BAB III METODE PENELITIAN
A. WAKTU DAN TEMPAT Penelitian akan dilaksanakan pada bulan Juli sampai dengan bulan Desember 2009 bertempat di Bengkel Teknik Mesin Budidaya Pertanian, Leuwikopo, Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Pengujian dilakukan di lahan percobaan Leuwikopo dengan mengunakan traktor tangan Merk Yanmar tipe BRM-Dx dengan daya 8.5 hp.
B. ALAT DAN BAHAN
1. Alat Alat yang digunakan untuk membuat roda besi modifikasi antara lain : a. Jangka sorong 15 cm b. Las Listrik c. Gerinda poles d. Bor listrik merek BOSCH e. Gergaji besi f. Mesin bubut g. Roller plat h. Alat-alat pendukung lainnya. Alat yang digunakan untuk pengujian kinerja 3 tipe roda besi untuk operasi traktor tangan di lahan kering antara lain : a. Satu unit traktor tangan merek Yanmar BRM-Dx dengan daya 7.5 hp. b. Satu unit traktor roda empat merek Yanmar 330 DT c. Bajak singkal tunggal d. Stop Watch merek Nokia 3120 Classic e. Load Cell merek Kyowa LT-5TSA71C
23
f. dan Handy Strainmeter merek Kyowa UCAM-1A g. Tali sling h. Meteran 30 meter dan Patok Alat yang digunakan untuk mengukur kondisi lahan percobaan di Leuwikopo antara lain : a. Ring sampel b. Penetrometer tipe SR-2 c. Oven d. Timbangan
2. Bahan Bahan yang digunakan untuk membuat roda besi modifikasi antara lain : a. Besi behel Φ 16 mm untuk pembuatan rim dan velg roda modifikasi. b. Besi plat strip 4 mm * 50 mm dengan panjang 6 meter untuk pembuatan sirip roda modifikasi. c. Besi plat 250 mm * 250 mm dengan tebal 7 mm untuk pembuatan flens roda modifikasi. d. Besi plat 150 mm * 150 mm dengan tebal 12 mm untuk pembuatan dudukan roda lengkung. e. Batu gerinda, kawat las 22 mm sebanyak 3kg, mata gergaji besi, dan bahan-bahan habis lainnya.
C. PENGUKURAN KONDISI LAHAN PERCOBAAN
Pengukuran
kondisi
lahan
percobaan
dilakukan
dengan
pengambilan sampel tanah dengan menggunakan ring sampel di 4 titik yang berbeda dengan 4 tingkat kedalaman yaitu 0-10 cm, 10-20 cm, 20-30 cm, dan 3040 cm. Pengambilan sampel tanah ini bertujuan untuk mengetahui kerapatan isi tanah dan kadar air tanah.
24
Untuk mengukur kerapatan isi tanah dan kadar air tanah, sampel tanah yang sudah diambil nantinya akan ditimbang massanya sebagai massa tanah basah (mb) lalu sampel tersebut dikeringkan dengan menggunakan oven pada suhu 110oC selama kurang lebih 24 jam. Setelah pengeringan, sampel ditimbang lagi massanya sebagai massa tanah kering tanur (mk) dan volume-nya (V). Dari data yang diperoleh, kadar air tanah dan kerapatan isi tanah dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan (5) dan (6). Pengukuran tahanan penetrasi tanah dilakukan dengan menggunakan penetrometer tipe SR-2. Pengukuran dilakukan di 4 titik yang berbeda dengan 4 tingkat kedalaman yaitu 0-10 cm, 10-20 cm, 20-30 cm, dan 30-40 cm. Data yang terbaca pada penetrometer (satuan kgf) dibagi dengan luas permukaan penetrometer menjadi kg/cm2. Untuk memperoleh Cone index-nya dilhitung dengan menggunakan persamaan (7).
