ALTERNATIF DESAIN MEKANISME PENGENDALI

Transkripsi

1 LAMPIRAN

2 LAMPIRAN 1 : ALTERNATIF DESAIN MEKANISME PENGENDALI Dari definisi permasalahan yang ada pada masing-masing mekanisme pengendali, beberapa alternatif rancangan dibuat untuk kemudian dipilih dan disempurnakan. Satu hal yang sama dari ketiga mekanisme pengendalian ini adalah ketiganya menggunakan motor listrik DC sebagai sumber tenaga dan accumulator traktor sebagai sumber listriknya. Hal ini ditetapkan selain karena accumulator yang memang sudah tersedia pada semua traktor, motor DC dipilih karena kebutuhan daya penggerak relatif kecil dibandingkan motor listrik AC sehingga dapat dioperasikan tanpa menambah sumber listrik lain. Berikut alternatif desain dan konsep pengendalian masing-masing mekanisme: A. KOPLING Masalah utama pengendalian kopling adalah menekan tuas kopling hingga ke posisi maksimum dan melepasnya kembali ke posisi semula di waktu yang tepat. F F F (a) (b) (c) Ketiga gambar di atas memperlihatkan tiga alternatif mekanisme penggerak tuas kopling berdasarkan titik pemberian gaya. Gambar (a) dan (b), gaya diberikan tepat pada pedal kopling. Alternatif pertama, gaya diberikan dengan cara mendorong tuas kopling dari atas. Sedangkan pada alternatif kedua, gaya diberikan dengan cara ditarik ke bawah. Kedua alternatif ini sangat sederhana dan efektif, mengingat pemberian gaya pada titik ini sama dengan pengoperasian secara manual tanpa perlu memodifikasi pedal kopling dan jarak yang terbentuk antara posisi minimum dan maksimum penekanan relative lebih kecil. Namun, keduanya sulit diimplementasikan karena besarnya gaya yang dibutuhkan sangat tinggi. Hampir tidak mungkin mendapatkan sumber tenaga (motor DC) yang mampu menggerakkan tuas kopling pada posisi ini. Sehingga pilihan berlanjut pada alternatif mekanisme penggerak kopling yang mampu menurunkan kebutuhan tenaga namun tetap dapat menggerakkan tuas kopling sesuai

3 kebutuhan. Gambar (c) menunjukkan desain mekanisme berdasarkan konsep pesawat sederhana jenis tuas (pengungkit). Dengan memperpanjang tuas kopling, kebutuhan gaya dapat diperkecil berdasarkan rumus: W input = W output dalam hal ini W (usaha) sama dengan besarnya torsi (τ) sehingga berlaku rumus : F input x l = W output Dari rumus di atas, dapat disimpulkan bahwa untuk mendapatkan nilai output yang sama semakin panjang lengan maka gaya yang dibutuhkan akan semakin kecil. Sehingga alternatif gambar (c) dipilih sebagai konsep awal desain mekanisme pengendali kopling. Namun, beberapa hal yang juga harus dipertimbangkan adalah batasan masalah yang tidak memperbolehkan mengubah bentuk asli traktor yang berarti desain mekanisme sangat tergantung pada bentuk dan posisi komponen traktor. Pertimbangan berikutnya adalah dalam konsep pesawat sederhana jenis tuas, semakin panjang lengan yang digunakan maka jarak antara titik minimum dan maksimum (berbentuk busur lingkaran) akan semakin besar yang berarti harus memperhatikan letak dan posisi mekanisme yang akan dirancang apakah tidak mengganggu performa traktor saat dioperasikan (seperti ujung tuas menyentuh tanah, menghalangi roda depan, dan sebagainya). Setelah alternatif desain ditentukan berdasarkan titik pemberian gaya dengan mempertimbangkan masalah dan batasan masalahnya, langkah berikutnya adalah menentukan sistem transmisi gaya. Seperti yang telah disinggung sebelumnya, sumber tenaga pada mekanisme pengendalian kopling berupa motor listrik DC. Putaran dari poros motor akan dikonversi dan ditransmisikan menjadi gaya penarik tuas kopling. Sistem transmisi yang paling sesuai dengan kebutuhan ini adalah sistem transmisi menggunakan sabuk dan puli (pulley and belt). Dengan mempertimbangkan bentuk lintasan tuas perpanjangan kopling, gerak tuas dari titik minimum ke titik maksimum penekanan berupa gerak rotasi dengan titik tumpu kopling sebagai pusatnya sehingga lintasannya akan membentuk busur lingkaran. Maka mekanisme penarik harus fleksibel mengikuti lintasan tuas kopling dan kabel penarik dipilih menggantikan sabuk pada sistem transmisi ini dikarenakan sifatnya yang lentur dan cukup kuat menarik beban berat. Untuk puli yang digunakan, ukuran dan bahan yang dipilih harus sesuai kebutuhan agar puli tahan lama dan berputar tepat waktu.

