan titik berat pengendara berada pada jarak 843mm dari permukaan tanah, 830mm dari sumbu roda depan dan 584mm dari sumbu roda belakang, sepeda ini memiliki berat rangka sebesar 30kg dan batas kecepatan maksimum agar tidak guling adalah 14 km/jam, Tabel 4.1 berikut memperlihatkan data spesifikasi dari sepeda roda tiga Rodika (2013).


38

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk Tabel 4.1 Spesifikasi sepeda roda tiga Rodika (2013)

4.2 Identifikasi dan Penyusunan Daftar Kebutuhan Jika dikutip dari majalah kedokteran Indonesia Volume 59 No. 2 januari 2009 menjelaskan bahwa Dalam rehabilitasi medis, istilah fungsi merujuk pada kemampuan/ketrampilan seseorang untuk melakukan aktivitas sehari-hari, aktivitas hiburan atau hobi, pekerjaan, interaksi sosial dan perilaku lain yang dibutuhkan. Jadi dapat dikatakanan terapi fisik pasien pasca stroke tidak ditujukan pada pelatihan otot saja melainkan lebih ke sensomotorik untuk kordinasi gerakan tubuh, karena stroke merupakan ganguan sistem saraf pusat yang mengganggu sistem kerja fungsional pada organ tubuh manusia, disebabkan rusaknya otak dalam mengirim informasi ke saraf anggota tubuh yang digunakan untuk mengontrol otot untuk bergerak. Untuk mendapatkan daftar kebutuhan rancangan dilakukan observasi dan wawancara pada 10 responden, observasi dilakukan dengan meminta responden untuk mencoba sepeda rancangan Rodika (2013), kemudian responden di minta untuk memberikan tanggapan mengenai kenyamanan, kemudahan pengoperasian, fungsional serta responden diberi kesempatan untuk menyampaikan keinginan dari desain mengenai pengembangan sepeda terapi roda tiga yang akan datang , Pada observasi dan wawancara ini responden dipilih dari orang yang kondisi fisiknya normal, bukan penderita stroke, hal ini bertujuan untuk mendapatkan suatu alat terapi yang mengacu pada kondisi fisik secara normal, sehingga diharapkan pemakai (penderita stroke) perlahan akan terlatih memposisikan badan seperti orang normal, Hasil observasi dan wawancara dari ke sepuluh responden kemudian dijadikan dasar penyusunan dari pengembangan alat terapi fisik yang Teknik Mesin FTI - ITS

39

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk sudah ada, selain itu data yang di gunakan sebagai dasar penyusunan daftar kebutuhan juga dikutip dari penelitian yang pernah dilakukan Hariandja, (2013). Yaitu observasi dan wawancara kepada narasumber paramedis dan pasien penderita pasca stroke untuk identifikasi akan kebutuhan sistem rehabilitasi berbasis teknologi terjangkau untuk penderita stroke di Idonesia. Penderita stroke yang terlibat menjadi responden pada penelitian berjumlah 11 orang dan tenaga medis yang terdiri dari 2 orang dokter spesialis rehab medik, 1 orang dokter spesialis saraf, dan 3 orang terapis. Berdasarkan hasil wawancara menunjukkan bahwa terapi membutuhkan berbagai macam alat bantu sehingga ketersediaan alat bantu yang terbatas dapat menghambat proses terapi. Penderita stroke lebih merasa nyaman melakukan terapi di rumah tetapi ketersediaan biaya, tenaga terapi, dan keterbatasan pendamping latihan membuat proses terapi terhambat. Keterbatasan pendamping yang teridentifikasi adalah keterbatasan waktu dan keterbatasan pengetahuan, Hariandja (2013). Sehingga dari hasil wawancara kemudian dapat disusun daftar kebutuhan dari alat terapi yang merupakan pengembangan alat terapi Rodika (2013), uraian kebutuhan dikelompokkan menjadi 5 kriteria, masing-masing kriteria terdiri dari dua sampai empat tema kebutuhan, yang kemudian akan didefinisikan mengenai penanggung jawab pada masing-masing tema kebutuhan tersebut, dari penyusunan tema kebutuan akan ditentukan apakah tema kebutuhan tersebut menjadi sarat yang harus ada atau berhasil dalam pembuatan rancangan atau menjadi harapan yang sifatnya tidak wajib untuk ada atau berhasil. Dan adapun daftar kebutuhan dari kriteria konsep dapat dilihat pada Tabel 4.2 sebagai berikut:


40

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk Tabel 4.2 Daftar kebutuhan produk sepeda tertapi fisik DAFTAR KEBUTUHAN PRODUK SEPEDA TERAPI FISIK PASIEN PASCA STROKE S/H

Uraian Kebutuhan 1. Model roda tiga (fungsi) : S a. Sepeda dapat dikendarai dengan duduk, layaknya seperti duduk di kursi biasa. S b. Sepeda memenuhi fungsi terapi , yaitu gerakan kaki dan gerakan pada tangan. H c. Sepeda tetap dalam kondisi seimbang jika pengendara melakukan gerakan . S d. Sepeda dapat digunakan sebagai sarana transportasi untuk pindah tempat dan mempunyai radius belok dibawah 3 meter. H e. Bisa dilipat f. Ukuran kecil seingga masuk di bagasi mobil 2. Kekuatan dan Keamanan S a. Mampu menahan berat total 100kg. S b. Aman digunakan H c. Tidak mudah rusak 3. Ergonomis H a. Mudah dan Nyaman dikendarai H b. Resiko cidera kecil bagi pengguna H c. Mudah di parkir di segala tempat 4.Manufaktur dan Perakitan S a. Bisa dibuat S b. Bisa dirakit 5. Maintenance H a. Mudah di rawat dan di bersihkan H b. Mudah untuk direparasi H c. sparepart mudah didapat Keterangan:

Penanggung jawab

Semua Tim

Tim Desain

Tim Desain

Tim Manufaktur

Semua Tim

S : Sarat H: Harapan Daftar kebutuhan produk sepeda terapi fisik pasien pasca stroke dijadikan acuan dalam pengembangan rancangan konsep sepeda yang telah dirancang oleh peneliti sebelumnya.


41

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk 4.3 Pembuatan Konsep Dari daftar kebutuhan maka dibuatlah konsep alternatif sepeda roda tiga yang diharapkan mampu memberikan terapi secara maksimal kepada pasien, dan dapat pula digunakan sebagai sarana hiburan dan alat bantu mobilitas bagi penderita, adapun konsep alternatif adalah sebagai berikut: 4.3.1 Alternatif Konsep 1 Pada alternatif konsep 1 seperti terlihat pada Gambar 4.3 sepeda terapi dirancang dengan model tempat duduk seperti layaknya duduk di kursi, jadi pemakai akan merasa lebih nyaman saat mengendarai sepeda tersebut, sepeda ini dirancang dengan dua roda di depan dan satu roda di belakang, dua roda di depan digunakan sebagai roda kemudi dan satu roda di belakang digunakan sebagai roda penggerak.

Gambar 4.3 Konsep 1 Desain dua roda di depan dan satu roda di belakang dipilih karena desain seperti ini dinilai lebih setabil saat dikendarai terutama, pada alternatif konsep satu ini sistem kemudi berada di bawah tempat duduk, dirancang dengan sistem saat pengendara menyondongkan atau memiringkan badanya ke sisi kiri maka roda akan berbelok ke arah kiri, begitu juga sebaliknya saat pengendara menyondongkan badanya ke sisi kanan maka roda akan berbelok ke arah kanan, sepeda ini digerakkan dengan mengayunkan kaki layaknya orang berjalan, hal ini akan memudahkan penderita stroke untuk berlatih karena model gerakan hampir menyerupai orang yang sedang berjalan, jika salah satu kaki mengalami gangguan Teknik Mesin FTI – ITS

42

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk akibat serangan stroke maka gerakan mengayun bisa dibantu dengan tangan, karena pada model ini tangan berperan sebagai penggerak pada tuas yang ditarik ataupun didorong yang terhubung dengan tuas ayun pada kaki, alternatif konsep satu ini juga dirancang untuk bisa dilipat, sebagaimana konsep lipatan diperlihatkan seperti pada skema gambar berikut:

Gambar 4.4 Skema konsep lipatan konsep 1 Dari ukuran utama sebelum dilipat, konsep satu memiliki ukuran dengan panjang total 1132 mm, lebar total 1066 mm dan tinggi total 938 mm, kemudian setelah dilipat sepeda ini mempunyai ukuran lipatan untuk panjang menjadi 975 mm , lebar 725 mm dan tinggi 1160 mm.


43

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk 4.3.2 Alternatif Konsep 2

Gambar 4.5 Konsep 2 Seperti pada konsep satu, konsep yang kedua ini juga menggunakan tiga roda, yaitu satu roda di belakang sebagai penggerak dan dua roda di depan sebagi roda kemudi, sepeda ini mempunyai konsep yang sederhana, penderita pasca stroke akan merasa lebih nyaman melakukan terapi, karena selain melakukan terapi penderita pasca stroke juga bisa memanfaatkan alat terapi untuk keperluan mobilitas, apakah itu jalan-jalan atau hanya sekedar berkeliling di halaman rumah, untuk memudahkan dalam operasional model sistem penggerak didesain seperti sepeda pada umumnya, yaitu dengan di kayuh, dan untuk sistem kemudi sepenuhnya dikendalikan oleh tangan, dengan menarik atau mendorong tuas kemudi sepeda akan berbelok sesuai keinginan, pengendalian sepeda apakah menggerakkan atau membelokkan akan secara otomatis melatih kembali sistem sensomotorik kordinasi gerakan organ badan yang sempat terganggu akibat serangan stroke, hal ini jika dilakukan secara benar diharapkan akan dapat mengembalikan fungsi kerja anggota tubuh seperti semula, atau paling tidak bisa mendekati normal sehingga penderita pasca serangan stroke bisa hidup mandiri tidak menggantungkan hidupnya pada orang lain dan seperti yang di perlihatkan pada Gambar 4.6 sepeda alternatif konsep ke dua ini juga dirancang untuk bisa dilipat untuk memudahkkan saat penyimpanan atau pengangkutan, konsep lipatan ditunjukkan pada skema gambar berikut:


44


Gambar 4.6 Skema konsep lipatan konsep 2 (Top View) Ukuran utama sebelum dilipat, konsep dua memiliki ukuran dengan panjang total 1196 mm, lebar total 887 mm dan tinggi total 990 mm, kemudian setelah di lipat sepeda ini mempunyai ukuran lipatan untuk panjang menjadi 1196 mm, lebar 518 mm dan tinggi 990 mm. 4.3.3 Alternatif Konsep 3 Berbeda dengan konsep satu dan konsep dua yang didesain dengan menggunakan dua roda di depan dan satu roda di belakang, pada konsep yang ketiga ini didesain dengan satu roda berada di depan dan dua roda berada di belakang, konsep sepeda lebih rendah jika dibanding konsep satu atau dua, hal ini bertujuan untuk lebih memudahkan pasien saat ingin menaiki sepeda tersebut dan merendahkan posisi titik berat untuk menghindari sepeda terguling saat melaju di tikungan, rangka utama sepeda konsep tiga dipilih menggunakan profil box dengan support profil berbentuk pipa, sepeda didesain lebih sederhana dengan kayuh kaki berada pada roda depan tanpa terhubung langsung dengan as roda tanpa memanfaatkan rantai atau sprocket, bentuk kemudi menyerupai kemudi


45

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk sepeda pada umumnya begitupula bentuk saddle, seperti terlihat pada Gambar 4.7 sebagai berikut:

Gambar 4.7 Konsep 3 Sepeda tersebut didesain dengan posisi saddle yang dapat digeser kedepan atau belakang, bertujuan untuk memberikan kemudahan bagi pemakai untuk mengatur jarak badan dengan kemudi. Begitu juga dengan posisi kayuh kaki yang dapat diatur disesuaikan dengan panjang kaki pemakai, seperti terlihat pada sekema gambar berikut:

Gambar 4.8 Mekanisme pengaturan panjang garpu (Top View) Sepeda konsep tiga tersebut memiliki ukuran utama dengan panjang 1330 mm, lebar 1090 mm dan tinggi 890 mm. setelah dilipat sepeda ini memiliki ukuran lipatan dengan panjang 1200 mm, lebar 715mm dan tinggi 890 mm. dengan mekanisme konsep lipatan seperti terlihat pada gambar 4.9 berikut:


46


Gambar 4.9 Skema konsep lipatan konsep 3 (Top View) 4.3.4 Alternatif Konsep 4 Pada alternatif konsep empat seperti pada Gambar 4.10 sepeda dirancang dengan menempatkan dua roda di depan dan satu roda di belakang, sepeda konsep empat ini disusun dengan rangka dari pipa baik pada rangka utama maupun rangka penopang, dengan model tempat duduk lebar dengan sandaran akan membuat pengendara merasa lebih nyaman.

Gambar 4.10 Konsep 4 Tempat duduk pada konsep empat ini dirancang untuk bisa diatur untuk digeser ke depan mendekati posisi kemudi atau menjauhi posisi kemudi, hal ini akan membantu pengendara untuk mengatur jarak tempat duduk terhadap posisi kemudi, seperti diperlihatkan pada Gambar 4.11, begitu juga untuk kemudi yang Teknik Mesin FTI - ITS

47

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk bisa diatur posisi ketinggianya bertujuan supaya pengendara bisa mengatur dan mencari sendiri posisi nyaman pada tangan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.12, sedangkan untuk posisi kaki pada bagian crank arm juga dilengkapi pengaturan sehingga jarak kaki terhadap pedal bisa di sesuaikan dengan panjang kaki pengendara pada Gambar 4.13, dari pengaturan pengaturan yang bisa disesuaikan dengan keinginan pengendara, baik pada posisi tempat duduk, tinggi kemudi maupun posisi pedal menunjukkan bahwa sepeda ini lebih banyak untuk bisa digunakan dengan beragam ukuran tubuh manusia dibanding alternatif konsep satu, dua atau tiga.

Gambar 4.11 Pengaturan posisi tempat duduk

Gambar 4.12 Pengaturan tinggi kemudi

Gambar 4.13 Pengaturan jarak pedal Secara umum sepeda konsep empat ini memiliki ukuran panjang total 1490 mm, lebar total 860 mm dan tinggi total 917 mm setelah dilipat sepeda ini memiliki ukuran hasil lipatan dengan panjang 878 mm, lebar 865 mm dan tinggi


48

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk 870 mm, dengan mekanisme lipatan seperti yang di perlihatkan pada Gambar 4.14 sebagai berikut:

(a)

(b)

(e)

(c)

(f)

(g)

(d)

(h)

Gambar 4.14 Mekanisme lipat konsep 4 Pada gambar (a) diperlihatkan gambar pandangan isometri sepeda konsep empat, kemudian pada gambar (b) rangka belakang termasuk roda dilipat ke arah bawah sepeda dengan mekanisme engsel yang terletak di bawah tempat duduk, pada gambar (c) terlihat posisi tempat duduk di angkat ke atas dengan engsel yang berada di belakang tempat duduk, hal ini bertujuan untuk membuka ruang rongga yang berada di bawah tempat duduk untuk penempatan kemudi, diawali dengan menurunkan posisi kemudi seperti pada gambar (d) kemudian pada gambar (e) terlihat kemudi dilipat ke bawah posisi tempat duduk, setelah kemudi terlipat posisi tempat duduk bisa dikembalikan ke posisi semula yaitu pada gambar (f), selanjutnya crank arm beserta pedal dilipat ke ke arah tempat duduk seperti Teknik Mesin FTI - ITS

49

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk gambar (g), dan pada gambar (h) untuk memperkecil ukuran lipatan tempat duduk dirancang bisa di lepas. 4.3.5 Alternatif Konsep 5 Pada konsep lima sepeda dirancang dengan desain seperti terlihat pada Gambar 4.15 yaitu dengan menempatkan satu roda di depan dan dua roda dibelakang, roda di depan sebagai roda kemudi dan sekaligus sebagai roda penggerak karena pedal kayuh berada dalam satu sistem yang terhubung langsung dengan poros roda depan, sepeda ini tidak hanya digerakkan oleh pedal kaki saja melainkan untuk bergerak bisa dengan mengayunkan kemudi ke depan dan ke belakang seperti pada Gambar 4.16 sebagai berikut:

Gambar 4.15 Konsep 5

Gambar 4.16 Simulasi penggerak tangan Konsep 5 Selain itu sepeda ini juga dilengkapi dengan stand pose yang dipasang pada roda garpu depan dengan tujuan supaya sepeda ini juga bisa dimanfaatkan sebagai terapi statatis, baik di dalam ruangan maupun di halaman rumah. Teknik Mesin FTI – ITS

50


Gambar 4.17 Simulasi posisi stand pose untuk terapi statis konsep 5 Sepeda konsep lima tersebut memiliki ukuran utama dengan panjang 1477 mm, lebar 650 mm dan tinggi 989 mm. setelah dilipat sepeda ini memiliki ukuran lipatan dengan panjang 1130 mm, lebar 650 mm dan tinggi 778 mm. dengan mekanisme konsep lipatan seperti terlihat pada gambar 4.18 berikut:

Gambar 4.18 Mekanisme lipat konsep 5


51

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk 4.4 Analisa Fungsi 4.4.1 Fungsional Secara fungsional yaitu dengan melakukan analisa pada mekanisme gerak sepeda, meliputi gerak belok kemudi dan gerak kayuh pedal, dengan memanfaatkan analisa fungsi toolbar clash pada software CATIA seperti terlihat pada Gambar 4.19, fungsi tersebut digunakan untuk membatasi gerak simulasi kinematik dari mekanisme suatu sistem, jika dalam mekanisme gerakan baik gerak belok pada sistem kemudi dan mekanisme gerak berputar pada pedal terjadi persinggungan terhadap komponen lain akan segera terdeteksi.

Gambar 4.19 Toolbar clash 4.4.1.1 Analisa Konsep 1 Pada konsep 1 untuk mekanisme gerak belok baru terjadi clash atau persinggungan tempat duduk terhadap rangka ketika sudah dibelokkan maksimal, dan dalam posisi bebas terhadap komponen lain, dan untuk sistem penggerak ketika tuas penggerak dan pedal kaki diayunkan tidak ada komponen yang berbenturan, hal ini dapat disimpulkan bahwa secara fungsi konsep satu bisa diaplikasikan.

Gambar 4.20 Analisa fungsi gerak kemudi posisi normal dan belok maksimal konsep 1 Teknik Mesin FTI – ITS

52


Gambar 4.21 Analisa fungsi pedal posisi vertikal dan horisontal konsep 1 4.4.1.2 Analisa Konsep 2 Pada konsep 2 kemudi berbentuk tuas dengan center tuas berada di bawah posisi tempat duduk, dari hasil simulasi gerak memperlihatkan bahwa mekanisme gerak kemudi bergerak bebas, baru pada saat kemudi dibelokkan maksimal terjadi persinggungan dengan tempat duduk, artinya mekanisme gerak kemudi konsep 2 bisa diaplikasikan.

Gambar 4.22 Analisa fungsi gerak kemudi posisi normal dan belok maksimal konsep 2 Untuk mekanisme gerak pedal konsep 2 juga tidak terjadi masalah, pedal dapat difungsikan tanpa mengalami benturan atau persinggungan terhadap komponen lain saat digunakan, seperti terlihat pada gambar berikut:


53


Gambar 4.23 Analisa fungsi pedal posisi vertikal dan horisontal konsep 2 4.4.1.3 Analisa Konsep 3 Pada konsep 3 mekanisme gerak kemudi dan mekaisme gerak pedal dapat berfungsi tanpa mengalami persinggungan atau benturan dengan komponen lain, mekanisme gerak kemudi baru terjadi persinggungan ketika kemudi dibelokkan maksimal.