D. ANALISIS RANCANGAN RODA BESI MODIFIKASI 1. Penentuan diameter rim roda besi modifikasi. Langkah pertama dalam proses perancangan roda ini adalah penentuan diameter roda. Hal-hal yang perlu dipertimbangkan adalah hubungannya dengan kecepatan maju traktor yang diinginkan dan ground clearance traktor. Pada pengujian yang dilakukan oleh Ferdian (2003), diperoleh bahwa kecepatan maju traktor tangan dengan menggunakan sirip lengkung dengan diameter rim 700 mm berkisar antara 1.2 m/s – 1.4 m/s. Tingkat kecepatan ini masih terlalu cepat jika dibandingkan dengan kecepatan manusia berjalan. Kecepatan maju traktor yang ingin dicapai diusahakan mendekati kecepatan maju manusia berjalan yaitu 0.7 m/s – 0.8 m/s. Dengan mempertimbangkan ground clearance dan slip yang terjadi, untuk memperoleh tingkat kecepatan tersebut diameter roda besi harus direduksi sekitar 64 % dari dimensi awalnya 700 mm menjadi sebesar 452 mm. Pada ukuran diameter ini diharapkan kecepatan maju yang terjadi mendekati kecepatan maju manusia berjalan dengan ground clearance traktor sebesar 20 cm.
25
2. Penentuan jarak antar rim roda Untuk penentuan jarak rim roda, jumlah jari-jari ditentukan mengikuti rancangan pada roda besi sirip lengkung prototype industri. Dari pengukuran pada roda besi sirip lengkung diperoleh jarak antar rim sebesar 160 mm dan dengan jumlah jari-jari sebanyak 8 buah. 3. Penentuan diameter bahan rim dan jari-jari Untuk menentukan diameter bahan rim dan jari-jari, terlebih dahulu dihitung arah gaya mendatar (P) dan gaya vertikal (W) dengan menggunakan persamaan 17 dan 18. Dari perhitungan yang dilakukan Sebastian (2002), diperoleh nilai P = 210.4 kgf dan W = 260 kgf pada kedalaman pembajakan 15 cm dan lebar bajak 27.5 cm. Dari nilai P dan W diatas, diameter bahan rim dan jari-jari dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 12. Bahan yang digunakan adalah besi behel (baja), σbaja = 58 kg/mm2. Jika faktor keamanan untuk beban statis sebesar 6 dan faktor perkalian untuk beban dinamis sebesar 4, maka σa = 58/24 = 2.4 kg/mm2. Dari perhitungan diperoleh diameter besi behel yang digunakan sebesar 16 mm (Sebastian,2002). Pada perancangan ini jari-jari terbagi menjadi dua bagian, yaitu empat jari-jari dalam yang terhubung dengan rim, dan empat jari-jari luar yang terhubung dengan flens.
4. Penentuan diameter kelengkungan sirip Penentuan jari-jari kelengkungan sirip dirancang sedemikian rupa sehingga sirip roda menembus permukaan tanah dengan sudut masuk sebesar 88 o. Dari perancangan yang dilakukan oleh Radite (2009) diperoleh jari-jari kelengkungan sirip roda sebesar 94 mm dengan ketebalan plat sirip sebesar 4 mm. Gambar dari rancangan sirip ini dapat dilihat pada Gambar 7 berikut :
26
Gambar 7. Desain sirip roda besi modifikasi (Radite, 2009) 5. Penentuan spasi antar sirip Penentuan spasi antar sirip ini tergantung pada jumlah sirip dan diameter roda yang digunakan. Penentuan jumlah sirip ini yang didasarkan pada pernyataan Sakai et al., (1998) bahwa jumlah sirip roda besi untuk lahan kering adalah antara 8-14 buah. Pada penelitian ini, jumlah sirip direduksi mengikuti reduksi diameter roda sirip lengkung yaitu sebesar 64 % dari jumlah sirip awalnya 14 buah menjadi sebanyak 9 buah. Jumlah ini masih dalam rentang sirip yang dianjurkan pada penggunaan di lahan kering. Pada jumlah sirip 9 buah dan diameter rim 452 mm, maka dapat diperoleh spasi antar sirip dengan menggunakan persamaan 13. Dari perhitungan diperoleh :
L
D L
157.7 mm
6. Jumlah sirip aktif Untuk menghitung jumlah sirip aktif, terlebih dahulu dihitung nilai θ dengan menggunakan persamaan 16.
