DISAIN PENGERUK TANAH PADA DITCHER UNTUK SALURAN DRAINASE PADA BUDIDAYA TEBU LAHAN KERING. Oleh: ALAM MUHARAM F

Transkripsi

1 DISAIN PENGERUK TANAH PADA DITCHER UNTUK SALURAN DRAINASE PADA BUDIDAYA TEBU LAHAN KERING Oleh: ALAM MUHARAM F DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR

2 DISAIN PENGERUK TANAH PADA DITCHER UNTUK SALURAN DRAINASE PADA BUDIDAYA TEBU LAHAN KERING SKRIPSI Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Pada Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor Oleh: ALAM MUHARAM F DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR

3 Dan seandaiinya pohon--pohon dii bumii menjjadii pena dan llaut ((menjjadii tiinta)) diitambahkan kepadanya tujjuh llaut ((llagii)) sesudah ((keriing))nya,, niiscaya tiidak akan habiis--habiisnya ((diitulliiskan)) kalliimat Allllah.. Sesungguhnya Allllah Maha Perkasa llagii Maha Biijjaksana.. ((QS Luqman :: 27)) kupersembahkan karya ini untuk

4 INSTITUT PERTANIAN BOGOR FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN SKRIPSI Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Pada Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor Oleh: ALAM MUHARAM F Dilahirkan pada tanggal 8 Oktober 1983 di Cianjur Tanggal lulusan : 24 Agustus 2006 Disetujui, Bogor, September 2006 Dr. Ir. I Nengah Suastawa, MSc Dosen Pembimbing I Dr. Ir. Wawan Hermawan, MS Dosen Pembimbing II Mengetahui, Dr. Ir. Wawan Hermawan, MS Ketua Departemen Teknik Pertanian

5 ALAM MUHARAM. F Disain Pengeruk Tanah pada Ditcher Untuk Saluran Drainase pada Budidaya Tebu Lahan Kering. Di bawah bimbingan Dr. Ir. I Nengah Suastawa, MSc dan Dr. Ir. Wawan Hermawan, MS RINGKASAN Tanaman tebu akan tumbuh dengan baik dan menghasilkan rendemen tebu yang tinggi apabila pada pemeliharaannya tanaman tebu mendapatkan air yang cukup. Apabila kadar air dalam tanah meningkat maka tebu akan menghasilkan rendemen yang buruk karena tanaman tebu mengalami kebusukan pada akarnya. Pengairan pada lahan tebu harus dilakukan dengan baik, salah satu caranya yaitu dengan membuat saluran drainase. Saluran ini terutama sangat dibutuhkan pada musim penghujan sehingga kelebihan air dapat dibuang. Ditcher adalah alat untuk membuat saluran drainase. Sampai saat ini ditcher yang dibuat dan digunakan adalah ditcher dengan menggunakan sumber daya PTO traktor (rotary ditcher). Penggunaan ditcher ini cukup merepotkan dan memerlukan perawatan yang tidak mudah. Pemanfaatan furrower untuk membuat saluran drainase menjadi alternatif untuk mengatasi masalah ini. Namun timbul masalah baru yaitu pembuatan got malang dengan furrower menyisakan tanah pada alur tanam sehingga saluran drainase menjadi terhambat. Penelitian ini bertujuan untuk merancang ditcher drainase yang tidak menggunakan tenaga PTO traktor, yang dilengkapi dengan pengeruk tanah untuk memindahkan tanah dari dasar alur ke atas guludan. Tujuan khusus penelitian ini adalah 1) merancang pengeruk tanah pada ditcher lengan ayun, 2) membuat prototipe pengeruk tanah pada ditcher lengan ayun, 3) melakukan uji fungsional prototipe pengeruk tanah pada skala laboratorium, 4) menganalisa data hasil uji fungsional dan menggambarkan simulasi sistem mekanismenya di lapangan. Hasil yang ingin dicapai dari alat ini yaitu saluran drainase yang optimal tanpa ada penghambat pada alur. Ukuran penampang saluran drainase ini adalah lebar atas 90 cm, tinggi 40 cm, dan lebar bawah 35 cm. Kedalaman got 10 cm di bawah alur tanam. Tanah pada alur harus dipindahkan ke atas guludan. Untuk itu diperlukan suatu rancanagan mekanisme yang dapat memindahkan tanah. Syarat yang harus dipenuhi antara lain yaitu jarak antara roda penggerak dan pengeruk tidak boleh berubah. Jarak yang harus dijaga adalah 135 cm. Sistem ini harus mampu membuat pengeruk mengeruk tanah pada dasar alur dan naik minimal sampai 25 cm di atas guludan, dengan hanya menaikan roda setinggi 26 cm. Mekanisme ini juga harus dapat bekerja bebas tanpa mengganggu komponen lain dari ditcher. Mekanisme empat batang penghubung memiliki kelebihan akan mengangkat benda pada posisi horizontal jika panjang lengan yang saling berhadapan sama. Untuk itu digunakan mekanisme empat batang penghubung (sejajar) untuk penggerak dan yang digerakkan. Transmisi gaya dari roda ke pangeruk melalui poros untuk menyederhanakan sistem mekanisme ini. Sistem kerjanya yaitu roda penggerak naik mengikuti profil guludan yang memiliki tinggi 26 cm setelah dilintasi oleh traktor. Perbedaan panjang lengan antara lengan ayun depan (27.5 cm) dan belakang (63.5 cm), menyebabkan lengan ayun belakang bergerak lebih tinggi. Perancangan awal menggunakan diameter roda 32.3 cm dan posisi roda penggerak berada dibelakang roda traktor.

6 Pembuatan prototipe alat dimulai dengan pembuatan model terlebih dahulu. Baru kemudian pembuatan prototipe dan uji prototipe alat. Bahan yang digunakan untuk pembuatan prototipe alat yaitu besi plat, besi kanal, besi pipa, besi silinder pejal, dan bearing. Pengujian yang dilakukan yaitu uji fungsional dan uji kinerja alat. Uji fungsional menunjukkan sistem mekanisme lengan ayun berfungsi baik. Pengeruk naik sampai ketinggian 61.5 cm dari titik awal. Pada beberapa titik percobaan pergeseran pengeruk terlalu besar. Hal ini dapat menyebabkan lolosnya tanah dari samping sebelum dinaikkan ke atas guludan. Pengujian beban yang dilakukan menunjukkan bahwa gaya minimal yang diperlukan untuk mengangkat roda kg dan gaya maksimal yang diperlukan kg. Data pengujian dibentuk ke dalam simulasi gerakan mekanisme di lapangan. Hasil pengujian menunjukkan slip roda traktor yang terjadi cukup tinggi sehingga mekanisme empat batang penghubung tidak dapat bekerja. Modifikasi yang dilakukan yaitu dengan memperlebar posisi roda sehingga roda penggerak berada di luar roda traktor. Perpanjangan pemegang roda ini tidak mempengaruhi beban pada roda karena mekanisme empat batang penghubung yang digunakan memiliki sifat mekanisme timbangan. Untuk itu diperlukan modifikasi lebih lanjut pada roda untuk mengurangi tekanan. Hasil pengujian menunjukkan roda kecil menggusur tanah. Modifikasi yang dilakukan untuk mengatasi masalah ini yaitu dengan memperbesar diameter roda. Pengujian di lahan percobaan Laboratorium Lapangan Departemen Teknik Pertanian di Leuwikopo cukup berhasil. Pengujian dilakukan pada prototipe dengan menggunakan roda besar dan pemegang roda yang sudah diperpanjang. Mekanisme lengan ayun dapat bekerja dengan baik dan mengeruk serta memindahkan tanah ke atas guludan. Agar alat dapat berfungsi dengan baik perlu dikaji lagi tentang ketinggian optimal rangka alat dan rangka mekanisme, posisi yang paling tepat untuk roda penggerak, bahan terbaik yang digunakan untuk pembuatan alat, dan modifikasi prototipe agar alat dapat disesuaikan dengan kondisi lahan.

7 RIWAYAT HIDUP Alam Muharam dilahirkan di kota Cianjur pada tanggal 8 Oktober Penulis adalah anak ke-5 dari lima bersaudara dari pasangan Bapak H. Lili Mustawan dan Ibu Hj. Ai Nairoh. Penulis adalah tamatan MI Assasul Islam tahun 1996, kemudian meneruskan pendidikannya ke SLTP Islam Al-I anah Cianjur dan lulus tahun 1999 sebagai lulusan terbaik di sekolahnya. Penulis melanjutkan kembali jenjang pendidikannya ke SMU Negeri 2 Cianjur dan meninggalkan kota kelahirannya seiring dengan kelulusan sekolah tingkat atasnya pada tahun Penulis juga aktif di sekolahnya sehingga terpilih sebagai duta kota kelahirannya untuk mengikuti olimpiade fisika tingkat propinsi tahun Tahun 2002 penulis meneruskan pendalaman ilmunya di Institut Pertanian Bogor. Penulis memilih untuk menjadi mahasiswa jurusan Teknik Pertanian pada Fakultas Teknologi Pertanian. Penulis memutuskan untuk memperdalam pengetahuannya pada bidang mekanisasi pertanian dan memilih sub-program studi Teknik Mesin Pertanian pada tahun Penulis merupakan seorang yang aktif mengikuti kegiatan extra dan intra kampus (himpunan profesi) sehingga terpilih sebagai ketua panitia Pelatihan Traktor Pada tahun 2005 penulis melaksanakan praktek lapangannya di Kebun Raya Cibodas Cianjur, dan menghasilkan karya tulisnya berupa Laporan Praktek Lapangan dengan judul Aspek Keteknikan Pertanian Pada Kebun Raya Cibodas, Cianjur. Pada tahun 2006 penulis menyelesaikan studinya dan memperoleh gelar STP dengan menghasilkan karya tulis ilmiah Skripsi dengan judul Disain Pengeruk Tanah pada Ditcher Untuk Saluran Drainase pada Budidaya Tebu Lahan Kering.

8 KATA PENGANTAR Alhamdulillah, puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas segala ridho, berkat, rahmat, kekuatan, perlindungan dan pertolongan yang telah diberikan-nya kepada penulis sehingga Skripsi dengan judul Disain Pengeruk Tanah pada Ditcher Untuk Saluran Drainase pada Budidaya Tebu Lahan Kering dapat diselesaikan. Penyusunan Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan S1 pada Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Skripsi ini disusun atas kerja sama dan bimbingan orang-orang yang telah membantu penulis selama penyusunan. Kepada mereka penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya: 1. Bapak Dr. Ir. I Nengah Suastawa, MSc, selaku dosen pembimbing akademik dan dosen penguji yang telah memberikan arahan dan bimbingan selama plaksanaan penelitian dan penyusunan Skripsi. 2. Dr. Ir. Wawan Hermawan, MS, sebagai dosen pembimbing kedua dan dosen penguji yang telah memberikan arahan dan bimbingan selama pelaksanaan penelitian dan penyusunan Skripsi. 3. Prof. Dr. Ir. Asep Sapei, MS, sebagai dosen penguji yang telah memberikan arahan dan saran dalam penyusunan Skripsi. 4. Ibu Bapak dan kakak-kakak penulis yang telah dan selalu memberikan kasih sayang, perhatian, jerih payah, segala dukungan, bantuan dan do a. 5. PT. Rajawali Nusantara Indonesia (RNI) atas kesempatan yang telah diberikan untuk berkarya dan bantuan biaya selama penelitian. 6. Pak Abas, Pak Parma, Pak Bandi yang telah ikut serta membantu penulis dalam pembuatan model dan prototipe. 7. Ditcher Gruop (Bang Samsul, Azmi, Ado, dan Keket) atas semangat, kebersamaannya dan kerjasamanya sebagai suatu tim yang kompak, dan juga Wildan, Tatang, Komeng, dan si Duo (Wahyu dan Herlin) sebagai tim yang ikut mendukung penulis. 8. Gytha Nafisah Sukara dan keluarga yang telah memberikan bantuan dan dukungan selama penulis menyelesaikan skripsi. 9. Teman-teman seperjuangan TEP 39 yang selalu memberikan semangat.

9 Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan Skripsi ini masih memiliki kekurangan. Karena itu dengan senang hati penulis menerima saran dan kritik dari pembaca. Besar harapan penulis Skripsi ini dapat bermanfaat bagi semua pihak. Bogor, Agustus 2006 Penulis

10 DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR... i DAFTAR ISI... iii DAFTAR TABEL... v DAFTAR GAMBAR... vi DAFTAR LAMPIRAN... x I. PENDAHULUAN... 1 A. Latar Belakang... 1 B. Tujuan... 3 II. TINJAUAN PUSTAKA... 4 A. Tanaman Tebu... 4 B. Drainase Pada Budidaya Tanaman Tebu... 4 C. Ditcher... 6 D. Pengaruh Lalu Lintas Traktor Terhadap Pemadatan Tanah... 6 E. Kinematika Sistem Mekanisme Empat Batang Penghubung... 8 F. Disain (Perancangan) III. METODELOGI PENELITIAN A. Waktu dan Tempat Pelaksanaan B. Bahan dan Peralatan C. Tahapan Penelitian IV. PENDEKATAN DISAIN A. Kriteria Disain B. Disain Fungsional C. Disain Struktural V. ANALISIS TEKNIK A. Sistem Mekanisme Empat Batang Penghubung Sejajar Ganda pada Pengeruk Tanah B. Konstruksi Pengeruk Tanah VI. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Pembuatan Prototipe Ditcher Drainase Lengan Ayun (DILA)... 57

11 B. Pembuatan Prototipe Pengeruk Tanah pada DILA C. Uji Fungsional Pengeruk Tanah pada DILA D. Uji Kinerja DILA dan Modifikasi Pengeruk Tanah VII. KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan B. Saran DAFTAR PUSTAKA... 82

12 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1. Data pengujian kadar air pada lahan tebu PG Jatitujuh Tabel 2. Data tahanan penetrasi tanah pada lahan tebu plant cane pada guludan lahan tebu PG Jatitujuh Tabel 3. Data tahanan penetrasi tanah pada lahan tebu plant cane pada dasar alur lahan tebu PG Jatitujuh Tabel 4. Data tahanan penetrasi vertikal (small plate 25 mm x 100 mm) pada guludan lahan tebu PG Jatitujuh Tabel 5. Fungsi dan komponen-komponen pengeruk tanah Tabel 6. Penambahan ketinggian pada lengan ayun belakang (h b ) akibat penambahan tinggi lengan ayun depan (h d ) Tabel 6. Data pengukuran kalibrasi load cell... 65

13 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1. Sketsa got mujur dan got malang pada lahan tebu... 1 Gambar 2. Rotary ditcher menggunakan PTO traktor... 2 Gambar 3. Saluran drainase melintang yang dibuat oleh ditcher... 2 Gambar 4. Penampang saluran drainase (Oktoyournal, 1988)... 5 Gambar 5. Mekanisme empat batang penghubung sejajar (four bar parallel lingkage)... 9 Gambar 6. Diagram kinematis empat batang penghubung sejajar... 9 Gambar 7. Pergerakan suatu titik pada batang yang berotasi Gambar 8. Diagram alir proses perancangan (Harsokoesoemo, 1999) Gambar 9. Tahapan penelitian Gambar 10. Hubungan tahanan penetrasi tanah terhadap kedalamannya pada guludan lahan tebu PG Jatitujuh Gambar 11. Hubungan tahanan penetrasi tanah terhadap kedalamannya pada dasar alur lahan tebu PG Jatitujuh Gambar 12. Hubungan tahanan penetrasi vertikal (small plate 25 mm x 100 mm) pada guludan lahan tebu PG Jatitujuh Gambar 13. Ukuran guludan dan alur barisan tanam lahan plant cane Gambar 14. Kurva profil guludan asal pada lahan plant cane Gambar 15. Penampang saluran drainase yang dibentuk oleh rotari ditcher Gambar 16. (a) sketsa ukuran pembentuk saluran pada rotary ditcher, dan (b) pembentuk saluran pada rotary ditcher Gambar 17. Penampang saluran drainase yang diinginkan Gambar 18. Alternatif disain pengeruk dengan sistem mekanisme empat batang penghubung ganda Gambar 19. Profil gerakan pengeruk yang dibentuk oleh sistem mekanisme empat batang penghubung ganda Gambar 20. Alternatif disain pengeruk dengan sistem mekanisme empat batang penghubung sederhana Gambar 21. Profil gerakan pengeruk yang dibentuk oleh sistem mekanisme empat batang penghubung sederhana Gambar 22. Alternatif disain pengeruk dengan mekanisme empat batang penghubung terbalik Gambar 23. Alternatif disain pengeruk tanah dengan sistem mekanisme empat batang penghubung sejajar ganda dan poros putar Gambar 24. Rancangan ditcher drainase lengan ayun... 25

