MODUL-7

1. PENDAHULUAN

Ban berudara tekan (pneumatic tire) pada dasarnya merupakan suatu

bejana lentur dengan struktur bahan berupa nilon, kawat besi, atau lainnya

yang digunakan untuk menahan tegangan yang dihasilkan oleh tekanan

pemompaan. Bahan karet pada bagian luar digunakan untuk melindungi

dan melapisi struktur bahan ban bagian dalam serta sebagai media

penghubung dengan permukaan tanah.

Pemilihan, penggunaan dan perawatan ban dengan tepat dan berkelanjutan

merupakan salah satu faktor penting dalam kegiatan pemindahan tanah

yang ekonomis. Wheel tractors, loaders, scrapers, trucks, motor graders

dan lain-lain adalah alat-alat pemindahan tanah mekanis yang produktivitas

dan ongkos operasinya banyak tergantung pada unjuk laku ban yang

digunakannya.

Umur ban dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain kondisi jalan,

kecepatan alat, tingkat perawatan alat, kemampuan dan kecakapan

operator. Pada kenyataannya tidak ada satupun konstruksi ban yang dapat

memenuhi kebutuhan mesin dan syarat untuk suatu pekerjaan. Perbedaan

kebutuhan mesin alat-alat pemindahan tanah akan ban telah menghasilkan

rancangan rangka dan bentuk telapak ban yang diproduksi dengan sangat

bervariasi.

2. KONSTRUKSI BAN

Pada dasarnya ada tiga tipe ban yang dibuat dewasa ini : (lihat Gambar 1)

Konstruksi dan Sifat Mekanik Ban - 1

· bias ply (kanpas disusun miring),

· bias belted (kanpas disusun miring dan bersabuk)

· radial ply (kanpas disusun melingkar).

a. bias ply b. bias belted

c. radial ply

Gambar 1. Tipe konstruksi ban


2.1. TIPE BIAS PLY

Ban yang memiliki tipe bias ply mempunyai susunan benang memanjang

dari kawat ke kawat (bead to bead) dengan membentuk sudut miring

memotong garis tengah dari telapak. Lapisan kanpas saling menyilang

dengan sudut yang berlawanan (lihat Gambar 1).

2.2. TIPE BIAS BELTED

Susunan kanpas pada ban dengan tipe bias belted sama seperti pada tipe

bias ply yaitu, kanpas membentuk sudut miring. Perbedaan antara tipe bias

belted dan bias ply yaitu pada tipe bias belted terdapat sabuk (belt) yang

melilit ban tepat di bawah telapak ban (lihat Gambar 1b). Belt merupakan

lapisan kawat tambahan, terletak antara ply dan tread, berfungsi untuk

membantu meminimalkan deformasi ban, memperkuat tread dan melindungi

ban dari goncangan dan kerusakan.

2.3. TIPE RADIAL PLY

Ban dengan konstruksi radial ply juga memiliki sabuk (belt) yang melilit ban

tepat di bawah tread. Tetapi, ban tipe radial ply kanpasnya disusun

melingkar dari kawat ke kawat dan menyilang garis tengah ban dengan

membentuk hampir sudut lurus (lihat Gambar 1).

2.4. UKURAN BAN

Ukuran ban yang ada sekarang dinyatakan dalam lebar ban dan diameter

velg ban (rim) dengan satuan inci atau mm. Ada tiga sitem penamaan

ukuran ban yang pada umumnya didasarkan pada ukuran lebar ban. Sistem

penamaan ukuran tersebut adalah, wide base tire, standard base dan low

profile tire.

2.4.1. Wide Base Tire


Sebagai contoh ukuran ban untuk sistem wide base tire adalah pada ban

dengan tulisan 29.5-35. Angka pertama pada tulisan tersebut (29.5)

menunjukkan lebar ban (cross section width, inci). Sedangkan angka kedua

(35) menunjukkan besarnya diameter velg ban (rim, inci). Berdasarkan

standar industri, lebar ban maksimum ban untuk sistem “wide base tire”

adalah 824 mm (32.45 inci).

2.4.2. Standar Base Tire

Sebagai contoh ukuran ban untuk sistem standar base tire adalah pada ban

dengan tulisan 24.00-35. Seperti pada wide base tire angka pertama

menunjukkan perkiraan lebar ban (inci) dan angka kedua menunjukkan

perkiraan diameter velg ban (rim, inci). Berdasarkan standar industri, lebar

ban maksimum untuk sistem “standar base tire” adalah 718 mm (28.27 inci).

