DESAIN DAN PENGUJIAN ALAT KEPRAS TEBU TIPE PIRINGAN BERPUTAR. Oleh : HAMZAH AJI SAPUTRO F

Transkripsi

1 DESAIN DAN PENGUJIAN ALAT KEPRAS TEBU TIPE PIRINGAN BERPUTAR Oleh : HAMZAH AJI SAPUTRO F DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2007

2 KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Alloh SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-nya kepada penulis dalam menyelesaikan laporan penelitian yang berjudul Desain dan Pengujian Alat Kepras Tebu Tipe Piringan Berputar yang merupakan salah satu prasarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian. Demikian laporan penelitian ini dapat tersusun atas kerjasama dan bimbingan pihak-pihak yang telah membantu penulis selama penyusunan laporan penelitian ini. Pada kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan usulan penelitian ini: 1. Dr. Ir. Radite Praeko Agus setiawan, M.Agr sebagai Dosen Pembimbing Akademik atas bimbingannya dalam penyusunan laporan Penelitian ini. 2. Dr. Ir. I Nengah Swastawa, Msc sebagai Dosen Penguji Skripsi atas masukannya dalam penyusunan laporan Penelitian ini. 3. Dr. Ir. I Dewa Made Subrata, MAgr sebagai Dosen Penguji Skripsi atas masukannya dalam penyusunan laporan Penelitian ini. 4. Ayahanda dan Ibunda serta kakak dan adik tercinta yang selalu memberikan dorongan dan motivasi selama ini. 5. Dr. Drs. Lisyanto, Msi atas bantuannya dan masukannya dalam penyusunan laporan penelitian ini. 6. Bapak Abbas selaku teknisi Lab. TMBP, atas bantuannya selama penelitian ini. 7. Bapak Parma atas bantuannya selama penelitian ini berlangsung. 8. Yeni Triana yang selalu memberikan dorongan dan motivasi kepada penulis. 9. Feri, Bagus, Dani, Naren, Izi, Caca, Kafid, Fuad, Yandra, Budi serta teman-teman TEP 40, atas bantuannya selama ini. 10. Teman-temanku di AMOEBA yang telah menjadi keluarga keduaku. i

3 11. Teman-teman KMK ( Keluarga Mahasiswa Klaten ) atas bantuan dan telah memberikan kenangan yang tak akan terlupakan. 12. Pihak-pihak yang ikut membantu dalam penyusunan laporan penelitian ini. Bogor, Oktober 2007 Hamzah Aji Saputro ii

4 DAFTAR ISI KATA PENGANTAR DAFTAR ISI DAFTAR TABEL DAFTAR GAMBAR DAFTAR LAMPIRAN Halaman i iii v vi viii I. PENDAHULUAN A. Latar Belakang... 1 B. Tujuan... 4 II. TIJAUAN PUSTAKA A. Tebu ( Saccharum officinarum L )... 5 B. Kepras Tebu... 6 C. Traktor 4-roda... 8 a. Three Hitch Point... 7 b. PTO(PowerTake Off)... 8 c. Sistem transmisi Roda gigi... 9 D. Bajak Piring (Disk Plow) E. Perancangan III. METODOLOGI PENELITIAN A. Waktu dan Tempat B. Alat dan Bahan C. Metode Penelitian IV. ANALISA RANCANGAN A. Rancangan Fungsional B. Rancangan Struktural V. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Alat Kepras Tebu B. Uji Fungsional iii

5 VI. KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan B. Saran DAFTAR PUSTAKA iv

6 DAFTAR TABEL Tabel 1 Luas areal tebu, produksi, konsumsi, dan impor gula selama lima tahun terakhir serta proyeksinya pada tahun 2007 dan Tabel 2. Nilai Feed pemotongan Tabel 3. Kalibrasi transduser torsi menggunakan handy strain meter Tabel 4. Kecapatan maju Tabel 5. Slip roda v

7 DAFTAR GAMBAR Gambar 1. Pengeprasan bentuk W... 7 Gambar 2. Pengeprasan bentuk U... 8 Gambar 3. Mekanisme four bar linkage pada bagian tiga titik gandeng traktor... 8 Gambar 4. Straight bevel gear Gambar 5 Bajak piring standar dan beberapa bagian yang penting Gambar 6 Tampak atas bajak piring vertikal dengan disc angle (D A ). 12 Gambar 7 Pisau bajak piring bentuk cekung bentuk kerucut dan bentuk cembung di pusat Gambar 8 Bajak piring dan garu piring Gambar 9. Tahapan Penelitian Gambar 10. Unit kepras tebu dengan rangka tarik Gambar 11. Rangka dengan tiga titik gandeng Gambar 12. Mekanisme fourbar linkage pada komponen penggandengan traktor Kubota L Gambar 13. Skema posisi gerakan pada rangkaian empat batang penghubung Gambar 14. Gambar skematik posisi alat kepras tebu Gambar 15. Simulasi posisi alat kepras tebu pada keadaan naik paling atas Gambar 16. Simulasi posisi alat kepras tebu pada keadaan turun paling bawah Gambar 17. Kurva lintasan pemotongan Gambar 18. Prototipe alat kepras tebu berpenggerak motor listrik Gambar 19. Prototipe alat kepras tebu Gambar 20. Universal joint Gambar 21. Sistem penyaluran daya Gambar 22. Konstruksi rangka tarik Gambar 23. Rangka titik gandeng Gambar 24. Dudukan poros piringan pemotong vi

8 Gambar 25. Rangka unit kepras (tampak atas) Gambar 26. Kopel joint Gambar 27. Gearbox Gambar 28. Poros piringan pemotong Gambar 29. Pemasangan strain gages (sensor torsi) yang disusun dalam bentuk rangkaian jembatan wheatstone pada poros piringan alat uji Gambar 30. Piringan pemotong (disc bercoak) Gambar 31 Tilt angle (T A ) dari piringan pemotong pada bidang XZ dan disk angle (D A ) piringan pemotong pada bidang XY Gambar 32. Roda pengatur kedalaman Gambar 33. Dudukan gearbox Gambar 34. Batang penguat dudukan gearbox Gambar 35. Rangka unit kepras dan pengaman piringan pemotong Gambar 36. Pengaman piringan dan slip ring Gambar 37. Shock dan pasak Gambar 38. Lebar pemotongan Gambar 39. Tebu hasil pengeprasan Gambar 40. Posisi patahan baud heksagon pada gearbox vii

9 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. Tabel kalibrasi transduser torsi menggunakan handy strain meter Lampiran 2. Perhitungan Poros Lampiran 3. Perhitungan Kapasitas lapang dan Slip roda Lampiran 4. Letak komponen penyusun alat kepras tebu Lampiran 5. Dimensi alat kepras tebu Lampiran 6. Gambar kerja rangka tarik Lampiran 7. Gambar kerja gearbox Lampiran 8. Gambar kerja rumah poros piringan pemotong Lampiran 9. Gambar kerja roda pengatur kedalaman Lampiran 10. Piringan pemotong Lampiran 11. Gambar kerja bearing Lampiran 12. Gambar kerja joint viii

10 DESAIN DAN PENGUJIAN ALAT KEPRAS TEBU TIPE PIRINGAN BERPUTAR Skripsi Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Pertanian Pada Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor Oleh: HAMZAH AJI SAPUTRO F DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2007

11 DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR DESAIN DAN PENGUJIAN ALAT KEPRAS TEBU TIPE PIRINGAN BERPUTAR Skripsi Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Pertanian Pada Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor Oleh: HAMZAH AJI SAPUTRO F Dilahirkan pada tanggal 6 Juli 1985 Di Klaten, Jawa Tengah Tanggal Lulus : Oktober 2007 Menyetujui, Bogor, Oktober 2007 Dr.Ir.Radite Praeko Agus Setiawan,M.Agr Dosen Pembimbing Akademik Mengetahui, Dr. Ir. Wawan Hermawan, MS Ketua Departemen Teknik Pertanian

12 RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Klaten pada tanggal 6 Juli 1985, putra keempat dari 5 bersaudara dari pasangan Bapak Sapto Martono dan Ibu Rabiyem. Pendidikan Dasar ditempuh penulis di SDN Bawak III dan menamatkannya pada tahun 1997, selanjutnya penulis meneruskan pendidikan lanjutan di SLTPN 1 Cawas dan menyelesaikannya pada tahun Pada tahun yang sama penulis melanjutkan pendidikan ke SMUN 1 Cawas dan lulus pada tahun Penulis masuk di Institut Pertanian Bogor melalui jalur USMI pada tahun Penulis diterima pada Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian pada tahun Pada tahun 2005 penulis menjadi asisten praktikum mata kuliah pengukuran lingkungan. Tahun 2006, penulis mengikuti PIMNAS (Pekan Ilmiah Mahasiswa Nasional) di Malang, Jawa Timur. Pada tahun yang sama penulis melakukan praktek lapangan di PG Ngadirejo PTPN X, Kediri, Jawa Timur dengan judul "Operasi dan Pemeliharaan Peralatan Pengolahan Tanah di PG Ngadirejo PTPN X". Sebagai salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian, penulis menyelesaikan Skripsi yang berjudul " Desain dan Pengujian Alat Kepras Tebu Tipe Piringan Berputar".

