BAB IV ANALISIS TEKNIK MESIN
A. ANALISIS PENGATUR KETINGGIAN Komponen pengatur ketinggian didesain dengan prinsip awal untuk mengatur ketinggian antara pisau pemotong terhadap permukaan tanah, sehingga dapat diperoleh ketinggian potong yang lebih seragam. Ketinggian pisau pemotong didesain mengikuti percobaan pemangkasan di sektor agronomi. Pada desain dilengkapi dengan empat level ketinggian yang berbeda dimulai dari ketinggian 25 cm, sampai ketinggian 40 cm, masingmasing dengan beda ketinggian sebesar 5 cm. Mekanisme pengaturan ketinggian pemotongan tergolong sederhana yaitu menggunakan sistem mur baut, dengan jarak masing-masing lubang sebesar 5 cm. Pada desain terdapat satu batang leveling untuk setiap roda, sehingga untuk terdapat empat pengaturan leveling yang berbeda untuk setiap roda.
B. ANALISIS PUSAT MASA Analisis Pusat massa mesin merupakan analisis yang dilakukan untuk mengetahui titik pusat beban utama yang dapat mewakili seluruh komponen massa dari desain yang dibuat. Dalam analisis ini dipergunakan bantuan program AutoCAD untuk menentukkan titik pusat massa tiap komponen yang menyusun desain mesin. Langkah analisis pusat massa diawali dengan menentukkan koordinat pusat (0,0,0) pada desain yang sudah digambarkan. Koordinat pusat ini akan digunakan sebagai acuan untuk menetukkan pusat massa komponen penyusun yang lebih kecil pada desain yang telah dibuat. Pada analisis ini ditentukkan koordinat pusat (0,0,0) berada pada titik tengah diantara dua roda di depan.
Langkah berikutnya adalah menentukan pusat massa setiap
komponen yang membentuk desain. Seluruh komponen yang dipergunakan dapat dianalisis pusat massanya kecuali bagian dari engine.
Gambar 11. Rancangan dengan Acuan Titik Koordinat (0,0,0) Analisis Pusat massa menggunakan persamaan sebagai berikut (Meriam dan Kraige, 2003):
Keterangan:
Analisis untuk mencari pusat massa kemudian dibantu dengan program CAD tertentu untuk lebih mempermudah penentuan jarak pusat massa. Hasil perhitungan tersedia pada Tabel 1 berikut dengan koordinat pusat massa setiap komponen, dan koordinat pusat massa satu kesatuan desain.
Tabel 1. Analisis Koordinat Pusat Massa Mesin Pemangkas Batang Jarak Pagar KOMPONEN MASSA
Massa (kg)
(mm)
(kg.mm)
(kg.mm)
(kg.mm)
roda depan-kanan
2.0
-261.6
167.4
-2.3
-523.1
334.8
-4.6
roda depan-kiri
1.8
261.6
167.4
-2.3
470.8
301.3
-4.2
roda belakang-kanan
1.9
-599.0
192.3
-543.8
-1138.0
365.3
-1033.2
roda belakang-kiri rangka
1.8
599.0
192.3
-543.8
1078.1
346.1
-978.9
10.6
3.0
406.2
-336.1
32.0
4305.3
-3562.8
pendorong
2.2
-1.9
445.6
54.7
-4.1
980.3
120.3
pemotong
0.7
0.0
285.0
80.2
0.0
199.5
56.1
kepala transmisi
0.2
0.0
324.4
63.7
0.0
64.9
12.7
handle pendorong
2.0
0.0
728.6
-874.0
0.0
1457.3
-1747.9
pipa transmisi
1.6
0.0
583.8
-492.5
0.0
934.1
-788.0
joint
0.2
0.0
861.3
-1081.2
0.0
172.3
-216.2
Total
25.0
-84.3
9461.3
-8146.8
-3.4
378.5
-325.9
-
(mm)
-
(mm)
-
Koordinat pusat masa keseluruhan
Berdasarkan pada perhitungan yang telah dilakukan, dapat diketahui bahwa pusat massa mesin pemangkas tanaman jarak pagar yang telah dirancang terletak pada koordinat (-3.4;378.5;-325.9) jika digunakan acuan koordinat pusat (0;0;0) yang terletak pada jarak tengah roda depan. Sehingga titik yang menjadi pusat massa ini akan terletak diantara roda depan dan roda belakang. Letak pusat massa dapat dilihat lebih jelas terlihat pada Gambar 12.