2.4.3. Low Profile Tire

Sebagai contoh ukuran ban dengan sistem low profile tire adalah ban

dengan tulisan 40 / 65 - 39, dimana angka pertama (40) menunjukkan

perkiraan lebar ban (inci), angka ketiga (39) menunjukkan diameter velg ban

(inci) dan angka kedua (65 tepatnya 0.65) menunjukkan “aspek rasio” ban,

yaitu perbandingan antara tinggi ban (section height) dengan lebar ban

(section width). Jika pada angka-angka di atas terdapat huruf R misalnya

40 / 65 R - 39, maka huruf R tersebut menunjukkan konstruksi ban radial.

Ukuran ban dengan sistem wide base tire mempunyai aspek rasio sekitar

0.83 (83%), sistem standar base tire sekitar 0.95 (95%) dan sistem low

profile sekitar 0.65 (65%).

Karakteristik ban yang berhubungan dengan ukuran ban setelah ban diisi

oleh udara bertekanan untuk kondisi ada beban atau tanpa beban. Ukuran

ban yang digunakan oleh truk jungkit CAT 773B menggunakan sistem

ukuran standar base tire, yaitu 21.00 R 35 untuk konstruksi ban radial ply


dan 21.00 - 35 untuk konstruksi ban bias ply. Angka-angka pada ukuran

ban tersebut menunjukkan bahwa lebar ban dan diameter rim yang

digunakan oleh truk CAT 773B masing-masing adalah 21 dan 35 inci. Selain

ban ukuran 21.00 x 35, ukuran standar ban truk CAT 773B yang lainnya

adalah ban ukuran 24.00 x 35 dengan lebar ban sebesar 24 inci dan

diameter ban sebesar 35 inci.

2.5. ASPEK RASIO

Ban-ban yang diproduksi saat ini mempunyai ukuran lebih lebar

dibandingkan dengan tingginya. Perbandingan antara lebar dan tinggi ban

dinamakan dengan “aspek rasio” atau “profil” atau lebih umum lagi “seri”.

Jadi ban dengan ukuran 205/70 - 14 adalah ban seri 70 yang berarti bahwa

tingginya 70 % dari lebarnya. Ini adalah tinggi dibandingkan dengan lebar.

Tingginya diukur dari bagian kawatnya ke bagian luar dari telapak, lebarnya

diukur dari sisi ke sisi dengan mengukur bagian yang paling lebar di sebelah

luar (lihat Gambar 2).

Gambar 2. Ban dengan seri 70

2.6. TIPE, POLA DAN KEDALAMAN TELAPAK BAN


Pada umumnya tipe, pola dan kedalaman telapak ban sudah ditentukan oleh

pabrik pembuat ban, namun ada beberapa kasus dimana diperlukan

pemilihan untuk penyesuaian terhadap keadaan jalan pengangkutan (jenis

material, kemiringan, radius belokan, dll), penggunaan alat (alat angkut, alat

muat, dll) serta kondisi pengangkutan (kecepatan, beban, dll).

Tipe telapak ban menunjukkan karakteristiktik ban yang sesuai digunakan

untuk kondisi dan jenis pekerjaan tertentu. Pola telapak ban menunjukkan

bentuk luar dari telapak ban dan kedalaman telapak ban menunjukkan

ketebalan telapak ban. Truk jungkit biasanya menggunakan beberapa merek

ban dengan pola dan kedalaman telapak ban yang berbeda tetapi

menggunakan tipe yang sama yaitu rock deep tread dengan kode E-4

(E = Earthmover merupakan standar TRA = Tire and Rim Association untuk

alat angkut, lihat Tabel 1).

Tabel 1. Merek, tipe, pola dan kedalaman telapak ban yang dapat digunakan oleh truk jungkit CAT 773b

Merek Kode TRA

Tipe “Thread” Pola Kedalaman“thread” *)

Penggunaan

Michelin E4 rock, deep thread (radial)

XHD1B 72 jalan abrasif, thread bersifat tahan panas dan sobekan

Bridgestone E4 Rock, deep tread(radial)

VELS 80 jalan yang berbatu, kerikil sampai jalan yang keras terpadatkan. “Tread” bersifat tahan gesekan, benturan dan sobekan

Toyo E4 rock deep thread ELS-2 84 jalan berbatu, batubara & tanah. Thread tahan sobekan

Toyo E4 rock, deep thread (bias)

G-36 ET 92 jalan berpasir, berbatu, jalan lempung. Thread tahan sobekan & gesekan

Toyo E4 rock, deep thread (radial)

T-451 70 jalan tanah lempung sampai berbatu. Thread tahan sobek & berpermukaan halus

