BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 TOTAL RESISTANCE (TAHANAN PADA KENDARAAN)

Transkripsi

1 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 TOTAL RESISTANCE (TAHANAN PADA KENDARAAN) Tahanan pada kendaraan merupakan tahanan yang terdapat pada suatu kendaraan seperti tahanan gelinding kendaraan, tahanan kelandaian atau kemiringan dan tahanan udara sehingga dapat memperoleh nilai daya mesin atau horse power pada kendaraan saat melaju di jalan Gaya Traksi dan Traksi Kritis Gaya atau tenaga yang digerakkan oleh roda diatas jalan adalah torsi engine yang melalui clutch/kopling, transmisi, propeller shaft, rear axle, roda atau ban sehingga kendaraan dapat berjalan / bergerak. Gesekan yang ditimbulkan oleh kampas kopling, gigi-gigi pada transmisi, propeller shaft, garden/ different, axle shaft dan bearing menyebabkan kerugian gesek. Kerugian ini dikompensasikan dengan suatu efisiensi faktor dalam perhitungan. Kendaraan yang mengggunakan transmisi direct drive memiliki faktor efisiensi 0,99 sedangkan untuk transmisi yang lainnya seperti automatic transmition memiliki faktor efisiensi 0,98. Berikut adalah tabel faktor efisiensi power train (transmisi dan axle). Tabel 2.1 Efisiensi Komponen power drive train No Jenis Komponen Efisiensi (%) 1. Transmisi direct drive Transmisi automatic drive Drive axle tandem Dirve axle single 95

2 6 Tractive factor adalah suatu cara untuk mengukur kemampuan sebuah kendaraan jika mempunyai GVW (Gross Vehicle Weight) yang telah ditentukan, tractive force diperoleh dengan membagi tractive effort pada satuan kg GVW. Misalnya tractive factor pada posisi gigi 3 bus FM 260 JD adalah 4904,4 kg. Tractive force adalah 32 (GVW dalam satuan 1000 kg) = 153,3 tractive factor. Ini berarti bahwa ada 153,3 tractive factor pada setiap 1000 kg GVW. Apabila tractive factor sudah diketahui, maka daya tanjak dapat ditentukan dengan menggunakan cara yang lebih mudah. Tenaga yang dimiliki oleh kendaraan: tergantung seberapa besar horse power dan torque yang dimiliki. Horse power akan diubah menjadi beberapap tingkat tenaga tarik (drawbar pull). Drawbar pull sebenarnya diturunkan dari rumus traction force (gaya traksi). Sehingga dalam drawbar pull terdapat tingkat kecepatan kendaraan terhadap beban yang dapat ditarik atau didorong. Semakin tinggi kecepatan semakin rendah tenaga tariknya. Salah satu faktor yang memperngaruhi tenaga adalah traksi kritis. Traksi kritis adalah gaya cengkeram suatu alat / kendaraan akibat adanya adesi antara roda penggerak alat tersebut dengan permukaan tanah. Tabel 2.2 Koefisien Traksi (Resashogi, n.d) No. Tipe dan keadaan tanah Roda ban Track 1. Beton kering 0,95 0,45 2. Jalan kering berbatu, ditumbuk 0,70 3. Jalan basah berbatu, ditumbuk 0,65 4. Jalan datar kering, tidak dipadatkan 0,60 0,90 5. Tanah kering 0,55 0,90 6. Tanah basah 0,45 0,85 7. Tanah gembut kering 0,40 0,60 8. Kerikil lepas/gembur 0,36 0,25 9. Pasir lepas 0,25 0, Tanah berlumpur 0,20 0,15

