TUGASPROYEK TERPADU 1A

PERANCANGAN SEPEDA FLEKSIBEL

Disusun Oleh:

Nama : DEDY MUJI PRASETYO

NIM : 4313215109

Dosen : Ir. Bambang Sulaksono, MT

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS PANCASILA

JAKARTA SELATAN

2014

KATA PENGANTAR

Dengan mengucapkan puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, atas

limpahan rahmat dan karunia-Nya, sehingga penyusun dapat menyelesaikan TUGAS

PROYEK TERPADU 1A dengan judul PERANCANGAN SEPEDA FLEKSIBEL.

Penyusun menyadari sepenuhnya bahwa Laporan tugas ini masih jauh dari sempurna,

oleh karena itu dengan segala kerendahan hati, penyusun mohon para pembaca dan

pembimbing berkenan memberikan saran atau kritik demi perbaikan Laporan

berikutnya. Semoga karya ini dapat memberikan suatu manfaat bagi pembaca dan

semua pihak yang terlibat dalam penyusunan tugas ini.

Bogor, 28 september

2014

Penyusun

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR…………………………………………………… i

DAFTAR ISI .……………………………………………….…………... ii

BAB I PENDAHULUAN……………………………………………... 1

1.1. Latar Belakang…………………………………………….. 1

1.2. Maksud danTujuan……………………………………....... 1

BAB II PEMBAHASAN…………..……………….............................. 2

2.1. Landasan Teori...............…………….………………….... 2

2.2. Metode Penelitian........……………....……....................... 3

2.3. Rancang Bangun Sepeda Rangka Fleksibel………………. 4

2.4. Analisa Kekuatan Rangka………………………………… 5

2.5. Pembuatan dan Perakitan Sepeda………………………… 6

2.6. Percobaan Kayuh…………………………………………. 7

2.7. Hasil Uji Kayuh…………………………………………... 8

2.8. Analisa Gaya-Gaya Biomekanika………………………… 9

2.9. Analisa Hasil Percobaan………………………………….. 10

BAB III KESIMPULAN……………………………………….…......... 31

DAFTAR PUSTAKA..…................................………………………….. iii

BAB IPENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Beberapa ahli desain sepeda menyebutkan, bahwa dalam perancangan

sepeda, geometri rangka adalah bagian utama yang menentukan kenyamanan

sebuah sepeda untuk dikendarai. Selain dimensi, sebagai geometri dari rangka

sebuah sepeda seat tube angle (STA) adalah faktor utama yang menentukan

kenyamanan sepeda. Dari beberapa pustaka menyatakan sudut STA yang paling

ergonomis adalah antara 68º hingga 84º. Akan tetapi, penelitian tersebut

dilaksanakan di daratan Eropa dan Amerika, dimana postur tubuh pengendara

sangat berbeda dibandigkan dengan postur tubuh manusia Indonesia.

Penelitian ini memfokuskan pengaruh sudut STA terhadap

kenyamanan pengendara Indonesia. Untuk maksud tersebut, maka dirancang

dan dibuat sebuah rangka sepeda yang fleksibel, yaitu sepeda yang sudut STA

rangkana dapat diatur dan dirubah. Berdasarkan variasi sudut STA diukur

tingkat kenyamanan dan energi kayuh yang dibutuhkan pengendara sepeda. Dari

peneitian ini dapat diketahui, bahwa sudut yang paling nyaman dan efisien

untuk rangka sepeda gunung adalah 73º. Sudut STA tersebut dapat digunakan

sebagai pertimbangan dalam merancang geometri rangka sepeda, sehingga bisa

didapatkan rancangan geometri rangka sepeda yang optimal.

2.2 Maksud dan Tujuan

a) Agar dapat menentukan kenyamanan sebuah sepeda untuk dikendarai.

b) Agar mengetahui pengaruh sudut STA terhadap kenyamanan pengendara

Indonesia.

c) Agar dapat mengetahui sudut STA yang paling ergonomis untuk postur

tubuh manusia Indonesia.

d) Agar bisa didapatkan rancangan geometri rangka sepeda yang optimal.