Gambar 4.24 Analisa fungsi gerak kemudi posisi normal dan belok maksimal konsep 3

Gambar 4.25 Analisa fungsi pedal posisi vertikal dan horisontal konsep 3


54

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk 4.4.1.4 Analisa Konsep 4 Sama seperti konsep 1, 2 dan 3 konsep 4 memiliki desain mekanisme gerak belok kemudi dan gerak pedal yang dapat berfungsi, seperti yang diperlihatkan pada gambar berikut:


Gambar 4.27 Analisa fungsi pedal posisi vertikal dan horisontal konsep 4 4.4.1.5 Analisa Konsep 5 Analisa fungsi gerak belok pada konsep 5 memperlihatkan bahwa baru ketika kemudi berada dalam kondisi belok maksimal mengalami persinggungan, sehingga dapat disimpulkan bahwa rancangan sistem kemudi konsep 5 berfungsi, sedangkan untuk analisa fungsi gerak pedal pada konsep 5 menyatakan bahwa pedal berfungsi dan tidak mengalami gangguan dari komponen lain saat dioperasikan, Gambar 4.29 menunjukkan posisi pedal saat berputar dan berada pada kondisi vertikal dan horisontal.


55



Gambar 4.29 Analisa fungsi pedal posisi vertikal dan horisontal konsep 4 4.4.2 Operasional Secara operasional yaitu dengan melakukan analisa fungsi gerak sepeda terhadap pengendara, meliputi analisa persinggungan badan terhadap komponen sepeda, dan analisa mampu raih terhadap posisi kemudi untuk tangan dan pedal untuk kaki. 4.4.2.1 Analisa Konsep 1 

Posisi pedal top

Gambar 4.30 Simulasi sudut gerak kaki konsep 1


56

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk 

Posisi berbelok

Gambar 4.31 Simulasi sudut gerak tangan konsep 1 Dari hasil simulasi sudut gerak dapat diketahui posisi pedal maupun tuas tangan konsep 1 berada dalam jangkauan sudut kaki maupun tangan, jadi dapat disimpulkan konsep 1 memenuhi kriteria operasional. 4.4.2.2 Analisa Konsep 2 

Posisi pedal top

Gambar 4.31 Simulasi sudut gerak kaki konsep 2 

Posisi berbelok

Gambar 4.32 Simulasi sudut gerak tangan konsep 2


57

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk Dari hasil simulasi sudut gerak dapat diketahui posisi pedal maupun kemudi konsep 2 berada dalam jangkauan sudut kaki maupun tangan, jadi dapat disimpulkan konsep 2 memenuhi kriteria operasional. 4.4.2.3 Analisa Konsep 3 

Posisi pedal top

Gambar 4.34 Simulasi sudut gerak kaki konsep 3 

Posisi berbelok

Gambar 4.35 Simulasi sudut gerak tangan konsep 3 Dari hasil simulasi sudut gerak dapat diketahui posisi pedal maupun kemudi konsep 3 berada dalam jangkauan sudut kaki maupun tangan, jadi dapat disimpulkan konsep 3 memenuhi kriteria operasional. 4.4.2.4 Analisa Operasional Konsep 4 

Posisi pedal top

Gambar 4.36 Simulasi sudut gerak kaki konsep 4 Teknik Mesin FTI – ITS

58




Posisi berbelok

Gambar 4.37 Simulasi sudut gerak tangan konsep 4 Dari hasil simulasi sudut gerak dapat diketahui posisi pedal maupun kemudi konsep 4 berada dalam jangkauan sudut kaki maupun tangan, jadi dapat disimpulkan konsep 4 memenuhi kriteria operasional. 4.4.2.5 Analisa operasioanal konsep 5 

Posisi pedal top

Gambar 4.38 Simulasi sudut gerak kaki konsep 5

Gambar 4.39 Simulasi sudut gerak tangan konsep 5


59

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk Dari hasil simulasi sudut gerak dapat diketahui posisi pedal maupun kemudi konsep 5 berada dalam jangkauan sudut kaki maupun tangan, jadi dapat disimpulkan konsep 5 memenuhi kriteria operasional.

Tabel 4.3 Simulasi sudut gerak badan

4.5 Analisa Kekuatan Rangka Analisa kekuatan rangka bertujuan untuk mengetahui, apakah rangka pada konsep sepeda yang telah dirancang aman untuk digunakan, pembebanan rangka akibat beban pengendara yang di asumsikan sebesar 100 kg, analisa kekuatan rangka dilakukan dengan bantuan

software CATIA, rangka dirancang

menggunakan material steel, structural ASTM A-36, dengan modulus elastisitas 200 (109 N/m2, Gpa) ultimate tensile strength sebesar 400 (106 N/m2, Mpa) dan yield strength 250 (106 N/m2, Mpa). Dari hasil simulasi akan didapatkan nilai tegangan maksimum yang terjadi pada rangka, maka setelah didapat hasil perhitungan tegangan von misesnya selanjutnya dilakukan evaluasi kegagalan material akibat pembebanan. Untuk mengevaluasi hasil rancangan digunakan persamaan 2.3, yaitu:

σt = Tegangan tarik maksimum desain Sut = Tegangan tarik maksimum material


60

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk N = Faktor Keamanan Berdasarkan Tabel 2.2 untuk material baja lunak dengan mild shock, dalam perhitungan analisa tegangan, dimana faktor keamanan yang digunakan adalah 3, Perhitungan tegangan maksimum yang terjadi pada rangka depan adalah sebagai berikut:

Untuk dapat melakukan analisa rangka tersebut perlu didefinisikan mengenai distribusi gaya maupun arah gaya beban yang terjadi pada rangka tersebut, pada sisi rangka yang menjadi titik tumpuan diberikan pengikatan, dan , pada sisi rangka yang menjadi titik tumpuan diberikan pengikatan. 4.5.1 Analisa Rangka Konsep 1 Gambar 4.40 adalah gambar rangka depan dan belakang konsep 1 dengan arah beban ditunjukkan dengan anak panah berwarna kuning, posisi pengikatan ditunjukkan dengan tanda pengikatan berwarna biru.

Gambar 4.40 Distribusi beban & pengikatan rangka depan dan belakang konsep 1


61


Gambar 4.41 Simulasi tegangan rangka depan dan belakang konsep 1 Dari hasil perhitungan didapat tegangan maksimum pada rangka depan yaitu sebesar 2.11x107 N/m2, dan rangka belakang sebesar 1.86x107 , kedua nilai tersebut lebih kecil dari tegangan maksimum dari material sebesar 1,23x108 N/m2. Maka dari hasil perhitungan tersebut dapat disimpulkan bahwa desain rangka konsep 1 aman untuk digunakan. 4.5.2 Analisa Rangka Konsep 2 Gambar 4.42 adalah gambar rangka depan dan belakang konsep 2 dengan arah beban ditunjukkan dengan anak panah berwarna kuning, posisi pengikatan ditunjukkan dengan tanda pengikatan berwarna biru.

Gambar 4.42 Distribusi beban dan pengikatan rangka konsep 2


62


Gambar 4.43 Simulasi tegangan rangka konsep 2 Dari hasil perhitungan didapat tegangan maksimum pada rangka konsep 2 yaitu sebesar 3.34x107 N/m2, nilai tersebut lebih kecil dari tegangan maksimum dari material sebesar 1,23x108 N/m2. Maka dari hasil perhitungan tersebut dapat disimpulkan bahwa desain rangka konsep 2 aman untuk digunakan. 4.5.3 Analisa Rangka Konsep 3 Gambar 4.44 adalah gambar rangka konsep 3 dengan arah beban ditunjukkan dengan anak panah berwarna kuning, posisi pengikatan ditunjukkan dengan tanda pengikatan berwarna merah.

. Gambar 4.44 Distribusi beban dan pengikatan rangka konsep 3


63


Gambar 4.45 Simulasi tegangan rangka depan konsep 3 Dari hasil perhitungan didapat tegangan maksimum pada rangka konsep 3 yaitu sebesar 2.57x107 N/m2, nilai tersebut lebih kecil dari tegangan maksimum dari material sebesar 1,23x108 N/m2. Maka dari hasil perhitungan tersebut dapat disimpulkan bahwa desain rangka konsep 3 aman untuk digunakan. 4.5.4 Analisa Rangka Konsep 4 Gambar 4.46 adalah gambar rangka konsep 4 dengan arah beban ditunjukkan dengan anak panah berwarna kuning, posisi pengikatan ditunjukkan dengan tanda pengikatan berwarna biru.

Gambar 4.46 Distribusi beban dan pengikatan rangka konsep 4


64


Gambar 4.47 Simulasi tegangan rangka depan konsep 4 Dari hasil perhitungan didapat tegangan maksimum pada rangka konsep 4 yaitu sebesar 3.54x107 N/m2, nilai tersebut lebih kecil dari tegangan maksimum dari material sebesar 1,23x108 N/m2. Maka dari hasil perhitungan tersebut dapat disimpulkan bahwa desain rangka konsep 4 aman untuk digunakan. 4.5.5 Analisa Rangka Konsep 5 Pada konsep 5 analisa kekuatan rangka difokuskan pada desain rangka penopang roda belakang, karena pada rangka bagian depan merupakan rangka sistem lipat sehingga akan dianalisa lebih lanjut jika konsep ini terpilih, seperti diperlihatkan pada gambar berikut merupakan desain rangka belakang konsep 5 dengan titik berat berada pada titik 578.5mm dari sumbu roda depan, 415 mm dari sumbu roda belakang dengan tinggi 406.5mm dari sumbu roda.

Gambar 4.48 Posisi titik berat


65

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk Berdasarkan posisi titik berat tersebut dapat diketahui bahwa roda belakang menerima beban sebesar 55.3% dari berat total, atau 55.3 kg, nilai tersebut diketahui dari titik berat yang berada pada jarak 415.5mm dari sumbu roda belakang, jika diketahui jarak sumbu roda depan dan belakang adalah 994mm maka dapat diketahui persentase beban yang diterima pada roda belakang adalah 55.3%, berdasarkan analisa didapatakan nilai tegangan maksimum yang mampu diterima pada desain rangka tersebut masih berada di atas batas maksimum dari tegangan maksimum material yaitu sebesar 1,94x108 N/m2, untuk menangani masalah tersebut langkah yang harus dilakukan adalah dengan memberikan penopang pada daerah kritis seperti terlihat pada gambar berikut:

Gambar 4.49 Desain rangka belakang dengan penopang pada daerah kritis Setelah dilakukan analisa dengan adanya penambahan penopang tersebut didapatakan nilai tegangan maksimum sebesar 6,13 x107 N/m2, nilai tersebut lebih kecil dari tegangan maksimum dari material sebesar 1,23x108 N/m2. Maka dari hasil perhitungan tersebut dapat disimpulkan bahwa desain rangka konsep 5 aman untuk digunakan.


