IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Hasil Pengukuran Titik Berat Unit Transplanter Pengukuran dilakukan di bengkel departemen Teknik Pertanian IPB. Implemen asli dari transplanter dilepas, kemudian diukur bobotnya. Pengukuran bobot implement dilakukan dengan menggantung implement dengan hidrolik dari traktor roda 4 dan diukur regangan yang terjadi dengan handy strain meter. Foto pengukuran disajikan pada Gambar 17. Pada pengukuran ini diperoleh angka 56µs.
Gambar 17. Contoh pengukuran bobot transplanter Sebagai perbandingan, dilakukan pengukuran regangan untuk pemberat traktor dengan massa 20 kg dengan handy strain meter. Dari hasil pengukuran tersebut diperoleh angka 9µs untuk pemberat traktor dengan berat 20 kg. Dari hasil tersebut dapat dinyatakan 20 kg sama dengan 9µs, sehingga 56µs setara dengan 124.44 kg. Dengan demikian, berat kosong implement asli transplanter adalah 124.44kg. Pengukuran titik berat transplanter dilakukan dengan mengukur gaya berat vertikal ke bawah yang dihasilkan roda depan (Ff) dan gaya berat vertikal ke bawah yang dihasilkan roda belakang (Fr) Yanmar R55. Dari hasil pengukuran diperoleh bobot di roda belakang (Fr) sebesar 88 kg dan bobot di roda depan (Ff) sebesar 255. Jarak poros antara roda belakang dan roda depan Yanmar RR55 adalah 101 cm. Dengan perbandingan diperoleh titik berat Yanmar RR55 terletak pada 75. 08 cm di poros roda belakang. Panjang penggandeng asli dari Yanmar RR55 adalah 60 cm. Dari hasil perhitungan dengan persamaan (1.2) diperoleh beban maksimum (W) yang dapat ditumpu oleh transplanter dengan menggunakan panjang penggandeng 60 cm pada bidang datar adalah 515.10 kg.
22
4.2. Konstruksi Prototipe Hasil Rancangan Pembuatan prototipe rangka pemupuk dimulai dari pembuatan gambar teknik dengan bantuan komputer (software Computer Aided Design/CAD). Pada saat pembuatan prototipe di bengkel, perlu dilakukan modifikasi dari gambar hasil rancangan untuk memudahkan pengerjaan dan mengoptimalkan fungsional masing-masing bagian. Prototipe hasil rancangan dapat dilihat pada Gambar 18.
Gambar 18. Prototipe rangka pemupuk Rangka utama dibuat dengan modifikasi penambahan dimensi untuk mengantisipasi ukuran hopper yang berbeda-beda. Pada rancangan awal rangka utama penahan beban hopper didesain dengan kemiringan mengikuti sudut kemiringan hopper. Pada prototipe rangka utama dibuat sejajar untuk memudahkan pembuatan yaitu pada saat pengelasan. Baja siku yang digunakan sesuai dengan perhitungan pada persamaan (5) menggunakan ukuran 4 x 4 cm dengan tebal 3 mm. Prototipe hasil rancangan ini memiliki massa sebesar 12 kg. Bagian rangka gantung yang menjadi salah satu bagian rangka utama pada prototipe juga mengalami modifikasi yaitu penambahan plat besi yang menyambungkan kedua rangka gantung. Hal ini dilakukan agar rangka gantung lebih stabil dan tidak goyang pada saat pengujian di lapang. Penambahan plat besi ini juga dilakukan untuk membagi beban yang dialami rangka gantung. Rangka gantung juga ditambahkan dimensinya sebesar masing-masing 2cm dan 1 cm untuk panjang dan lebarnya. Hal ini disebabkan ukuran masing-masing hopper berbeda-beda berkisar antara 30 hingga 32 cm. Pada desain awal direncanakan untuk menggunakan kawat besi untuk membagi beban rangka utama. Pada prototipe hal ini tidak dilakukan karena tanpa menggunakan besi kawat, prototipe rangka sudah mampu untuk menahan beban dari keempat hopper yang diisi penuh dengan pupuk. Tiga titik gandeng hasil rancangan dibuat dengan ukuran yang sama dengan tiga titik gandeng asli dari Yanmar RR55 dengan penyederhanaan pada beberapa bagian yang tidak digunakan pada unit pemupuk. Hal ini didasari dari hasil perhitungan dari titik berat transplanter dengan panjang titik gandeng 60 cm, beban maksimum yang dapat ditumpu oleh transplanter sebesar 319.96 kg. Bobot masing-masing hopper 3 kg. Masing-masing hopper mampu menampung 30 kg pupuk. Bobot rangka utama sebesar12 kg sehingga tiga titik gandeng harus mampu menahan beban minimal 150 kg. Beban tersebut masih jauh di bawah kemampuan tumpu tiga titik gandeng dengan panjang 60 cm. Pemilihan ukuran titik gandeng yang mengikuti desain titik gandeng asli juga berdasarkan pada konstruksi roda belakang Yanmar RR55. Dengan mengurangi panjang titik gandeng, beban
23
implemen yang mampu ditumpu akan lebih besar. Akan tetapi dengan titik gandeng yang lebih pendek dikhawatirkan rangka utama akan tersangkut roda belakang Yanmar RR55. Pengatur ketinggian dibuat mengikuti disain pengatur ketinggian asli Yanmar RR55. Bahan pengatur ketinggian tebuat dari baja plat dengan ketebalan 5 mm. Bahan tersebut dipilih karena paling mendekati bahan pengatur ketinggian asli.
