Rancang Bangun Sistem Kendali Otomatis Traktor Roda Empat

RANCANG BANGUN SISTEM KENDALI OTOMATIS

TRAKTOR RODA EMPAT

SKRIPSI

Oleh:

TRISNAWAHYUDI

F14052423

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

2012

DESIGN OF FOUR-WHEEL-

DRIVE TRACTOR’

S

AUTOMATIC CONTROL SYSTEM

Trisnawahyudi and I Dewa Made Subrata

Department of Mechanical and Biosystem Engineering, Faculty of Agricultural Technology, Bogor Agricultural University, IPB Darmaga Campus, PO BOX 220, Bogor, West Java, Indonesia

Phone +62 878 7412 7617, e-mail : 3snawahyudi@gmail.com

ABSTRACT

Automation of four-wheel-drive tractor is an alternative of solution to the lack of manpower operator in the future. With the automated control system, the tractors can be operated without interruption as long as the fuel still available, workload and fatigue experienced by operators can be reduced, can also improve the accuracy of productivity, and reduce the possibility of overlapping while processing of land. In this current research, control of tractor is limited to the operation of acceleration pedal, clutch system, and steering systems. The main components of the control system consists of a DC-motor as a driving power transmission system that connects actuators, and sensors that monitor the position of the movement of the actuator position. These components were designed to work according to the steps of manually operation. Data research showed the system to function properly. Speed of the clutch lever operation until it reaches the point of maximum point is onesecond, and the release rate to the point of minimum pressure is two seconds. Average rotary speed of steering wheel to deflect to the right is the 7.40°/s, and for a left turn is 13.16°/s. Acceleration lever presses speed is 17.91 cm/s and the speed of release is 20.99 cm/s.

Keywords : automatic control systems, clutch system , steering system, acceleration system, four wheel drive tractor

Trisnawahyudi. F14052423. Rancang Bangun Sistem Kendali Otomatis Traktor Roda Empat.Di bawah bimbingan I Dewa Made Subrata. 2012

RINGKASAN

Penggunaan traktor secara terus-menerus dapat mengakibatkan kelelahan bagi operatornya. Dalam keadaan lelah, operator tidak dapat bekerja secara optimal. Hal ini dapat menyebabkan produktivitas dan efisiensi pekerjaan menurun sehingga dibutuhkan penggantian operator atau waktu istirahat yang cukup untuk melanjutkan pekerjaannya. Untuk mengatasi masalah tersebut, otomasi sistem pengendalian traktor merupakan salah satu solusinya. Dengan melakukan otomasi sistem pengendalian pada traktor, beban kerja dan kelelahan yang dialami operator dapat dikurangi serta dapat pula meningkatkan produktivitas operasi traktor dan mengurangi kemungkinan terjadinya overlapping hasil pengolahan tanah.

Tujuan penelitian ini adalah membuat rancang bangun mekanisme pengendali otomatis traktor roda empat yang dapat membantu mengurangi kelelahan operator selama mengoperasikannya. Sistem pengendalian traktor yang akan dirancang mencakup sistem pengendali kemudi, sistem pengendali tuas akselerasi, dan sistem pengendali kopling. Sistem pengendali harus dirancang tanpa memodifikasi bentuk asli traktor dan menghindari pengeboran, pengelasan, dan sebagainya pada traktor.

Hasil perancangan yang terpasang pada traktor diatur agar tidak mengganggu kenyamanan operator dalam pengoperasian secara manual sehingga traktor tetap dapat dioperasikan dengan atau tanpa mekanisme pengendali otomatis. Metode yang digunakan dalam penelitian kali ini adalah metode rancang bangun dengan pendekatan rancangan fungsional dan struktural. Masing-masing komponen mekanisme pengendali dirancang dan kemudian dilakukan uji statis untuk mengetahui fungsi dan performanya.

Dari hasil analisis rancangan, komponen penyusun mekanisme pengendali kopling terdiri atas, motor DC 24 volt, dudukan motor DC, perpanjangan tuas kopling, klem, puli, dan kabel penarik. Komponen penyusun mekanisme pengendali kemudi yaitu motor DC sebagai penggerak kemudi, rotary encoder sebagai sensor pendeteksi posisi roda depan, sistem transmisi tenaga T-Belt yang menyalurkan tenaga dari motor DC ke kemudi, dudukan motor dan tiang penyangga. Komponen sistem pengendali akselerasi terdiri atas motor DC, potensiometer, batang transmisi, dudukan motor, puli, dan kabel penarik.

Pengujian dilakukan dengan menggerakkan sistem hasil rancangan sesuai dengan langkah pengoperasian traktor roda empat secara manual. Tuas kopling dikendalikan dengan menariknya hingga ke posisi maksimum penekanan, ditahan pada posisi tersebut kemudian dilepaskan secara perlahan. Selama traktor beroperasi, sensor yang terpasang pada roda depan dan motor DC pengendali tuas akselerasi akan terus membaca posisi roda dan tuas akselerasi secara real time. Jika sewaktu-waktu kecepatan traktor berubah, maka sistem pengendali akan menekan atau melepas tuas akselerasi

hingga kecepatan traktor kembali seperti semula, dan jika sudut roda depan traktor berubah (berbelok) maka sistem kontrol akan memutar kemudi ke posisi roda depan lurus.

Uji coba mekanisme dilakukan dalam dua tahap yaitu uji coba kalibrasi dan validasi. Uji coba kalibrasi bertujuan menetapkan hubungan nilai encoder terhadap sudut putar roda depan traktor, dan hubungan nilai ADC keluaran dari potensiometer terhadap persentase penekanan pedal akselerasi. Sebaliknya uji validasi bertujuan untuk membuktikan persamaan hasil uji kalibrasi.

Data hasil pengujian menunjukkan lama waktu yang dibutuhkan untuk menekan tuas kopling ke posisi maksimum penekanan adalah satu detik dan untuk melepaskannya dibutuhkan waktu dua detik. Sedangkan untuk mekanisme pengendali kemudi traktor, hubungan nilai encoder (y) yang terbaca terhadap sudut putar roda depan traktor (x) ditunjukkan dengan persamaan; y = 1.019x+32.23, dengan kecepatan putar rata-rata kemudi untuk berbelok ke kanan adalah 7.40 °/s , dan untuk berbelok ke kiri adalah 13.16°/s. Untuk mekanisme pengendali akselerasi, nilai ADC keluaran dari potensiometer (y) terhadap persentase penekanan pedal akselerasi (x) dapat diketahui dengan persamaan; y = 0.008x2+2.57x+78.47, dengan kecepatan penekan pedal akselerasi adalah 17.91 cm/s dan kecepatan pelepasannya adalah 20.99 cm/s.

RANCANG BANGUN SISTEM KENDALI OTOMATIS

TRAKTOR RODA EMPAT

SKRIPSI

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN

Pada Departemen Teknik Mesin dan Biosistem

Fakultas Teknologi Pertanian

Institut Pertanian Bogor

Oleh :

TRISNAWAHYUDI

F14052423

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

2012

Judul Skripsi : Rancang Bangun Sistem Kendali Otomatis Traktor Roda Empat Nama : Trisnawahyudi

NIM : F14052423

Menyetujui, Pembimbing Akademik,

Dr. Ir. I Dewa Made Subrata, M.Agr NIP. 19620803 198703 1 002

Mengetahui :

Ketua Departemen Teknik Mesin dan Biosistem,

Dr. Ir. Desrial, M.Eng NIP. 19661201 199103 1 004

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN

SUMBER INFORMASINYA

Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa skripsi dengan judul Rancang Bangun Sistem Kendali Otomatis Traktor Roda Empat adalah hasil karya saya sendiri dengan arahan Dosen Pembimbing Akademik, dan belum diajukan dalam bentuk apapun pada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi.

Bogor, Desember 2012 Yang membuat pernyataan

Trisnawahyudi F14052423

© Hak cipta milik Trisnawahyudi, tahun 2012 Hak cipta dilindungi

Dilarang mengutip dan memperbanyak tanpa izin tertulis dari Institut Pertanian Bogor, sebagian atau seluruhnya dalam bentuk apapun, baik cetak, fotokopi, microfilm, dan sebagainya

BIODATA PENULIS

Trisnawahyudi. Lahir di Prabumulih, 19 Juli 1988 sebagai anak kedua dari empat bersaudara pasangan Marwah dan Yuningsih. Sejak sekolah dasar hingga sekolah menengah atas, penulis menjalankan pendidikannya di provinsi Sumatera Selatan. Di tahun 1993-1999, penulis bersekolah dasar di SDN 1 Desa Ketiau. Dan tahun 1999-2002 melanjutkan di SLTP Cinta Manis. Di tingkat sekolah menengah atas, penulis melanjutkan pendidikannya di SMA N 3 Unggulan Kayu Agung pada tahun 2002-2005 dan kemudian di bulan Juli tahun 2005 penulis diterima di IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB di Departemen Teknik Pertanian yang saat ini berubah nama menjadi Teknik Mesin dan Biosistem. Pada saat yang sama penulis juga diterima sebagai salah satu penerima program beasiswa Beastudi Etos dari lembaga Dompet Dhuafa Republika selama tiga tahun.

Selama mengikuti perkuliahan, penulis aktif dalam berbagai organisasi dakwah kampus. Pada tahun 2005-2006 penulis menjadi Ketua Divisi Informasi dan Komunikasi IKMT (Ikatan Keluarga Muslim TPB), di tahun 2006-2007 penulis aktif dalam organisasi FBI (Forum Bina Islami) hingga kemudian diangkat menjadi Ketua Divisi Syiar di tahun 2007-2008, dan di tahun 2008-2009 penulis menjadi Ketua Divisi Internal Asistensi Pendidikan Agama Islam.

Selain berorganisasi, penulis juga memiliki pengalaman sebagai asistensi mata kuliah Ilmu Ukur Wilayah dan mata kuliah Motor dan Tenaga Pertanian di semester genap tahun ajaran 2008-2009, asistensi mata kuliah Pendidikan Agama Islam di tahun 2009-2010, dan asisten mata kuliah Ilmu Ukur Tanah di semester genap tahaun ajaran 2009-2010.

Di bulan Juli hingga Agustus 2008, penulis melaksanakan Praktek Lapangan dengan judul „Mempelajari Aspek Keteknikan pada Budidaya Tanaman Tebu’ di PTPN VII Pabrik Gula Cinta Manis, Sumatera Selatan. Kemudian pada tahun 2011-2012 penulis melakukan penelitian untuk tugas akhir dengan judul “Rancang Bangun Sistem Kendali Otomatis Traktor Roda Empat”.

KATA PENGANTAR

Segala sembah, pujian, dan syukur penulis panjatkan hanya pada Allah SWT, Dzat yang menggenggam takdir semua makhluk-Nya. Atas berkah, rahmat, dan hidayahNya penulis dapat menyelesaikan penelitian serta penulisan skripsi dengan judul Rancang Bangun Sistem Kendali Otomatis Traktor Roda Empat. Skripsi ini disusun sebagai salah satu syarat untuk memenuhi tugas akhir pada Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.

Ucapan terima kasih saya sampaikan kepada pihak-pihak yang telah membantu, baik dalam kegiatan penelitian di lapangan maupun dalam penyusunan skripsi ini. Secara khusus saya sampaikan rasa terima kasih saya kepada :

1. Dr. Ir. I Dewa Made Subrata, M.Agr selaku dosen pembimbing akademik atas nasehat, kesabaran, motivasi, dan pengarahannya selama penulis melaksanakan tugas akhir dan penyusunan skripsi.