14 Gambar 25. Rancangan pengeruk tanah dengan sistem mekanisme empat batang penghubung sejajar (kanan) Gambar 26. Rancangan rangka utama dan pengeruk tanah dengan roda penggerak mekanisme di belakang roda traktor Gambar 27. Diagram kinematik sistem mekanisme empat batang penghubung sejajar ganda pada pengeruk tanah (tampak 3 sumbu koordinat) Gambar 28. Diagram pergerakan yang dipertinggi (b > a) pada gerak rotasi yang sama (θ) Gambar 29. Rancangan rangka mekanisme depan Gambar 30. Rancangan rangka mekanisme belakang Gambar 31. Rancangan roda penggerak mekanisme Gambar 32. Rancangan pemegang roda Gambar 33. Posisi pemegang roda terhadap poros mekanisme Gambar 34. Rancangan lengan ayun depan Gambar 35. Rancangan poros mekanisme Gambar 36. Rancangan lengan ayun belakang Gambar 37. Rancangan pengeruk tanah Gambar 38. Posisi pengeruk setelah melewati guludan Gambar 39. Rancangan standar lengan ayun pada rangka mekanisme Gambar 40. Bangun volume tanah Gambar 41. Penampang bangun volume tanah Gambar 42. Bangun volume tanah samping Gambar 43. Diagram kinematik sistem mekanisme empat batang penghubung sejajar ganda pada pengeruk tanah Gambar 44. Kurva profil guludan awal dan guludan akhir Gambar 45. Gerakan lengan ayun depan dan belakang Gambar 46. Beban pada pengeruk Gambar 47. Dimensi pengeruk Gambar 48. Dimensi kanal UNP yang digunakan Gambar 49. Beban pada roda penggerak Gambar 50. Skema beban kerja sambungan las pada poros Gambar 51. Model ditcher lengan ayun Gambar 52. Bahan-bahan pembuatan ditcher drainase lengan ayun Gambar 53. Rangka mekanisme Gambar 54. Penyambungan rangka mekanisme pada rangka utama (a) depan (b) belakang... 59

15 Gambar 55. Poros mekanisme Gambar 56. Potongan lengan ayun depan Gambar 57. Pemasangan lengan ayun depan pada poros mekanisme Gambar 58. Pemasangan engsel pada lengan ayun depan Gambar 59 (a) pengeruk dengan jari dan siku penguat, dan (b) pengeruk dengan jari, siku penguat dan dudukan belakang Gambar 60. Lengan ayun belakang Gambar 61. Roda penggerak mekanisme Gambar 62. Pemegang roda Gambar 63. Standar mekanisme pada rangka mekanisme Gambar 64. Skema pengukuran perubahan ketinggian dan perubahan posisi (pergeseran), (a) depan, (b) belakang Gambar 65. Pengujian lengan ayun menggunakan load cell dan meteran Gambar 66. Kurva kalibrasi load cell Gambar 67. Grafik gerakan lengan ayun depan dan belakang untuk uji pemegang lama dan roda kecil Gambar 68. Grafik beban pada roda depan untuk uji pemegang lama dan roda kecil Gambar 69. Grafik gerakan lengan ayun depan untuk uji pemegang baru dan roda kecil posisi standar Gambar 70. Grfaik beban pada roda depan untuk uji pemegang baru dan roda kecil posisi standar Gambar 71. Grafik gerakan lengan ayun depan dan belakang untuk uji pemegang baru dan roda kecil posisi turun 5 cm Gambar 72. Grafik beban pada roda depan untuk uji pemegang baru dan roda kecil posisi turun 5 cm Gambar 73. Grafik gerakan lengan ayun depan dan belakang untuk uji pemegang baru dan roda kecil posisi turun 10 cm Gambar 74. Grafik beban pada roda depan untuk uji pemegang baru dan roda kecil posisi turun 10 cm Gambar 75. Grafik gerakan lengan ayun depan dan belakang untuk uji pemegang baru dan roda besar posisi standar Gambar 76. Grafik beban pada roda depan untuk uji pemegang baru dan roda besar posisi standar Gambar 77. Grafik gerakan lengan ayun depan dan belakang untuk uji pemegang baru dan roda besar posisi turun 5 cm Gambar 78. Grafik beban pada roda depan untuk uji pemegang baru dan roda besar posisi turun 5 cm... 72

16 Gambar 79. Grafik gerakan lengan ayun depan dan belakang untuk uji pemegang baru dan roda besar posisi turun 10 cm Gambar 80. Beban pada roda depan untuk uji pemegang baru dan roda besar posisi turun 10 cm Gambar 81. Diagram kinematik mekanisme timbangan Gambar 82. Diagram kinematik mekanisme batang penghubung pada pengeruk Gambar 83. Pengangkatan maksimum ditcher drainaase lengan ayun oleh lower link traktor Gambar 84. Posisi baru lengan ayun depan terhadap poros setelah dimodifikasi Gambar 85. Besi plat dudukan pillow block yang dimundurkan Gambar 86. Slip roda traktor menggeser tanah guludan ke belakang Gambar 87. Pemegang baru yang diperpanjang Gambar 88. Tumpahan tanah dari samping dalam pengeruk Gambar 89. Pengeruk baru yang telah ditambahkan plat pada samping dalam Gambar 90. Roda penggerak baru dengan diameter lebih besar dan tanpa penutup roda Gambar 91. Kinerja pengeruk tanah di lahan: (a) pengeruk mengeruk tanah, (b) pengeruk menggeser dan mengangkat tanah, dan (c) pengeruk menumpahkan tanah diatas guludan Gambar 92. Alur antara guludan yang telah dipindahkan tanahnya Gambar 93. Got malang yang dibentuk oleh ditcher drainase lengan ayun... 80

17 DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1. Pendekatan perhitungan tinggi tanah yang menutupi alur Lampiran 2. Pendekatan perhitungan profil lintasan roda traktor dan profil guludan akhir Lampiran 3. Tabel data pendekatan perhitungan profil lintasan roda traktor dan guludan akhir Lmpiran 4. Profil awal, profil lintasan roda traktor, dan profil guludan akhir, serta kenaikan lengan ayun belakang secara teoritis Lampiran 5. Perhitungan profil lintasan as roda penggerak Lampiran 6. Data perhitungan profil guludan akhir dengan memperhitungkan diameter roda (profil as roda penggerak) Lampiran 7. Data perhitungan profil guludan akhir dengan memperhitungkan diameter roda Lampiran 8. Kurva profil guludan awal, profil lintasan roda traktor, profil as roda penggerak, profil guludan akhir rancangan, dan profil guludan akhir dengan memperhitungkan profil as roda Lampiran 9. Data pengukuran uji fungsional pengeruk tanah pada DILA Lampiran 10. Data pengukuran uji fungsional pengeruk tanah pada DILA Lampiran 11. Data pengukuran uji fungsional pengeruk tanah pada DILA Lampiran 12. Data pengukuran uji fungsional pengeruk tanah pada DILA Lampiran 13. Simulasi gerakan pengeruk tanah dengan sistem mekanisme empat batang penghubung sejajar ganda dan poros putar Lampiran 14. Simulasi gerakan pengeruk tanah dengan sistem mekanisme empat batang penghubung sejajar ganda dan poros putar Lampiran 15. Simulasi gerakan pengeruk tanah sistem mekanisme empat batang penghubung sejajar ganda dan poros putar Lampiran 16. Karakteristik tanah (McKyess, 1985) Lampiran 17. Sifat-sifat beberapa bahan teknik (Popov E.P, 1994) Lampiran 18. Sifat-sifat mekanis standar suatu bahan teknik (Sularso, 1997) Lampiran 19. Karakteristik kanal UNP ( 102 Lampiran 20. Spesifikasi traktor deutz Lampiran 21. Gambar kerja pengeruk tanah pada ditcher drainase lengan ayun

18 I. PENDAHULUAN A. Latar Belakang Tanaman tebu akan tumbuh dengan baik pada lahan kering dengan pengairan yang cukup. Lahan yang terlalu basah akan mengganggu pertumbuhan tebu dan menghambat pengoperasian alat berat di lapangan. Karena itu, pembuatan saluran drainase sangat penting pada budidaya tebu. Pengairan lahan di perkebunan tebu di Indonesia pada umumnya menggunakan sistem gelontor. Sistem drainase yang digunakan adalah drainase permukaan. Pada perkebunan yang cukup luas pembuatan saluran drainase menggunakan sistem alur sehingga mempermudah pembuangan kelebihan air, terutama saat terjadi hujan. PT. PG Jatitujuh adalah salah satu Pabrik Gula yang telah menggunakan mekanisasi pertanian dalam budidaya tebu. Sistem drainase yang diterapkan di PG Jatitujuh adalah sistem drainase dengan alur. Saluran drainase ini dibuat dengan membentuk saluran utama (main drain), saluran keliling (got keliling), saluran sejajar arah guludan (got mujur), dan saluran melintang arah guludan (got malang) seperti ditunjukkan oleh Gambar 1. Saluran drainase ini dibuat dengan menggunakan ditcher atau rotary ditcher. Pada pengoperasian dan perawatannya, ditcher lebih mudah dari pada rotary ditcher. Dari hasil kerjanya, rotary ditcher lebih baik dari pada ditcher. got mujur got malang guludan tanah yang menghalangi alur alur tanam Gambar 1. Sketsa got mujur dan got malang pada lahan tebu.

19 Sampai saat ini perkebunan-perkebunan tebu di Indonesia telah menggunakan rotary ditcher untuk membuat saluran drainasenya. Rotary ditcher menggunakan PTO (Power Takeoff) traktor sebagai sumber tenaga penggerak rotasinya (Gambar 2). universal joint untuk PTO traktor Gambar 2. Rotary ditcher menggunakan PTO traktor. Kendala utama dari penggunaan ditcher pada pembuatan saluran drainase melintang yaitu tanah yang diangkat dan ditumpahkan ke samping oleh ditcher, akan menutupi alur (saluran drainase) diantara guludan (Gambar 3). Ketika hujan turun atau dilakukan pengairan, maka aliran air akan terhambat oleh adanya tanah yang menghalangi saluran tersebut. Saluran drainase diantara guludan akan mengalirkan air dengan baik jika tidak terdapat tanah yang menghalanginya. Karena itu perlu dirancang suatu mekanisme pengeruk tanah yang dapat memindahkan tanah yang menghalangi alur tersebut ke tempat lain. Tempat yang tidak dialiri air adalah guludan itu sendiri. profil guludan guludan tanah yang menghalangi alur antar guludan Gambar 3. Saluran drainase melintang yang dibuat oleh ditcher.

20 B. Tujuan Tujuan umum penelitian ini adalah untuk merancang ditcher drainase yang tidak menggunakan tenaga PTO traktor, yang dilengkapi dengan pengeruk tanah untuk memindahkan tanah dari dasar alur ke atas guludan. Tujuan khusus dari penelitian ini yaitu 1) merancang pengeruk tanah pada ditcher lengan ayun, 2) membuat prototipe pengeruk tanah pada ditcher lengan ayun, 3) melakukan uji fungsional prototipe pengeruk tanah pada skala laboratorium, 4) menganalisa data hasil uji fungsional dan menggambarkan simulasi sistem mekanisme pengeruk tanah di lapangan.

21 II. TINJAUAN PUSTAKA A. Tanaman Tebu Tanaman tebu (saccharum officinarum L.) merupakan salah satu tanaman penghasil gula. Tebu termasuk kelas Monokotiledon, ordo Glumaceae, famili Gramineae, kelompok Andropogoneaae, genus Saccharum (Sudiatso, 1982). Tanaman tebu mempunyai kepekaan terhadap kekurangan atau kelebihan air selama periode tertentu. Carter (1975) dalam Koto (1984), menyatakan bahwa terdapat hubungan linier yang positif antara tinggi muka air tanah selama periode pertumbuhan dan periode pemasakan terhadap produksi tebu. Semakin dalam tinggi muka air tanah selama periode tertentu, maka hasil tebu yang akan dipanen semakin besar. Kedalaman muka air tanah sedalam 120 cm dari permukaan tanah merupakan keadaan yang optimal bagi pertumbuhan tanaman tebu pada jenis tanah liat berlempung (Carter, 1975 dalam Koto, 1984). Barnes dalam Sudiatso (1982) menyatakan bahwa iklim berpengaruh besar terhadap pertumbuhan tebu, rendemen dan gula. Tanaman tebu tumbuh baik di daerah beriklim panas di tropika dan subtropika di sekitar khatulistiwa sampai garis isotherem 20 o C (39 o LU - 35 o LS). Muller dalam Sudiatso (1982), menyatakan bahwa data rata curah hujan tahunan yang baik bagi pertumbuhan tebu antara mm. B. Drainase Pada Budidaya Tanaman Tebu Drainase adalah pengurangan/pembuangan volume air pada lahan pertanian yang tidak diperlukan lagi oleh tanaman dengan maksud untuk meningkatkan produktifitas tanaman. Drainase dapat dilakukan dengan dua cara yaitu drainase permukaan dan drainase bawah permukaan. Drainase permukaan (surface drainage) mengalirkan kelebihan air yang tergenang di atas permukaan tanah. Beberapa jenis bentuk saluran drainase yang umum yaitu bentuk trapozoidal, segi empat, segitiga dan parabola (Gambar 4).

22 Gambar 4. Penampang saluran drainase (Oktoyournal, 1988). Drainase penting pada budidaya tanaman tebu. Tebu membutuhkan air yang sesuai selama pertumbuhannya. Hal ini dikarenakan tanaman tebu memiliki akar yang sangat peka terhadap gangguan air, baik kelebihan atau kekurangan air (Nahdodin, 1993). Selama masa pertumbuhan, tanaman tebu membutuhkan banyak air. Sedangkan menjelang tebu siap untuk dipanen, dikehendaki keadaan kering tidak ada hujan. Drainase tanah yang tidak baik akan mengakibatkan berlimpahnya kation tereduksi dan gas metan. Gas metan ini merupakan racun bagi tanaman tebu (Notojoewono, 1970). Kekurangan air selama masa pertumbuhan akan menyebabkan tanaman tebu memiliki ukuran yang kecil dan kerdil. Kelebihan air karena hujan akan mengakibatkan kadar gula dalam batang menurun sehingga rendemen tebu akan berkurang. Pertumbuhan tebu pada daerah tanah yang terendam air akan menyebabkan tanaman tebu mati karena sifat akar tanaman tebu yang mudah busuk (Wardojo, 1996). Masalah drainase biasanya tidak ditemukan di daerah yang bertanah poros dan mempunyai muka air tanah dalam (1m). Masalah drainase timbul terutama di daerah tanah berat, muka air tanah yang dangkal dan daerah yang datar. Pembuatan saluran drainase dimulai dari pembuatan got keliling berukuran cm dengan kedalaman cm. Kemudian got mujur yang berukuran cm dengan kedalaman cm. Jarak antar got mujur ini m. Tegak lurus dengan got mujur dibuat got malang dengan ukuran cm dengan kedalaman cm. Jarak antar got malang ini adalah 10 m (Wardojo,1996). Sistem Reynoso merupakan salah satu cara drainase. Menurut Nahdodin 1993, prinsip dari sistem Reynoso ini adalah membuat jaringan drainase dan

23 irigasi pada petak (blok-kebun-adfeling). Penggunaan alat-alat mekanis tidak optimal pada sistem ini. Penggunaan alat-alat mekanis lebih baik pada sistem alur. Alur berfungsi membuang kelebihan air. Kelebihan air ini disalurkan pada got malang dan got mujur. Perbedaan sistem alur dengan sistem Reynoso yaitu pada sistem alur, ukuran dan tata letak dapat diatur dan disesuaikan dengan pemakaian alat-alat mekanis maupun tanaman. C. Ditcher Ditcher adalah alat untuk membuat saluran drainase (got) pada lahan pertanian. Furrower (pembuat alur) dapat digunakan sebagai ditcher sebagaimana menurut Boers (2003) dalam Saputro (2004), fungsi furrower antara lain membuat alur, menutup benih dan membuat alur untuk irigasi atau saluran drainase. Bagian-bagian furrower yaitu: 1. Mata bajak yang berfungsi sebagai ujung bajak yang memulai menembus tanah. 2. Pisau bajak yang berfungsi untuk membelah. 3. Singkal majemuk (sayap) yang berfungsi untuk mengangkat dan membalikkan tanah ke kanan dan ke kiri. 4. Rangka batang penarik (tangkai) yang berfungsi sebagai tempat menempelnya bajak dan berhubungan dengan rangka utama. D. Pengaruh Lalu Lintas Traktor Terhadap Pemadatan Tanah Kerapatan isi tanah menunjukkan perbandingan antara berat tanah kering dengan volume tanah termasuk volume pori-pori tanah. Kerapatan isi tanah menunjukkan kepadatan tanah. Semakin padat suatu tanah maka semakin tinggi kerapatan isinya, yang berarti semakin sulit meneruskan air atau ditembus oleh akar tanaman (Hardjowigeno, 1987). Kekuatan tanah adalah kemampuan dari suatu tanah untuk melawan gaya yang bekerja, atau dikatakan juga sebagai kemampuan suatu tanah untuk mempertahankan diri dari deformasi atau regangan (Mandang dan Nishimura, 1991). Tahanan penetrasi tanah menggambarkan besarnya kemampuan yang

24 diperlukan oleh peralatan pertanian untuk bekerja atau akar tanaman untuk menembus tanah. Tahanan penetrasi tanah secara umum meningkat sampai kedalaman tertentu dengan meningkatnya kedalaman tanah dan menurun setelah mencapai titik maksimum (Palawi, 1999). Nilai tahanan penetrasi diukur dengan menggunakan penetrometer dengan parameter cone index (indeks kerucut). Cone index adalah indeks untuk menyatakan kemampuan tanah melawan atau menahan gaya penetrasi dari suatu kerucut. Indeks kerucut tanah menunjukkan tingkat kekerasan tanah. Faktor yang mempengaruhi nilai cone index adalah kerapatan isi, kadar air dan jenis tanah. Davies et al (1993), menyatakan bahwa tahanan penetrasi tanah sangat tergantung pada kadar air tanah dan biasanya digunakan sebagai pembanding antara tempat-tempat yang berbeda pada areal lahan yang sama pada hari yang sama. Traktor roda 4 merupakan penarik, penggerak dan penyaluran daya bagi alat pengolahan tanah atau implemen. Traktor roda 4 digunakan pada lahan luas. Akibat berat dari traktor itu sendiri akan terjadi pemadatan tanah. Rozaq (1989), menyatakan bahwa: 1. Torsi pada roda traktor akan mengakibatkan pemadatan tanah sampai tingkat kepadatan tertentu. Di atas tingkat ini peningkatan torsi roda traktor akan mengurangi kekuatan tanah. 2. Peningkatan torsi roda depan dan roda belakang traktor adalah tidak sama. Situasi ini akan mempengaruhi proses pemadatan tanah. 3. Pemadatan tanah oleh 4 roda traktor cukup rumit dan menghasilkan pemadatan tanah yang berbeda antara roda depan dan roda belakang. Roda depan akan memadatkan tanah lebih mudah dari pada roda belakang. Menurut Liljedahl et al (1989) tekanan yang diberikan oleh roda traktor terhadap tanah dapat didekati dengan persamaan: W P... (1) A A 0. 78bl... (2) di mana b : lebar roda (m) l : panjang kontak roda dengan tanah (m)