Ossiana E4 rock, deep thread (radial)

T-433 80 -

Ossiana E4 rock, deep tread (radial)

V - Lug 80 -

*) dalam satuan 1/32 inci


3. SIFAT MEKANIK BAN BERTEKANAN UDARA

(PNEUMATIC TIRE)

Selain dari gaya-gaya gravitasi dan aerodinamik, hampir semua gaya-gaya

dan momen yang mempengaruhi gerak alat-alat disebabkan oleh kontak

antara roda penggerak dan jalan. Oleh karena itu, pemahaman karakteristik

dasar interaksi antara ban dan tanah penting untuk mempelajari unjuk laku

dan penanganan alat.

Roda penggerak umumnya dibutuhkan untuk memenuhi beberapa fungsi

seperti:

· untuk menahan beban atau berat alat

· untuk memberi bantalan atau perlindungan alat pada saat berjalan di atas

permukaan yang tidak teratur

· untuk menyediakan traksi yang cukup pada saat menjalankan alat.

· untuk menyediakan sistem pengawasan kemudi dan kestabilan arah atau

jurusan alat.

Ban tekanan udara dapat melakukan fungsi ini secara efektif dan efesien,

sehingga secara umum digunakan oleh kendaraan penumpang dan juga

secara meluas digunakan oleh kendaraan di luar jalur jalan umum (off road)

seperti di daerah penambangan.

3.1. MOMEN DAN GAYA-GAYA PADA BAN TEKANAN UDARA

Untuk mengetahui karakteristik ban tekanan udara serta gaya-gaya dan

momen yang bekerja padanya, maka perlu ditentukan sistem sumbu yang

merupakan acuan untuk mendefinisikan parameter-parameter yang

mempengaruhinya. Salah satu sistem sumbu yang umum digunakan dan

merupakan rekomendasi dari SAE (Society of Automotive Engineers) dapat

dilihat pada Gambar 3. Dasar dari sistem sumbu ini adalah pusat kontak ban

dengan jalan. Sumbu X pada gambar merupakan garis yang dihasilkan dari


perpotongan antara bidang ban dan jalan dengan arah positif pada arah

mendatar searah dengan perputaran roda. Sumbu Z adalah garis tegak

lurus dengan bidang tanah (jalan) dengan arah positifnya menuju ke bawah

dan sumbu Y terletak pada bidang tanah dengan arah positif dipilih

disebelah kanan sumbu X untuk mendapatkan sistem sumbu orthogonal.

Gambar 3. Sistem sumbu pada ban

Ada 3 gaya dan 3 momen yang bekerja pada ban yang berasal dari jalan.

“Tractive effort” atau gaya longitudinal, Fx, merupakan komponen gaya pada

arah sumbu X positif yang merupakan resultan gaya-gaya pada ban yang

disebabkan oleh jalan. Gaya lateral Fy merupakan komponen gaya pada

arah sumbu Y positif dan gaya normal, Fz, merupakan komponen gaya pada

arah sumbu Z positif. Mx adalah momen putar pada sumbu X yang

dihasilkan oleh ban, My adalah momen tahanan gulir pada sumbu Y dan Mz

adalah momen putar pada sumbu Z.


Dengan menggunakan sistem sumbu ini banyak parameter unjuk laku ban

dapat diketahui. Sebagai contoh perubahan longitudinal dari pusat

tegangan normal ditentukan dengan perbandingan antara momen tahanan

gulir dan beban normal, perubahan lateral dari pusat tegangan normal

ditentukan dengan perbandingan antara momen putar dan beban normal.

Integrasi dari tegangan geser longitudinal pada bidang kontak menunjukkan

tractive effort. Momen putar yang terjadi pada sumbu putar roda

menghasilkan gaya untuk mempercepat alat dan gaya untuk memperlambat

gerak alat.

Ada dua sudut utama yang berhubungan dengan perputaran ban yaitu sudut

slip (slip angle) dan sudut miring (camber angle). Sudut slip, a, adalah sudut

yang terbentuk antara arah perputaran atau gerak ban dengan garis

perpotongan antara bidang ban dan permukaan jalan. Sudut miring, g,

adalah sudut yang terbentuk antara bidang XZ dan bidang ban. Gaya lateral

pada bidang kontak antara ban dan jalan merupakan fungsi dari sudut slip

dan sudut miring.