66


Gambar 4.50 Simulasi tegangan rangka belakang konsep 5 4.6 Pemilihan Konsep Dalam pemilihan konsep, kriteria konsep yang digunakan adalah dipilih yaitu berdasarkan: Dimensi lipat, berat, radius belok, keamanan dan kenyamanan, berikut adalah tabel matrik penilaian untuk pemilihan konsep: 4.6.1 Berdasarkan Dimensi Umum Yaitu terkait dengan ukuran panjang dan lebar total dari masing-masing rancangan, panjang dan lebar akan menentukan luasan yang dibutuhkan dalam oprasional atau pemanfaatan sepeda, dimensi yang kecil akan lebih mudah digunakan diberbagai tempat dengan akses sempit, konsep 1 memiliki ukuran panjang 1132 mm, lebar 1066 mm dan tinggi 938 mm, konsep 2 memiliki ukuran panjang 1196 mm, lebar 887 mm dan tinggi 990 mm, konsep 3 memiliki ukuran panjang 1330 mm, lebar 1090 mm dan tinggi 890 mm, konsep 4 memiliki ukuran panjang 1490 mm, lebar total 860 mm dan tinggi total 917, sedangkan konsep 5 memiliki ukuran panjang 1477 mm, lebar total 650 mm dan tinggi 989 mm.


67

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk Tabel 4.4 Dimensi umum masing-masing konsep

4.6.2 Berdasarkan Dimensi Lipat Yaitu dengan membandingkan ukuran sepeda pada masing-masing konsep, ukuran yang dimaksud adalah ukuran utama dan ukuran sepeda setelah dilipatan, seperti pada Tabel 3.5 Tabel 4.5 Dimensi umum dan dimensi lipat

Selisih perbandingan dimensi sebelum dan sesudah dilipat digunakan untuk menentukan konsep lipatan paling baik, yang diukur dari besarnya nilai volume lipatan terkait dalam ukuran penyimpanan seperti pada Tabel 3.6 berikut: Tabel 4.6 Perbandingan dimensi dan volume lipat


68

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk 4.6.3 Berdasarkan Berat Dari masing-masing konsep akan dianalisa berat rangka tidak termasuk berat roda dan saddle, semua konsep yang dibuat dirancang menggunakan material sejenis yaitu St. 37 dengan kekuatan tarik 370 N/mm2- 450 N/mm2, analisa perhitungan berat disimulasikan berdasarkan model konsep yang telah dirancang, dengan dencity sebesar 7850 kg/m2. 4.6.3.1 Berat konsep 1 Hasil simulasi 3D model konsep 1 didapatakan besar nilai dari berat rangka model konsep 1 yaitu sebesar 21.727 kg, seperti diperlihatkan pada Gambar 4.51 sebagai berikut:

Gambar 4.51 Simulasi berat rangka konsep 1 4.6.3.2 Berat konsep 2 Hasil simulasi 3D model konsep 2 didapatakan besar nilai dari berat rangka model konsep 2 yaitu sebesar 15 kg, seperti diperlihatkan pada Gambar 4.52 sebagai berikut:


69


Gambar 4.52 Simulasi berat rangka konsep 2 4.6.3.3 Berat konsep 3 Hasil simulasi 3D model konsep 3 didapatakan besar nilai dari berat rangka model konsep 3 yaitu sebesar 19 kg, seperti diperlihatkan pada Gambar 4.53 sebagai berikut:

Gambar 4.53 Simulasi berat rangka konsep 3 4.6.3.4 Berat konsep 4 Hasil simulasi 3D model konsep 4 didapatakan besar nilai dari berat rangka model konsep 4 yaitu sebesar 17.74 kg, seperti diperlihatkan pada Gambar 4.54 sebagai berikut:


70


Gambar 4.54 Simulasi berat rangka sepeda konsep 4 4.6.3.5 Berat konsep 5 Hasil simulasi 3D model konsep 5 didapatakan besar nilai dari berat rangka model konsep 5 yaitu sebesar 15.263 kg, seperti diperlihatkan pada Gambar 4.55 sebagai berikut:

Gambar 4.55 Simulasi berat rangka sepeda konsep 4 Tabel 4.7 Berat rangka masing-masing konsep


71

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk 4.6.4 Berdasarkan Radius Belok Perhitungan radius belok didapatkan setelah perencanaan dari derajat belok masing-masing konsep diperoleh, pada konsep 1 didapatkan yaitu sebesar 21 derajat, seperti pada Gambar 4.56 sebagai berikut:

Gambar 4.56 Derajat belok konsep 1

Gambar 4.57 Posisi titik berat sepeda konsep 1 Posisi titik berat dari sepeda konsep 1 berada pada jarak 174 mm dari sumbu roda depan, 456 mm dari sumbu roda belang, dan tinggi 154 mm dari sumbu roda belakang, sehingga dari besar nilai derajat belok dan jarak titik berat sepeda tersebut dapat dilakukan perhitungan dari besarnya nilai radius belok konsep 1, yaitu dengan persamaan sebagai berikut:


72

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk R ack

: radius belok ideal

a

: jarak sumbu roda depan dengan posisi titik berat rangka

b

: jarak sumbu roda belakang dengan posisi titik berat rangka : derajat belok

Artinya sepeda rancangan konsep 1 membutuhkan jalan minimal selebar 3,4 m untuk bisa berputar arah. Derajat belok pada konsep 2 sebesar 25 derajat, seperti pada Gambar 4.58, dan didapatkan posisi titik berat dari sepeda yaitu berada pada jarak 192 mm terhadap sumbu roda depan, 420 mm dari sumbu roda belakang, dan tinggi 176 mm dari sumbu roda belakang, seperti terlihat pada Gambar 4.59.



73


Gambar 4.59 Posisi titik berat sepeda konsep 2




74






75






76



Artinya sepeda rancangan konsep 5 membutuhkan jalan minimal selebar 2,4 m untuk bisa berputar arah. 4.6.5 Berdasarakan Keamanan Berdasarkan keamanan yaitu dengan melakukan analisa terhadap kemungkinan cidera badan akibat benturan, resiko cidera akibat jatuh terkait tinggi posisi pengendara terhadap lantai dan terhadap analisa kecepatan maksimal yang diijinkan agar sepeda tidak guling saat berbelok maksimal dengan asumsi semakin sulit terguling akan semakin aman. 4.6.5.1 Resiko cidera badan akibat benturan Resiko cidera badan akibat benturan dianalisa dengan menempatkan menakin pada simulasi 3D model sepeda kemudian mengamati daerah kritis jika pengendara mengalami tabrakan,  Konsep 1 Pada konsep 1 jika diamati dari Gambar 4.66 kemungkinan terjadi resiko cidera pada organ kaki yaitu pada lutut dan jari kaki, yang jika diteruskan akan berakibat benturan yang lebih fatal pada daerah organ badan atas termasuk wajah.


77


Gambar 4.66 Simulasi kemungkinan cidera konsep 1  Konsep 2 Pada konsep 2 kemungkinan resiko cidera akibat tabrakan tidak jauh beda dengan konsep 1, organ kaki yaitu lutut dan jari kaki akan berbenturan langsung dengan daerah benturan, seperti terlihat pada gambar berikut:

Gambar 4.67 Simulasi kemungkinan cidera konsep 2  Konsep 3 Kemungkinan resiko cidera akibat benturan pada konsep 3 lebih kecil dibanding konsep 1 dan konsep 2, hal ini dikarenakan posisi kaki maupun organ badan yang lain tidak berbenturan secara langsung, adanya kemudi di depan memungkinkan pengendara untuk menahan badan saat akan tersungkur.


78


Gambar 4.68 Simulasi kemungkinan cidera konsep 3  Konsep 4 Kemungkinan resiko cidera akibat benturan pada konsep 4 terjadi pada organ kaki yaitu pada jari kaki, untuk organ bagian badan sisi atas akan ditopang oleh tuas kemudi yang berada didapan pengendara.

Gambar 4.69 Simulasi kemungkinan cidera konsep 4  Konsep 5 Pada konsep 5 untuk organ badan tidak mengalami benturan secara langsung dengan daerah benturan, tuas kemudi di depan pengendara memungkinkan pengendara untuk menahan badan saat akan tersungkur.


79


Gambar 4.70 Simulasi kemungkinan cidera konsep 5 4.6.5.2 Analisa guling Untuk menghitung kecepatan maksimum yang diijinkan agar sepeda ini tidak guling saat berbelok dapat menggunakan persamaan 2.13, dengan perhitungan sebagai berikut:  Rancangan konsep 1, dengan jarak antara dua roda depan 970 mm, titik berat pengendara berada pada 150 mm terhadap sumbu roda depan, 480 mm terhadap sumbu roda belakang, tinggi 676 dari sumbu roda belakang dan 916 mm dari lantai, seperti pada gambar berikut:

Gambar 4.71 posisi titik berat sepeda konsep 1


80


 Rancangan konsep 2, dengan jarak antara dua roda depan 800 mm, titik berat pengendara konsep 2 berada pada 184 mm terhadap sumbu roda depan, 424 mm terhadap sumbu roda belakang, tinggi 650 dari sumbu roda belakang, dan 890mm dari lantai, seperti pada gambar berikut:

Gambar 4.72 posisi titik berat pengendara konsep 2

 Rancangan konsep 3, dengan jarak antara dua roda belakang 650 mm, titik berat pengendara konsep 3 berada pada 632mm terhadap sumbu roda depan, 178 mm terhadap sumbu roda belakang, tinggi 618 dari sumbu roda belakang dan 858 mm dari lantai, seperti pada gambar berikut: Teknik Mesin FTI - ITS

81


Gambar 4.73 posisi titik berat penegendara konsep 3

 Rancangan konsep 4, dengan jarak antara dua roda depan 750 mm, titik berat dari pengendara berada pada jarak 291 mm dari sumbu roda depan, 616 mm dari sumbu roda belakang, dan 816 mm dari lantai seperti pada gambar berikut:



82


 Rancangan konsep 5, dengan jarak antara dua roda belakang 630 mm, titik berat pengendara konsep 2 berada pada 541.5 mm terhadap sumbu roda depan, 437 mm terhadap sumbu roda belakang, tinggi 673 dari sumbu roda belakang, dan 922 mm dari lantai, seperti pada gambar berikut.:


Berdasarakan Tabel 3.8 diketahui berdasarkan kriteria keamanan yaitu berdasarkan cidera benturan, tinggi titik berat pengendara dan analisa guling diketahui konsep 5 adalah konsep terbaik diantara konsep pengembangan.


