Getaran Mekanis - TINJAUAN PUSTAKA

DAFTAR LAMPIRAN

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.4 Getaran Mekanis

Getaran mekanis yang terjadi pada traktor tangan terpusat pada engine yang merupakan sumber tenaga penggerak. Kerja dari engine ini menimbulkan getaran mekanis dan bunyi (suara). Hal ini terjadi karena adanya perubahan frekuensi atau tekanan udara maupun suara akibat dari adanya gesekan antara komponen-komponen enjin. Sehingga menghasilkan tenaga secara keseluruhan dan perubahan bentuk energi yang terjadi dalam engine, misalnya perubahan dari energi kimia menjadi energi kinetik atau menjadi gerak translasi lainnya

Getaran pada umumnya terjadi akibat efek dinamis dan toleransi pembuatan, ketegangan, kontak dengan bagian yang berputar dan bergesek antara elemen-elemen enjin serta adanya gaya yang menimbulkan suatu momen yang tidak seimbang pada bagian-bagian yang berputar. Osilasi kecil dapat memicu frekuensi resonansi dari beberapa bagian struktur dan diperkuat menjadi sumber-sumber kebisingan (noise) dan getaran yang utama (James 1994). Getaran sinusoidal berupa gerakan harmonis sederhana dapat dilihat pada Gambar 2.

Getaran yang terjadi pada benda yang bergerak dapat disebabkan oleh beberapa faktor, antara lain gaya akibat tumbukan, gaya yang tidak konstan, gaya gesek yang tidak konstan, gaya cairan yang tidak stabil, gaya magnetik yang berfluktuasi dan interaksi gaya mekanis yang tidak stabil.

Titik proyeksi penyebab getaran berupa satu garis lurus yang panjangnya menunjukkan amplitudo getaran. Persamaan gerak dari titik hasil proyeksi tersebut adalah:

)

sin(ω

+θ

⋅

=

A

t

x

……….1 dimana :

x = jarak perpindahan titik (m) A = amplitudo

ω

= kecepatan sudut (radian/detik) t = waktu (detik)

θ

= sudut awal (radian)

Persamaan kecepatan getaran adalah turunan pertama dari persamaan gerak:

)

cos(ω

θ

ω×

+

×

=

A

t

v

……….2 dimana : v = kecepatan (m/detik)

Persamaan percepatan adalah turunan kedua persamaan gerak

)

sin(

ω

θ

ω

×

+

×

=

A

t

a

……….3 dimana : a = percepatan (m/detik2)

Getaran adalah gerakan dari benda atau sistem yang berulang dengan selang waktu tertentu yang disebut sebagai perioda. Jumlah siklus gerakan tiap satuan waktu tertentu disebut frekuensi. Amplitudo adalah jarak terjauh dari titik equilibrium, sehingga jarak total yang dilalui adalah dua kali amplitudo. Benda yang bergetar pada frekuensi yang sama dapat saling mempengaruhi dan disebut dalam keadaan beresonansi.

Berdasarkan keteraturannya, getaran dibagi menjadi getaran beraturan dan getaran tidak beraturan. Getaran beraturan adalah getaran yang gerakannya

diulang dalam selang waktu yang persis sama tiap siklus (memiliki perioda). Pada getaran tidak beraturan, gerakan terjadi secara tidak beraturan dan terjadi kembali pada waktu yang tidak tertentu.

Dalam pemakaian alat atau saat berada dalam sebuah ruangan adakalanya getaran yang timbul disekitar bisa nyaman atau tidak nyaman dirasakan oleh tubuh manusia. Getaran dengan frekuensi rendah bisa menyebabkan gangguan pada tubuh manusia. Ada tiga katagori yang dapat menyebabkan gangguan tersebut, yaitu :

a. Penyebab getaran pada seluruh tubuh manusia terjadi apabila tubuh berhubungan langsung dengan alat yang bergetar.

b. Getaran yang membuat rasa tidak nyaman dapat terjadi apabila getaran tersebut kontak langsung dengan tubuh manusia. Dan ini biasanya berfrekuensi dibawah 1 Hz.

c. Getaran melalui tangan yang disebabkan oleh beberapa proses pada kegiatan industri, pertanian, konstruksi, pertambangan dan transportasi dimana alat yang bergetar tersebut kontak langsung dengan tangan (Griffin 2006).