3 Tahanan Gelinding Tahanan Gelinding (Rolling Resistance) adalah tahanan pada roda kendaraan di atas permukaan tanah. Besarnya tahanan ini tergantung pada permukaan tanah tempat alat/kendaraan bekerja (keras, licin, lembek dll). Tanah yang lembek akan memberikan tahanan gelinding yang kecil atau kira-kira hanya 2% dari total berat kendaraan. Bagian yang mengalami Rolling Resistance (RR) secara langsung adalah bagian ban luar kendaraan, tahanan gelinding (RR) dipengaruhi oleh banyak faktor, diantaranya yang terpenting adalah: a. Keadaan jalan (kekerasan dan kemulusan permukaan jalan); semakin keras dan mulus suatu jalan, maka tahanan gelindingnya semakin kecil. b. Keadaan ban yang bersangkutan dan permukaan jalur jalan. Jika memakai ban karet, maka yang berpengaruh adalah ukuran, tekanan dan permukaan ban alat berat yang digunakan; apakah ban luar masih baru atau sudah gundul, dan bagaimana model kembangan ban tersebut. (Puri awanda, 2015) Nilai koefisien gelinding dapat mengacu pada beberapa tabel dibawah ini. Berikut koefisien gelinding dari beberapa referensi, antara lain: Tabel 2.3 Rolling Resistance Coefficient (Prima, n.d) No. Rolling Resistance Coefficient Conditions C C l (mm) 1. 0,001 0,002 0,5 Railroad Steel Wheels on Steel Rails 2. 0,001 Bicycle Tire on Wooden Track 3. 0,002-0,005 Low Resistance Tubeless Tires 4. 0,002 Bicycle Tire on Concrete 5. 0,004 Bicycle Tire on Asphalt Road 6. 0,005 Dirty Tram Rails 7. 0,006-0,01 Truck Tire on Asphalt 8. 0,008 Bicycle Tire on Rough Paved Road 9. 0,01 0,015 Ordinary Car Tires on Concrete 10. 0,003 Car Tire on Tar or Asphalt 11. 0,004 0,08 Car Tire on Solid Sand 12. 0,2 0,4 Car Tire on Loose Sand

4 8 Tabel 2.4 Koefisien Tahanan Gelinding (%) tipe permukaan Roda crawler Roda ban Biasa Radial Jalan (perkerasan 0 1,5 1,2 lentur, kaku) dengan permukaan keras dan mulus, dipadatkan dan terpelihara baik Jalan tanah dengan 0 2,0 1,7 permukaan mulus, dipadatkan dan terpelihara baik Jalan tanah dengan 0 3,0 2,5 permukaan sedikit berlumpur dan pemeliharaan tidak berkala Jalan tanah 0 4,0 5,0 4,0 5,0 berlumpue kurang terpelihara Jalan tanah 0 8,0 14,0 8,0 14,0 berlumpur tidak dipadatkan dan tidak terpelihara Pasir lepas dan 2,0 10,0 10,0 kerikil Jalan tanah sangat berlumpur 8,0 20,0 20, Tahanan Kelandaian (Grade Resistance) Tahanan Kelandaian (Grade Resistance) adalah besarnya gaya berat yang melawan atau membantu gerak kendaraan karena kemiringan jalur jalan yang dilalui. Jika sebuah kendaraan melalui jalan yang menanjak, tenaga traksi yang diperlukan akan naik pula, kira-kira akan sebanding dengan tanjakan jalan. Demikian juga bila jalan turun, tenaga yang diperlukan berkurang dengan nilai yang sama seperti jalan yang menanjak. Kelandaian adalah perbandingan antara perubahan ketinggian per satuan panjang jalan yang dinyarakan dalam persen (%). Secara praktis, tahanan kemiringan tergantung pada dua faktor, yaitu: a. Besarnya kemiringan (dinyatakan dalam %) b. Berat kendaraan itu sendiri (dinyatakan dalam ton). (Puri Awanda, 2015).

5 9 Gambar 2.1 Kelandaian (Sumber: Puri Awanda, 2015) \ Gambar 2.2 Derajat Kelandaian (Sumber: Ekaprayudha, 2012)