BAB IIPEMBAHASAN

2.1 Landasan Teori

Selain sebagai alat transportasi, sepeda banyak juga digunakan untuk

realisasi kegemaran, berolah raga, lomba, sebagai model kehidupan seseorang

(human life style) di daerah perkotaan. Oleh karenanya, banyak sekali macam

dan jenis sepeda yang diancang dan dibuat oleh berbagai industri manufaktur

sepeda, baik industri di dalam negeri maupun industri di luar negeri Walaupun

demikian, secara mendasar ada tiga jenis sepeda, yaitu sepeda santai (choppy

bike), sepeda balap (sporty bik) dan sepeda gunung (montain bike). Dari ketiga

jenis sepeda tersebut, yang paling banyak dipakai oleh masyarakat adalah

sepeda gunung. Hal ini disebabkan, karena sepeda ini sangat praktis, sederhana

dan estetis. Berbagai industri manufaktur sepedapun memilih jenis sepeda ini

menjadi jenis produk utama mereka. Karena jenis sepeda ini menjadi pilihan

utama, maka geometri rangka sepeda inipun sangat bervariasi. Disamping itu

untuk menamah daya tarik da kebutuhan, sepeda ini banyak delngkapi dengan

peralatan tambahan untuk menambah kenyamanannya, seperti shock breaker,

pegas pelentur sadel dan mekanisme khusus penambah halusnya aplitudo

gerakan sepeda di atas berbagai jalanan.

Terlepas dari kelengkapan penambah tingkat kenyamanan sepeda

seperti tersebut diatas, bagian penting yang sangat berpengaruh terhadap

kenyamanan sebuah sepeda untuk dikendaarai adalah geometri rangkanya.

Geometri rangka ini sangat ditentukan oleh sudut Seat Tube Angle (STA). Sudut

STA ini adalah sudut yang terbentuk antara garis sadel (sumbu seat tube)

terhadap garis horizontal (chain stay) [Vandewalle, 1991]. Menurut Richard at

all, 2006 sudut STA yang paling ergonomis berada diantara 68º dan 84º.

Sedangkan Bachtiar Rahman dkk [Bachtiar, 2007] berdasarkan perhitungan

energi kayuh yang dibutuhkan saat mengayuh sepeda gunung dengan bantuan

software CATIA, menyatakan sudut yang paling nyaman untuk sepeda gunung

adalah 66º. Nilai tersebut didapat dari perhitungan manual risiko cidera tubuh

pengendara sepeda dengan memposisikan anggota tubuh pengendara pada

kondisi dan posisi tertentu. Nilai risiko cidera dihtung dengan metode Role

Upper Limbt Assesment (RULA) [McAtamney, 1993]. Perhitungan diverifikasi

dengan simulasi pada sofwae CATIA. Hasil penelitian tersebut diperkuat oleh

desain rangka sepeda industri manufaktur terkenal [Polygon], yang selalu

menetapkan STA tidak lebih dari 66º. Berdasarkan atas uraian tersebut, maka

pada penelitian dirancang dan dibuat sebuah rangka fleksibel yang dapat dirubah

sudut STA- nya.

2.2 Metode Penelitian

Langkah-langkah penelitian disusun mulai dari perencanaan ranga

sepeda, dengan menentukan geometri rangka secara umum, dan sudut STAnya

dirancang ntuk dapat dirubah mulai dari sudut 62º hingga 84º. Langkah

selanjutnya adalah membuat rangka dan melengkapinya dengan asesoris sepeda

secara umum. Sepeda dirakit menjadi sebuah sepeda normal, sehingga

percobaan kayuh dapat dilakukan oleh siapa saja. Untuk melakukan percobaan

dipilih 5 orang pengayuh yang mempunyai ukuran tubuh yang mirip, demikian

pula berat dan kondisi badanya. Untuk mengetahui tingkat kenyamanan sepeda,

setiap pengayuh akan diperlakukan sebgai responden yang harus membeikan

jawaban atas beberapa pertanyaan pada kondisi bagian tubuh setelah mengayuh.

Dengan variasi sudut 2, mulai dari 62-84, data-data tingkat kenyamanan dicatat,

lalu dievaluasi dengan bantuan ANOVA (statistik). Disamping itu, untuk

validasi data, dihitung juga gaya-gaya biomekanaik yang timbul pada posisi dan

kondisi tubuh pengendara saat pengayuh.

2.3 Rancang Bangun Sepeda Rangka Fleksibel

Sesuai dengan pengaruh besar sudut STA terhadap energi kayuh dan

nilai resiko cedera tubuh pengendara, maka rangka sepeda yang akan dirancang

harus dapat dirubah STA-nya dengan sudut antara 680 s/d 840. Untuk bisa

merubah sudut STA tersebut, diperlukan mekanisme komponen khusus. Berikut

ini adalah rancangan sepeda beserta bagian-bagian dan komponen rangkanya,

seperti terlihat pada gambar 1. Nama komponen penting yang dirancang untuk

dikembangkan adalah head tube (1), pivot house A (2), top tube (3), pivot hose B

(4), seat tube (5), seat stay (6), chain stay (7), dan down tube (8). Komponen

utama tersebut sangat penting, karena fleksiblitas rangka tergantung dari

komponen tersebut.

