DESAIN KONSEPTUALMEKANISME PENJATAH BENIH PADA PENANAM JAGUNG BERBASIS RC MOBILE UNTUK EDUKASI PERTANIAN
BUDI PRIYONGGO
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2014
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Desain Konseptual Mekanisme Penjatah Benih pada Penanam Jagung Berbasis RC Mobile untuk Edukasi Pertanian adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. 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 ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor. Bogor, Juli 2014 Budi Priyonggo NIM F14100011
ABSTRAK BUDI PRIYONGGO. Desain Konseptual Mekanisme Penjatah Benih pada Penanam Jagung Berbasis RC Mobileuntuk Edukasi Pertanian. Dibimbing oleh LENNY SAULIA. Mekanisme penjatah benih merupakan suatu yang penting pada mesin tanam untuk menjamin jarak tanam dan tercapainya populasi akhir tanaman yang diinginkan. Penelitian ini dilakukan untuk mendukung desain mesin penanam jagung berbasis RC mobile dengan membuat desain konseptual mekanisme penjatah benih yang sesuai. Kriteria desain mekanisme ini adalah keseragaman jumlah dan jarak jatuhnya benih serta optimisasi beban, sehingga konsep rancangan penjatah benih ini adalah dengan menggunakan orifice pada bagian bawah hopperdan memanfaatkan putaran roda yang ditransmisikan dengan mekanisme cam sehingga dihasilkan gerakkan naik turun secara harmonis untuk lengan penjatah benih. Hasil perhitungan dalam rancangan ini menghasilkan dimensihopper dengan orifice serta cam-follower penggerak lengan penyalur yang sesuai untuk penjatahan 2 benih jagung per lubang tanam dengan jarak tanam 20 cm untuk kondisi lahan yang tertentu. Kata kunci: penanam jagung, mekanisme penjatah benih
ABSTRACT BUDI PRIYONGGO. Conceptual Design of Seed Metering Mechanism of RC MobileCorn Seeder for Agricultural Education. Supervised by LENNY SAULIA. A metering device is an essential part in planter to ensure seed metering to attain the final desired plant population. This research was aimed to support the design of RC mobile corn seeder by designing its seeds metering device. Design criteria of this seeds metering device was constant seeds application rate and load optimization. Hence, orifice and cam-follower mechanism were employed in this conceptual design of the seeds metering device. The orifice at the base of seed hopper, with the opening gate match to corn seed size, controls the seed application rate. Whilst the cam-follower mechanism control the opening gate and directing seeds flow into furrow. Design computational and analysis results confirmed the dimension and strength of each component in this seeds metering device may ensure the seeds application rate (2 seeds per hole with 20 cm spacing) for the specific condition of terrain. Keywords: corn seeder, seed metering mechanism
DESAIN KONSEPTUALMEKANISME PENJATAH BENIH PADA PENANAM JAGUNGBERBASIS RC MOBILE UNTUK EDUKASI PERTANIAN
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Mesin dan Biosistem
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2014
Judul Skripsi : Desain KonseptualMekanisme Penjatah Benih pada Penanam Jagung berbasis RC Mobileuntuk Edukasi Pertanian Nama : Budi Priyonggo NIM : F14100011
Disetujui oleh
Dr. Lenny Saulia, S.TP, M.Si Pembimbing
Diketahui oleh
Dr. Ir. Desrial, M Eng Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA Segala puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas rahmat dan hidayah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul “Desain KonseptualMekanisme Penjatah Benih pada Penanam Jagung berbasis RC Mobileuntuk Edukasi Pertanian”. Dalam penyusunan skripsi ini, tidak sedikit hambatan yang penulis hadapi. Namun penulis menyadari bahwa kelancaran dalam penyusunan skripsi tidak lain berkat bantuan berbagai pihak, sehingga kendala-kendala yang penulis hadapi dapat teratasi dengan baik. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Dr. Lenny Saulia, S.TP, M.Si, selaku dosen pembimbing atas bimbingan dan arahan yang telah diberikan kepada penulis. Ucapan terima kasih kepada Dr. Ir. Radite Praeko A.S, M.Agr dan Dr. Liyantono, S.TP, M.Agr selaku dosen penguji yang telah banyak memberikan saran serta masukan terhadap skripsi ini. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada ayah, ibu serta seluruh keluarga atas doa dan kasih sayangnya. Tak lupa pula penulis sampaikan terima kasih kepada pihak-pihak yang membantu dalam penyusunan skripsi ini. Penulis berharap semoga tulisan ini bermanfaat dan memberikan kontribusi yang nyata terhadap perkembangan ilmu pengetahuan di bidang teknologi pertanian. Bogor, Juli 2014
Budi Priyonggo
DAFTAR ISI DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
2
Tujuan Penelitian
2
METODE
2
Tempat dan Waktu
2
Alat dan Bahan
2
Tahapan Penelitian
4
Prosedur Perancangan Cam
7
HASIL DAN PEMBAHASAN
8
Sifat Fisik Benih Jagung
8
Kecepatan Maju RC mobile di Lahan
9
Desain Fungsional
11
Desain Struktural
11
Sintesis Jatuhan Jagung
21
Hasil Simulasi Pembebanan pada Komponen Mesin
22
SIMPULAN DAN SARAN
23
Simpulan
23
Saran
23
DAFTAR PUSTAKA
23
LAMPIRAN
24
RIWAYAT HIDUP
43
DAFTAR TABEL 1 Pengukuran dan pengujian sifat fisik dan mekanik tanah dari lahan yang akan digunakan 2 Pengukuran dan pengujian dimensi, kecepatan maju dan kecepatan putar RC mobile pada kondisi tanah tertentu 3 Sifat fisik benih jagung dan jarak tanam 4 Spesifikasi RC mobile
3 4 9 9
5 Karakteristik fisik tanah di lahan percobaan 6 Kecepatan maju RC mobile 7 Parameter perhitungan hopper 8 Hasil perhitungan volume dan luas penampang hopper 9 Parameter rancangan cam 10 Hasil perhitungan cam 11 Hasil perhitungan Torsi cam (Tcam ) dan Torsi poros roda (Troda ) pada sudut kritis 12 Simulasi penjatuhan untuk kecepatan maju 0.99 m/s 13 Simulasi penjatuhan untuk kecepatan maju 0.4 m/s
10 10 12 13 16 16 18 21 22
DAFTAR GAMBAR 1 Data produksi dan konsumsi jagung nasional tahun 2008 s.d 2012 2 Perhitungan volume dan luas penampang hopper 3 Tampak depan dan samping komponen hopper dengan orifice 4 Tampak depan dan samping bagian orifice 5 Tampak depan dan samping lengan penyalur 6 Desain cam pada mekanisme penjatah benih 7 Posisi, kecepatan dan percepatan cam 1, cam 2, dan cam 3 8 Perhitungan posisi opening gate 9 Posisi opening gate 10 Posisi orifice dan lengan penyalur saat 0o 11 Posisi orifice dan lengan penyalur saat 30o 12 Posisi orifice dan lengan penyalur saat 90o 13 Hasil simulasi pengujian pembebanan cam
1 12 14 14 15 17 17 19 19 19 20 20 22
DAFTAR LAMPIRAN 1 Diagram tahapan penelitian 2 Konstanta K, Cv dan Ca 3 Tampak atas, depan, sampin dan ISO RC mobile 4 Komponen lengan penyalur benih dan hopper 5 Contoh perhitungan cam 6 Perhitungan traksi dan torsi RC mobile 7 Perhitungan waktu pergerrakan jagung di lengan penyalur 8 Gambar teknik
25 26 27 28 29 31 32 33
PENDAHULUAN Latar Belakang Penurunan minat calon mahasiswa di bidang pertanian terjadi di tahun 2008, tercatat penurunan minat di Pulau Jawa mencapai 30-40 persen (LPPM IPB 2008). Kondisi itu sangat memprihatinkan, mengapa pada saat terjadi krisis pangan sekarang ini minat anak bangsa ke bidang pertanianjustru menurun. Suatu sistem yang mampu meningkatkan minat terhadap pertanian di Indonesia perlu dipertimbangkan. Salah satu caranya adalah dengan mengenalkan pertanian sejak dini dengan cara yang menarik misalnya dengan permainan. Jika sejak anak-anak sudah tertanam rasa senang dan tertarik terhadap pertanian maka minatnya tersebut diharapkan akan terus tertanam hingga dewasa. Sistem budidaya otomatik dengan menggunakanRC mobile (remote control mobile)merupakan salah satu metode yang diperkirakan merupakan cara yang mudah dan dapat menarik perhatian anak-anak dalam edukasi pertanian.Sebagai upaya awal untuk mengembangkan sistem budidaya otomatik tersebut, saat ini sedang diupayakan desain penanam benih jagung menggunakan sistem RC mobile. Pemilihan jagung sebagai objek untuk desain alat tanam benih ini dilandasi oleh kebutuhan jagung sebagai food (bahan pangan), feed (pakan ternak), dan fuel (bahan bakar).Gambar 1 menunjukkandata produksidan konsumsi jagung di Indonesia pada tahun 2008 s.d 2012. Terlihat setiap tahunnya terjadi perbedaan antara permintaan dan ketersediaan jagung di Indonesia, yang menyebabkan harus dilakukannya impor untuk memenuhi kebutuhan jagung tersebut. Dukungan untuk meningkatkan produksi jagung perlu dilakukan agar Indonesia tidak selalu bergantung pada impor. Produksi
Konsumsi
12
Jumlah (juta ton)
10 8 6 4 2 0
2008
2009
2010
2011
2012
Tahun Gambar 1 Data produksi dan konsumsi jagung nasional tahun 2008 s.d 2012 (BPS 2013)
2 Jarak tanam yang sesuai dan seragam merupakan hal yang penting yang harus diperhatikan saat kegiatan penanaman jagung. Salah satu bagian yang mempengaruhi jarak tanam adalah mekanisme penjatah benih dari penanam benih jagung tersebut. Srivastava (2006) menyebutkan bahwa penjatah benih merupakan suatu yang penting pada mesin tanam untuk menjamin tercapainya populasi akhir tanaman yang diinginkan. Sehingga untuk mendukung desain mesin penanam jagung berbasis RC mobiledibutuhkan suatu mekanisme penjatah benih yang sesuai.