2. Dr. Ir. Desrial, M.Agr selaku ketua departemen Teknik Mesin dan Biosistem sekaligus ketua proyek penelitian, yang telah memberi kesempatan penulis bergabung dan melakukan penelitian dan tugas akhirnya.

3. Eno Sumarno, dan Cecep Saepul Rahman, STP sebagai rekan penelitian yang telah banyak membantu hingga selesai penelitian.

4. Staff Fakultas Teknologi Pertanian dan Departemen Teknik Mesin dan Biosistem khususnya staff Laboratorium Lapangan Departemen Teknik Mesin dan Biosistem di Leuwikopo atas bantuan selama penelitian

5. Kedua orang tua, kakak, dan adik-adikku yang tak pernah bosan mendoakan dan memberi dukungan.

6. Teman-teman TEP 44, terima kasih atas kebersamaannya

Masih terdapat banyak kekurangan dalam tulisan ini. Oleh karena itu kritik dan saran sangat diharapkan oleh penulis. Mohon maaf penulis sampaikan atas segala kekurangan dan kesalahan. Semoga skripsi ini bermanfaat bagi penulis dan semua pembaca.

Bogor, Desember 2012

DAFTAR ISI

Halaman

KATA PENGANTAR ... iii

DAFTAR TABEL... vi

DAFTAR GAMBAR ... v

DAFTAR LAMPIRAN ... vi

I. PENDAHULUAN ... 1

1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Tujuan ... 2

1.3. Batasan Penelitian ... 2

II. TINJAUAN PUSTAKA ... 3

2.1 Traktor ... 3

2.2 Sistem Kontrol ... 10

2.3 Motor Listrik ... 13

2.4 Perancangan (Desain) ... 15

III. METODE PENELITIAN ... 16

3.1. Tempat dan Waktu ... 16

3.2. Alat dan Bahan ... 16

3.3. Tahapan Proses Penelitian ... 16

IV. ANALISIS STRUKTURAL DAN FUNGSIONAL ... 21

4.1. Mekanisme Kopling... 21

4.2. Mekanisme Kemudi ... 25

4.3. Mekanisme Akselerasi ... 28

V. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 31

5.1. Mekanisme Pengendali Kopling ... 31

5.2. Mekanisme Pengendali Kemudi ... 34

5.3. Mekanisme Pengendali Akselerasi ... 39

VI. KESIMPULAN DAN SARAN ... 43

6.1. Kesimpulan ... 43

6.2. Saran ... 43

DAFTAR PUSTAKA ... 44

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1. Klasifikasi Traktor Roda Empat ... 3

Tabel 2. Istilah-Istilah dalam Sistem Kontrol... 11

Tabel 3. Waktu dan Kecepatan Belok Roda Depan Traktor ... 37

Tabel 4. Kalibrasi Sudut Belok Roda Depan Traktor ... 38

Tabel 5. Validasi Sudut Belok Roda Depan Traktor ... 39

Tabel 6. Waktu dan Kecepatan Kendali Akselerasi ... 41

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1. Traktor Pertanian Dengan Poros Penggerak Ganda-4WD (PAES 118:2001) ... 4

Gambar 2. Konstruksi Utama Traktor Roda 4 (PAES 118:2001) ... 4

Gambar 3. Contoh Panel Kontrol Dari Traktor Roda Empat Dengan 4-WD (PAES 118:2001) ... 4

Gambar 4. Pemberat Tambahan Pada Traktor ... 6

Gambar 5. Konstruksi Pedal Rem Traktor Roda Empat ... 6

Gambar 6. Alat Kemudi Traktor Roda Empat... 7

Gambar 7. Pengendali Traktor Roda Empat... 7

Gambar 8. Diagram Sistem Kontrol ... 10

Gambar 9. Diagram Jenis-Jenis Motor Listrik ... 13

Gambar 10. Diagram Alir Proses Perancangan (Harsokoesoemo, 1999) ... 15

Gambar 11. Diagram Alir Perancangan Mekanisme Pengendali Kopling, Kemudi, Akselerasi ... 16

Gambar 12. Desain Mekanisme Pengendali Kopling ... 21

Gambar 13. Desain Bentuk Klem... 23

Gambar 14. Desain Bentuk Puli ... 23

Gambar 15. Motor DC Dengan Transmisi Worm Gear ... 24

Gambar 16. Desain Mekanisme Pengendali Kemudi ... 25

Gambar 17. Mekanisme Transmisi T-Belt ... 26

Gambar 18. Tiang Penyangga ... 27

Gambar 19. Desain Mekanisme Pengendali Akselerasi ... 28

Gambar 20. Batang Transmisi ... 29

Gambar 21. Desain Dudukan Motor ... 30

Gambar 22. Potensiometer ... 30

Gambar 23. Hasil Rancangan Mekanisme Pengendali Kopling ... 32

Gambar 24. Pemasangan Komponen Mekanisme Pengendali Kemudi ... 35

Gambar 25. Pemasangan Sensor (Absolute Rotary Encoder) dan Limitswitch ... 36

Gambar 26. Jarak Antara Dua Titik Belok Maksimum Roda Depan ... 37

Gambar 27. Grafik Hasil Kalibrasi Sudut Belok Roda Traktor ... 38

Gambar 28. Grafik Validasi Sudut Belok Roda Depan Traktor ... 39

Gambar 29. Pemasangan dan Pengaplikasian Komponen Pengendali Akselerasi ... 40

Gambar 30. Posisi Limitswitch Atas dan Bawah ... 40

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1. Alternatif Desain ... 45

Lampiran 2. Analisis Perhitungan ... 48

Lampiran 3. Gambar Desain Puli ... 51

Lampiran 4. Gambar Desain Klem... 52

Lampiran 5. Gambar Desain Batang Transmisi ... 54

Lampiran 6. Gambar Desain Dudukan Motor ... 55

Lampiran 7. Gambar Desain Sistem Transmisi T-Belt ... 56

1

I.

PENDAHULUAN

1.1.

LATAR BELAKANG

Penggunaan Mekanisasi di Indonesia masih belum merata pemakaiaannya di bidang pertanian. Walaupun sebagian kegiatan telah digantikan dengan peralatan mekanis tetapi tetap kebutuhan tenaga manusia sebagai operator peralatan dan mesinnya diperlukan. Pertanian tradisional yang ditandai dengan penggunaan tenaga manusia secara dominan yang memiliki batasan kelelahan dalam bekerja sehingga menyebabkan efisiensi di setiap bidang pekerjaan pertanian masih rendah dan berdampak pada produktivitas yang rendah pula. Pertanian modern merupakan pertanian yang berbasis pada peningkatan efisiensi, produktivitas, dan juga konservasi sumberdaya. Dalam upaya peningkatan efisiensi dan produktivitas dalam pertanian modern sekarang ini, penggunaan mesin- mesin pertanian semakin sering digunakan.

Efisisensi pada bidang pertanian terkait erat dengan penggunaan teknologi Alat dan Mesin Pertanian. Umumnya, penggunaan teknologi Alat dan Mesin Pertanian akan meningkatkan kapasitas kerja dan produktivitas pekerjaan. Traktor merupakan salah satu contoh penggunaan mekanisasi untuk persiapan dan pengolahan lahan pertanian. Kelebihan traktor selain sebagai sumber penggerak utama bagi implemen pertanian seperti bajak, juga memiliki power, durability, precission yang jauh lebih baik dibanding tenaga manusia dan hewan.

Akan tetapi, penggunaan traktor secara terus-menerus masih dapat mengakibatkan kelelahan bagi operatornya sehingga pekerjaan menjadi kurang optimal. Hal ini dapat menyebabkan produktivitas dan efisiensi pekerjaan menurun sehingga dibutuhkan penggantian oleh operator baru yang tenaganya masih segar. Namun, di zaman sekarang ini tenaga di bidang pertanian semakin berkurang, hal ini terkait dengan paradigma masyarakat bahwa pekerjaan di bidang pertanian adalah bukan pekerjaan yang menjanjikan. Kesimpulannya, penggantian terhadap operator yang mengalami kelelahan adalah bukan solusi yang tepat Untuk mengatasi masalah tersebut, otomasi sistem kendali pada traktor merupakan salah satu solusinya. Dengan melakukan otomasi pada traktor ini dapat mengurangi beban kerja, kelelahan yang dialami operator dan kemungkinan terjadinya overlapping hasil pengolahan tanah serta dapat pula meningkatkan ketelitian dan produktivitas operasi traktor.

Pada penelitian ini dilakukan perancangan sistem pengendalian traktor secara otomatis. Sistem pengendalian traktor yang dirancang mencakup sistem kemudi, sistem kopling, dan sistem pengendali pedal akselerasi. Sedangkan sistem persneling, sistem pengendali tuas implement dan navigasi masih tetap dikendalikan oleh operator. Hasil rancangan/modifikasi kendali mekanis menjadi otomatis kemudian akan terintegrasi dengan sistem kontrol otomatis yang menggunakan sebuah mikrokontroler DT-51 minimum sistem versi 3.3 sehingga pengontrolan sistem sepenuhnya dilakukan secara otomatis tanpa operator (stand alone). Hasil rancangan sistem pengendalian ini diharapkan tidak mengganggu kenyamanan operator saat mengendarai traktor secara manual sehingga traktor masih tetap bisa dioperasikan dengan atau tanpa sistem kontrol otomatis yang mengendalikannya.

2

1.2.

TUJUAN

Tujuan umum penelitian ini adalah membuat rancang bangun mekanisme pengendali otomatis traktor roda empat yang dapat membantu mengurangi kelelahan operator selama mengoperasikannya. Sedangkan tujuan khusus dari penelitian ini adalah :

1. Memodifikasi sistem kendali mekanis traktor menjadi sistem kendali.otomatis. 2. Merancang bangun prototype pengendali otomatis traktor roda empat.

3. Melakukan kalibrasi, dan uji statis mekanisme pengendalian otomatis traktor roda empat.

1.3.

BATASAN PENELITIAN

Rancang bangun dalam penelitian kali ini perlu memperhatikan beberapa hal yang menjadi batasan masalahnya:

1. Sistem pengendalian yang dirancang terbatas pada rancangan pengendalian kemudi, pengendalian kopling, dan pengendalian pedal akselerasi.

2. Modifikasi harus dirancang tanpa merubah bentuk asli traktor dan menghindari pengeboran, pengelasan, dan sebagainya pada traktor.

3. Hasil modifikasi kemudi, kopling, dan pedal akselerasi tidak mengganggu kenyamanan operator dalam pengoperasian secara manual sehingga traktor tetap dapat dioperasikan dengan atau tanpa mekanisme pengendalian otomatis.

3

II.

TINJAUAN PUSTAKA

2.1.

TRAKTOR

Traktor adalah suatu mesin traksi yang utamanya dirancang dan dinyatakan sebagai penyedia tenaga bagi peralatan pertanian dan perlengkapan usaha tani (Sembiring N. dkk, 1998). Traktor didesain secara spesifik untuk keperluan traksi tinggi pada kecepatan rendah, atau untuk menarik trailer atau instrumen yang digunakan dalam pertanian atau konstruksi.

Menurut SNI 7416:2010, traktor roda empat adalah mesin berdaya gerak sendiri berupa motor diesel, beroda empat (ban karet atau ditambah roda sangkar dari baja) mempunyai tiga titik gandeng, berfungsi untuk menarik, menggerakkan, mengangkat, mendorong alat dan mesin pertanian dan juga sebagai sumber daya penggerak. Berdasarkan besaran daya sumber penggerak motor diesel dan kategori tiga titik-gandeng, traktor roda empat diklasifikasikan atas empat kelas, seperti tertera pada Tabel.1 di bawah ini.

