BAB III PERENCANAAN DAN GAMBAR 3.1 Diagram Alir Proses Perancangan Berikut proses perancangan alat pencacah rumput gajah seperti terlihat pada diagram alir: Mulai Pengamatan dan Pengumpulan Perencanaan Menggambar Perhitungan Menggambar teknik Analisa dan perbaikan Pembuatan Proses perakitan Gagal Pengujian Selesai Berhasil Gambar 3.1 Diagram perencanaan dan perhitungan 12
13 3.2 Pengertian Alat Alat pencacah rumput gajah ini dirancang untuk mencacah atau mengecilkan berbagai macam rumput seperti rumput kolonjono/ rumput gajah, dan jerami. Cacahan rumput gajah ini bisa langsung diberikan ke ternak atau juga dapat difermentasi. Selain itu cacahan rumput gajah tersebut banyak digunakan untuk pakan ternak, pemberian pakan yang tepat dapat meningkatkan produksi dan performa reproduksi sapi. 3.3 Bagian-Bagian Mesin Pencacah Rumput Gambar 3.2 Bagian-bagian mesin pencacah rumput gajah Keterangan: 1. Rangka 2. Motor listrik 3. V-belt 4. Puli 1 5. Bearing 6. Saluran masuk 7. Puli 2 8. Poros 9. Pisau 10. Casing
14 3.4 Kebutuhan daya Mesin ini merupakan mesin serbaguna untuk perajang hijauan, khususnya digunakan untuk merajang rumput gajah. Pencacahan ini dimaksudkan untuk mempermudah ternak dalam memakan, disamping itu juga untuk memperirit rumput. Mesin pencacah rumput gajah ini menggunakan motor listrik sebagai sumber tenaga penggerak. Mesin ini mempunyai sistem transmisi tunggal yang berupa sepasang pulley dengan perantara v-belt. Saat motor listrik dinyalakan, maka putaran motor listrik akan langsung ditransmisikan ke pulley 1 yang dipasang seporos dengan motor listrik. Dari pulley 1, putaran akan ditransmisikan ke pulley 2 melalui perantara v-belt, kemudian pulley 2 berputar, maka poros yang berhubungan dengan pulley akan berputar sekaligus memutar pisau perajang. Hal tersebut dikarenakan pisau perajang dipasang seporos dengan pulley 2. Meski terkesan memiliki fungsi yang sederhana namun mesin pencacah rumput gajah berperan cukup besar dalam proses pencacahan. Mesin pencacah rumput gajah ini terdapat bagian utama seperti; motor penggerak, poros, casing, sistem transmisi dan pisau perajang. 1) Perencanaan daya penggerak Setelah gaya potong rumput gajah diketahui maka daya motor listrik yang dibutuhkan bisa dihitung. Untuk menghitung daya mesin (P) terlebih dahulu dihitung torsinya (T), yaitu: T = F x R...(3.1) Keterangan: F = gaya potong rumput (kg) R = panjang pisau, titik potong terluar (m) Setelah mengetahui besarnya torsi yang dihasilkan gaya potong hijauan, selanjutnya bisa dihitung daya mesin. Daya mesin (P) dihitung dengan: Pd = T.ω T = F. R......(3.2) Dimana: F = gaya yang bekerja (N) T = torsi (Nm) R = panjang pisau (m)