25 Dalam bukunya, McKyes (1985) menyatakan bahwa: d l untuk lapisan tanah keras... (3) 4 d l untuk lapisan tanah remah... (4) 2 di mana d adalah diameter roda traktor. E. Kinematika Sistem Mekanisme Empat Batang Penghubung Kinematika adalah ilmu yang mempelajari tentang suatu gerak tanpa memandang gaya penyebabnya. Rantai kinematik adalah gabungan dari batang penghubung dan sambungan yang saling terkait untuk menghasilkan gerakan teratur sebagai produk dari gerakan sumber (Norton, 1992). Kinematika mesin adalah suatu pengetahuan mengenai gerak relatif dari bagian-bagian mesin. Rantai kinematik adalah sebuah sistem dari batangbatang penghubung yang berupa benda-benda kaku, yang digabungkan atau hanya bersinggungan saja sehingga memungkinkan mereka untuk bergerak relatif satu terhadap yang lain (Martin, 1985). Gerakan sebuah benda kaku dalam suatu ruang adalah bebas. Pada dasarnya jika dilihat dari suatu rangka acuan tetap, gerakan tersebut merupakan gerakan kombinasi dari gerakan rotasi dan translasi. Norton (1992) menyatakan bahwa: 1. Gerakan rotasi murni adalah gerakan suatu benda kaku yang hanya memiliki satu titik (pusat putaran). Pusat putaran tersebut tidak bergerak terhadap rangka acuan. Gerakan setiap titik pada benda tersebut akan menggambarkan busur dari lingkaran-lingkaran yang mengelilingi pusat putaran. Garis acuan yang melalui pusat lingkaran dan setiap titik pada benda, hanya akan membedakan sudutnya saja. 2. Gerakan translasi murni adalah gerakan suatu benda kaku di mana seluruh titik pada benda tersebut bersifat paralel. Garis acuan yang menggambarkan pergerakan benda tersebut berupa garis lurus tetapi tidak mengalami perubahan sudut.

26 3. Gerakan kompleks adalah gerakan gabungan secara bersamaan antara gerakan rotasi dan translasi. Garis acuan yang terbentuk pada benda menunjukan perubahan posisi secara linier dan orientasi sudutnya. Mekanisme (rantai kinematik terbatas) adalah rantai kinematik di mana salah satu dari batang penghubungnya tetap, dan gerakan dari sebarang batang penghubung lain ke posisinya yang baru akan menyebabkan setiap batang penghubung lain bergerak ke posisi tertentu yang telah diramalkan (Martin, 1985). Mekanisme merupakan suatu alat pengubah gerakan menjadi pola tertentu yang diinginkan dan biasanya melipatgandakan gaya yang kecil. Norton menyatakan bahwa mekanisme adalah rantai kinematik yang setidaknya memiliki satu batang penghubung (linkage) yang bersifat sebagai ground atau terikat pada rangka (acuan gerak), seperti ditunjukkan oleh Gambar 5. Batang penghubung diasumsikan sebagai benda kaku yang setidaknya memiliki dua titik hubung atau node. 1 O 2 linkage ground O node 4 Gambar 5. Mekanisme empat batang penghubung sejajar (four bar parallel lingkage). Gambar 6. Diagram kinematik empat batang penghubung sejajar.

27 Panjang batang 2 sama dengan panjang batang 4 dan panjang batang 3 sama dengan jarak O 2 O 4, sehingga batang 2 dan batang 4 akan selalu mempunyai kecepatan sudut yang sama (Gambar 6). Martin (1985) menyatakan bahwa lintasan (displcement) dari sebuah titk adalah perubahan dari posisinya dan dia adalah besaran vektor (Gambar 7). y y x s x Gambar 7. Pergerakan suatu titik pada batang yang berotasi. Martin (1985) juga menyatakan bahwa ukuran besar dari lintasan linier dapat dinyatakan dalam bentuk ukuran besar x dan y sehingga terbentuk persamaan: s x 2 y 2... (5) dan arahnya terhadap sumbu x: y tan... (6) x F. Disain (Perancangan) Menurut Harsokoesoemo (1999) perancangan adalah kegiatan awal dari proses pembuatan suatu produk yang dapat membantu dan meringankan kehidupan manusia. Perancangan terdiri dari serangkaian kegiatan yang berurutan. Kegiatan-kegiatan dalam proses perancangan disebut fase. Fasefase dalam proses perancangan ditunjukkan oleh gambar 8. Proses perancangan produk yang memperhatikan metode produksi yang akan dipakai nanti disebut sebagai concurrent design atau simultenous design.

28 Kebutuhan Analisis masalah, spesifikasi produk dan perancangan proyek Perancangan konsep produk Perancangan produk Evaluasi produk hasil rancangan Dokumen untuk pembuatan produk Gambar 8. Diagram alir proses perancangan (Harsokoesoemo, 1999)

29 III. METODELOGI PENELITIAN A. Waktu dan Tempat Pelaksanaan Penelitian ini dilaksanakan dari bulan Januari 2006 sampai dengan bulan Juli Pengambilan data awal untuk identifikasi masalah dilakukan di lahan tebu PG Jatitujuh. Perancangan prototipe dan pembuatan model dilaksanakan di Laboratorium Teknik Mesin Budidaya Pertanian (TMBP), Departemen Teknik Pertanian. Pembuatan prototipe, uji fungsional mekanisme dan uji kinerja alat dilakukan di Laboratorium Lapang dan Lahan Percobaan Departemen Teknik Pertanian, Institut Pertanian Bogor di Leuwikopo, Darmaga, Bogor. B. Bahan dan Peralatan 1. Bahan Penelitian Bahan penelitian yang digunakan untuk pembuatan prototipe ditcher drainase lengan ayun terdiri dari: a. Besi plat tebal 15 mm, 10 mm, 8 mm, 6 mm, dan 3 mm. b. Besi silinder pejal diameter 25 mm, 32 mm dan 70 mm. c. Besi pipa diameter luar 42.5 mm, 32 mm dan 30 mm. d. Besi kanal UNP ukuran 38 mm x 76 mm tebal 5 mm dan 50 x 100 mm tebal 5 mm. e. Besi siku ukuran 100 mm 100 mm tebal 8 mm, 70 mm x 70 mm tebal 6 mm, dan 30 mm x 30 mm tebal 2 mm. f. Baut, ring, mur, pillow block, flange, bearing, pegas diameter 20 mm. g. Cat dan perlengkapan lainnya. 2. Alat Penelitian a. Alat ukur yang digunakan untuk pengukuran kondisi tanah yang terdiri dari peralatan analisis tekstur tanah, perlengkapan pengambilan contoh tanah (ring sample), penetrometer tipe SR-2, dan oven. b. Alat untuk pembuatan prototipe dicher antara lain gerinda potong, las listrik, las potong, gerinda tangan, bor listrik, mesin bubut, penggaris atau meteran, busur derajat, tang, kunci pas dan kunci ring.

30 c. Alat untuk pengukuran uji fungsional skala laboratorium dan uji kinerja lapangan yang terdiri load cell, handy strain meter, penggaris stainless steel 100 cm dan 60 cm, busur derajat, waterpass, alat angkat (katrol rantai), traktor roda 4 dengan daya 70 hp. C. Tahapan Penelitian Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode pendekatan rancangan secara umum yaitu berdasarkan pendekatan rancangan fungsional dan pendekatan rancangan struktural. Tahapan dari penelitian yang dilaksanakan ditunjukkan oleh Gambar 9. Mulai Data dan informasi penunjang Identifikasi masalah Perumusan dan penyempurnaan konsep disain Analisis disain dan pembuatan gambar teknik Pembuatan model Uji fungsional Berhasil T Y Pembuatan prototipe alat Uji fungsional Modifikasi T Berhasil Y Uji kinerja prototipe alat Selesai Gambar 9. Tahapan penelitian.

31 1. Identifikasi Masalah Masalah yang ada di lapangan sudah teridentifikasi sehingga diperlukan data pendukung yang lain, yaitu kondisi tanah berupa sifat fisik dan mekanik tanah. Data pendukung ini diperlukan pada saat pembuatan saluran drainase dilakukan. Data lainnya yaitu ukuran dan pola penampang saluran drainase yang diinginkan, serta jumlah tanah yang harus dipindahkan. Data pengujian kadar air pada lahan tebu di PG Jatitujuh disajikan pada Tabel 1. No Sampel Tabel 1. Data pengujian kadar air pada lahan tebu PG Jatitujuh BW (gram) BB+R (gram) BK+R (gram) BB (gram) BK (gram) KA (%) Vt (cc) R BD Ket (posisi) permukaan guludan R tengah guludan R bawah guludan R dasar guludan R dasar guludan R dasar guludan Kondisi tanah berupa hubungan tahanan penetrasi dengan kedalaman tanah pada guludan dan dasar alur tanam. Data pengukuran disajikan oleh Tabel 2, Tabel 3, Tabel 4 dan ditunjukkan oleh Gambar 10, Gambar 11 dan Gambar 12. Tabel 2. Data tahanan penetrasi tanah pada lahan tebu plant cane pada guludan lahan tebu PG Jatitujuh Kedalaman (cm) Beban (kg) Total Rata-rata Cone Index (kg/cm2)

32 Tahanan penetrasi tanah (kg/cm 2 ) Kedalaman (cm) Gambar 10. Hubungan tahanan penetrasi tanah terhadap kedalamannya pada guludan lahan tebu PG Jatitujuh. Tabel 3. Data tahanan penetrasi tanah pada lahan tebu plant cane pada dasar alur lahan tebu PG Jatitujuh Kedalaman (cm) Beban (kg) Total Rata-rata Cone Index (kg/cm2) Tahanan penetrasi tanah (kg/cm 2 ) Gambar 11. Hubungan tahanan penetrasi tanah terhadap kedalamannya pada dasar alur lahan tebu PG Jatitujuh.

33 Tabel 4. Data tahanan penetrasi vertikal (small plate 25 mm x 100 mm) pada guludan lahan tebu PG Jatitujuh Kedalaman (cm) OV OV OV Total Rata-rata Cone Index (kg/cm2) Kedalaman (cm) Tahanan Penetrasi (kg/cm2) Gambar 12. Hubungan tahanan penetrasi vertikal (small plate 25 mm x 100 mm) pada guludan lahan tebu PG Jatitujuh. Ukuran guludan dan alur barisan tanam lahan plant cane hasil pengukuran ditunjukkan oleh Gambar Gambar 13. Ukuran guludan dan alur barisan tanam pada lahan plant cane. Dengan melakukan pendugaan pada setiap titik lebar guludan dan tinggi guludan, maka diperoleh profil guludan asal seperti ditunjukkan oleh Gambar 14.

34 Tinggi guludan (cm) Lebar guludan (cm) Gambar 14. Kurva profil guludan asal pada lahan plant cane. Saluran drainase yang ada di lahan tebu pada umumnya dibuat oleh rotary ditcher. Bentuk penampangnya seperti tampak pada Gambar cm 40 cm 35 cm Gambar 15. Penampang saluran drainase yang dibentuk oleh rotari ditcher. Bentuk penampang ini adalah hasil dari pembentuk saluran drainase rotary ditcher seperti terlihat pada Gambar 16. Tinggi (cm) Lebar (cm) (a) Gambar 16. (a) sketsa ukuran pembentuk saluran pada rotary ditcher, dan (b) pembentuk saluran pada rotary ditcher. Ukuran penampang saluran drainase yang diinginkan berdasarkan kebutuhan lahan dan pendekatan pembentuk saluran drainase rotary ditcher (Gambar 17). (b)

35 50 Kedalaman (cm) Lebar (cm) Gambar 17. Penampang saluran drainase yang diinginkan. Saluran drainase yang diinginkan tersebut harus dapat dibuat oleh ditcher tanpa menggunakan daya PTO traktor. Ditcher yang digunakan merupakan furrower yang dimodifikasi. Prinsip kerja dari ditcher ini adalah membuka tanah, mengangkat dan menumpahkannya di samping furrower. Tumpahan tanah dari furrower ini akan menutupi bibir alur antara guludan sehingga menghambat saluran drainase. Untuk memindahkan tumpahan tanah ini diperlukan suatu sistem mekanisme pemindah tanah. Pemindahan tanah ini dapat dilakukan tanpa menggunakan tenaga lain dari traktor, yaitu dengan memanfaatkan profil guludan yang ada sebagai sumber utama gerakan mekanisme. 2. Penyempurnaan Ide dan Perumusan Konsep Disain Konsep disain yang ada harus memiliki fungsi untuk memindahkan tanah dari dasar alur ke atas guludan tanpa menggunakan PTO traktor. Konsep awalnya yaitu tanah pada dasar alur diangkat kemudian dipindahkan ke atas guludan. Untuk memindahkan tanah ini dapat menggunakan pengeruk yang akan begerak naik mengikuti profil guludan, menggusur dan menaikan tanah ke atas guludan kemudian melewatinya. Karena itu pengeruk harus bergerak mengikuti profil guludan pada bagian awal dan akhir guludan, tetapi bergerak lebih tinggi daripada puncak guludan ketika melewatinya. Agar pengeruk dapat bergerak mengikuti profil guludan maka sumber gerakannya dapat berasal dari profil guludan itu sendiri. Untuk itu dibutuhkan suatu benda yang dapat bergerak bebas mengikuti profil guludan tetapi tidak mengganggu profil tersebut, karena itu digunakan roda sebagai penggerak mekanisme. Naiknya pengeruk harus lebih tinggi

36 daripada naiknya roda, karena itu mekanisme empat batang penghubung dapat digunakan untuk menghasilkan gerakan tersebut. Apabila salah satu batang berbeda panjang dengan batang yang lain maka pergerakan yang terjadi pada batang tersebut bisa diperpendek atau diperpanjang. Ide-ide yang ada untuk membuat mekanisme seperti ini dikumpulkan dan dirumuskan untuk menghasilkan beberapa konsep disain fungsional maupun struktural. Perumusan ini dilakukan dengan mempertimbangkan berbagai aspek yang terkait, dan dilengkapi dengan gambar sketsa. Beberapa alternatif disain fungsional adalah sebagai berikut: 2.1. Pengeruk dengan mekanisme empat batang penghubung ganda Dinamakan demikian karena pengeruk tanah ini terdiri dari 2 bagian mekanisme empat batang penghubung (Gambar 18). Batang penghubung A akan menggerakkan batang penghubung B. Naiknya roda mengakibatkan bergeraknya mekanisme batang penghubung A. Pergerakan ini menyebabkan mekanisme batang penghubung B ikut bergerak karena dihubungkan oleh batang C. Perbedaan posisi pin batang C pada batang penghubung A dan B antara pin atas dan pin bawah, menyebabkan batang penghubung atas naik lebih tinggi sehingga pengeruk akan bergerak lebih tinggi. mekanisme empat batang penghubung B batang hubung C mekanisme empat batang penghubung A Gambar 18. Alternatif disain pengeruk dengan sistem mekanisme empat batang penghubung ganda.

37 Kelebihan dari pengeruk tanah ini yaitu profil gerakan pengeruk dibentuk dari profil guludan asal itu sendiri, karena pengeruk dan roda penggerak berada pada satu posisi. Kelemahannya yaitu dengan mekanisme seperti ini, maka profil yang dibentuk oleh guludan tidak sesuai dengan bentuk guludan asal. Hasil yang diperoleh melalui analisa sederhana ditunjukkan oleh Gambar 19. profil guludan baru Gambar 19. Profil gerakan pengeruk yang dibentuk oleh sistem mekanisme empat batang penghubung ganda Pengeruk dengan mekanisme empat batang penghubung sederhana Profil pergerakan pengeruk pada pengeruk tanah dengan sistem mekanisme ini, tergantung dari profil guludan di depannya (Gambar 20). Kelebihan dari sistem mekanisme ini adalah sederhana. Namun profil yang dibentuk oleh pergerakan pengeruk masih belum mendekati guludan asal (Gambar 21). Gambar 20. Alternatif disain pengeruk dengan sistem mekanisme empat batang penghubung sederhana.