Getaran yang terjadi pada lingkungan kerja berpengaruh pada tubuh manusia. Hal tersebut seperti dikemukakan oleh Griffin (2006) yaitu beberapa pengaruh yang berbeda dari getaran terhadap tubuh manusia dan banyak variabel peubah yang mempengaruhi dari efek tersebut dan dapat dikatagorikan sebagai variabel luar (ektrinsik variabel) dan variabel dalam (intrisik variabel), diantaranya adalah :

Menurut Griffin (2006) untuk melakukan pengukuran getaran dan arah gerakannya meliputi tiga hal, yaitu kecepatan, percepatan yang merupakan perubahan rata-rata percepatan dan perpindahan getaran yang meliputi :

a. Besaran dari getaran itu dapat dihitung dengan perpindahan, kecepatan dan percepatannya.

b. Frekuensi getaran merupakan jumlah atau siklus getaran/det2 (Hz). Frekuensi getaran ini menyebabkan getaran dapat ditransmisikan ke seluruh permukaan tubuh.

c. Arah getaran, biasanya getaran diukur pada permukaan antara tubuh dan permukaan yang sedang bergetar pada 3 arah ortogonal yaitu pada sumbu x, y dan sumbu z.

d. Lama getaran yang terjadi merupakan jumlah waktu getaran yang dirasakan pada tubuh tergantung atas besaran kecepatan. Percepatan yang terjadi dapat menunjukkan ketidaknyamanan atau gangguan apabila percepatan berubah-ubah dari waktu kewaktu.

Ambang batas persepsi getaran mekanis pada selang frekuensi 1 – 100 Hz terhadap tubuh manusia secara umum dapat dilihat pada tabel 2 berikut ini :

Tabel 2 Skala ambang persepsi getaran ketidaknyamanan Percepatan (m/det2) Katagori ambang

10 ambang sangat berbahaya

1 ambang nyaman

0,1 ambang rasa

0,01 ambang persepsi

a. Pengaruh frekuensi dan arah getaran.

Secara fisiologi maupun phisikologi menunjukkan bahwa reaksi tubuh terhadap frekuensi getaran dan arah getaran sangat berpengaruh. Peningkatan kecepatan getaran dapat menyebabkan pengaruh yang lebih besar atau lebih kecil terhadap tubuh. Pada frekuensi yang berbeda ditunjukkan dalam besaran frekuensi (frequency weighting). Yaitu frekuensi yang dapat menyebabkan pengaruh besar yang diakibatkan oleh besar frekuensi yang terjadi. Ada beberapa faktor yang erat kaitannya dengan besaran frekuensi yang dapat diterima oleh tubuh manusia diantaranya

ditentukan oleh equevalent comfort countours. Untuk mengurangi jumlah besar frekuensi faktor multiplaying yang berbeda dapat menyebabkan perbedaan kepekaan antara sumbu getaran. Besaran frekuensi tadi (rms) kadang-kadang disebut compount ride value. Getaran yang terjadi pada beberapa sumbu sangat tidak nyaman apabila terjadi pada satu sumbu saja. Untuk mendapatkan overal ride value dihitung dengan menjumlahkan akar kuadrat ride value tersebut. Bagian yang memiliki overal ride value yang tertinggi merupakan bagian yang paling tidak nyaman yang diakibatkan oleh getaran tersebut. Overal ride value dapat juga dibandingkan dengan skala ketidaknyamanan sebagaimana ditunjukkan pada Tabel 3.

Tabel 3 Skala getaran ketidaknyaman

b. Pengaruh lama getaran

Ketidaknyamanan akibat getaran cendrung meningkat dengan meningkatnya periode getaran yang diterima tubuh. Laju peningkatan tersebut dapat dipengaruhi beberapa faktor tetapi yang paling menentukan adalah faktor percepatan pangkat 4 (empat) dan lama getaran yang dapat diterima tubuh.

