9
BAB II
DASAR TEORI
2.1. DIFFERENTIAL
Differential atau sering dikenal dengan nama gardan ( Bahasa Inggris :
diffferential ; yang berarti pembeda ) adalah komponen yang ada dalam
rangkaian penggerak ( power train ) kendaraan / alat berat yang mempunyai fungsi utama utama untuk membedakan putaran roda kiri dan kanan pada saat unit sedang berbelok. Tujuannya agar unit dapat berbelok dengan baik tanpa membuat kedua ban menjadi slip atau tergelincir. Gardan juga berfungsi untuk merubah gerak putar poros propeler menjadi gerak maju atau mundur pada roda. Komponen ini juga sebagai penerus tenaga yang mengubah putaran axial dari transmissi menjadi gerakkan linear ke kiri dan ke kanan kearah roda, dengan
differential roda kiri dan kanan memungkinkan untuk berbeda arah putarannya.
Differential membagi torque selalu sama pada final drive kiri maupun putarannya.
2.1.1. Jenis-Jenis Differential
Differential di pasang pada unit dengan menggunakan roda atau wheel.
Sedangkan bevel gear biasanya di pasang pada unit atau alat berat yang menggunakan track atau rantai besi. Jenis – jenis differential ada 4 jenis yaitu :
1. Standar differential,
2. Nospin Differential,
3. Limited Slip Differential,
4. Locking Differential.
2.1.1.1. Standar Differential
Differential ini membagi torque selalu sama pada final drive kiri maupun
kanan. Tipe ini kurang efisien bila mesin / unit dalam kondisi slip. Jenis ini biasanya dipasang pada kendaraan dengan 4 wheel drive. Pada off high way truck yang menggunakan differential standar ini di pasang AETA ( Automatic
Electronic Traction Aid )
Gambar 2.1. Komponen Standar Differential
Komponen standard differential adalah : Differential case
Pinion gear atau spider gear Side gear
Spider shaft
Differential Case
Differential case assembly merupakan tempat komponen-komponen dari
differential group. Bevel ring gear di baut dengan case assembly. Case assembly
akan memutarkan spider shaft dan pinion gear yang bersilangan dengan side gear untuk memutarkan final drive sun shaft.
Pinion Gear
Pinion gear atau spider gear bergerak berrotasi dan berevolusi mengikuti putaran
spider shaft dan memindahkan tenaga dari differential case ke side gear dan
kemudian ke sun shaft. Pinion gear akan berputar berotasi (berputar pada sumbunya) hanya pada saat berbelok atau slip, sehingga putaran roda kiri dan kanan akan berbeda.
Spider Shaft
Spider shaft digerakkan oleh differential case dan sebagai tempat dudukan pinion
gear.
Side Gear
Side gear di-spline ke sun gear shaft. Pinion gear akan menggerakkan side
Gambar 2.2. Overall Standar Differential
( reff; http://delvinbudiprasetya.blogspot.com/2012/12/differential.html ; Selasa, 8 Apr 14 ; 15:00 )
2.1.1.2. Nospin Differential
Sistem ini merupakan jenis differential yang dapat mengunci secara otomatis (automatic locking) yang memaksa kedua roda untuk berputar dengan kecepatan yang sama dalam kondisi apapun. Differential ini secara efektif mengunci seluruh roda dan mengalirkan torque sampai 100% dari torque yang tersedia ke salah satu roda jika di perlukan. Ketika berbelok, roda luar menjadi tidak terhubung
(disengage) dan berputar lebih cepat, kemudian mengalirkan torque ke roda yang
berputar pelan. Bila putaran salah satu roda melebihi putaran penggerak atau over run,
No-Spin differential akan memutuskan hubungan dengan roda yang berputar lebih
cepat tadi dengan cara memisah kan spider shaft dari jaw clutch. Roda yang berputar lebih cepat tadi akan bebas. Semua torsi dan kecepatan akan dikirimkan ke roda yang putarannya lebih lambat. Differential ini biasanya di pakai pada unit wheel loader,
Gambar 2.3. Nospin Differential ( reff : Modul BMS PT. “B” )
2.1.1.3. Limited Slip Differential
Limited slip differential merupakan jenis differential yang dapat mengunci
(locking type) yang di rancang untuk menyalurkan tenaga yang sama ke kedua roda. Limited slip differential ini dapat menyalurkan tenaga yang hilang dari sisi yang bertraksi kecil ke sisi yang bertraksi besar. Pada differential jenis ini terdapat dua multidisc clutch. Setiap clutch menghubungkan side gear dengan rotating
housing. Kedua roda akan digerakkan dengan torsi dan kecepatan yang sama saat
bergerak lurus bila kondisi pijakan kedua roda cukup bagus. Pada standard
differential, bila machine di angkat dan salah satu roda di rem, roda lainnya akan
berputar lebih cepat. Pada limited slip differential, clutch membuatnya lebih sulit terjadi karena faktor yang meningkat secara proporsional terhadap torsi input. Efek penguncian terjadi karena adanya gesekan internal pada gaya pemisahan dalam
differential akan menekan clutch pack. Ini mengakibatkan torsi pada roda yang
berputar cepat akan disalurkan ke roda dengan kondisi pijakan yang bagus.
Differential ini merupakan pengembangan langsung dari standar
clutch pack, pinion gear, pinion shaft dan actuator housing. Differential jenis ini
biasanya dipakai pada unit wheel loader, integrated tool carrier dll.
Gambar 2.4. Limited Slip Differential ( reff : Modul BMS PT. “B” )
2.1.1.4. Locking Differential
Sistem ini tidak secara otomatir bekerja tapi di kendalikan oleh operator. Apabila lock di aktifkan maka roda kiri dan kanan akan berputar dengan torque
yang sama. Dan apabila lock tidak diaktifkan maka sistemnya sama dengan standar differential.
Differential lock umumnya digunakan pada motor grader. Differential jenis ini
dapat diaktifkan dan dikunci menggunakan differential switch pada kabin operator. Bila operator menginginkan machine bergerak lurus maka differential harus di kunci. Hal ini mengakibatkan semua torsi dipindahkan ke empat roda tandem pada semua kondisi pijakan. Untuk mengurangi radius belok machine dan untuk mengurangi keausan pada ban maka differential lock harus dimatikan.