4.3. Hasil Uji Fungsional Pengujian fungsional dilakukan dengan memasang rangka prototipe pada transplanter dan memasang semua hopper yang terisi pupuk penuh. Hasil pengujian menunjukkan bahwa, rangka prototipe dapat terpasang dengan baik pada titik gandeng transplanter dan seluruh unit hopper dapat terpasang dengan baik pada rangka. Rangka protipe mampu menahan seluruh beban dari hopper yang terisi penuh tanpa mengalami deformasi. Pengujian selanjutnya adalah mengangkat rangka dengan tenaga hidrolik dari transplanter. Fungsi dari three point hitch dari rangka berfungsi dengan baik karena rangka prototipe dapat dirubah ketinggiannya dengan bebas. Kegiatan pengujian fungsional rangka prototipe dapat dilihat pada Gambar 19.
Gambar 19. Kegiatan pengujian fungsional rangka prototipe
24
4.4. Kondisi Tanah Pengujian dilakukan pada satu petak lahan basah berukuran 26 m x 23 m. Kondisi lahan pengujian dapat dilihat pada Gambar 20.
Gambar 20. Kondisi lahan pengujian Daya dukung tanah dapat dilihat dari nilai cone index yang menunjukkan tahanan penetrasi dari lapisan-lapisan tanah. Pengukuran cone index diukur pada 5 titik yang tersebar di lahan pengujian dari kedalaman 0 cm sampai dengan 30 cm. Hal ini dilakukan karena pada kedalaman tanah lebih dari 30 cm, penetrometer sudah tidak bisa menembus lapisan tanah. Sehingga dapat disimpulkan lapisan hardpan pada lahan sawah tersebut berada pada kedalaman 30 cm. Grafik hasil pengukuran tahanan penetrasi tanah dapat dilihat pada Gambar 21. 0 -100
0
100
200
300
400
500
600
700
Kedalaman Tanah (cm)
-5 -10 -15 -20 -25 -30
-35
Tahanan Penetrasi (kPa)
Gambar 21. Grafik hasil pengukuran tahanan penetrasi tanah
25
Berdasarkan hasil pengukuran kondisi tanah ini, dapat diperkirakan roda transplanter akan bekerja pada kedalaman tanah antara 20 cm hingga 30 cm karena pada kedalaman tanah tersebut tahanan penetrasi tanah sebesar 400 kPa hingga 600 kPa. Menurut Koga (1992) dalam Agni (2001) terdapat nilai indeks kerucut kritis agar traktor dengan roda dapat beroperasi dengan baik, yaitu lebih dari 6 kgf/cm2 (588.4 kPa) dan dapat beroperasi tetapi sulit bekerja pada 4.5-6 kgf/cm2 (441.3-588.4 kPa). Hasil pengukuran tahanan penetrasi menunjukkan kondisi tanah lahan pengujian secara rata-rata termasuk dalam kondisi tanah untuk traktor dengan roda dapat beroperasi tetapi sulit untuk bekerja. Dari grafik hasil pengukuran tanah dapat diperkirakan sinkage yang akan terjadi berkisar anatara 25 cm hingga 30 cm. Jika sinkage yang terjadi berkisar 25 cm hingga 30 cm, kinerja transplanter dengan rangka unit penebar pupuk dapat dikatakan efektif karena pada kedalaman tanah tersebut nilai cone index kritis tanah menunjukkan pada kedalaman tersebut traktor dengan roda dapat beroperasi.