Gambar 12. Titik Pusat Massa
C. ANALISIS ROLLING RESISTANCE Rolling Resistance adalah beban yang timbul karena adanya roda yang berputar. Beban ini diakibatkan karena adanya berat yang terdapat pada roda. Terdapat dua faktor yang mempengaruhi Rolling resistance yaitu, jenis roda yang dipergunakan, dan kondisi tanah yang dilewati. Untuk mengetahui besarnya rolling resistance yang diperlukan, terlebih dahulu harus ditentukan besarnya koefisien tahanan gelinding (Crr).
Koefisien tahanan gelinding
adalah perbandingan gaya horizontal untuk menggerakkan roda terhadap gaya vertikal yang diterima oleh roda (W). ................................................................................................... (9a) ......................................................................................... (9b) ................................................................................................. (10) Keterangan: Wn = Berat normal pada roda (tegak lurus pada permukaan) (N) Rr
= Rolling Resistance, Tahanan gelinding (N)
P
= Tenaga (W)
V
= Kecepatan (m/s)
(Sumber: Hunt, 2008) Tabel 2. Nilai Crr dari Roda Rantai dan Roda Karet Crr Tanah Kering Tanah Lumpur
Roda Rantai
Roda karet
0.065
0.045
0.12
0.16
Asumsi awal yang digunakan adalah nilai Crr roda gerigi diambil sebesar 0.55, dan menggunakan kondisi lahan kering, karena lahan percobaan merupakan lahan datar yang kering.
Nilai Crr: Roda belakang (roda karet) Crr
=
0.045
Roda depan (roda gerigi) Crr
=
0.055
malat
=
27.5 kg
Walat
=
27.5 kg x 9.81m/s2
=
269.775 N
Perhitungan 1.
Rolling resistance
Roda karet 4 Rr = Crr x W = 0.045 x 269.775 N Rr = 12.139875 N Roda gerigi 4 Rr = Crr x W = 0.055 x 269.775 N Rr = 14.837625 N Rrtotal (2 roda depan dan 2 roda belakang) Rrtotal
=
2 Rr (karet) +2 Rr (gerigi)
=
2 (12.139875) N + 2(14.837625) N
=
24.27975 N + 29.67525 N
=
53.955 N
2.
Tenaga
P
=
Rrtotal x v
=
53.955 N x 0.65 m/s
=
35.071 kW
=
0.047 hp
Jadi, kebutuhan daya untuk mendorong adalah sebesar 0.047 hp.
Tabel 3. Pengujian Pemangkasan Batang Jarak Batang 1 2 3 4 5 6 Rataan
Waktu potong
Rpm
Diameter
(det) 0.2 0.3 0.3 0.2 0.2 0.2 0.23
(put/menit) 3780 3450 3754 3744 3800 3804 3722
(cm) 2.15 1.8 2.12 1.87 2.2 1.76 1.98
D. KEBUTUHAN DAYA ENGINE Daya pada engine diperlukan untuk kegiatan: 1. Pemotongan 2. Memutar piringan 3. Daya yang hilang pada transmisi Analisis Kebutuhan Daya: 1. Pemotongan Kebutuhan daya pemotongan ............................................................................................. (11) ............................................................................................ (12) ........................................................................................... (13) Keterangan:
Untuk mengetahui kebutuhan gaya pemotongan batang, perlu diketahui karakteristik khusus dari batang jarak pagar.
Karakteristik
khusus yang perlu diketahui adalah nilai dari keteguhan geser dari batang tanaman jarak pagar. Nilai keteguhan geser/ shear strength dari batang jarak pagar dicari dengan melakukan pengujian kekuatan tarik sederhana seperti dapat dilihat pada Gambar 13 dibawah.