2 cos 27
.
2 cos
.
= 69.23o
Jumlah sirip aktif dihitung dengan menggunakan persamaan 15. Dari perhitungan diperoleh :
J J
J .
9 = 1.73 buah dalam 1 rim roda
Beban tarik traktor akan ditumpu oleh sejumlah sirip yang aktif pada roda. Semakin banyak sirip roda, beban tarik traktor akan terbagi secara merata pada sirip aktif roda, demikian juga sebaliknya. Hal ini dapat dipahami bahwa bila jumlah sirip bertambah berarti jumlah sirip yang aktif bekerja pada roda bertambah, demikian juga sebaliknya. Dengan jumlah sirip yang sedikit maka daya penetrasi sirip akan semakin besar.
7. Pembuatan flens roda Untuk pembuatan flens ditentukan berdasarkan ukuran dan posisi baut pengencang roda traktor. Pada penelitian ini, posisi dan ukuran lubang baut didasarkan pada ukuran dan lubang baut pada traktor Yanmar BRM-Dx dan traktor tangan TRAXI. Ketebalan flens mengikuti ketebalan flens pada roda sirip lengkung yaitu sebesar 6 mm.
Gambar 8. Desain flens roda traktor
28
E. PENGUKURAN KINERJA 3 TIPE RODA BESI
Pengujian lapangan dilakukan dengan menggunakan 3 tipe roda besi yaitu roda besi standar IRRI, roda lengkung, dan roda modifikasi. Pengujian meliputi pengukuran beban tarik, kecepatan maju, slip, dan kapasitas lapang dari masingmasing tipe roda besi. 1. Pengukuran Beban Tarik Pengukuran beban tarik dilakukan dengan menggandengkan traktor roda 2 dengan traktor roda 4 (unit pemberi beban) menggunakan tali sling. Untuk mengukur beban
tarik ini dilakukan dengan bantuan load cell dan handy
strainmeter untuk mengukur besarnya regangan (με) yang terjadi. Dari regangan yang diperoleh dapat diketahui besarnya beban tarik yang terjadi (kgf) dengan mengalikan regangan (με) yang terukur dengan faktor konversi (dalam pengujian ini 1με = 2 kgf). Dari nilai tersebut dapat diketahui pula besarnya daya yang tersalurkan dengan menggunakan persamaan (3). Metode pengukuran beban tarik dapat dilihat pada Gambar 5 berikut.
Traktor Roda 4
Load Cell
Traktor Roda 2
Gambar 9. Metode Pengukuran Beban Tarik Traktor Tangan dengan beban engine brake traktor roda empat.
29
2. Pengukuran Slip Roda Slip roda ditentukan dengan cara mengukur jarak tempuh traktor tanpa beban dan mengukur jarak tempuh traktor saat menarik beban. Slip roda dihitung dengan persamaan (4). 3. Pengukuran Kapasitas Lapang Dilakukan dengan cara melakukan pembajakan di lahan percobaan Luewikopo dengan menggunakan 3 tipe roda besi yang akan diuji. Pembajakan ini menggunakan traktor tangan BRM-Dx dengan bajak tunggal pada putaran mesin sekitar 1800 rpm dan transmisi Low 1. Lahan yang diuji seluas 200 cm2 untuk masing-masing roda pengujian. Besarnya Kapasitas Lapang Teoritis dan Efektif diperoleh dengan menggunakan persamaan (8) dan (9) Dari kedua persamaan diatas (8 dan 9), maka dapat diperoleh besar Efisiensi Lapang-nya dengan menggunakan persamaan (10).
4. Ketenggelaman Roda (sinkage) Pengukuran ketenggelaman roda dilakukan dengan cara mengukur kedalaman tanah bekas sirip roda yang menembus tanah saat melakukan pengolahan tanah, dengan menggunakan penggaris.
30