Perumusan Masalah Daya dari putaran roda dapat ditransmisikan ke suatu sistem untuk menghasilkan gerakan translasi yang dapat dimanfaatkan untuk menggerakan mekanisme penjatah benih. Sistem ini di desain untuk mendapatkan jatuhan benih/jarak tanam yang seragam. Salah satu metode atau transmisi gerak yang dapat diaplikasikan adalah dengan penggunakan cam untuk menghasilkan gerakan unik tersebut. Mekanisme cam merupakan suatu mekanisme yang menghasilkan berbagai gerakan dari bentuknya yang sederhana. Mekanisme cam tersebut yang akan diterapkan pada bagian penjatah benih dari penanam benih jagung berbasis RC mobile ini. Sehingga dapat dihasilkan jatuhan benih/jarak tanam yang seragam dan mudah untuk dioperasikan.
Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah membuat desain konseptual mekanisme penjatah benih untukmesinpenanam benih jagung berbasis RC mobile menggunakan penjatah benih dengan mekanime cam sebagai transmisi geraknya sehingga dihasilkan jarak tanam yang tepat dan sesuai serta mudah dioperasikan.
METODE Tempat dan Waktu Pelaksanaan penelitian yang terdiri dari kegiatan identifikasi kebutuhan dan pengambilan data penelitian di lapangan dilakukan pada Februari 2014 hingga Maret 2014 dan proses perancangan konsep desain dilakukan pada Maret 2014 hingga Juni 2014 di Bagian Teknik Mesin dan Otomasi (TMO) Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Institut Pertanian Bogor (IPB).
Alat dan Bahan Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini dikelompokkan ke dalam alat dan bahan yang digunakan dalam perencanaan dan pengumpulan data dasar, pembuatan konsep desain dan pengujian konsep desain.
3 a Perencanaan dan pengumpulan data Pada tahap ini alat dan bahan yang digunakan dibagi kedalam beberapa kegiatan yang dilakukan yaitu: 1 Kegiatan identifikasi sifat fisik benih jagung dan metode penanaman benih jagung yang dilakukan secara konvensional maupun menggunakan alat yang sudah ada. Kegiatan ini berupa studi literatur. 2 Kegiatan identifikasi sifat fisik dan mekanik tanah dari lahan yang akan digunakan sebagai tempat pengaplikasian alat yang dirancang. Bahan yang digunakan adalah sampel tanah, aquades, larutan H2O2 dan sodium silikat 5%. Sementara alat yang digunakan secara rinci disajikan pada Tabel 1. 3 Kegiatan identifikasi RC mobile yang terdiri dari dimensi dan kecepatan maju serta kecepatan putar roda belakang dari RC mobiletersebut pada kondisi lahan tertentu. Bahan yang digunakan adalah alat tulis. Rincian peralatan yang digunakan pada tahap ini tersaji pada Tabel 2. Data yang didapat dari ketiga kegiatan tersebut diolah menggunakan software “Microsoft Excel 2010”, seperangkat komputer dan mesin cetak (printer). Tabel 1Pengukuran dan pengujian sifat fisik dan mekanik tanah dari lahan yang akan digunakan No 1
Pengamatan/ Pengukuran Penentuan batas cair, penentuan batas plastis dan indeks plastisitas
2
Pengukuran berat jenis partikel
3
Analisis ukuran partikel tanah (hydrometer analysis)
Peralatan yang digunakan Alat penentu batas cair (L.L device), spatula, penyemprot air, permukaan gelas, wadah dan penutup, oven, neraca, desikator, lap dan silinder dengan diameter 3 mm. Pompa vakum, neraca, thermometer, piknometer, wadah, mortar, desikator, oven, corong dan penyemprot air. Neraca, pengaduk, thermometer, gelas ukur 1 L, satu set saringan (2000, 840, 420, 250,105 dan 74 μm), gelas piala, bak air, spatula, stopwatch, penyemprot air dan pengaduk gelas.
Metode Batas cair: Standar JIS A 1205 1980, Batas plastis: Standar JIS A 1206 1970 (1978) Standar JIS A 1202 1978
Standar JIS A 1204 1980
4 Tabel 2Pengukuran dan pengujian dimensi, kecepatan maju dan kecepatan putarRC mobilepada kondisi tanah tertentu No 1
2
Pengamatan/ Pengukuran Dimensi RC mobile
Peralatan yang digunakan Jangka sorong, neraca
Kecepatan maju, kecepatan putar roda di atas lahan dengan karakteristik fisik dan mekanik tertentu
Kamera, meteran, dan stopwatch, serta peralatan pengukur kadar air dan dry bulk density.
Metode Mengukur poros, roda, rangka, pegas yang terdapat pada RC mobile serta massa RC mobile.
b Pembuatan konsep desain Pada tahap pembuatan konsep desain, digunakan salah satu software computer aided desain (CAD) yaitu “SolidWorks Premium 2011”, alat tulis, mesin hitung, software “Microsoft Excel 2010”, seperangkat komputer dan mesin cetak (printer). c Pengujian konsep desain Tahap pengujian konsep desain digunakansoftware “SolidWorks Premium 2011” untuk menganalisis stress dan strain dari konsep desain yang telah dibuat serta untuk proses simulasi gerakan operasi dari model alat yang akan dibuat. Selain itu, peralatan lain yang yang digunakan adalah alat tulis, mesin hitung, software “Microsoft Excel 2010”, seperangkat komputer dan mesin cetak (printer).