Gambar1. Rancangan sepeda rangka fleksibel

2.4 Analisa Kekuatan Rangka

Kekuatan rangka dianalisa dengan cara menghitung kekuatan material

rangka dengan beban maksimum 150 kg. Beban tersebut adalah berat

pengendara dtabah dengan berat sepeda yang lengkap. Dengan beban 150 kg

yang bekerja pada rangka, dapat diketahui gaya yang paling besar pada batang

duduk (seat stay) yaitu 2160,26 N. Batang seat stay yang terdiri dari sub

komponen, yaitu baut pengunci dan rumah poros slider penyesuai untuk sudut

STA. Analisa kekuatan kritis dilakukan pada baut pengunci, karena meneima

beban yang paling tinggi, dan padanya terjadi gerakan relatif (sliding) antara

baut dan rangka bawah. Dari analisa kekuatan material, ternyata tegangan kritis

yang terjadi pada baut lebih kecil dari pada tegangan yang diijinkan, sehingga

rancangan slider dari rangka tersebut aman dengan beban maksimum.

2.5 Pembuatan dan Perakitan Sepeda

Secara umum, rangka sepeda terbuat dari pipa aluminium, sehingga

proses manufaktur yang dominan adalah proses pemotongan pipa dan proses

penyambungan (welding). Karena rangka terbuat dari alumnium paduan Al

6061, proses penyambungan yang dilaksanakan adalah SMA welding. Pada

beberapa komponen proses manufaktur yang dibutuhkan adalah proses

pemesinan, umumnya milling dan drilling. Setelah dibuat, rangka dirakit dengan

asesories sepeda, seperti terlihat pada gambar 2.

Gambar 2. Sepeda Fleksibel

2.6 Percobaan Kayuh

Percobaan kayuh yang dimaksud adalah percobaan dengan mengayuh

sepeda dalam posisi tetap diam diatas standnya, seperti terlihat pada gambar 2.

Pada uji kayuh tersebut ada 5 orang yang melakukan kayuhan masing-masing

selama 10 menit. Sebelum mengayuh denyut nadi masing-masing pengayuh

diukur, demikian pula setelah mengayuh. Perbedaan denyut nadi sebelum dan

sesudah mengayuh merupakan tenaga kayuh yang dibutuhkan oleh seseorang.

Energi kayuh ini akan diverifikasi dengan perhitungan gaya biomekanik yang

terjadi pada saat pengendara mengayuh. Hubungan energi kayuh dan gaya

biomekanik yang terjadi pada segmen kaki sangat erat. Secara sistematik

percobaan kayuh dilakukan pada setiap perubahan sudut STA mulai dari sudut

68o hingga 84o. Selang perubahan sudut yang divariasi adalah 4, dan masing-

masing pengendara melakukan kayuhan 3 kali pada kondisi yang sama.

2.7 Hasil Uji Kayuh

Dari uji kayuh yang telah dilakjukan oleh 5 orang pengendara,

menunjukkan, bahwa semakin besar sudut STA rangka, energi kayuh yang

dibutuhkan semakin besar. Hal ini dapat dilihat pada gambar 3, dimana pada

sudut 68o membutuhkan energi kayuh terendah yaitu 1.5682 kcal (21.95 Watt).

Kenaikan energi kayuh pada sudut STA 68o hinga sudut STA 72o, tidak terlalu

signifikan, namun setelah itu perubahan energi kayuh yang dibutuhkan cukup

tajam meningkat, dimana pada sudut STA 84o rata-rata energi kayuh yang

dikeluarkan oleh pengendara tertinggi yaitu 2.1486 kcal (30.08 Watt).

Gambar 3. Hubungan antara Energi Kayuh Rata-rata dengan sudut STA

2.8 Analisa Gaya-Gaya Biomekanika

Sebagai verifikasi energi kayuh yang dikeluarkan oleh pengendara

sepeda, dilakukan perhitungan gaya-gaya biomekanika pada segmen kaki.

Gaya-gaya biomekanika pada segmen kaki yang terjad akibat perubahan sudut

STA, dapat dilihat pada gambar 4.