Tabel 1. Klasifikasi Traktor Roda Empat Klasifikasi Traktor Klasifikasi Traktor

Dayamotor (kW) Kategori 3-titik-gandeng

Traktor Mini 9-15 1

Traktor Kecil 15 - 35 1

Traktor Sedang 30 – 75 2

Traktor Besar 60 – 168 2 dan 3

Traktor Sangat 135- 300 3 dan 4

Berdasarkan jumlah poros penggeraknya, traktor roda empat dapat diklasifikasikan ke dalam dua jenis yaitu:

a) Traktor dengan poros penggerak tunggal (two wheel drive, 2WD); yaitu traktor yang digerakkan oleh kedua roda belakang.

b) Traktor dengan poros penggerak ganda (four wheel drive, 4WD); yaitu traktor yang digerakkan oleh keempat roda.

2.1.1.

Konstruksi Utama Traktor

Konstruksi utama traktor roda empat yaitu: - Mesin sebagai sumber penggerak

- Transmisi daya, biasanya berupa roda gigi, sabuk dan sproket, atau kombinasi keduanya - Alat penggerak, yaitu roda, roda rantai, dsb

- Alat pengendali, yaitu berupa kemudi, kopling, kopling kemudi, rem, stir, dsb - Alat yang bekerja, yaitu implemen atau trailer yang ditarik

Menurut SNI 7416:2010, Konstruksi traktor pertanian ditunjukkan pada Gambar 1, Gambar 2, dan Gambar 3 di bawah ini.

4

Gambar 1. Traktor Pertanian dengan Poros Penggerak Ganda-4WD (PAES118:2001)

Gambar 2. Konstruksi Utama Traktor Roda 4 (PAES 118:2001)

5

Dalam media E-learning TEP FATETA IPB, dijelaskan secara rinci tentang konstruksi dan fungsi traktor roda empat. Traktor roda empat secara mendasar terdiri dari bagian-bagian utama sebagai berikut:

1. Enjin (engine)

2. Alat untuk penyaluran tenaga (power transmission device) 3. Alat untuk bergerak (running device)

4. Alat untuk kemudi (steering device) 5. Alat untuk bekerja (working device) 1. Enjin

Kebanyakan dari traktor roda empat dilengkapi dengan enjin diesel, 4-tak, berpendingin air. Banyak diantaranya memiliki 2 hingga 6 silinder. Enjin traktor nampak seperti enjin truk atau bus tetapi dilengkapi dengan sistem governor yang efektif untuk keperluan dapat menjaga putaran konstan dengan tanpa memandang beban yang diberikan.

Enjin dari sebuah traktor roda empat umumnya dilengkapi dengan:

a) Sistem bahan bakar. Enjin traktor biasanya memiliki sebuah pompa injeksi untuk setiap silinder. Untuk mengalirkan bahan bakar, diperlukan pompa bahan bakar

b) Sistem pelumasan. Minyak pelumas dialirkan secara paksa oleh pompa minyak pelumas ke berbagai bagian enjin.

c) Sistem pendingin. Radiator dan kipas pendingin selalu melengkapi enjin yang berpendingin air. Pompa harus dilengkapi untuk memastikan terjadinya sirkulasi air.

d) Sistem listrik. Ada alat motor starter untuk memutar flywheel yang memanfaatkan aki sebagai sumber tenaganya. Aki juga digunakan untuk menyalakan lampu, klakson dan aksesoris lainnya. Aki dicharge oleh generator, yang selalu berputar bersama putaran enjin.

2. Alat untuk penyaluran tenaga

Alat ini berfungsi menyalurkan tenaga dari enjin menuju roda, poros PTO, pompa oli untuk menggerakkan tiga-titik gandeng (thre-point linkage/hitch), dan lain-lainnya, pada berbagai tingkat kecepatan putaran. Penyaluran tenaga ke roda, mirip dengan yang ada pada mobil, yaitu memiliki urutan dari enjin – kopling -- gigi kecepatan -- gigi diffrensial -- poros roda. Karena traktor bergerak dengan kecepatan yang sangat bervariasi, mulai dari 0,3 hingga 10 km/jam di lahan, dan 15–24 km/jam di jalan raya, jumlah gigi perubahan kecepatan umumnya bervariasi dari 6 hingga 12, atau lebih. Gigi differensial dapat dikunci dengan diffrential lock, ini akan membuat kedua roda penggerak berputar bersamaan bila salah satu roda mengalami slip. Blok enjin dan sistem transmisi biasanya menjadi satu sebagai badan utama traktor, maka dia dibuat dengan konstruksi yang sangat kuat.

3. Alat untuk bergerak

Bagian utama untuk bergerak adalah roda ban. Roda ban traktor ukurannya besar, untuk memberikan ground clearance yang besar, juga untuk mempermudah gerak pada lahan tidak rata, dan juga untuk meningkatkan kemampuan traksi. Namun demikian, untuk lebih meningkatkan kemampuan traksinya, kembang roda ban dibuat lebih tinggi. Demikian juga sering dilengkapi dengan berat tambahan berupa besi atau penambahan air ke dalam ban.

6

Gambar 4. Pemberat Tambahan Pada Traktor

Namun demikian, pada lahan sawah yang berlumpur, beban yang berat akan malah menghambar gerak traktor. Oleh sebab itu, traktor untuk lahan sawah biasanya dilengkapi roda sangkar, untuk mengurangi tekanan kontak.

Rem hanya disediakan pada roda belakang. Rem roda kiri dan kanan dapat dipergunakan sendiri-sendiri untuk memudahkan belok (Gambar 5). Traktor untuk lahan sawah biasanya dilengkapi dengan rem yang memilik bearing dengan seal kedap air.

Beberapa traktor dengan berpenggerak empat roda memiliki empat buah roda yang sama besar, dan ada yang memiliki roda depan yang lebih kecil. Traktor yang memiliki empat roda yang sama besar umumnya memberikan traksi yang lebih besar, tapi lebih sulit untuk dikemudikan dibandingkan dengan yang roda depannya lebih kecil.

7

4. Alat untuk kemudi

Traktor roda empat umumnya dikemudikan dari ruang kemudi dengan mengendalikan roda depan melalui roda kemudi (stir), sebagaimana umumnya mobil. Namun ada juga kemudi dilakukan dengan mengatur roda belakang, seperti traktor buatan Thailand (Gambar 6). Gigi differential sangat penting untuk poros roda penggerak, dan jangan gunakan differential lock saat berbelok. Sistem power steering digunakan untuk traktor besar. Ini akan membantu memperingan pengemudian traktor. Saat berbelok, diperlukan juga bantuan rem kiri bila berbelok tajam ke kiri atau sebaliknya.

Gambar 6. Alat Kemudi Traktor Roda Empat

2.1.2.

Sistem Kendali Traktor Roda Empat

Menurut Sihotang (2010), Pengendali adalah indikator, saklar, tuas dan pedal yang digunakan untuk mengendalikan jalannya traktor. Pengendali yang ada pada traktor roda empat dapat dibagi menjadi dua kelompok, yaitu:

8

1. Indikator dan saklar pada dashboard, antara lain:

a) Kunci kontak (saklar utama) b) Saklar lampu depan

c) Saklar lampu sein d) Tombol klakson

e) Indikator pemanas mesin f) Indikator pengisian accu

g) Indikator temperatur air h) Indikator sirkulasi oli pelumas i) Tuas dekompresi

j) Tachometer dan meter jam k) Sikring

2. Tuas dan pedal pengatur, antara lain: a) Tuas pengatur gas

Kecepatan (gas) akan besar apabila tuas ditarik. Gas akan kecil apabila disorong ke depan. Apabila gas didorong lebih lanjut, gas akan berhenti. Ada juga jenis traktor yang dilengkapi dengan tuas khusus untuk mematikan motor penggerak. Tuas gas ini berfungsi untuk menjaga kecepatan jalan traktor akan tetap pada saat dioperasikan.

b) Tuas hidrolik

Tuas hidrolik berfungsi untuk menggerakkan sistem hidrolik yang umumnya digunakan untuk menggerakkan lengan pengangkat implemen. Bila tuas didorong ke depan, implemen akan turun, bila ditarik ke belakang implemen akan naik (terangkat). Apabila tuas pada posisi netral, implemen akan berhenti ada posisi tertentu.

c) Tuas persneleng utama

Biasanya tuas perneleng terdiri dari 3 atau 4 kecepatan maju dan satu kecepatan mundur. d) Tuas persneleng cepat/ lambat

Tuas persneleng cepat/lambat (Hi-Low) digunakan untuk membedakan kecepatan di lahan (pada saat mengolah tanah) dan kecepatan di jalan. Dengan tuas persneleng cepat lambat, kombinasi kecepatan menjadi 6 atau 8 maju dan 2 mundur.

e) Tuas persneleng PTO

Berfungsi untuk mengubah kecepatan putar poros PTO yang diinginkan. Setiap jenis trator berbeda beda jumlah kecepatannya. Ada yang hanya satu, dua atau tiga macam kecepatan.

f) Tuas gardan depan

Khusus untuk traktor yang mempunyai dobel gadan, dilengkapi dengan tuas gardan depan. Tuas ini berfungsi untuk menyambung gardan depan apabila diperlukan. Gardan depan digunakan untuk memperbesar daya tarik traktor.

g) Pedal kopling

Gunanya untuk menghubungkan dan melepaskan, hubungan antara motor penggerak dengan transmisi. Apabila pedal kopling diinjak, hubungan motor dengan transmisi terputus. h) Pedal rem (kiri dan kanan)

Pedal rem roda kiri dan rem roda kanan terpisah satu sama lain. Dengan terpisahnya pedal rem, dapat membantu berbeloknya traktor secara tajam. Pada saat traktor berjalan di jalan, pedal rem harus dikunci (disatukan kembali). Menginjak satu rem saja pada saat traktor berjalan cepat akan sangat berbahaya.

9

i) Pedal gas (pedal akselerasi)

Beberapa jenis traktor dilengkapi dengan pedal gas, selain tuas gas. Tekan pedal gas apabila ingin mempercepat putaran motor penggerak. Lepaskan pedal gas apabila ingin memperlambat.

j) Tuas rem parkir

Tuas rem parkir berfungsi menahan rem tetap pada posisi mengerem. Bebapa jenis traktor ada juga yang mengunakan tuas rem parkir tersendiri.

k) Pedal pengunci differensial (gardan)

Gardan berfungsi untuk memungkinkan roda kanan dan roda kiri belakang dapat berputar dengan kecepatan berbeda, sehingga traktor dapat berbelok. Namun dengan adanya gardan menyebabkan salah satu roda akan slip. Dengan menginjak pedal pengunci differensial, putaran kedua roda belakang akan sama, sehinga slip bisa diatasi.

l) Pengunci kap motor

Apabila kita ingin memeriksa motor traktor, kap motor harus dibuka terlebih dahulu. Untuk membuka kap motor, pengunci harus dilepas terlebih dahulu.

m) Pengatur tempat duduk

Tempat duduk dapat diatur maju atau mundur sesuai dengan keinginan operator. Caranya dengan memindah pen ke lubang lain yang diinginkan.

2.1.3.