Differential untuk motor grader memiliki clutch antara side gear kiri dan
differential housing. Saat differential terkunci, solenoid akan mengalirkan oli ke
belakang piston untuk meng-engage-kan clutch sehingga side gear kiri akan berputar dengan kecepatan yang sama dengan rotating housing. Pinion gear tidak akan berputar pada porosnya sebab spider shaft & side gear berputar dengan kecepatan yang sama. Pinion gear akan menahan side gear satunya. Kedua axle
shaft (kiri dan kanan) kemudian akan berputar dengan kecepatan yang sama
dengan rotating housing. Bila differential switch di-off-kan, solenoid akan menutup aliran oli menuju clutch pack sehingga kedua side gear akan berputar bebas. Differential lock mendorong salah satu dari side gear agar ber putar bersama rotating housing. Ini mengakibatkan differential bekerja seperti solid axle dan memindahkan semua torsi ke kedua roda (kiri dan kanan). Hal ini menyebabkan kedua roda berputar dengan kecepatan yang sama, tanpa terpengaruh kondisi pijakan. Komponen dalam differential lock ini adalah : pinion, bevel gear, carrier,, spider
di beberapa dump truck yang digunakan di tambang seperti dump truck batubara dan pengangkut tanah penutup batubara ( overburden ).
Gambar 2.5. Locking Differential ( reff : Modul BMS PT. “B” )
2.1.2. Bagian Utama & Cara Kerja Differential
Differential terbagi menjadi 2 bagian : 1. Final Gear
Final gear terdiri dari komponen drive pinion dan ring gear. Fungsi dari final
gear adalah untuk memperbesar momen ( torque ) dan merubah arah putaran
hingga sebesar 90o.
Gambar 2.7. Bagian Final Gear & Differential Gear ( reff ; modul isuzu ) Tipe Final Gear terdiri dari 2 jenis :
Tipe Hypoid Bevel Gear
Gambar 2.8. Hypoid Bevel Gear ( reff ; modul training astra )
Offset Ring gear
Drive pinion
Keterangan :
1. Pinion Gear
2. Crown Gear / Ring Gear 3. Differential Gear
Tipe ini digunakan pada unit untuk penggerak roda belakang (rear axle), dimana drive pinion terpasang offset dengan garis tengah ring gear / crown
gear. Keuntungan tipe ini adalah
mempunyai suara yang di halus saat dioperasikan.
Tipe Helical Bevel Gear
Tipe ini digunakan pada unit untuk penggerak roda depan (front
axle). Keuntungan dari gear ini adalah memiliki keuntungan bunyi dan
getaran lebih kecil dan momen / torque dapat di pindahkan dengan halus.
Gambar 2.9. Helical Bevel Gear ( reff ; modul training astra )
2. Differential Gear
Differential gear adalah gear yang terdiri dari side gear (sun gear)
dan pinion gear ( planetary gear ). Fungsi dari differential gear adalah
untuk membedakan kecepatan putar dari kedua roda baik roda kiri maupun roda kanan saat berbelok.
Sun gear atau side gear terdiri dari 2 gear sedangkan planetary
terdiri dari 4 gear. Dimana planetary gear bergerak mengelilingi sun gear
( side gear ). Fungsi planetary gear mampu menjalankan fungsi sebagai
Gambar 2.10. Bagian Differential Gear ( reff ; modul isuzu )
Cara kerja Differential : Pada saat jalan lurus.
Selama kendaraan berjalan lurus, poros roda-roda belakang akan diputar oleh drive pinion melalui ring gear differential case, roda-roda gigi differential pinion Shaft, roda-roda gigi differential pinion,gigi side gear tidak berputar , tetap terbawa kedalam putaran ring gear. dengan demikian putaran pada roda kiri dan kanan sama.
Gambar 2.11. Differential saat jalan lurus ( reff : Modul BMS PT. “B” ) Keterangan :
1. Planetary Gear 2. Sun Gear 3. Spider Joint
Pada saat membelok.
Pada saat kendaraan membelok ke kiri tahanan roda kiri lebih besar dari pada roda kanan. Apabila diferensial case berputar bersama ring gear maka pinion akan berputar pada porosnya dan juga pergerak mengelilingi side gear sebelah kiri, sehingga putaran side gear sebelah kanan bertambah, yang mana jumlah putaran side gear satunya adalah 2 kali putaran ring gear. Hal ini dapat dikatakan bahwa putaran rata-rata kedua gigi adalah sebanding dengan putaran ring gear.
Belok kanan :
Gambar 2.12. Differential saat belok kanan ( reff : Modul BMS PT. “B” )
Drive pinion memutarkan ring gear, rign gear memutarkan differential
case, diferential case menggerakkan pinion gear melalui pinion shaft dan pinion
gear memutarkan side gear kiri mengitari side gear kanan karena tahanan roda
kanan lebih besar, sehingga menyebabkan putaran roda kiri lebih besar, sehingga menyebabkan putaran roda kiri lebih besar dari roda kanan.
Belok kekiri :
Gambar 2.13. Differential saat belok kiri ( reff : Modul BMS PT. “B” ) Drive pinion memutarkan ring gear, ring gear memutarkan differential case,
differential case menggerakkan pinion gear melalui pinion shaft dan pinion gear
memutarkan side gear kanan mengintari side gear kiri karena tahanan roda kiri lebih besar, sehingga menyebabkan putaran roda kanan lebih besar dari roda kiri. Salah satu roda masuk lumpur :
Saat satu roda masuk kedalam lumpur maka roda yang masuk lumpur tersebut mempunyai tahanan kecil, sehingga sulitnya mengeluarkan roda dari lumpur.
2.1.3. Perhitungan Ratio Differential
Perhitungan gear ratio differential di pengaruhi oleh final gear yaitu perbandingan gigi antara ring gear ( crown gear ) dengan pinion gear. Karena perbandingan gear ini yang langsung diteruskan ke roda sebagai output dari
differential. Sedangkan differential gear sendiri hanya berfungsi sebagai pembeda
putaran. Sehingga secara perhitungan gear ratio tidak di perhitungkan sebagai bagian dari output power atau torque.
Berikut ini beberapa perhitungan terkait dengan Gear Ratio Differential : 1. Rumus Gear Ratio Differential adalah :
( 2.1 ) 2. Jumlah putaran ring gear dapat dirumuskan sbb :
( 2.2 )
Tabel 2.1. Putaran Ring Gear dalam RPM ( reff ; modul training astra )
3. Road Speed ( Kecepatan Jelajah dalam km/jam )
(2.3) GR =
Jumlah gigi ring gear
Tabel 2.2. Tyre Revolution per Kilometer ( reff ; Vehicle Standar Buletin )
No Tyre Size Tyre Rev. per Km
1 9 R 22.5 345 2 10 R 22.5 325 3 11 R 22.5 315 4 12 R 22.5 305 5 13 R 22.5 295 1 255 / 70 R 22.5 355 2 275 / 70 R 22.5 345 3 275 / 80 R 22.5 330 4 295 / 80 R 22.5 320 5 315 / 80 R 22.5 320 6 385 / 65 R 22.5 315 7 425 / 65 R 22.5 300 8 445 / 165 R 22.5 290 1 8.25 * 16 385 1 8.25 * 20 345 2 9.00 * 20 325 3 10.00 * 20 315 4 11.00 * 20 310 5 12.00 * 20 295 6 13.00 * 20 285 7 14.00 * 20 270 1 10.00 * 22 345 2 11.00 * 22 325 1 11.00 * 24 280 2 12.00 * 24 270
2.2. MAXIMUM DAN CRUISING ROAD SPEED
Dalam pembahasan kecepatan atau speed sangat dipengaruhi juga oleh
differential. Dalam hal ini adalah terkait dengan perbandingan gigi atau Gear
Ratio Differential. Ada 2 speed yang akan kita bahas yaitu : maximum road speed
Maximum Road Speed :
Maximum road speed adalah kecepatan berjalan kendaraan pada saat unit
sedang beroperasi yang dicapai sampai puncaknya. Road speed sering dinilai tidak tepat. Top speed ( kecepatan puncak ) mungkin merupakan kecepatan yang tidak layak atau secara praktikal tidak ekonomis dari sudut pandang aplikasi alat. Apabila kecepatan tertentu tidak dihasilkan dari rangkaian penggerak ( power
train ), maka biasanya engine yang menjadi penyebab kurangnya daya / power.