38 Gambar 21. Profil gerakan pengeruk yang dibentuk oleh sistem mekanisme empat batang penghubung sederhana Pengeruk dengan mekanisme empat batang penghubung terbalik Pengeruk tanah dengan sistem mekanisme ini melakukan pergerakan antara roda dan pengeruk secara terbalik (Gambar 22). Apabila roda melintasi dasar alur, maka pengeruk akan naik di atas guludan asal. Gambar 22. Alternatif disain pengeruk dengan mekanisme empat batang penghubung terbalik. Kelebihan dari sistem mekanisme ini adalah bentuknya yang relatif kecil dan tidak terlalu panjang. Kelemahannya yaitu sistem mekanisme ini tidak dapat diterapkan di lapangan karena profil antara alur guludan dengan puncak guludan berbeda. Selain itu ruang yang tersedia untuk mekanisme hanya sepanjang 65 cm. Profil pergerakan roda sangat dikhawatirkan terganggu oleh tumpahan tanah di belakangnya. Kelemahan yang lain yaitu perlunya gaya bantu agar roda dapat turun. Gaya bantu ini bisa didapatkan dengan menggunakan pegas.

39 2.4. Pengeruk dengan mekanisme empat batang penghubung sejajar ganda dan poros putar Sistem mekanisme ini menggunakan dua mekanisme empat batang penghubung untuk menjaga roda dan pengeruk agar selalu berada pada posisi horizontal (Gambar 23). Untuk menyalurkan gaya dan pergerakannya maka digunakan poros. Kelebihan dari sistem mekanime ini adalah profil gerakan pengeruk mendekati bentuk guludan asal. Kelemahan sistem mekanisme ini yaitu roda dan pengeruk akan bergeser ke samping ketika bergerak naik. Selain itu apabila sistem ini tidak bekerja dengan baik, maka roda penggeraknya akan menggusur tanah guludan ke depan. Gambar 23. Alternatif disain pengeruk tanah dengan sistem mekanisme empat batang penghubung sejajar ganda dan poros putar. Pengeruk dengan sistem mekanisme empat batang penghubung sejajar ganda dan poros putar dipilih karena cukup memenuhi prasyarat dan sistem yang mendukung efektifitas operasional alat di lapangan, yaitu ditcher dan kebutuhan rangka. Pengeruk ini disebut dengan pengeruk lengan ayun. Dinamakan demikian karena sistem mekanisme empat batang penghubung sejajar ganda yang bekerja pada pengeruk mirip dengan lengan ayun. 3. Analisis Disain dan Pembuatan Gambar Teknik Konsep Analisis disain, analisis teknik termasuk dimensi dan kekuatan bahan, dengan mempertimbangkan faktor-faktor luar dijelaskan lebih lanjut pada sub-bab analisis struktural. Analisis disain yang dilakukan menggunakan komputer sebagai bantuan. Perangkat lunak yang digunakan

40 yaitu Automatic Spreadsheet. Pembuatan gambar teknik konsep disain yang dipilih juga dengan menggunakan bantuan komputer, yaitu dengan menggunakan CAD (Computer Aided Design). 4. Pembuatan Model Pembuatan model dengan skala 1:2 dilakukan dengan maksud untuk melihat apakah mekanisme penyelesaian masalah tersebut sudah berfungsi dengan baik atau tidak. Jika terjadi kesalahan, akan mudah dikoreksi dan meminimumkan biaya pembuatan prototipe. Pembuatan model juga dimaksudkan untuk memberikan gambaran nyata pembuatan prototipe. Pembuatan model dilakukan di Laboratorium Teknik Mesin Budidaya Pertanian (TMBP), Departemen Teknik Pertanian, IPB. 5. Pembuatan Prototipe Pembuatan prototipe merupakan lanjutan dari pembuatan dan pengujian model. Pembuatan prototipe ini adalah pembuatan alat pertama secara nyata dari rancangan awal dan bahan yang telah disediakan. Pembuatan prototipe dilakukan di Laboratorium Lapangan Departemen Teknik Pertanian di Leuwikopo. 6. Uji Fungsional Uji fungsional dilakukan pada prototipe alat untuk mengetahui dan memastikan tiap-tiap bagian dapat berfungsi dengan baik dan tujuan konsep disain tercapai. Uji fungsional dilakukan terutama pada sistem mekanisme pengeruk. Hal ini dilakukan karena faktor keberhasilan untuk membentuk saluran drainase tanpa hambatan tergantung pada sistem mekanisme ini. Data hasil uji fungsional digunakan untuk memberikan gambaran (simulasi) kinerja prototipe alat ketika digunakan di lahan. Pengujian yang dilakukan adalah kesesuaian pergerakan roda dengan pengeruk dan beban pada roda. Pengujian dilakukan dengan cara mengangkat roda penggerak. Pengujian dilakukan saat kondisi prototipe alat berada pada posisi datar (level). Hal ini sangat penting karena posisi prototipe alat mempengaruhi pengukuran tinggi lengan ayun dan beban yang terjadi. Peralatan pengujian yang digunakan yaitu:

41 1. Mistar stainless steel 60 cm dan 100 cm masing-masing 2 buah. 2. Alat penyipat datar (waterpass) 3. Load cell dan handy strain meter 4. Katrol rantai pengangkat 5. Busur derajat 6. Alat tulis 7. Modifikasi Prototipe Modifikasi yang dilakukan yaitu penyempurnaan disain sehingga prototipe berfungsi dengan baik dan dapat bekerja secara efektif di lapangan. 8. Uji Kinerja di Lapangan Uji kinerja yang dilakukan yaitu uji kesesuaian pergerakan pengeruk tanah terhadap profil guludan, kondisi dan karakteristik saluran drainase yang dihasilkan, serta pengerukan dan pemindahan tanah penghambat alur oleh pengeruk. Lahan untuk melakukan pengujian seluas m 2. Pengujian prototipe alat lebih banyak dilakukan dengan pengamatan. Uji kinerja selengkapnya dilakukan oleh peneliti lain. Sebelum pengujian dilakukan, lahan dipersiapkan terlebih dahulu dengan membentuk guludan yang sesuai profil yang telah diukur pada permasalahan sebelumnya. Saluran drainase hasil pengujian diharapkan memiliki ukuran lebar saluran bagian bawah cm, bagian atas ± 90 cm, serta kedalaman saluran ± 40 cm. 9. Analisis Data Data yang diperoleh dari hasil pengujian dibandingkan dengan data teoritis untuk melihat kesesuaiannya dengan perhitungan pada perancangan awal.

42 IV. PENDEKATAN DISAIN A. Kriteria Disain Ditcher drainase lengan ayun (DILA) terdiri dari 2 bagian yaitu ditcher dan pengeruk tanah seperti ditunjukkan oleh Gambar 24. Ditcher didisain untuk membentuk saluran drainase berbentuk trapesium. Pengeruk tanah (Gambar 25) pada ditcher drainase lengan ayun dirancang untuk memindahkan tanah pada alur antara guludan ke atas guludan seperti ditunjukkan oleh Gambar 26. Setidaknya tanah pada dasar alur dapat ditiadakan. ditcher Gambar 24. Rancangan ditcher drainase lengan ayun. rangka mekanisme belakang rangka mekanisme depan poros mekanisme empat batang penghubung sejajar depan pemegang roda roda mekanisme mekanisme empat batang penghubung sejajar depan pengeruk Gambar 25. Rancangan pengeruk tanah dengan sistem mekanisme empat batang penghubung sejajar (kanan).

43 guludan tumpahan tanah ditcher yang akan dipindahkan A B Gambar 26. Rancangan rangka utama dan pengeruk tanah dengan roda penggerak mekanisme di belakang roda traktor. Perancangan ditcher (bagian furrower dan rangka alat) dilakukan oleh peneliti lain. Secara umum ditcher didisain berbentuk furrower yang memiliki sudut kemiringan sayap yang lebih landai dan lebih memanjang. Furrower ini ditahan oleh rangka bentuk segitiga yang dapat menahan gaya tahan tanah terhadap pembelahan tanah yang dilakukan oleh furrower. Rangka segitiga ini didisain berdasarkan kebutuhan pengeruk tanah. Pengeruk tanah sangat dipengaruhi oleh kebutuhan gerak pengeruk untuk memindahkan tanah dari dasar alur ke atas guludan, dan perbedaan jarak antara roda penggerak dan pengeruk terhadap titik putar yang sama. Pada Gambar 26, tampak bahwa lengan pengeruk B lebih panjang daripada lengan roda A. Hal ini menyebabkan posisi poros mekanisme sebagai titik putar harus miring agar pengeruk tidak terlalu keluar. Kemiringan poros didukung oleh bentuk segitiga rangka utama. Pengeruk akan mengeruk tanah pada saat turun di dasar alur dan akan membuang tanah pada saat naik di puncak guludan. Pergerakan pengeruk seirama dengan pergerakan roda. Agar pengeruk dapat membuang tanah pada saat roda berada di atas guludan, maka pergerakan pengeruk harus lebih tinggi daripada pergerakan roda. Perbedaan jarak dari titik putar menghasilkan pergerakan yang dipertinggi (Gambar 27 dan Gambar 28).

44 Gambar 27. Diagram kinematik sistem mekanisme empat batang penghubung sejajar ganda pada pengeruk tanah (tampak 3 sumbu koordinat). Gambar 28. Diagram pergerakan yang dipertinggi (b > a) pada gerak rotasi yang sama (θ). Apabila roda bergerak naik rendah, maka pengeruk akan bergerak naik lebih tinggi. Posisi roda penggerak direncanakan berada di belakang roda traktor. Hal ini dimaksudkan agar lintasan roda cukup padat karena telah dilintasi oleh traktor (Gambar 26).

45 Perancangan pengeruk tanah membutuhkan perhitungan dan analisis teknik berdasarkan data-data yang telah diperoleh sebelumnya. Pada perancangan awal, tinggi tanah di atas guludan awal yang akan dipindahkan cm berdasarkan perhitungan sederhana pada Lampiran 1. Tanah pada alur ini akan dipindahkan pada guludan, sehingga ketinggian tanah yang akan ditumpahkan oleh pengeruk pada guludan diasumsikan 30 cm di atas guludan. Jika terlalu tinggi maka tanah akan longsor tetapi jika terlalu rendah maka akan dibutuhkan pengeruk yang dapat meratakan tanah ke samping. Tinggi guludan asal adalah 30 cm, tinggi guludan setelah dilintasi traktor menjadi 26 cm (perhitungan pada Lampiran 2). Sehingga tinggi guludan yang akan dibentuk diasumsikan 55 cm. Perbandingan perbedaan jaraknya adalah + 26:552:5. Karena itu diagram kinematik lengan ayun depan direncanakaan berjarak 27.5 cm dan diagram kinematik lengan ayun belakang 63.5 cm. Direncanakan 63.5 karena ruang yang ada untuk jarak kinematik lengan ayun belakang terbatas pada lebar atas got dan ketinggian poros mekanisme. Komponen-komponen dari pengeruk tanah lengan ayun ini adalah rangka mekanisme, roda penggerak mekanisme, pemegang roda, lengan ayun depan, poros transmisi, lengan ayun belakang, pengeruk tanah, dan standar lengan ayun. B. Disain Fungsional Fungsi utama dari pengeruk tanah pada ditcher adalah memindahkan tanah hasil kerja ditcher yang berada pada alur tanam ke atas guludan. Persyaratan yang harus dipenuhi adalah tanpa menggunakan sumber daya PTO traktor, tetapi dengan memanfaatkan profil guludan yang sudah ada. Untuk mendukung fungsi tersebut maka diperlukan komponenkomponen lain yang saling berkaitan agar pengeruk tanah dapat bekerja. Fungsi-fungsi dan komponen-komponen tersebut disajikan pada Tabel 5.

46 Tabel 5. Fungsi dan komponen-komponen pengeruk tanah No Fungsi Komponen 1 Mengeruk, menggeser, dan memindahkan tanah dari dasar alur tanam ke atas guludan. 2 Mengangkat dan menggerakkan pengeruk secara horizontal, mengubah gerakan rotasi menjadi gerakan translasi. 3 Menggerakkan lengan ayun belakang, meneruskan pegerakan lengan ayun depan ke lengan ayun belakang secara rotasi. 4 Menggerakkan (memutar) poros mekanisme, menjaga gerakan roda supaya tetap horizontal, mengubah gerakan translasi menjadi gerakan rotasi. 5 Menggerakkan lengan ayun depan tanpa menggusur tanah, menghasilkan gerakan awal dan gaya angkat. 6 Menghubungkan sistem dengan rangka, sebagai ground lengan ayun, menahan poros mekanisme, menahan standar mekanisme. 7 Menghubungkan roda mekanisme dengan lengan ayun depan. Menahan tahanan gelinding roda. 8 Menahan lengan ayun pada posisi terendah pada saat transportasi. Pengeruk Lengan ayun belakang Poros mekanisme Lengan ayun depan Roda mekanisme Rangka mekanisme Pemegang roda Standar mekanisme C. Disain Struktural 1. Rangka Mekanisme Rangka mekanisme terdiri dari dua pasang yaitu satu pasang bagian depan (kiri-kanan) dan satu pasang bagian belakang. Rangka mekanisme disambungkan dan dilas mati pada rangka ditcher bagian depan karena rangka mekanisme merupakan dudukan keseluruhan sistem mekanisme empat batang penghubung sejajar ganda pada pengeruk tanah. Rangka mekanisme dibuat dari bahan besi siku L ukuran 100 mm x 100 mm dengan ketebalan 8 mm. Posisi penyambungan ke rangka ditcher sejajar dengan poros agar poros dan engsel empat batang penghubung depan dapat begerak bebas. Rangka mekanisme bagian depan berbeda dengan rangka mekanisme bagian belakang. Pada rangka mekanisme bagian depan, bagian atas adalah untuk poros dan bagian bawah untuk engsel lengan

47 ayun depan. Untuk memasangkan poros pada rangka mekanisme, maka dipasangkan pillow block standar FYH-UCP205 pada bagian punggung siku. Sedangkan untuk pemasangan engsel empat batang penghubung, ditambahkan siku yang ukurannya 45 mm x 100 mm panjang 60 mm, dan plat 100 mm x 60 mm pada punggung rangka (Gambar 30). kanan kiri Gambar 29. Rancangan rangka mekanisme depan. Pada rangka mekanisme bagian belakang, bagian atas adalah untuk engsel lengan ayun belakang sedangkan bagian bawah untuk poros mekanisme. Untuk memasangkan poros pada rangka mekanisme, maka dipasangkan flange FYH-UCFS205 pada bagian depan rangka. Sedangkan untuk pemasangan engsel empat batang penghubung, ditambahkan siku yang ukurannya 80 mm x 100 mm panjang 100 mm (Gambar 30). Gambar 30. Rancangan rangka mekanisme belakang. 2. Roda Penggerak Mekanisme Roda mekanisme berukuran diameter luar 324 mm dan tebal 6 mm. Bahan yang digunakan adalah pipa besi yang dipotong sepanjang 170 mm. Diameter 324 mm dipilih untuk mengimbangi lengkungan alur. Jika diameter roda terlalu besar maka roda tidak akan melintasi dasar alur,

48 sedangkan jika terlalu kecil roda akan menggusur tanah guludan. Velg roda dibuat dari bahan besi plat setebal 10 mm (Gambar 31). Roda mekanisme harus dapat menggelinding bebas agar tidak menggusur tanah pada saat roda menaiki guludan. Karena itu dipasang dua bantalan gelinding standar NTN 6005 pada kedua sisi bos. Velg roda dilubangi dengan diameter 70 mm untuk dudukan bos. Bos dibuat dari poros besi bahan S45C diameter 70 mm yang kemudian dibubut untuk dudukan bantalan dan lubang poros roda. Diameter lubang poros roda yaitu 30 mm. Kedua sisi roda ditutup dengan tutup roda. Tutup roda dibuat dari besi behel diameter 6 mm. Satu tutup terdiri dari 8 lingkar besi behel yang dilas dengan diameter yang bebeda sehingga terbentuk seperti plat dengan kemiringan 40 o. Lebar roda seluruhnya 246 mm. Jarak antar roda kiri-kanan pada posisi paling bawah adalah 157 cm. Gambar 31. Rancangan roda penggerak mekanisme. 3. Pemegang Roda Pemegang roda terdiri dari beberapa bagian yaitu poros roda, besi kanal dudukan engsel empat batang penghubung, dan plat besi penguat. Poros roda dibuat dari besi poros bahan S45C sepanjang 275 mm dan diameter 25.4 mm. Ujung poros berada pada jarak 24 cm dari permukaan kanal. Pada ujung poros dibuat ulir M 22 untuk mengencangkan roda. Poros dilas horizontal pada kanal pada ketinggian 4.25 cm dari dasar kanal dengan kemiringan 76 o. Agar poros tidak melenting, maka diperkuat dengan menambahkan tiga besi plat berbentuk segitiga setebal 8 mm.

49 Masing-masing ukurannya mengikuti bentuk posisi kanal dan poros. Penguat ini dipasang secara horizontal dan vertikal (Gambar 32). Gambar 32. Rancangan pemegang roda. Bahan yang digunakan adalah besi kanal UNP ukuran 50 mm x 100 mm dengan ketebalan 5 mm untuk mempermudah pembuatan dudukan engsel batang penghubung. Posisi kanal ini sejajar dengan poros mekanisme agar mekanisme empat batang penghubung dapat bekerja seperti ditunjukkan oleh Gambar 33. Kedua sisi kanal dilubangi dengan diameter 16 mm untuk engsel empat batang penghubung dengan jarak 10 cm. Posisi lubang yang paling bawah berjarak 5 cm dari lubang poros. poros mekanisme 76 o pemegang roda Gambar 33. Posisi pemegang roda terhadap poros mekanisme. 4. Lengan Ayun Depan Lengan ayun depan harus mampu menahan momen yang terjadi akibat berat pengeruk dan tahanan gelinding roda, sehingga dibuat dari bahan besi kanal UNP ukuran 76 mm x 38 mm tebal 5 mm dan panjang total kanal 302 mm. Posisi batang penghubung adalah sejajar dengan rangka depan ditcher pada saat horizontal. Batang atas dan batang bawah harus memiliki panjang yang sama dan memiliki jarak pivot yang sama.