Langkah Pengoperasian Traktor Roda Empat

Sangat penting memahami langkah-langkah pengoperasian traktor roda empat sehingga operator lebih mudah mengendalikannya. Hal paling dasar yang harus diketahui adalah cara menghidupkan dan mematikan traktor. Sebagian besar, traktor roda empat menggunakan motor diesel sebagai tenaga penggerak dan dihidupkan dengan motor stater. Sihotang (2010) menjelaskan, sebelum traktor dihidupkan, harus diperiksa terlebih dahulu, sehingga traktor siap untuk dioperasikan. Kran bahan bakar

dalam posisi “OPEN”. Rem terkunci. Berikut ini akan dijelaskan lebih detail cara menghidupkan dan mematikan traktor roda empat, beserta tujuannya.

a) Menghidupkan traktor roda empat:

- Naik ke traktor dengan posisi maju, karena sekalian melihat bagian pengendali. Hati -hati tidak boleh menyentuh bagian pengendali, baik tangan maupun kaki.

- Duduklah yang baik di tempat duduk, karena seluruh anggota badan diperlukan untuk mengendalikan traktor.

- Semua saklar diposisikan “OFF”, untuk menghemat arus accu saat kunci kontak pada posisi “ON”

- Semua tuas dan pedal netral. Sehingga pada saat traktor dihidupkan, seluruh peralatan traktor tidak berjalan.

- Masukkan kunci kontak dan putar ke kanan ke arah “ON”

- Lihat, apakah lampu indikator pengisian accu dan indikator sirkulasi oli pelumas menyala.

- Putar kunci kontak ke kanan ke arah “PREHEAT” selama kurang lebih 10 – 20 detik. Atau sampai indikator pemanas mesin berpijar, sebagai tanda ruang pembakaran sudah cukup panas. Dengan panasnya ruang pembakaran, akan mempermudah terjadinya proses pembakaran.

- Injak penuh pedal kopling, untuk menjaga agar traktor tidak berjalan pada saat distater.

10

- Putar kunci kontak ke kanan penuh ke arah “START”, sehingga motor stater akan memutar motor penggerak.

- Setelah motor hidup, segera lepaskan kunci kontak, sehingga kunci kontak secara otomatis kembali ke

posisi “ON”. Untuk mematikan motor stater

- Setelah motor hidup, lampu indikator pengisian accu dan indikator sirkulasi oli pelumas mati.

- Kecilkan posisi gas ke idle

- Lepaskan pedal kopling pelan-pelan

2.2.

SISTEM KONTROL

2.2.1.

Pengertian Sistem Kontrol

Menurut Ogata (1997) sistem adalah kombinasi dari beberapa komponen yang bekerja bersama-sama dan melakukan sasaran tertentu sedangkan kontrol merupakan usaha pengaturan operasi-operasi terhadap obyek atau proses agar sesuai dengan tujuan tertentu tersebut. Sehingga kontrol otomatik adalah usa ha pengaturan operasi-operasi terhadap obyek atau proses dengan kombinasi dari beberapa komponen yang bekerja secara bersama-sama untuk mencapai sasaran atau tujuan tertentu

Komponen dasar dari sistem kontrol (Kuo, 1982), yaitu tujuan kontrol, komponen sistem kontrol dan hasil atau keluaran. Dalam istilah yang lebih teknis tujuan dapat dihubungkan erat dengan masukan atau sinyal dan hasilnya disebut keluaran atau variabel yang dikendalikan.

Sistem kontrol adalah suatu proses pengaturan atau pengendalian terhadap satu atau beberapa besaran (variable, parameter) sehingga berada pada suatu harga atau pada suatu rangkaian harga (range) tertentu. Komponen-komponen dari suatu sistem kontrol digambarkan dalam suatu blok diagram dibawah ini.

Gambar 8. Diagram Blok Sistem Kontrol

Dari blok diagram di atas dapat dilihat komponen dari suatu sistem kontrol terdiri dari input set point (R(t)), sinyal eror (e(t)), kontroler, sinyal kontrol (U(t)), actuator, plant/proses, output (c(t)), dan eror detector dengan fungsi masing-masing sebagai berikut:

- Input set point (R(t)) adalah nilai variable yang diinginkan oleh selama pengontrolan atau pengendalian oleh system.

- Signal eror (e(t)) adalah selisih antara nilai input set point (R(t)) dengan outpu (c(t)). Signal eror ini merupakan input bagi kontroler dan nilainya harus sekecil mungkin, eror signal diolah atau diproses oleh kontroler agar diperoleh niali output yang diinginkan.

- Kontroler berfungsi untuk memproses signal eror yang dihasilkan sistem, hasilnya adalah berupa proses yang harus dikerjakan oleh actuator.

11

- Kontrol signal adalah signal yang dihasilkan oleh kontroler dan berfungsi untuk pengontrolan proses yang diinginkan dan berfungsi untuk menyamakan input signal dengan output signal.

- Actuator adalah komponen yang melakukan proses yang diperintahkan oleh kontroler.

- Plant/proses adalah objek tertentu yang dikontrol oleh sistem. Biasanya berupa proses mekanis, hidrolis, pneumatic, atau kombinasinya.

- Output (c(t)) adalah harga atau nilai yang akan dipertahankan oleh kontroler dan merupakan nilai yang ingin dicapai oleh sistem.

- Eror detector adalah komponen yang membandingkan nilai input dengan output dan menghasilkan signal eror.

Dalam sistem kontrol terdapat istilah-istilah yang sering dipakai dan memiliki arti tersendiri. Untuk memudahkan pembahasan dalam sistem kontrol perlu didefinisikan sebuah terminologi dari istilah-istilah tersebut yaitu:

Tabel 2. Istilah-istilah dalam Sistem Kontrol

Setpoint (Set Point): Nilai set dalam skala sistem kontrol dalam hal untuk memperoleh kondisi yang diinginkan

Nilai yang diinginkan (Desired Value):

Nilai yang diinginkan dan diperbolehkan berayun disekitar kondisi ideal

Nilai Kontrol (Kontrol Value):

Nilai dari kondisi kontrol pada kenyataannya dipelihara agar menjadi kondisi matap

Deviasi (Deviation): Perbedaan antara nilai setpoint dan nilai kontrol Offset (Offset): Ayunan dari deviasi

Sensor (Sensor): Elemen yang merespon secara langsung Media Terkontrol

(Kontrolled Medium):

Media yang dikontrol oleh sistem. Media yang terkontrol dalam contoh di atas adalah air dalam tangki

Kondisi Terkontrol (Kontrolled Condition):

Kondisi fisik dari media terkontrol. Dalam contoh diatas adalah level air dalam tangki

Kontroler (Kontroller): Perangkat yang menerima sinyal dari sensor dan

mengirimkan sinyal koreksi (atau pengontrolan) ke aktuator Aktuator (Actuator): Elemen yang menyetel perangkat terkontrol dalam hal

merespon sinyal dari kontroler Perangkat Terkontrol

(Kontrolled Device):

Elemen pengontrolan paling akhir didalam sebuah sistem kontrol, sperti pengontrolan klep atau variabel kecepatan pompa

2.2.2.

Jenis-Jenis Sistem Kontrol

a) Sistem kontrol manual (open loop kontrol)

Sistem kontrol manual adalah sistem pengontrolan yang masih menggunakan tenaga manusia untuk melakukan proses pengontrolan. Pengontrlan secara manual biasanya digunakan pada proses yang tidak banyak mengalami perubahan beban (load). Kelebihan sistem kontrol manual adalah lebih murah, karena tidak memerlukan rangkaian elektronik seperti sensor, mikrokontroler, dan elemen elektronik yang lain yang harganya cukup mahal. Sedangkan kekurangannya adalah output yang dihasilkan kurang akurat,

12

hal ini berkaitan dengan sifat manusia yang akan merasa lelah, letih, bosan jika bekerja dalam jangka waktu yang lama.

b) Sistem kontrol otomatis (closed loop kontrol)

Sistem kontrol otomatis adalah sistem pengontrolan yang dilakukan dengan menggunakan alat atau rangkaian elektronik. Pengontrolan otomatis sering digunakan untuk mengontrol atau mengendalikan proses yang sering mengalami perubahan beban. Proses pengontrolan dapat dilakukan lebih cepat dan akurat dibandingkan dengan pengontrolan manual.

(Sutiarso, at al. 2001). Sistem kontrol umpan balik diintroduksi untuk mengatasi keterbatan-keterbatasan yang ada pada sistem kontrol jaringan terbuka. Sistem kontrol umpan balik telah digunakan untuk mengontrol pengendalian pada kebanyakan mesin-mesin industri. Kendaraan dengan pemandu otomatis dilengkapi perlengkapan kontrol umpan balik (Suzuki, at al. 1986).

Kontroler otomatis membandingkan nilai sebenamya dari keluaran sistem secara keseluruhan (plant) dengan mengacu pada masukan (nilai yang dikehendaki), menentukan penyimpangan, dan menghasilkan sinyal kontrol yang akan mengurangi penyimpangan menjadi nol atau nilai yang kecil. Bagaimana kontroler otomatis tersebut menghasilkan sinyal kontrol dinamakan aksi/control.

Dalam suatu sistem kontrol terhadap hubungan timbal balik antara komponen-komponen yang membentuk suatu konfigurasi sistem yang memberikan suatu hasil atau respon yang dikehendaki. Hubungan antara masukan dan keluaran akan menggambarkan bagaimana proses yang terjadi pada sinyal masukan untuk menghasilkan variable sinyal keluaran.

Gunterus di dalam Tamrin (1997) mengemukakan, sistem kontrol proses adalah kumpulan dan kerja alat-alat kontrol proses otomatis. Semua komponen yang membentuk sistem kontrol disebut instrumentasi kontrol proses. Pembahasan tentang sistem kontrol terfokus pada kerja dan komponen sistem. Aplikasi instrumen pengukuran dikelompokkan menjadi tiga, yaitu pemantauan proses dan operasi, analisis teknik eksperimen, serta kontrol proses dan operasi (Doeblin di dalam Tamrin 1997). Elemen pengukuran merupakan elernen yang penting dalam menentukan aksi dan respon sistem untuk mengoreksi keadaan yang tidak dikehendaki.

Untuk menerjemahkan sinyal sistem pengukuran dari sensor menjadi sinyal yang dapat dimengerti oleh kontrol dibutuhkan unit transduser. Pemilihan sinyal pengukuran ditentukan oleh jenis kontrol yang akan dipakai. Sinyal dapat dianggap sebagai suatu fungsi waktu yang mewakili peubah fisik dalam suatu sistem. Sistem pengukuran umumnya terdiri atas dua elemen, yaitu sensor dan tansduser, kedua unit ini dapat berupa satu bagian yang utuh atau terpisah.

Sensor adalah alat yang mengubah variabel keluaran menjadi vaiabel yang sesuai, seperti perpindahan, perubahann posisi, atau tegangan yang dapat digunakan untuk membandingkan keluaran dengan sinyal masukan acuan. Elemen ini berada dalam jalur umpan balik dari sistem loop tertutup. Titik "set" dari kontroler harus diubah ke masukan acuan dengan unit yang sama dengan sinyal umpan balik dari sensor (Ogata, 1997).

Aktuator adalah alat daya yang menghasilkan masukan ke "plant" sesuai dengan sinyal kontrol sedemikian sehingga sinyal umpan balik akan berkaitan dengan sinyal masukan acuan. Keluaran dari

13

kontroler otomatis dirnasukkan ke aktuator, seperti misalnya motor atau katup pneumatik, motorhidrolik, atau motor listrik.

2.3.