6 Tahanan Angin/Udara (Aerodynamic Resistance) Tahanan udara adalah gaya yang terjadi pada unit/kendaraan pada saat bergerak berupa hambatan udara atau terkait dengan luasan area muka kendaraan. Hambatan atau tahanan udara (aerodynamic drag) dapat digunakan untuk mengetahui nilai daya tahanan udara pada kendaraan yang dirumuskan pada rumus (2.6). Tabel 2.5 Koefisien Tarik (Drag Coefficient) (Kusnadi, 2017) No. Configuration Factor 1. Hd Tractor Full Aero/Van Trailer Full Aero 0,45 2. Hd Tractor Full Aero/Van Trailer Typical 0, Hd Tractor Full Aero 0,50 4. Hd Tractor Full Aero/Van Trailer Some Aero 0,54 5. Hd Tractor Full Aero/Tank Trailer Insulated 0,55 6. Hd Tractor Full Aero/Flat Trailer Some Aero (Smooth Load) 0,56 7. Hd Tractor Full Aero/Van Trailer No Aero 0,80 8. Hd Tractor Full Aero/Flat Trailer Some Aero (Rough Load) 0,80 9 Hd Tractor Full Aero/Tank Trailer Non Insulated 0, Hd Tractor Full Aero/Van Trailer No Aero 0, Md Van Truck No Aero 0, Hd Dump 0, Hd Dump No Aero 0, Hd Tractor Cat Hauler 1, Hd Tractor No Aero/Flat Trailer Some Aero 1, Frontal Area (Aerodynamic Area) Dalam perhitungan luasan area bagian depan sangat berpengaruh, karena hal ini terkait dengan aerodynamic drag (gaya tarik akibat aerodinamis). Untuk perhitungan gaya tarik aerodinamis sudah dibahas pada subbab diatas. FA = tinggi kabin x lebar kabin (2.1)

7 11 Gambar 2.3 Desain Rangka (Sumber: Hino Dutro, 2016) 2.2 PERHITUNGAN ENERGI, USAHA DAN DAYA Untuk mendapatkan energi dan daya yang dibutuhkan untuk melawan gaya-gaya diatas maka perhitungan daya yang dibutuhkan menjadi sangat berpengaruh untuk dapat menggerakkan kendaraan Energi Mekanik Energi mekanik adalah jumlah energi potensial dan energi kinetik. Energi Potensial Energi potensial adalah energi yang dimiliki kendaraan kendaaan karena menanjak pada ketinggian tertentu dari titik awal saat menanjak. Energi potensial ada karena adanya gravitasi bumi.

8 12 Energi Kinetik Energi kinetik adalah energi yang dimiliki suatu benda karena geraknya. Energi kinetik dipengaruhi oleh massa benda dan kecepatannya. Ek = (2.2) Dimana: Ek m v = Energi Kinetik (J) = Massa Kendaraan (kg) = Kecepatan Benda (m/s) Jika usaha dilakukan dalam bidang datar merupakan perubahan energi kinetik kendaraan. Sehingga dirumuskan sebagai berikut: Ek = ( ) (2.3) Daya yang Dibutuhkan Daya total yang dibutuhkan engine atau dilambangkan dengan P eng dipengaruhhi oleh daya tahan gelinding, daya tahanan kelandaian, daya tahanan aerodinamis, daya hasil dari konversi energi kinetik kendaraan, daya aksesoris kendaraan dan nilai efisiensi transmisi dari kendaraan tersebut. Parameter daya cukup komplek, berikut adalah rumusan daya atau power pada kendaraan besar. Daya mesin atau power engine yang bekerja pada suatu kendaraan adalah: a. Daya tahanan gelinding (Power Rolling Resistance) Power rolling resisitance dirumuskan sebagai berikut: P r = ( ( )) (2.4) Dimana: Pr = Power Rolling Resistance, dalam satuan (HP) V = Kecepatan Kendaraan, dalam satuan (mph) Cp = Koefisien Rolling Resistance (mengacu pada tabel 2.3)

9 13 GVW = Gross Vehicle Weight, dalam satuan (lb) 6,1 dan 0,06 = Konstanta = Konstanta b. Daya tahanan kelandaian (Power Grade Resistance) Daya untuk tahanan kelandaian dirumuskan sebagai berikut: P G = (2.5) Dimana: Pg = Power Grade Resistance, dalam satuan (HP) G = Grade dalam satuan (%) V = Kecepatan dalam satuan (mph) GVW = Berat Kendaraan/Gross Vehicle Weight, dalam satuan (lb) = Konstanta c. Daya tahanan aerodinamis (power air resistance) Untuk daya tahanan aerodinamis dapat dirumuskan dengan: P a = (2.6) Dimana: Pa = Daya Aerodinamis dalam satuan (HP) FA = frontal area dalam satuan (ft 2 ) v = kecepatan kendaraan dalam satuan (mph) Cd = koefisien gaya tarik udara (mengacu pada tabel 2.5) = konstanta d. Daya Hasil Dari Konversi Energi Kinetik Kendaraan Daya (Pk) ini merupaka hasil energi kinetik kendaraan yang dikonversikan ke dalam satuan HP. e. Daya kelengkapan kendaraan (power accessories)