50 Ukuran diagram kinematiknya adalah 27.5 cm x 10 cm. Batang atas disambungkan dengan poros untuk meneruskan gaya angkat dari pemegang roda. Batang bawah diengsel pada rangka mekanisme untuk menyeimbangkan gerakan batang atas sehingga pergerakan vertikal pemegang roda akan selalu pada posisi horizontal (Gambar 34). Gambar 34. Rancangan lengan ayun depan. 5. Poros Mekanisme Dimensi pipa yang digunakan yaitu diameter luar 44.4 mm, tebal 5 mm dan panjang 1225 mm. Untuk pemasangan poros ke pillow block dan flange maka pada ujung poros dilaskan besi poros S45C. Poros yang digunakan adalah poros bertingkat dengan diameter 32 mm dan 25 mm. Poros bertingkat depan (diameter 25 mm) dipasangkan pada pillow block dan poros bertingkat belakang (diameter 25 mm) dipasangkan pada flange bearing. Posisi poros adalah sejajar dengan rangka ditcher yaitu dengan kemiringan 104 o terhadap rangka depan ditcher (Gambar 35). Gambar 35. Rancangan poros mekanisme.

51 6. Lengan Ayun Belakang Lengan ayun belakang harus mampu menahan momen yang terjadi akibat berat pengeruk sehingga dibuat dari bahan besi kanal UNP ukuran 76 mm x 38 mm tebal 5 mm dan panjang total kanal 845 mm. Jarak antar alur adalah 135 cm sedangkan jarak antar rangka mekanisme depan dan belakang adalah 121 cm. Agar pengeruk berada pada jarak 135 cm dari muka gelinding roda maka batang penghubung sepanjang 53.5 cm dipasang miring dan tidak sejajar dengan rangka depan ditcher maupun tegak lurus dengan poros. Ketika pengeruk turun, minimal sisi pengeruk berada pada bibir alur sehingga batang penghubung selanjutnya sepanjang 305 mm dipasang sejajar dengan rangka depan ditcher. Selain itu, hal ini damaksudkan untuk menambah nilai estetika lengan ayun. Gambar 36. Rancangan lengan ayun belakang. Ukuran diagram kinematiknya adalah 63.5 cm x 10 cm. Batang bawah disambungkan dengan poros untuk meneruskan momen poros menjadi gaya angkat pengeruk. Batang atas diengsel pada rangka mekanisme untuk menyeimbangkan gerakan batang bawah sehingga pergerakan vertikal pengeruk akan selalu pada posisi horizontal (Gambar 36). 7. Pengeruk Pengeruk dibentuk menjadi lengkung agar tanah tidak diteruskan ke atas dan melewati pengeruk. Bentuk lengkung ini juga akan memperkuat plat pengeruk. Tinggi pengeruk 400 mm dengan panjang 550 mm. Bagian atas pengeruk setinggi 300 mm dibuat dari bahan plat besi 307 mm x 550 mm setebal 6 mm. Bagian bawah berupa sisir dari plat besi setebal 10 mm

52 sebanyak 10 jari. Bagian atas sisi luar dibentuk miring karena pada bagian tersebut terdapat sedikit tanah yang akan dipindahkan. Jarak antar jari adalah 6 cm (Gambar 37). Gambar 37. Rancangan pengeruk tanah. Ujung jari dibentuk meruncing untuk mengurangi beban penetrasi tanah. Pada bagian belakang pengeruk dipasang dudukan engsel lengan ayun belakang yang berbentuk besi kanal. Dudukan ini dipasangkan pada pengeruk dengan menambahkan plat besi penyesuai, agar dudukan bisa dipasang pada posisi miring sejajar dengan poros mekanisme. Bagian bawah dari dudukan ini lebih kecil daripada bagian atasnya untuk menghindari tabrakan dengan guludan yang telah dilewati pengeruk ketika pengeruk turun (Gambar 38). Posisi dudukan ini adalah 1/3 dari sisi dalam pengeruk. Hal ini dikarenakan terjadinya gaya tanah yang paling besar diperkirakan pada posisi tersebut. dudukan lebih kecil guludan Gambar 38. Posisi pengeruk setelah melewati guludan.

53 8. Standar Lengan Ayun Standar lengan ayun dipasangkan dan dilas pada bagian bawah rangka mekanisme. Standar lengan ayun dibuat dari plat besi setebal 8 mm dan diperkuat dengan plat besi setebal 8 mm. Bentuk dari standar ini berupa siku 55 mm x 70 mm dengan sudut 137 o. Sudut ini sesuai dengan posisi terendah dari roda penggerak seperti ditunjukkan oleh Gambar 39. Gambar 39. Rancangan standar lengan ayun pada rangka mekanisme.

54 V. ANALISIS TEKNIK A. Sistem Mekanisme Empat Batang Penghubung Sejajar Ganda pada Pengeruk Tanah 1. Volume Tanah yang Dipindahkan Persamaan profil guludan diperoleh dengan menggunakan komputer dari data hasil pengukuran. Persamaan profil guludan asal yaitu: y = f(x) = 9.90x10-7 x x10-4 x x10-2 x x10-1 x (7) Volume tanah yang dipindahkan setiap satu siklus guludan dihitung dengan menggunakan integral dengan cara membagi bangun trapesium guludan menjadi beberapa bagian seperti ditunjukkan oleh Gambar 40 dan Gambar 41. Gambar 40. Bangun volume tanah. Bangun ruang ABCD-EFGH (volume dasar guludan, V dg ) dihitung dengan menggunakan persamaan: V dg = luas trapesium ABCD x panjang 1 siklus guludan... (8) J 90cm K b a h = 40cm C D 10cm A B 35cm Gambar 41. Penampang bangun volume tanah.

55 9035 b 27.5 cm... (9) 2 h 40 tg... (10) b x 27.5 a cm... (11) (6.875) V dg x 10 x (12) cm Bangun CDGH-JK (volume tengah guludan, V tg ) dihitung volumenya dengan persamaan: 135 V tg f ( x) x (CD)... (13) x10 x -2.67x10 x x10 x x10 x cm x10 x x10 x x10 x 3 2 x35(2 x6.875) x10 x x x Bangun DHKL (volume samping, V s ) seperti ditunjukkan oleh Gambar 42 dihitung juga dengan menggunakan integral. Gambar 42. Bangun volume tanah samping. y KL... (14) tg A 1 2tg 2 y... (15)

56 di mana A adalah luas segitiga pada Gambar 42, sehingga V s x ( f ( x)) 2tg (16) x10 x x10 x +1.02x10 x x10 x 27.5 x x x x x x x x x 2x x10 x x10 x +1.46x10 x -1.26x10 x x10 x 2.86x10 x 3.13x10 x x10 x cm cm s x x V... (17) 3 V totalv dgv tg2 Vs cm... (18) dan berat totalnya adalah: M total m x1100 kg 3 m 236 kg... (19) Volume total tanah dari ditcher akan ditumpahkan ke kiri dan ke kanan. Tanah tersebut diasumsikan hanya 2/3-nya saja yang berada pada alur, sehingga volume tanah yang harus dipindahkan persiklus guludan adalah: Vtotal 2 Vk x... (20) cm dan beratnya adalah: kg m 3 M k m x (21) 78 kg 2. Kinematika Sistem Mekanisme Empat Batang Penghubung Sejajar Ganda pada Pengeruk Tanah Poros mekanisme direncanakan 20 cm di atas puncak guludan, sehingga tinggi titik putar mekanisme (pivot) 50 cm di atas dasar alur. Pada perhitungan profil guludan, dasar alur merupakan batas bawah sistem mekanisme empat batang penghubung sejajar. Gambar 43 menunjukkan diagram kinematik sistem.

57 Gambar 43. Diagram kinematik sistem mekanisme empat batang penghubung sejajar ganda pada pengeruk tanah. Keterangan: z d,y d : koordinat awal ujung lengan ayun depan z d,y d : koordinat akhir ujung lengan ayun depan z b,y b : koordinat awal ujung lengan ayun belakang z b,y b : koordinat akhir ujung lengan ayun belakang θ d θ d : sudut awal lengan ayun depan terhadap sumbu z : sudut akhir lengan ayun depan terhadap sumbu z θ b : sudut awal lengan ayun belakang terhadap sumbu z θ b : sudut akhir lengan ayun belakang terhadap sumbu z Δθ : perubahan sudut akibat h d Profil guludan yang akan dibentuk oleh lengan ayun belakang ditentukan dengan perhitungan berikut. z d 2 d 2 d S y... (22) y ' y h... (23) z d d d 2 2 d ' S d ' y d '... (24) 1 yd dtg 1 d tg... (25) z d

58 1 1 yd ' d ' tg d ' tg... (26) z d ' 1 yb btg 1 b tg... (27) z b d d '... (28) b ' b... (29) y z ' sin... (30) b S b b 2 2 b ' Sb ' y b '... (31) Jarak lengan ayun depan terhadap poros (S d ) direncanakan 27.5 cm sedangkan jarak lengan belakang terhadap poros (S b ) 63.5 cm. Diameter roda direncanakan 16.2 cm, jarak poros roda ke pin lengan ayun depan 15 cm, serta posisi pin lengan ayun belakang 20 cm di atas dasar pengeruk. Beberapa ketinggian (h d ) dimasukan dalam perhitungan, sehingga diperoleh profil guludan baru seperti ditunjukkan oleh Gambar 44 (tabel data perhitungan pada Lampiran Tinggi guludan (cm) Lebar guludan (cm) profil guludan awal profil guludan akhir Gambar 44. Kurva profil guludan awal dan guludan akhir. Penambahan tinggi lengan belakang pada sistem mekanisme empat batang penghubung sejajar disajikan pada Tabel 6 dan Gambar 45.

59 Tabel 6. Penambahan ketinggian pada lengan ayun belakang (h b ) akibat penambahan tinggi lengan ayun depan (h d ) No lengan ayun depan lengan ayun belakang hd z Y z' y' hb Ketinggian (cm) Posisi ujung lengan ayun (cm) lengan ayun depan lengan ayun belakang Gambar 45. Gerakan lengan ayun depan dan belakang. Jika lengan ayun depan dianggap garis, maka penambahan tinggi maksimum pada lengan ayun depan dihitung dari titik awal adalah = 46.3 cm. Pada saat tersebut ketinggian lengan ayun belakang adalah = cm. Ketinggian maksimum yang dapat dicapai oleh lengan ayun belakang adalah = 93.5 cm dari titik awal. Lengan ayun belakang akan mengalami pergeseran posisi ke arah samping luar sejauh 7.4 cm pada ketinggian cm. Lengan ayun depan akan

60 mengalami pergeseran posisi kearah samping luar sejauh 7.5 cm pada ketinggian 20 cm. Lengan ayun depan memiliki ruang kosong pergeserannya sebesar: b b w r w l d... (32) cm 2 di mana b : lebar roda traktor b r : lebar roda penggerak w : tread width rear traktor w d : jarak antar roda penggerak pada posisi awal 7.5 cm < 12.7 cm, sehingga roda penggerak akan selalu berada pada jejak roda traktor. Persamaan guludan baru sebagai bentuk dari lintasan pengeruk yang diperoleh dari perhitungan 2 yaitu: y' = f(x) = 1.21x10-6 x x10-4 x x10-2 x x (78) Daerah di bawah kurva ini dan di atas kurva guludan awal (daerah yang diarsir pada Gambar 44) adalah dugaan tanah yang telah dipindahkan. Untuk menghitung volumenya, maka volume kurva guludan baru, V gb harus diketahui. Penentuan volume ini tergantung dari lebar pengeruk yang dimasukkan, L. Perhitungannya adalah sebagai berikut: 135 V gb f ( x)' x ( L)... (33) x10 x x10 x +1.28x x10 x 5294L cm x x x 4.20x10 x 2 x x L x10 x x x L

61 Sedangkan volume guludan awal, V ga adalah: V ga 135 f ( x) x L... (34) x L x10 x 5 cm 3 x x x x 1.54x10 x x 5.14x10 x x x10 x x x-1.02 x L x L Nilai L min dicari dengan memasukan volume tanah total yang berada pada guludan. L V kt min... (35) VgbV ga L optimal cm adalah lebar minimum pengeruk dengan mempertimbangkan pergeseran posisi pengeruk ke arah samping luar. L optimal = = cm... (36) Lebar pengeruk direncanakan 55 cm untuk menghindari kendala di lahan misalnya bongkahan tanah atau sampah tebu. B. Konstruksi Pengeruk Tanah 1. Beban Pada Pengeruk F th F t F tv pengeruk V t W n ά W ά x g = 30 cm y g = 19 cm Gambar 46. Beban pada pengeruk.

62 Beban yang diterima oleh pengeruk terjadi akibat gaya gesekan tanah. Pengeruk bergerak naik dan menggeser tanah mendekati profil guludan awal sampai mencapai titik belok kurva guludan awal, setelah itu pengeruk cenderung hanya menjatuhkan tanah saja tidak menggesernya. Sehingga beban paling berat yang diterima pengeruk diasumsikan pada saat pengeruk menggeser tanah saja (Gambar 46). Dari kurva pada Gambar 14, diperoleh titk beloknya yaitu (30,19). Pengeruk hanya bekerja memindahkan tanah yang telah dipotong oleh ditcher. Dengan demikian gaya yang bekerja pada pengeruk didekati dengan persamaan Coulomb and Micklethwaile (Alcock, 1996): F c x AW x tg... (37) t di mana: F t n : gaya tanah terhadap pengeruk (N) c : kohesi tanah = 6.9 kpa (tanah terolah, McKyes,1985, Lampiran 16) A : luas penampang tanah (m 2 ) W n : gaya berat normal tanah (N) Ø : sudut gesekan dalam tanah = 20 o (tanah terolah, McKyes, 1985, lampiran 16) Luas penampang tanah dihitung dengan: A l x p... (38) di mana: l : lebar bidang kontak pengeruk dengan tanah = 44 cm = 0.44 m (hasil perhitungan L optimal pada persamaan 36) p : panjang bidang kontak pengeruk-tanah (m) 2 2 p x g y g... (39) cm0.35 m sehingga A0.44 x m 2 2

63 Gaya berat normal tanah, W n dihitung dengan: m x gcos Wn W cos... (40) 78 x 9.81x N di mana m adalah massa tanah (78 kg, hasil perhitungan volume tanah yang dipindahkan pada persamaan 21) Sehingga beban total pengeruk adalah: F p F t 6900 x x tg N Beban horizontal pengeruk adalah: F ph o F Ft x cos... (41) th x N Beban vertikal pengeruk adalah: F pv F Ft x sin... (42) tv x N L p = 55 cm b p = 30 cm b j = 1 cm h j = 2 cm L j = 10 cm Gambar 47. Dimensi pengeruk. Plat pengeruk memiliki dimensi 3/4 dari dimensi seluruhnya sehingga: Gaya horizontal pada plat pengeruk, F pph adalah: F bagian plat x... (43) pph F ph 0.3 x N

64 Plat pengeruk ditahan pada 1/3 lebarnya sehingga momen yang terjadi pada ujung bidang kontak pengeruk-tanah terjauh, M pp adalah: M pp F pph 1 x L optimum x L p... (44) x0.44 x Nm Tegangan lentur yang terjadi pada plat pengeruk,σ p adalah: x c M pp p... (45) I hp M pp x 2 3 b h p x x p MPa Tegangan lentur yang diijinkan,σ i ditentukan dengan: σ y : kekuatan tarik baja (MPa) σ y = 58 kg/mm2, bahan S45C (Sularso,1997, Lampiran 18) = 58 x 9.81 x (46) = MPa σ i = (σ y / s)... (47) σ i = / 4 = MPa di mana: c : jarak terluar ke sumbu netral = h/2 (m) h p : tebal plat pengeruk (m) b p : lebar plat pengeruk (m) s : faktor keamanan = 4 (plat pengeruk dikenai beban dinamis) σ p <σ i, plat dengan tebal 6 mm aman untuk digunakan.