Faktor – faktor berikut ini harus di pertimbangkan dalam mengukur kecepatan, yaitu ; beban & muatan unit, kondisi jalan, angin dan ketinggian
Cruising Road Speed :
Cruising road speed / kecepatan jelajah merupakan faktor yang sangat signifikan
mempengaruhi konsumsi bahan bakar, sehingga diharapkan pemakaian bahan bakar lebih ekonomis. Setidaknya ada 5 faktor utama yang mempengaruhi konsumsi bahan bakar :
- Driver / Operator
- Kecepatan kendaraan / unit - Aerodinamika
- Suhu ambient
- Beban kendaraan ( muatan atau kosongan )
Operator dengan skill terbaik dalam fleet tertentu dapat menggunakan bahan bakar lebih irit sekitar 20% dibanding operator lainnya yang kurang trampil pada pekerjaan yang sama. Pada kecepatan 89 km/jam atau lebih, dan atau setiap penambahan kecepatan, akan memungkinkan terjadinya loss ( kehilangan )
0,0425 km/lt dari konsumsi bahan bakarnya. Kondisi yang cukup sensitif ini dapat di pengaruhi oleh aerodinamika kendaraan. Dalam kombinasi prime mover – trailler, prime mover sendiri secara aerodinamis mempengaruhi konsumsi bahan bakar sekitar 0,2126 km/lt. Pada perubahan temperatur ambient dari 21o C ke – 4oC, konsumsi bahan bakar juga terpengaruh sekitar 0,3189 km/lt. Dan juga sebaliknya kepadatan udara pun sangat berdampak terhadap fuel consumption. Untuk bahan bakar API 38, saat cuaca dingin konsumsi bahan bakar pun terpengaruh sekitar 0,064 km/lt, lain hal nya dengan bahan bakar API 35 yang lebih baik dibanding API 38. Cruising speed dan max. speed harus di hitung terlebih dahulu sebelum memilih engine yang tepat bagi pengguna.
2.3. GRADEABILITY
Gradeability didefinisikan sebagai grade maksimum kendaraan yang bisa
di toleransi tanpa kehilangan kecepatan gerak. Biasanya, kemampuan menanjak didefinisikan pada gigi tertinggi. Rata-rata penggunaannya, gradeability terjadi pada torsi puncak di gigi tertinggi yang seharusnya dicapai, rata-rata pada grade 1,8% atau minimum 1,5%. Untuk GCW sebesar 90,000-140,000 lb (40.823 - 63.503 kg ), grade 1,5% mungkin masih wajar dengan menggunakan transmisi gigi 1 Low . Untuk beban lebih berat, grade 1,5% hanya dapat dicapai dengan gigi 2 Low. Gradeability untuk kecepatan jelajah dapat digunakan gigi tertinggi, tapi harus dengan grade 1,0% (minimum). Gradeability cukup mudah untuk diukur pada kendaraan tapi ini sulit untuk memperkirakan saat pemilihan speed-nya dan penerapannya. Dalam kondisi tertentu operator dapat dengan mudah menentukan seberapa curam tanjakan grade kendaraan bisa di daki (dilalui). Hal ini lebih
menarik, untuk mengetahui seberapa cepat kendaraan bisa menanjak saat melewati rute tertentu. Hal ini penting untuk operator karena efek dari grade yang dilalui pada beberapa kali trip. Belokan, tergantung pada kecepatan di grade yang ditoleransi, dapat menjadi faktor yang signifikan ketika mempertimbangkan
gradeability.
Dalam beberapa referensi di dunia alat berat, Gradeability di definisikan sebagai kemampuan alat berat ( traktor atau truck ) untuk beroperasi pada lokasi kemiringan ( slope ) terutama pada saat mendaki / menanjak dalam beberapa variasi sudut kemiringan dalam satuan %. Variable yang di gunakan dalam perhitungan gradeability cukup komplek. Sehingga perhitungan ini menjadi penting disaat seorang engineer tambang harus mendesain tambang maupun jalan tambang. Kondisi akan menjadi sangat fatal apabila gradeability tidak di kaitkan dalam rancangan mine design. Gradeability dinyatakan dalam % karena slope
atau kemiringan biasanya di wakili dengan Tan Rumus Gradeability :
𝐺 = [ 𝑇 𝑥 𝑖 𝑥 ή
𝑤 𝑥 𝑟 ] − µ𝑟 ( 2.4 )
Gambar 2.15. Grade Jalan ( reff ; Hino Modul Training ) Dimana ; V = kecepatan / speed ( km/jam ) RPM = putaran mesin ( rpm ) Ra = gear ratio differential Rtrans = gear ratio transmisi Rev = tyre
Keterangan :
T : Engine Max Torque
i : Transmission Gear Ratio x Rear Axle Gear Ratio
ή : Mechanical Effisien
μr : Coeffisien of rolling resistance w : Gross Vehicle Weight
r : Dynamic Radius of Tire
G : Gradeability ( % )
2.3.1. Engine Maximum Torque
Torsi Maksimum adalah kemampuan mesin menghasilkan torsi terbesar. Dimulai dari proses pembakaran diruang bakar, Ledakan ini mendorong piston menekan connecting rod dan memutar crankshaft. Putaran crankshaft inilah dimulainya torsi mesin (kemampuan puntir). Dari crankshaft, torsi melewati fly
wheel, transmisi, gardan/differential dan roda sehingga kendaraan dapat bergerak
dari posisi diam. biasanya ukuran torsi maksimum dinyatakan dalam pound.feet atau Newton meter bisa juga kg.meter. Jadi perbedaan antara horsepower dan torsi, adalah bahwa horsepower adalah jumlah tenaga mesin yang bekerja dalam kurun waktu tertentu, sedang torsi adalah ukuran tenaga. Torsi adalah salah satu komponen dari horsepower.
