IV. PERANCANGANDAN PEMBUATAN INSTRUMENTASI PENGUKURAN SLIP RODA DAN KECEPATAN 4.1.
Kriteria Perancangan Pada prinsipnya suatu proses perancangan terdiri dari beberapa tahap atau proses sehingga menghasilkan suatu desain atau prototype produk yang sesuai dengan kebutuhan. Perancangan roda bantu kelima (fifth wheel) pada penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan: 1. Putaran roda yang konstan sebagai acuan data yang aktual tanpa mengalami slip sama sekali. 2. Putaran roda bantu kelima adalah dengan menggunakan sensor & magnet yang memanfaatkan sifat elektromagnetik sebagai frekuensi sinyal pembacaan. 3. Dapat digandengkan pada traktor beban Putaran dari roda bantu ini akan sangat mempengaruhi evaluasi kinerja dari putaran roda traktor yang mengalami slip karena adanya pembebanan penarikan traktor yang digandengkan posisinya berada dibelakang traktor roda dua tersebut. Dengan begitu akan terdapat korelasi yang saling melengkapi antara putaran roda bantu kelima dengan slip yang terjadi pada pengukuran.
4.2.
Rancangan Fungsional Roda bantu kelima ini berfungsi untuk menghasilkan putaran roda yang aktual dengan cara pembacaan menggunakan metode real time, yaitu pembacaan putaran roda kelima secara aktual dideteksi oleh sensor yang mendeteksi getaran elektromagnetik. Sumber elektromagnetik berasal dari magnet-magnet kecil yang menempel disekitar lingkar velg roda bantu tersebut. Roda bantu digunakan untuk mengukur jarak tempuh. Guna memenuhi fungsi utama di atas diperlukan fungsi-fungsi yang dapat menunjang roda bantu kelima berjalan dengan baik sesuai dengan yang diharapkan untuk pengukuran slip. Pertama, fungsi roda bantu kelima adalah untuk menghasilkan putaran secara aktual dengan pembacaan putaran. Fungsi ini dapat dipenuhi menggunakan sensor sebagai pendeteksi jumlah putaran dengan membaca frekuensi elektromagnetik dari magnet yang menempel disekitar lingkar velg roda sejumlah 4 buah. Fungsi kedua adalah untuk mengetahui slip yang terjadi. Fungsi ini dapat dipenuhi dengan pengurangan kecepatan maju traktor karena beban operasi pada kondisi lapang. Hal ini adalah sebagai salah satu faktor pembatas bagi pengoperasian traktor-traktor pertanian. Slip akan selalu terjadi pada traktor baik pada saat menarik beban maupun saat tidak menarik beban sama sekali. Secara fungsional, rancangan roda bantu kelima ini berbentuk seperti roda yang dipasangkan pada sepeda anak-anak dengan menggabungkan garpu (fork) dengan roda berdiameter 20 cm.
18
4.3.
Rancangan Struktural Dalam perancangan pemilihan bahan dan bentuk rancangan yang akan digunakan merupakan suatu proses yang sangat penting dan menentukan hasil terbaik. Rancangan struktural dari alat roda bantu kelima ini dirancang sedemikian rupa sehingga akan sesuai dengan apa yang diharapkan saat pengukuran dan sesuai untuk dirangkaikan pada rangka traktor roda empat. Secara keseluruhan, rancangan roda bantu kelima ini berbentuk seperti roda bagian depan sepeda kecil yang menggunakan garpu (fork) sebagai pegangan roda, hanya saja roda yang digunakan berukuran kecil dengan diameter 20 cm. Hal ini untuk memungkinkan putaran roda secara konstan sesuai dengan kecepatan yang dihasilkan oleh traktor uji untuk menarik traktor beban, sehingga dapat mengurangi beban roda agar dapat berputar sempurna tanpa slip ditunjang dengan alur roda yang baik. Pada penelitian ini dibuat satu buah alat roda bantu kelima dengan ukuran yang sesuai dengan tinggi dan bentuk rangka traktor roda empat. Roda bantu ini terdiri atas: plat besi sebagai landasan, engsel, garpu (fork), velg dan roda karet. 4.3.1. Plat Besi Plat ini merupakan tempat dudukan atau landasan roda bantu yang disambungkan pada rangka traktor bagian bawah diantara roda kanan dan roda kiri. Sebagai penghubung antara kerangka traktor roda empat dengan roda bantu, juga sebagai bingkai yang melekat pada rangka.
