Mass pressure ratio sebagai parameter karakteristik dinamis pegas udara berdasarkan analisa data transien mode lateral

Mass pressure ratio sebagai parameter karakteristik dinamis pegas udara berdasarkan analisa data transien mode lateral. Getaran yang timbul pada saat mesin beroperasi dapat menimbulkan gangguan. Gangguan itu dapat dikurangi dengan menempatkan isolator getaran. Kwalitas isolator getaran ditunjukan oleh angka Transmition Ratio. Besarnya angka itu tergantung dari karakteristik dinamis isolator. Pegas udara merupakan salah satu bentuk isolator getaran. Tujuan penelitian ini adalah mencari hubungan antara Mass Pressure Ratio dengan karakteristik dinamis pegas udara. Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Getaran dan Akustik di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada dengan benda uji terbuat dari ban dalam roda Vespa yang dimodifikasi sehingga menjadi pegas udara. Analisa data dilakukan berdasarkan respon transien dari pegas udara (sistem bergetar bebas). Hasil penelitian menunjukan adanya hubungan yang signifikan antara Mass Pressure Ratio dengan karakteristik dinamis pegas udara.

Kata Kunci : isolator getaran, Transmition Ratio, karakteristik dinamis, Mass Pressure Ratio, respon transien.

PENDAHULUAN

Getaran yang timbul, baik pada mesin-mesin produksi, mesin-mesin pembangkit energi, mesin-mesin kendaraan, atau akibat lintasan yang tidak rata pada alat transportasi dan lain sebagainya, dapat menimbulkan gangguan. Gangguan itu dapat menyebabkan
antara lain ketidak nyamanan operator pada mesin produksi, ketidaknyamanan operator maupun penumpang pada alat transportasi, alat ukur yang menjadi tidak presisi, timbulnya kebisingan dan merusak konstruksi gedung di mana mesin ditempatkan. Tentu saja masih banyak lagi masalah yang timbul akibat getaran itu.

Usaha untuk mengurangi gangguan itu dilakukan dengan menempatkan isolator getaran. Isolator getaran pada dasarnya adalah sebuah komponen mesin yang mempunyai sifat konstanta pegas (K) dan koefisien redaman viskos (C) yang tersusun secara paralel. Kwalitas isolator getaran dinyatakan dengan Transmition Ratio (TR). Transmition Ratio adalah perbandingan amplitudo massa yang menderita getaran dengan amplitudo penggetar. Besarnya TR tergantung dari karakteristik dinamis isolator (Rao, 1995). Karakteristik dinamis itu adalah K, frekwensi alami ( f_n ) dan damping ratio (ς).

Pegas udara merupakan salah satu pilihan untuk meredam getaran. Pilihan itu dimungkinkan karena pegas udara mempunyai sifat pegas dan redaman. Disamping itu pegas udara dapat dibuat dengan mudah dan murah. Namun demikian pemakaian pegas udara sebagai isolator getaran di Indonesia belum memasyarakat. Untuk itu pemakaian pegas udara perlu disosialisasikan. Tetapi agar tidak terjadi mal function dalam penggunaannya, perlu dilakukan lebih dulu riset-riset mengenai pegas udara.

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui hubungan Mass Pressure Ratio (MPR), yaitu massa yang menderita getaran (terletak di atas isolator) dibagi dengan tekanan udara di dalam bellows, dengan karakteristik dinamis pegas udara, yakni : K dan ς . Penelitian ini dibatasi hanya pada satu buah benda uji (pegas udara) yang terbuat dari ban dalam roda Vespa yang dimodifikasi. Analisa data hanya dilakukan terhadap respon transien (analisa getaran bebas) mode lateral.

Penelitian Terdahulu (Previous Work)

Macinante (1977), pada Symposium on Noise and Vibration in Industry, 29-30 Agustus 1977, di Perth menyatakan bahwa frekwensi alami pegas udara dapat dijaga konstan sepanjang tinggi pegas dijaga konstan.

Schwarb (1999) menggunakan pegas udara sebagai landasan peluru kendali ketika peluru itu diuji karakteristik getarannya. Terlihat bahwa kinerja pegas udara lebih baik dibanding bila peluru digantung pada kabel baja.

Dorier dan Brown, ( - ) ,mendiskusikan kemungkinan penggunaan pegas udara sebagai dudukan alat ukur pada mesin-mesin produksi.

Dasar Teori

Sebuah sistem satu derajat kebebasan dengan redaman dapat dimodelkan sebagai sebuah massa M (kg) yang ditumpu dengan pegas yang mempunyai konstanta pegas K (N/m) dan peredam yang mempunyai koefisien redaman (viskos) C (kg/s) seperti gambar 1.

Gambar 1 : Sistem Satu Derajat Kebebasan Dengan Redaman

CARA PENELITIAN

Benda uji yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebuah pegas udara yang dibuat dari ban dalam roda Vespa sebagai bellows dan plat baja tebal 5 mm sebagai upper cover dan lower cover. Massa upper cover lengkap dengan perlengkapannya adalah 3,7796 kg. Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah accelerometer, charge amplifier, band pass filter dan anlyzer. Rangkaian benda uji dan alat penelitian seperti terlihat pada gambar 2.

Keterangan gambar

1. benda uji

2. accelerometer

3. charge amplifier

4. band pass filter

5. analyzer

Gambar 2 : Rangkaian benda uji dan alat uji

Penelitian ini dilakukan dengan cara memukul upper cover, dengan pemukul gong, sekali saja. Getaran yang timbul pada upper cover menyebabkan accelerometer ikut bergetar. Oleh accelerometer getaran mekanis diubah menjadi sinyal gelombang listrik yang berupa tegangan listrik. Tegangan listrik itu diperkuat oleh charge amplifier dan diteruskan ke analyzer melalui band pass filter. Pada layar analyzer tertampil gelombang tegangan listrik sesuai dengan getaran upper cover, yang berupa getaran bebas teredam ringan sinusiodal. Pengujian dilakukan untuk tekanan bellows dari 90 cm.k.a (cm. kolom air) sampai dengan 15 cm.k.a dengan langkah 5 cm.k.a

Pengambilan Data

Untuk setiap pengujian dicatat besarnya amplitudo (X), minimal 15 buah dan harus berurutan, dari tampilan analyzer yang berupa kurva amplitudo getaran bebas teredam ringan. Disamping itu juga dicatat nilai frekwensi alami teredamnya (fnd) dari tampilan Fourier Spectrum. Diukur pula tinggi pegas ( dipergunakan dalam menghitung volume udara ).

KESIMPULAN

1. Pegas udara mempunyai karakteristik dinamis sehingga dapat digunakan sebagai isolator getaran.

2. Ada hubungan yang signifikan antara MPR dengan karakteristik dinamis pegas udara.

3. Apabila rumusan yang diberikan Thomson digunakan untuk menghitung konstanta pegas dari pegas udara, maka rumusan tersebut masih harus dikoreksi dengan S_fc yang merupakan fungsi polinomial pangkat 0,21 dari MPR.

4. Besarnya damping ratio pegas udara merupakan fungsi polinomial pangkat 2 dari MPR.