13 HAMZAH AJI SAPUTRO. Desain dan Pengujian Alat Kepras Tebu Tipe Piringan Berputar. Dibimbing oleh RADITE PRAEKO AGUS SETIAWAN. RINGKASAN Pengeprasan merupakan salah satu kegiatan yang penting dalam budidaya tanaman tebu keprasan. Pengeprasan manual yang dilakukan hingga saat ini menghadapi masalah kesulitan tenaga kerja dan rendahnya kualitas pengeprasan. Di lain pihak alat dan mesin kepras jenis rotari (stubble shaver) yang ada memiliki beberapa kelemahan antara lain hasil keprasan pecah dan pisau pemotong yang cepat tumpul. Penelitian ini bertujuan untuk mendesain prototipe alat kepras tebu tipe piringan berputar yang digandengkan pada traktor 4-roda melalui 3 titik gandeng, dimana PTO traktor digunakan sebagai sumber tenaga putar. Pada alat kepras tebu ini digunakan pisau berbentuk piringan dari garu piring coak (scalloped disc harrow) yang diputar. Jenis pisau tersebut selain mudah diperoleh juga dapat bekerja pada kondisi tanah yang keras, kering, lengket, dan berakar. Pada penelitian ini piringan pemotong ini didesain mempunyai tilt angle 15 o -25 o dan disc angle 45 o. Prototipe alat ini dirancang untuk bekerja pada kedalaman + 10 cm dan lebar pemotongan + 25 cm.sebagai penyempurnaan selanjutnya maka akan dibuat suatu rangka tarik yang berfungsi untuk mempermudah pemasangan/penggandengan ke traktor penggerak dan operasi di lapang. Tenaga putar penggerak piringan pemotong menggunakan sumber tenaga dari PTO traktor yang dilengkapi dengan gearbox untuk merubah arah putaran dan penyambung universal (universal joint) untuk mengadaptasi poros yang tidak sejajar antara poros PTO dan poros sistem pemotong. Dari hasil pengujian pada kecepatan putar 1000 rpm dan kecepatan maju 0,278 m/s didapatkan hasil keprasan permukaan potong tunggul tebu yang tidak pecah bila dibandingkan dengan hasil keprasan pada tingkat kecepatan 0,187 m/s dan 500 rpm. Dengan tilt angle 20 o dan disk angle 45 o, didapatkan feed pemotongan 0,002 m/putaran (500 rpm dan kecepatan maju 0,187 m/s) dan 0,001 m/putaran (1000 rpm dan kecepatan maju 0,278 m/s). Hal ini menunjukkan bahwa semakin besar kecepatan putarnya maka semakin baik hasil keprasan yang di dapat. Sedangkan pada tingkat kecepatan maju yang lebih rendah maka hasil yang didapat semakin baik karena didapatkan feed pemotongan yang kecil. Pada kecepatan maju 0,278 m/s dengan kecepatan putar piringan pemotong 1000 rpm alat ini mempunyai kapasitas lapang efektif sebesar 0,10 Ha/jam. Sedangkan dengan kecepatan maju 0,187 m/s dan kecepatan putar piringan pemotong sebesar 500 rpm, diperoleh kapasitas lapang efektif sebesar 0,06 Ha/jam.

14 I. PENDAHULUAN A. LATAR BELAKANG Indonesia merupakan negara agraris yang sangat potensial untuk pengembangan tanaman pangan dan tanaman perkebunan. Salah satu tanaman perkebunan yang sangat potensial untuk dikembangkan di Indonesia adalah tanaman tebu ( Saccharum officinarum L ). Tebu adalah salah satu tanaman penghasil gula dan merupakan salah satu komoditi pokok dan merupakan bahan konsumsi utama bagi sebagian besar penduduk di dunia. Tabel 1 menunjukkan bahwa, dari tahun 2000 hingga 2002 produksi gula nasional mengalami kenaikan seiring dengan bertambahnya luas tanaman tebu, namun demikian kenaikan produksi tersebut masih belum mencukupi konsumsi gula nasional yang besarnya hampir 2 kali lipat dari nilai produksi, sehingga kegiatan impor gula terpaksa harus dilakukan. Diperkirakan impor gula akan terus berlanjut hingga tahun 2020, akan tetapi pada tahun tersebut jumlah impor gula relatif kecil yakni sekitar ton.pada tahun 2000, impor gula mencapai ton untuk mencukupi konsumsi gula nasional sebesar ton, kemudian pada tahun 2001 impor gula sedikit berkurang menjadi ton untuk mencukupi kebutuhan gula nasional sebesar ton, selanjutnya pada tahun 2002 impor gula sedikit meningkat, yakni sekitar ton yang digunakan untuk memenuhi konsumsi gula nasional sebesar ton. Produktifitas tanaman tebu ditentukan oleh beberapa faktor diantaranya faktor budidaya, faktor lingkungan, dan faktor genetis. Agar tercapai produksi tebu yang optimal, diperlukan varietas-varietas tebu yang mampu beradaptasi dengan kondisi lahan dan lingkungan setempat serta mendukung efisiensi dalam proses pemeliharaan dan pemanenan. Selain itu untuk mendukung peningkatan produksi gula dibutuhkan varietas-varietas unggul baru untuk menggantikan varietas lama yang potensinya telah mengalami kemunduran. Sedangkan faktor lingkungan yang sangat berpengaruh terhadap budidaya tanaman tebu adalah keadaan cuaca, kondisi dan sifat tanah tanah, dsb. Dalam usaha peningkatan produktifitas tanaman tebu maka peranan mekanisasi pertanian sangat penting dalam meningkatkan efisiensi dan efektifitas pembudidayaan tanaman tebu. Oleh 1

15 karena itu perlu diaplikasikan berbagai macam alat dan mesin pertanian yang sesuai dengan kondisi lapangan pembudidayaan tebu di Indonesia sehingga diperoleh kemudahan dalam operasi di lapang. Tabel 1 Luas areal tebu, produksi, konsumsi, dan impor gula selama lima tahun terakhir serta proyeksinya pada tahun 2007 dan 2020 Tahun Luas Areal Tebu (ha) Produksi Gula (ton) Konsumsi Gula (ton) Impor Gula (ton) Sumber : Departemen Pertanian diacu dalam Lisyanto (2007). Budidaya tebu dapat dilakukan pada dua jenis lahan, yakni lahan sawah atau bekas sawah (sistem reynoso) dan lahan kering (rain fed system). Ditinjau dari aspek penggunaan alat dan mesin pertanian (alsintan), budidaya tebu sistem reynoso jarang melibatkan mesin-mesin pertanian. Budidaya tebu lahan kering mengalami perkembangan cukup pesat seiring dengan upaya akselerasi swasembada gula. Sistem budidaya tersebut saat ini banyak dikembangkan oleh industri gula nasional, terutama oleh pabrik gula di luar Jawa. Hal tersebut dilakukan dengan harapan agar dapat diperoleh produksi tebu yang tinggi dalam satuan ton tebu per hari (ton cane per day) sehingga target kapasitas giling dapat terpenuhi. Pada proses budidaya tanaman tebu di perkebunan terdapat beberapa kegiatan budidaya yang salah satunya adalah proses penanaman. Ada dua cara dalam budidaya tanaman tebu yaitu dengan tanaman pertama atau PC ( Plant Cane) maupun dengan cara kepras (ratoon). Tanaman keprasan merupakan tanaman tebu yang tumbuh kembali dari jaringan batang yang masih tertinggal dalam tanah setelah tebu ditebang (Barnes 1964). Dalam proses kepras ini kegiatan yang dilakukan berupa pemangkasan tebu hingga rata dengan permukaan 2