Torque adalah gaya yang digunakan untuk menghasilkan putaran pada
jarak tertentu. Sehingga rumus dasar torque adalah :
Ketika torque diterapkan pada performa kendaraan alat berat, maka hal ini merupakan kemampuan untuk mengatasi beberapa nilai resistensi ( tahanan ) antara lain berat kendaraan, muatan unit / beban, kondisi jalan, dan hambatan angin. Torque dapat dinaikkan atau di turunkan secara teknis dengan cara perubahan panjang tuas/lever atau perubahan gear ratio baik transmisi maupun
differential. Rumus dasar torque :
(2.5) atau (2.6)
Dimana :
T = torque / torsi dalam satuan Nm P = power / daya dalam satuan HP n = putaran engine dalam satuan rpm 5252 = kontanta ( tetapan )
2.3.2. Gear Ratio ( Transmission & Rear Axle )
Transmisi pada kendaraan berfungsi untuk menyesuaikan putaran dan momen puntir (torsi) yang dihasilkan engine agar sesuai untuk kecepatan kendaraan dan beban kendaraan pada suatu kondisi tertentu. Sehingga gear ratio merupakan perbandingan gigi-gigi pada kotak transmisi. Gear ratio inilah yang mampu melakukan perubahan torque atau torsi pada output engine. Output engine diteruskan transmisi ke penggerak akhir dalam bentuk torsi atau torque.
Variasi gear ratio transmisi memungkinkan unit atau kendaraan melakukan perubahan kecepatan dan perubahan momen atau torsi.
Untuk unit Hino FM 260 JD mempunyai gear ratio transmisi sbb : Tabel 2.3. Tabel Gear Ratio ( reff ; Hino Specification )
Gigi Transmission Gear Ratio
FM 260 JD ZS4141-1 ZS4141-2 C 12,728 1 8,829 13,804 11,539 2 6,281 9,487 7,930 3 4,644 6,529 5,458 4 3,478 4,565 3,816 5 2,538 3,023 2,527 6 1,806 2,078 1,737 7 1,335 1,430 1,195 8 1,000 1,000 0,835 R 12,040 12,923 10,803
Rear Axle Gear ratio adalah perbandingan gigi yang ada pada gardan atau
differential. Biasanya perbandingan yang ada pada final gear, yaitu perbandingan
pinion gear dan ring gear. Perbandingan gigi akhir (rear axle) ini setiap produk atau merek kendaraan beda-beda. Hal ini dipengaruhi oleh banyak faktor salah satunya adalah terkait dengan aplikasi unit atau alat tersebut. Untuk heavy
equipment khusus di tambang biasanya mempunyai perbandingan gigi akhir lebih
besar. Karena rear axle gear ratio ini sangat berpengaruh terhadap torque
Tabel 2.4. Variasi Axle Gear Ratio FM 260 JD
Merk Jenis Posisi Part No. Size Berat GR
HINO FM226/SG 41201-1382 7 x 45 36 kg 6,429
HINO EM100 41201-1163 7 x 38 34 kg 5,429
HINO EF750/SG NUT BOLT 41201-1101 6 x 41 34.5kg 6,833
HINO H07C NEW 41201-2991 7 x 41 44.2kg 5,857 HINO H07C/FL 41203-2250 7 x 41 33kg 5,857 HINO J08C 10-WHL FRONT 41201-4020/41201-3070 7 x 45 35kg 6,429 HINO REAR 41201-4040 7 x 45 35kg 6,429 HINO REAR 41201-3030 7 x 43 35kg 6,143
2.3.3. Mechanical Effisiency
Menghitung efisiensi mekanik di tentukan oleh seberapa efektif engine menyalurkan tenaga dan daya dari output engine sampai ke komponen output yang lain hingga unit dapat bergerak / berjalan. Efisiensi di ukur dengan cara perbandingan antara actual performance dengan ideal performance.
(2.7) Karena sistem transmisi atau mekanisme tidak menghasilkan daya & tenaga hanya meneruskan daya dan tenaga, maka performa yang ideal akan terjadi jika daya output sama dengan daya input, yaitu ketika tidak ada kerugian. Perangkat bisa kehilangan tenaga melalui gesekan, deformasi dan keausan.
Transmisi atau mekanisme yang ideal memiliki efisiensi 100%, karena tidak ada daya yang hilang. Efisiensi akan kurang dari 100% apabila performa pada perangkat atau komponen mulai aus dan rusak. Kerugian daya pada transmisi atau mekanisme yang hilang di keluarkan sebagai panas.
Pengukuran efisiensi mekanik cukup sulit untuk di lakukan, membutuhkan alat ukur untuk memastikan ukuran performa kendaraan. Oleh sebab itu dalam pendekatan empiris maka beberapa factory membuat referensi atau acuan sederhana. Kuncinya di sistem manajemen perawatan alat.
Dalam management maintenance efisiensi mekanik di tunjukan dalam 2 performance yaitu : physical availability dan mechanical availability. Atau biasanya menggunakan bathup diagram untuk tetap mempertahankan performance unit tetap stabil.
Grafik 2.1. Bathup Diagram
Physical availability : Mechanical Availability :
(2.8) (2.9)
PA = Physical availability
WH = Working hours
STB = Standby hours
B/D = Repair & Breakdown hours
2.3.4. Gaya Traksi & Total Resistance ( Tahanan pada Kendaraan )
Gambar 2.16. Rolling & Grade Resistance
T = torque / torsi dalam satuan Kgm P = power / daya dalam satuan KW n = putaran engine dalam satuan rpm 974 = kontanta ( tetapan ) M A = M ec ha ni ca l av ai Fa TF Fg
Keterangan : TF = Gaya Traksi TK = Traksi kritis
Fa = Tahanan udara ( aerodinamis ) Fr = Tahanan gelinding
Fg = Tahanan kemiringan jalan
2.3.4.1. Gaya Traksi & Traksi Kritis
Gaya atau tenagga yang di gerakkan 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,
Gardan/differential, axle shaft dan bearing menyebabkan kerugian gesek. Kerugian ini dikompensasikan dengan suatu effisiensi faktor dalam perhitungan. Kendaraan yang menggunakan transmisi direct drive memiliki effisiensi faktor 0,99, sedangkan untuk transmisi yang lain nya seperti automatic transmission memliki effisiensi faktor 0,98. Dibawah ini adalah tabel faktor efesiensi power
train ( transmisi dan axle ).