3.2. TAHANAN GULIR BAN

Tahanan gulir ban pada permukaan jalan yang keras disebabkan terutama

oleh adanya defleksi rangka ban pada saat ban berputar. Gesekan antara

ban dan jalan yang disebabkan oleh terjadinya sliding, tahanan udara dalam

ban, dan dampak dari perputaran ban terhadap udara luar juga

mempengaruhi tahanan gulir ban. Tetapi faktor-faktor ini bukanlah yang

utama.

Hasil percobaan menunjukkan bahwa kerusakan ban yang terjadi pada

selang kecepatan 128 - 152 km per jam (80 - 95 mph) sebesar 90 - 95%

akibat adanya internal hysteresis pada ban, 2 - 10% akibat gesekan antara

ban dan tanah, dan 1.5 - 3,5% akibat tahanan udara. Dari total energi yang

hilang yang berhubungan dengan struktur ban, ditemukan bahwa untuk ban

radial yang digunakan oleh truk, histeresis pada daerah telapak ban (tread


region), termasuk sabuk ban (belt), menyebabkan kehilangan energi

sebesar 73 %, bagian samping ban (side wall) sebesar 13%, daerah antara

tread dan side wall yang sering disebut sebagai shoulder region sebesar

12% dan beads sebesar 2%.

Pada saat ban berputar, rangka ban atau carcass akan mengalami defleksi

di daerah kontak. Akibat dari distorsi ban maka tegangan normal pada

setengah bagian depan bidang kontak lebih tinggi daripada setengah bagian

di belakangnya. Pusat tegangan normal berubah searah dengan perputaran

ban. Perubahan pusat tegangan normal ini menghasilkan momen pada

sumbu putar ban yang disebut sebagai momen putar. Pada ban yang

berputar bebas (free rolling) maka besarnya torsi adalah nol. Oleh karena itu

gaya horisontal pada bidang kontak antara ban dan tanah harus ada untuk

menjaga keseimbangan. Resultan gaya horisontal ini yang umumnya dikenal

sebagai tahanan gulir (rolling resistance). Perbandingan antara tahanan gulir

dan beban normal pada ban disebut koefisien tahanan gulir (Coefficient of

rolling resistance)

Banyak faktor yang mempengaruhi tahanan gulir ban tekanan udara,

diantaranya adalah struktur ban (material dan konstruksi) dan kondisi

operasi (kondisi permukaan jalan, kecepatan alat, temperatur, tekanan

pemompaan, dll). Konstruksi ban memiliki pengaruh yang signifikan

terhadap tahanan gulir. Gambar 4 menunjukkan nilai koefisien tahanan gulir

pada selang kecepatan yang bervariasi dari ban tipe “bias” dan “radial” untuk

kendaraan penumpang. Perbedaan antara koefisien tahanan gulir ban tipe

“bias” dan “radial” untuk kendaraan truk pada ukuran yang sama ditunjukkan

oleh Gambar 5. Semakin tebal tread dan side wall serta semakin banyak

jumlah lapisan ply cenderung untuk meningkatkan tahanan gulir karena akan

semakin banyak kehilangan energi akibat histeresis. Ban yang dibuat dari

karet sintetis umumnya memiliki tahanan gulir lebih besar daripada ban yang

terbuat dari karet alam. Ban yang terbuat dari bahan keret Butyl meiliki traksi

yang lebih baik daripada ban yang terbuat dari karet sistetis biasa walaupun

memiliki tahanan gulir yang lebih besar.


Gambar 4. Variasi nilai koefisien tahanan gulir ban “radial” dan “bias” untuk kendaraan penumpang terhadap kecepatan.

Gambar 5. Variasi nilai koefisien tahanan gulir ban “radial” dan “bias” untuk truk terhadap kecepatan

Berdasarkan percobaan ditemukan bahwa tahanan gulir dari ban yang

terbuat dari karet Butyl dan karet sintetis biasa adalah kira-kira 1,06 dan

1,35 kali dari ban yang terbuat dari karet alam. Kondisi permukaan jalan juga

berpengaruh terhadap tahanan gulir. Pada permukaan jalan yang halus dan

keras maka tahanan gulirnya lebih rendah daripada jalan yang kasar.


Permukaan jalan yang basah memiliki tahanan gulir yang lebih besar

daripada permukaan yang kering.

Gambar 6 menunjukkan perbandingan nilai tahanan gulir untuk 6 macam

tekstur permukaan jalan yang berbeda, mulai dari beton halus sampai aspal

kasar. Profil dari keenam permukaan ditunjukkan oleh Gambar 7. Dapat

dilihat bahwa permukaan yang terbuat dari aspal yang kasar (no.6) memiliki

tahanan gulir 33% lebih besar daripada permukaan aspal yang masih baru

(no.2) dan permukaan aspal yang diperhalus (no.1) tahanan gulirnya 12 %

lebih rendah daripada permukaan aspal yang masih baru (no.2).