4.5. Hasil Uji Kinerja Pengujian dilakukan dengan dua perlakuan, yaitu rangka dengan hopper kosong dan rang dengan hopper terisi penuh. Pada kondisi hopper terisi penuh, berat pupuk yang ditampung oleh keempat hopper sebesar 120 kg. Foto pengujian kinerja lapang dapat dilihat pada Gambar 22.
Gambar 22. Contoh pengujian kinerja lapangan . Dari data hasil pengujian menunjukkan rata-rata sinkage pada hopper kosong sebesar 21.60 cm sedangkan rata-rata sinkage pada saat hopper terisi penuh sebesar 24.74 cm. Beban yang jauh lebih besar pada saat hopper terisi penuh mengkibatkan roda belakang transplanter lebih tenggelam ke dalam tanah. Rata-rata sinkage pada saat hopper terisi lebih efektif daripada saat hopper kosong, hal ini disebabkan rata-rata sinkage pada saat hopper terisi bekerja pada kedalaman tanah dengan nilai cone index agar traktor roda dapat beroperasi dengan baik. Rata-rata slip untuk hopper kosong sebesar 16.3 % sedangkan rata-rata slip untuk hopper terisi penuh sebesar 20.2%. Pada saat hopper terisi penuh, beban horizontal yang dihasilkan oleh rangka lebih besar, sehingga roda belakang transplanter lebih tenggelam. Performansi roda transplanter ditentukan berdasarkan besarnya slip, ketenggelaman roda dan kecepatan pengolahan. Slip yang terjadi pada saat pengolahan tanah akan menentukan besarnya ketenggelaman roda. Ketenggelaman roda akan semakin bertambah seiring dengan bertambahnya slip roda. Hal ini terjadi
26
karena roda cenderung untuk berputar di tempat sehingga roda akan terus menerus menggerus tanah dan akan menyebabkan semakin besarnya tahanan gelinding roda. Rata-rata kecepatan maju pada saat hopper kosong adalah 0.40 m/s sedangkan rata-rata kecepatan maju pada saat hopper terisi sebesar 0.43 m/s. Dengan bertambahnya beban, traksi roda belakang meningkat. Meningkatnya traksi pada roda belakang mengakibatkan gaya gesek roda belakang dengan tanah lebih besar sehingga roda belakang lebih mencengkeram tanah yang mengakibatkan kecepatan maju pada saat hopper terisi penuh lebih cepat dibandingkan pada saat hopper kosong. Dengan meningkatnya kecepatan maju, waktu pengolahan akan lebih singkat. Kinerja transplanter yang digandengkan dengan rangka unit penebar pupuk lebih efisien pada saat hopper pupuk terisi.
1.
Permasalahan yang terjadi pada rangka prototipe hasil rancangan antara lain: Rangka atas tampak sedikit miring karena menumpu beban hopper yang terisi penuh dalam waktu yang lama (Gambar 23).
Gambar 23. Kondisi rangka setelah pengujian Hal tersebut disebabkan pada saat posisi rangka utama miring karena beban dari hopper, rangka atas yang pada saat rangka utama sejajar tidak terkena beban, akan terkena beban (W1) seperti diperlihatkan pada Gambar 24.
Gambar 24. Skema beban yang terjadi pada rangka saat rangka bawah miring
27
2.
Hal ini dapat diatasi dengan memperkuat bagian rangka atas dan rangka utama dengan menambah besi siku yang menghubungkan rangka atas dengan rangka utama untuk mengurangi beban yang diterima rangka atas. Gambar saran modifikasi dilampirkan pada Lampiran 9. Pada saat transplanter naik dari lahan pengujian dengan hopper terisi penuh, transplanter sempat terguling karena tempat keluar masuk dari lahan terlalu curam. Hal ini terjadi karena terjadi pergeseran titik berat ke bagian belakang transplanter karena kemiringan lahan. Hal ini harus diatasi dengan membuat jalan keluar masuk ke lahan yang lebih landai.
4.6. Analisis Kesetimbangan Transplanter pada Lahan Miring Pada saat transplanter dimiringkan skema gaya yang terjadi dapat digambarkan menjadi:
Gambar 25. Skema gaya saat transplanter dimiringkan Dari skema tersebut dapat dihitung: (5.1) Gaya yang terjadi di roda belakang pada saat transplanter dimiringkan dapat digambarkan sebagai berikut.