83

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk Tabel 4.8 Kriteria keamanan

4.6.6 Berdasarkan Kenyamanan Untuk menentukan nilai kenyamanan dilakukan analisa menggunakan metode RULA dengan bantuan software CATIA V5, kenyamanan yang dimaksud adalah mengenai posisi postur badan saat berkendara, sudut-sudut persendian saat posisi diam ataupun bergerak, analisa menggunakan ukuran manusia dengan tinggi badan 180 cm, berat badan 100 kg dan adapun hasil analisanya adalah sebagai berikut:  Konsep 1 Pada konsep 1 analisa posisi postur posisi diam mendapatkan skor 2,

Gambar 4.76 Analisa RULA posisi diam konsep 1


84

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk Artinya posisi postur pada konsep pertama dapat diterima, sedangkan untuk posisi mengayuh konsep 1 pada bagian tubuh sebelah kiri mendapatkan skor 2, seperti terlihat pada Gambar 4.77, disimulasikan dengan posisi tangan kanan menarik tuas ke belakang, tangan kiri mendorong tuas ke depan, mengayunkan kaki kanan ke depan dan kaki kiri ke belakang. Begitu juga untuk analisa posisi postur mengayun pada sisi badan sebelah kanan mendapat skor 2, seperti terlihat pada Gambar 4.78.

Gambar 4.77 Analisa posisi badan sisi kiri dengangerak mengayun

Gambar 4.78 Analisa posisi badan sisi kanan dengan gerak mengayun

Selanjutnya dilakukan analisa pada posisi postur badan saat digunakan untuk berbelok, dari hasil analisa didapatkan nilai skor sisi badan sebelah kanan


85

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk bernilai 3 dan pada sisi badan sebelah kiri juga bernilai 3, pada posisi postur diam jika mendapat nilai skor 3 maka perlu dilakukan peninjauan ulang dan selanjutnya dilakukan perbaikan desain, tapi karena nilai 3 muncul ketika kondisi belok maka hal ini masih diijinkan karena posisi tersebut bersifat sementara, adapun hasil analisa posisi postur sebelah kiri dan kanan dapat dilihat pada Gambar 4.79 dan Gambar 4.80 sebagi berikut:

Gambar 4.79 Analisa posisi badan sisi kiri saat belok

Gambar 4.80 Analisa posisi badan sisi kanan saat belok  Konsep 2 Pada konsep 2 analisa posisi postur posisi diam sama seperti pada konsep 1 mendapatkan skor 2, adapun hasil analisanya adalah sebagai berikut: Teknik Mesin FTI – ITS

86


Gambar 4.81 Analisa RULA posisi diam konsep 2 Pada analisa belok yaitu ketika salah satu tangan menarik tuas kemudi dari hasil analisa mendapatkan skor 2 pada sisi badan sebelah kiri dan pada sisi badan sebelah kanan mendapatkan skor 3, seperti yang diperlihatkan dari hasil analisa postur saat belok pada Gambar 4.82 dan Gambar 4.83.

Gambar 4.82 Analisa posisi badan sisi kiri saat belok


87


Gambar 4.83 Analisa posisi badan sisi kanan saat belok Analisa kayuh pada konsep dua pada sisi badan sebelah kanan maupun sisi badan sebelah kiri, keduanya mendapatkan skor 2, yaitu dengan model gerakan kaki kanan berada di titik kayuh atas dan kaki kiri berada dititik kayu bawah seperti terlihat pada Gambar 4.84 dan Gambar 4.85 sebagi berikut:

Gambar 4.84 Analisa posisi kayuh sisi badan sebelah kiri


88


Gambar 4.85 Analisa posisi kayuh sisi badan sebelah kanan  Konsep 3 Pada konsep 3 analisa posisi diam mendapatkan skor 2 baik pada sisi seperti terlihat pada gambar 4.86 sebagai berikut:

Gambar 4.86 Analisa RULA posisi diam konsep 3 Sedangkan untuk analisa kenyaman saat mengayuh pada yaitu pada saat posisi pedal berada di atas dan bawah, pada sisi badan sebelah kiri mendapatkan skor 3 dan pada posisi kanan mendapatkan skor 2 seperti pada Gambar 4.87 dan Gambar 4.88 sebagai berikut:


89



Gambar 4.88 Analisa posisi kayuh sisi badan sebelah kanan Untuk posisi belok pada sisi badan sebelah kanan medapatkan skore 3 begitu juga dengan sisi badan sebelah kiri juga mendapatkan skore 3, hasil analisa Kenyamanan dapat dilihat pada Gambar 4.89 dan Gambar 4.90 sebagai berikut:

Gambar 4.89 Analisa posisi belok sisi badan sebelah kanan Teknik Mesin FTI – ITS

90


Gambar 4.90 Analisa posisi belok sisi badan sebelah kiri  Konsep 4 Pada konsep empat analisa kenyamanan posisi diam mendapatkan skor 2 dengan hasil simulasi model seperti terlihat pada gambar 4.91 sebagai berikut:

Gambar 4.91 Analisa RULA posisi diam konsep 4 Pada analisa posisi gerakan kayuh kaki, pada sisi badan sebelah kiri mendapatkan skor 2 dan sisi sebelah kanan juga mendpatkan skor 2 seperti terlihat pada Gambar 4.92 dan Gambar 4.93 sebagai berikut:


91



Gambar 4.93 Analisa posisi kayuh sisi badan sebelah kanan Pada rancangan konsep 4 berdasarkan hasil analisa kenyamanan posisi badan saat belok untuk sisi badan sebelah kiri mendapatkan skore 2 dan sisi badan sebelah kiri mendapatkan skor 3, hasil analisa belok konsep 4 dapat dilihat pada Gambar 4.94 dan Gambar 4.95 sebagi berikut:

Gambar 4.94 Analisa posisi belok sisi badan sebelah kiri Teknik Mesin FTI – ITS

92


Gambar 4.95 Analisa posisi belok sisi badan sebelah kanan  Konsep 5 Pada konsep 5 dari hasil analisa posisi postur dalam kondisi diam didapatkan skor 2 seperti terlihat pada simulasi gambar analisa berikut:

Gambar 4.96 Analisa RULA posisi diam konsep 4 Pada analisa posisi gerakan kayuh kaki, pada sisi badan sebelah kiri mendapatkan skor 2 dan sisi sebelah kanan juga mendpatkan skor 2 seperti terlihat pada Gambar 4.97 dan Gambar 4.98 sebagai berikut:


93



Gambar 4.98 Analisa posisi kayuh sisi badan sebelah kanan Untuk rancangan konsep 5 berdasarkan hasil analisa kenyamanan posisi badan saat belok untuk sisi badan sebelah kiri mendapatkan skore 3 dan sisi badan sebelah kanan mendapatkan skor 3, hasil analisa belok konsep 4 dapat dilihat pada Gambar 4.99 dan Gambar 4.100 sebagi berikut:


94


Gambar 4.99 Analisa posisi belok sisi badan sebelah kiri

Gambar 4.100 Analisa posisi belok sisi badan sebelah kanan Tabel 4.9 Analisa RULA posisi diam dan mengayuh

Keterangan: K1: konsep 1 K2: konsep 2


95

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk K3: konsep 3 K4: konsep 4 L : Left( sisi badan sebelah kiri) R : Right (sisi badan sebelah kanan) Tabel 4.10 Analisa RULA posisi belok

Keterangan: K1: konsep 1 K2: konsep 2 K3: konsep 3 K4: konsep 4 L : Left( sisi badan sebelah kiri) R : Right(sisi badan sebelah kanan)


96

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk 4.7 Penetapan Konsep Terpilih Untuk penetapan konsep terpilih pada penelitian ini menggunakan pemilihan konsep dengan model matrik keputusan, dengan tahapan penilaian konsep, hal ini dilakukan karena dalam penelitian ini hanya ada 5 konsep, sehingga untuk tahap penyaringan tidak perlu dilakukan, dengan kriteria seleksi yang telah ditetapkan yaitu berdasarkan dimensi umum (ukuran panjang dan lebar konsep), dimensi lipat (ukuran lipat konsep), berat (berat rangka konsep), radius belok, keamanan, dan kenyamanan, untuk mendapatkan hasil pengukuran yang benar-benar mendekati dari masing masing kriteria seleksi dilakukan simulasi 3D model pada masing-masing konsep. Tabel 4.11 Pemilihan konsep

Dari hasil evaluasi yang telah dilakukan didapatkan hasil dimana nilai absolut atau nilai relaif dari konsep 5 mempunyai nilai paling besar, yaitu 4 (19.9% dari total nilai absolut), maka konsep 5 adalah konsep terpilih.