MOTOR LISTRIK

Motor listrik merupakan sebuah perangkat elektromagnetis yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk, misalnya, memutar impeller pompa, fan atau blower, menggerakan kompresor, mengangkat bahan, dan lain-lain. Dalam memahami sebuah motor, penting untuk mengerti apa yang dimaksud dengan beban motor. Beban mengacu kepada keluaran tenaga putar/torque sesuai dengan kecepatan yang diperlukan. Beban umumnya dapat dikategorikan ke dalam tiga kelompok (BEE India, 2004):

 Beban torque konstan adalah beban dimana permintaan keluaran energinya bervariasi dengan kecepatan operasinya namun torque nya tidak bervariasi. Contoh beban dengan torque konstan adalah conveyors, rotary kilns, dan pompa displacement konstan.

 Beban dengan variabel torque adalah beban dengan torque yang bervariasi dengan kecepatan operasi. Contoh beban dengan variabel torque adalah pompa sentrifugal dan fan (torque bervariasi sebagai kwadrat kecepatan).

 Beban dengan energi konstan adalah beban dengan permintaan torque yang berubah dan berbanding terbalik dengan kecepatan. Contoh untuk beban dengan daya konstan adalah peralatan-peralatan mesin.

Gambar 9. Diagram Jenis-jenis Motor Listrik

Motor arus searah, sebagaimana namanya, menggunakan arus langsung yang tidak langsung/direct-unidirectional. Motor DC digunakan pada penggunaan khusus dimana diperlukan penyalaan torque yang tinggi atau percepatan yang tetap untuk kisaran kecepatan yang luas. Sebuah motor DC yang memiliki tiga komponen utama, yaitu:

 Kutub medan. Secara sederhada digambarkan bahwa interaksi dua kutub magnet akan menyebabkan perputaran pada motor DC. Motor DC memiliki kutub medan yang stasioner dan dinamo yang menggerakan bearing pada ruang diantara kutub medan. Motor DC sederhana memiliki dua kutub medan: kutub utara dan kutub selatan. Garis magnetik energi membesar melintasi bukaan diantara kutub-kutub dari utara ke selatan. Untuk motor yang lebih besar atau lebih komplek terdapat satu atau lebih elektromagnet. Elektromagnet menerima listrik dari sumber daya dari luar sebagai penyedia struktur medan.

14

 Dinamo. Bila arus masuk menuju dinamo, maka arus ini akan menjadi elektromagnet. Dinamo yang berbentuk silinder, dihubungkan ke as penggerak untuk menggerakan beban. Untuk kasus motor DC yang kecil, dinamo berputar dalam medan magnet yang dibentuk oleh kutub-kutub, sampai kutub utara dan selatan magnet berganti lokasi. Jika hal ini terjadi, arusnya berbalik untuk merubah kutub-kutub utara dan selatan dinamo.

 Commutator. Komponen ini terutama ditemukan dalam motor DC. Kegunaannya adalah untuk membalikan arah arus listrik dalam dinamo. Commutator juga membantu dalam transmisi arus antara dinamo dan sumber daya.

Keuntungan utama motor DC adalah sebagai pengendali kecepatan, yang tidak mempengaruhi kualitas pasokan daya. Motor ini dapat dikendalikan dengan mengatur:

 Tegangan dinamo: meningkatkan tegangan dinamo akan meningkatkan kecepatan

 Arus medan: menurunkan arus medan akan meningkatkan kecepatan. Motor DC tersedia dalam banyak ukuran, namun penggunaannya pada umumnya dibatasi untuk beberapa penggunaan berkecepatan rendah, penggunaan daya rendah hingga sedang seperti peralatan mesin dan rolling mills, sebab sering terjadi masalah dengan perubahan arah arus listrik mekanis pada ukuran yang lebih besar. Juga, motor tersebut dibatasi hanya untuk penggunaan di area yang bersih dan tidak berbahaya sebab resiko percikan api pada sikatnya. Motor DC juga relatif mahal dibanding motor AC.

Hubungan antara kecepatan, flux medan dan tegangan dinamo ditunjukkan dalam persamaan berikut:

Dimana:

E =gaya elektromagnetik yang dikembangkan pada terminal dinamo (volt)

Φ = flux medan yang berbanding lurus dengan arus medan

N = kecepatan dalam RPM (putaran per menit) T = torque electromagnetik

Ia = arus dinamo K = konstanta persamaan

Menurut Cooper (1992), motor listrik sering digunakan sebagai tenaga penggerak dibandingkan dengan jenis tenaga-tenaga yang lain karena :

1. Dapat disesuaikan : motor dapat digunakan di hampir setiap lokasi termasuk di dalam air. 2. Otomatis : motor dengan mudah dikontrol dengan alat otomatis.

3. Rapi : sebuah unit kecil memperkembangkan sejumlah kekuatan besar secara bersama-sama. 4. Dapat dipercaya : motor listrik secara khusus untuk pekerjaan jarang mengalami gangguan. 6. Efisien : motor listrik memiliki efisiensi hingga 95 %.

7. Perawatan mudah

8. Tenang : motor secara umum lebih tenang dari pada mesin yang di jalankan. 9. Aman : apabila dipasang dengan tepat, dipelihara, dan digunakan

15

Identifikasi kebutuhan

Analisa masalah, spesifikasi produk dan perancangan proyek

Perancangan konsep produk

Perancangan produk

Evalusai produk hasil rancangan

Dokumen untuk pembuatan produk

2.4.

PERANCANGAN (DESAIN)

Menurut Gieecke et al (2000) perancangan adalah cara untuk menghayati dan menciptakan gagasan baru yang kemudian mengkomunikasikannya kepada orang lain dengan cara yang lebih mudah. Sedangkan Harsokoesoemo (1999) mendefinisikan perancangan sebagai kegiatan awal dari usaha merealisasikan suatu produk yang keberadaannya dibutuhkan oleh masyarakat untuk meringankan hidupnya. Perancangan itu sendiri terdiri dari serangkaian kegiatan yang berurutan. Kegiatan-kegiatan dalam proses perancangan dinamakan fase perancangan. Berikut diagram alir perancangan secara umum:

16

III.

METODE PENELITIAN

3.1.

WAKTU DAN TEMPAT

Kegiatan Penelitian ini dilaksanakan mulai bulan Juni hingga Desember 2011 dan dilaksanakan di laboratorium lapang Siswadhi Soepardjo (Leuwikopo), Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.

3.2.

ALAT DAN BAHAN

Alat dan bahan yang digunakan pada penelitian ini antara lain : 1. Traktor roda empat, merk Yanmar tipe EF 435 T

2. Rangkaian sistem kontrol dengan menggunakan DT-51 Minimum System (Minsys) Ver. 3.3 yang berfungsi mengontrol gerakan sistem kendali.

3. Potensiometer linier dan absolute encoder sebagai sensor putaran. 4. Timbangan gaya, dan Multimeter

5. Elektro motor DC sebagai aktuator untuk menggerakkan kemudi, akselerasi, dan kopling. 6. Tachometer untuk mengukur rpm motor

7. Plat besi, plat strip, dan pipa silinder berbagai diameter dan ketebalan.

8. Laptop untuk merekam, menyimpan, mengolah data, dan merancang desain prototype.

9. Alat pendukung lainnya seperti; Power Supply, tang, obeng, bor listrik, las listrik, dan lain-lain.

3.3.

TAHAPAN PROSES PENELITIAN

Gambar 11. Diagram Alir Perancangan Mekanisme Pengendalian Kemudi, Kopling, dan Akselerasi Pengumpulan Bahan dan Manufakturing

Mulai Identifikasi Masalah

Perumusan dan Penyempurnaan Konsep Desasin

Analisis Rancangan ( penentuan kebutuhan tenaga, analisis struktural dan fungsional)

Kalibrasi dan Validasi

Selesai Mekanisme sesuai

17

3.3.1.

Identifikasi Masalah

Dalam mengoperasikan traktor secara manual, ada beberapa hal yang harus dilakukan, antara lain; cara menghidupkan dan mematikan mesin, saat-saat yang tepat untuk menginjak kopling, memasukkan gigi persneling, menginjak akselerasi, mengatur kemudi, menginjak rem, dan sebagainya. Perancangan mekanik sistem pengendalian traktor secara otomatis tentunya harus mengikuti langkah-langkah pengoperasian secara manual tersebut. Ini berarti bahwa setiap mekanisme yang akan dirancang perlu memperhatikan waktu, lama pengoperasian, kecepatan, dan hal-hal lainnya.

Pada mekanisme kopling, pedal kopling harus ditekan dan ditahan tetap berada pada posisi penekanan maksimum selama waktu yang dibutuhkan operator untuk memindahkan persneling. Setelah itu pedal kopling harus dilepas perlahan-lahan hingga posisi terlepas total, tidak boleh dalam keadaan setengah tertekan (menggantung kopling) karena selain berpotensi merusak komponen traktor juga sangat berbahaya bagi operator. Waktu penahanan kopling sangat relative tergantung dari skill operator, umumnya waktu penahanan antara 5-10 detik.

Pada mekanisme kemudi dan akselerasi, traktor akan selalu dioperasikan lurus kecuali pada saat tertentu seperti berbelok atau memutar mengikuti pola pengolahan tanah. Saat dioperasikan lurus, traktor akan dilajukan dengan kecepatan konstan. Jika selama pengoperasian terjadi gangguan yang mengubah sudut roda depan, kemudi akan diputar untuk mengembalikan traktor ke posisi semula sesegera mungkin. Begitupun jika ada hambatan berupa guludan tanah atau sebagainya yang menghambat laju traktor, pedal akselerasiakan ditekan untuk mempercepat laju traktor.

Masing-masing mekanisme perlu dilengkapi dengan aktuator pengendali, sistem transmisi daya, sensor posisi, limitswitch, dan komponen lainnya yang nantinya akan dikendalikan secara otomatis dengan sebuah sistem program pengendalian.

3.3.2.

Perumusan dan Penyempurnaan Konsep desain

Pada tahap ini permasalahan yang ada diselesaikan melalui desain konseptual yang meliputi beberapa alternatif desain. Dalam desain konseptual ini mulai menentukan komponen, mekanisme, dan konfigurasi sistem pengendali dengan tetap mempertimbangkan batasan masalah. Selanjutnya dipilih desain untuk masing-masing mekanisme yang paling baik untuk diproses ke tahap selanjutnya.

Mekanisme yang akan didesain diharapkan mampu menggerakkan masing-masing sistem pengendalian traktor yaitu sistem kopling, sistem kemudi, dan sistem akselerasi baik dari segi ketepatan waktu, kekuatan, dan durasi. Dikarenakan waktu pengoperasian yang berbeda, maka dalam perancangannya masing-masing sistem didesain secara terpisah untuk kemudian disatukan dan dikendalikan oleh suatu sistem pengendalian pada penelitian selanjutnya. Beberapa alternatif desain untuk masing-masing mekanisme pengendalian dapat dilihat pada lampiran.

Dalam desain pengendalian kopling, mekanisme terdiri atas lengan tambahan kopling yang diikat erat pada lengan kopling menggunakan klem, diujung lengan dimasukkan kabel penarik yang akan digulung oleh puli yang terpasang pada poros motor DC. Saat kabel tergulung, lengan akan tertarik dan pedal kopling akan tertekan hingga posisi maksimum. Setelah itu motor akan menahan lengan tetap pada posisinya hingga pemindahan persneling selesai dilakukan operator, motor akan dimatikan dan kabel

18

akan terulur karena kekuatan pegas yang mengembalikan lengan kopling secara perlahan ke posisinya semula.