10 14 Daya aksesoris atau beban kelengkapan kendaraan adalah beban daya dari AC, fan, kompresor, power steering electric, lampu-lampu dll. Total daya dari beban-beban diatas dirumuskan sebagai berikut: P acc = P fan + P ps + P ac + P c + P l + P (2.7) Daya aksesoris pada kendaraan Hino Dutro 110 SD didapat 6 HP. f. Efisiensi drive train atau mechanical efisiensi dengan rumus sebagai berikut: E DT = E T + E A (2.8) Dimana: E T = Efisiensi Transmisi (mengacu pada tabel 2.1) E A = Efisiensi Axle Drive Trains (mengacu pada tabel 2.1) g. Daya mesin (Flywheel Horsepower) Untuk menghitung daya mesin/horse power engine yang dibutuhkan kendaraan adalah sebagai berikut: P eng = (2.9) Dimana: Peng = Daya Mesin (Horsepower Engine) dalam satuan (HP) Preq = Daya Yang Dibutuhkan dalam (HP=Pa + Pr + Pg + Pk) Pacc = Daya Aksesoris dalam satuan (HP) E DT = Efisiensi Drive Train 2.3 TORSI (TORQUE) Torsi adalah tenaga untuk menggerakan, menarik dan menjalankan suatu (pulling power). Satuan untuk torsi di internasonal adalah feet/lbs, feet-pounds atau Newtonmeter (Nm). Torsi dihasilkan dari jarak dan kekuatan, jika untuk menghitung torsi bisa dikalikan tenaga dengan jarak. Mesin dari kendaraan menghasilkan torsi dan menggunakannya untuk menggerakan crankshaft. Jadi, torsi adalah tenaga yang digunakan pada suatu jarak tertentu.

11 15 Sebagai gambaran, mesin diesel truk jelas besar karena harus memiliki pulling power atau tenaga tarik yang besar untuk menarik barang dan muatan yang banyak dan berat. Dengan torsi yang besar dalam putaran mesin yang rendah tenaga geraknya tetap besar. Sehingga pengemudi tidak perlu menurunkan gigi pada saat mengurangi kecepatan untuk tetap menjalankannya pada gigi tersebut tanpa kehilangan tenaga tariknya. (andi prayoga, 2011). Torsi mesin di dapat dari perhitungan secara teoritis. Teori adalah besaran turunan yang biasa digunakan untuk menghitung energi yang dihasilkan dari benda yang berputar pada porosnya. Torsi juga dapat diperoleh dari perhitungan daya indikator dan putaran mesin yang terjadi. Analisis torsi pada mesin tentunya tidak tepat dari konsep torsi itu sendiri yang besarannya akan sangat dipengaruhi oleh faktor gaya tekan hasil pembakaran (F) dan jari-jari poros engkol pada mesin merupakan faktor tetap sehingga yang paling berpengaruh adalah besaran gaya tekan pembakaran (F). Untuk menghitung torsi roda dan torsi mesin sebagai berikut: a. Rumus torsi roda (wheel torque) T w = (2.10) b. umus torsi mesin (engine torque) T e = (2.11) Dimana: T w = Torsi roda (Nm) T e = Torsi mesin (Nm) i g = Gearbox Reduction Ratio i f = Final Drive Reduction Ratio = Efisiensi Total Transmisi P e = Daya Mesin (Kw)