97


Halaman ini sengaja dikosongkan


98


BAB 5 PERANCANGAN KOMPONEN SEPEDA UNTUK PASIEN PASCA STROKE Dari hasil pemilihan konsep yang telah dilakukan, didapat satu konsep terpilih yaitu konsep 5, dengan spesifikasi:

Gambar 5.1 Ukuran Utama Sepeda Tabel 5.1Spesifikasi konsep terpilih


99

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk Adapun bentuk dan nama komponen dari desain rancangan konsep 5 dapat dilihat pada gambar dan tabel sebagai berikut:

Gambar 5.2 Penomeran nama bagian Tabel 5.2 Spesifikasi komponen konsep terpilih


100


Komponen sepeda konsep terpilih dikelompokkan berdasarkan fungsi utamanya, adapun bentuk dari masing-masing konsep dapat dilihat pada gambar sebagai berikut:

Gambar 5.3 Bentuk masing-masing komponen Bentuk detail dan ukuran komponen dapat dilihat pada lampiran pada akhir halaman penelitian ini dalam bentuk gambar teknik. Teknik Mesin FTI - ITS

101

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk 5.1 Komponen Sistem Penggerak Kayuh Tangan dan Kemudi Komponen sistem penggerak kayuh tangan dan kemudi terdiri dari handlebar, head tube, pull rod, break levers, steering pull rod, pen pengikat, Crank, sprocket, pedal rod dan rear axle seperti pada gambar berikut:

Gambar 5.4 Komponen sitem penggerak kayuh tangan & Kemudi 5.1.1 Komponen No.1 (handlebar) Handlebar merupakan komponen standar dari sepeda, pada desain konsep terpilih dirancang menggunakan handlebar dari type sepeda All Terrain Bike (ATB) atau Mountain Bike (MTB), sehingga bentuk dan ukuran secara detail dari handlebar tidak diperhitungkan secara detail pada penelitian ini. 5.1.2 Komponen No.2 (head tube) Head tube pada sepeda konsep terpilih selain difungsikan sebagi rumah sumbu putar dari kemudi juga difungsikan sebagai batang tuas untuk sistem penggerak kayuh tangan, seperti terlihat pada gambar berikut:


102


Gambar 5.5 Head tube dan batang tuas kemudi Panjang lengan kuasa (jarak antara titik kuasa dengan titik tumpu) adalah 306 mm dan panjang lengan beban (jarak antara titik beban sampai titik tumpu) adalah 159 mm, semakin panjang lengan kuasa, semakin kecil nilai gaya kuasa. Hal ini berarti gaya yang harus dikeluarkan untuk mengangkat beban lebih sedikit. Semakin panjang lengan kuasa semakin besar keuntungan mekanik, sehingga usaha semakin mudah dilakukan, rumus yang mendasari kerja dari tuas secara matematis dituliskan: B x lb = F x lk Dengan: B = beban F = gaya kuasa Lb = lengan beban (jarak antara titik beban sampai titik tumpu) Lk = lengan kuasa (jarak antara titik kuasa dengan titik tumpu) Untuk mengetahui besarnya nilai F (gaya kuasa) yang dibutuhkan umtuk menggerakkan sepeda maka perlu ditentukan dulu gaya kayuh pada roda belakang, jika massa total sepeda+pengendara = M kg, berat total = W kN. Untuk membuat sepeda bergerak dibutuhkan percepatan (a), dan gaya yang dibutuhkan untuk mencapai percepatan tersebut adalah Teknik Mesin FTI - ITS

103

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk F_sepeda=M x a F_sepeda=100kg x 0, 7 m/s2 F_sepeda= 70 kg m/s2 F_sepeda= 70N F-sepeda ini 100% dihasilkan dari roda penggerak, gaya penggerak roda (F_rb) selalu lebih besar dari F_sepeda, hal ini disebabkan karena adanya gaya gesek static antara roda dan jalan, seandainya terjadi slip maka yang dibutuhkan adalah gaya kinetic, jika gaya gesek adalah F_s = N_rb x Mu_s = ((1/3x100) x 0)) = 33, 3 kg m/s2 Dimana mu_s adalah koefisien gesek statis antara roda dengan jalan, karena sepeda berada pada jalan datar jadi mu_s = tan alfa, karena nilai alfa =0 maka tan alfa = 0 dan N_rb adalah gaya normal, jika diasumsikan ketiga roda menerima beban yang sama, maka N_rb = 1/3W, jadi gaya penggerak roda belakang adalah: F_rb= F_sepeda + F_s F_rb= 70 kg m/s2 + 33, 3 kg m/s2 F_rb= 103, 3 kg m/s2 Gaya tersebut bekerja pada lingkaran luar roda penggerak, dengan membuat model sederhana sistem gaya dari roda, gir belakang, gir depan, tuas pedal maka kita akan mendapatkan hasil sebagai berikut: Fp = (F_rb x R_rb X R_gd) / (R_gb x L_tp) Fp = (103, 3 kg m/s2 x 0.48m x 0,127m) / (0,073 x 0,090) Fp = 108, 58 N Dimana Fp = Gaya yang dikerjakan pada pedal, arahnya tangensial terhadap gir depan, R_rb = jari-jari roda belakang, R_gd = jari-jari gir depan, R_gb, L_tp = panjang tuas pedal. Jika diketahui gaya penggerak roda belakang yang digerakkan tuas pedal adalah 108, 58 kg m/s2, gaya tersebut kemudian ditransmisikan oleh batang tarik, maka


104

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk B x lb = F x Lk 108,8 N x 0,159 = F x 0,306 F = 56.54 N Jadi gaya

yang dibutuhkan untuk mengayun tuas tangan untuk

menggerakkan roda belakang adalah 56.54N.

Gambar 5.6 Distribusi beban,pengikatan dan simulasi tegangan head tube Berdasarkan hasil simulasi nilai tegangan memperlihatkan bahwa desain head tube dengan lengan tuas yang selain difungsikan untuk kemudi tetapi juga difungsikan untuk tuas penggerak kayuh tangan, dari desain yang dibaut dinyatakan mampu dan aman untuk digunakan, karena dari hasil simulasi memperlihatkan nilai tegangan maksimal yang diterima adalah sebesar 7.75x106 N/m2, nilai tersebut masih lebih kecil dari tegangan maksimum dari material sebesar 1,23x108 N/m2 5.1.3 Komponen No.4 (pull rod) Pull rod atau batang tarik difungsikan untuk menyalurkan gaya dari tuas kayuh tangan ke pedal rod yang di teruskan ke sprockets untuk menggerakkan roda belakang, diketahui gaya yang dibutuhkan untuk menggerakkan sepeda adalah sebesar 103,3 N dengan perbandingan diameter sprocket dan panjang tuas pedal rod didapat gaya yang diterima dan harus di teruskan oleh batang tarik adalah sebesar 108,8 N, maka untuk mendapatkan dimensi dari batang tarik disimulasikan dengan perhitungan melalui softwere adalah sebagai berikut: Teknik Mesin FTI - ITS

105


Gambar 5.7 Distribusi beban dan pengikatan batang tarik Gambar 5.7 adalah gambar posisi pengikatan dan distribusi beban yang disimulasikan pada komponen batang tarik, dan didapatkan nilai tegangan maksimum sebesar 1.51x107 N/m2, nilai tersebut masih lebih kecil dari tegangan maksimum dari material sebesar 1,23x108 N/m2

Gambar 5.8 Simulasi tegangan batang tarik 5.1.4 Komponen No.8 (pedal rod) Untuk mentrasmisikan gaya dari sprocket panjang lengan dari batang pedal dirancang dengan panjang 90 mm, dihitung dari jarak antar sumbu, tuas pedal ini menerima beban sebesar 103.3 kg m/s2, dari hasil simulasi memperlihatkan bahwa tuas tersebut dinyatakan mampu menahan beban yang


106

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk bekerja dengan tegangan maksimum sebesar 4.01x107 N/m2, karena nilai tersebut masih lebih kecil dari tegangan maksimum dari material sebesar 1,23x108 N/m2.

Gambar 5.9 Distribusi beban,pengikatan dan simulasi tegangan tuas pedal 5.1.5 Komponen No.10 (Crank) dan No. 11 ( sprocket) Untuk transmisi crank dan sprocket tidak dilakukan perancangan dimensi dan bentuk karena termasuk komponen yang tersedia di pasaran, pada desain rancangan ini didesain mengguanakan Crank dengan jumlah gigi 32 dan sprocket dengan jumlah gigi 18, rationya 32:18 = 1.8, artinya 1 kali kayuh akan dihasilkan 1.8 x putaran roda.

Gambar 5.10 Roller chain difinition N = 127 mm P = 12.7 mm N = 73 mm C = 248 mm Teknik Mesin FTI - ITS

107


Tabel 5.3 Rasio perbandingan kombinasi gigi

Sumber: sepedaku.blogspot.com 5.1.6 Komponen No.12 (Rear axle) Komponen nomer 12 adalah komponen poros penggerak roda belakang, dari desain yang telah dirancang dan berdasarkan hasil simulasi nilai tegangan memperlihatkan hasil seperti pada gambar berikut:

Gambar 5.11 Distribusi beban,pengikatan dan simulasi tegangan rear axle Poros tersebut menerima beban karena menjadi tumpuan dari berat sepeda dan pengendara sisi belakang, berat yang disimulasikan adalah berat total yaitu 100kg, dari hasil simulasi memperlihatkan bahwa desain dari poros dan letak


108

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk tumpuan aman, karena memiliki nilai tegangan maksimum sebesar 3.49x107 N/m2, nilai tersebut masih lebih kecil dari tegangan maksimum dari material sebesar 1,23x108 N/m2. Poros tersebut didesain menjadi dua bagian yang dihubungkan oleh sambungan pasak. Dengan desain seperti pada gambar sebagai berkut:

Gambar 5.12 Desain poros dan sambungan terhadap sprocket Pemilihan jenis pasak tergantung pada besar kecilnya daya yang bekerja dan kestabilan bagian-bagian yang disambung, untuk daya yang kecil antara naf roda dan poros cukup dijamin dengan baut tanam (set screw).

Gambar 5.13 Poros dan pasak


109


Jika diameter poros adalah 20mm maka lebar pasak adalah 5mm dengan tinggi 3.3mm. 5.1.7 Komponen No.15 (pen) Komponen ini difungsikan sebagai penahan batang tarik, pen ini menerima beban sebesar gaya yang ditransmisikan oleh batang tarik yaitu sebesar 108, 58 kg m/s2, berdasarkan hasil analisa simulasi nilai tegangan maksimal yang diterima didapatkan hasil yang menyimpulkan bahwa desain pen tersebut aman untuk digunakan, yaitu dengan nilai tegangan maksimal sebesar 2.87 x106 N/m2, nilai tersebut masih lebih kecil dari tegangan maksimum dari material sebesar 1,23x108 N/m2.

Gambar 5.14 Distribusi beban,pengikatan dan simulasi tegangan pen 5.1.8 Komponen No. 20 (kokel) dan No.21 (Break levers) Kedua komponen tersebut merupakan komponen standar yang didesain sama dengan sepeda pada umunya sehingga untuk perhitungan rancangan dan desain bentuk tidak perlu dilakukan, kokel menggunakan linier bearing metric rod ends-female, dengan diameter mata 6mm.