Mekanisme kemudi traktor menggunakan Timing Belt (T-Belt) sebagai transmisi daya dari motor DC ke kemudi. Motor dan puli T-belt dipasang pada bagian depan kemudi yang tidak mengganggu pandangan ataupun kenyamanan operator. Motor diberi dudukan yang ditopang oleh tiang penyangga di kiri dan kanan badan traktor. Pada bagian poros perputaran roda depan dipasang absolut encoder yang berfungsi sebagai sensor posisi belok roda. Motor DC akan memutar kemudi ke kanan ataupun ke kiri dan mengkondisikan agar roda selalu berada pada posisi lurus.

Pada mekanisme pengendalian akselerasi, ruang kerja yang terbatas sangat menyulitkan dalam mengukur dan menentukan mekanisme yang sesuai. Sebagai solusinya, mekanisme pengendalian pedal akselerasi dirancang serupa dengn mekanisme pengendalian kopling, mekanisme pengendali pedal akselerasi menggunakan batang transmisi sebagai penyalur daya dari motor DC ke pedal akselerasi.

3.3.3.

Analisis Rancangan

Dalam tahap analisisrancanganini, akan ditentukan kebutuhan spesifik masing-masing komponen yang digunakan untuk membuat mekanisme pengendalian. Analisis tersebut terdiri atas analisis fungsional dan struktural yang dilengkapi dengan analisis teknik. Dalam analisis fungsional dilakukan penentuan komponen-komponen penyusun yang sesuai dengan fungsi dan kegunaannya dalam sistem kendali otomatis pada traktor. Sedangkan analisis struktural menentukan bahan dasar, bentuk, ukuran, dan kekuatan yang tepat untuk setiap komponen mekanisme yang sesuai dengan kebutuhan yang telah dianalisis melalui pendekatan-pendekatan teoritis.

Lebih spesifik lagi, dalam melakukan perancangan fungsional dan struktural perlu memperhatikan berbagai hal antara lain; desain traktor yang meliputi posisi, bentuk, dan ukuran kemudi, pedal kopling, dan pedal akselerasi, kebutuhan tenaga untuk memutar kemudi dan menginjak pedal akselerasi dan kopling, panjang langkah dan lama waktu yang dibutuhkan saat menginjak pedal akselerasi dan kopling ke posisi maksimum, kecepatan putar kemudi saat hendak membelokkan traktor, serta laju traktor saat melakukan pengolahan tanah.

a. Perhitungan Kebutuhan Tenaga

Besarnya gaya yang dibutuhkan untuk memutar kemudi, menggerakan pedal kopling, atau pedal akselerasi harus diukur terlebih dahulu, hal ini bertujuan agar kesalahan dalam memilih sumber tenaga (dalam hal ini Motor Listrik DC) dapat dikurangi. Dengan mengukur kebutuhan gaya maka besarnya sumber tenaga dapat dihitung. Pengukuran gaya ini dilakukan dengan menggunakan timbangan. Pengukuran dilakukan pada kebutuhan gaya pengoperasian maksimum.

Kebutuhan gaya maksimum untuk menggerakkan kopling dan pedal akselerasi adalah pada saat melakukan penekanan pada pedal kopling dan pedal akselerasi. Kebutuhan tenaga maksimum untuk memutar kemudi yaitu pada saat lingkaran kemudi traktor diputar dari keadaan maksimum kiri ke kanan atau sebaliknya .

19

Perhitungan kebutuhan tenagan maksimum yang dibutuhkan, digunakan rumus berikut:

Dimana :

P = daya (Watt) T = Torsi (N.m) F = Gaya (N)

l = panjang lengan (m) ω = kecepatan sudut (rpm) r = jari-jari (m)

N = rotasi per menit

Data hasil dari penentuan kebutuhan tenaga tersebut menjadi referensi untuk memilih motor sebagai tenaga penggerak. Tenaga yang harus dimiliki motor agar dapat memutar kemudi ataupun menekan pedal akselerasi dan kopling harus lebih besar dari kebutuhan tenaga hasil pengukuran.

b. Analisis Fungsional dan Struktural

Setelah sumber tenaga ditentukan, langkah berikutnya adalah melakukan analisis fungsional dan struktural masing-masing komponen mekanisme yang akan didesain. Analisis struktural dan fungsional untuk masing-masing komponen dari ketiga sistem tersebut akan dijelaskan lebih rinci pada bab IV.

3.3.4

Pengumpulan Bahan dan Manufakturing

Tahap terakhir dari penentuan mekanisme pengendalian kemudi adalah pengumpulan bahan, pemasangan dan pengaplikasian alat. Pemilihan jenis bahan yang akan digunakan disesuaikan dengan hasil analisis fungsional dan struktural untuk kemudian dirangkai sesuai dengan hasil analisis rancangan tersebut.

3.3.5

Kalibrasi dan Validasi

Kalibrasi dan validasi dilakukan dengan menggunakan sistem kontrol yang dirangkai sedemikian hingga masing-masing mekanisme dapat diuji secara terpisah maupun diuji secara menyeluruh tanpa perlu membongkar rangkaiannya. 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. Kalibrasi perlu dilakukan sebelum dilakukan pengujian statis sistem. Berikut beberapa hal yang akan dikalibrasi pada tahap ini:

- Pengukuran dan pengkonversian besaran jarak terhadap besaran sudut putar.

Perpindahan posisi pada mekanisme yang dirancang terdapat pada perpindahan pedal kopling dan pedal akselerasi (bergerak dari atas ke bawah dan sebaliknya). Jarak yang ditempuh dan besarnya sudut putar motor listrik saat digerakkan dari posisi minimum ke posisi maksimum diukur kemudian dikonversi sehingga didapat persamaan nilai keduanya. Selanjutnya persamaan ini dijadikan tolak ukur pengkalibrasian jarak tempuh pedal dan sudut putar puli motor listrik.

20

- Pengukuran dan pengkonversian besaran sudut putar terhadap nilai keluaran sensor.

Terdapat dua jenis sensor sudut yang digunakan pada penelitian ini. Absolute rotary encoder digunakan pada sistem pengendali kemudi dan potensiometer linier digunakan pada sistem pengendali akselerasi. Pada sistem pengendali kemudi, perubahan sudut roda depan traktor pada saat dibelokkan akan mempengaruhi nilai keluaran dari absolute rotary encoder. Dan pada sistem pengendali akselerasi, perputaran puli motor yang membentuk sudut tertentu terhadap porosnya akan mempengaruhi nilai hambatan potensiometer. Setiap perubahan sudut dan nilai keluaran sensor diukur dan dikonversi untuk mendapatkan persamaan hubungan keduanya. Hasil persamaan yang didapat menjadi tolak ukur pengkalibrasian sudut putar puli motor pengendali akselerasi, sudut belok roda depan traktor, dan nilai keluaran sensor pada masing-masing sistem pengendalian.

Setelah kalibrasi dilakukan, langkah selanjutnya adalah validasi yaitu proses pembuktian dari hasil kalibrasi. Pada proses ini, sistem kontrol menetapkan suatu nilai posisi untuk masing-masing mekanisme kemudi, akselerasi, dan kopling berdasarkan persamaan yang didapat pada uji kalibrasi. Kemudian sistem kontrol akan menggerakkan masing-masing mekanisme secara otomatis hingga berhenti. Jika posisi berhentinya sesuai dengan posisi yang ditetapkan sebelumnya, maka uji validasi dinyatakan berhasil.

Setelah kalibrasi dan validasi dilakukan, langkah terakhir dalam penelitian ini adalah melakukan pengujian statis pada mekanisme hasil perancangan. Pengujian dilakukan dengan menggerakkan semuamekanisme pengendali secara terpisah maupun secara bersamaan untuk memastikan apakah keseluruhan rancangan yang telah dipasang sudah sesuai dengan perintah yang dimasukkan ke sistem kontrol.

21

IV.

ANALISIS STRUKTURAL DAN FUNGSIONAL

Tahapan analisis rancangan merupakan tahap yang paling utama karena di tahap inilah kebutuhan spesifik masing-masing komponen ditentukan. Dengan mengacu pada hasil konsep desain yang telah disempurnakan, masing-masing komponen mekanismeakan dianalisis fungsi dan strukturnya guna mendapatkan hasil perancangan yang sesuai. Perhitungan kebutuhan daya untuk masing-masing mekanisme diuraikan dalam lampiran 1. Berdasarkan hasil perhitungn kebutuhan tenaga, analisis masing-masing komponen secara spesifik diuraikan sebagai berikut.

4.1.

MEKANISME KOPLING

Sistem ini berfungsi untuk mengontrol pedal kopling traktor. Sistem kontrol dirancang untuk mengontrol pergerakan kopling agar sesuai dengan waktu dan kecepatan pergerakan yang dapat diatur.Pengontrolan dilakukan dengan menggunakan motor DC yang dikontrol oleh mikrokontroler melalui perangkat H-Bridge. Pedal kopling dikontrol untuk mencapai dua kondisi, yaitu kondisi minimum dan maksimum penekanan.

Gambar 12. Desain Mekanisme Pengendali Kopling

4.1.1.

Pedal Kopling

a. Fungsional

Kopling berfungsi untuk menghubungkan dan melepaskan kontak antara motor penggerak dengan transmisi traktor. Dalam pengoperasiannya, pedal kopling harus selalu dalam posisi penekanan maksimum selama waktu yang diperlukan operator untuk memindahkan persneling, karena apabila pedal kopling diinjak, hubungan motor dengan transmisi terputus sehingga tidak ada tenaga yang disalurkan dari motor ke batang transmisi. Dan sebaliknya apabila pedal kopling dilepas, tenaga akan disalurkan ke batang transmisi sehingga roda traktor dapat berputar.

b. Struktural

Kopling sudah menjadi bagian dari traktor yg digunakan. Pedal kopling terletak pada bagian kaki sebelah kiri pengemudi, dengan struktur pedal kopling tegak lurus terhadap lengan sehingga torsi yang dihasilkan saat menginjak pedal kopling bernilai maksimal.

Klem

Lengan Kopling

Kabel penarik

Puli

22

Panjang lengan kopling adalah 26 cm, dengan sudut yg terbentuk antara posisi minimum dan maksimum penekanan sebesar 18°. Lengan kopling berupa silinder baja pejal berdiameter 2cm dan bagian pedalnya terbuat dari plat baja dengan dimensi 40mmx50mmx5mm.

4.1.2.

Lengan Kopling

a. Fungsional

Lengan kopling berfungsi menghubungkan antara pedal kopling dan poros putarnya. Setelah dilakukan pengukuran, didapatkan nilai gaya yang dibutuhkan untuk menekan pedal kopling sebesar 24 kgf. Kebutuhan gaya yang sangat besar tidak memungkinkan tersedianya sumber tenaga (motor DC) yang mampu menahan posisi maksimum penekanan koplimg dengan gaya sebesar itu, sehingga diperlukan perpanjangan tuas kopling (lengan tambahan). Lengan tambahan ini berfungsi untuk memperkecil kebutuhan gaya penggerak lengan kopling dengan besaran tenaga yang dihasilkan tetap sama.

b. Struktural

Desain struktural lengan tambahan pada kopling terlihat pada gambar 12. Lengan tambahan kopling terbuat dari pipa silinder baja berdiameter 1 inch, dan panjang total 76cm. Lengan kopling perlu dibengkokkan kearah luar traktor agar tidak membentur badan traktor maupun komponen lain saat pengoperasian. Semakin panjang lengan, semakin kecil kebutuhan gaya untuk menekan kopling yang semula adalah 24 kgf dapat diperkecil menjadi 8.21 kgf.