Pada Tabel 5 disajikan hasil analisis
tegangan geser yang diperoleh dari hasil pengujian keteguhan geser sederhana sebelumnya.
t l
F
Gambar13. Skema Pengujian Keteguhan Geser
Tabel 4. Pengujian Luas Bidang Geser Ulangan
Lebar
Tebal
1
(mm) 15.5
(mm) 16.2
2
14.4
3 Rataan
Luas bid. Geser (
) 251.1
( ) 0.0003
17.85
257.04
0.0003
15.2
15.2
231.04
0.0002
15.0
16.4
246.4
0.00025
Tabel 5. Analisis Tegangan Geser Massa beban
Gaya beban
Shear Strength
(kgf) 55
(N) 539.55
21.9
2,148,745.5
65
637.65
25.3
2,480,742.3
59
578.79
25.5
2,505,150.6
24.2
2,378,212.8
Rataan
585.33
Berikutnya dilakukan analisis untuk mencari luas bidang potong maksimum dan gaya pemotongan minimum untuk batang jarak berdasarkan data yang disajikan pada Tabel 3. Hasil analisis dapat dilihat pada Tabel 6.
Tabel 6. Analisis Luas dan Gaya Pemotongan ∑ Putaran
Jumlah
Tebal potong
pemotongan
gigi kerja
1 mata gergaji
(put/detik)
(put)
(buah)
(cm)
1
63.0
12.6
504.0
0.0043
0.0092
0.00000092
2.18
2
57.5
17.3
690.0
0.0026
0.0056
0.00000056
1.33
3
62.6
18.8
750.8
0.0028
0.0061
0.00000061
1.44
4
62.4
12.5
499.2
0.0037
0.0081
0.00000081
1.92
5
63.3
12.7
506.7
0.0043
0.0093
0.00000093
2.22
6 Rataan
63.4
12.7
507.2
0.0035
0.0075
0.00000075
1.77
62.0
14.4
576.3
0.0035
0.0076
0.00000076
1.81
Batang
Rps
Luas max (
)
(
Perhitungan: 1) Luas permukaan pemotongan Luas permukaan pemotongan merupakan luas pemotongan maksimum untuk satu mata gergaji dalam sekali pemotongan. Luas permukaan pemotongan didekatkan dengan persamaan luas persegi panjang yaitu merupakan hasil perkalian komponen panjang dan lebar. Luas bidang potong merupakan bagian yang diarsir seperti terlihat pada Gambar 14 dibawah ini.
Gambar 14. Luas Daerah Pengergajian Diketahui: (Tabel 3) (Tabel 6)
Analisis:
Gaya )
(N)
2) Gaya Pemotongan 1 mata pisau (Tabel 5)
3) Momen gaya
4) Kebutuhan daya pemotongan
Jadi kebutuhan daya untuk memutar circular saw adalah sebesar 0.13 Hp
2. Pemutaran piring
Diketahui
; Untuk bentuk dimensi tabung
Asumsi digunakan
Asumsi: circular saw berputar selama satu detik
Jadi kebutuhan daya untuk memutar circular saw selama 1 detik adalah sebesar 3.851 x 10-3 Hp
3. Kehilangan Daya pada Transmisi
Keterangan:
R
t0
t1 W W
Gambar 15. Skema Pengujian Kehilangan Gaya Transmisi
Asumsi: Daya untuk memutar transmisi diasumsikan sebagai daya tahanan yang terdapat di sepanjang transmisi, seperti: - bantalan karet yang terdapat di dalam pipa transmisi. - bantalan di kepala transmisi. Dalam analisis dayanya, gaya tahanan antara transmisi dengan bantalan, nilainya diasumsikan sebesar gaya yang dibutuhkan untuk memutar circular saw beserta shaft transmitionnya. Analisisnya dilakukan pada sumbu vertikal, sehingga melibatkan faktor gravitasi.
Perhitungan: 1) Perhitungan besar gaya hilang pada transmisi
2) Perhitungan besar daya hilang pada transmisi
34.231 Watt
Jadi besarnya daya yang diperlukan untuk memutar transmisi adalah sebesar 0.0459 Hp Kebutuhan daya engine minimun untuk pemangkasan adalah jumlah dari : 1. Kebutuhan Daya untuk pemotongan. 2. Kebutuhan Daya untuk memutar piringan. 3. Kebutuhan Daya untuk memutar transmisi.
Jadi, kebutuhan daya untuk kegiatan pemotongan adalah sebesar 0.179 Hp, atau sebesar 133 Watt.
