Fenomena Parameter Design Pengaruh Tipe Ban dan Kontak Permukaan Jalan Terhadap Transformasi Gaya Dorong Gabungan Tingkatan Transmisi Jalan Datar

Transkripsi

1 DYN-02 Fenomena Parameter Design Pengaruh Tipe Ban dan Kontak Permukaan Jalan Terhadap Transformasi Gaya Dorong Gabungan Jalan Datar Ian Hardianto Siahaan (1, Willyanto Anggono (2 Dosen Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri Universitas Kristen Petra; Product Innovation and Development Centre Petra Christian University (1,2 Jl.Siwalankerto , Surabaya Abstrak Ban adalah merupakan salah satu komponen terpenting dari kendaraan karena peranannya dalam fungsi keamanan, stabilitas arah serta kenyamanan dari kendaraan. Dalam aplikasinya ban kendaraan dibedakan berdasarkan kondisi dari operasi, berdasarkan tipe dan ukuran serta berdasarkan struktur dari carcass atau casing. Hambatan rolling yang terjadi pada ban disebabkan oleh sifat hysterisis ban karena adanya defleksi dari ban. Akibat adanya defleksi ban pada saat rolling, dan sifat material ban yang tidak cepat kembali setelah terdefleksi. Sedangkan koefisien gesek pada berbagai kondisi jalan tergantung pada kecepatan kendaraan. Metode penelitian dengan melakukan variasi tipe ban (ban radial, ban bias), yaw, kontak permukaan jalan (aspal, batu kwarsa, dan beton) dan kecepatan kendaraan untuk memperoleh seberapa besar gaya dorong gabungan tingkatan transmisi pada kendaraan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa gaya traksi yang terbesar untuk ketiga kontak permukaan jalan terjadi pada kondisi jalan batu kwarsa dengan menggunakan ban bias, dengan variasi sudut yaw untuk berbagai kondisi bukanlah merupakan faktor dominan yang mempengaruhi traksi kendaraan tetapi dapat mengganggu kestabilan kendaran. Pemilihan tipe ban radial sebagai alternatif untuk konsumsi bahan bakar yang lebih irit dengan tingkat keamanan yang lebih baik (daya cengkeraman baik) dibanding ban bias karena memiliki F bias >F radial (konsumsi bahan bakar yang ditransformasi mesin ke roda lebih besar untuk ban bias dibanding ban radial) berkisar ± 0,5 2.5%. Kata Kunci:Hysterisis, carcass, casing Abstract Tire is an important part of automotive component to vehicle for the participate in safety, stability, and comfortly. In application tire can be classified according to operation, type and dimensions with structure of carcass or casing.. Rolling ressistance can appear to the tire cause of hysterisis and deflection. Deflection through the rolling,and behaviour of tire will not fast reverse after deflection. Adhessive coefficient of road surface depends on velocity. Result of research show that the highest traction on the three surface contact will happen on surface of sandy by using bias ply-tire, while yaw angle variation for many condition is not a dominant factor that influence of stability. Selective of radial ply tire is alternative for saving fuel consumption will be better safety factor than bias ply tire when F bias >F radial around 0,5 2.5%. Keywords: Hysterisis, carcass, casing

2 1.Pendahuluan Ban adalah merupakan salah satu komponen terpenting dari kendaraan karena peranannya dalam fungsi keamanan stabilitas arah serta kenyamanan kendaraan. Dilihat dari struktur carcass atau casing ban, maka ban dapat digolongkan atas ban bias dan ban radial. Ban bias yang sering juga disebut ban dengan serat silang yaitu dimana serat-serat penguat pada carcass atau casing disusun menyilang. Ban radial adalah ban dimana serat-serat penguat pada carcass disusun secara radial. Ban radial umumnya mempunyai aspek ratio yaitu perbandingan tinggi dan lebar lebih kecil dari ban bias. Ban radial dengan aspek ratio yang kecil secara umum mempunyai kemampuan yang lebih besar untuk menahan gaya ke samping. Kekasaran permukaan jalan adalah merupakan faktor utama yang mempengaruhi koefisien gesek antara ban dan jalan. Untuk jalan yang kering dengan permukaan yang halus akan memberikan koefisien gesek yang besar antara ban dan jalan, namun sebaliknya jika dalam keadaan basah maka akan memberi koefisien gesek yang kecil. 2.Tinjauan Pustaka Easton dan Moore melakukan studi tentang koefisen gesek, dari data yang dihasilkan dapat dirumuskan pengaruh kecepatan dan kekasaran permukaan jalan terhadap koefisien gesek ban dan jalan. (b) (a) Gbr 2.1. (a). Bias-Ply Tire (b). Radial Ply tire (b) Gbr 1.1.Tipe Ban (a) Bias, (b) Radial J.L Harned, Johnston dan sharpt juga di dapat hubungan antara koefisien gaya rem dan skid dari roda untuk berbagai jenisi kondisi jalan. JJ.Taborek dari hasil studinya memberikan Koefisien adhesi rata-rata antara ban dan jalan untuk bermacam jenis jalan. Hasil eksperimennya menunjukkan bahwa koefisien adhesi pada saat roda lock bukanlah harga terbesar. Harga Koefisien adhesi terbesar terjadi pada saat skid sekitar 15-20%. Tsuchiya Watanabe dan Matsuka memberikan hubungan antara gaya belok (samping) dengan sudut slip untuk ban gundul 2