16 tanah sehingga diharapkan agar tunas yang terbentuk akan tumbuh dengan baik. Tanaman keprasan ini mempunyai hasil yang lebih rendah bila dibandingkan dengan tanaman pertama sehingga hanya dapat dilakukan beberapa kali saja tergantung dengan varietas tebu, faktor budidaya, serta faktor lingkungan sekitarnya. Di indonesia, kepras ini hanya dilakukan secara manual tanpa menggunakan alat atau mesin mekanis sehingga kurang efisien. Karena hanya dilakukan secara manual maka untuk luasan tanaman tebu yang relatif luas maka akan memerlukan waktu yang relatif lama sehingga hasil yang didapatkan tidak seragam dan kurang efisien. Untuk meningkatkan efisiensi kegiatan kepras tebu maka diperlukan suatu mesin kepras tebu yang dapat memberikan kemudahan pemakaian di lapang serta kemudahan dalam perawatan dan perbaikannya. Pada penelitian sebelumnya model alat kepras tebu ini telah dibuat dalam suatu rangka dalam lintasan tertentu (rel besi) dan berpenggerak motor listrik (Lisyanto, 2007). Alat ini menggunakan metode pemotongan tunggul tebu dengan prinsip menggergaji (sawing) menggunakan pisau berbentuk piringan dari garu piring coak (scalloped disc harrow) yang diputar. Jenis pisau tersebut selain mudah diperoleh juga dapat bekerja pada kondisi tanah yang keras, kering, lengket, dan berakar. Beberapa parameter penting yang dilibatkan dalam percobaan pengeprasan menggunakan kedua jenis pisau tersebut terdiri atas (1) kecepatan maju alat, (2) kecepatan putar pisau, (3) sudut kemiringan pisau terhadap jalur gerakan (disc angle), dan (4) sudut kemiringan pisau terhadap sumbu vertikal (tilt angle). Metode pemotongan dikatakan efektif dan efisien apabila kombinasi parameter percobaan pemotongan tersebut dapat menghasilkan permukaan potong tunggul tebu yang tidak pecah dan tidak tercabut dari tanah, kebutuhan torsi pemotongan yang relatif rendah, dan memiliki pertumbuhan tunas yang baik. Prototipe alat kepras tebu ini merupakan penyempurnaan desain dari penelitian sebelumnya(lisyanto, 2007), yaitu prototipe ini digandengkan dengan traktor 4-roda dengan mekanisme tiga titik gandeng. Tenaga putar penggerak piringan pemotong menggunakan sumber tenaga dari PTO traktor yang dilengkapi dengan gearbox untuk merubah arah putaran dan penyambung universal 3

17 (universal joint) untuk merubah arah putaran dan mengadaptasi poros yang tidak sejajar antara poros PTO dan poros piringan pemotong. B. TUJUAN Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mendesain dan melakukan pengujian fungsional prototipe alat kepras tebu tipe piringan berputar yang digandengkan pada traktor 4-roda melalui 3 titik gandeng, dimana PTO traktor digunakan sebagai sumber tenaga putar. 4

18 II. TINJAUAN PUSTAKA A. Tebu (Sacharum offlcinarum, Linn.) Divisi : Spermatophyta Sub divisi : Angiospermae Kelas : Monocotyledonae Keluarga : Poaceae Genus : Saccharum Spesies : Saccharum officinarum Tanaman tebu merupakan tanaman perkebunan yang berasal dari India. Tebu merupakan salah satu tanaman tropis yang cocok dibudidayakan pada daerah yang mempunyai ketinggian tanah 5 sampai 500 meter di atas permukaan laut. Tanaman tebu dapat tumbuh pada berbagai macam tanah, tetapi tanaman ini akan tumbuh dengan baik pada tanah lempung kapur, lempung berpasir dan pasir berlempung (Notojoewono, 1960; Sudiatso, 1983). Tanaman ini merupakan tanaman penghasil gula yang baik karena dalam batang tebu ini terkandung + 20% cairan gula. Tanaman tebu akan tumbuh dengan baik pada daerah yang panas dan lembab yaitu pada suhu C dan kelambaban >70%. Tanaman tebu akan tumbuh dengan baik apabila tanah sebagai media tanamnya mengandung cukup air. Apabila ditanam di lahan tanpa irigasi maka penanaman tebu dilakukan saat musim penghujan. Di dataran rendah yang panas, tanaman tebu akan mempunyai produktifitas yang tinggi dan pada dataran tinggi yang dingin tanaman ini akan mengalami pertumbuhan yang lambat dan produktifitasnya rendah (Sudiatso,1983). Pertumbuhan tanaman tebu sangat dipengaruhi oleh iklim dimana tanaman tersebut dibudidayakan. Sifat iklim yang perlu diketahui adalah penyebaran curah hujan bulanan, penyebaran curah hujan tahunan, jumlah bulan basah dan jumlah bulan kering. Daerah yang sesuai untuk pengembangan tanaman tebu adalah dataran rendah dengan jumlah curah hujan tahunan mm. Tanaman tebu 5

19 membutuhkan banyak air pada masa pertumbuhannya dan keadaan kering menjelang waktu pemasakannya (Notojoewono, 1960). Hujan yang terus-menerus pada masa pemasakan akan mengakibatkan pertumbuhan terus berlangsung dan tidak ada kesempatan untuk proses pemasakan sehingga tingkat rendemen yang dihasilkan rendah. Agar dapat menghasilkan sukrosa tinggi, tanaman tebu memerlukan suhu tertentu yaitu o C. Pada suhu kurang dari 21 o C, pertumbuhan tebu akan terhambat bahkan jika suhu turun hingga 16 o C pertumbuhan akan terhenti (Barnes, 1964). Batang tanaman tebu merupakan sumber gula. Namun demikian rendemen/ persentase gula yang dihasilkan hanya berkisar 10-15%. Sisa pengolahan batang tebu adalah: Tetes tebu (molase) yang diperoleh dari tahap pemisahan kristal gula dan masih mengandung gula 50-60%, asam amino dan mineral. Tetes tebu adalah bahan baku bumbu masak MSG, gula cair dan arak. Pucuk daun tebu yang diperoleh pada tahap penebangan digunakan untuk pakan ternak dalam bentuk silase, pelet dan wafer.ampas tebu yang merupakan hasil samping dari proses ekstraksi cairan tebu. Dimanfaatkan sebagai bahan bakar pabrik, bahan industri kertas, particle board dan media untuk budidaya jamur atau dikomposkan untuk pupuk. Blotong yang merupakan hasil samping proses penjernihan. Bahan organik ini dipakai sebagai pupuk tanaman tebu. B. Kepras Tebu Pada proses budidaya tanaman tebu di perkebunan terdapat beberapa kegiatan budidaya yang salah satunya adalah proses penanaman. Ada dua cara dalam penanaman tanaman tebu yaitu dengan cara bongkar ratoon maupun dengan cara kepras. Menurut King, Mungomery dan Hughes (1953), tanaman tebu mempunyai kemampuan memproduksi tunas-tunas baru dari tunggul dalam tanah setelah tanaman pertama dipanen. Pengeprasan adalah memotong sisa-sisa tunggul tebu yang dilakukan tepat atau lebih rendah dari permukaan tanah. Tanaman keprasan merupakan hasil tunas tebu yang tumbuh kembali dari jaringan batang yang masih tertinggal dalam tanah setelah ditebang (Barnes, 1964). 6