Gambar 11. Plat besi 4.3.2. Engsel Engsel berfungsi sebagai sambungan yang memberikan gaya bebas pada roda bantu untuk menentukan posisi yang tepat agar roda dapat bersentuhan dengan tanah. Jenis bantalan yang menghubungkan 2 buah benda padat, biasanya memungkinkan hanya terbatas sudut rotasi antara kedua buah benda tersebut. Dua buah objek dihubungkan oleh ideal engsel berputar relatif terhadap satu sama lain tentang tetap sumbu rotasi, dibuat dari komponen bergerak.
Gambar12. Engsel
19
4.3.3. Garpu (fork) Garpu befungsi sebagai penghubung dudukan roda yang dipasangkan sehingga roda akan mempunyai jalur sehingga akan berjalan lurus pada lintasan tanah atau beton. Untuk memegang roda dan memudahkan pengguna untuk mengarahkan dan menyeimbangkan. Untuk menopang beban goncangan jalan melalui roda. Beban yang ditanggung oleh garpu adalah goncangan jalan dan beban pengemudi serta berat.
Gambar 13. Garpu (fork) 4.3.4. Velg Velg berfungsi sebagai rangka yang memberikan roda kekuatan sehingga dapat berputar dengan baik. Lingkaran luar desain logam yang tepi bagian dalam dari ban sudah terpasang, tempat ban berada. Velg yang terlalu luas dengan lebar ban dapat menghasilkan lebih banyak getaran dan kurang nyaman karena dinding samping ban tidak cukup kelengkungan yang fleksibel.
Gambar 14. Velg 4.3.5. Roda Karet Roda karet berfungsi sebagai parameter berjalan yang bersentuhan dengan tanah untuk diketahui jumlah putarannya secara teliti dan cermat. Membantu untuk menyerap getaran dan kejutan, sehingga melindungi beban juga sebagai pengurang kebisingan.
Gambar 15. Roda karet
20
4.4.
Analisis Teknik Persamaan yang digunakan untuk menghitung kekuatan bahan dalam rancangan bantalan menggunakan persamaan (8) sebagai berikut (Sularso et al, 1978). W = ݈ݔݓ.........................................................(8) Keterangan : W = Berat beban (kg) w = Beban per satuan panjang (kg/mm) ݈ = Panjang bantalan (mm) w W
= W/l 3 kg / 300 mm = 0.01 kg/mm = 2560 kg / 300 mm = 8.6 kg/mm
Persamaan yang digunakan untuk menghitung tekanan bahan dalam rancangan bantalan menggunakan persamaan (9) sebagai berikut (Sularso et al, 1978). p = ܹȀ݈݀.........................................................(9) Keterangan : p W ݈ d p
= W/ld
= = = =
Tekanan (kg/mm2) Berat beban (kg) Panjang bantalan (mm) Diameter poros (mm) 2560 kg/6000 mm2 = 0.43 kg/mm2
Jadi, tekanan maksimum yang diperbolehkan adalah sebesar 0.43 kg/mm 2. Hasil tersebut merupakan kriteria dari besi cor yang dipergunakan sebagai bantalan pada roda bantu kelima.
4.5.
