Perancangan Stewart Platform sebagai alat uji getaran irregularities pada kereta api

Ade Surya Pramudya, Dr. Eng. Ir. Agustinus Winarno, S.T., M.Eng.

2026 | Tugas Akhir | D4 TEKNOLOGI REKAYASA MESIN

Getaran pada kereta api yang disebabkan oleh ketidakteraturan (irregularities) pada rel maupun roda dapat memengaruhi kenyamanan penumpang dan keselamatan operasional. Intelligent Railway Vibration Monitoring System (IRV-MS) telah dikembangkan untuk mendeteksi getaran tersebut secara real time, namun sistem ini masih memerlukan alat uji getaran terkendali untuk memverifikasi keakuratan sensor terhadap sumber eksitasi yang terukur. Prototipe shaking rig sebelumnya masih terbatas pada satu atau dua sumbu gerak sehingga belum mampu merepresentasikan sifat multi-arah dari irregularities sesungguhnya. Penelitian ini mengusulkan perancangan vibration shaking rig tiga derajat kebebasan translasi berbasis mekanisme Stewart Platform 6 DoF yang digerakkan oleh enam motor linear dan magnetic ball joint. Parameter desain ditetapkan pada massa bergerak 8 kg, rentang frekuensi operasional 0-30 Hz, dan amplitudo puncak 10 mm. Proses seleksi komparatif menetapkan motor linear jenis ironless (tipe LMCB5) dan magnetic ball joint tipe KD-725 sebagai aktuator dan penyambung yang paling sesuai, karena keunggulan respons direct-drive, tidak adanya cogging force, dan pull force yang memadai. Simulasi kinematika terbalik terhadap geometri platform menunjukkan bahwa mekanisme mampu mereplikasi eksitasi sinusoidal pada keenam derajat kebebasan tanpa mengalami singularitas gerak. Gerakan rotasi (roll dan pitch) membutuhkan langkah aktuator (stroke) yang jauh lebih besar (hingga 72,9 mm) dibandingkan gerakan translasi murni (20-25,8 mm), yang menjadi dasar penentuan batas aman (safety margin) stroke aktuator fisik. Hasil rancangan dan data simulasi ini menjadi baseline yang valid untuk proses manufaktur alat serta pembanding data akselerasi IRV-MS di lapangan pada penelitian selanjutnya. 

Railway vibration caused by track and wheel irregularities affects passenger comfort and operational safety. The Intelligent Railway Vibration Monitoring System (IRV-MS) has been developed to detect such vibration in real time, but it still requires a controlled test rig to verify sensor accuracy against a repeatable excitation source. Previous shaking-rig prototypes were limited to one or two axes of motion, which cannot represent the multi-directional nature of real irregularities. This study proposes the design of a three-degrees-of freedom (translational) vibration shaking rig based on a 6-DoF Stewart Platform mechanism, actuated by six linear motors and magnetic ball joints. The design parameters were set at a moving mass of 8 kg, an operating frequency range of 0-30 Hz and a peak amplitude of 10 mm. A comparative selection process identified an ironless linear motor (type LMCB5) and a magnetic ball joint (type KD-725) as the most suitable actuator and connector, owing to their direct-drive response, absence of cogging force, and adequate pull force. Inverse-kinematics simulation of the platform geometry showed that the mechanism can reproduce sinusoidal excitation on all six degrees of freedom without singularity. Rotational motions (roll and pitch) required a substantially larger actuator stroke (up to 72.9 mm) than pure translations (20-25.8 mm), which was used to define the safety margin for the physical actuator stroke. The resulting design and simulation data provide a validated baseline for manufacturing the physical rig and for future comparison with field-recorded IRV-MS acceleration data.

Kata Kunci : vibration shaking rig, railway irregularities, linear motor, inverse kinematics.