20 Keuntungan dari tanaman keprasan adalah dapat menghemat pemakaian bibit, disamping itu tebu yang tumbuh sudah beradaptasi dengan lingkungan, dan kelestarian alam dapat terjaga (Widodo, 1991). Meskipun dapat menghemat biaya, hasil rendemen tanaman tebu yang dihasilkan akan mengalami penurunan bila dibandingkan dengan tanaman tebu sebelumnya. Pada umumnya tanaman keprasan akan menghasilkan rendemen yang cukup baik maksimal hanya untuk 3 kali tanaman kepras. Proses pengeprasan tunggul tebu ini dapat dilakukan secara manual dengan menggunakan cangkul maupun secara mekanis dengan menggunakan alat kepras tebu baik yang berpenggerak traktor tangan ataupun traktor roda empat. Penggunaan alat-alat mekanis dalam proses pengeprasan tunggul tebu dapat meningkatkan efisiensi proses kepras. Namun penggunaan peralatan mekanis ini harus disesuaikan dengan kondisi lahan tempat operasinya sehingga memudahkan dalam penggunaannya. Sebelum proses pengeprasan sebaiknya lahan dialiri air terlebih dahulu agar bekas tanaman tebu yang akan dikepras tidak mudah terbongkar (Edi Sutardjo, 1994). Ada dua bentuk pengeprasan : a. Bentuk W Umumnya bentuk pengeprasan ini dilakukan pada tanah-tanah berat yang mudah pecah bila musim kemarau. Gambar 1. Pengeprasan bentuk W b. Bentuk U Bentuk pengeprasan ini dilakukan pada tanah ringan dan tanah yang mengandung pasir. 7

21 Gambar 2. Pengeprasan bentuk U C. Traktor 4-roda a. Three hitch point Three hitch point merupakan titik-titik gandeng yang terdapat pada rangka implemen traktor roda empat. Tiga titik gandeng ini meliputi upper link, dan dua buah lower link (kanan dan kiri). Three hitch point ini berfungsi untuk penggandengan peralatan atau implement yang akan digunakan dengan traktor sehingga mempermudah dalam pengoprasian implemen di lahan. Gaya yang dibutuhkan untuk mengangkat atau menggerakannya didapatkan dari tenaga yang dihasilkan oleh pengangkat hidrolik yang terpasang pada bagian belakang badan traktor. Mekanisme pengangkat yang digunakan pada komponen penggandengan alat ini adalah empat batang penghubung ( four bar linkage ). Untuk lebih jelasnya, mekanisme empat batang penghubung dapat dilihat pada Gambar 3. Gambar 3. Mekanisme four bar linkage pada bagian tiga titik gandeng traktor (Shippen,et al, 1980) 8

22 b. PTO (power take off) PTO adalah tambahan dalam alat penyalur tenaga suatu mesin, PTO menggerakkan peralatan tambahan, baik yang ditarik maupun yang digandeng pada traktor (Moedjiarto, 1983). PTO merupakan sumber tenaga putar yang dihasilkan yang ditransmisikan dari engine melalui mekanisme tertentu. Pada umumnya PTO digerakkan oleh gear dari transmisinya dan menyalurkan tenaganya melalui sebuah poros ke keluaran PTO dimana dipasangkan peralatan yang akan digerakkan. Terdapat 3 macam jenis PTO (Moedjiarto, 1983) : a. Transmission driven PTO bekerja hanya jika kopling mesin terpasang dan berhenti apabila kopling dalam keadaan bebas ( mesin stasioner). b. Continuous running PTO Unit ini mempunyai 2 kopling yaitu untuk transmisi dan PTO. Kedua kopling ini bekerja dalam satu pengaturan. Sebagian mengatur kopling transmisi dan sebagian lagi mengatur kopling PTO. Oleh karena itu PTO dapat dijalankan dengan transmisi tidak terpasang (mesin berjalan di tempat). Tetapai transmisi tidak dapat dipasang lagi pada waktu PTO berjalan. c. Independent PTO Tipe ini mempunyai pengaturan kopling sendiri yang sama sekali terpisah dari kopling mesin dan transmisi. PTO dapat bekerja pada waktu perjalanan mesin dihentikandan juga PTO dapat dipasang maupun tidak dipasang pada waktu mesin dalam keadaan bergerak. Dalam penyaluran tenaga dari PTO ke peralatan yang akan digerakkan diperlukan suatu alat yang fleksibel yaitu universal joint. Universal joint ini diperlukan untuk menghubungkan dua poros yang berputar pada bidang yang berlainan. Terdapat 2 jenis universal joint yaitu: 9

23 a. Jenis Cardon atau Hooke. Joint ini terdiri dari dua buah pemikul (yoke) berbentuk huruf U yang ditempatkan pada ujung-ujung poros yang hendak dihubungkan. Di dalam yoke ini terdapat palang yang memegang pemikul. Hal ini menyebabkan satu poros dapat memutar poros yang lainnya dengan sudut sampai 30 o keluar dari hubungannya (Moedjiarto, 1983). b. Jenis Bendix-Weinss. Jenis ini digunakan untuk memindahkan torsi secara licin bila tenaga yang dibutuhkan lebih sedikit. Joint jenis ini mempunyai 4 bola besar untuk memindahkan gaya rotasi, dan sebuah bola kecil sebagai pengisi ruangan. c. Sistem transmisi roda gigi Sistem transmisi merupakan suatu sistem yang menyalurkan daya dari sumber tenaga atau engine ke bagian lainnya. Sistem transmisi ini biasa berupa gear and gear, sprocket, penggunaan universal joint, pneumatic maupun sistem transmisi lainnya. Dalam sistem transmisi gear and gear ini terdapat rasio perubahan kecepatan (VR) berdasarkan perbandingan jumlah gigi (N) dari masing masing gear yang berhubungan (Robert.L, 1993). Perhitungan ratio kecepatan tersebut dapat dilihat pada persamaan 1. VR = N N in out... (1) Untuk menyalurkan tenaga putar antara input dan output dengan sudut tertentu dapat digunakan sistem transmisi roda gigi. Jenis gear yang digunakan dalam mekanisme penyaluran tenaga ini salah satunya adalah bevel gears (Gambar 4). 10

24 Gambar 4. Straight bevel gear D. Bajak Piring (Disk Plow) Ditinjau dari posisi dudukannya, bajak piring dapat diklasifikasikan menjadi dua jenis yakni (1) bajak piring standar dan (2) bajak piring vertikal. Bajak piring standar terdiri atas beberapa piringan yang masing-masing piringan dipasang pada satu dudukan yang didukung oleh bantalan kerucut dengan sudut kemiringan pisau terhadap sumbu vertikal (tilt angle) dapat diatur dari 15 o sampai 25 o melalui pengatur sudut tilt angle yang terdapat pada batang pengikat pisau (Gambar 5). Bajak piring tersebut umumnya memiliki 3-6 pisau piringan dengan spasi pemotongan antara 7 dan 12 inci, disc angle dari 42 o sampai 45 o, dan diameter piring antara 24 dan 28 inci (Kepner et al. 1972). Gambar 5. Bajak piring standar dan beberapa bagian yang penting ( Kepner,1972). 11

25 Kepner et al. (1972) menyatakan bahwa bajak piring vertikal dapat disebut juga dengan istilah one way disc (pisau piring satu jalur), disc tiller (pengolah tanah tipe piring), harrow plow (garu), dan wheatland plow (bajak tanah perladangan). Bajak piring tersebut terdiri atas sejumlah piringan yang dipasang pada sebuah poros horisontal tanpa tilt angle. Disc angle dapat diperoleh dengan cara menggeser poros tersebut terhadap arah gerak maju alat yang besarnya dari 35 o sampai 55 o, akan tetapi umumnya digunakan antara 40 o dan 45 o (Gambar 6). D A Arah gerak maju Gambar 6. Tampak atas bajak piring vertikal dengan disc angle (D A ) ( Lisyanto, 2007) Bentuk Pisau dan Mata Pisau Bajak Piring Cooper (diacu dalam Lisyanto, 2007) mengemukakan bahwa umumnya pisau bajak piring memiliki bentuk concave atau cekung (Gambar 7a), namun demikian ada juga pisau bajak piring yang berbentuk cone atau kerucut (Gambar 7b), sedangkan bentuk lain yang relatif baru adalah bentuk convex center atau cembung di pusat (Gambar 7c). Dari ketiga bentuk tersebut, yang paling banyak digunakan adalah pisau piring bentuk cekung (concave), sedangkan bentuk kerucut dan cembung di pusat belum banyak berkembang di pasaran. Pisau piring bentuk cekung banyak digunakan karena pisau piring tersebut memiliki massa yang lebih besar sehingga kemampuan untuk melakukan penetrasi ke dalam tanah juga lebih tinggi. Gaya gesek antara pisau dan permukaan tanah relatif rendah, hal tersebut diduga disebabkan oleh permukaan kontak antara sisi luar pisau dan tanah relatif kecil. 12