110

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk 5.2 Komponen Sistem Penggerak Kayuh Kaki Komponen sistem penggerak kayuh kaki pada sepeda ini berada pada roda depan dan menjadi satu kesatuan, seperti terlihat pada gambar berikut:

Gambar 5.15 Roda depan dan pedal sepeda roda tiga Gaya yang dibutuhkan untuk menggeakkan sepeda dengan penggerak roda depan dapat dihitung dengan menentukan F-sepeda, dimana nilai F-sepeda ini 100% dihasilkan dari roda penggerak, gaya penggerak roda (F_rd) selalu lebih besar dari F_sepeda, F_s = N_rd x mu_s = ((1/3x100) x 0)) = 33, 3 kg m/s2 Untuk membuat sepeda bergerak dibutuhkan percepatan (a), dan gaya yang dibutuhkan untuk mencapai percepatan tersebut adalah F_sepeda=M x a F_sepeda=100kg x 3.34 m/s2 F_sepeda= 334 kg m/s2 F_sepeda= 334N mu_s adalah koefisien gesek statis antara roda dengan jalan, karena sepeda berada pada jalan datar jadi mu_s = tan alfa, karena nilai alfa =0 maka tan alfa = 0


111

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk dan N_rd adalah gaya normal, jika diasumsikan ketiga roda menerima beban yang sama, maka N_rd = 1/3W, jadi gaya penggerak roda depan adalah: F_rd= F_sepeda + F_s F_rd= 334 kg m/s2 + 33, 3 kg m/s2 F_rd= 367, 3 kg m/s2 Jadi gaya kayuh yang dibutuhkan untuk menggerakkan sepeda adalah: Fp = F_rd x panjang lengan pedal Fp = 367, 3 kg m/s2 x 0.16 m Fp = 58.76 kg m/s2 Fp = 58.76 N Untuk desain sistem dan bentuk komponennya memanfaatkan komponen sepeda roda satu yang banyak dijual dipasaran.

Gambar 5.16 Sepeda roda satu Roda depan ditopang oleh garpu (fork leg) yaitu komponen No. 18 yang dirancang mampu menahan beban total yang dirancang yaitu sebesar 100kg, berdasarkan hasil analisa simulasi memperlihatkan bahwa komponen tersebut aman digunakan dengan nilai tegangan maksimal sebesar 2.57 x107 N/m2 ,nilai tersebut masih lebih kecil dari tegangan maksimum dari material sebesar 1,23x108 N/m2.


112


Gambar 5.17 Distribusi beban,pengikatan dan simulasi tegangan fork leg 5.3 Komponen pengaman (safety seats) Sepeda ini juga dilengkapi dengan pengaman bagi penggunanya, memungkinkan untuk menjaga badan saat diperlukan, dan dapat juga digunakan untuk mempermudah pengguna saat akan menaiki sepeda tersebut, difungsikan sebagai pegangan, seperti disimulasikan pada gambar berikut:

Gambar 5.18 Simulasi proses naik dengan memanfatakan safety seats Komponen tersebut dirancang mampumenahan beban sebesar 65kg dari arah vertikal, dengan tujuan komponen tersebut tetap aman saat dipakai sebagai penopang badan sisi atas pengendara, dari hasil analisa tegangan didapatkan hasil yang menyatakan komponen safety seats dinyatakan aman menahan beban sebesar 65kg karena memiliki nilai tegangan maksimal sebesar 1,2x108 dari arah vertikal, nilai tersebut masih berada pada batas aman karena nilai tersebut masih lebih kecil dari tegangan maksimum dari material sebesar 1,23x108 N/m2.seperti diperlihatkan pada gambar berikut:


113


Gambar 5.19 Distribusi beban,pengikatan dan simulasi tegangan safety seats 5.4 Analisa Beban Dinamis Menurut Chadry, (2007) Pemodelan matematis yang dilakukan untuk analisa dinamis berdasarkan pada kondisi jalan yang dianggap dapat menyebabkan pergerakan secara mendadak, seperti jalan bergelombang atau jalan yang berlubang, jalan bergelombang dapat dimodelkan seperti suatu fungsi dari persamaan lintasan dengan asumsi; 

Kecepatan arah horizontal dianggap konstan



Titik pembebanan dianggap tidak berubah selama pergerakan



Peninjauan titik referensi awal berdasarkan pada h tertinggi, sehingga persamaan lintasan adalah fungsi cosinus karena cos 0=1

Sebuah sepeda mempunyai kecepatan (v) yang melewati lintasan bergelombang atau jalan yang berlubang merupakan suatu fungsi y.

Gambar 5.20 Pemodelan jalan berlubang/bergelombang (Chadry,2007) Lengkungan tersebut merupakan sebuah fungsi cosinus dimana untuk lengkungan diperoleh persamaan: Teknik Mesin FTI - ITS

114


Dimana : P adalah gaya total yang menekan roda R adalah gaya yang diberikan oleh jalan ke roda V adalah kecepatan Gaya R merupakan reaksi balik gaya akibat gaya P. maka komponen vertikal dari kecepatan roda untuk posisi apapun disepanjang lekukan:

Persamaan

dan

secara fisis merupakan kecepatan dan percepatan dari gaya-

gaya vertikal. Persamaan tersebut dapat diselesaikan dengan menggunakan hukum Newton II yaitu dengan menjumlahkan gaya-gaya yang terjadi yaitu :

Dimana a adalah fungsi

maka:

Pada ujung awal tekukan ( x=0), maka antara roda, adalah:


115

maka tekanan minimum


Dari persemaan tersebut dikatahui bahwa sepeda berjalan yang diasumsikan rata sempurna ( h=0), maka tekanan balik roda akan sama dengan gaya P, dipertengahan lekukan yang merupakan nilai h maksimum, maka

Dan tekanan maksimum roda pada jalan adalah

Persamaan tersebut oleh Chadry, (2007) digunakan untuk menghitung gaya tekan akibat efek dinamis maksimum, yang menjelaskan bahwa tekanan maksimum dapat sangat meningkat diakibatkan oleh sedikit lekukan pada jalan, jika diketahui bahwa: 

Beban pengendara diasumsikan 80 kg



Berat sepeda 15.263 kg



Kecepatan (V) adalah 12 km/jam



Tinggi / dalam gelombang jalan diasumsikan 0.1m

Berdasarakan persamaan diatas diperoleh nilai Rmaks= 562.22 kg, maka pada sumbu roda belakang menerima beban 55.3% dari 562.22 kg adalah sebesar 310.9kg, untuk itu perlu dilakukan penambahan kekuatan pada rangka belakang dengan pemberian penyangga seperti pada gambar berikut:

Gambar 5.21 Penambahan penyangga rangka belakang Teknik Mesin FTI - ITS

116

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk Berdasarkan analisa menggunakan CATIA dapat diketahui dengan penambahan penyangga tersebut rangka belakang mampu menahan beban 310.9kg dengan nilai tegangan maksimum sebesar 1.13x108 N/m2 seperti pada gambar berikut:

Gambar 5.22 simulasi Penambahan penyangga rangka belakang Untuk penentuan safety factor atau nilai N berdasarkan tegangan luluh diketahui bahwa untuk kondisi terkontrol dan tegangan yang bekerja dapat ditentukan dengan pasti maka safety factornya adalah 1,25-1,5, untuk bahan yang sudah diketahui, kondisi lingkungan beban dan tegangan yang tetap dan dapat di tentukan dengan mudah maka safety faktornya adalah 1,5-2,0, untuk bahan yang beroperasi secara rata-rata dengan batasan beban yang diketahui safety factornya adalah 2,0-2,5, untuk beban yang diketahui tanpa mengalami tes, pada kondisi beban dan tegangan rata-rata maka safety factornya adalah 2,5-3,0 dan untuk bahan yang sudah diketahui, kondisi beban dan lingkungan yang tidak pasti maka nilai safety factornya adalah 3,0-4,5. Untuk penentuan safety factor berdasarkan jenis beban adalah: 

Beban statis = 1,25-1



Beban dinamis = 2-3



Beban kejut = 3-5

Maka pada kasus beban dinamis pada penelitian ini menggunakan safety factor 3, jika material yang digunakan adalah material steel, structural ASTM A-36, dengan modulus elastisitas 200 (109 N/m2, Gpa) ultimate tensile strength sebesar


Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk 400 (106 N/m2, Mpa) dan yield strength 250 (106 N/m2, Mpa), maka perhitungan tegangan maksimum adalah

Jika didapat hasil analisa perhitungan tegangan maksimum sebesar 1.13x108 N/m2 maka dengan penambahan penyangga tersebut rangka belakang mampu menahan beban 310.9 kg. 5.5 Gaya-Gaya pada Rangka Desain utama pada rangka dirancang dengan ukuran: 

Diameter Luar (do) = 32,0 mm



Tebal (t) = 2 mm



Diameter dalam (do) = 32-4 = 28 mm



Luas Penampang (A) = π/4 (do2-di2) = 188.5 mm2

Gambar 5.23 Rangka Sepeda. A,B,C,D,E,F,G, adalah titik simpul Mencari reaksi tumpuan pada titik A dan B ∑ Fy = 0 (↑+) RA + RB – W = 0 RA + RB –952,630 N = 0 RA + RB = 952,630 N…………………… (1) ∑MB = 0 (W x 415.5) – (RA x 994) = 0 (952,630 x 415.5) – (RA x 994) = 0 Teknik Mesin FTI - ITS

Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk (395817,765)– (RA x 994) = 0 RA = 395817,765/ 994 RA = 398,20 N.......................................(2) Subtitusi ke persamaan........(1) dan (2) RA + RB = 952,630 N (398,20) N + RB = 952,630 N RB = 952,630 N-398,20N RB = 554.43 N.............................................(3) 

Titik A

Gambar 5.24 Diagram benda bebas pada titik A

RD + Fac sin α = 0 39.8 (kg) + Fac sin 83 = 0 Fac = 40.2 kg (tekan) 

Titik B

Gambar 5.25 Diagram benda bebas pada titik B

RB + Fbg sin α = 0 55.4 (kg) + Fbg sin 39 = 0 Fbh = 88.07 kg (tekan) 

Titik E


Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk Titik E merupakan titik simbul dari batang tarik, besar gaya yang diterima batang tarik dapat diketahui dari perhitungan sebagai berikut: E x DE = C x DC Dengan: E = beban C = gaya kuasa DE = lengan beban (jarak antara titik beban sampai titik tumpu) DC = lengan kuasa (jarak antara titik kuasa dengan titik tumpu) Jika titik D merupakan titik simpul dengan jarak antara titik C dengan titik D adalah 308 mm dan jarak titik D dengan E adalah 68 mm, E x 0.068 (m) = 398.2 (N) x 0.308 (m) E x 0.068 (m) = 122.64 Nm E = 1803.6 N