Tabel 2.5. Tabel Efesiensi Komponen Power Drivetrain – (Ref ; Caterpillar Handbook )
No Jenis Komponen Efesiensi ( % )
1 Transmisi - direct drive 99
2 Transmisi - automatic drive 98
3 Drive axle - Tandem 90
Rumus dibawah ini digunakan untuk menghitung gaya traksi tractive force. (2.10) TF = Tractive Force TR = Transmission Ratio AR = Axle Ratio
Ƞ
= Mechanical Effesiency
r = Static loaded radius ( dynamic radius of tyre ) – ( meter ) T = Torque ( kg.m )
Tractive factor adalah suatu cara untuk mengukur kemampuan sebuah
truck jika mempunyai GVW yang telah ditentukan, Tractive factor diperoleh dengan membagi tractive effort pada satuan 1000 Kg GVW. Misalnya tractive
factor pada posisi gigi 3 truck FM 260 JD adalah 4904,4 Kg Tractive force
adalah 32 ( GVW dalam satuan 1.000 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 tersedia dan dimiliki kendaraan atau alat berat, tergantung seberapa besar Horse Power dan torque yang di miliki. Horse power akan diubah menjadi beberapa tingkat tenaga tarik ( Drawbar pull ). Drawbar pull sebenarnya di turunkan dari rumus traction force ( gaya traksi ). Sehingga dalam drawbar pull terdapat tingkat kecepatan kendaraan terhadap beban yang dapat di tarik atau di dorong. Semakin tinggi kecepatan semakin rendah tenaga tariknya.
Salah satu faktor yang mempengaruhi tenaga adalah traksi kritis. Traksi kritis adalah gaya cengkram suatu alat / kendaraan akibat adanya adhesi antara roda
penggerak alat tersebut dengan permukaan tanah. Besarnya nilai traksi kritis dihitung dengan formula : TK = Ct x w
w = Berat kendaraan / alat terhadap roda penggerak ( kg ) Ct = Koefisien Traksi
Tabel 2.6. Koefisien Traksi ( Ref ; Komatsu Handbook )
2.3.4.2. Tahanan Gelinding
Tahanan Gelinding adalah gaya yang terjadi akibat gesekan roda kendaraan yang sedang beroperasi di tanah / jalan.
Tahanan gelinding ( Fr ) pada truck yang berjalan di jalan yang di perkeras dapata di hitung dengan menggunakan rumus umum ( ITE 1992 ) :
Fr = c x w ... ( 2.12 ) Fr = µr x w ... ( 2.13 ) Fr = tahanan gelinding
v = Kecepatan ( km/jam )
µr atau c = rolling resistance coefficient - (coefficient of rolling friction ) W = m x g = normal force or weight of body (N, lbf)
Nilai koefisien gelinding dapat mengacu pada beberapa tabel di bawah ini. Berikut koefisien gelinding dari beberapa referensi, antara lain :
Tabel 2.6. Rolling Resistance Coefficient ( Reff ; Hino Handbook )
Rolling Resistance Coefficient
Conditions
C Cl (mm)
0.001 - 0.002 0.5 railroad steel wheels on steel rails
0.001 bicycle tire on wooden track
0.002 - 0.005 low resistance tubeless tires
0.002 bicycle tire on concrete
0.004 bicycle tire on asphalt road
0.005 dirty tram rails
0.006 - 0.01 truck tire on asphalt
0.008 bicycle tire on rough paved road
0.01 - 0.015 ordinary car tires on concrete
0.03 car tires on tar or asphalt
0.04 - 0.08 car tire on solid sand
0.2 - 0.4 car tire on loose sand
2.3.4.3. Tahanan Kelandaian ( Grade Resistance )
Tahanan kelandaian adalah gaya yang bekerja pada saat truck bergerak di permukaan / jalan yang menajak.
Tahanan Kelandaian dapat di rumuskan sbb :
𝐹𝑔 = w x sin θ = w x G (2.14)
Dimana ;
w = Berat unit ( kg ) G = Grade ( % )
θ= Sudut kemiringan
Grafik 2.2. Gradeability Convertion Chart θ
2.3.4.4. Tahanan Angin / Udara ( Aerodynamic Resistance )
Tahanan angin / udara adalah gaya yang terjadi pada unit / truck pada saat bergerak berupa hambatan udara atau terkait dengan luasan area muka kendaraan. Hambatan atau tahanan udara ( aerodynamic drag ) di rumuskan sbb :
(2.15)
= massa jenis udara diatas permukaan laut = 1,2256 kg/m3 Ca = koefisien tarik - refer tabel 2.8.
A = luasan penampang bagian depan kendaraan ( m2 ) v = kecepatan kendaraan ( m/s )
2.3.5. Perhitungan Energi, Usaha & Daya
Pembahasan sebelumnya adalah terkait dengan tahanan dan gaya-gaya yang bekerja pada unit/truck saat truck sedang bergerak dengan kecepatan jelajah. Untuk mendapatkan energi dan daya yang dibutuhkan untuk melawan gaya-gaya diatas maka perhitungan daya yang dibutuhkan menjadi sangat berpengaruh untuk dapat menggerakkan kendararaan atau alat berat tersebut.
2.3.5.1. Energi Mekanik
Energi mekanik adalah jumlah dari energi potensial dan energi kinetik.
( 2.16 ) Energi potensial
Energi potensial adalah energi yang dimiliki kendaraan karena menanjak pada ketinggian tertentu dari titik awal saat menanjak. Energi potensial ada karena adanya gravitasi bumi. Dapat dirumuskan sebagai :
(2.17)
Ep : Energi potensial (J) m : massa benda (kg)
g : percepatan gravitasi (m/s2)
h : tinggi jalan dari titik awal (meter) Energi kinetik
Energi kinetik adalah energi yang dimiliki suatu benda karena geraknya. Energi kinetik dipengaruhi oleh massa benda dan kecepatannya.