26 (a) (c) (b) Gambar 7. Pisau bajak piring bentuk cekung (a), bentuk kerucut (b) dan bentuk cembung di pusat (c) (Cooper diacu dalam Lisyanto 2007). Bajak piring disebut sebagai piringan rata (Gambar 8a) dan garu piring disebut sebagai piringan bercoak (Gambar 8b). Mata pisau bentuk rata biasanya digunakan untuk pengolahan tanah pertama, sedangkan bentuk coak (disk harrow) untuk pengolahan tanah kedua. (a) (b) Gambar 8. Bajak piring (a) dan garu piring (b) (Lisyanto 2007). E. Perancangan Menurut Ullman (1992) alasan penerapan perancangan adalah karena adanya kebutuhan akan produk baru, efektifitas biaya, dan kebutuhan akan produk yang berkualitas tinggi. Masalah yang sering muncul pada produk baru adalah 1) 13

27 produk tersebut tidak dapat berfungsi sebagaimana mestinya, 2) membutuhkan waktu yang lama dalam merealisasikannya di masyarakat, 3) biaya terlalu mahal, 4) hasil produk yang kurang memuaskan. Dari permasalahan-permasalahan tersebut maka perlu dilakukan analisis permasalahan untuk mendapatkan solusi melalui tahapan perencanaan yang tepat. Perencanaan merupakan tahapan bagaimana untuk memperoleh suatu produk tertentu yang sesuai dengan kebutuhan yang ada. 14

28 III. METODOLOGI PENELITIAN A. Waktu dan Tempat Pelaksanaan Penelitian ini dilaksanakan pada bulan April 2007 sampai dengan September Desain pembuatan prototipe dan uji performansi dilaksanakan di Laboratorium Lapangan Leuwikopo Departemen Teknik Pertanian Intitut Pertanian Bogor. B. Alat dan Bahan Alat yang dibutuhkan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: a. Alat bengkel: 1. Unit las karbit dan las listrik 2. Gerinda listrik 3. Mesin bor 4. Meteran 5. Tools box b. Alat pengujian: 1. Unit traktor 4-roda (Kubota L3050) 2. Unit kepras tebu hasil rancangan 3. Handystrain meter 4. Meteran 5. Slip ring 6. Bridge box 7. Tachometer digital c. Alat bantu: 1. Satu unit PC dengan Program Auto CAD 2006 yang digunakan dalam pembuatan desain alat 2. Peralatan pengukuran pengoperasian alat kepras tebu. Bahan penelitian yang digunakan adalah : 3. Lahan tebu. 15

29 C. Metode Penelitian Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode pendekatan rancangan secara umum yaitu berdasarkan pendekatan rancangan fungsional dan pendekatan rancangan struktural. Adapun tahapan penelitian terdapat pada Gambar 9. Mulai Identifikasi masalah Analisis masalah Konsep desain Pembuatan prototipe Uji fungsional tidak Berhasil ya Selesai Gambar 9. Tahapan penelitian alat kepras tebu tipe piringan berputar 16

30 1. Identifikasi masalah Identifikasi masalah merupakan langkah awal dalam perancangan alat. Pada alat kepras tebu sebelumnya ditemukan beberapa kendala yaitu : 1) tidak adanya rangka tarik sehingga sulit dioperasikan di lahan, 2) kurang efisiennya penggunaan tenaga putar. 2. Analisis masalah Setelah diketahui permasalahan yang ada pada alat kepras tebu sebelumnya maka dilakukan analisis permasalahan. Dalam tahapan ini dilakukan analisis untuk mendapatkan solusi permasalahan yang sesuai dengan kebutuhan yang diharapkan. Solusi inilah yang selanjutnya akan diterapkan dalam pembuatan konsep desain alat kepras tebu hasil modifikasi. 3. Konsep desain. Dengan melakukan analisis permasalahan yang ada dan pengumpulan ideide pemecahan masalah yang mempertimbangkan beberapa aspek yang terkait. Setelah dilakukan analisis masalah yang ada, dilakukan perumusan untuk menghasilkan beberapa konsep desain fungsional maupun struktural yang dilengkapi dengan gambar sketsa, analisis teknik, perkiraan kapasitas lapang teoritis, prasarat dan sistem yang mendukung efektifitas operasional alat di lapangan. Modifikasi dalam desain struktural dilaksanakan dengan membuat suatu rangka yang dilengkapi dengan tiga titik gandeng sehingga dapat mempermudah pemasangan pada traktor dan mempermudah dalam operasi alat di lahan. Untuk desain fungsional modifikasi yang dilakukan adalah penggantian sumber tenaga putar yang sebelumnya menggunakan motor listrik yang kemudian akan diganti dengan PTO. Sebagai penyalur tenaga putar dari PTO ke piringan pemotong digunakan gearbox dengan sudut antara input dan output 90 o. Hal ini dimaksudkan agar mengefisienkan energi yang dikeluarkan dan juga kemudahan dalam penggunaannya. Untuk mendapatkan titik pemotongan alat agar berada di tengah guludan, maka dilakukan pengeseran piringan pemotong yang semula berada di sebelah kanan rangka tegak diubah menjadi di sebelah kiri rangka tegak. 17

31 Gambar 10. Adapun konsep desain dari modifikasi alat kepras tebu dapat dilihat pada Rangka tarik Roda pengatur kedalaman Gearbox Piringan pemotong Gambar 10. Unit kepras tebu dengan rangka tarik 4. Pembuatan prototipe alat kepras tebu. Setelah desain modifikasi alat kepras tebu ini selesai, kemudian dibuatlah prototipe alat kepras tebu sesuai dengan hasil desain modifikasi yang telah dilakukan. Pembuatan prototipe ini dilakukan di Laboratorium Lapangan Leuwikopo Departemen Teknik Pertanian Intitut Pertanian Bogor. Pembuatan prototipe ini dilakukan agar dapat dilakukan pengujian dilapangan apakah alat tersebut dapat berfungsi sesuai dengan desain yang diinginkan atau tidak. 5. Uji fungsional. Uji fungsional dilakukan untuk mengetahui apakah setiap bagian pada alat telah berfungsi dengan baik atau tidak. Pengujian ini dilakukan setelah alat kepras tebu telah selesai dalam pembuatan dan perangkaiannya. Uji fungsional berupa uji alat stasioner maupun uji fungsional di lahan. Untuk uji stasioner, alat kepras tebu ini dioperasikan di tempat tanpa menyentuh tanah. Uji stasioner dilaksanakan dengan tujuan untuk mengetahui apakah alat telah berfungsi dengan baik sebelum 18

32 dilakukan uji fungsional. Pada uji stasioner dilakukan pengukuran kecepatan putar dari piringan pemotong. Sedangkan uji fungsional langsung dilakukan di lahan untuk mengetahui apakah alat kepras tebu ini dapat berfungsi dengan baik pada kondisi penggunaan di lahan. Uji fungsional dilakukan pada lahan tebu yang mempunyai jarak antar puncak guludan atau jarak pohon ke pohon (PKP) cm. Disamping itu uji fungsional bertujuan untuk mengetahui besarnya kecepatan maju dan kapasitas lapang dari alat kepras tebu ini. Dalam uji fungsional ini, dapat diketahui lebar keprasan dari alat ini apakah sudah sesuai dengan kondisi luasan rumpun tanaman tebu. 19