2.4.1 Sumber getaran

Getaran yang terjadi pada traktor roda dua bersumber dari enjin penggerak. Besarnya getaran pada traktor tangan dipengaruhi oleh beberapa hal diantaranya getaran enjin penggerak, konstruksi komponen traktor tangan,

ukuran komponen traktor tangan, bahan komponen traktor tangan, keadaan dan jenis tanah serta kondisi operator.

Berdasarkan arah gerakannya, getaran dibagi menjadi getaran rektiliniear dan gerakan torsional. Getaran rektilinear digolongkan dalam dua bentuk, yaitu bentuk longitudinal dimana ekstensi dan kompresi terjadi secara aksial pada batang dan kawat, dan tranversal dimana gerakannya tegak lurus terhadap sumbunya. Amplitudo pada getaran rektilinear adalah dalam satuan jarak. Sedangkan getaran torsional, gerakannya memuntir dan satuan yang digunakan untuk amplitudo adalah satuan sudut.

Benda yang bergetar pada frekuensi yang sama dapat saling mempengaruhi, dan disebut dalam keadaan beresonansi. Berdasarkan kontinuitas, getaran dapat dibedakan antara getaran alami dan getaran paksa. Perbedaan dan prinsip antara keduanya adalah mengenai gaya luar yang turut berpengaruh pada sistem yang bergetar.

Apabila tidak ada peredaman (damping), getaran alami yang terjadi akan terus berlanjut. Dalam kenyataannya, energi gerak yang ada tidak dapat dipertahankan terus, akan tetapi mengalami kehilangan akibat friksi.

2.4.2 Rambatan Getaran

Getaran mekanis dapat mencapai operator melalui beberapa cara hantaran. Cara pertama, getaran dihantarkan pada seluruh tubuh pekerja melalui dasar atau badan enjin yang bergetar, yang disebut sebagai whole-body vibration. Dalam banyak hal, getaran dihantarkan ke tubuh secara lokal melalui tangan, sehingga getaran jenis ini disebut sebagai segmental vibration (Heryanto 1988).

Benda bergetar yang dipasangkan pada tumpuan dengan kaku akan menyampaikan getaran secara maksimum pada benda yang kontak langsung. Material yang keras dan padat (pejal) mempunyai nilai besar dalam meneruskan getaran yang terjadi. Berdasarkan pengetahuan ini, tanpa mempertimbangkan faktor lain, dapat disimpulkan bahwa penggunaan material logam akan dapat menimbulkan getaran yang lebih besar pada stang kemudi apabila dibandingkan dengan penggunaan material yang lebih lunak (elastis), misalnya karet, plastik atau fiber. Mengingat beban kerja traktor roda dua di lahan yang berbagai ragam dan bentuk, maka pemilihan dan penggunaan material untuk komponen traktor roda dua harus disesuaikan dengan pekerjaan dan lingkungan, dengan kata lain

perlu optimasi dan kombinasi dimensi, bentuk serta pemakaian material yang sesuai.

Getaran yang dirasakan oleh tangan dapat menyebabkan bebarapa gejala gangguan. Hubungan gejala tersebut masih belum banyak diketahui, tetapi ada lima jenis gangguan yang sudah terindentifikasi. Antara lain berupa gangguan sirkulasi, gangguan persendian, gangguan saraf, gangguan otot dan gangguan sistem sirkulasi lainnya. Dimana masing-masing gangguan tersebut dipengaruhi beberapa aspek lingkungan yang lain. Gangguan-gangguan tersebut juga diistilahkan dengan vibration syndrom atau band arm vibration syndrom. Yaitu getaran yang ditransmisikan lewat tangan. Getaran dari alat yang digunakan bervariasi dan sangat tergantung atas disain atau metode penggunaan dari alat tersebut. Oleh sebab itu tidak mungkin digolongkan setiap jenis alat apakah nyaman atau berbahaya (Griffin 2006).