12 BERAT KENDARAAN Berat kendaraan memiliki beberapa macam jenis, yaitu sebagai berikut: Karb Weight adalah penjumlahan dari berat kabin dan sasis, dengan kondisi tangki bahan bakar penuh dan juga termasuk oli dan cairan pendingin yang digunakan. Namun tidak termasuk berat ban cadangan dan tools. Apabila braket ban cadangan (spare tire carrier) dan kotak peralatan (tools box) termasuk dalam komponen standard, maka berat keduanya akan disertakan pada pengukuran. Empty vehicle weight adalah besarnya karb weight ditambah berat dari rear body (body dump) tanpa muatan. Gross vehicle weight adalah besarna empty vehicle weight, ditambah berat beban yang dapat diangkut (payload) ditambah berat penumpang (crew). Jumlah beban yang dapat diangkut (payload) adalah selisih antara GVW dan EVW. Agar dapat menjamin kestabilan kendaraan dan kapasitas berat pembebanan yang tidak melebihi kapasitas maksimum pada front dan rear axle, berat muatan dari kargo (payload) hanya terdistribusi secara tepat. Berat penumpang (weight of crew) adalah berat penumpang yang diasumsikan sekitar 65 kg atau mengikuti berat spesifik yang ditetapkan oleh pemerintah. (Hariyadi, 2014) 2.5 SEMI-AUTOMATIC CLUTCH CONTROL SYSTEM (SCCS) Perkembangan di era teknologi ini menciptakan ide-ide baru di dunia otomotif, dimana teknologi digunakan untuk memudahkan pengemudi dalam berkendara. Sistem kopling semi otomatis adalah salah satu teknologi untuk memudahkan dan juga mengurangi kelelahan pengendara saat terjadi kemacetan. Semi-automatic clutch control system merupakan suatu alat otomatisasi kopling yang digunakan untuk menggantikan pedal kopling dengan perintah otomatis dari program yang sudah dimasukkan dalam modul sehingga sistem kopling dapat bekerja tanpa injakan pedal kopling.

13 17 Modul SCCS di program dengan memasukkan perintah yang berhubungan dengan perpindahan gigi transmisi yaitu seperti rpm, speed, dan break system. Smart clutch control system di aplikasikan pada kendaraan tanpa merubah sistim kopling dan sistim transmisi, modifikasi yang dilakukan yaitu dengan mengganti fungsi pedal kopling dengan solenoid yang dihubungkan dengan SCCS. Solenoid akan mendorong master silinder setelah mendapat perintah sinyal dari SCCS. Setelah mendapatkan tekanan dari selenoid, fluida dalam master silinder lalu diteruskan ke sleave silinder. Gambar 2.4 Modul SCCS Spesifikasi KIT Semi-automatic Clutch Control System (SCCS) Setelah dibuat alat Semi-automatic Clutch Control System (SCCS) ini maka telah ditentukan spesifikasi pada alat ini. Berikut adalah tabel spesifikasi alat Semiautomatic Clutch Control System (SCCS): Tabel 2.5 Spesifikasi Semi-automatic Clutch Control System (SCCS) Spesifikasi Semi-automatic Clutch Control System (SCCS) No. Bagian Spesifikasi Keterangan Spesifikasi 1 Tegangan Operating Voltage 12V 2 Input Signal Analog 3 Dimension x 75 x 50 mm (box) - 2 m AWG 20 (kabel) 4 Material Rugged Alumunium Case 5 Aksesoris - Installation Kit - Electric Linear Aktuator - Master Silinder

14 Sistem Kerja Semi-automatic Clutch Control System Gambar 2.5 Sistem kerja SCCS Pada saat perpindahan perseneling, sinyal perintah otomatis akan masuk kedalam modul SCCS. Sinyal perintah yang masuk yaitu berupa Rpm, Speed, dan Break kendaraan. Sinyal perintah tersebut lalu diolah dalam modul, untuk di teruskan ke sistem kopling. Di sistem kopling ini solenoid akan bergerak menekan master silider karena mendapat perintah dari modul Smart Clutch Control System (SCCS). Fluida dari master silinder lalu mengalir ke slave silinder yang akan mendorong garpu pembebas untuk membebaskan plat kopling. Setelah plat kopling terbebas, perpindahan gigi transmisi bisa dilakukan. Semua sistem tersebut bekerja dengan memindahkan tuas perseneling tanpa menginjak pedal.