4 B. AKSELERASI Serupa dengan mekanisme pengendali kopling, permasalahan dalam mekanisme pengendalian akselerasi adalah pedal akselerasi dapat digerakkan secara otomatis di waktu yang tepat. Dalam penelitian ini, akselerasi traktor akan diset pada nilai tertentu dan terus dipertahankan selama traktor beroperasi. Maka jika terjadi perubahan kecepatan, pedal akselerasi akan digerakkan hingga kecepatannya kembali seperti semula. Pergerakan pedal akselerasi yang dinamis menuntut mekanisme mampu menggerakkan pedal akselerasi kedua arah (menekan dan melepas) dan besarnya pergerakan yang relatif/tidak pasti mengharuskan peneliti mendapatkan hubungan besarnya sudut putar pedal akselerasi dan kecepatan traktor. Dalam menentukan desain mekanisme pengendali akselerasi, satu hal yang sangat penting diperhatikan yaitu ruang gerak tuas akselerasi yang sangat terbatas. Berbeda dengan mekanisme pengendali kopling, pengendalian akselerasi traktor tidak memungkinkan menggunakan desain serupa. F T (a) Gambar (a) menunjukkan tuas akselerasi traktor roda empat. Tuas tersebut terbuat dari batang silinder pejal berbentuk seperti huruf L dengan salah satu ujungnya berfungsi sebagai poros saat tuas ditekan. Gambar (b) menunjukkan desain mekanisme pengendali akselerasi. Dengan mekanisme seperti ini, pergerakan tuas akselerasi dari titik minimum ke titik maksimum penekanan tidak memerlukan ruang gerak yang besar. Posisi titik T sebagai titik tumpu batang transmisi diatur sedemikian hingga gaya gerak yang dihasilkan puli cukup untuk menggerakkan tuas akselerasi C. KEMUDI Mekanisme pengendalian kemudi didesain dengan menggunakan T-Belt (Timing Belt). Dasar pemilihan mekanisme transmisi ini adalah perbandingan transmisi daya atau putaran sumber tenaga dengan komponen yang digerakan besarnya tetap, hal ini dikarenakan T-Belt dapat melakukan transmisi seperti pada rantai sehingga tidak terjadi slip saat putaran berlangsung. Selain itu kelebihan transmisi daya dengan T-Belt adalah, kecepatan maksimum dapat lebih besar dibanding dengan V- belt (35 m/s), dan daya yang dapat ditransmisikan sampai 60 KW. (b)