Tahapan Penelitian Penelitian ini terdiri dari beberapa tahap, yaitu: tahap identifikasi masalah, tahap perumusan dan penyempurnaan konsep desain, tahap uji optimasi konsep desain, tahap pembuatan model 3 dimensi (3D) dan tahap uji kinerja dari model 3D mesin hasil rancangan. Diagram tahapan penelitian tersaji pada Lampiran 1. Berikut ini merupakan penjelasan lebih rinci menganai tahapan-tahapan penelitian yang akan dilakukan: a Perencanaan dan pengumpulan data dasar Tahapan penelitian ini adalah melakukan identifikasi kondisi lapangan dan pencarian data lapangan terkait dengan beberapa data yang akan digunakan dalam proses desain. Pada tahap ini dilakukan pengumpulan data-data dengan cara studi literatur. Beberapa informasi yang dibutuhkan adalah tentang sifat fisik jagung, metode penanaman dan alat tanam benih jagung yang sudah ada. Identifikasi sifat fisik dan mekanik tanah di suatu lahan dilakukan untuk memperoleh data dasar yang diperlukan dalam desain.Tanah yang
5 dianalisis adalah tanah pada Laboratorium Lapangan Siswadhi Soepardjo. Parameter yang diidentifikasi meliputi batas cair, batas plastis, indeks plastisitas, berat jenis partikel tanah, ukuran partikel tanah dan tekstur tanah. Selain itu dilakukan pula identifikasi RC mobile yang terdiri dari dimensi, kecepatan maju dan kecepatan putar roda pada pembebanan tertentu yang dilakukan di lahan pada kondisi lahan tertentu. Informasi serta data-data yang didapat tersebut digunakan untuk menentukan potensi-potensi yang ada untuk dapat mendukung serta menjadi batasan-batasan dari desain yang dibuat. b Pembuatan konsep desain Tahap ini terdiri dari dua kegiatan utama yaitu kegiatan perumusan dan penyempurnaan konsep desain dan kegiatan pembuatan model 3 dimensi (3D). Kegiatan perumusan dan penyempurnaan konsep desian merupakan kegiatan pembuatan konsep desain. Spesifikasi dari konsep desain dirumuskan berdasarkan kondisi aktual lapangan dan batasan spesifikasi penanam benih jagung sistem RC mobile. Data hasil pengamatan dan pengukuran di lapangan dianalisis untuk menentukan besarnya gaya mekanis dan beban kerja mekanis terutama pada bagian penjatah benih khususnya bagian cam sebagai alat transmisi yang dibutuhkan dalam mekanisme penjatah benih jagung. Analisis teknik dan perhitungan rancangan dilakukan untuk menentukan secara akurat dari bentuk, ukuran, dan bahan penjatah benih pada penanam jagung berbasisRC mobile. Analisis tersebut juga dilakukan untuk menentukan mekanisme rancangan yang sesuai dengan kriteria desain. Hasil analisis teknik akan digunakan untuk menentukan dimensi dari desain konstruksi penjatah benihyang akan dimodelkan dengan menggunakan Computer Aided Desain (CAD). Pada kegiatan pembuatan model 3 dimensi (3D)dilakukan proses pemodelan konsep desain hasil dari proses seleksi desain rancangan mesin ke dalam bentuk gambar 3D menggunakan software “SolidWorks Premium 2011”. Hasil dari pemodelan ini sebagai bentuk visualisasi rancangan struktural dari mesin yang akan dibuat. c Pengujian konsep desain Tahap pengujian hasil konsep desain akan dilakukan dengan memanfaatkan fasilitas simulasi analisis gaya dan pembebanan mekanis yang disediakan pada software “SolidWorks Premium 2011”. Hasil dari pemodelan gambar 3D digunakan sebagai bahan pengujian analisis pergerakan mesin, sintesis desain dan analisis penyebaran gaya.
Konsep Rancangan Peralatan tanam didefinisikan sebagai setiap alat yang dioperasikan dengan daya yang digunakan untuk menempatkan benih, potongan benih atau bagian tanaman ke dalam atau di atas tanah untuk perkembangbiakan, produksi pangan, serat dan pakan (Smirth & Lambert 1990).Desain konseptual penanam benih jagung berbasis RC mobileini menyesuaikan dengan desain alat tanam benih
6 secara umum, yang menurut Srivastava et al (2006) memiliki beberapa bagian utama, yaitu: pembuka alur dan penutup alur, alat penjatah benih (metering device) dan hopper. Bagian-bagian utama tersebut akan ditambahkan dan dipasang pada RC mobile serta penambahan komponen penyangga Konsep rancangan mekanisme penjatah benih yang didesain memiliki beberapa kriteria utama, yakni memastikan jatuhnya benih dengan jarak yang seragam dan optimalisasi beban. RC mobile komersial memiliki keterbatasan dalam membawa beban tanpa menyebabkan terjadinya masalah dalam mobilisasi pada suatu kondisi lahan tertentu. Optimalisasi beban pada penanam benih jagung berbasis RC mobile, yang termasuk di dalamnya adalah komponen penjatah benih, diharapkan mampu menyesuaikan antara keterbatasan dan kapasitas lapang yang diinginkan. Salah satu upaya untuk meminimalkan beban penanam jagung berbasis RC mobile adalah dengan membuat komponen-komponen yang dapat memanfaatkan mekanisme yang ada pada RC mobiletersebut. Perlu diupayakan tidak ada penambahan beban dari sumber daya penggerak lain selainbaterai RC mobile sebagai daya yang digunakan untuk menjalankan sistem penanaman benih. Konsep rancangan untuk penjatah benih yang dibuat adalah dengan memanfaatkan putaran roda yang ditransmisikan dengan mekanisme cam sehingga dihasilkan gerakkan naik turun secara harmonis untuk pembuka-penutup orifice (lubang penjatah benih) sehingga dihasilkan jarak tanam yang seragam. Mekanisme ini diharapkan mampu untuk menjatuhkan 2 benih perlubang tanam dengan jarak 20 cm (jarak penanaman 20 x 70 cm). Beberapa penjelasan sifat fisik benih jagung yang menjadi batasan perancangan ini adalah: 1 Dimensi, atau ukuran benih yang meliputi panjang, lebar dan tebal benih merupakan faktor penting dalam perancangan alat tanam terutama dimensi orifice agar dihasilkan pejatahan yang tepat dan seragam yaitu 2 benih per lubang. 2 Berat jenis, juga disebut berat spesifik, merupakan perbandingan antara massa bahan terhadap volumenya, satuan berat jenis adalah kg/m3. Berat jenis merupakan faktor penentu dari kerapatan tumpukan, memberikan pengaruh besar terhadap daya ambang partikel yang penting diketahui dalam hubungannya dengan proses pemindahan dan pengangkutan bahan atau pada proses pengisian hopper pada kegiatan penanaman (Kling dan Woehlbier 1983). 3 Kerapatan tumpukan,adalah perbandingan antara berat bahan dengan volume ruang yang ditempati dengan satuan kg/m3. Kerapatan tumpukan berpengaruh pada saat menentukan kapasitas benih dalam hopper (Chung dan Lee 1985). 4 Angle of repose, juga disebut sudut tenang merupakan sudut yang terbentuk ketika suatu produk (pertanian) dicurahkan pada bidang datar. Besarnya sudut tumpukkan sangat dipengaruhi oleh ukuran partikel, bentuk dan karateristik permukaan partikel, kadar air, berat jenis dan kerapatan tumpukan.Umumnya sudut tenang meningkat ketika kadar air bahan lebih tinggi (Stroshine 1998).Informasi mengenai sudut tenang digunakan untuk penentuan sudut kemiringan hopper agar benih dapat turun/jatuh secara gravitasi.
7 Prosedur Perancangan Cam Cam (nok) adalah bagian mesin yang bentuknya tidak umum, yang bekerja sebagai penggerak yang menggerakkan sebuah benda yang disebut follower (torak), yang dapat menggelinding atau meluncur di atasnya. Cam adalah bagian dari suatu mekanisme yang sangat penting karena dapat memberikan berbagai gerakan dengan bentuknya yang sederhana. Secara umum ada tiga jenis cam, yaitu: cam piring, cam translasi, dan cam silinder (Martin 1984). Dalam melakukan perancangan cam ada beberapa prosedur perancangan menurut Moon (1961) yaitu: 1 Penentuan asumsi-asumsi, yang terdiri dari asumsi nilai linear displacement (h), sudut puncak (β), bobot cam (W), tipe cam, kecepatan putar, dimensi follower dan material dari cam dan follower. 2 Menghitung nilai radius pitch (Rp) yang sesuai dengan sudut tekan maksimum yang terjadi. Rpdapat dihitung menggunakan Persamaan 1. 157 Rp h 1
3 Menghitung radius minor (Ro) dari pitch curve menggunakan Persamaan 2.
Ro R p 0.5h
4
5
6
7
8
2 Menghitung nilai perpindahan (Y)pada titik-titik kritis. Tipe harmonik sederhana titik-titik kritisnya yaitu 0, 1, 60, 119 dan 120. Nilai Y didapatkan dengan menggunakan Persamaan 3. Y Kh 3 dengan K adalah suatu konstanta untuk tipe kurva harmonik sederhana yang tersaji pada Lampiran 2. Mengitung radius cam (Rn) pada titik-titik kritis menggunakan Persamaan 4. Rn Ro y 4 Menghitung sudut tekan (γ) pada tiap titik kritis menggunakan Persamaan 5 dengan Cv adalah suatu konstanta yang tersaji pada Lampiran 2. 57.3C v h tan 1 Rn 5 Menghitung radius kurvatur (Rc) pada percepatan maksimum dan minimum menggunakan Persamaan 6-8. n 6 120 n n1 7 sin Rc Rn sin 8 Menghitung percepatan (a) maksimum dan minimum menggunakan persamaan 9 dengan N adalah kecepatan putarcam.