65 Jari pengeruk memiliki dimensi 1/4 (Gambar 47) dari dimensi seluruhnya sehingga: Gaya horizontal jari pengeruk, F jph adalah: F jph bagian jari x Fph... (48) jumlah jari 0.1 x N Momen lentur jari pengeruk, M jp adalah: M jp F x L... (49) jph x Nm j Tegangan lentur yang terjadi pada jari pengeruk,σ j adalah: x c M jp j... (50) I h j M jp x 2 3 b h j j x x MPa Tegangan lentur yang diijinkan,σ i ditentukan dengan: σ y : kekuatan tarik baja (MPa) σ y = 58 kg/mm2, bahan S45C (Sularso,1997, pada Lampiran 18) = 58 x 9.81 x (51) = MPa σ i = (σ y / s)... (52) σ i = / 4 = MPa

66 di mana: c : jarak terluar ke sumbu netral = h/2 (m) h j : tebal jari pengeruk (m) b j : lebar jari pengeruk (m) s : faktor keamanan = 4 (jari pengeruk dikenai beban dinamis) σ j <σ i, jari pengeruk dari besi plat tebal 10 mm aman untuk digunakan. 2. Lengan Ayun Belakang Direncanakan menggunakan kanal UNP LC07630 (t = 3 mm), dengan dimensi seperti ditunjukkan oleh Gambar 48. h = m b = 0.038m b i = m Gambar 48. Dimensi kanal UNP yang digunakan. Momen horizontal yang bekerja pada lengan ayun belakang adalah: M hb = F ph x l b = x = Nm... (53) Tegangan lentur pada lengan akibat gaya horizontal,σ h adalah: x c M hb h... (54) I x x 10 h i = m MPa di mana: I : momen inersia kanal = 5.79 x 10-7 m 4 (Lampiran 19) c : jarak terluar ke sumbu netral = h/2 (m) h : lebar penampang kanal UNP (m) Momen vertikal yang bekerja pada lengan ayun belakang adalah: W lab F W x l x l x M vb pv p b b 2... (55) 2

67 di mana: W p : berat pengeruk (N) W p = V p x ρ... (56) = 1.71 x 10-3 m 3 x 7830 kg/m 3 (volume berdasarkan gambar teknik, massa jenis baja pada Lampiran 17) = kg x 9.81 m/s 2 = N l b : jarak tegak lurus pengeruk terhadap poros (m) W lab : berat lengan ayun belakang (N) W lab = V lab x ρ... (57) = 3.01 x 10-4 m 3 x 7830 kg/m 3 (volume berdasarkan gambar teknik) = 2.36 kg x 9.81 m/s 2 = N sehingga M vb x x x Nm Tegangan lentur pada lengan akibat gaya vertikal,σ v adalah: x c M vb v... (58) I x x MPa di mana: I : momen inersia kanal = 3.64 x 10-7 m 4 (Lampiran 19) c : jarak terluar ke sumbu netral = m (Lampiran 19) Tegangan lentur yang diijinkan,σ i ditentukan dengan: σ y : kekuatan tarik bahan baja σ y = 58 kg/mm2, bahan S45C (Sularso, 1997, pada Lampiran 18) = 58 x 9.81 x 10 6 = MPa... (59) σ i = (σ y / s)... (60) σ i = / 4 = MPa di mana: s : faktor keamanan = 4 (kanal dikenai beban dinamis) Karenaσ h danσ v <σ i, konstruksi aman untuk digunakan, maka digunakan kanal UNP LC07630.

68 3. Beban Pada Roda Penggerak Beban pada roda terjadi akibat momen dari lengan ayun belakang, tahanan gelinding dan kemiringan profil guludan. ` W n F r F rr ά F rh Gambar 49. Beban pada roda penggerak. Beban yang terjadi pada roda didekati dengan persamaan: F r F W sin... (61) rr di mana: F r rt : gaya yang terjadi pada roda (N) F rr : tahanan gelinding roda (N) W rt : berat total roda (N) α : sudut kemiringan maksimum guludan = o (dari Gambar 14) Berat total roda adalah gaya vertikal total pada roda akibat berat roda, berat pemegang roda, momen lengan ayun depan, momen yang bekerja pada pengeruk. W rt = W r + W pr + F lad + F b... (62) di mana: W rt W r : berat roda total (N) : berat roda (N) W r = V r x ρ... (63) = 2.29 x 10-3 m 3 x 7830 kg/m 3 (volume berdasarkan gambar teknik) = kg x 9.81 m/s 2 = N W pr : berat pemegang roda (N) W pr = V pr x ρ... (64) = 3.54 x 10-4 m 3 x 7830 kg/m 3 (volume berdasarkan gambar teknik) = 2.77 kg x 9.81 m/s 2 = N

69 W lad = V pr x ρ... (65) F lad = 1.1 x 10-4 m 3 x 7830 kg/m 3 (volume berdasarkan gambar teknik) = 0.86 kg x 9.81 m/s 2 = 8.45 N : gaya pada pemegang roda akibat berat lengan ayun depan (N) berat lengan ayun depan F lad x N... (66) 2 M vb Fb... (67) ld N sehingga W rt = = N Tahanan gelinding, F rr dihitung dengan persamaan: F rr 2 W rt (Alcock, 1986)... (68) 5.7 x c x b x d di mana: c : kohesi tanah = 6.9 kpa (tanah terolah, McKyes, 1985, Lampiran 16) b d sehingga F rr dan F r : lebar roda (m) : diameter roda (m) x 6900 x 0.17 x N x N sin o Beban horizontal roda ditentukan dengan: Fr Fh... (69) cos

70 cos o N F v = F b... (70) = N 4. Lengan Ayun Depan Lengan ayun depan direncanakan menggunakan kanal UNP LC07630 (t = 3 mm) sehingga, Momen horizontal pada lengan ayun depan, M hd yang terjadi: M hd = F rr x l d... (71) x Nm Tegangan lentur pada lengan akibat gaya horizontal,σ h adalah: x c M hd h... (72) I x x MPa di mana: l d : jarak tegak lurus pemegang terhadap poros (m) c : jarak terluar ke sumbu netral = h/2 (m) I : momen inersia kanal = 5.79 x 10-7 m 4 (Lampiran 19) σ y : tegangan luluh bahan σ y = 58 kg/mm2, bahan S45C (Sularso,1997, pada Lampiran 18) = 58 x 9.81 x 10 6 = MPa... (73) faktor keamanan yang digunakan = 4 (kanal dikenai beban dinamis) σ i = / 4 = MPa... (74) Momen vertikal pada lengan ayun depan, M vd yang terjadi: M vd = M vb = Nm... (75) Tegangan lentur pada lengan akibat gaya vertikal,σ v adalah: x c M vd v... (76) I

71 x x MPa di mana: c : jarak terluar ke sumbu netral = (Lampiran 19) I : momen inersia kanal = 3.64 x 10-7 m 4 (Lampiran 19) σ y : tegangan luluh bahan σ y = 58 kg/mm2, bahan S45C (Sularso,1997, pada Lampiran 18) = 58 x 9.81 x 10 6 = MPa... (77) faktor keamanan yang digunakan = 4 (kanal dikenai beban dinamis) σ i = / 4 = MPa... (78) Karena σ h dan σ v < σ i, konstruksi aman, maka digunakan kanal UNP LC Poros Mekanisme Poros mekanisme direncanakan dengan menggunakan pipa dengan diameter luar, d o = 44.4 mm dan diameter dalam, d i = 34.4 mm. Torsi yang bekerja pada poros ketika pengeruk terangkat adalah akibat dari berat pengeruk, berat lengan dan gaya vertikal tanah pada pengeruk, sehingga, T M vb... (79) = Nm Tegangan lentur puntiran yang terjadi dihitung dengan: s max di mana: T x s... (80) J s max : tegangan lentur puntiran maksimal (N/m 2 ) ρ s : jarak tegangan lentur puntir dari sumbu poros = d o /2 J : momen inersia poros (m 4 ) yang dihitung dengan: J 4 4 x d o d i... (81) x x m

72 sehingga s max x x MPa σi : tegangan lentur izin (MPa) σ y : tegangan luluh bahan (MPa) σ y = 58 kg/mm2, bahan S45C (Sularso,1997, pada Lampiran 18) = 58 x 9.81 x (82) = MPa σ i = (σ y / s)... (83) s : faktor keamanan = 4 (pipa dikenai beban dinamis) s = / 3 = Karena s max <σ i, konstruksi aman, maka digunakan pipa diameter luar 44.4 mm. Perlu di periksa kekuatan sambungan las pada pipa (Gambar 50). leg kanal throat 142 o leg 45 o F s pipa Gambar 50. Skema beban kerja sambungan las pada poros. Kekuatan sambungan las dalam buku Nash (1957) ditentukan dengan: P n A... (84) di mana: P : kekuatan beban tarik pada sambungan las (kgf) σ: tegangan geser yang diijinkan (kgf/mm 2 ) n : jumlah sambungan = 2 A : luas sambungan las (mm 2 ) l w : panjang las (mm) l l : leg (mm) t h : throat (mm) F s : Gaya yang bekerja pada sambungan las l l t... (85) w l h

73 American Welding Society menentukan tegangan geser yang diijinkan untuk fusion welding sebesar 7.95 kg/mm 2. Perencanaan sambungan lasnya adalah: o 142 l w x x mm... (86) o 360 leg = 5 mm t h = 5 x sin 45 o = 3.54 mm... (87) sehingga A = 55 x 5 x 3.54 = mm 2 dan P = 7.95 x 2 x = Kgf = N Untuk lengan ayun belakang F s = F sb (Gaya akibat momen vertikal lengan ayun belakang), sehingga: M vb F s N... (88) d o Untuk lengan ayun depan F s = F sd (Gaya akibat momen vertikal lengan ayun belakang), sehingga: M vd F sb N... (89) d o P > F sb dan F sd, sambungan las yang direncanakan memenuhi syarat keamanan.

74 IV. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Pembuatan Prototipe Ditcher Drainase Lengan Ayun (DILA) Pembuatan prototipe ditcher lengan ayun diawali dengan pembuatan gambar teknik dengan menggunakan bantuan komputer (CAD). Pembuatan gambar kerja ini berguna untuk melihat secara simulasi prototipe yang akan dibuat. Dengan adanya gambar kerja dapat dilihat hal-hal yang tidak sesuai dengan perancangan dan model simulasi dapat dimodifikasi dengan cepat. Gambar kerja yang sudah pasti menjadi pedoman pada saat pembuatan prototipe alat. Sebelum membuat prototipe secara langsung, terlebih dahulu dibuat model dengan skala 1 : 2 (Gambar 51). Gambar 51. Model ditcher lengan ayun. Model dibuat untuk mendapatkan gambaran nyata ditcher lengan ayun. Pembuatan model berguna untuk mensimulasikan kesulitan-kesulitan pada pembuatan langsung prototipe alat. Model dibuat dari bahan kayu, seng, pipa PVC, paku, dan lem. Pembuatan model dilanjutkan dengan pembuatan prototipe. Rangka utama adalah bagian yang pertama kali dibuat. Rangka ditcher dibuat dari bahan siku 100 mm x 100 mm dengan ketebalan 8 mm yang dipertemukan kedua sisinya kemudian dilas sehingga menjadi bentuk besi hollow. Las yang digunakan adalah las listrik dengan diameter elektroda 3.2 mm. Bahan untuk pembuatan prototipe ditunjukkan oleh Gambar 52.

75 Gambar 52. Bahan-bahan pembuatan ditcher drainase lengan ayun. B. Pembuatan Prototipe Pengeruk Tanah pada DILA 1. Rangka Mekanisme Bahan rangka mekanisme dipilih besi siku dengan maksud kuat menahan momen pada sambungan yang terjadi akibat tahanan gelinding roda, gesekan tanah pada pengeruk, serta mudahnya bahan didapat di pasaran. Untuk menyesuaikan panjang bos engsel lengan ayun, maka pada rangka penguat ditambahkan bebrapa plat tambahan (Gambar 53). Gambar 53. Rangka mekanisme. Rangka mekanisme depan dilubangi dengan diameter 12 mm pada sisinya untuk memasangkan pillow block. Rangka mekanisme bagian belakang dilubangi dengan diameter 12 mm untuk memasangkan flange. Alat yang digunakan adalah bor duduk. Rangka mekanisme dipasang dan dilas pada rangka utama seperti tampak pada Gambar 54.

76 (a) (b) Gambar 54. Penyambungan rangka mekanisme pada rangka utama (a). depan (b). belakang. 2. Poros Mekanisme Poros mekanisme dipotong sesuai dengan ukuran yang telah direncanakan dengan menggunakan gerinda potong. Pembuatan poros mekanisme tidak terlalu sulit. Poros bertingkat yang digunakan berdiameter 32 mm sepanjang 100 mm, kemudian dibubut dengan diameter 25 mm sepanjang 50 m. Pemasangan poros ke poros sedalam 45 mm dengan maksud 5 mm untuk pengelasan (Gambar 55). Gambar 55. Poros mekanisme. 3. Lengan Ayun Depan Lengan ayun dibuat dari besi kanal UNP. Lengan ayun dipotong sesuai ukuran yang telah direncanakan seperti tampak pada Gambar 56. Gambar 56. Potongan lengan ayun depan.

77 Masing-masing lengan ayun dipasangkan dengan bos untuk engsel mekanisme. Bos yang digunakan adalah poros berlubang dengan diameter luar 33 mm dengan ketebalan 9 mm. Agar dapat dipasang dengan baut M- 16 maka bos dibubut. Bos dalam pada lengan ayun depan bawah dibubut lagi agar dapat dipasang baut berdiameter 18 mm. Masing-masing bos yang digunakan dilubangi dengan bor duduk untuk lubang pelumas. Penyambungan pertama pada poros mekanisme adalah lengan ayun depan. Hal yang sangat diperhatikan pada saat penyambungan adalah posisi bos untuk engsel sejajar dengan kemiringan poros (Gambar 57). Gambar 57. Pemasangan lengan ayun depan pada poros mekanisme. Lengan ayun depan bawah dipasangkan dengan bos pada posisi yang sama dengan posisi lengan ayun atas (Gambar 58). Gambar 58. Pemasangan engsel pada lengan ayun depan. 4. Pengeruk Plat besi untuk pengeruk dilengkungkan terlebih dahulu dengan jari-jari 448 mm dengan cara dipanaskan kemudian dipukul dari bagian depan di atas landasan yang bertingkat. Jari pengeruk dibuat dari plat besi setebal 1 cm yang dibentuk dengan menggunakan las potong. Pembuatan

78 jari pengeruk ini dilakukan langsung dipasaran untuk mempermudah pekerjaan. Bagian belakang dipasang penguat dari siku 30 mm x 30 mm seperti tampak pada Gambar 59.a. Dudukan belakang dibuat dari besi siku 7 cm x 7 cm setebal 5 mm. Sisi-sisinya dipotong sehingga terbentuk besi kanal UNP selebar 10 cm. Dudukan ini dilubangi dengan diameter 16 mm untuk engsel lengan ayun belakang (Gambar 59.b). Pada dasarnya dudukan ini bersifat sebagai salah satu dari sistem empat batang penghubung belakang. (a) Gambar 59. (a) pengeruk dengan jari dan siku penguat, dan (b) pengeruk dengan jari, siku penguat dan dudukan belakang. 5. Lengan Ayun Belakang Lengan ayun belakang terdiri dari dua bagian potongan, hal ini dimaksudkan agar prototipe alat tidak berukuran terlalu besar dan memiliki nilai estetika yang baik. Bagian potongan pertama posisinya miring terhadap arah maju alat, sedangkan posisi bagian potongan ke dua sejajar dengan rangka utama depan. Sambungan kedua bagian potongan diperkuat dengan menambahkan besi behel berdiameter 10 mm. Bagian potongan kedua dipotong sehingga bentuknya menjadi lebih ramping kemudian diperkuat dengan siku 30 mm x 30 mm. Pemasangan lengan ayun belakang tergantung pada posisi lengan ayun depan yang telah dilas ke poros. Pemasangannya berdasarkan perbedaan sudut posisi lengan ayun depan dan belakang (Gambar 60). (b)

79 Gambar 60. Lengan ayun belakang. 6. Roda Mekanisme Pemotongan pipa dilakukan di pasaran kemudian dihaluskan dengan mesin bubut sehingga memiliki lebar 170 mm. Pembuatan tutup roda selebar 40 mm dengan cara melengkungkan besi behel dengan diameter yang berbeda-beda kemudian dilas dan dihaluskan dengan gerinda tangan. Velg roda dipotong dipasaran kemudian dibubut sehingga memiliki diameter 312 mm. Velg dilubangi untuk dudukan bos dengan cara dibubut (Gambar 61). Gambar 61. Roda penggerak mekanisme. 7. Pemegang Roda Besi kanal dilubangi dengan las potong untuk menyambungkan poros roda. Sedangkan untuk engsel lengan ayun depan dibor dengan bor tangan. Penyambungan poros roda ke besi kanal pada posisi poros bersudut 76 o. Kemudian diperkuat dengan menambahkan plat besi pada sisi depan, belakang dan atas poros. Ujung poros dibubut kemudian dibentuk ulir sepanjang 30 mm (Gambar 62).

80 Gambar 62. Pemegang roda. 8. Standar Mekanisme Standar mekanisme dibuat dari besi siku yang kemudian dipanaskan dan diubah sudutnya dengan cara diragum salah satu sisinya kemudian dipukul sisi yang lainnya. Standar dilas dengan kuat pada rangka mekanisme karena menahan momen yang besar dari lengan ayun depan. Untuk memperkuatnya lagi, ditambahkan siku penguat dari besi plat. Pembuatan standar mekanisme tidak terlalu sulit (Gambar 63). Gambar 63. Standar mekanisme pada rangka mekanisme. C. Uji Fungsional Pengeruk Tanah pada DILA Perubahan posisi roda akan mengubah posisi pengeruk. Perubahan posisi pengeruk ini bersifat dipertinggi. Uji fungsional dilakukan untuk tiga kondisi yang berbeda. Uji fungsional pertama dilakukan dengan kondisi lengan ayun tidak dimodifikasi. Uji fungsional kedua dan ketiga dilakukan dengan lengan ayun yang telah dimodifikasi.

81 Pengujian dilakukan dengan cara mengangkat lengan ayun depan setiap 5 cm dari kondisi awal. Kemudian ketinggian pengeruk dan perubahan posisi (pergeseran) roda dan pengeruk diukur dengan mistar. Lengan ayun depan diangkat pada poros roda dengan menggunakan katrol rantai, yang disambungkan dengan load cell. Load cell digunakan untuk mengukur besarnya beban yang terjadi. (Gambar 64 dan Gambar 65). Hasil pengukuran selengkapnya disajikan pada Lampiran 9. load cell (a) z Δh d = 5 cm Gambar 64. Skema pengukuran perubahan ketinggian dan perubahan posisi, (a) depan, (b) belakang. (b) z' Δh b Gambar 65. Pengujian lengan ayun menggunakan load cell dan meteran. Load cell dikalibrasi terlebih dahulu untuk mendapatkan data pengukuran yang mendekati nilai sebenarnya. Data kalibrasi load cell disajikan pada Tabel 7 dan ditunjukkan oleh Gambar 66.