Rancangan Roda Bantu (Fifth Wheel) Roda bantu atau biasa disebut dengan roda kelima pada penelitian ini tergolong dalam jenis roda tambahan yang berfungsi untuk menghasilkan putaran secara aktual dengan pembacaan putaran. Fungsi ini dapat dipenuhi menggunakan sensor sebagai pendeteksi jumlah putaran dengan membaca frekuensi elektromagnetik dari magnet yang menempel disekitar lingkar velg roda sejumlah 4 buah. Fungsi kedua adalah untuk membandingkan putaran yang dihasilkan oleh roda bantu kelima dengan putaran pada roda traktor uji. Fungsi ini dapat dipenuhi oleh hasil putaran yang terekam oleh komputer dengan metode dan cara yang sama juga putaran roda traktor uji dapat dideteksi secara presisi. Roda bantu dapat digunakan dalam pembacaan jumlah putaran secara aktual, sedangkan sensor untuk membaca gerakan magnet dengan hantaran gaya elektromagnetik. Ditunjukkan oleh Gambar 16 dan 17 berikut.
21
Letak magnet Gambar 16. Desain roda bantu dan letak magnet
Letak sensor
Gambar 17. Letak sensor pada traktor uji Pada Gambar 16 dan 17 diatas merupakan rancangan roda bantu pada penelitian ini dilengkapi instrumen power supply dan mikrokontroler yang dirancang khusus untuk membaca jumlah putaran aktual roda baik putaran roda bantu maupun roda pada traktor uji.
4.6.
Kalibrasi Load Cell dan Instrumen Getaran kalibrasi adalah proses verifikasi bahwa suatu akurasi alat ukur sesuai dengan rancangannya. Kalibrasi biasa dilakukan dengan membandingkan suatu standar yang terhubung dengan standar nasional maupun internasional dan bahan-bahan acuan tersertifikasi. Sistem manajemen kualitas memerlukan sistem pengukuran yang efektif, termasuk di dalamnya kalibrasi formal, periodik dan terdokumentasi. Kalibrasi diperlukan untuk perangkat baru, ketika suatu perangkat mengalami tumbukan atau getaran yang berpotensi mengubah kalibrasi dan ketika hasil pengamatan dipertanyakan. Kalibrasi pada umumnya, merupakan proses untuk menyesuaikan keluaran atau indikasi dari suatu perangkat pengukuran agar sesuai dengan besaran dari standar yang digunakan dalam akurasi tertentu.
22
Kalibrasi alat dilakukan dengan menggunakan traktor roda empat Yanmar seri YM330T dengan menarik roda bantu. Rpm yang dipergunakan oleh traktor adalah sebesar 1500 rpm, kemudian pengkalibrasian juga menggunakan jarak 10 meter sebagai acuan yang harus ditempuh dengan menggunakan lintasan lurus berbahan beton. Dalam hal ini kalibrasi yang dilakukan adalah untuk menghindari kesalahan indikasi atau koreksi yang setelahnya ditentukan dan disesuaikan. Load cell sebagai unit pengukur beban tarik ditampilkan dan direkam oleh handy strain meter. Sebelum alat-alat digunakan harus dikalibrasi terlebih dahulu. Proses pengkalibrasian ini diawali dengan menghubungkan load cell dengan handy strain meter. Setelah keduanya terhubung kemudian kedua benda tersebut digantungkan pada sebuah crane. Untuk langkah selanjutnya dilakukan pembebanan pada load cell. Pembebanan pada load cell dilakukan secara bertahap dengan tiga kali ulangan. Pada masing-masing pembebanan yang diberikan, nilai yang terbaca pada handy strain meter dicatat sebagai ukuran besarnya regangan yang terjadi. Load cell ditunjukkan oleh Gambar 18.
Gambar 18. Instrumen pengukur pembebanan load cell Data selengkapnya disajikan pada Lampiran 2. Dari hasil kalibrasi diperoleh persamaan kalibrasinya (Fandra, 2009), yaitu: Y = 1.962x + 0.747......................................................................(10) Dimana : y = beban tarik yang terukur (N) x = regangan (İ) Berikut ini merupakan sirkuit instrumentasi didalam rancangan elektronika yang ditunjukkan oleh Gambar 19.
IC 7805
5v 5v 0v 5v
LM324
Mikro P1 0
Gambar 19. Sirkuit Instrumentasi
23