15 2) Poros Elemen mesin yang merupakan salah satu bagian terpenting dari tiap-tiap mesin adalah poros (shaft). Pada umumnya mesin meneruskan daya bersamasama dengan putaran yang dilakukan oleh poros. Poros tersebut dapat dipasang pulley, roda gigi, dan naf yang ikut berputar bersama poros. Pembebanan pada poros sangat tergantung pada besarnya daya dan putaran mesin yang diteruskan, serta pengaruh gaya yang ditimbulkan oleh bagian-bagian mesin yang didukung dan ikut berputar bersama poros. Beban puntir disebabkan oleh daya dan putaran mesin, sedangkan beban lentur disebabkan oleh gaya-gaya radial dan aksial yang timbul. Dalam hal tertentu poros dapat terjadi beban puntir atau lentur saja. Namun demikian, kombinasi beban lentur dan beban puntir dapat juga sekaligus terjadi pada poros, bahkan bisa pula disertai oleh beban aksial. Pendekatan yang dilakukan dalam merencanakan poros untuk berbagai jenis pembebebanan berdasarkan tegangan geser, tegangan tarik atau tekan, dan tegangan lentur. Selain itu juga faktor kombinasi kejut dan lelah untuk momen lentur dan torsi juga dipergunakan agar diperoleh hasil perencanaan poros yang baik. Gaya potong rumput gajah Gaya potong hijauan adalah data yang harus diketahui untuk memulai perhitungan perancangan mesin pencacah rumput gajah. Dalam penyusunan laporan ini penulis menguji rumput gajah sebagai bahan utamanya. Sesuai dengan pendekatan pragmatis yang digunakan, dilakukan uji potong pada rumput gajah dengan beberapa kali percobaan. Caranya dengan memberi beban (kg) secara berkala pada pisau pencacah, kemudian rumput gajah diletakkan pada bagian mata pisau yang ujung pisaunya telah diberi beban. Adapun referensi data yang didapat sebelum melakukan percobaan dapat dilihat pada tabel 3.1
16 Tabel 3.1 Data percobaan uji gaya potong pada rumput gajah Percobaan Gaya potong (kg) I 3,1 II 3,1 II 3,2 IV 3 V 3,1 Keterangan: Variabel F 1 F 2 L 1 L 2 Nominal 27 N 33,4 N 182 mm 145,19 mm Gambar 3.3 Analisa gaya potong rumput gajah menggunakan beban berkala Tabel 3.2 Analisa percobaan gaya potong rumput menggunakan beban berkala Percobaan Gaya potong I 3,3 II 3,5 III 3,4 IV 3,6 V 3,2 Hasil dari percobaan gaya potong terhadap batang rumput gajah di atas diketahui gaya potong maksimal (F) adalah 3,6 kg. Dari kedua percobaan di atas maka disimpulkan diperoleh gaya rata-rata potong maksimal rumput gajah yaitu sebesar 3,45 kg.
17 Diketahui: F 1 = 27 N L 1 = 182 mm F 2 = 3,4 kg x 9,81 = 33,4 N L 2 =.? F 1.L 1 = F 2.L 2 27 N.182 mm = 33,4 N.L 2 L 2 = L 2 = 145,19 mm Perencaan putaran mesin Direncanakan untuk mencacah 1 batang rumput gajah yang panjangnya 2 m memerlukan sekitar 330 kali pemotongan, dan direncanakan terdapat 2 pisau perajang. Setiap putaran terjadi 2 kali pencacahan dengan massa rumput 1 kg maka untuk memotong rumput gajah yang panjangnya 2 m diperlukan: 1 batang rumput gajah = 2 m = 2000 mm Hasil cacahan = = 6,06 mm target perjamnya (Q) = 750 jadi Q = N = = = 61875 =