3 dan ban baru. Terlihat bahwa pada gaya samping yang sama, ban gundul mempunyai sudut slip lebih kecil dibanding dengan ban baru disebabkan adanya konstribusi dari kembangan ban terhadap sudut slip. Philip menyatakan untuk ban bias maupun radial, gaya traksi atau gaya rem pada gaya lateral yang sama akan menaikkan besarnya sudut slip. Gbr 2.2. Momen dan Gaya pada Ban S.K Clark dari National Bereau of Standards, USA, menunjukkan bahwa ban radial umumnya mempunyai koefisien hambatan rolling lebih kecil dari ban bias, hal ini lebih terasa pada kecepatan yang lebih tinggi. Untuk ban yang tanpa kembangan mempunyai koefisien hambatan rolling yang jauh lebih kecil dibanding dengan ban kembangan. Ban yang terbuat dari karet sintetis compound umumnya mempunyai koefisien hambatan rolling sedikit lebih tinggi dibanding jika memakai karet alam. 2.1.Gaya Adhesi dan Gaya Hysteris Kekasaran permukaan jalan ditunjukkan dalam bentuk tonjolan-tonjolan yang akan kontak dengan karet dari ban. Jika gaya F terjadi tangensial pada permukaan jalan, dimana permukaan karet bergerak relatif terhadap permukaan jalan, maka karet yang elastis akan mengikuti bentuk kekasaran dari permukaan jalan. Akibat gerakan tersebut akan terjadi gaya gesekan sebesar F yang arahnya berlawanan dengan arah gerakan yang terdiri dari komponen gaya adhesi dan gaya hysterisis. F = F adh + F hyst (2.1) Dimana: F = Gaya gesekan F adh = Gaya adhesi = Gaya hysterisis F hyst Gaya hysterisis terjadi karena adanya distribusi tekanan yang tidak simetris pada karet. Jika tidak terjadi gerakan relatif antara ban dan jalan maka distribusi tekanan pada ban cenderung simetris dan gaya hysteris tidak terjadi. Jika terjadi kecepatan relatif yang makin besar maka distribusi tekanan makin tidak simetris dan gaya hysterisis akan makin besar. Jika jalan halus dan keras maka komponen gaya hysterisis tidak ada, gaya gesekan seluruhnya disebabkan oleh gaya adhesi. Sebaliknya jika permukaan jalan adalah kasar dan penuh dengan pelumasan maka komponen gaya adhesi tidak ada. Jika setiap komponen persamaan 2.1 dibagi dengan W maka di dapat persamaan koefisien gesek sebagai berikut: µ = µ adh +µ hyst (2.2) Dimana: µ = Koefisien gesek total µ adh = Koefisien adhesive µ hyst = Koefisien hysterisis Secara keseluruhan koefisien dari hambatan rolling dipengaruhi oleh banyak faktor dengan hubungan yang kompleks sehingga sangat sulit dicari perumusan matematis dari hubungan tersebut. Karena rumitnya fenomena interaksi faktor-faktor pengaruh dari hambatan rolling maka besarnya hambatan rolling masih bergantung pada hasil eksperimen. Rumus empiris pertama yang dihasilkan dari eksperimen adalah koefisien hambatan rolling (f r ) untuk ban dari kendaraan penumpang yang berjalan pada jalan beton. f r = f o + f s ( 100 Dimana: f o dan f s V V ) 2.5 (2.3) = Koefisien tergantung pada tekanan ban = Kecepatan kendaraan, km/jam 3