Keterangan:
Ek : Energi kinetik (J) m : massa kendaraan (kg) v : kecepatan benda (m/s)
Dalam rumusan lain ada istilah yang disebut Usaha, dimana usaha dilambangkan dengan W. Usaha merupakan bentuk manifestasi energi. Usaha sendiri adalah hasil kali resultan gaya dengan perpindahan, dirumuskan sbb :
W = F x s (2.19)
F = Gaya ( N ) s = Jarak ( meter ) W = Usaha ( joule )
Jika usaha dilakukan dalam bidang datar merupakan perubahan energi kinetik kendaraan. Sehingga di rumuskan sbb :
Ek = ½ . m . (v22 –v12) (2.20)
Jika W = F . s, maka W = m. a.s = ½ m.2.a.s sehingga 2.a.s = (v22 –v12) (2.21) Percepatan (a) di dapat dari ∆ V / t = ( v2 – v1 ) / t (2.22)
Jika usaha dilakukan dalam bidang miring merupakan energi potential yang di rumuskan sbb :
W = m . g . h dimana h = s . sin Ɵ
Sehingga : W = m . g . ( s . sin Ɵ ) (2.23)
g = percepatan gravitasi ( 9,81 m/dt2 ) m = massa kendaraan (kg) s = Jarak tempuh kendaraan / panjang jalan ( meter )
2.3.5.2. Daya yang Dibutuhkan
Daya adalah kemampuan untuk mengubah suatu bentuk energi menjadi suatu bentuk energi lain dalam waktu tertentu. Perhitungan daya yang dibutuhkan tergantung pada gaya-gaya yang bekerja pada kendaraan tersebut. Daya merupakan usaha yang dilakukan pada setiap satuan waktu. Sehingga rumus dasar daya adalah : P = W / t
Daya atau Power yang bekerja pada kendaraan atau truck adalah : A. Daya Tahanan Gelinding ( Power Rolling Resistance )
Power Rolling Resistance di rumuskan sbb :
(2.24) Dimana ;
Pr = Power Rolling Resitance, dalam satuan HP v = Kecepatan kendaraan, dalam satuan mph
Cp = Koefisien rolling resistance ( lihat tabel 2.10 ) GVW = Gross Vehicle Wieght, dalam satuan lb 6,1 dan 0,06 = konstanta
B. Daya Tahanan Kelandaian ( Power Grade Resistance ) Daya untuk tahanan kelandaian di formulakan sbb :
(2.25)
Dimana ;
Pg = Power grade resistance G = Grade dalam satuan % v = Kecepatan dalam satuan mph
GVW = Berat kendaraan / Gross Vehicle Weight dalam lb 37.500 = Konstanta
C. Daya Tahanan Aerodinamis ( Power Air Resistance )
Untuk daya tahanan aerodinamis dapat di rumuskan dengan 2 rumus :
(2.26) Atau ;
(2.27) Dimana ;
Pa = Daya aerodinamis dalam satuan HP FA = Frontal Area dalam satuan ft2, m2
v = Kecepatan kendaraan dalam satuan mph, m/s Cd = Koefisien gaya tarik udara mengacu tabel 2.9. ρ = Massa jenis udara ; 1,292 kg/m3
D. Daya Kelengkapan Kendaraan ( Power Accessories )
Daya aksesoris atau beban kelengkapan kendaraan adalah beban daya dari AC, fan, kompresor, power steering, electric, lampu-lampu dll. Total daya dari beban-beban di atas di rumuskan sbb :
Pacc = Pfan + Pps + Pac + Pc + Pe +Pl + P? (2.28) Untuk menghitung daya-daya aksesoris ini memang cukup sulit, sehingga dalam hal ini bisa diasumsikan dan di perkirakan total daya-daya diatas adalah ( Pacc ) sekitar 5 – 10 HP
E. Daya Engine ( Flywheel Horsepower )
Untuk menghitung daya engine / Horse Power Engine yang di butuhkan kendaraan adalah sbb :
(2.29)
Dimana,
Peng = Daya engine ( horsepower engine ) dalam satuan HP Preq = Daya yang dibutuhkan dalam HP = Pa + Pr + Pg + Pk Pacc = Daya aksesoris dalam HP
EDT = Efesiensi drive train ( mengacu tabel 2.5 )
Efesiensi drive train atau mechanical efesiensi dengan rumus sbb :
(2.30) ET = Efesiensi Transmisi
EA = Efesiensi Axle drive train
2.3.6. Dynamic Radius of Tyre ( Static Load Radius )
Static Load Radius adalah jarak dari titik pusat roda ke titik bagian bawah
roda yang bersentuhan dengan tanah saat kondisi unit statis / tidak bergerak. Radius ban dalam keadaan Statis (tidak bergerak) akan akurat saat diukur pada saat kendaraan berhenti. Static Load Radius biasanya tidak lebih dari ½ dari radius normalnya, yaitu sekitar 44% dari diameter saat kondisi Unloaded.
Dynamic Radius of Tyre adalah jarak titik pusat roda ke titik bagian bawah roda
yang bersentuhan dengan tanah pada saat kendaraan sedang bergerak / berjalan. Jika kecepatan kendaraan meningkat, maka gaya sentrifugal menyebabkan ban akan naik lebih tinggi. Gaya ini akan meningkatkan radius ban dinamis (perubahan jari-jari saat bergerak ). Pada 45 mph, sebagian besar ban akan memiliki radius yang diameternya mendekati Static Unloaded Radius sekitar 48%. Pertumbuhan ini akan meningkat dengan selarasnya kecepatan kendaraan dan bahkan dapat melebihi setengah dari diameter ban statis kondisi Unloaded. Static
Load Diameter TIDAK sama dengan Static Unloaded Diameter. Contoh, seperti
ditunjukkan pada gambar di bawah ini mengenai Static Load Diameter :
Gambar 2.18. Aplikasi Kondisi Jalan pada Static Load
Tabel 2.10. Faktor Dynamic Radius Tire
( reff ; http://www.vibratesoftware.com/html_help/2011/Diagnosis/Tire/Static_Loaded_Radius.htm )
No Kecepatan Bergerak Faktor
1 Kecepatan 0 - 16,1 km/jam 0,44 x Loaded Diameter
2 Kecepatan 16,1 - 32,2 km/jam 0,45 x Loaded Diameter
3 Kecepatan 32,2 - 48,3 km/jam 0,46 x Loaded Diameter
4 Kecepatan 48,3 - 64,4 km/jam 0,47 x Loaded Diameter
5 Kecepatan 64,4 - 80,5 km/jam 0,48 x Loaded Diameter
6 Kecepatan 80,5 - 96,6 km/jam 0,49 x Loaded Diameter
7 Kecepatan 96,6 - 113 km/jam 0,5 x Loaded Diameter
8 Kecepatan 113 - 129 km/jam 0,51 x Loaded Diameter
2.4. FUEL CONSUMPTION
Fuel consumption adalah besarnya pemakaian bahan bakar yang
digunakan untuk melakukan proses pembakaran dalam ruang bakar engine. Fuel
consumption merupakan hal utama yang selalu jadi pertimbangan untuk pemilihan
suatu alat karena secara umum fuel consumption penyumbang cost operasional yang paling besar.
Fuel consumption per jam dapat kita kalkulasikan sehingga kita dapat
menghitung perkiraan operating cost per jam unit. Selain itu fuel consumption juga dapat kita jadikan data pendukung untuk analysis jika terjadi problem atau penurunan performance unit. Berikut ulasan singkat cara menghitung fuel
consumption. Fuel consumption dapat dinyatakan dalam beberapa satuan yang
lazim di gunakan adalah km / liter, liter / jam atau km / 100 liter.
Setiap merk unit atau pabrikan mengeluarkan specifikasi tersendiri mengenai fuel consumption kendaraan / engine-nya. Biasanya di tunjukkan dalam
kurva performance engine. Yang mana di kaitkan antara engine horsepower dan
max torque dengan fuel consumption ratio.