33 IV. ANALISA RANCANGAN A. Rancangan Fungsional Secara keseluruhan alat kepras tebu ini terdiri dari beberapa bagian yang masing-masing dirancang sedemikian rupa sehingga dapat berfungsi sesuai dengan desain yang diinginkan.bagian utama terdiri dari : 1. Rangka tarik dengan tiga titik gandeng Rangka tarik ini berfungsi sebagai dudukan dari unit kepras sehingga memudahkan dalam penggunaannya. Rangka tarik ini dilengkapi dengan tiga titik gandeng yang berfungsi untuk mekanisme penggandengan dan pengangkatan alat kepras tebu sehingga memberikan kemudahan saat operasi alat di lahan. 2. Rangka dudukan piringan pemotong Rangka ini merupakan dudukan dari poros piringan pemotong yang dilengkapi dengan baud yang berfungsi untuk mengatur tilt angle dan disc angle dari piringan pemotong. 3. Gearbox Gearbox ini digunakan untuk menyalurkan tenaga putar dari PTO ke poros piringan pemotong. Rasio kecepatan dari gearbox yang digunakan adalah 1:1 dengan sudut yang dibentuk antara poros input dan output 90 o. Untuk menghubungkan PTO dengan gearbox digunakan universal joint. 4. Piringan pemotong ( disc bercoak) Untuk mekanisme pemotongan digunakan disc bercoak yang diputar oleh sebuah poros yang dihubungkan dengan gearbox. Untuk mekanisme pemotongan alat ini menggunakan disc dengan tilt angle 15 o -25 o dan disc angle sebesar 45 o. Piringan pemotong ini diputar dengan arah putaran maju pada kecepatan rpm. 5. Roda pengatur kedalaman Dengan adanya roda pengatur kedalaman ini dimaksudkan agar kedalaman pemotongan atau keprasan dapat diatur sesuai kebutuhan dan hasil kedalaman pemotongannya seragam. 20

34 B. Rancangan Struktural 1. Rangka tarik dengan tiga titik gandeng Rangka tarik yang dilengkapi dengan tiga titik gandeng ini dibuat supaya dapat mempermudah pemasangan dan pengangkatan implemen alat kepras tebu pada saat akan digunakan di lahan. Panjang dari batang utama pada rangka tarik ini disesuaikan dengan jarak bentangan antara lowerlink kanan dan kiri pada traktor Kubota L3050 yaitu 850mm (maksimum) dan 400mm (minimum). Setelah dilakukan pengukuran jarak bentangan maksimum dan minimum antar lowerlink maka batang utama pada rangka tiga titik gandeng ini dibuat dengan ukuran 80x80x600 mm. Pada rangka utama ini juga ditambahkan rangka sebagai penyambung antara batang utama dengan rangka piringan pemotong. Untuk mempermudah pemasangan pada mekanisme tiga titik gandeng dengan rangka utama maka dibuat dua buah dudukan lowerlink (kanan dan kiri) serta sebuah dudukan untuk toplink. Dudukan lowerlink ini dibuat dari bahan besi As dengan diameter 21 mm dan panjang 70 mm (jarak antara batang utama dengan lubang pin 50 mm). Sedangkan untuk dudukan toplink dibuat dengan jarak vertikal 450mm dari dudukan lowerlink. Jarak antar plat pada dudukan toplink dibuat dengan ukuran 60 mm dan ukuran diameter lubang 20 mm. Ukuran dudukan tiga titik gandeng ini disesuaikan dengan ukuran mata pada titik gandeng lowerlink maupun toplink. Adapun bentuk dari rangka tarik beserta tiga titik gandengnya dapat dilihat pada Gambar 11. Dudukan toplink Dudukan lowerlink Dudukan lowerlink Dudukan rangka piringan pemotong Gambar 11. Rangka dengan tiga titik gandeng 21

35 Mekanisme Penggandengan Mekanisme yang digunakan pada komponen penggandengan traktor adalah empat batang penghubung (four bar linkage), sehingga pergerakannya dapat disimulasikan melalui perhitungan. Dari simulasi ini maka ditentukan jarak antar lower link adalah 600 mm dan jarak antara lower link dan upper link adalah 450 mm. Untuk lebih jelasnya, mekanisme empat batang penghubung pada komponen penggandengan traktor dapat dilihat pada Gambar 12 dan Gambar 13. Gambar 12. Mekanisme fourbar linkage pada komponen penggandengan traktor Kubota L3050 Pada mekanisme penggandengan traktor (Gambar 13) terdapat dua mekanisme empat batang hubung yang saling berhubungan, yaitu : 1) empat batang hubung A-B-C-D, dan 2) empat batang hubung D-F-G-E. Ukuran masingmasing bagian dan hasil simulasi dan pengukuran dari mekanisme penggandeng adalah sebagai berikut. AB = 225 mm a = 65 mm BC = 450 mm b = 200 mm DC = 480 mm c = 460 mm DE = 740 mm d = 130 mm EG = 450 mm e = 60 mm FG = 700 mm f = 70 mm 22

36 Gambar 13. Skema posisi gerakan pada rangkaian empat batang penghubung ( Martin, 1994) Rumus-rumus yang dipergunakan dalam perhitungan : S β 2 2 = a + b 2ab.cosθ 2... (2) b sin 1 sinθ... (3) s = c + s d ψ = cos 1... (4) 2cs c λ = sin 1 sinψ... (5) d θ 2 = ψ β... (6) ( λ β ) θ 4 = (7) Gambar 14. Gambar skematik posisi alat kepras tebu 23

37 Gambar 15. Simulasi posisi alat kepras tebu pada keadaan hidrolik naik paling atas Gambar 16. Simulasi posisi alat kepras tebu pada keadaan hidrolik turun paling bawah 24

38 Pada simulasi di atas dapat dilihat bahwa pada saat alat kepras tebu berada pada posisi turun paling bawah, ujung bawah piringan pemotong berada pada kedalaman 35 cm dari permukaan tanah. Sedangkan pada saat posisi naik paling atas, ujung bawah dari piringan pemotong berjarak 20 cm di atas permukaan tanah. 2. Lebar pemotongan (Feed) Feed pemotongan dipengaruhi oleh beberapa faktor yakni kecepatan maju pemotongan(v), jumlah putaran bajak piring (N), dan jumlah coak pada piringan pemotong (k = 12). Secara matematis feed (f) dapat dituliskan dengan persamaan (8). Sedangkan hasil perhitungan untuk beberapa kombinasi antara V dan N dapat dilihat pada Tabel V f = (m per putaran)... (8) kn Tabel 2 menunjukan bahwa pada kecepatan maju m/s dan jumlah putaran pisau rendah (500rpm) mempunyai feed pemotongan sebesar Sedangkan untuk kecepatan maju m/s dan jumlah putaran 1000 Rpm didapatkan feed pemotongan sebesar hal ini menunjukan bahwa dengan kecepatan maju (V) yang lebih rendah dan jumlah putaran (N) yang lebih besar akan menghasilkan feed pemotongan yang lebih kecil. Dengan menggunakan persamaan 9 dan 11 (Lisyanto,2007) dapat disimulasikan gerakan perputaran pada proses pemotongan. X = R sin sin cos Ø + R cos sin Ø... (9) Y = R cos cos Ø - R sin sin sin Ø... (10) Z = - R cos sin... (11) Dimana : R = jari-jari piringan pemotong ( m ) = Tilt angle ( o ) = Sudut perputaran mata pisau piringan pemotong ( o ) Ø = 90 o - disk angle ( o ) 25