8 2
6N a C a h 9 9 Menghitung inertial force (F)pada percepatan maksimum dan minimum menggunakan Persamaan 10 dengan g adalah percepatan gravitasi. Wa F 10 g 10 Menghitung gaya normal (Pn) dan torsi (T) dari profil cam pada percepatan maksimum dan minimumnya menggunakan Persamaan 11, 12dan 13dimana L adalah gaya eksternal, S adalah gaya pegas,f adalah faktor gesekan dan r adalah radius terluar dari cam. Wa W L S g P 1 f 11
Pn
P cos
12
T rP tan
13 11 Menghitung contact stress pada percepatan maksimum dan minimum menggunakan Persamaan 14 -16. Ec E f M 10 6 0.35Ec E f 14 1 C rf 15 PC S c 10 3 n lM 16 12 Membuat tabel hasil perhitungan dan kesimpulan
HASIL DAN PEMBAHASAN Sifat Fisik Benih Jagung Beberapa sifat fisik jagung diamati untuk mendukung perancangan yang dilakukan sebagai input data tambahan dalam perancangan. Adapun parameterparameter yang diperlukan tersaji pada Tabel 3. Benih jagung yang digunakan adalah jagung manis (Zea mays saccharata). Data yang tersaji pada Tabel 3 menjadi acuan dalam penentuan dimensi dari penanam jagung berbasis RC mobile. Data bobot, berat jenis, kerapatan tumpuk dan angle of repose digunakan untuk penentuan dimensi hopper, kapasitas hopper dan kemiringan dari bentuk hopper yang dirancang agar benih jatuh secara gravitasi saat akan menuju ke bagian penjatah benih. Data dimensi benih (panjang, lebar dan tebal) digunakan pada penentuan dimensi orifice pada saluran bagian
9 bawah hopper dan opening gate (pembuka-penutup penjatah benih). Data jarak tanam dan kedalaman tanam digunakan untuk penentuan dimensi transmisi camyang didesain. Tabel 3Sifat fisik benih jagung dan jarak tanam No Parameter Dimensi - Panjang 1 - Lebar - Tebal 2 Bobot (1000 benih) 3 Berat jenis
Nilai
Satuan
10.56 ± 0.78 7.91 ± 0.57 3.45 ± 0.35 131.2 s.d 145.5 1133.8 s.d 1225.5
mm mm mm gram kg/m3
4
Kerapatan tumpuk
482.1 s.d 474.3
kg/m3
5
Angle of repose
27-38
o
6
Jarak tanam Kedalaman tanam
20 x 70 ±3
cm cm
Keterangan Sumber: M. Bulent Coskun, Ibrahim Yalcın and Cengiz O zarslan (2005) (Data tersebut didapatkan pada selang KA 11.54% 19.74% bk) Sumber Stroshine, Richard L (1998) Sumber : PT. Bisi Internasional Tbk
Kecepatan Maju RC mobiledi Lahan RC mobile yang digunakan memiliki spesifikasi seperti yang tersaji pada Tabel 4 dan bentuk serta ukuran tersaji pada Lampiran 3. Tabel 4Spesifikasi RC mobile Spesifikasi Model Nomer model Berat Motor Panjang Lebar Tinggi Diameter roda Baterai Channel Frekuensi
Ukuran Satuan HSP Racing 1/10 electric powered 4WD Rock crawler 94180 (TOP) New Type 3.02 kg RC 540 1100 kV ESC 25A 430 mm 258 mm 200 mm 112 mm 7.2/2000 V/mAh 3 2.4 GHz
Kecepatan maju RC mobile merupakan salah satu parameter yang dibutuhkan dalam perancangan mekanisme penjatah benih pada penanam jagung berbasis RC mobile ini. Berdasarkan kecepatan maju pula dapat ditentukan kecepatan putar rodanya. Kecepatan majudiukurpada suatu lahan dengan karakteristik fisik tanah seperti yang tersaji dalam Tabel 5.
10 Tabel 5Karakteristik fisik tanah di lahan percobaan No 1
4 5
6 a
Parameter Batas Cair Batas Plastis Indeks Plastisitas Berat Jenis Partikel saat T= 30 oC Ukuran Partikela Coarse Sand (0.425-2.000) mm Fine Sand (0.075 - 0.425) mm Silt (0.005 - 0.075) mm Clay (<0.005 mm) Soil Texture
Lambang LL LP PL
Nilai 62.97 48.03 14.94
GS (30)
2.48
Satuan % % %
15.3
%
34.5
%
35.8
%
14.5
%
Loam
standar Japanese Soil Physics
Kecepatan maju RC mobile diukur denganperlakuan pembebanan (W)yaitu 0, 2.5, 5.0, dan 7.5 kg. Pembebanan ini dilakukan untuk mengetahui bobot maksimum komponen yang diijinkan agar penanam benih jagung ini berjalan dengan baik. Adapun kecepatan maju yang didapat pada pembebanan tersebut tersaji pada Tabel 6 dengan kadar air (KA)tertentu. Tabel 6Kecepatan maju RC mobile KA (%bk) DBD(g/cm3) TPT (kgf/cm2) W v Lv Z (cm) Z (cm) Z (cm) (%) (kg) 0-5 5-10 0-5 5-10 5 10 15 20 (m/s) 29.43 31.93 1.06 1.21 14.63 23.53 44.22 58.09 1.26 0 31.23 30.71 1.18 1.33 11.62 15.63 26.04 38.98 1.18 32.39 32.87 1.16 1.31 12.35 15.82 25.22 49.88 1.13 29.43 31.93 1.06 1.21 14.63 23.53 44.22 58.09 1.11 11.9 2.5 31.23 30.71 1.18 1.33 11.62 15.63 26.04 38.98 0.98 16.95 32.39 32.87 1.16 1.31 12.35 15.82 25.22 49.88 1.06 6.19 29.43 31.93 1.06 1.21 14.63 23.53 44.22 58.09 0.99 21.43 5 31.23 30.71 1.18 1.33 11.62 15.63 26.04 38.98 0.89 24.58 32.39 32.87 1.16 1.31 12.35 15.82 25.22 49.88 0.97 14.16 29.43 31.93 1.06 1.21 14.63 23.53 44.22 58.09 0.83 34.13 7.5 31.23 30.71 1.18 1.33 11.62 15.63 26.04 38.98 0.69 41.53 32.39 32.87 1.16 1.31 12.35 15.82 25.22 49.88 0.72 36.28 W1:Bobot beban; KA: Kadar air; DBD: Dry bulk density; TPT: Tahanan penetrasi tanah; v: kecepatan maju RC mobile; Lv : persentasi hilangnya kecepatan terhadap beban nol; Z:kedalaman pengambilan sampel
11 Berdasarkan pengukuran kecepatan maju yang tersaji pada Tabel 6 ditunjukan bahwa terjadi penurunan kecepatan dibawah 25% untuk pembebanan mencapai 5 kg dengan kondisi tanah tertentu. Sehingga ditentukan bobot maksimal dari total komponen tambahan dan benih yang mampu dirancang sebesar 5 kg.
Desain Fungsional Sistem penyaluran benih jagung dari penampungan (hopper) ke lubang tanam didesain dengan memanfaatkan gaya gravitasi benih yang diatur kecepatan jatuhnya ke dalam lubang tanam. Berikut ini adalah penjelasan secara umum mengenai desain fungsional khusus untuk mekanisme penjatah benih pada penanam benih jagung berbasis RC mobile, meliputi: 1 Fungsipenampung benih yang dapat memberikan kondisi sehingga benih bisa mengalir turun dengan kecepatan alir volumetrik tertentumenuju lubang penjatah. Fungsi ini dapat dipenuhi dengan orifice pada bagian bawah hopper. 2 Fungsi pengatur pengeluaran benih jagung dari lubang penjatah ke lubang tanam (lengan penyalur) agar menghasilkan jarak tanam tertentu.Fungsi ini dapat dipenuhi dengan mengatur kemiringan lengan penyalur. Pengaturan kemiringan lengan penyalur ini berfungsi seperti pembuka/penutup lubang penjatah benih sekaligus menjadi jalur penjatuhan benih pada lubang tanam dengan jarak tanam yang seragam. Mekanisme penjatah benih yang didesain ini memanfaatkan mekanisme transmisi daya komponen cam pada poros roda untuk menggerakkan follower yang menggerakkan lengan penyalur.