2.4.3 Peredam

Peredam memiliki karakteristik yang lebih lunak dan tidak mudah dipengaruhi oleh energi akibat rambatan getaran kebagian berikutnya. Tujuan utama dari peredam getaran adalah untuk mengurangi efek dari getaran. Dalam berbagai aplikasi, peredam harus bersifat lunak, mampu menyangga beban yang diberikan dan dapat bertahan terhadap keadaan lingkungan sekitarnya. Adapun karakteristik dari karet peredam adalah :

2.4.4 Bahan peredam

Cara yang paling efektif mengurangi getaran adalah apabila pemasangan bahan peredam dilakukan pada lokasi yang dekat dengan sumber getaran dan permukaan yang diukur.

Bahan isolator yang berasal dari karet dapat ditemukan dalam bentuk yang bervariasi, didisain dengan kekakuan untuk beberapa arah. Bahan isolator ini dapat mengisolasi getaran dengan frekuensi pengusik serendah 10 Hz dan amplitudo kecil. Dengan dikembangkannya karet sintetis yang tahan minyak dan tahan panas serta kemajuan dalam teknik pengelasan karet pada permukaan logam, maka kini telah dapat dihasilkan karet pencegah getaran untuk tumpuan enjin. Karet sangat baik untuk menghambat laju getaran dan bunyi dari sumbernya. Namun karet mempunyai kelemahan karena menjadi lapuk dalam waktu yang relatif pendek dibandingkan dengan logam, dan kurang tahan terhadap minyak, panas dan asam (Sularso dan Suga 1987).

Lembaran karet busa dapat ditemukan dalam berbagai bentuk dan kekakuan. Tingkat kekakuan bahan tersebut bertambah sangat cepat dengan penambahan beban dan peningkatan frekuensi. Karet busa yang berupa sel terbuka cenderung menyerap cairan sehingga untuk penggunaannya perlu ditambahkan material berupa sel yang tertutup. Bahan ini relatif kuat, ringan dan tidak mahal, akan tetapi nilai kekakuannya bervariasi dengan perubahan suhu permukaan (Spotts 1985).

Pada kasus-kasus di atas, perhitungan didasarkan pada asumsi bahwa gaya yang bekerja tidak mengalami pengurangan. Pada kenyataannya menurut Mabie dan Ocvirk (1977), gerakan benda akan selalu berkurang, yang umumnya akibat adanya gesekan. Keadaan ini mendorong terjadinya peredaman getaran. Friksi dapat terjadi dalam bentuk tahanan akibat viskositas cairan, geseran dari permukaan benda yang bergerak, atau dapat juga akibat tahanan geser internal dari benda. Karet peredam yang banyak terdapat dipasaran adalah berupa dari bahan karet, gabus dan fiber yang mempunyai nilai friksi internal yang besar.

2.4.5 Sifat karet dan shore

Bahan karet memiliki beberapa sifat, salah satunya adalah sifat kekerasan atau merupakan sifat perlawanan karet terhadap pengaruh akibat pembebaban maupun beban kompres. Pengujian kekerasan hanya dilakukan pada karet yang divulkanisasi. Kekerasan karet tergantung pada jumlah dan jenis bahan pelunak yang digunakan dalam penyusunan campuran (komponen). Dengan demikian kekerasan suatu vulkanisasian dapat diatur menurut kehendak. Pengujian kekerasan ada dua metode, yaitu dengan metode Durometer dan metode IRHD (International Rubber Hardness Degrees).

a Metode dengan menggunakan durometer, dimana metode ini pada durometer memiliki jarum dengan ujung berbentuk tumpul dan pada saat pembebanan dilakukan, jarum keluar dari sebuah lubang bagian bawah dimana specimen

uji diletakkan. Sebuah skala pembacaan 0 - 100 untuk menunjukkan uji kekerasan yang diukur oleh pegas. Skala ini dikalibrasi menurut sebuah kurva linier dengan pembacaan 0 pada beban 56 gram (BS 2119, 1956).

b Metode IRHD (ASTM 1415 – 56 T, BS 903 : Part A 20 : 1959), pengujian kekerasan karet dengan alat ini lebih peka dibanding dengan shore durometer. Kekerasan hasil pengukuran dinyatakan dengan IRHD (International Rubber Hardness Degrees). Prinsip kerja metode ini hampir

sama dengan metode shore durometer. Perbedaannya terletak pada bentuk jarum dan kaki penekan dengan beban tetap diatas specimen uji. Selanjutnya sebuah penggetar listrik (vibrator) digunakan untuk menghilangkan gesekan antara karet dengan jarum selama proses pembebanan uji dilakukan.