39 Adapun hasil simulasi tersebut dapat dilihat pada Gambar 17a (kecepatan maju 0.187m/s pada 500Rpm) dan Gambar 17b (kecepatan maju 0.278m/s pada 1000Rpm).. 0,3 0,2 0,3 0,2 0,1 0,1 f 0-0,3-0,2-0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4...f 0-0,3-0,2-0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4-0,1-0,1-0,2-0,2-0,3 Pand. Atas Mata Pisau (XY) Pand. Samping Kanan (YZ) Pand. Depan Mata Pisau (XZ) Kurva Locus Mata Pisau (XY) -0,3 Pand. Atas Mata Pisau (XY) Pand. Samping Kanan (YZ) Pand. Depan Mata Pisau (XZ) Kurva Locus Mata Pisau (XY) ( a ) ( b ) Gambar 17. Kurva lintasan pemotongan (Lisyanto, 2007) Tabel 2. Nilai Feed pemotongan Kecepatan maju (m/s) Jumlah putaran pisau (N) rpm Feed (f) m Feed (f) mm , ,4 Perhitungan poros piringan pemotong Berdasarkan hasil pengujian yang dilakukan pada penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Lisyanto, didapatkan nilai torsi maksimum yang didapatkan pada saat penyalaan awal yaitu sebesar 133,72 Nm (500rpm) dan 75,83 Nm (1000rpm). Dari data tersebut maka diasumsikan daya yang disalurkan adalah 10 kw pada 1000 Rpm. Pd = fc x P Pd = 1,0 x 10 = 10 kw T = 9,74 x 10 5 x Pd/N T = 9,74 x 10 5 x 10/1000 = 9740 kg.mm 26

40 Di pilih bahan dari S45CD sehingga dipilih kekuatan tarik ( B ) sebesar 60 kg/mm 2 dan Sf 1 = 6,0 dan Sf 2 = 2,0. a = B / (Sf 1 x Sf 2 ) a = 60 / (6,0 x 2,0 ) = 5,0 kg/mm 2 C b = 2,0 K t = 1,5 5,1 d s = ( x C b x K t x T ) τ a 1/ 3 d s = ( 5,1 x 2 x 1,5 x 9740) 1/ 3 5,0 = , 4 = 31,0mm 38 mm jadi diameter poros yang dipilih adalah 38 mm. 3. Perencanaan pasak pada poros piringan pemotong Perencanaan pasak dilakukan untuk menentukan ukuran yang dibutuhkan oleh pasak untuk menyalurkan daya sebesar 10 kw pada 1000 Rpm. Bahan poros S45CD, ( B = 60 kg/mm 2, Sf 1 = 6,0, dan Sf 2 = 2,0). fc = 1,0 Pd = fc x P Pd = 1,0 x 10 = 10 kw T = 9,74 x 10 5 x Pd/N T = 9,74 x 10 5 x 10/1000 = 9740 kg.mm Tegangan geser poros yang diijinkan sa = B / (Sf 1 x Sf 2 ) sa = 60 / (6,0 x 2,0 ) = 5,0 kg/mm 2 ds = 38 mm F = T / (ds/2) F = 9740/(38/2) = 512,63 kg Penampang pasak 10 x 8 Kedalaman alur pasak pada poros t 1 = 5 mm Kedalaman alur pasak pada naf t 2 = 3,3 mm Bahan pasak S45C dicelup dingin dan dilunakkan, B = 70 kg/mm 2 Sfk 1 = 6, Sfk 2 = 3, Sfk 1. Sfk 2 = 6 x 3 = 18 Tegangan geser yang diijinkan ka = 70/18 = 3,9 kg/mm 2 27

41 Tekanan permukaan yang diijinkan Pa = 8 kg/mm 2 k = F < 3,9 bxl 1 512,63 k = < 3,9... l 1 > 13,14mm 10xl 1 p = F < 8,0 l 2 xt 2 p = 512,63 < 8,0... l 2 > 19,42 mm l 2 x3,3 l = 19,42 mm l k = 32 mm b/ds = 10/38 = 0,263,...0,25<0,263<0,35...baik l k /ds = 32/38 = 0,842,...0,75<0,842<1,5...baik jadi ukuran pasak : 10 x 8 panjang pasak aktif : 32 mm bahan pasak S 45 C dicelup dingin dan dilunakkan 28

42 V. HASIL DAN PEMBAHASAN A. ALAT KEPRAS TEBU Prototipe ini merupakan pengembangan dari prototipe alat kepras tebu berpenggerak motor listrik ( Lisyanto, 2007). Adapun prototipe alat kepras tebu berpenggerak motor listrik dapat dilihat pada Gambar 18. Prototipe alat kepras tebu ini mempunyai 4 bagian utama (Gambar 19), yaitu : 1) piringan pemotong, 2) rangka tarik, 3) roda pengatur kedalaman, 4) bagian penyalur tenaga putar. Prototipe ini terdapat piringan pemotong berupa disc bercoak yang digerakkan dengan tenaga putar dari PTO traktor yang ditransmisikan melalui gearbox. Dari PTO traktor, tenaga putar disalurkan melalui universal joint ke poros input gearbox yang selanjutnya diteruskan ke poros piringan pemotong. Mekanisme inilah yang merupakan unit penyaluran tenaga putar dari PTO traktor ke piringan pemotong. Motor listrik Lintasan rel Piringan pemotong Gambar 18. Prototipe alat kepras tebu berpenggerak motor listrik ( Lisyanto, 2007) 29

43 Gambar 19. Prototipe alat kepras tebu Sebelum pengoperasian di lahan, dilakukan beberapa tahapan persiapan alat untuk mempermudah operasi di lahan. Untuk tahap pertama dilakukan penyetelan tilt angle dan disc angle pada mekanisme pemotongan. Dalam penyetelan tilt angle ini dapat dilakukan antara sudut 15 o sampai 25 o. Sedangkan untuk penyetelan disc angle dipasang pada sudut 45 o. Setelah penyetelan tilt angle dan disc angle selesai dilakukan, tahapan berikutnya adalah penggandengan alat melalui mekanisme tiga titik gandeng. Apabila alat kepras tebu ini telah terpasang dengan baik pada mekanisme tiga titik gandeng traktor, maka dilakukan penyambungan poros PTO traktor dan poros gearbox dengan menggunakan universal joint. Gambar 20. Universal joint 30

44 Tahapan selanjutnya adalah pengaturan ketinggian dari roda pengatur kedalaman agar diperoleh kedalaman pemotongan + 10 cm. Setelah komponen alat kepras dalam keadaan terpasang dengan baik dan telah dilakukan penyetelan alat maka alat ini dapat di operasikan di lahan. Untuk pengujian prototipe alat kepras tebu ini digunakan traktor Kubota L3050 sebagai sumber tenaga tarik dan tenaga putar pada saat pengujian yang dilakukan di Lahan Percobaan Departemen Teknik Pertanian, Leuwikopo, Darmaga, Bogor. Adapun mekanisme penyaluran tenaga putar dari PTO traktor yang disalurkan dengan menggunakan universal joint ke poros output gearbox dengan rasio kecepatan 1:1 dengan keluaran tegak lurus (90 o ) dengan masukan. Tenaga putar yang keluar dari poros output gearbox ini selanjutnya akan menggerakkan poros piringan pemotong dengan arah putaran maju ke depan. Adapun prototipe alat kepras tebu ini dapat dilihat pada Gambar 21 dan Gambar 22. Universal joint Gearbox Gambar 21. Sistem penyaluran daya 31

45 Rangka Tiga titik gandeng Rangka penghubung Gambar 22. Konstruksi rangka tarik 1. Rangka dan Konstruksi Penggandengan Rangka tarik yang dilengkapi dengan tiga titik gandeng ini dibuat supaya dapat mempermudah pemasangan dan pengangkatan implemen alat kepras tebu pada saat akan digunakan di lahan. Rangka tarik ini di buat dengan menggunakan bahan besi siku dengan ukuran 80x80x8 mm yang dilas sehingga terbentuk hollow square (kotak). Rangka tarik utama ini dibuat dengan ukuran 80x80x600 mm. Sedangkan untuk dudukan toplink digunakan bahan besi plat dengan lebar 75 mm dan tebal 8 mm. Pada rangka utama ini juga ditambahkan rangka sebagai penyambung antara batang utama dengan rangka piringan pemotong. Untuk mempermudah pemasangan pada mekanisme tiga titik gandeng dengan rangka utama maka dibuat dua buah dudukan lowerlink (kanan dan kiri) serta sebuah dudukan untuk toplink. Dudukan lowerlink ini dibuat dari bahan besi poros dengan diameter 21 mm dan panjang 70 mm (jarak antara batang utama dengan lubang pin 50 mm). Sedangkan untuk dudukan toplink dibuat dengan jarak vertikal 450mm dari dudukan lowerlink. Jarak antar plat pada dudukan toplink dibuat dengan ukuran 60 mm dan ukuran diameter lubang 20 mm (dua lubang). Ukuran dudukan tiga titik gandeng ini disesuaikan dengan ukuran mata pada titik gandeng lowerlink maupun toplink. Adapun bentuk dari rangka tarik beserta tiga titik gandengnya dapat dilihat pada Gambar