Desain Struktural Proses perancangan yang dilakukan memerlukan beberapa parameter rancangan, yakni mencakup besarnya dimensi konstruksi komponen mesin yang optimal, penentuan besarnya gaya dan pembebanan mekanis pada penjatah benih.Desain struktural ini ditujukan untukmelengkapi desain fungsional yang sudah ditentukan sebelumnya. Komponen Hopperdan Orifice Komponen hopper yang menjalankan fungsi penampung benih jagung dirancang dengan kapasitas menampung benih parameter perhitungan seperti yang tersaji pada Tabel 7. Dimensi orifice pada bagian bawah hopperdisesuaikan dengan dimensi hopper.Perhitungan volume dan dimensi hopper dilakukan dengan Persamaan 17-21 dengan V1-V6 seperti yang tersaji pada Gambar 2. Persamaan-persamaan tersebut merupakan persamaan umum persegi (p,l,t) untuk V1, trapesium (a,b,T,t) untuk V3&V5, segitiga (a,T,t) untuk V6 dan gabungan segitiga serta persegi (a,b,T,t).
12 Tabel 7Parameter perhitungan hopper No 1 2 3
Parameter Luas tanam Jarak sisi pagar Jarak tanam Jumlah lubang tanam Perhitungan Penentuan
4
Jumlah benih per lubang
5 6 7 8
Jumlah benih yang dibutuhkan Kapasitas hopper Bobot benih (1000 benih) Bobot
9 10
Kerapatan tumpuk Volume
Nilai 25 x 15 0.5 x 0.5 0.2 x 0.7
Satuan m2 m2 m2
2537.50 2537
lubang lubang benih/lubang tanam benih benih g g kg kg/m3 m3 mm3
2 5074 5074 145.5 738.27 0.74 474.3 0.00155654 15.57 x 105
Vtotal V1 V2 V3 V4 V5 V6 V1 p l t 1 V2 V4 2 a b T t b T t 2 1 V3 V5 a b T t 2 1 V6 a T t 2
Gambar 2 Perhitungan volume dan luas penampang hopper
17 18 19 20 21
13 Hasil perhitungan volume dan dimensi hopper tersaji pada Tabel 8.Volume total yang didapat adalah sebesar 16.31 x 105 mm3 yang lebih besar dibanding volume yang dibutuhkan (Tabel 7) yaitu sebesar 15.57 x 105 mm3, atau hanya dengan mengisi hopper sebanyak 95.46 % dari volume total desain sudah mencukupi kapasitas yang dibutuhkan. Bahan yang dipilih adalah acrylic yang memiliki densitas bahan sebesar 1.19 g/cm3 sehingga untuk memenuhi kebutuhan bahan sebesar 195.64 cm3 pada bagian hopper hanya memberikan beban sebesar 232.81 gram. Sehingga dari komponen hopper didapatkan beban saat kondisi 95.46% dari volume hopper terisi benih jagung memiliki bobot sebesar 971.08 gram. Tabel 8Hasil perhitungan volume dan luas penampang hopper Parameter V1 p l t V2 l b T t V3 a b T t V4 a b T t V5 a b T t V6 a T t Vtotalhopper
Nilai 1350000 125 120 90 249691 120 14 41 90 11060 90 68 10 14 8568 68 43 9 14 6048 39 33 12 14 5208 24 31 14 1630575
Satuan mm3 mm mm mm mm3 mm mm mm mm mm3 mm mm mm mm mm3 mm mm mm mm mm3 mm mm mm mm mm3 mm mm mm mm3
Parameter A1 p l t A2 l b T t A3 a b T t A4 a b T t A5 a b T t A6 a T t Atotal bahan Vtotal bahan Densitas bahan Massa bahan
Nilai 63300 125 120 90 28738 120 14 41 90 2085 90 68 10 14 1750 68 43 9 14 1511 39 33 12 14 549 24 31 14 97820 195640 195.64 1.19 232.81
Satuan mm2 mm mm mm mm2 mm mm mm mm mm2 mm mm mm mm mm2 mm mm mm mm mm2 mm mm mm mm mm2 mm mm mm mm2 mm3 cm3 g/cm3 g
14 Gambar 3 menunjukan bentuk dan dimensi dari hopper dengan orifice. Sudut 38o dan 27o dipilih sesuai dengan data angle of repose untuk jagung manis sebesar 27 – 38 o (Stroshine 1998) agar benih dapat jatuh secara gravitasi. Jumlah benih per lubang tanam yang diharapkan adalah 1-2 buah sesuai dengan standar penanaman benih jagung yang ada. Sehingga pada perancangan saluran lubang penjatah (Gambar 2, bagian V5 &A5) memiliki nilai b,T dan t secara berurut sebesar 33 mm, 12 mm dan 14 mm bertujuan agar benih yang akan dipersiapkan untuk ditanam sekitar 2 atau 3 benih sesuai dengan dimensi benih yaitu p = 10.56 mm, l =7.91 mm dan t =3.45 mm. Pada bagian lubang penjatah benih dirancang dengan diameter 12 mm juga bertujuan agar benih yang keluar satu persatu sebanyak 1-2 buah benih (Gambar 4).
Gambar 3 Tampak depan dan samping komponen hopperdengan orifice
Gambar 4 Tampak depan dan samping bagian orifice
15 Komponen Lengan Penyalur Benih Fungsi pengaturan aliran jatuh benih (jumlah benih perlubang tanam) dipenuhi oleh komponen lengan penyalur, komponen cam yang mentransmisikan daya dari poros roda RC mobiledan komponen follower yang mentransmisikan gerak rotasi cam menjadi gerak translasi yang dapat mengatur kemiringan lengan penyalur (Lampiran 4 ). Lengan penyalur benih merupakan bagian yang berfungsi sebagai pembuka dan penutup orifice (lubang penjatah)untuk memenuhi fungsi pengaturan jumlah benih danjuga berfungsi sebagai jalur jatuhnya benih menuju lubang tanam. Mekanisme dari bagian ini adalah seperti engsel pintu, ketika pada posisi 0o lubang penjatah dalam keadaan terbuka kemudian saat berada pada posisi kurang dari 0o lubang penjatah dalam keadaan tertutup dan saat itu juga benih jatuh mengikuti jalur lengan penyalur tersebut. Dalam perancangan ini dibuat lengan penyalur yang tersaji pada Gambar 5, bentuk dari lengan penyalur dengan dimensi lengkapnya juga tersaji pada gambar tersebut. Lengan penyalur membentuk sudut 29.21o dengan perubahan maksimal yang sama yaitu sebesar 15 mm yang merupakan hasil dari pergerakan cam. Sudut tersebut sesuai dengan data angle of repose jagung yaitu 27 – 38o.
Gambar 5 Tampak depan dan samping lengan penyalur Cam -Follower Camdan follower dirancang untuk memenuhi persyaratan pengaturan kemiringan lengan penyalur. Parameter yang harus dipenuhi dari bagian ini adalah untuk menghasilkan gerakan secara harmonis dari lengan penyalur dengan nilai maksimum jarak vertikal bagian ujungnya sebesar 15 mm. Secara lengkap parameter yang harus dipenuhi dalam perancangan cam dan follower tersaji pada Tabel 9.
16 Tabel 9Parameter rancangan cam No 1 2 3 4 5 6
Parameter Nilai Y 15 mm o ϕ 360 Wcam 165.98 g Jarak tanam 20 cm o Sudut puncak 45 l 5 mm
Ket.
No Parameter 9 rf 10 ω
11
7
Ec
90
GN/m2
8
Ef
90
GN/m2
Cast iron Cast iron
N
Nilai 22.42 mm 15.84 rad/s 14.24 rad/s 15.52 rad/s 151.26 rpm 135.98 rpm 148.21
rpm gram
12
Wfollower
43.88
13
L
248.56 gram
Prosedur perancangan cam yang dilakukan meliputi beberapa tahap sesuai dengan prosedur perancangan Moon (1961) dengan batasan-batasan ditentukan sesuai Tabel 9. Contoh perhitungan cam yang dilakukan tersaji Lampiran 5.Tabel 10 menyajikan tabulasi hasil perhitungan desain cam beberapa tingkat kecepatan putar roda RC mobileyang dipengaruhi karateristik fisik lahan yang berbeda. Tabel 10Hasil perhitungan cam ω (rad/s)
15.84
14.24
15.52
θ (o) 0.0 0.4 22.5 44.6 45.0 0.0 0.4 22.5 44.6 45.0 0.0 0.4 22.5 44.6 45.0
Y (mm) 0.0 0.0 7.5 15.0 15.0 0.0 0.0 7.5 15.0 15.0 0.0 0.0 12.5 25.0 25.0
Rn (mm) 44.8 44.8 52.3 59.8 59.8 44.8 44.8 52.3 59.8 59.8 44.8 44.8 52.3 59.8 59.8
γ (o) 0.0 1.0 29.8 0.8 0.0 0.0 1.0 29.8 0.8 0.0 0.0 1.0 29.8 0.8 0.0
a (m/s2) 30.11 30.10 0.00 -30.10 -30.11 24.33 24.32 0.00 -24.32 -24.33 28.90 28.89 0.00 -28.89 -28.90
F (N) 5.00 5.00 0.00 -5.00 -5.00 4.04 4.04 0.00 -4.04 -4.04 4.80 4.80 0.00 -4.80 -4.80
Pn (N) 13.55 13.55 6.41 -0.73 -0.73 12.18 12.18 6.41 0.64 0.64 13.26 13.26 6.41 -0.45 -0.45
yang yang pada pada oleh
Sc (MPa) 162 162 120 38 38 154 154 120 35 35 160 160 120 29 29
Berdasarkan hasil perhitungan perancangan, diperoleh informasi bahwa dimensi cam yang diperolehadalah sama pada selang kecepatan putar antara 14.24 s.d 15.84 rad/s. Hal ini menunjukan bahwa dengan dimensi cam yang diperoleh tersebut mekanisme penjatah benih ini dapat diaplikasikan pada kondisi lahan seperti pada Tabel 5 (selang kadar air 29.43 s.d 32.39%). Selain itu ditunjukan juga dengan desain cam yang terbentuk yang tersaji pada Gambar6.