Kekerasan material yang memiliki sifat elastis dan plastis dinyatakan dengan shore. Tingkatan (level) kekerasan shore berbeda-beda. Berdasarkan penggunaannya menurut ASTM (2006), secara umum tingkatan atau level (degrees) kekerasan shore dapat digolongkan dalam beberapa tingkatan seperti pada Tabel 4 berikut ini :

Tabel 4 Menentukan kekerasan shore menurut penggunaan

Type

(scale) Typical Examples of Materials Tested

Durometer Hardness (typical Uses) A

Soft vulcanized rubber, natural rabber, nitriles, thermoplastic elastomers, flexible polyacrylics and thermosets, wax, felt, and leathers

20 – 90 A B Moderately hard rubber, thermoplastic elastomers, paper

products, and fibrous materials Above 90 A

C Medium hard rubber, thermoplastic elastomers, medium-hard

plastic, and thermoplastics Below 20 D

D Hard rubber, thermoplastic elastomers, harder plastics, and rigid

thermoplastics Above 90 B

DO Moderately hard rubber, thermoplastic elastomers, and very dense textile windings

Above 90 C Below 20 D M Thin, irregularly shaped rubber, thermoplastic elastomers, and

plastic specimens 20 – 85 A

O Soft-rubber, thermoplastic elastomers, very solf plastics and

thermoplastics, medium-density textile windings Below 20 DO OO

Extremely soft rubber, thermoplastic elastomers, sponge, extremely soft plastics and thermoplastics, foams, low-density textile windings, human and animal tissue

Below 20 O

Composite foam materials, such as amusement ride safety cushions, vehicle seats, dashboards, headrests, armrests, and door panels

See Test Method F1957 Annual Book of ASTM Standards 2006, section nine rubber [ASTM 2240-05]

Selanjutnya secara khusus pada Tabel 5 memperlihatkan aplikasi dari beberapa material menurut tingkatan kekerasan shore serta pada Tabel 6 menunjukkan hasil perkiraan perbandingan antara tiga kekerasan shore berdasarkan level masing-masing, yaitu shore A, shore D dan shore OO.

Tabel 5 Kekerasan shore berdasarkan tingkatan (degrees)

Durometer Type (Shore) Applicable to these types of materials

Type A (Shore) Soft rubber & plastics Type D (Shore) Hard rubber & plastics Type 00 (Shore) Sponge & foam

Tabel 6 Perkiraan hasil perbandingan kekerasan dengan durometer

Jenis kekerasan shore

Shore A Shore D Shore OO

100 58 95 46 90 39 85 33 80 29 98 75 25 97 70 22 95 65 19 94 60 16 93 55 14 91 50 12 90 45 10 88 40 8 86 35 7 83 30 6 80 25 76 20 70 15 62 10 55 5 45

2.4.6 Metode peredam getaran

Untuk mengurangi efek negatif dari getaran enjin, perlu dilakukan modifikasi pada peralatan. Pengurangan getaran menurutnya dapat dilakukan dengan mengadakan perubahan-perubahan yaitu :

a. Mengurangi getaran yang terjadi pada sumbernya.

b. Mengurangi transmisi dari sumber getaran sampai permukaan yang diukur.

c. Mengurangi amplitudo getaran pada permukaan yang meradiasikan getaran tersebut.

Cara yang paling efektif mengurangi getaran adalah apabila pemasangan bahan peredam dilakukan pada lokasi yang dekat dengan sumber getaran dan permukaan yang diukur.

2.4.7 Pertimbangan dalam pemilihan peredam getaran

Bahan peredam untuk meredam getaran bersifat lunak yang pemasangannya bertujuan untuk mengurangi efek dari getaran yang sifatnya stabil. Untuk berbagai aplikasi, sifat yang harus dimiliki oleh bahan peredam getaran di antaranya adalah

- Cukup lunak agar sesuai dengan tingkat isolasi yang diinginkan - Mampu menyangga beban yang diberikan

- Dapat bertahan terhadap keadaan lingkungan sekitar, seperti suhu, kelembaban, uap bahan bakar dan korosi.