46 Dudukan rangka tarik Dudukan toplink Dudukan lowerlink Gambar 23. Rangka titik gandeng Dudukan roda Sedangkan pada rangka unit kepras ini terdiri dari sebuah rangka tegak tempat dudukan poros piringan pemotong dan disambungkan dengan rangka tarik. Untuk rangka tegak dibuat dari bahan besi siku dengan ukuran 80x80x8 mm yang dilas membentuk hollow square dengan panjang 400mm. Pada rangka tegak ini terdapat dudukan poros piringan pemotong (Gambar 24). Sedangkan untuk rangka tarik dibuat dari besi siku dengan ukuran 80x80x8 mm dengan panjang batang 380 mm dan besi hollow square dengan ukuran 80x80x8 mm yang panjangnya 400 mm. Adapun rangka unit kepras ini dapat dilihat pada Gambar 25. Baud pengatur tilt angle Dudukan poros piringan pemotong Pillow block Gambar 24. Dudukan poros piringan pemotong 33

47 Rangka tegak Rangka tarik Gambar 25. Rangka unit kepras (tampak atas) 2. Mekanisme Tansmisi Tenaga Mekanisme transmisi ini terdiri dari beberapa komponen penyusun, diantaranya : 1) universal joint, 2) gearbox, 3) poros piringan pemotong. 1. Universal joint Tenaga putar dari PTO diterima oleh ujung universal joint dan ditransmisikan ke poros input pada gearbox. Antara ujung universal joint dengan poros input gearbox ini disambungkan dengan sebuah kopel joint yang mempunyai diameter poros 35mm dan diameter lempengan 150mm. Sebagai penguatnya, dipasangkan 4 buah baud M10 pada lampengan kopelnya. Untuk lebih jelasnya kopel joint ini dapat dilihat pada Gambar 26. Gambar 26. Kopel joint 34

48 2. Gearbox Gearbox ini digunakan untuk menyalurkan tenaga putar dari PTO ke poros piringan pemotong. Rasio kecepatan dari gearbox yang digunakan adalah 1:1 dengan sudut yang dibentuk antara poros input dan output 90 o. Jenis gear yang di gunakan pada gearbox ini merupakan jenis straight bevel gear dengan sudut kemiringan 45 o. Bevel gear ini mempunyai jumlah gigi sebanyak 33 untuk masing-masing gear. Sebagai poros gear digunakan besi poros dengan ukuran masing-masing 30mm untuk poros gear dari PTO dan 40 mm bagi poros gear ke poros piringan pemotong. Poros gear dari PTO dibuat dengan panjang 200mm dan 200mm untuk poros gear ke poros piringan pemotong. Pada gearbox ini digunakan empat buah bearing sebagai dudukan poros gear yang masing-masing tipe 6006 (2 buah) dan 6008 (2 buah). Sebagai pelindung gear dan sekaligus untuk dudukan bearing, maka dibuat kotak gear yang berukuran 200x180x150 mm. Kotak gear ini dibuat dari bahan besi plat dengan tebal 8 mm. Karena adanya geseran pada gear yang diakibatkan oleh gaya dari PTO maupun gaya dari pemotongan maka pada poros gear dipasang lima buah snap ring yaitu tiga buah berdiameter dalam 28 mm dan dua buah lagi 38 mm. Sebagai tambahan penguat agar gear tidak begeser maka antara gear dengan porosnya disambungkan dengan menggunakan baud heksagon M8 dengan panjang 25mm. Pada poros ke arah PTO digunakan dua buah baud, sedangkan untuk poros ke arah poros piringan pemotong dipasang satu buah baud heksagon. Kotak gear Poros ke poros piringan pemotong Straight bevel gear Poros ke PTO (input) Gambar 27. Gearbox 35

49 3. Poros piringan pemotong Poros ini merupakan sumbu putar dari piringan pemotong yang sekaligus meyalurkan tenaga putar yang berasal dari PTO traktor setelah ditransmisikan oleh gearbox. Sedangkan untuk poros piringan pemotong dibuat dari besi As dengan diameter 38 mm dan panjang poros 330mm. Dibagian tengah dari poros ini dipasangkan 4 buah sensor stain gages sebagai alat pengindera torsi saat pengeprasan berlangsung. Sedangkan pada bagian ujung luar dari poros ini dibuat dudukan slip ring dengan bahan besi poros dengan diameter 10 mm. Slip ring ini berfungsi untuk menghindari terjadinya kabel yang melilit akibat putaran piringan pemotong sehingga dengan penggunaan slip ring ini dapat mempermudah tranfer data dari sensor ke bridge box. Pengukuran torsi pemotongan dilakukan menggunakan alat uji pengeprasan tunggul tebu yang dilengkapi dengan sistem perekaman data. Pada poros penggerak piringan yang terdapat pada alat tersebut dipasang 4 buah sensor berupa strain gages (Gambar 29) untuk mengindra torsi yang terjadi pada saat proses pengeprasan berlangsung. Sebelum alat tersebut digunakan untuk pemotongan, terlebih dahulu dilakukan kalibrasi transduser torsi dan kalibrasi alat (strain amplifier) agar data hasil pengukuran tidak bias dan dapat dikonversi untuk keperluan analisis data. Adapun poros piringan pemotong ini dapat dilihat pada Gambar 28. Strains sensor Poros piringan pemotong Dudukan disc Gambar 28. Poros piringan pemotong 36

50 SLIP RING POROS STRAIN GAGES (SENSOR TORSI) SPROKET BEARING D R1 R2 R1 R2 R4 R3 D C B A A R4 B R3 C Vo V S Gambar 29. Pemasangan strain gages (sensor torsi) yang disusun dalam bentuk rangkaian jembatan wheatstone pada poros pisau alat uji ( Lisyanto,2007). 4. Mekanisme Pemotongan Untuk mekanisme pemotongan digunakan disc bercoak (Gambar 30) yang diputar oleh sebuah poros yang dihubungkan dengan gearbox. Dipilih disc bercoak karena berdasarkan penelitian sebelumnya hasil potongannya lebih baik bila dibandingkan dengan disc yang bermata rata (Lisyanto, 2007). Dengan pemakaian piringan pemotong dari disc bajak piring ini diharapkan akan mempermudah perawatan dan perbaikan unit kepras tebu. Disc yang dipakai pada alat kepras ini berdiameter 700 mm dan tebal disc adalah 8mm. Piringan pemotong memiliki sudut pergerakan terhadap bidang XZ yang disebut tilt angle (T A ) yakni sudut kemiringan piringan pemotong terhadap aksis Z (Gambar 31a) dan sudut kemiringan terhadap bidang XY atau disk angle (D A ) yang merupakan sudut kemiringan piringan pemotong terhadap arah gerak maju (Gambar 31b). Untuk mekanisme pemotongan alat ini menggunakan disc dengan tilt angle 15 o - 25 o dan disc angle sebesar 45 o. 37

51 Gambar 30. Piringan pemotong (disc bercoak) Z Y T A D A X X Arah gerak maju Ground (a) (b) Gambar 31 Tilt angle (T A ) dari piringan pemotong pada bidang XZ (a) dan disk angle (D A ) piringan pemotong pada bidang XY (b) (Lisyanto, 2007). 5. Roda Pengatur Kedalaman dan Komponen Pendukung Lainnya 1. Roda pengatur kedalaman Dengan adanya roda pengatur kedalaman (Gambar 32) ini dimaksudkan agar kedalaman pemotongan atau keprasan dapat diatur sesuai kebutuhan dan hasil kedalaman pemotongannya seragam. Untuk 38