17 80 60 40 20 0 -60 -40 -20 0 -20
20
40
60
-40 -60 -80
Gambar 6 Desain cam pada mekanisme penjatah benih
Posisi (mm)
Gambar 7 menunjukan posisi, kecepatan dan percepatan yang terbentuk pada masing-masing cam yang didesain. Perbedaan terlihat pada nilai kecepatan dan percepatannya sementara persamaan yang terbentuk adalah posisi dan pola yang terbentuk juga sama. 20 15 10 5 0 -5 v1
v2
v3
a1
a2
a3
Kecepatan (m/s)
1 0,5 0 -0,5
Percepatan (m/s2)
-1
40 20 0 -20 -40
0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
360
Sudut (o)
Gambar 7 Posisi, kecepatan dan percepatan cam 1, cam 2, dan cam 3
390
18 Hasil perhitungan desain struktural cam menunjukan bahwa gaya inersia (F) yang terjadi pada cam adalah berkisar antara -5.00 s.d 5.00N, gaya normal (Pn) adalah sebesar -0.73s.d13.55 N dan tekanan kontak yang terjadi pada cam ini adalah 29 – 162 MPa. Informasi mengenai gaya inersia, gaya normal dan tekanan kontak dapat digunakan sebagai acuan dalam penentuan bahan cam. Torsi yang terjadi pada cam bila dibandingkan dengan torsi yang terbentuk dari putaran poros roda tersaji pada Tabel 11. Hasil perhitungan torsi tersebut menunjukan bahwa torsi yang dibutuhkan cam dapat dipenuhi dari torsi putaran roda dengan menggunakan daya dari baterai sebesar 14.4 watt (7.2 V dan 2000 mAh) dan kehilangan (slip) yang terjadi adalah 25%. Perhitungan Troda tersaji pada Lampiran 6. Tabel 11 Hasil perhitungan Torsi cam (Tcam ) dan Torsi poros roda (Troda ) pada sudut kritis ω (rad/s)
15.84
14.24
15.52
θ (o) 0 1 50 99 100 0 1 50 99 100 0 1 50 99 100
Troda(Nm)
0.52
0.52
0.52
Tcam (Nm) 0.000 0.014 0.220 -0.001 0.000 0.000 0.013 0.220 0.001 0.000 0.000 0.014 0.220 0.000 0.000
Pergerakan Lengan Penyalur Pergerakan lengan penyalur menyesuaikan dengan pergerakan posisi follower akibat posisi cam yang sesuai dengan Gambar 8. Perhitungan pergerakan posisi opening gate dapat menggunakan persamaan 22 dengan X adalah posisi opening gate dan Y adalah titik perpindahan lengan penyalur akibat pergerakan cam dan follower. Hasil perhitungan nilai X tersaji pada Gambar 9.
X Y
15 138
22
Gambar 9 menggambarkan posisi opening gate yaitu pada saat sudut 0o lengan penyalur mulai menutup orifice hingga 45o secara harmonis kemudian tertahan selama 90o yang merupakan saat terjadi proses penjatuhan benih ke lubang tanam.
19
Y
X
Posisi (mm)
Gambar 8 Perhitungan posisi opening gate
1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
Sudut posisi cam (o)
Gambar 9 Posisi opening gate
Gambar 10 Posisi orifice dan lengan penyalur saat 0o
360
390
20 Posisi dari cam, opening gate, orifice dan lengan penyalur pada saat 0o dapat dilihat pada Gambar 10. Bagian orifice dan jalur lengan penyalurmaupun opening gate sejajar saat sudut 0o.
Gambar 11 Posisi orifice dan lengan penyalur saat 30o Pada saat sudut 30o posisi opening gate maupun jalur lengan penyalur tidak sejajar dengan orifice (Gambar 11). Terjadi perubahan jarak pada opening gate sebesar 1.22 mm.
Gambar 12 Posisi orifice dan lengan penyalur saat 90o Sementara saat 90o posisi opening gate maupun jalur lengan penyalur juga tidak sejajar dengan orifice dengan perubahan jarak pada opening gate sebesar 1.63 mm (Gambar 12).
21 Sintesis Jatuhan Jagung Setelah rancangan dibuat kemudian dilakukan simulasi jatuhan jagung pada jarak tanam tertentu. Perangcangan yang dilakukan sebelumnya tidak memperhitungkan lama waktu pergerakan jagung di lengan. Adapun perhitungan waktu pergerakan jagung di lengan penyalur tersaji pada Lampiran 7 yang menunjukan butuh waktu selama 0.28 detik untuk menjatuhkan jagung. Sementara untuk rancangan cam yang terbentuk hanya tersedia waktu 0.11 detik untuk menjatuhkan jagung dengan jarak tanam tertentu. Hal ini menunjukan bahwa perancangan cam yang dibuat tidak cocok untuk kecepatan maju tinggi (0.89 – 0.99 m/s). Tabel 12 menunjukan hasil simulasi jatuhan benih untuk kecepatan maju 0.99 m/s, dengan sudut 180 adalah sudut saat benih jatuh. Terlihat benih akan jatuh pada jarak tanam 19.63 cm. Tabel 12Simulasi penjatuhan untuk kecepatan maju 0.99 m/s θ (o) 0 45 180 225 360
Waktu (s) 0.00 0.05 0.20 0.25 0.40
Posisihorizontal m 0.00 0.05 0.20 0.25 0.39
cm 0.00 4.91 19.63 24.54 39.27
Beberapa alternatif solusi dapat dilakukan yaitu: (1) merubah desain cam dengan kecepatan yang sama, (2) menghilangkan komponen lengan penyalur dengan kecepatan yang sama dan (3) mengaplikasikan alat dengan kecepatan yang lebih rendah dengan desain cam yang sama. Bila alternatif 1 dipilih dan dialakukan perubahan desain cam dengan menambahkan waktu pergerakan jagung di lengan penyalur, maka bentuk cam yang terbentuk akan membutuhkan sudut putar lebih dari 360oyang juga diharuskan melakukan penambahan komponen transmisi yang dapat mereduksi putaran roda. Penambahan tersebut tidak mungkin dilakukan karena dimensi RC mobile tidak memadai. Sehingga alternatif 1 belum tepat untuk diaplikasikan. Bila alternatif 2 dipilih dan dilakukan penghilangan komponen lengan penyalur, maka dibutuhkan pemindahan posisi hopper mendekati sistem camfollower yang berada pada roda belakang RC mobile. Hal ini dapat memengaruhi titik berat yang terjadi akan bergeser ke arah roda belakang dan mempengaruhi keseimbangan alat. Solusi lain untuk mengatasi hal tersebut adalah dengan penambahan beban pada bagian depan RC mobile namun ini akan dipengaruhi dengan berat jagung yang ditampung hopper. Sehingga alternatif 2 belum tepat untuk diaplikasikan. Bila alternatif 3 dipilih yang berupa penurunan kecepatan aplikasi dengan desain cam yang ada. Keuntungan dari alternatif ini adalah tidak perlu dilakukan perubahan desain, alat yang digunakan ditujukan untuk edukasi sehingga untuk menghasilkan proses yang lebih jelas sebaiknya kecepatannya tidak terlalu tinggi, hanya perlu mengatur kecepatan maju saja. Tabel 13 menunjukan simulasi jatuhan benih dengan kecepatan 0.4 m/s. Terlihat bahwa jarak tanam yang dihasilkan
22 adalah sebesar 19.63 cm yang mendekati jarak tanam yang dirancang yaitu 20 cm dengan waktu jatuhan tersedia 0.37 detik yang lebih besar dari waktu yang dibutuhkan yaitu 0.28 detik. Sehingga alternatif 3 dipilih sebagai alaternatif yang mungkin diaplikasikan. Tabel 13Simulasi penjatuhan untuk kecepatan maju 0.4 m/s θ (o) 0 100 180 270 360
Waktu (s) 0.00 0.12 0.49 0.61 0.98
Posisi horizontal m cm 0.00 0.00 0.11 10.91 0.20 19.63 0.29 29.45 0.39 39.27
Hasil Simulasi Pembebanan pada Komponen Mesin Simulasi pembebanan padacam diberikan beban berdasarkan data yang tersaji pada Tabel 10 yaitu maksimal sebesar 13.55 N sementara untuk yang disimulasikan pembebanan yang diberikan adalah 135.50 N pada bagian curvecam. Hasil simulasi menunjukan bahwa stress yang terjadi berada pada rentang 1.178 s.d 132.692kN/m2(Gambar 13), sehingga dapat dikatakan rancangan cam dalam batas aman untuk bahan yang digunakan adalah cast iron yang memiliki nilai modulus elastis sebesar 3 GN/m2 dan tensile strength sebesar 73 MN/m2.