82 Tabel 6. Data pengukuran kalibrasi load cell beban (kg) berat (με) penambahan total U1 U2 U3 R y =1.9627x R 2 = beban (kg) kurva pengukuran Linear (kurva pengukuran) pembacaan load cell (με) Gambar 66. Kurva kalibrasi load cell. Titik acuan pengukuran ketinggian lengan ayun dan pengeruk adalah lantai yang datar. Lantai ini diukur jaraknya dari ujung pisau ditcher. Untuk penyajian data, maka titik acuannya adalah dasar alur. 1. Uji Fungsional dengan Pemegang Lama dan Roda Kecil Pengujian tidak dapat dilakukan dengan mengangkat lengan ayun depan tegak lurus alat. Karena itu perlu data tambahan yaitu kemiringan arah pengangkatan. Dari Gambar 67 tampak bahwa pengeruk tanah kanan bekerja dengan cukup baik. Naiknya lengan ayun depan 25 cm, mengakibatkan naiknya lengan ayun belakang 54.1 cm. Pergeseran maksimal roda penggerak 7.5 cm < 12.7 cm. Pergeseran maksimal pengeruk kearah samping luar 10 cm > 7.4 cm. Beban yang terjadi pada lengan ayun depan tidak terlalu bervariasi namun beban maksimum terjadi pada saat posisi roda dan pengeruk di atas. Beban maksimal pada ujung pemegang adalah kg (Gambar 68).

83 40 ketinggian (cm) gerakan lengan ayun depan teoritis gerakan lengan ayun belakang teoritis lengan ayun kanan depan lengan ayun kanan belakang lengan ayun kiri depan lengan ayun kiri belakang -40 posisi ujung lengan ayun (cm) Gambar 67. Grafik gerakan lengan ayun depan dan belakang untuk uji pemegang lama dan roda kecil. posisi ujung lengan ayun depan (cm) beban (kgf) beban angkat roda kanan beban angkat roda kiri Gambar 68. Grafik beban pada roda depan untuk uji pemegang lama dan roda kecil. Pengeruk tanah kiri juga bekerja dengan cukup baik. Ketika lengan ayun depan naik 25 cm, lengan ayun belakang naik 59.9 cm. Posisi roda penggerak lebih rendah 2.2 cm dari yang direncanakan. Pergeseran roda penggerak 7.3 cm < 12.7 cm. Pergeseran maksimal pengeruk kearah samping luar 12 cm > 7.4 cm. Pada posisi ini, tanah yang dipindahkan selebar 4.6 cm akan tumpah ke samping dalam. Beban yang terjadi pada lengan ayun depan tidak terlalu bervariasi namun beban maksimum terjadi pada saat posisi roda dan pengeruk di atas. Beban maksimum terjadi pada saat lengan ayun belakang bergeser maksimal. Beban pada ujung pemegang cukup bervariasi tergantung pada pergeseran lengan ayun. Gaya maksimal yang terjadi adalah kg.

84 2. Uji Fungsional dengan Pemegang Baru dan Roda Kecil Pemegang baru memiliki 3 lubang untuk 3 posisi roda. Yaitu posisi standar, roda turun 5 cm, dan roda turun 10 cm Pengeruk tanah dengan posisi roda standar (sesuai rancangan awal) Lengan ayun kanan belakang naik 59.5 cm pada saat lengan ayun depannya dinaikkan 25 cm dari posisi awal seperti ditunjukkan pada Gambar 68. Posisi roda penggerak kanan lebih tinggi 2.3 cm dari yang direncanakan. Pergeseran roda penggerak kanan 9 cm. Pergeseran maksimal pengeruk kanan kearah samping luar juga melebihi toleransi (12 cm > 7.4 cm). Dengan penggunaan pemegang roda yang baru pada posisi standar, gaya maksimal yang diperlukan untuk mengangkat pengeruk sebesar kg (Gambar 69 dan Gambar 70). 40 ketinggian (cm) posisi ujung lengan ayun (cm) gerakan lengan ayun depan teoritis gerakan lengan ayun belakang teoritis lengan ayun kanan depan lengan ayun kanan belakang lengan ayun kiri depan lengan ayun kiri belakang Gambar 69. Grafik gerakan lengan ayun depan untuk uji pemegang baru dan roda kecil posisi standar. posisi ujung lengan ayun depan (cm) beban angkat roda kanan beban (kgf) beban angkat roda kiri Gambar 70. Grfaik beban pada roda depan untuk uji pemegang baru dan roda kecil posisi standar.

85 Lengan ayun kiri belakang hanya naik sampai 52.9 cm pada saat lengan ayun depannya dinaikkan 25 cm. Posisi roda penggerak kiri lebih tinggi 2.8 cm dari yang direncanakan. Pergeseran roda penggerak kiri 8.7 cm. Dan pergeseran pengeruk kiri mencapai 14.9 cm, melebihi toleransi. Berat pada roda penggerak adalah kg Pengeruk tanah dengan posisi roda turun 5 cm 40 ketinggian (cm) posisi ujung lengan ayun (cm) gerakan lengan ayun depan teoritis gerakan lengan ayun belakang teoritis lengan ayun kanan depan lengan ayun kanan belakang lengan ayun kiri depan lengan ayun kiri belakang Gambar 71. Grafik gerakan lengan ayun depan dan belakang untuk uji pemegang baru dan roda kecil posisi turun 5 cm. posisi ujung lengan ayun depan (cm) beban angkat roda kanan beban (kgf) beban angkat roda kiri Gambar 72. Grafik beban pada roda depan untuk uji pemegang baru dan roda kecil posisi turun 5 cm. Hasil pengujian seperti ditunjukkan oleh Gambar 71 dan Gambar 72. Pada pengeruk tanah kanan, lengan ayun belakang naik sampai 55.5 cm pada saat lengan ayun depan naik 25 cm. Pergeseran roda penggerak 7.2 cm. Pergeseran maksimal pengeruk kearah samping luar melebihi toleransi. Berat maksimal terukur adalah kg.

86 Hasil pengujian pengeruk tanah kiri menunjukkan hasil yang tidak jauh berbeda. Lengan ayun belakang naik sampai 54.5 cm. Posisi roda penggerak lebih rendah 5.2 cm dari yang direncanakan Pengeruk tanah dengan posisi roda turun 10 cm Gambar 73 dan Gambar 74 menunjukkan pada pengeruk tanah kanan, lengan ayun belakang naik sampai 58.2 cm pada saat lengan ayun depan dinaikkan 25 cm.. Posisi roda penggerak lebih rendah 7.7 cm dari yang direncanakan. Pergeseran roda penggerak mencapai 10 cm. Dan pergeseran pengeruk mencapai 9 cm. Berat maksimalnya adalah kg. 40 ketinggian (cm) gerakan lengan ayun depan teoritis gerakan lengan ayun belakang teoritis lengan ayun kanan depan lengan ayun kanan belakang lengan ayun kiri depan lengan ayun kiri belakang -40 posisi ujung lengan ayun (cm) Gambar 73. Grafik gerakan lengan ayun depan dan belakang untuk uji pemegang baru dan roda kecil posisi turun 10 cm. posisi ujung lengan ayun depan (cm) beban (kgf) beban angkat roda kanan beban angkat roda kiri Gambar 74. Grafik beban pada roda depan untuk uji pemegang baru dan roda kecil posisi turun 10 cm.

87 Hasil pengujian pengeruk tanah kiri menunjukkan hasil yang tidak jauh berbeda. Naiknya lengan ayun depan sejauh 25 cm mengakibatkan lengan ayun belakang naik sampai 60.5 cm. Posisi roda penggerak lebih rendah 11.4 cm dari yang direncanakan. Pergeseran roda penggerak mencapai 7.8 cm. Dan pergeseran pengeruk mencapai 13.3 cm. Berat maksimalnya adalah kg. 3. Uji Fungsional dengan Pemegang Baru dan Roda Besar 3.1. Pengeruk tanah dengan posisi roda standar Hasil pengujian ditunjukkan oleh Gambar 75 dan Gambar 76. Lengan ayun belakang naik 59.5 cm. Posisi roda penggerak lebih rendah 2.5 cm dari yang direncanakan. Pergeseran maksimal pengeruk kearah samping luar sejauh 9.5 cm. Berat maksimalnya adalah kg. ketinggian (cm) posisi ujung lengan ayun (cm) gerakan lengan ayun depan teoritis gerakan lengan ayun belakang teoritis lengan ayun kanan depan lengan ayun kanan belakang lengan ayun kiri depan lengan ayun kiri Gambar 75. Grafik gerakan lengan ayun depan dan belakang untuk uji pemegang baru dan roda besar posisi standar. posisi ujung lengan ayun depan (cm) beban (kgf) beban angkat roda kanan beban angkat roda kiri Gambar 76. Grafik beban pada roda depan untuk uji pemegang baru dan roda besar posisi standar.

88 Pada saat lengan ayun kiri depan naik 25 cm, lengan ayun belakang naik 52.9 cm. Posisi roda penggerak lebih rendah 2 cm dari yang direncanakan. Pergeseran roda penggerak sampai 8.7 cm. Pergeseran maksimal pengeruk kearah samping luar mencapai 14.9 cm, dan berat maksimalnya adalah kg. Pada saat lengan ayun kiri depan naik 25 cm, lengan ayun belakang naik 52.9 cm. Posisi roda penggerak lebih rendah 2 cm dari yang direncanakan. Pergeseran roda penggerak sampai 8.7 cm. Pergeseran maksimal pengeruk kearah samping luar mencapai 14.9 cm, dan berat maksimalnya adalah kg Pengeruk tanah dengan posisi roda diturunkan 5 cm Hasil pengujian yang diperoleh untuk bagian kanan yaitu lengan ayun belakang naik sampai 55.5 cm untuk kenaikan lengan ayun depan sejauh 25 cm. Posisi roda penggerak lebih rendah 9.5 cm dari yang direncanakan. Pergeseran roda penggerak 7.2 cm. Dan pergeseran pengeruk mencapai 19.5 cm. Berat maksimalnya adalah kg. 40 ketinggian (cm) pergeseran (cm) gerakan lengan ayun depan teoritis gerakan lengan ayun belakang teoritis lengan ayun kanan depan lengan ayun kanan belakang lengan ayun kiri depan lengan ayun kiri belakang Gambar 77. Grafik gerakan lengan ayun depan dan belakang untuk uji pemegang baru dan roda besar posisi turun 5 cm. Hasil pengujian yang diperoleh untuk bagian kanan yaitu lengan ayun belakang naik sampai 54.5 cm. Posisi roda penggerak lebih rendah 10.5 cm dari yang direncanakan. Pergeseran roda penggerak

89 mencapai 12 cm. Dan pergeseran pengeruk mencapai 15 cm. Berat maksimalnya adalah kg.(gambar 77 dan Gambar 78). posisi ujung lengan ayun depan (cm) beban (kgf) beban angkat roda kanan beban angkat roda kiri Gambar 78. Grafik beban pada roda depan untuk uji pemegang baru dan roda besar posisi turun 5 cm Pengeruk tanah dengan posisi roda diturunkan 10 cm Hasil pengujian yang diperoleh (Gambar 73) untuk bagian kanan yaitu lengan ayun belakang naik sampai 58.2 cm pada saat lengan ayun depan naik 25 cm. Posisi roda penggerak lebih rendah 12.5 cm dari yang direncanakan. Pergeseran roda penggerak mencapai 10 cm. Dan pergeseran pengeruk mencapai 9 cm. Berat maksimalnya adalah kg (Gambar 79 dan Gambar 80). ketinggian (cm) gerakan lengan ayun depan teoritis gerakan lengan ayun belakang teoritis lengan ayun kanan depan lengan ayun kanan belakang pergeseran (cm) lengan ayun kiri depan lengan ayun kiri belakang Gambar 79. Grafik gerakan lengan ayun depan dan belakang untuk uji pemegang baru dan roda besar posisi turun 10 cm.

90 posisi ujung lengan ayun depan (cm) beban (kgf) beban angkat roda kanan beban angkat roda kiri Gambar 80. Beban pada roda depan untuk uji pemegang baru dan roda besar posisi turun 10 cm. Hasil pengujian yang diperoleh untuk bagian kanan yaitu lengan ayun belakang naik sampai 60.5 cm. Posisi roda penggerak lebih rendah 16.5 cm dari yang direncanakan. Pergeseran roda penggerak mencapai 7.8 cm. Dan pergeseran pengeruk mencapai 13.3 cm. Pada saat ini, posisi roda penggerak sedikit keluar dari jejak roda traktor. Berat maksimalnya adalah kg. Hasil pengukuran menunjukkan bahwa pergeseran pengeruk yang terjadi melebihi pergeseran hasil perhitungn secara teoritis. Hal ini menyebabkan pengeruk akan menjatuhkan tanah ke samping dalam. Data hasil pengujian digunakan untuk menggambarkan simulasi gerakan pengeruk tanah di lapangan. Simulasi untuk masing-masing kondisi diperlihatkan pada Lampiran Beban Yang Terjadi pada Sistem Mekanisme Empat Batang Penghubung Sejajar Ganda pada Pengeruk Tanah Roda penggerak mekanisme mendapatkan beban momen dari pengeruk. Dilihat dari tabel pengujian pada Lampiran 9, beban pada roda penggerak kanan atau kiri meningkat sampai batas maksimal tertentu kemudian turun kembali. Hal ini disebabkan oleh perbedaan jarak vertikal pengeruk dan roda terhadap pipa (perubahan posisi ujung lengan). Momen yang terjadi pada pipa dan roda penggerak mekanisme berubah sesuai dengan perubahan jarak tersebut.

91 Beban pada sistem mekanisme kanan lebih besar dari pada sistem mekanisme kiri. Hal ini dapat menyebabkan kepincangan pada saat alat beroperasi. Tekanan yang diberikan oleh roda kanan akan lebih memadatkan tanah dari pada bagian kiri. Beda berat rata-ratanya adalah kg. Beban pada roda penggerak kecil dengan pemegang yang baru menjadi lebih besar. Hal ini hanya disebabkan oleh berat dari pemegang baru yang bertambah. Walaupun panjangnya bertambah tetapi beban pada roda penggerak tetap berat. Hal ini disebakan oleh empat batang penghubung yang digunakan mirip dengan rangkaian batang penghubung sejajar yang bersifat sebagai timbangan (Gambar 81). F F x' x L 1 B 1 L 2 B 2 W Gambar 81. Diagram kinematik mekanisme timbangan. L 1 = L 2 sehingga W = F =F artinya perbedaan pembebanan pada kedua ujung tidak dipengaruhi oleh jarak beban terhadap batang hubung B, x tetapi dipengaruhi oleh panjang lengan, L. Diagram kinematik sistem mekanisme seperti tampak pada Gambar 82. L r L p A P B W p F F Gambar 82. Diagram kinematik mekanisme batang penghubung pada pengeruk.

92 Penambahan panjang pemegang (batang P) dari titik A ke titik B tidak akan mempengaruhi besarnya gaya yang dibutuhkan untuk mengangkat pengeruk (W p ). D. Uji Kinerja DILA dan Modifikasi Pengeruk Tanah 1. Pengujian Dengan Roda Kecil di Belakang Roda Traktor Pengujian dilakukan di Laboratorium lapang Departemen Teknik Pertanian, IPB di Leuwikopo. Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui apakah masing-masing bagian dari alat dapat bekerja dengan baik di lapangan, dan untuk mengetahui kendala apa saja yang terjadi. Pengujian dilakukan dengan menggunakan traktor Deutz 70 HP (spesifikasi traktor pada Lampiran 20). Pengujian pertama tidak dapat dilakukan secara langsung karena ketinggian alat ketika diangkat oleh traktor sangat rendah (Gambar 83). Gambar 83. Pengangkatan maksimum ditcher drainase lengan ayun oleh lower link traktor. Untuk mngatasi masalah ini maka lower hitch stud pada rangka diturunkan sejauh 15 cm. Penurunan lower hitch stud pada rangka utama mengakibatkan lengan ayun depan bagian atas harus dimodifikasi. Untuk mendapatkan sifat kinematik yang sama dengan rancangan awal, maka lengan ini dimundurkan ke belakang sejauh 15 cm tanpa mengubah posisi engsel pada pemegang dan posisi poros mekanisme. Lengan ayun atas dipotong miring pada jarak 75 cm dari engsel pada pemegang. Potongan ini disambungkan dengan kanal UNP baru ke poros mekanisme. Poros

93 mekanisme dipotong sepanjang 10 cm. Penyambungan lengan depan atas ke poros pada jarak 6 cm dari ujung poros untuk menghindari besi plat dudukan lower hitch stud (Gambar 84). Rangka mekanisme ditambahkan besi plat di belakang yang dilubangi untuk dudukan pillow block. (Gambar 85) Gambar 84. Posisi baru lengan ayun depan terhadap poros setelah dimodifikasi. plat tambahan Gambar 85. Besi plat dudukan pillow block yang dimundurkan. Setelah dilakukan modifikasi pada tiga titik gandeng rangka dan lengan ayun depan atas, maka uji kinerja alat dengan roda kecil dapat dilakukan. Persiapan lahan yang dilakukan adalah pembajakan lahan dengan bajak piring dan pembentukan guludan sesuai dengan profil guludan di PG Jatitujuh. Jarak antar guludan 135 cm dan tinggi dari dasar alur 30 cm. Hasil pengujian menunjukkan slip roda traktor yang terjadi cukup tinggi, sehingga tanah pada puncak guludan digeser ke belakang oleh roda traktor. Akibatnya roda penggerak mekanisme melintasi tanah tumpahan roda traktor. Profil guludan berubah mendekati rata dan pengeruk tanah tidak bekerja dengan baik (Gambar 86).