28
Gambar 26. Skema gaya yang terjadi di roda belakang pada saat transplanter dimiringkan Dengan skema tersebut diperoleh persamaan:
(5.2) dimana: x1 : jarak dari poros roda belakang ke Wt (horizontal) F2 : gaya reaksi (bobot) di roda depan saat miring αo x3 : jarak horizontal poros roda (belakang-depan) saat transplanter miring αo Rr : jari-jari roda belakang α : sudut kemiringan pengujian/pengukuran
29
Dari hasil pengukuran diperoleh: x1 = 95 cm, F2 = 154 kg, x3 = 101 cm, Rr = 42 cm, dan α = 9.7o. dengan menggunakan persamaan (5.2) diperoleh h = 103.6 cm. Berarti central of gravity dari transplanter terletak di ketinggian 103.6 cm dari permukaan tanah. Dengan mengetahui letak central of gravity dari transplanter dapat dihitung sudut kemiringan agar transplanter tidak terguling pada saat dipasangkan rangka penebar pupuk beserta hopper dan isinya. Skema dari perhitungan tersebut dapat digambarkan sebagai berikut.
Gambar 27. Skema perhitungan momen transplanter pada bidang miring Agar transplanter tidak terguling, momen di titik O tidak boleh kurang dari sama dengan 0.
Mo ( X 7Wt cos X 7Wt sin ) ( R. f R.Wp sin X 8Wp cos ) 0 dengan: f R Wt Wp
(5.3)
= tahanan gelinding roda × berat total = jari-jari roda belakang = bobot transplanter = bobot rangka penebar pupuk
Tahanan gelinding traktor roda empat di tanah berat yang lunak dan basah adalah 0.30-0.40 (Quast GJ, 1979). Karena transplanter diposisikan pada bidang miring, akan terjadi gaya karena kemiringan dari berat transplanter dan rangka pemupuk beserta hopper. Momen gaya tersebut dihitung dengan asumsi jari-jari momen dari gaya miring tersebut sama dengan letak central of gravity dari transplanter yaitu 103.6 cm dari permukaan tanah. Dengan hasil perhitungan yang disajikan pada lampiran 10 diperoleh sudut kemiringan yang aman untuk transplanter adalah 23o. Pada sudut kemiringan lahan lebih dari 23o, resultan momen yang bekerja pada tranplanter kurang dari 0 sehingga dapat dipastikan transplanter akan terguling. Untuk mengatasi hal tersebut, bagian depan transplanter sebaiknya diberi beban tambahan untuk mengimbangi beban dari rangka dan hopper. Supaya transplanter dengan rangka penebar pupuk dapat keluar masuk dari dan ke lahan sawah dengan mudah, transplanter tersebut sebaiknya dapat digunakan pada lahan dengan kemiringan minimal 30o. Dengan menambah 60 kg beban pada bagian depan transplanter, transplanter dengan rangka penebar pupuk dapat dioperasikan pada lahan dengan kemiringan hingga 30o.
30
Perhitungan perbedaan ketinggian antar roda agar transplanter tidak terguling ke samping dapat dilakukan setelah mengetahui letak ketinggian central of gravity transplanter dari persamaan (5.2). Skema gaya yang terjadi pada trasplanter di bidang datar dapat digambarkan sebagai berikut.
Gambar 28. Skema gaya transplanter pada bidang datar Dari pengukuran diperoleh l1 = l2 yaitu 46 cm, h dihitung dari persamaan (5.2) diperoleh 103.6 cm. Jika transplanter dimiringkan seperti Gambar (30), transplanter akan terguling ke samping jika l3 (jari-jari momen dari berat transplanter) lebih besar dari l 2 (jarak titik berat ke roda belakang).
Gambar 29. Skema gaya transplanter pada bidang miring Sehingga sudut kemiringan yang aman dapat dihitung dengan menghitung pada sudut berapa l3 akan lebih besar dari l2. l3 dapat dihitung dengan persamaan:
(5.4) Dari tabel perhitungan yang disajikan di Lampiran 11 diperoleh sudut kemiringan yang aman sebesar 23o. Pada sudut kemiringan lebih dari 23o, l3 akan lebih besar dari 46 cm sehingga transplanter
31
akan terguling ke samping. Perbedaan ketinggian yang aman antar roda belakang dapat dihitung dengan mengalikan jarak antar roda belakang (92 cm) dengan sin(23o), diperoleh 37.5 cm. Sehingga transplanter akan aman digunakan pada lahan dengan perbedaan ketinggian hingga 37.5 cm.
32