Gambar 13 Hasil simulasi pengujian pembebanan cam
23
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Sebuah desain konseptual mekanisme penjatah benih untuk mesin penanam benih jagung berbasis RC mobile menggunakan metering device dengan mekanime cam sebagai transmisi geraknya telah berhasil dibuat.Desain ini didukung data dasar antara lain: benih jagung manis dengan kadar air 11.54%19.74%, dan lahan bertestur loam (indeks plastisitas sebesar 14.94%, berat jenis partikel tanah sebesar 2.48, densitas tanah 1.06 – 1.18 gcm-3, kadar air tanah 29.43 – 32.39%). Kapasitas tampung hopper yang didesain sebasar 16.31 x 105 mm3. Volume ini lebih besar dibanding volume yang dibutuhkan yaitu sebesar 15.56 x 105 mm3, atau hanya dengan mengisi hoppersebanyak 95.46 % dari volume total desain. Lengan penyalur didesain dapat mencapai sudut 27o– 38o dengan perubahan posisi cam yang sama. Dimensi cam yang diperoleh adalah sama pada selang kecepatan putar antara 14.24 – 15.84 rad/s. Dimensi cam yang diperoleh tersebut memungkinkanmekanisme penjatah benih ini dapat diaplikasikan pada kondisi lahan pada selang kadar air 29.43 – 32.39 % dengan bobot total pembebanan maksimal 5 kg dan diaplikasikan untuk kecepatan maju rendah (0.4 m/s).
Saran Perlu dilakukan pengujian kecepatan maju RC pada kondisi (selang kadar air) lebih panjang agar didapat menunjukan performa cam yang lebih baik.
DAFTAR PUSTAKA [BPS]Badan Pusat Statistik.2013. Data Produksi Tanaman Pangan Jagung di Indonesia. [Internet]. [diakses pada 2013 Sep 20]. Tersedia pada: http://www.bps.go.id/tnmn_pgn.php [LPPM IPB] Lembaga Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat, Institut Pertanian Bogor. 2008. Pasca-SNMPTN : Masa Depan Pertanian Kelabu. [Internet].[04 Ags 2008]. Bogor(ID). [diakses pada 2013 Sep 20]. Tersedia pada: http://web.ipb.ac.id/~lppm/ID/index.php?view=warta/isinews&id=408 Chung DS, Lee CH.1985. Grain Physical and Thermal Properties Related Drying and Aeratio.Australia (AU): Australian Centre for International Agricultue Research. Kling M, Woehlbier W. 1983. Handelsfutter Mittel, Band 2A. Stuttgart (DE): Verlag Eugen Ulmer. Martin George H. 1984. Kinematika dan Dinamika Teknik. Edisi ke-2.Setiyobakti, penerjemah. Jakarta (ID): Erlangga. Terjemahan dari: Kinematics and Dinamics of Machines 2nd.
24 Mohsenin NN. 1986. Physical Properties of Plant and Animal Materials, 2nd' edition.New York (US): Gordon and Breach Science Publisers. Moon Clyde H.1961. Cam Design (A manuan for engineers designers and draftsmen). Wheeling (US) :Emerson Electronic Company. PT. Bisi Internasional Tbk.2013. Penanaman jagung.[Internet].[diakses pada 2013 Sep 20]. Tersedia pada:http://www.tanindo.com/index.php?option=com_ content&view=article&id=59:-3-penanaman&catid=71:-3-&Itemid=33. Quast GJ.1978. Konstruksi dan Aplikasi Traktor. Soedarsono, penerjemah. Bogor (ID): Departemen Mekanisasi Pertanian FATEMETA IPB. Terjemahan dari: Trekkers Collegedictaat (480-06). Srivastava AK. et al. 2006.Enginering Principles of Agricultural Machines, 2nd edition.St Joseph (US): ASABE. Stroshine RL.1998.Physical Properties of Agricultural Material and Food Products. West Lafayette (US): Purdue University.
25 Lampiran 1Diagram tahapan penelitian Mulai Data dan informasi penunjang
Identifikasi masalah
Perumusan dan penyempurnaan konsep desain
Analisis teknik/perhitungan perancangan desain mesin
Pembuatan beberapa alternatif konsep desain Uji seleksi konsep desain
Tidak
Lolos Ya Pembuatan model 3D alat
Uji fungsional model 3D mesin
Tidak Modifikasi
Berhasil Ya Uji kinerja model 3D mesin
Selesai
26 Lampiran 2 Konstanta K, Cv dan Ca Poin 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60
K
Cv
0 0.00017 0.00069 0.00154 0.00247 0.00428 0.00615 0.00837 0.01092 0.01381 0.01704 0.02059 0.02447 0.02868 0.03321 0.03806 0.04323 0.04871 0.0545 0.06059 0.06698 0.07368 0.08066 0.08793 0.09549 0.10332 0.11142 0.11979 0.12843 0.13731 0.14644 0.15582 0.16543 0.17527 0.18543 0.19562 0.20611 0.21679 0.22768 0.23875 0.25000 0.26142 0.27300 0.28474 0.29663 0.30866 0.32081 0.33309 0.34549 0.35799 0.37059 0.38328 0.39604 0.40888 0.42178 0.43478 0.44773 0.46077 0.47383 0.48691 0.50000
0 0.0411 0.0822 0.1232 0.1642 0.2050 0.2457 0.2862 0.3266 0.3667 0.4066 0.4461 0.4854 0.5243 0.5629 0.6011 0.6389 0.6762 0.7131 0.7495 0.7854 0.8207 0.8555 0.8897 0.9233 0.9562 0.9885 1.0202 1.0511 1.0813 1.1107 1.1394 1.1673 1.1945 1.2207 1.2464 1.2865 1.2945 1.3174 1.3393 1.3604 1.3804 1.3996 1.4178 1.4350 1.4564 1.4665 1.4807 1.4939 1.5061 1.5173 1.5274 1.5365 1.5469 1.5515 1.5574 1.5622 1.5660 1.5686 1.5703 1.5708
Ca 4.9348 4.4331 4.9281 4.9196 4.9078 4.8926 4.8741 4.8522 4.8270 4.7885 4.7666 4.7316 4.6933 4.6518 4.6071 4.5592 4.5082 4.4541 4.3970 4.3368 4.2737 4.2076 4.1387 4.0669 3.9924 3.9150 3.8351 3.7525 3.6673 3.5796 3.4895 3.3969 3.3020 3.2049 3.1056 3.0041 2.9006 2.7951 2.6877 2.5784 2.4674 2.3547 2.2404 2.1245 2.0072 1.8884 1.7685 1.6473 1.5250 1.4015 1.2772 1.1520 1.0260 0.8993 0.7719 0.6441 0.5158 0.3872 0.2583 0.1292 0.0000
Poin 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120
K 0.50000 0.51309 0.52617 0.53923 0.55227 0.56527 0.57822 0.59112 0.60396 0.61672 0.62941 0.64201 0.65451 0.66691 0.67919 0.69134 0.70337 0.71526 0.72700 0.73858 0.75000 0.76125 0.77232 0.78321 0.79389 0.80438 0.81466 0.82473 0.83457 0.84418 0.85256 0.86269 0.87157 0.88021 0.88858 0.89668 0.90451 0.91207 0.91934 0.92632 0.93302 0.93941 0.94550 0.95129 0.95677 0.96194 0.96679 0.97132 0.97553 0.97941 0.98296 0.98619 0.98908 0.99163 0.99385 0.99572 0.99726 0.99846 0.99931 0.99983 1.00000