Gambar 5.26 Diagram benda bebas pada titik E

EF + Fed cos α = 0 180.3 (kg) + Fed cos 111 = 0 Fed = 503.6 kg (tarik) 

Titik F

Sama seperti pada posisi titik E, titk F merupakan titik simpul dari batang tarik, besar gaya yang diterima batang tarik dapat diketahui dari perhitungan sebagai berikut: Teknik Mesin FTI - ITS


F x DE = B x DC Dengan: F = beban B = gaya kuasa FG = lengan beban (jarak antara titik beban sampai titik tumpu) GB = lengan kuasa (jarak antara titik kuasa dengan titik tumpu) Jika titik G merupakan titik simpul dengan jarak antara titik G dengan titik B adalah 422 mm dan jarak titik G dengan F adalah 68 mm, F x 0.068 (m) = 554.43 (N) x 0.422 (m) E x 0.068 (m) = 233.96 Nm E = 3440 N

Gambar 5.27 Diagram benda bebas pada titik F FE + Ffg cos α = 0 344 (kg) + Fed cos 111 = 0 Fed = 960 kg (tarik) 5.6 Evaluasi Rancangan Konsep Terpilih Untuk mendapatkan desain produk yang sempurna dan ideal dibutuhkan waktu yang tidaklah sebentar, selain itu beberapa hal terkait pemenuhan fungsi berdasarkan kebutuhan seiring berjalanya waktu akan selalu mengalami perubahan atau yang dalam dunia perancangan disebut dengan istilah spriral desian,

sehingga akan selalu terjadi penyempurnaan desain setiap periode

tertentu. Berdasarkan kriteria yang telah dipilih dalam pemilihan konsep diketahui bahwa desain konsep 5 lebih unggul dibanding keempat konsep yang lain dan dari


Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk hasil analisa teradapat kelemahan dari desain tersebut, desain konsep sepeda terpilih memiliki penggerak pada roda depan dan roda belakang, roda belakang terdapat dua buah roda yang dihubungkan oleh poros yang sekaligus sebagai transmisi penggerak, hal ini membuat kedua roda saling terhubung dan terikat satu sama lain, jika dipakai berbelok atau digunakan berputar ditempat seperti digambarkan dalam gambar dibawah ini dengan posisi kemudi dibelokkan maksimal yaitu 45° maka didapatkan radius putar sebesar 1.2m, roda belakang kanan akan menempuh sejauh 1.3m dan roda belakang kiri akan menempuh sejauh 0.66m.

Gambar 5.28 Radius putar sepeda Jika : r : adalah jari-jari roda = 240 mm rk : adalah keliling roda = 1507.2 mm r1 : adalah radius putar sepeda = 1200 mm r2 : adalah radius lintasan roda terluar = 1320 mm r3 : adalah radius lintasan roda dalam = 660 mm r1k : adalah keliling lintasan sepeda = 7536 mm r2k : adalah keliling lintasan roda terluar = 8289.6 mm r3k : adalah keliling lintasan roda dalam = 4144.8 mm Maka dapat diketahui selisih dari jarak tempuh roda terluar dan roda dalam saat berputar penuh adalah


Tesis Perancangan dan Pengembangan Produk Selisih tempuh : r2k-r3k : 8289.6 mm – 4144.8 mm : 4144.8 mm : 4144.8 mm = 4.14 m Perbandingan jumlah putaran roda ketika sepeda digunakan untuk berputar 360° dengan derajat belok 45° adalah sebagai berikut. Jumlah putaran roda belakang sisi luar = jarak tempuh (r2k) / keliling roda (rk) = 8289.6 mm / 1507.2 mm = 5,5 kali putaran Jumlah putaran roda belakang sisi dalam = Jarak tempuh (r3k) / keliling roda (rk) = 4144.8 mm / 1507.2 mm = 2,75 kali putaran Karena roda belakang saling terhubung, saat sepeda digunakan berbelok pada roda belakang sisi dalam akan terjadi slip, dengan selisih perbandingan 1:2 putaran, hal ini akan membuat roda bagian dalam akan cepat aus, semakin besar selisih perbandingan jarak tempuh akan membuat roda semakin cepat aus, untuk menghindari hal tersebut salah satu alternatifnya dapat didesain sistem yang independent antara roda kanan dan roda kiri dengan memanfaatkan bearing berjenis one way clutch roller yang dipasang pada roda kanan dan kiri, bearing jenis ini adalah jenis bearing yang didesain dengan hanya bisa berputar satu arah putaran saja, ketika salah satu roda bergerak lebih cepat dibanding dengan roda yang lain maka roda yang berputar lebih cepat tidak akan berpengaruh terhadap putaran roda pada sisi yang lain, namun ketika poros penghubung kedua roda belakang berputar maka kedua roda akan ikut berputar secara bersamaan.

Gambar 5.29 One way clutch roller bearing



Halaman ini sengaja dikosongkan



BAB 6 KESIMPULAN DAN SARAN

6.1 Kesimpulan Dari pembahasan yang telah dilakukan, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: 1. Dari 5 konsep yang telah dirancang, setelah dilakukan analisa menurut fungsi dan kekuatan rangka pada masing-pmasing konsep kemudian berdasarkan matrik penilaian yaitu berdasarkan dimensi umum, dimensi lipat, berat, radius belok, keamanan dan kenyamanan maka alternatif konsep yang dipilih adalah konsep ke 5. 2. Nilai tingkat resiko cedera dengan metode RULA antara 2-3, artinya sepeda masuk dalam kategori nyaman untuk digunakan. 3. Sepeda konsep terpilih (konsep 5) memiliki berat rangka 15.263 kg, dengan radius belok 2,4 m, dimensi umum = 1477mm x 720mm x 989mm, dimensi lipat = 1129mm x 720mm x 788mm. 4. Rangka dirancang dengan mengguanakan material steel, structural ASTM A-36, dengan modulus elastisitas 200 (109 N/m2, Gpa), yield strength 250 (106 N/m2, Mpa), ultimate tensile strength sebesar 400 (106 N/m2, Mpa) dan Density sebesar 7860kg/ m3). 5. Hasil rancangan didokumentasikan dalam bentuk gambar teknik. 6.2 Saran Untuk penelitian selanjutnya disarankan: 1. Pada kriteria pemilihan konsep, selain kriteria-kriteria yang digunakan dalam penelitian ini dapat ditambahkan 1 kriteria lagi yaitu tentang kriteria fungsi terapi, terkait fungsi utama dari sepeda. 2. Kemudahan dalam mengakses sepeda bagi penderita stroke menjadi perhatian penting, oleh karena itu desain sepeda dengan frame yang rendah sangat diperlukan. Teknik Mesin FTI - ITS

125


Halaman Ini Sengaja Dikosongkan


126

DAFTAR PUSTAKA

Batan, I.M.L. (2012), Desain Produk, Edisi Pertama, Guna Widya, Surabaya. Bastian, Y. D. (2011), Rehabilitasi Stroke. RS. Mitra Keluarga, Depok. [Online]. Diakses dari: http://www.mitrakeluarga.com/depok/rehabilitasi-stroke/# Brass, L.(1992), Stroke. School of Medicine Heart Book,Yale University, Amerika serikat [Online]. Diakses dari: doc.med.yale.edu/heartbk/18.pdf. Edmans, J. A. Gladman, J. R. F. Cobb, S. Sunderland, A., Pridmore, T., Hilton, D.Walker, M. F., (2006) Validity of a Virtual Environment for Stroke Rehabilitation. Stroke, vol.37 No.11, hal. 2770–2775. Hariandja, J.R.O. (2013), Identifikasi Kebutuhan Akan Sistem Rehabitasi Berbasis Teknologi Terjangkau Untuk Penderita Stroke Di Indonesia, Parahyangan: Universitas Katolik Parahyangan. 9174, hal. 191-196. Kwakkel, G., Wagenaar, R. C., Twisk, J. W., Lankhorst, G. J., dan Koetsier, J. C., (1999). Intensity of leg and arm training after primary middle cerebral artery stroke: a randomized trial. The Lancet, vol. 354 No.9174, hal 191196 McAtamney, Lynn and Corlett, E Nigel, (1993), “RULA: A Survey Method for Investigation

of

Work-related

Upper

Limb

Disorders”,

Applied

Ergonomics, vol. 24 No. 2, hal.91-99. Rawung, A.E. (2012), http://prasetya.ub.ac.id/ berita / Disertasi Pengaruh Variasi RLF Terhadap Penderita Hemiparese html. Riva’i,M. (2013), Pengujian sepeda pasca stroke, Tesis Magister., Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya. Rodika, (2013), Rancang bangun sepeda untuk oasien pasca stroke, Tesis Magister., Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya. Sutantra, I Nyoman, (2000), Teknologi Otomotif, Teori dan Aplikasinya, Guna Widya, Surabaya.

BIODATA PENULIS Penulis Tri Andi Setiawan dilahirkan di Bojonegoro-Jawa Timur pada 28 Januari 1989, putra ketiga dari pasangan Bapak Sujono dan Ibu Kasmonah. Memulai pendidikan di MIM 19 Gunungsari (1995 – 2001), SMPM 1 Babat (2001 – 2004) dan SMAM 1 Babat (2004 – 2007), Kemudian penulis melanjutkan pendidikan ke tingkat perguruan tinggi di Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya (PPNS) Jurusan Teknik Desain & Manufaktur Diploma 4 (D4), dan melanjutkkan pendidikan di Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Surabaya jurusan Teknik Mesin (S2). Riwayat pekerjaan: Sebagai staff keuangan PAM Tirto Rejo (2006 – 2009), divisi CNC CV.Plampitan (2009-2012) dan sebagai dosen (2012 – sekarang). Aktif dalam bidang olah raga, sebagai penanggung jawab umum latihan pencak silat persaudaraan setia hati terate (PSHT) rayon selorejo (2007-2014) dan sebagai Pembina PSHT Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya (2014 – Sekarang).

PENGEMBANGAN DESAIN SEPEDA UNTUK PASIEN PASCA STROKE

Recommend Documents