4 Gbr 2.3.Formasi Standing Waves pada ban Kecepatan Tinggi (a) 2. Menentukan tipe ban yang digunakan untuk analisa data. 3. Memilih model tipe kendaraan yang diuji 4. Menentukan nilai C d (drag coefficient) prototype model dengan variasi yaw 0, 5,10,15,20 o. 5. Melakukan variasi parameter kecepatan kendaraan untuk memperoleh gaya dorong gabungan pada tingkat transmisi kendaraan. 6. Menampilkan kurva parameter gaya dorong gabungan terhadap kecepatan kendaraan. 7. Melakukan analisa terhadap parameter desain yang dipergunakan. 8. Menarik kesimpulan dari pernyataan yang diperoleh Model Kendaraan yang Digunakan Dimensi Wheel base : 2820 mm W f,r :1230/1460 kg Engine: Torsi maksimum:440 Nm/3700 rpm Transmission: Transmission I : 1:3,57 ; Tranmission II : 1:2,20 ; Transmission III: 1:1,51 ; Transmission IV: 1:1,00 ; Transmission V : 1:1,51 ; Transmission VI : - Final drive ratio : 1:3, Hasil Penelitian Kontak Permukaan Jalan Aspal Kontak Jalan Aspal, Yaw = 0 (b) Gambar 2.4.Karakteristik Perilaku Ban (a) Traksi (b) Pengereman 3.Kerangka Masalah 3.1.Prosedur Masalah Adapun kerangka masalah dilakukan sebagai berikut: 1. Menentukan tipe kondisi jalan yang dilalui untuk analisa data. Tingkat Transmisi Gbr 4.1. Gaya Dorong VS Kecepatan, Yaw =0 4

5 Kontak Jalan Aspal, Yaw = 5 Kontak Jalan Batu Kwarsa,Yaw = Gbr 4.2. Gaya Dorong VS Kecepatan, Yaw =5 Gbr 4.6. Gaya Dorong VS Kecepatan, Yaw =0 Kontak Jalan Aspal, Yaw = 10 Kontak Jalan Batu Kwarsa, Yaw = Series1 Series2 Gbr 4.3.Gaya Dorong VS Kecepatan, Yaw=10 Gbr 4.7. Gaya Dorong VS Kecepatan, Yaw =5 Kontak Jalan Aspal, Yaw = 15 Kontak Jalan Batu Kwarsa, Y = Series2 Gbr 4.4.Gaya Dorong VS Kecepatan,Yaw =15 Gbr 4.8.Gaya Dorong VS KecepatanYaw =10 Kontak Jalan Aspal, Yaw = 20 Kontak jalan batu Kwarsa, Yaw = Gbr 4.5.Gaya Dorong VS Kecepatan,Yaw = Kontak Permukaan Batu Kwarsa Gbr 4.9.Gaya Dorong VS Kecepatan,Yaw=15 5

6 Kontak Jalan batu Kwarsa, Yaw = 20 Gbr 4.10.Gaya Dorong VS Kecepatan,Yaw= Kontak Permukaan Jalan Beton Kontak Jalan Beton, Yaw = Gbr 4.11Gaya Dorong VS Kecepatan, Yaw = Kontak jalan Beton, Yaw = 5 Gbr 4.12.Gaya Dorong VS Kecepatan, Yaw =5 Kontak Jalan Beton, Yaw = Gbr 4.13.Gaya Dorong VS Kecepatan,Yaw= Kontak Jalan Beton, Yaw Kontak Jalan Beton, Yaw = 20 Kecepata Kendaraan Gbr 4.15 Gaya Dorong VS Kecepatan,Yaw=20 4.Kesimpulan Dari hasil penelitian tersebut diperoleh kesimpulan sebagai berikut: 1. Gaya traksi terbesar untuk ketiga kontak permukaan jalan (batu kwarsa, beton, aspal) terjadi pada ban bias. 2. Variasi sudut yaw untuk berbagai kondisi jalan tidak banyak mempengaruhi.gaya traksi kendaraan tapi dapat mempengaruhi kestabilan. 3. Gaya traksi terbesar terjadi pada kondisi jalan batu kwarsa dan yang terkecil di permukaan jalan aspal. 4. Pemilihan ban radial sebagai alternatif untuk konsumsi bahan bakar yang lebih irit dibanding dengan menggunakan ban bias. 5. Tingkat kemanan lebih baik menggunakan ban radial dibanding ban bias karena bila rem kurang bekerja maksimal akan terjadi kecelakaan yang fatal akibat benturan besar. Referensi/Daftar Pustaka [1]Sutantra, I Nyoman (2001), Teknologi Otomotif, Surabaya, Guna Widya. [2]Denton Tom (1995), Automobile Electrical and Electronic System, Edward Arnold Division, London. [3]Jurgen, Ronald K (1995), Automotive Electronics hand Book, Mc Graw Hill Inc, New York. [4]Wong,J Y (1993), Theory of Ground Vehicle (2 nd ed), Ottawa, John Willey & Sons. Gbr 4.14.Gaya Dorong VS Kecepatan,Yaw=15 6