Sehingga rumus dasar fuel consumption adalah :
( 2.31 ) Dimana :
p : Spesific Gravity Diesel Oil ( gr/ml ) : phi (3,14)
fb : Minimum Fuel Consumption rate at full load J08E ( g/ps.h ) A : Cabin area / Frontal area ( m² )
V : Max Speed ( km/jam )
2.4.1. Bahan Bakar Solar ( Specific Gravity )
Bahan bakar solar adalah bahan bakar minyak hasil sulingan dari minyak bumi mentah bahan bakar ini berwarna kuning coklat yang jernih (Pertamina: 2005). Penggunaan solar pada umumnya adalah untuk bahan bakar pada semua jenis mesin Diesel dengan putaran tinggi (diatas 1000 rpm), yang juga dapat digunakan sebagai bahan bakar pada pembakaran langsung dalam dapur-dapur kecil yang terutama diinginkan pembakaran yang bersih. Minyak solar ini biasa disebut juga Gas Oil, Automotive Diesel Oil, High Speed Diesel.
Mesin-mesin dengan putaran yang cepat (>1000 rpm) membutuhkan bahan bakar dengan karakteristik tertentu yang berbeda dengan minyak Diesel. Karakteristik yang diperlukan berhubungan dengan auto ignition (kemampuan
menyala sendiri), kemudahan mengalir dalam saluran bahan
bakar, kemampuan untuk teratomisasi, kemampuan lubrikasi, nilai kalor dan karakteristik lain. )} 0035 . 0 ( ) 01 . 0 {( 12 . 0 93 . 0 2 . 716 1000 2 V x A x GVW x x fb x x x x x p a
Bahan bakar solar mempuyai sifat – sifat utama, yaitu :
a. Tidak mempunyai warna atau hanya sedikit kekuningan dan berbau b. Encer dan tidak mudah menguap pada suhu normal
c. Mempunyai titik nyala yang tinggi (40°C sampai 100°C) d. Terbakar secara spontan pada suhu 350°C
e. Mempunyai berat jenis sekitar 0.82 – 0.87 ( gr/ml ) f. Mampu menimbulkan panas yang besar (10.500 kcal/kg) g. Mempunyai kandungan sulfur yang lebih besar daripada bensin
Tabel 2.11. Standar Mutu / Specifikasi Bahan Bakar Minyak Solar (reff : Keputusan Direktur Minyak dan Gas Bumi 2006 )
No Parameter Satuan Batasan Metode
Min Max ASTM Lain
1 Specific Gravity gr/ml 0,820 0,870 D 1298 2 Density gr/ml 0,815 0,870 D 1298 3 Color ASTM - - 3,0 D 1500 4 Cetane number - 45 - D 613 5 Altenatively Calculated Cetane Index - 48 - D976
6 Viscosity Kinematic at 100oF cSt 2 6 D 445
7 Pour Point oF 18 D 97 8 Sulphur Content % wt 0,50 D 1552 9 CCR ( 10 % vol. Bottom ) % wt 0,10 D 189 10 Water Content % wt 0,050 D 96 11 Sediment by Extraction % wt 0,001 D 473 12 Ash Content % wt 0,01 D 482
13 Copper Strips ( 3 hrs /100oC ) merit - No. 1 D 130
14 Strong Acid Number mg KOH/gr - nol D 974
15 Total Acid Number mg KOH/gr 0,6 D 974
16 Flash Point oC 60 - D 93
17 Distilasi D 86 - 99a
Bahan bakar mesin diesel sebagian besar terdiri dari senyawa hidrokarbon dan senyawa non hidrokarbon. Senyawa hidrokarbon yang dapat ditemukan dalam bahan bakar diesel antara lain parafinik, naftenik, olefin,dan aromatik.
Sedangkan untuk senyawa non hidrokarbon terdiri dari senyawa yang mengandung unsur non logam, yaitu S, N, O dan unsur logam seperti vanadium, nikel dan besi. ASTM mengklasifikasikan bahan bakar diesel menjadi 3, yaitu :
1. Tingkat 1-D
Merupakan bahan bakar yang volatile untuk mesin dengan perubahan kecepatan dan loading yang berfrekuensi, misalnya kendaraan bermotor. 2. Tingkat 2-D
Merupakan bahan bakar dengan volatilitas lebih rendah untuk mesin industri, mesin kapallaut dan lokomotif.
3. Tingkat 4-D
BBM dengan volatile lebih rendah untuk mesin berkecepatan rendah/sedang.
Penggolongan bahan bakar mesin diesel berdasarkan jenis putaran mesinnya, dapat dibagi menjadi dua golongan yaitu:
1. Automotive Diesel Oil ( ADO ), yaitu bahan bakar yang digunakan untuk mesin dengan kecepatan putaran mesin di atas 1000 rpm (rotation per
minute). Bahan bakar jenis iniyang biasa disebut sebagai bahan bakar diesel.
Biasanya digunakan untuk kendaraan bermotor.
2. Industrial Diesel Oil (IDO), yaitu bahan bakar yang digunakan untuk mesin-mesin yang mempunyai putaran mesin-mesin kurang atau sama dengan 1000 rpm, biasanya digunakan untuk mesin-mesin industri. Bahan bakar jenis ini disebut minyak diesel
2.4.2. Minimum Fuel Consumption Rate
Konsumsi bahan bakar setiap alat berbeda tergantung performa engine baik power maupun torque-nya. Oleh sebab itu minimum konsumsi bahan bakar harus di ketahui untuk perhitungan fuel consumption secara operasional. Biasanya nilai ini di dapat dari kurva performa engine. Nanti akan di ambil nilai minimumnya.
Mengacu pada kurva di atas maka untuk fuel consumption rate : Minimum Fuel consumption maka di peroleh :
Low : 150 gr/Ps.h pada 1000 RPM ( low load ) Medium : 140 gr/PS.h pada 1500 RPM ( medium load ) High : 168 gr/PS.h pada 2800 RPM ( full load )
Dalam perhitungan fuel consumption untuk pekerjaan tambang biasanya menggunakan 1500 – 3000 RPM dengan kondisi medium load atau high load yaitu minimum fuel consumption nya sekitar 140 gr/PS.hr - 168 gr/PS.hr.
2.4.3. Frontal Area ( Aerodynamis area )
Dalam perhitungan fuel consumption luasan area bagian depan sangat berpengaruh, karena hal ini terkait dengan aerodynamic drag ( gaya tarik akibat aerodinamis ). Untuk perhitungan gaya tarik aerodinamis sudah di bahas pada sub bab diatas. Tapi dalam perhitungan fuel consumption luas area kabin truck menjadi salah satu faktor yang harus di perhitungkan.