Gambar 4. Gaya-gaya Biomekanika pada segmen kaki pengayuh

2.9 Analisa Hasil Percobaan

Dari kedua hasil yang didapat, baik berdasaran uji coba (pengukuran)

dan perhitungan gaya-gaya biomkanika yang terjadi secara manual

menunjukkan tendensi yang sama. Artinya, sudut STA sangat berpengaruh

terhadap energi kayuh, dan semakin besar sudut STA energi meninngkat. Hal ini

juga ditunjukkan dari hasil perhitungan gaya-gaya biomekanika. Gaya-gaya

semakin naik, jika geometri rangka, khususnya sudut STA semakin besar. Gaya-

gaya yang besar akan membutuhkan energi dorong yang besar untuk

mnggerakan sepeda. Namun demikian, menurut penelitian saudari Putu

[Putu,2009], semakin besar sudut STA tingkat risiko cedera tubuh pengendara

turun, seperti terlihat pada gambar 5. Hal ini didapat dari simulasi dan

perhitungan manual denga metode RULA. Dari analisis yang telah dilakukan,

menunjukkan bahwa sudut yang besar akan membutuhkan energi kayuh yang

besar. Oleh karena itu, untuk mendapatkan rangka yang optmal, maka sudut

STA yang direkomendasikan kepada perancang sepeda adalah sudut STA 72o -

73o, dimana pada sudut tersebut energi kayuh masih relatif kecil dibandingkan

dengan energi kayuh pada sudut 84o, dan nilai risiko cedera tubuh cukup rendah,

walaupun belum ideal, yaitu nilai risiko cederanya adalah 2 [Putu, 2009].

Artinya, pada sudut STA tersebut geometri rangka optimal, karena energi kayuh

masih relatif kecil, demikian pula gaya-gaya biomekanika juga relatif kecil

dibandingkan dengan sudut diatasnya, dan sepeda aman serta nyaman

dikendarai.

STA vs Nilai RULA

0

1

2

3

4

64 68 72 76 80 84 88

STA (º)

Nil

ai

RU

LA

Nilai RULA

Gambar 5. Hasil simulasi RULA untuk mengetahui nilai risiko cedera tubuh terhadap STA [Putu, 2009].

BAB IIIKESIMPULAN

Rancang bangun sepeda rangka fleksibel, dapat membantu para perancang

sepeda untuk mengetahui geometri yang optimal sebuah rangka sepeda. Dari uji coba

yang telah dilakukan, maka dapat disimpulkan,bahwa rangka sepeda gunung yang

optimal adalah dengan sudut STA 72 o.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Garside, I. and Doran, D.A, Effects pf bicycle frames ergonomics on triathlon 10-km running performance. Journal of Sports Science 18, 825-83, 2000

[2] Heiden, T. and Burnett, A. The effect of cycling on muscle activation in the running leg of an Olympic distance triathlon. Journal Sport Biomechanics 2, 35-49, 2003.

[3] Hunter, A.M., St Clair Gibson, A., Lambert, M.I., Nobbs, L. and Noakes, T.D. Effects of supra maximal exercise on the electromyography signal. British Journal of Sport Medicine 37, 296-299, 2003.

[4] Jackson KJ, Mulcare JA, Duncan RC. The Effect Of Bicycle Seat Tube Angle On The Metabolic Cost Of The Cycle-Run Transition In Thriathletes, Journal Sport And Science And Medicine Vol 11, No.1, 2008.

[5] Putu Pusparini, I Made Londen Batan & Eko Nurmianto. Pengaruh Sudut STA Angka Sepeda Terhadap Nilai Risiko Cedera Tubuh Pengendara Sepeda, Tugas Akhir Mahasiswa Jurusan Teknik Mesin FTI-ITS, 2009.

[6] Mark D. Richard, Patrick Hills Meyer, Michael G. Miller, Timothy J. Michael. The Effect Of Bicycle Frame On Muscle Activation And Power During Wingate Anaerobic Test, Journal Sport And Science And Medicine, vol 5,p. 25-32, 2006.

[7] McAtamney, Lynn and Corlett, E Nigel. RULA: A Survey Method for Investigation of Work-related Upper Limb Dissorders, Journal Applied Ergonomics, vol. 24 No. 2, p.91-99, 1993.

[8] Rachman, Bachtiar. Pengembangan Sepeda Flexi Dari Aspek Ergonomi. Tugas Akhir Jurusan Teknik Mesin FTI-ITS, 2007.

[9] Vandewalle, H., Maton, B., Le Bozec S. and Guerenbourg, G. An electromyo-graphy study of an all-out exercise on a cycle ergo meter. International Archives of Physiology Biochemistry 99. 89-93, 1991.