Pada ujung lengan tambahan yang berbentuk pipa silinder dimasukkan sebuah baut berdiameter sama dengan diameter dalam lengan tambahan kopling, kemudian keduanya dilubangi secara vertikal sebagai tempat memasukkan kabel penarik. Bagian kepala baut dimilling menggunakan bor berdiameter 5mm hingga menembus lubang tempat kabel terpasang. Dari lubang hasil pengeboran dimasukkan sebuat baut kecil yang akan menekan dan menghimpit kabel penarik sehingga posisi kabel akan fix dan tidak berubah saat mekanisme dioperasikan.

4.1.3.

Klem

a. Fungsional

Klem berfungsi untuk mengikat lengan kopling dan lengan tambahannya agar tidak bergeser. Struktur kedua lengan yang berbentuk silinder sangat memungkinkan terjadi pergeseran posisi ataupun puntiran antar keduanya dikarenakan bidang kontak antara dua silinder sangat kecil.Untuk itu, klem dipastikan mengikat kuat agar hal tersebut tidak terjadi. Terdapat tiga buah klem yang dipasang masing-masing pada bagian pangkal, tengah, dan ujung lengan kopling.Lebar masing-masing-masing-masing klem adalah 3cm. b. Struktural

Klem terbuat dari plat setebal 2mm dan lebar 2cm yang ditekuk menyerupai huruf U terbalik. Klem dipasang di tiga titik pada bagian pangkal lengan kopling.Bagian bawah klem dilubangi sebagai tempat memasukkan mur dan baut sehingga klem benar-benar mengunci posisi kedua lengan agar tidak bergeser. Desain klem terlihat pada gambar 13.

23

Gambar 13. Desain Bentuk Klem

4.1.4.

Puli dan Kabel Penarik

a. Fungsional

Kabel penarik yang dipasang pada ujung lengan berfungsi untuk menarik lengan kopling hingga ke titik maksimum penekanan. Sedangkan puli yang dipasang pada poros motor berfungsi menggulung kabel selama motor dioperasikan. Ketegangan kabel diatur sehingga pada saat puli diputar, kabel akan langsung tergulung tanpa ada jeda waktu.

b. Struktural

Puli dibuat dari bahan PVC karena selain harganya lebih murah, bahan PVC sangat mudah dibentuk dan disesuaikan dengan kebutuhan, kuat menahan tekanan dan panas yang timbul selama pengoperasian sistem. Sedangkan kabel penarik menggunakan tali kopling sepeda motor yang umum dijual di pasaran. Desain puli terlihat pada gambar 14. Puli pada mekanisme pengendali kopling ditempelkan langsung pada poros motor dengan diameter poros puli sama dengan diameter poros motor, dan dengan menambahkan sebuah baut sebagai pasak agar ikatan puli dan poros motor tidak bergeser. Dari hasil analisis perhitungan diketahui panjang stroke kopling sebesar 22 cm, dengan mengatur kecepatan putar puli menjadi 1 rps maka didapat diameter puli adalah 7cm.

24

4.1.5.

Dudukan Motor

a. Fungsional

Dudukan motor berfungsi sebagai tempat meletakkan sekaligus menempelkan motor DC ke badan traktor. Batasan masalah penelitian yang tidak mengizinkan untuk memodifikasi traktor, maka dudukan motor didesain menggunakan lubang baut yang tersedia pada badan traktor.

Dudukan motor terdiri atas dua bagian. Bagian pertama berupa pipa kolom segi empat yang memiliki dua lubang baut untuk menempelkannya pada badan traktor, dan bagian kedua berupa plat setebal 5mm sebagai tempat meletakkan motor DC.

b. Struktural

Pipa kolom yang digunakan berdimensi 60cmx4cmx2cm terbuat dari bahan baja yang cukup kuat menahan beban berat motor.Pada bagian pangkalnya terdapat dua lubang baut yang jarak keduanya dengan lubang baut yang ada pada badan traktor. Pada bagian ujungnya juga diberi dua lubang baut sebagai tempat menempelkan plat dudukan. Plat dudukan traktor berdimensi 20cmx30cm. pada beberapa bagian plat diberi lubang sebagai tempat pemasangan motor.

4.1.6.

Motor

a. Fungsional

Motor DC adalah sumber tenaga penggerak lengan kopling.Dalam pengoperasian traktor secara manual kopling harus ditekan selama waktu yang dibutuhkan operator untuk memindahkan persneling.Ini berarti bahwa motor DC selain berfungsi menggerakkan kopling juga harus mampu menahannya selama waktu tersebut.

b. Struktural

Berdasarkan hasil analisis perhitungan pada lampiran 2, maka dipilih motor DC 24V, 60 RPM, dan daya 35 Watt. Motor DC yang dipilih memiliki transmisi worm gear yang berfungsi mencegah poros motor berputar akibat tarikan dari gaya pegas kopling saat arus listrik ke motor DC diputus. Dengan adanya worm gear ini, posisi lengan kopling dapat ditahan pada kondisi maksimum penekanan selama mungkin.

25

4.2

MEKANISME KEMUDI

Sistem ini berfungsi untuk mengontrol gerakan roda depan dengan mengatur putaran stir traktor. Pengontrolan putaran stir dilakukan dengan menggunakan motor DC yang dikontrol oleh mikrokontroler melalui perangkat H-Bridge agar bergerak sesuai dengan yang diperintahkan dengan kecepatan putar yang dapat diatur. Perubahan sudut putar pada roda depan dibaca dengan menggunakan absolute encoder dan menjadi feedback ke mikrokontroler.

Gambar 16. Desain Mekanisme Pengendali Kemudi

4.2.1.

Kemudi

a. Fungsional

Kemudi traktor berfungsi memutar roda penggerak sehingga arah pergerakan maju dan mundur traktor dapat dikendalikan.Kecepatan putar kemudi diukur saat membelokkan roda penggerak dari posisi belok maksimum kanan ke posisi belok maksimum kiri. Nilai kecepatan kemudi dan besarnya gaya yang dibutuhkan menjadikan acuan perhitungan kebutuhan daya dan sistem transmisi yang digunakan.

b. Struktural

Kemudi traktor berada di depan kursi pengemudi. Diameter kemudi sebesar 30 cm. dengan kemiringan 45°.

4.2.2.

Sistem Transmisi Sabuk Bergilir (T-Belt)

a. Fungsional

Mekanisme pengontrol kemudi dilakukan dengan menggunakan motor DC dan sistem transmisi timing belt. Adapun mekanismenya dapat dilihat pada Gambar 17. Mekanisme timing belt dipilih karenaperbandingan 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.

Motor DC dan Dudukan Motor

Transmisi T-Belt

Kemudi Traktor

26

b. Struktural

Spesifikasi Timing Belt yang digunakan adalah diameter puli besar 13.4 cm dengan jumlah gigi 30 buah. Sedangkan diameter puli kecil adalah 7 cm dengan jumlah gigi 17 buah. Jarak antara pusat puli kecil dengan puli besar adalah 26 cm.

Gambar 17. Mekanisme Transmisi T-Belt

Puli besar : Puli Kecil:

Φ= 13.4 cm Φ= 7 cm

Jumlah gigi = 30 buah Jumlah gigi = 17 buah

4.2.3.

Motor DC

a. Fungsional

Seperti halnya pada kedua mekanisme sebelumnya, motor DC berfungsi sebagai sumber tenaga penggerak.Pada mekanisme pengendalian kemudi traktor, motor DC dipasang pada puli kecil dan roda kemudi dipasang pada puli besar sistem transmisi T-Belt. Kecepatan putar motor DC akan direduksi hingga didapatkan kecepatan putar sesuai kebutuhan.

b. Struktural

Tenaga yang diperoleh dari hasil perhitungan pada Lampiran menjadi dasar pemilihan motor DC sebagai penggerak. Motor DC yang dipilih sebagai penggerak harus memiliki tenaga yang lebih besar dari 9.11 watt sebagai hasil perhitungan dikalikan dengan efisiensi sistem transmisi yang digunakan .

Motor DC yang dipilh selain harus mempunyai tenaga yang dibutuhkan melainkan juga sedapat mungkin sesuai dengan suplai energy listrik yang disediakan traktor.

4.2.4.

Tiang penyangga dudukan motor

a. Fungsional

Tiang penyangga berfungsi menopang dudukan motor agar tetap pada posisinya saat traktor dioperasikan. Tiang penyangga terdiri dari dua buah pipa kotak yang terletak di kanan dan kiri traktor. Keduanya terhubung oleh sebuah pipa kotak yang dipasang secara melintang dan pada posisi yang tepat

r

1

_ω

1

ω

2

r

2

r

3

F

27

sesuai dengan kemiringan kemudi dan dudukan motor DC. Pada kedua ujung pipa kotak yang melintang tersebut dipasang plat baja tipis yang diberi lubang berbentuk setengah lingkaran. Hal ini bertujuan agar pipa kotak tersebut dapat diputar dan kemiringannya disesuaikan dengan dudukan motor.

b. Struktural

Desain posisi dan bentuk tiang penyangga dapat dilihat pada gambar 18. .Tinggi tiang penyangga dan jarak keduanya diukur berdasarkan posisi dudukan motor.Dengan mempertimbangkan batasan penelitian, pada bagian bawah tiang penyangga dipasang sebuah plat baja setebal 5mm sebagai tempat menempelkan tiang dengan menggunakan baut pada lubangyang tersedia pada traktor.

Gambar 18. Tiang Penyangga

4.2.5.

Dudukan motor

a. Fungsional

Dudukan motor berfungsi menopang motor DC yang digunakan sebagai penggerak mekanisme. Dudukan motor terbuat dari plat baja dan diberi lubang sebagai tempat memasang motor dan porosnya. b. Struktural

Dudukan motor terbuat dari plat baja setebal 5mm, dimensi disesuaikan dengan motor DC yang digunakan. Posisi dan kemiringan dudukan motor diatur agar sejajar dengan kemudi dan dipasang pada tiang penyangga.

4.2.6.

Limit Switch dan Sensor

a. Fungsional

Limitswitch berfungsi sebagai pemutus arus listrik ke motor DC saat roda depan traktor mencapai posisi belok maksimum kiri dan kanan, sedangkan sensor berfungsi untuk mengetahui posisi actual sudut belok roda depan traktor.

b. Struktural

Limitswitch dan sensor dipasang pada roda depan traktor dengan menggunakan sebuah plat baja sebagai tempat dudukan sensor. Sensor yang digunakan adalah absolut encoder dan dirancang agar kecepatan perputaran porosnya sama dengan kecepatanberbelok roda depan.

28

4.3

MEKANISME AKSELERASI

Sistem ini berfungsi untuk mengatur persentase akselerasi agar bergerak sesuai dengan yang diperintahkan dan kecepatan putar yang dapat diatur oleh sistem kontrol. Pengontrolan dilakukan dengan menggunakan motor DC yang dikontrol oleh mikrokontroler melalui perangkat H-Bridge. Potensiometer digunakan untuk mengetahui seberapa besar perubahan sudut putaran puli yang menunjukkan persentase penekanan pedal akselerasi. Secara real time, potensiometer terus membaca posisi dan perubahan sudut putaran puli. Keluaran dari potensiometer dikonversi menjadi data digital dengan ADC dan dijadikan sebagai feedback sistem kontrol.

Gambar 19. Desain Mekanisme Pengendali akselerasi

4.2.1.