Sehingga rumus luasan area kabin adalah :
A = lebar cabin x tinggi cabin (2.25)
FM 260 JD (Mining) Dimensi (mm)
Jarak Sumbu Roda : 4.130 + 1.300 Cabin to End : -
Total Panjang : 8.480 m Total Lebar : 2.450 m Total Tinggi : 2.695 m Lebar Jejak Depan : 1.930 m Lebar Jejak Belakang : 1.855 m Julur Depan : 1.255 m Julur Belakang : 1.795 m
2.4.4. Maximum Speed ( Kecepatan Maksimum )
Kecepatan maksimum menjadi salah satu parameter yang mempengaruhi fuel consumption. Karena setiap pertambahan kecepatan akan berpengaruh terhadap putaran engine atau RPM engine. Setiap pertambahan RPM akan terjadi pertambahan konsumsi bahan bakar yang disemprotkan ke ruang bakar.
Sehingga persamaan kecepatan pada unit / kendaraan dapat di rumuskan sbb :
(2.32)
Dimana ;
V = kecepatan / road speed ( km/jam ) Rpm = putaran mesin ( rpm )
R = jari-jari ban / tyre ( m )
AR = gear ratio differential ( refer spec. FM260 JD -- AR = 6,428 ) TR = gear ratio transmisi ( refer : Tabel 2.3. Tabel Gear Ratio )
Lebar Cabin : 2,45 m Tinggi Cabin : 1,85 m
A = lebar cabin x tinggi cabin = 2,45 x 1,85
2.4.5. Perhitungan Fuel Consumption
Perhitungan fuel consumption untuk kecepatan maksimum dapat menggunakan dengan rumus diatas, karena satuan dari fuel consumption diatas adalah km/liter artinya berapa jarak tempuh yang sudah dilalui dibanding konsumsi bahan bakarnya. Untuk aktifitas penambangan tidak hanya jarak tempuh yang di perhitungkan tetapi waktu operasi mesin menjadi hal yang sangat berpengaruh. Oleh sebab itu perhitungan fuel consumption dalam satuan liter per jam. Artinya seberapa besar volume bahan bakar digunakan dalam satuan waktu. Sehingga secara rumus dapat di rumuskan sbb :
(2.33)
Dimana,
a = fuel consumption dalam liter / jam Peng = Total daya engine dalam satuan HP
fb = Minimum fuel consumption dalam satuan gr/HP.h ( mengacu grafik 2.19 ) ρ = Massa jenis bahan bakar solar, dalam satuan gr/ml
Dalam menentukan minimum fuel consumption tergantung kondisi medan dan putaran engine yang digunakan secara average. Sehingga grafik fb sangat penting dalam perhitungan fuel consumption ini.
Daya total yang di butuhkan engine atau di lambangkan dengan Peng dipengaruhi oleh tahanan gelinding, tahanan udara, tahanan kelandaian, gaya perubahan kecepatan dan daya aksesoris kendaraan. Parameter daya cukup komplek, seperti yang di jelaskan di bab-bab sebelumnya.
2.4.6. Perhitungan BidangTekan ( Ground Pressure )
Ground pressure adalah tekanan yang diberikan ke tanah oleh ban atau roda rantai ( track ) dari alat berat atau kendaraan. Ground pressure ini merupakan salah satu ukuran yang berpotensi kendaraan untuk bisa ber-mobilitas atau bergerak, terutama saat mendapatkan kondisi tanah yang lunak. Hal ini berlaku untuk kaki manusia saat berjalan. Ground pressure di ukur dalam satuan pascal (Pa) dan dalam unit EES dinyatakan dalam pound per squere inch (psi). Ground pressure rata-rata dapat di hitung dengan menggunakan rumus dasar :
P =𝐹
𝐴 (2.34)
Dalam kasus yang ideal, yaitu pada saat kondisi statis, gaya normal yang seragam pada permukaan tanah sama seperti level permukaan air laut, secara sederhana hanya perbandingan berat benda dengan bidang kontak. Ground pressure kendaraan sering dibandingkan dengan tekanan tanah dari kaki manusia sekitar 60 – 80 kPa ketika berjalan atau sekitar 113 kPa saat seseorang berlari dengan tumit.
Meningkatkan ukuran bidang kontak pada tanah, yang dikaitkan dengan berat maka dapat dilakukan dengan cara menurunkan tekanan ke tanah. Ground pressure sekitar 14 kPa ( 2 psi ) atau kurang, di rekomendasikan untuk sebuah ekosistem yang rapuh seperti daerah rawa-rawa atau lahan gambut. Penurunan ground pressure akan dapat meningkatkan flotation (daya apung) atau memungkinian kendaraan atau alat berat menjadi terapung (floating).
Beberapa contoh ground pressure :
1. Hovercraft: 0.7 kPa (0.1 psi)
3. Rubber-tracked ATV: 5.165 kPa (0.75 psi)
4. Diedrich D-50 - T2 Drilling rig: 26.2 kPa (3.8 psi)
5. Manusia / laki-laki (1.8 meter tall, medium build): 55 kPa (8 psi)
6. M1 Abrams tank: 103 kPa (15 psi)
7. Toyota Runner / Hilux Surf: 170 kPa (25 psi) 8. Kuda dewasa (550 kg, 1250 lb): 170 kPa (25 psi) 9. Mobil Penumpang : 205 kPa (30 psi)
10. Wheeled ATV: 240 kPa (35 psi) 11. Sepeda gunung : 245 kPa (40 psi) 12. Sepeda balap : 620 kPa (90 psi)
Beban kendaraan menyebabkan ban menyebarkan tekanan rata-rata dengan seimbang melalui tekanan udara didalam ban . Dengan asumsi ban kendaraan penumpang bertekanan 35 psi, maka beban 350 lbs akan membutuhkan rata-rata 10 inci persegi bidang kontak untuk mendukung beban. Beban kontak yang lebih besar memerlukan ban yang lebih besar atau tekanan ban yang lebih tinggi lagi. Sebuah bidang kontak yang lebih besar biasanya membutuhkan ban lebih besar.
Gambar 2.22.Perhitungan Ground Contact Ban
Gesekan permukaan jalan
Kemampuan kendaraan untuk start, stop dan belok menyebabkan gesekan antara jalan raya dan ban. Desain telapak ban dibutuhkan untuk menangani dampak dari kondisi cuaca: kering, basah, permukaan tertutup salju dan es.
Menyerap jalan kasar
Atribut ini adalah keuntungan kunci dari ban pneumatik. Akibatnya, ban bertindak sebagai sistem pegas dan peredam untuk menyerap kasarnya permukaan jalan. Slick racing tires atau bald tires mungkin memiliki traksi yang baik pada permukaan kering, tetapi mungkin tidak terkendali dikondisi basah atau kondisi hujan karena efek hydroplaning. Desain telapak ban memungkinkan air untuk melepaskan diri dari bidang kontak ban-jalan (telapak ban) untuk meminimalkan efek hydroplaning, saat ini terdapat ban dengan telapak ban tertentu mampu pada kondisi basah dan kering serta tahan lama dan tidak bising (Low Noise).