Gambar 6. Variasi nilai tahanan gulir terhadap tekstur permukaan jalan

Tekanan pemompaan ban selain berpengaruh terhadap keluwesan ban

(fleksibilitas ban) juga berpengaruh terhadap tahanan gulir. Pada permukaan

jalan yang keras, tahanan gulir umumnya berkurang dengan bertambahnya

tekanan pemompaan. Hal ini disebabkan karena dengan semakin tingginya

tekanan pemompaan maka defleksi ban akan berkurang sehingga

kehilangan akibat histeresis juga akan berkurang. Gambar 8. menujukkan

pengaruh tekanan pemompaan terhadap tahanan gulir pada ban tipe bias

ply dan bias belted (keduanya G78-15) serta radial ply (GR78 - 15) pada


kondisi beban normal, besarnya dinyatakan dalam persentase rata-rata

beban pada tekanan pemompaan sebesar 165 kPa (24 psi).

Gambar 7. Tipe-tipe tekstur permukaan jalan

Dapat dilihat bahwa tekanan pemompaan memiliki lebih banyak dampak

yang signifikan terhadap tahanan gulir untuk ban bias ply dan bias belted

daripada radial ply. Pada permukaan jalan yang bersifat terdeformasi seperti

pasir, maka tekanan pemompaan yang besar akan meningkatkan penetrasi

ban ke dalam tanah dan oleh karena itu akan dihasilkan tahanan gulir yang

lebih besar seperti dapat dilihat pada Gambar 9.

Sedangkan tekanan pemompaan yang lebih rendah akan mengurangi

penetrasi ban ke dalam tanah sehingga akan meningkatkan defleksi ban

yang berakibat meningkatnya rugi-rugi histeresis. Oleh karena itu tekanan

pemompaan yang optimum harus diberikan kepada ban yang digunakan

pada permukaan jalan yang terdeformasi sehingga dapat meminimalkan

penetrasi dan rugi-rugi histeresis yang terjadi di dalam ban.


Gambar 8. Variasi tahanan gulir dari ban “radial ply”, “bias ply” dan “bias belted” terhadap tekanan pemompaan.


Gambar 9. Variasi tahanan gulir terhadap tekanan pemompaan untuk berbagai permukaan jalan

Temperatur operasi, diameter ban, dan tractive effort juga memberikan

pengaruh terhadap tahanan gulir ban. Temperatur ban mempengaruhi

tahanan gulir ban dalam dua hal, yaitu :

1. Dengan berubahnya temperatur udara dalam rongga ban, maka tekanan

pemompaan ban juga akan berubah yang berakibat berubahnya nilai

koefisien tahanan gulir.

2. Dengan merubah kekakuan (stiffness) dan histeresis dari ban karet

maka tahanan gulir juga akan berubah.

Gambar 10 memperlihatkan ketergantungan tahanan gulir pada temperatur

dalam ban dan Gambar 11 menunjukkan pengaruh diameter ban pada

koefisien tahanan gulir. Dapat dilihat bahwa pengaruh diameter ban

terhadap tahanan gulir ban pada permukaan jalan yang keras dapat

diabaikan, tetapi tidak demikian untuk jalan yang lunak dan bersifat

terdeformasi. Pada jalan yang bersifat terdeformasi seperti pasir, maka

dengan semakin besar diameter ban nilai koefisien tahanan gulir ban akan

semakin kecil.


Gambar 10. Pengaruh temperatur dalam ban terhadap koefisien tahanan gulir

Gambar 11. Pengaruh diameter ban terhadap tahanan gulir pada kondisi jalan yang bervariasi

Untuk mengetahui pengaruh material, konstruksi dan rancangan ban

terhadap tahanan gulir, maka perlu diketahui kehilangan-kehilangan energi

yang terjadi di dalam ban dan karakteristik dari sistem ban-kendaraan

sebagai satu kesatuan. Selain tahanan gulir yang diusahakan serendah

mungkin, maka parameter unjuk laku ban yang lainnya adalah ketahanan

dan umur ban, daya tarik ban, efek perlindungan, dll.


DAFTAR PUSTAKA

1. Toyo Tire & Rubber Co., Ltd., “Tire Care Handbook for Toyo Off-The-

Road Radial Tires”, Osaka, Japan, 1994.

2. Bridgestone Corp., “Mantenance Off-The-Road Tires”, Tokyo, Japan,

1990.


MODUL-7

Documents

Transcript of MODUL-7