18 = 1031,25 Jadi putaran mesin yang dibutuhkan adalah 1031,25 rpm Perencanaan daya penggerak Gambar 3.4 Gaya yang bekerja pada pisau P = T. ω T = F. r Dimana: F = gaya yang bekerja (N) T = torsi (Nm) r = ½ panjang pisau = 182 mm = 0,182 m Gaya yang bekerja pada pisau cacah rumput: F = 3,4 kg. 9,81 33,4 N Jadi torsi yang bekerja T = F. r = 33,4 N. 0,182 m = 6,0788 Nm Perencanaan sistem transmisi (puli dan sabuk-v) Gambar 3.5 Transmisi mesin pencacah rumput gajah
19 Keterangan: 1. Pisau peracang 5. Puli motor 2. Bearing 6. Motor Listrik 3. Puli poros 7. Poros 4. V-belt Perencanaan daya motor Gambar 3.6 Torsi yang terjadi Direncanakan: Kecepatan putar pada motor = 1420 rpm Jarak sumbu poros C = 475 mm Puli 1 (d 1 ) = 50,20 mm Puli 2 ( d 2 ) = 77,80 mm Menghitung kecepatan putar pada poros (rpm) = = N 2 = Diketahui: N 2 = 916,246 rpm T2 = T3 = 6,0788 Nm N 1 = 1420 rpm N 2 = 916,246 rpm
20 Besarnya torsi pada T1 adalah = T1 = T1 = = 3,92 Nm Maka besar daya motor adalah = P = T. ω = = ( )( ) = 582,61 watt = 0,583 kw = 0,708 HP (1 watt = 0,00134 HP) Jadi dengan perhitungan diatas maka motor listrik yang digunakan 1 HP, hal tersebut dikarenakan disesuaikan dengan motor listrik yang tersedia di pasaran. Perencanaan poros Poros ini digunakan untuk menggerakkan pisau perajang. a) Analisa gaya-gaya yang terjadi pada poros Daya yang ditransmisikan: P = 582,61 watt N 2 = 916,246 rpm Spesifikasi perencanaan poros: Bahan yang digunakan untuk poros adalah baja ST 37 Tegangan tarik ijin ( ) = 37 kg/mm 2 = 370 N/mm 2 = 0,18 x 370 N/mm = 66,6 N/mm (R.S.Khurmi & J.K Gupta,2005)
21 b) Menentukan Torsi pada poros = 6,072 Nm = 6072 Nmm c) Pembebanan yang terjadi pada poros F1 F2 A B C D R By R Cy 65 155 60 Gambar 3.7 Gaya yang terjadi pada poros 1) F1 = berat pisau = 1,2 kg = 12 N 2) F2 = gaya tarik total yang diterima poros akibat tarikan sabuk = 36 kg = 360 N (Sumber : Erik Septa W, 2016) -F 1 + R By + R Cy F 2 = 0-12 N + R By + R Cy 360 N = 0 R By + R Cy = 12 N + 360 N R By + R Cy = 372 N B = 0 -F 1.65 mm R Cy.155 mm + F 2.215 mm = 0
22-12 N.65 mm R Cy.155 mm + 360 N.215 mm = 0-780 Nmm R Cy 155 + 77400 Nmm = 0 R Cy 155 mm = 77400 Nmm - 780 Nmm R Cy = R Cy = 494,32 N R By + R Cy = 372 N R By + 494,32 N = 372 N R By = 372 N 494,32 N R By = -122,32 N ( ) = -F 1. 65 mm = -12N.65 mm = -780 Nmm = -F 1.220 mm - R By.155 mm = -12 N.220 mm - 122,32 N.155 mm = -2640 Nmm - 18959,6 = -21599,6 Nmm = -F 1.280 mm - R By.215 mm - R Cy. 60 mm = -12 N.280 mm 122,32 N.215 mm + 494,32 N.60 mm = -3360 Nmm - 26298,8 Nmm + 29659,2 Nmm = 0,4 0
23 Diagram SFD 494,32 N A B C D -12 N -122,32 N Gambar 3.8 Diagram SFD Diagram BMD A B C D -780 Nmm -21599,6 Nmm Gambar 3.9 Diagram BMD d) Mencari diameter poros Jika diketahui: Momen Maksimum = -21599,6 Nmm Torsi = 6,072 Nm = 6072 Nmm = 0,18 x 370 N/mm = 66,6 N/mm (R.S.Khurmi & J.K Gupta, 2005)
24 Perhitungan: Menghitung momen puntir equivalen = = = = 22436,84 Nmm Menghitung diameter poros d = 11,97 mm Kebutuhan diameter poros 11,97 mm dengan pertimbangan bantalan yang terdapat di pasaran, maka diameter poros yang dibuat adalah 20 mm.