Secara umum pegas (logam) akan mengalami defleksi yang besarnya berbanding lurus (linear) dengan gaya yang bekerja padanya. Hal ini tidak sesuai dengan kebutuhan. Karena untuk enjin penggerak diperlukan tahanan dari pegas yang akan bertambah besar sebanding dengan gaya yang bekerja. Dalam hal ini sekalipun terjadi tarikan dari sabuk (belt) yang menghubungkan transmisi dengan enjin penggerak, maka kedudukan enjin penggerak tetap stabil dan tidak terjadi slip yang terlalu besar. Dengan demikian, akibat pemasangan peredam getaran tidak akan banyak mempengaruhi kemampuan kerja dari traktor roda dua.

2.4.8 Pegas Karet dan Neoprene

Pengetahuan tentang sifat karet untuk pembebanan belum banyak terungkap, dan perhitungan yang dilakukan hanya dapat berupa pendekatan saja. Menurut Spotts (1985), modulus elastisitas karet bergantung pada angka kekerasan durometer, sebagaimana ditampilkan pada Gambar 3.

Gambar 3 Hubungan antara angka kekerasan durometer dengan modulus elastisitas karet (Spotts, 1985)

Karet tidak mengikuti Hukum Hooke, akan tetapi kekakuannya akan terus bertambah dengan penambahan deformasi. Pada pembebanan geser, karet akan mengalami deformasi berbanding terbalik dengan berat beban yang

lebih besar bila dibandingkan dengan kompresi dan tarikan (Black dan Adams 1981), sebagaimana dapat dilihat pada Gambar 4.

Gambar 4 Kerakteristik defleksi pegas karet terhadap berbagai pembebanan (Black dan Adams 1981)

Bahan isolator yang berasal dari karet dan neoprene (elastomer) dapat ditemukan dalam bentuk yang bervariasi, didisain dengan kekakuan untuk beberapa arah. Bahan isolator ini dapat mengisolasi getaran dengan frekuensi pengusik serendah 10 Hz (Spotts 1985) dan amplitudo yang kecil (Sularso dan Suga 1987). Bahan ini relatif kuat, ringan dan tidak mahal, akan tetapi nilai kekakuannya bervariasi dengan perubahan suhu (Spotts 1985). Selain itu, sifatnya adalah tidak cenderung memperbesar getaran seperti pada pegas logam pada frekuensi pribadinya (Sularso dan Suga 1987).

Karet alam mempunyai beberapa kelemahan dan kelebihan bila dibandingkan dengan karet sintetis. Menurut Black dan Adams (1981) bahwa karet alam mempunyai sifat meredam getaran. Karet alam lebih kuat dan murah, akan tetapi mudah rusak akibat hidrokarbon, ozon serta suhu tinggi (Spotts 1985) dan asam (Sularso dan Suga 1987).

Neoprene dan karet sintetis lainnya mempunyai ketahanan yang lebih besar terhadap keadaan di atas, karet silicon secara kimia dan dapat dipergunakan pada suhu antara -750 C sampai 2000 C. Semua jenis elastomer mempunyai kecenderungan mengkerut, yaitu mengalami deformasi permanen

secara perlahan tetapi berlangsung terus-menerus dengan pembebanan yang besar, khususnya pada suhu yang tinggi (Spotts 1985).

Karet peredam yang digunakan, sebaiknya adalah yang tahan terhadap beban lingkungan kerja, akan tetapi karet tersebut lebih mahal dari karet alam yang tanpa perlakuan. Hal ini karena karet tersebut perlu perlakuan khusus dengan bahan kimia berupa Neoprene, EPDM, Chlorobutyl, Silicon, Viton dan lain-lain. Karet seperti ini lebih dikenal dengan nama karet sintetis.

Dalam dokumen Pemodelan Peredam Getaran Pada Traktor Roda Dua Dengan Jaringan Syaraf Tiruan (Halaman 36-49)