94 tanah gusuran roda traktor Gambar 86. Slip roda traktor menggeser tanah guludan ke belakang. Agar roda penggerak mekanisme dapat bergerak mengikuti profil guludan, maka roda penggerak harus berada pada permukaan guludan utuh. Karena itu roda penggerak mekanisme digeser ke samping. Pemegang roda yang digunakan diperpanjang 40 cm. Perpanjangan ini berdasarkan tread width rear roda traktor yang digunakan yaitu 160 cm. Jarak antar roda pada saat roda penggerak berada paling rendah adalah 157 cm. Lebar roda traktor 46 cm dan lebar roda baru direncanakan 35 cm. Dengan demikian perencanaan penambahan panjang pemegang baru didekati dengan: L 42 cm... (84) Untuk itu diambil perpanjangan 40 cm untuk mempermudah pembuatan. Poros roda yang digunakan berdiameter tetap dan diperpanjang 40 cm sehingga ukurannya menjadi 67.5 cm. Penguat atas ditinggikan menjadi 25 cm dengan ketebalan yang sama dengan sebelumnya. Untuk itu kanal dudukan lengan ayun ditambah ketinggianya menjadi 31.5 cm. Kanal ini diberi 3 pasang lubang pada kedua sisinya untuk alternatif posisi lengan ayun. Masing-masing diameternya 16 mm dengan jarak antar lubang 5 cm (Gambar 87).

95 Gambar 87. Pemegang baru yang diperpanjang. Kendala lain yaitu tanah di bibir got tidak terkeruk tetapi jatuh kembali ke samping dalam pengeruk, dan masuk ke dalam saluran got malang yang dibentuk (Gambar 88). tanah yang jatuh dari samping pengeruk Gambar 88. Tumpahan tanah dari samping dalam pengeruk. Pengeruk dimodifikasi dengan menambahkan besi plat setebal 6 mm pada bagian samping dalam. Bentuk yang dirancang adalah bentuk segitiga. Untuk menguatkan besi plat ini maka dipasang siku penguat dengan ukuran 30 mm x 30 mm pada bagian belakang besi plat tambahan tersebut (Gambar 89). Gambar 89. Pengeruk baru yang telah ditambahkan plat pada samping dalam.

96 2. Pengujian Dengan Roda Kecil dan Perpanjangan Pemegang Pengujian dilakukan setelah dilakukan modifikasi pada pemegang dan pengeruk. Hasil pengujian yaitu roda penggerak menggusur guludan, sehingga tanah pada guludan digusur ke depan oleh roda penggerak. Akibatnya roda penggerak mekanisme tidak bergerak naik turun dan mekanisme tidak bekerja. Modifikasi yang dilakukan pada roda penggerak yaitu dengan menambah diametar roda dan menambah lebar roda agar tidak menggusur guludan. Agar roda yang baru tidak terlalu berat, maka dipilih besi plat yang lebih tipis untuk bahan pembuatan roda baru. Bahan yang dipilih untuk membuat roda baru yaitu besi plat tebal 4 mm yang kemudian diroll agar berbentuk lingkaran. Untuk velg dipilih besi plat dengan ketebalan 8 mm. Velg diberi 5 buah lubang disekeliling bos dengan masing-masing diameter 100 mm. Bos dan bearing roda menggunakan rancangan awal. Tutup samping roda dihilangkan untuk menghindari tanah masuk ke dalam roda (Gambar 90). Gambar 90. Roda penggerak baru dengan diameter lebih besar dan tanpa penutup roda. 3. Pengujian Dengan Roda Besar dan Perpanjangan Pemegang Hasil pengujiannya mekanisme dapat bekerja dengan cukup baik. Pengeruk bergerak turun naik dan memindahkan tanah pada alur ke atas guludan (Gambar 91, Gambar 92, dan Gambar 93).

97 (a) (b) (c) Gambar 91. Kinerja pengeruk tanah di lahan: (a) pengeruk mengeruk tanah, (b) pengeruk menggeser dan mengangkat tanah, dan (c) pengeruk menumpahkan tanah di atas guludan. alur tanpa tanah ambar 92. Alur antara guludan yang telah dipindahkan tanahnya. Gambar 93. Got malang yang dibentuk oleh ditcher drainase lengan ayun.

98 VI. KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan 1. Prototipe pengeruk tanah pada ditcher untuk pembuatan saluran drainase tanpa penggunaan PTO traktor untuk pertama kalinya berhasil dibuat. 2. Pengeruk tanah pada ditcher dapat bekerja dengan baik dengan menggunakan roda besar dan posisinya di luar lintasan roda traktor. 3. Roda penggerak mekanisme harus dibuat lebih lebar dan besar untuk mengurangi penekanan terhadap guludan. 4. Pengeruk dapat bekerja efektif memindahkan tanah apabila roda penggerak selalu menggelinding di atas permukaan guludan. 5. Penurunan roda penggerak tanpa mengubah jarak antara as roda dengan engsel lengan ayun depan, mengakibatkan pengeruk berada pada posisi lebih tinggi pada keadaan awal. 6. Perpanjangan pemegang tidak akan mempengaruhi pengurangan beban pada roda. B. Saran 1. Perlu dikaji lebih lanjut tentang ketinggian optimal untuk rangka utama dan rangka mekanisme agar tidak menghalangi bongkahan tanah yang bergerak ke samping ditcher. 2. Penempatan roda penggerak sangat menentukan kinerja sistem. Karena itu perlu dipikirkan ide lain untuk mencari posisi yang tepat unuk roda penggerak. 3. Ditcher drainase lengan ayun hanya dapat digunakan untuk lahan plant cane saja tetapi tidak untuk ratoon cane. Karena itu perlu dibuat sistem mekanisme empat batang penghubung sejajar ganda pada pengeruk tanah yang dapat diatur mekanismenya tergantung kebutuhan lahan.

99 DAFTAR PUSTAKA Alcock, R Tractor-Implements Systems. The Avi Publishing Company, Inc. Westport, USA. Anonim Pedoman Budidaya Tebu Lahan di Lahan Kering. Lembaga Pendidikan Perkebunan. Yogyakarta. Davies BD, Eagle, Finney B Soil Management. Ipswich. Farming Press Hardjowigeno S Ilmu Tanah. Akademika Pressindo. Jakarta. Harsokusoemo, H. Darmawan Pengantar Perancangan Teknik. Direktorat Jendral Pendidikan Tinggi Deprtemen Pendidikan Nasional. Jakarta Januari Koto H Rancangan Hidraulik Terbaik pada Saluran Drainase Permukaan di Pabrik Gula Jatitujuh PTP (Persero) XIV Jatibarang Cirebon-Jabar. Skripsi. Jurusan Teknik Pertanian, IPB, Bogor. Liljedahl JB, Turnquist PK, Smith DW, Hoki M Tractors and Their Power Units. Van Nostrand Reinhold. USA. Mandang T, Nishimura I Hubungan Tanah dan Alat Pertanian. JICA- DGHE-IPB PROJECT/ADAET. Bogor. Martin, George H Kinematika dan Dinamika Teknik. Erlangga. Jakarta. McKyes, Edward Soil Cutting and Tillage. Elsevier Science Publishers B.V. Amsterdam. Netherlands. Nahdodin, Perubahan Pemanfaatan Sumber Daya Air pada Usaha Tani Tebu. Kumpulan Makalah P3GI Pasuruan 9:88. Nash, W.A Theory and Problems of Strength Materials. McGraw-Hill Book Company. F.L, USA. Norton, Robert L Design of Machinery. McGraw-Hill, Inc. New York USA. Notojoewono W Tebu. PT. Soeroengan. Djakarta.

100 Oktoyournal Drainase. Polytechnic Education Development Center for Agriculture IPB. Bogor. Palawi, Amri Pemadatan Tanah Akibat Lalu Lintas Alat dan Mesin Pertanian di PG Jatitujuh, Cirebon. Skripsi. Jurusan Teknik Pertanian, IPB, Bogor. Popov, E. P Diterjemahkan oleh Z. Astamar. Mekanika Teknik. Erlangga. Jakarta. Rozak, Abdul. 1989, Phenomena of Soil Compaction By Four Wheel Drive Tractor, Proceeding JICA-DGHE-IPB PROJECT/ADAET Bogor. Indonesia. August 7-8, Saputro OWW Rancang Bangun Furrower Pembuat Guludan dan Modifikasi Furrower Pembuat Bedengan Untuk Budidaya Sayuran. Skripsi. Jurusan Teknik Pertanian IPB, Bogor. Sudiatso S Bertanam Tebu. Fakultas Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Bogor. Sularso dan Kiyokatsu Suga Dasar Perancangan dan Pemilihan Elemen Mesin. Pradnya Paramita. Jakarta. Wardojo dan C. Nugroho Sulistiyo P Konservasi Tanah Pada Budidaya Tebu Di Lahan Kering. Departemen Kehutanan, Badan Penelitian Dan Pengembangan Kehutanan. Surakarta.

101 Lampiran 1. Pendekatan perhitungan tinggi tanah yang menutupi alur hg40 cm ha10 cm 4010 ht 2 25 h t Data pendekatan pengukuran profil guludan asal Tabel data pengukuran profil guludan asal. x' y y' y = x x x x tinggi guludan (cm) lebar guludan (cm) Gambar profil guludan asal

102 Lampiran 2. Pendekatan perhitungan profil lintasan roda traktor dan profil guludan akhir Diameter roda traktor Lebar roda traktor = 149 cm = 47 cm Massa roda belakang traktor = 3574 kg (tabel 14.1 Liljedahl, 1989) 3574 Massa 1 roda belakang traktor = 1787 kgf 2 lebar roda traktor Panjang kontak roda traktor-tanah = 2 Luas kontak roda traktor tanah ( A) 0.78bl Penekanan roda traktor x 47 x cn A W kgf/cm Pemadatan pada kedalaman 7 cm = 1.25 kgf/cm 2 Pemadatan tanah oleh P x cm 1.25 Data kurva profil guludan hasil pengukuran pada tabel dan gambar pada lampiran 1, diperbanyak dengan pendekatan. Data perhitungan profil guludan baru disajikan pada lampiran 3. Data tambahan yang diperlukan: Panjang lengan roda Panjang lengan pengeruk Diameter roda penggerak Tinggi pusat pengeruk h d max Tinggi poros = 27.5 cm = 63.5 cm = 16.2 cm = 20 cm = 25 cm = 50 cm Jarak roda engsel lengan ayun depan = 15 cm Beda sudut = o 2

103 Lampiran 3. Tabel data pendekatan perhitungan profil lintasan roda traktor dan guludan akhir profil faktor profil lintasan perubahan lengan ayun depan Δθ lengan ayun belakang profil guludan revisi koreksi roda traktor tinggi θ d θ b pengeruk x y 1 y 2 y 3 h d y z rad deg rad deg y' z' rad Deg h b

104 Lampiran 4. Profil awal, profil lintasan roda traktor, dan profil guludan akhir, serta kenaikan lengan ayun belakang secara teoritis Tinggi guludan (cm) Lebar guludan (cm) guludan awal guludan lintasan roda traktor guludan akhir guludan akhir teoritis Persamaan masing-masing kurvanya yaitu: Kurva guludan awal y =f(x) = x x x x Kurva lintasan roda traktor yl=f(x l ) = x x x x Kurva guludan akhir y'=f(x ) = x x x x Tabel data perhitungan kenaikan lengan ayun belakang secara teoritis lengan ayun depan Δθ lengan ayun belakang θ d θ b hd y z rad deg rad deg rad deg y' z' hb

105 Lampiran 5. Perhitungan profil lintasan as roda penggerak Penentuan profil as roda dihitung dengan kemiringan garis singgung kurva lintasan roda traktor pada beberapa titik sepanjang kurva. df ( xl ) g m dx a tan m 90 x y r r x' x l y' y l o r cos r sin x r y r Dari kurva profil as roda ditentukan kembali guludan akhir dengan memperhitungkan profil as roda ini. Perhitungan yang digunakan sama dengan perhitungan pada Lampiran 2-3. Data perhitungan disajikan dalam tabel pada Lampiran 6.

106 Lampiran 6. Data perhitungan profil guludan akhir dengan memperhitungkan diameter roda (profil as roda penggerak) profil lintasan θ Φ Δas roda profil as roda x y m rad deg rad deg x r y r x' y' h d as

107 Lampiran 7. Data perhitungan profil guludan akhir dengan memperhitungkan diameter roda pivot lengan ayun depan Δθ lengan ayun belakang profil lad θ d θ b pengeruk yhd y z rad deg rad deg rad deg y' z' 1 z' 2 h b

108 Lampiran 8. Kurva profil guludan awal, profil lintasan roda traktor, profil as roda penggerak, profil guludan akhir rancangan, dan profil guludan akhir dengan memperhitungkan profil as roda Hasil perhitungan pada lampiran 6 dan 7 disajikan pada gambar berikut Lebar guludan (cm) guludan awal guludan akhir guludan lintasan roda traktor profil as roda guludan akhir dengan memperhitungkan lintasan as roda

109 Lampiran 9. Data pengukuran uji fungsional pengeruk tanah pada DILA Data pengukuran pada uji fungsional pemegang lama dan roda kecil (kondisi 1) Kemiringan loadcell : kanan 14 o, kiri 17.5 o Lengan depan belakang Pembacaan loadcell Berat ayun Tinggi Geseran Tinggi Geseran (kgf) (cm) (cm) (cm) (cm) U1 U2 U3 R miring normal kanan kiri Data pengukuran pada uji fungsional pemegang baru dan roda kecil (kondisi 2.a) Posisi roda standar Lengan depan belakang Pembacaan loadcell Berat ayun Tinggi Geseran Tinggi Geseran (kgf) (cm) (cm) (cm) (cm) U1 U2 U3 R kanan kiri

110 Lampiran 10. Data pengukuran uji fungsional pengeruk tanah pada DILA Data pengukuran pada uji fungsional pemegang baru dan roda kecil (kondisi 2.b) Posisi roda diturunkan 5 cm Lengan depan belakang Pembacaan loadcell Berat ayun Tinggi Geseran Tinggi Geseran (kgf) (cm) (cm) (cm) (cm) U1 U2 U3 R kanan kiri Data pengukuran pada uji fungsional pemegang baru dan roda kecil (kondisi 2.c) Posisi roda diturunkan 10 cm Lengan depan belakang Pembacaan loadcell Berat ayun Tinggi Geseran Tinggi Geseran (kgf) (cm) (cm) (cm) (cm) U1 U2 U3 R kanan kiri

111 Lampiran 11. Data pengukuran uji fungsional pengeruk tanah pada DILA Data pengukuran pada uji fungsional pemegang baru dan roda besar (kondisi 3.a) Posisi roda standar Lengan depan belakang Pembacaan loadcell Berat ayun Tinggi Geseran Tinggi Geseran (kgf) (cm) (cm) (cm) (cm) U1 U2 U3 R kanan kiri Data pengukuran pada uji fungsional pemegang baru dan roda besar (kondisi 3.b) Posisi roda diturunkan 5 cm Lengan depan belakang Pembacaan loadcell Berat ayun Tinggi Geseran Tinggi Geseran (kgf) (cm) (cm) (cm) (cm) U1 U2 U3 R kanan kiri

112 Lampiran 12. Data pengukuran uji fungsional pengeruk tanah pada DILA Data pengukuran pada uji fungsional pemegang baru dan roda besar (kondisi 3.c) Posisi roda diturunkan 10 cm Lengan depan n belakang Pembacaan loadcell Berat ayun Tinggi Geseran Tinggi Geseran (kgf) (cm) (cm) (cm) (cm) U1 U2 U3 R kanan kiri

113 Lampiran 13. Simulasi gerakan pengeruk tanah dengan sistem mekanisme empat batang penghubung sejajar ganda dan poros putar Simulasi gerakan mekanisme kanan di lahan pada kondisi 1 (menggunakanan roda kecil dengan pemegang awal) Simulasi gerakan mekanisme kiri di lahan pada kondisi 1 (menggunakanan roda kecil dengan pemegang awal)

114 Lampiran 14. Simulasi gerakan pengeruk tanah dengan sistem mekanisme empat batang penghubung sejajar ganda dan poros putar Simulasi gerakan mekanisme kanan di lahan pada kondisi 2.a (menggunakanan roda kecil dengan pemegang baru) Simulasi gerakan mekanisme kiri di lahan pada kondisi 2.a (menggunakanan roda kecil dengan pemegang baru)

115 Lampiran 15. Simulasi gerakan pengeruk tanah sistem mekanisme empat batang penghubung sejajar ganda dan poros putar Simulasi gerakan mekanisme kanan di lahan pada kondisi 3.a (menggunakanan roda besar dengan pemegang baru) Simulasi gerakan mekanisme kiri di lahan pada kondisi 3.a (menggunakanan roda besar dengan pemegang baru)

116 Lampiran 16. Karakteristik tanah (McKyess, 1985)

117 Lampiran 17. Sifat-sifat beberapa bahan teknik (Popov E.P, 1994)

118 Lampiran 18. Sifat-sifat mekanis standar suatu bahan teknik (Sularso, 1997)

119 Lampiran 19. Karakteristik kanal UNP (