Batang transmisi

a. Fungsional

Batang transmisi pada sistem pengendalian akselerasi traktor berfungsi menyalurkan daya dari motor DC ke pedal akselerasi dengan menerapkan sistem batang pengungkit dimana salah satu ujungnya dipasang kabel penarik yang terhubung pada motor DC berfungsi sebagai titik kuasa, ujung lainnya yang terpasang pada pedal akselerasi berfungsi sebagai titik beban, dan pada bagian tengahnya dipasang sebuah batang silinder yang berfungsi sebagai poros pengungkit dan sebuah ball-bearing yang berfungsi sebagai dudukan poros dan melancarkan pergerakan batang transmisi saat mengungkit pedal akselerasi. b. Struktural

Batang transmisi terbuat dari bahan plat baja setebal 5mm dengan panjang 36 cm dan lebar 5 cm. Dari analisis perhitungan kebutuhan daya penggerak pedal akselerasi pada lampiran 2, struktur batang tarnsmisi akan tampak seperti gambar 20. Di titik beban batang transmisi ditambahkan sebuah baja silinder berdiameter 1 cm dan dilubangi dengan menggunakan bor sebagai tempat memasukkan kabel penarik. Pada bagian tengah, poros yang digunakan terbuat dari silinder berdiameter 0.8 cm dan sebuah ball-bearing. Di titik beban, batang transmisi diberi lubang berbentuk elips sebagai tempat memasukkan pedal akselerasi.

Motor DC

Batang Transmisi

Dudukan Motor Sensor

Puli dan kabel penarik

Lubang untuk Pedal Akselerasi

29

Gambar 20. Batang Transmisi

4.2.2.

Puli dan Kabel Penarik

a. Fungsional

Seperti halnya pada mekanisme kopling, kabel penarik yang dipasang pada ujung batang transmisi mekanisme akselerasi berfungsi untuk menarik pedal akselerasi hingga ke titik maksimum penekanan. Puli yang dipasang pada poros motor berfungsi menggulung kabel selama motor dioperasikan. Ketegangan kabel diatur sehingga pada saat puli diputar, kabel akan langsung tergulung tanpa ada jeda waktu.

c. Struktural

Puli pada mekanisme akselerasi terbuat dari bahan dan berukuran sama dengan puli pada mekanisme kopling. Desain puli terlihat pada gambar 14. Panjang kabel penarik didesain sebesar 11 cm dan diameter puli 7cm, sehingga untuk melakukan penarikan batang transmisi ke posisi maksimum penekanan pedal akselerasi hanya dibutuhkan setengah putaran puli. Perhitungan lengkap mengenai hal ini di berikan pada lampiran 2

4.2.3.

Motor

a. Fungsional

Motor DC yang digunakan pada mekanisme akselerasi bertegangan 12 volt dengan diatur pada kecepatan 30 rpm sehingga motor memerlukan waktu dua detik untuk satu putaran penuh atau satu detik untuk melakukan setengah putaran. Analisis perhitungan kebutuhan motor DC pada mekanisme akselerasi dapat dilihat pada lampiran 2. Pergerakan pedal akselerasi yang dinamis (bergantung pada kondisi kecepatan traktor), motor DC yang digunakan juga harus mampu menahan dan memutar puli pada jarak-jarak tertentu

b. Struktural

Motor DC penggerak pedal akselerasi dipasang seperti pada gambar 19. Hal ini dilakukan dengan mempertimbangkan batasan masalah penelitian dan konstruksi traktor.

30

4.2.4.

Dudukan motor

a. Fungsional

Dudukan motor berupa dua plat baja yang terpasang seperti gambar di atas. Selain berfungsi menopang motor DC, dudukan juga berfungsi menopang sensor dan sebagai dudukan poros batang transmisi.

b. Struktural

Dudukan motor DC terdiri dari beberapa bagian. Bagian utama berupa plat baja setebal 5mm dan panjang 36 cm. Bagian lainnya adalah penopang motor yang berupa dua plat baja setebal 4mm dengan panjang disesuaikan dengan posisi motor. Dan sepotong plat baja yang brfungsi sebagai tempat memasang poros batang transmisi terbuat dari plat baja setebal 5mm. struktur dudukan motor dapat dilihat pada gambar berikut.

Gambar 21. Desain Dudukan Motor

4.2.5.

Limitswitch

_{dan Sensor}

a. Fungsional

Limitswitch berfungsi sebagai pemutus arus listrik ke motor DC pada saat pedal akselerasi mencapai titik maksimum dan minimum penekanan. Pergerakan pedal akselerasi yang dinamis dan bergantung pada kecepatan maju traktor saat dioperasikan, membutuhkan sensor posisi guna mengetahui posisi aktual pedal akselerasi dan besarnya putaran puli yang telah dan akan dilakukan. Sensor yang digunakan adalah potensiometer linier.

b. Struktural

Limitswitch dipasang pada sebuah plat agar saat pedal akselerasi mencapai titik maksimum atau minimum, limitswitch tertekan dan otomatis memutus arus dan menghentikan putaran motor DC. Sensor dipasang pada dudukan motor DC (lihat gambar 19) dengan menyesuaikan posisi poros potensiometer dan poros motor DC dan diatur agar kecepatan putar keduanya sama tanpa terjadi slip selama pengoperasian mekanisme pengendali akselerasi.

31

V.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Semua mekanisme yang telah berhasil dirancang kemudian dirangkai menjadi satu dengan sistem kontrol. Sistem kontrol yang digunakan berupa sistem kontrol loop tertutup yang menjadikan posisi lengan kopling sebagai input, dengan bagian plant sistem kontrol berupa rangkaian elektronik yang komponen utamanya terdiri atas mikrokontroler DT-51 minimum system, pengatur arah arus (H-Bridge), limitswitch sebagai penghenti arus, ADC sebagai pengkonversi nilai tegangan keluaran dari sensor ke nilai digital, dan monitor sebagai alat pembaca nilai ADC. Output dari sistem kontrol berupa perintah menghidupkan dan mematikan motor DC.

Pengendalian dilakukan sesuai dengan pengoperasian secara manual. Walaupun menggunakan sistem kontrol yang sama, namun masing-masing mekanisme pengendali tetap dapat dioperasikan secara bersamaan ataupun secara terpisah guna melakukan uji kalibrasi, validasi, dan uji statis. Pengoperasian masing-masing mekanisme secara terpisah dijelaskan Saat dioperasikan secara bersamaan, sistem kontrol bekerja dengan langkah sebagai berikut; dimulai dengan dihidupkannya traktor, accumulator sebagai sumber listrik mengalirkan arus ke rangkaian sistem kontrol. Kemudian sistem kontrol membaca dan menempatkan roda depan traktor pada posisi lurus, juga menggerakkan pedal kopling dan pedal akselerasi ke posisi minimum penekanan.

Selanjutnya pedal kopling digerakkan ke posisi maksimum penekanan, ditahan sampai operator memindahkan tuas persneling. Setelah itu pedal akselerasi ditekan hingga ke kondisi kecepatan tertentu, dan langkah terakhir sistem melepaskan kopling kembali ke posisi awal secara perlahan-lahan. Dan traktor melaju lurus dengan kecepatan konstan. Selama dioperasikan sensor absolute rotary encoder terus membaca posisi roda depan. Jika sewaktu-waktu roda berbelok, sistem kontrol memerintahkan motor pengendali kemudi untuk memutar roda kembali ke posisi awal. Begitu juga jika kecepatan traktor berubah, sistem kontrol memerintahkan motor pengendali akselerasi untuk menggerakkan pedal akselerasi ke posisi awal hingga traktor kembali konstan. Perubahan kecepatan traktor dipantau dengan menggunakan sebuah encoder yang dipasang di roda belakang traktor. Alat ini menghitung jumlah putaran roda belakang sehingga jika jumlah putaran berubah maka berarti kecepatan traktor juga berubah.

5.1.

MEKANISME PENGENDALI KOPLING

5.1. 1.

Komponen Penyusun

Permasalahan yang ada dalam perancangan mekanik sistem pengendali kopling adalah bagaimana menggerakkan pedal kopling ke posisi maksimum penekanan dan menahannya di posisi tersebut selama waktu yang dibutuhkan operator untuk memindahkan persneling, dan kemudian melepasakannya secara perlahan-lahan. Gaya yang dibutuhkan untuk menekan pedal kopling sangatlah besar, sangat sulit untuk merancang suatu sistem pengendali kopling yang menggunakan gaya tekan langsung di pedal kopling. Karena sumber tenaga listrik yang tersedia di traktor adalah accumulator 12 volt. Kesulitan yang dihadapi adalah mencari motor listrik DC yang tersedia di pasaran. Sehingga perlu dirancang suatu mekanisme yang dapat menurunkan kebutuhan gaya untuk menekan kopling dengan tenaga yang cukup.

32

Dari hasil analisis rancangan, komponen penyusun mekanisme pengendali kopling terdiri atas: motor DC sebagai sumber tenaga penggerak, dudukan motor sebagai tempat menempelkan motor ke traktor, lengan kopling yang diperpanjang dan diikat ke pedal kopling traktor dengan menggunakan klem baja berfungsi menurunkan kebutuhan gaya saat menggerakkan pedal kopling, kabel penarik yang berfungsi menarik lengan kopling, dan puli yang berfungsi menggulung dan mengulur kabel penarik. Serta rangkaian elektronik (kontroler) yang berfungsi dalam pengontrolan (sistem kontrol).

Gambar 23. Hasil Rancangan Mekanisme Pengendali Kopling

Gambar 23 menunjukkan pemasangan komponen penyusun mekanisme pengendali kopling. Hal utama yang harus diperhatikan dalam penyusunan komponen di atas adalah maksimum panjang lengan kopling. Semakin panjang lengan, semakin kecil gaya yang dibutuhkan untuk menekan pedal kopling. Tetapi semakin terbatas pula ruang yang tersedia untuk mendudukkan motor, dan menghindari lengan kopling menyentuh roda depan atau tanah saat dioperasikan.

Motor DC yang digunakan dalam penelitian ini adalah motor DC 24 volt. Untuk mendapatkan tenaga output yang maksimal tegangan yang dihasilkan dari accumulator dinaikkan dengan menggunakan inverter. Motor dipasang pada dudukan motor yang terdiri atas dua bagian dengan menggunakan baut berukuran sesuai dengan lubang baut pada motor DC. Bagian yang berupa plat baja setebal 5 mm dipilih untuk menghindari kemungkinan terjadi lendutanakibat gaya tarik yang dihasilkan lengan kopling saat mengembalikannya ke posisi awal penekanan. Bagian kedua berupa pipa baja berbentuk kotak yang selain berfungsi menopang motor, bentuk ini disesuaikan dengan posisi dan ukuran lubang baut yang tersedia pada badan traktor.

Puli dipasang pada poros keluaran dari motor DC. Sama halnya dengan lengan kopling, ukuran puli sangat penting. Semakin besar diameter puli maka semakin sedikit putaran poros motor yang dibutuhkan untuk menggulung kabel penarik, namun ukuran puli terbatas oleh ketersediaan ruang antara ujung lengan kopling dalam kondisi tertekan ke posisi maksimum penekanan dan letak dudukan motor. Pemasangan puli harus sejajar dengan arah gerak lengan kopling untuk menghasilkan gaya maksimum penarikan.

Kabel penarik terbuat dari bahan baja yang umum dijual di pasaran sebagai tali kopling motor, bagian pangkalnya dipasang pada diameter dalam puli dengan cara melubangi puli menggunakan bor Perpanjangan Lengan Kopling

Motor DC Puli

Dudukan Motor DC Kabel Penarik