Cv 1.5708 1.5703 1.5686 1.5660 1.5622 1.5574 1.5515 1.5469 1.5365 1.5274 1.5173 1.5061 1.4939 1.4807 1.4665 1.4564 1.4350 1.4178 1.3996 1.3804 1.3604 1.3393 1.3174 1.2945 1.2865 1.2464 1.2207 1.1945 1.1673 1.1394 1.1107 1.0813 1.0511 1.0202 0.9885 0.9562 0.9233 0.8897 0.8555 0.8207 0.7854 0.7495 0.7131 0.6762 0.6389 0.6011 0.5629 0.5243 0.4854 0.4461 0.4066 0.3667 0.3266 0.2862 0.2457 0.2050 0.1642 0.1232 0.0822 0.0411 0.0000
Ca 0.0000 -0.1292 -0.2583 -0.3872 -0.5158 -0.6441 -0.7719 -0.8993 -1.0260 -1.1520 -1.2772 -1.4015 -1.5250 -1.6473 -1.7685 -1.8884 -2.0072 -2.1245 -2.2404 -2.3547 -2.4674 -2.5784 -2.6877 -2.7951 -2.9006 -3.0041 -3.1056 -3.2049 -3.3020 -3.3969 -3.4895 -3.5796 -3.6673 -3.7525 -3.8351 -3.9150 -3.9924 -4.0669 -4.1387 -4.2076 -4.2737 -4.3368 -4.3970 -4.4541 -4.5082 -4.5592 -4.6071 -4.6518 -4.6933 -4.7316 -4.7666 -4.7885 -4.8270 -4.8522 -4.8741 -4.8926 -4.9078 -4.9196 -4.9281 -4.4331 -4.9348
27 Lampiran 3 Tampak atas, depan, samping dan ISO RC mobile
28 Lampiran 4 Komponen lengan penyalur benih dan hopper
29 Lampiran 5Contoh perhitungan cam Berikut adalah perhitungan desain cam untuk cam 1 dan penyalur 3: Perhitungan gaya eksternal cam
A W
B
Diketahui: Komponen Penyalur cam follower
Massa 363.58 165.98 43.88
Satuan G G G
Gaya 3.57 1.63 0.43
Satuan N N N
FA 0 FB 189 15 35 W 189 61 35 15 0 FB 139 W 78 FB 139 W 78 FB W
78 78 3.57 2.00 139 139
N
Jadi gaya eksternal yang bekerja pada cam adalah sebesar 2.00 + 0.43 =2.43 N 1 Penentuan asumsi-asumsi, yang terdiri dari asumsi nilai linear displacement (h), sudut puncak (β), bobot cam (W), tipe cam, rpm, dimensi follower dan material dari cam dan follower, yaitu: h = 15 Mm Jarak tanam = 20 cm o ϕ = 360 Waktu puncak = 0.05 s
30 β ω W g vmaju Rroda
o = 100 = 15.84 rad/detik = 165.98 g = 9.81 m/s2 = 0.99 m/s = 0.0625 m
rf l Ec Ef Wfollower L
157 0.59 2.06in 52.33 45
2
Rp
3
Ro 2.06 0.50.59 1.77in 44.83
4
Y 0.59 1 0.59in 15
5
Rn 1.77 0.59 2.36in 59.83
6
tan 1
7
57.3 0 0.59 o 0 2 . 36 45 45 0.38o 120
8
0 75 0.38 0.38o
9 10 11
12 13
= 0.15791 In = 5 mm = 90 GN/m2 = 90 GN/m2 = 43.88 g = 248.56 g
mm mm
mm mm
sin 0.38 2.35n 59.56 Mm sin 0.38 2 6 151.26 a 4.93480.59 1185.38 in 2 30.11 s 45 165.98 30.11 N 1000 F 5.00 9.81 5.00 0.43 2.43 0 P 0.73 N 1 0.3 0.73 Pn 0.73 N cos 0 Rc 2.36
90 90 10 9 0.063 .35 90 10 9 90 10 9 1 0.125 15 C 8.02 14 M
16 S 10 3 c
0.73 0.125
37.71 MPa 5 0.063 59.56 0.73 tan 0 0 17 T rP tan 1000
Nm
m/s2
31 Lampiran 6 Perhitungan traksi dan torsi rcmobile Diketahui: Frame-1 Frame-2 Frame-3 Hopper Penyalur Cam Follower Corong Jagung Rc mobil Mtotal Wtotal
= 180 g = 240 g = 70 g = 971.08 g = 363.58 g = 165.98 g = 43.88 g = 100 g = 738.27 g = 3020 g = 5892.79 g = 50.88 N
Wtotal
RB
RA
Keseimbangan momen yang bekerja pada roda depan adalah: 0 WTotal 168 RB 311 RB WTotal 168 31.23 N 311 Traksi yang bekerja pada roda belakang: FTraksi RB CT RB C RR 31.23 0.35 31.23 0.10 7.81 N Dimana: CT: Koefisien traksi untuk kondisi tanah dan slip tertentu ,untuk tanah lempung dan slip 25% memiliki koefisien traksi sebesar 0.35 (Quast 1978) CRR : Koefisien tahanan gelinding pada kondisi tertentu, untuk kondisi tanah pertanian memiliki nilai antara 0.10-0.30 (Quast 1978) Torsi yang tersedia pada roda belakang: TRODA FTraksi rroda 7.81 0.0625 0.49
Nm
32 Lampiran 7 Perhitungan waktu pergerakan jagung di lengan penyalur
Perhitungan t (waktu jatuhan) yang dibutuhkan dengan menginputkan data percepatan, dengan tdidapat sebagai berikut: 2h a Adapun persamaan penentuan a (percepatannya) adalah sebagai berikut: t
F
y
0
N Wy 0
F
x
ma
F f ma
W sin 29.21 N ma W sin 29.21 W cos 29.21 ma N W cos 29.21 a W sin 29.21 W cos 29.21 Diketahui bahwa nilai bobot benih adalah sebesar 2.91 x 10-4 kg atau beratnya sebesar 2.85 x 10-3N sementara koefisien gesek diasumsikan sebesar 0.05 untuk bahan jagung dan cast iron, maka didapatkan a sebagai berikut: a 2.85 10 3 sin 29.21 0.05 2.85 10 3 cos 29.21 5.05 m/s2 Sehingga : 2h 2 0.201 s t 0.28 a 5.05 Didapat nilai t sebesar 0.28 detik N Wy
33
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Indramayu, Jawa Barat pada tanggal 17 Oktober 1991 dari Ayah Bandung Husodo dan Ibu Reti. Penulis adalah putra kedua dari tiga besaudara. Tahun 2010 penulis lulus dari SMA Negeri 1 Anjata Indramayu, Jawa Barat dan pada tahun yang sama penulis lulus seleksi masuk Institut Pertanian Bogor melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) dan diterima di Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian. Selama mengikuti perkuliahan penulis pernah aktif pada beberapa organisasi seperti Kordinator Fakultas Teknologi Pertanian Paguyuban Bidikmisi IPB (20102014), Kepala Divisi Komunikasi dan Informasi serta Kepala Divisi Keasramaan Ikatan Keluarga dan Mahasiswa Dharmaayu (IKADA Bogor2011-2013), Wakil Ketua II Himpunan Mahasiswa Teknik Pertanian IPB (Himateta IPB 2011-2012), Wakil Ketua Paguyuban Bidikmisi IPB (2011-2012), Kepala Kordinator Fakultas Paguyuban Bidikmisi IPB (2011-2012) dan Kepala Departemen Public Relation Himpunan Mahasiswa Teknik Pertanian IPB (Himateta IPB 2012-2013). Penulis juga menjadi asisten praktikum Ergonomika dan Keselamatan Kerja serta asisten praktikum Mekanika Teknik pada tahun 2013/2014. Bulan Juni-Agustus 2013 penulis melakukan Praktik Lapangan di PT PG Rajawali II, unit PG Jatitujuh Majalengka Jawa Barat dengan judul Mempelajari Aspek Ergonomika pada Proses Budidaya Tebu di PT PG Rajawali II, unit PG Jatitujuh, Majalengka.
