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.
Top Related