5 LAMPIRAN 2 : PERHITUNGAN KEBUTUHAN TENAGA 1. Mekanisme Pengendali Kopling Dalam pengoperasiannya, kopling digerakkan dari posisi awal ke posisi maksimum penekanan seperti tampak pada gambar di bawah ini. Setelah ditekan ke posisi maksimum, pedal kopling harus ditahan selama waktu yang dibutuhkan operator untuk memindahkan tuas persneling, dan kemudian melepas pedal kopling secara perlahan-lahan. Hal ini berarti motor DC sebagai sumber tenaga pada penelitian ini selain harus mampu menekan kopling juga harus mampu menahan pedal kopling selama waktu tersebut., diketahui : F = 24 Kgf l = 0.3 m ω = 1.57 rad/s P = = = = 11.3 W F = 24 kgf Jika torsi yang ingin dihasilkan di ujung lengan tambahan sama besar, maka kebutuhan gaya (F 2 ) : = = 9.47 kgf l = 30 cm F 1 = F 2 cos 56 = 9.47 sin 56 = 7.87 kgf Dan kebutuhan tenaga adalah ; P = T x ω 56 = (F 2 x l) x ω = (F 1. Sin θ x l) x ω l = 76 cm = (9.47 Kgf.sin 56º x 0.76 m) x 1.57 rad/s F 1 = F 2 sin 56 = (7.85 Kgf x 0.76 m ) x 1.57 rad/s = 5.97 N.m x 1.57 rad/s F 2 = 9.47 N = 9.38 Watt Pada perancangan, waktu yang dibutuhkan untuk menggerakkan kopling dari kondisi kosong menjadi terinjak sepenuhnya didesain selama satu detik, dan kecepatan putar motor sebesar 1 rps, sehingga jari-jari r dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :

6 2. Mekanisme Pengendali Kemudi Mekanisme pengendali kemudi dilakukan dengan menggunakan motor DC seperti tampak pada gambar di bawah ini. Berdasarkan pengukuran awal, gaya yang dibutuhkan untuk memutar stir (F) adalah 4 kgf = N dan jari-jari stir (r 3 )= 40 cm, maka torsi yang dibutuhkan untuk memutar stir adalah : Jika kecepatan putar stir (N 2 ) maksimum yang diinginkan adalah sebesar 0.5 rps, maka dengan kecepatan putar motor DC penggerak (N 1 ) sebesar 1 rps, maka perbandingan jari-jari puli yang digunakan baik pada motor DC penggerak (r 1 ) maupun stir (r 2 ) adalah sebagai berikut : Jika puli yang digunakan pada poros motor DC berdiameter 7.5 cm maka puli pada stir berdiameter 15 cm. Sehingga torsi motor DC yang dibutuhkan adalah sebesar : Daya motor DC yang dibutuhkan dengan asumsi effisiensi 70% adalah: r 1 ω1 r 2 F r 3 ω 2 Gambar 1. Mekanisme unit pengontrol stir

7 3. Mekanisme Pengendali Pedal Akselerasi Akselerator dikontrol dengan menggunakan motor DC. Berdasarkan hasil pengukuran, yang dibutuhkan untuk menarik tuas akselerator (F 1 ) sebesar 6 kgf = N, jarak vertical yang terbentuk antara persentase akselerasi 0 dan 100% (Y 1 ) sepanjang 3 cm maka dengan mekanisme yang dibuat dengan panjang lengan F 1 (L 1 ) sepanjang 10 cm panjang lengan F (L 2 ) sebpanjang 20 cm dan dapat dihitung dengan menggunakan beberapa persamaan berikut : Pada perancangan, waktu yang dibutuhkan untuk menggerakkan tuas akselerator dari persentase 0% menjadi 100% kondisi kosong menjadi terinjak sepenuhnya didesain 2 detik, dan kecepatan putar motor sebesar 0.1 rps sehingga jari-jari r dapat dihitung dengan menggunakan persamaan : Torsi yang terjadi pada motor DC penggerak adalah sebesar : Dan daya motor yang digunakan dengan effisiensi 70% adalah sebesar : F r ω L 1 α Y 1 F 1 F Y 2 F 1 L 2 Mekanisme unit pengontrol akselerator

8

9

10

11

12

13