PENGUJIAN TAHANAN TARIK (DRAFT) BAJAK SUBSOIL GETAR TIPE LENGKUNG PARABOLIK SKRIPSI Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor Oleh : ALDES BURNA RIZKIANDA F14101075 2005 DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR 1
DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR PENGUJIAN TAHANAN TARIK (DRAFT) BAJAK SUBSOIL GETAR TIPE LENGKUNG PARABOLIK SKRIPSI Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor Oleh : ALDES BURNA RIZKIANDA F14101075 Dilahirkan pada tanggal 10 Desember 1983 Di Jakarta Disetujui, Bogor, Desember 2005 Dr. Ir. Radite Preko Agus Setiawan, Magr Dosen Pembimbing Akademik Mengetahui, Dr. Ir. Wawan Hermawan, MS Ketua Depertemen Teknik Pertanian 2
RINGKASAN ALDES BURNA RIZKIANDA. F14101075. Uji Performansi Bajak Subsoil Getar Tipe Chisel Lengkung Parabolik. Dibawah bimbingan RADITE PRAEKO AGUS SETIAWAN. Bajak subsoil adalah tergolong alat pengolahan tanah primer. Pengolahan tanah primer adalah pengolahan tanah yang dilakukan paling awal yang bertujuan untuk memperbaiki kondisi tanah sehingga meringankan kerja pengolahan selanjutnya. Pengoperasian bajak subsoil memerlukan tenaga yang sangat besar bahkan paling besar diantara pengolahan tanah yang lain. Bajak subsoil berguna untuk memotong dan menghancurkan lapisan tanah keras pada lahan pertanian. Lapisan tanah yang keras ini menghalangi laju penyerapan nutrisi dan air ke dalam tanah, juga mengganggu sistem kerja perakaran tanaman. Karena beroperasi pada lapisan tanah subsoil yang keras serta kedalaman olah yang dalam menyebabkan tahanan tariknya menjadi besar. Tahanan tarik yang besar ini tentu akan meningkatkan konsumsi energi dan bahan bakar traktor sebagi tenaga tariknya sehingga biayanya pun akan menjadi besar. Berbagai penelitian telah dilakukan dalam rangka untuk menurunkan tahanan tarik pembajakan dengan bajak subsoil; salah satu cara untuk menurunkan tahanan tarik tanah saat pengolahan lahan adalah dengan penggetaran (vibrasi). Penggetaran dilakukan dengan memanfaatkan putaran poros PTO traktor. Pada penelitian sebelumnya telah dilakukan penelitian rancang bangun yang menerapkan getaran pada bilah bajak ( Sulastri, 2000 dan Taufik, 2001). Pada penelitian rancang bangun tahap pertama telah berhasil dibuat bajak getar dengan bilah tunggal (Sulastri, 2000). Sedangkan pada penelitian selanjutnya yang merupakan kelanjutan dari penelitian tahap pertama telah berhasil dibuat bajak subsoil getar dengan dua bilah bajak (Taufik, 2001). Mekanisme penggetar yang digunakan pada kedua desain bajak tersebut adalah mekanisme poros eksentrik dan mekanisme engkol-peluncur. Dengan kombinasi dua mekanisme tersebut maka gerak rotasi yang dihasilkan poros PTO dapat diubah menjadi gerakan translasi pada bilah bajak. Dengan mekanisme penggetaran tersebut terbukti bahwa tahanan tarik turun sebesar 45%. Namun kedalaman olah rata-rata masih kurang yakni sebesar 30 cm. Selain itu getaran yang diteruskan ke badan traktor akibat penggetaran bilah bajak dirasakan cukup besar. Untuk menyempurnakan dan melengkapi kekurangan pada prototipe bajak subsoil getar hasil penelitian sebelumnya, maka pada penelitian telah dibuat bajak subsoil getar tipe lengkung parabolik dengan dua bilah bajak (Biwanto, 2004). Pada desain bajak subsoil ini yang digetarkan bukan lagi bilah bajak tapi sayap yang terdapat di belakang sepatu chisel. Berdasarkan hasil pengujian secara kualitatif metode penggetaran sayap terbukti dapat menurunkan tahanan tarik dan juga menurunkan slip roda traksi. Selain itu metode penggetaran sayap juga terbukti mampu mengurangi getaran yang diteruskan ke badan traktor. Namun pada desain bajak ini juga masih memiliki kekurangan yakni tidak adanya mekanisme peredam untuk melindungi komponen-komponen pada bajak ini dari kerusakan akibat penggetaran. Karena itu penelitian ini dilakukan penambahan 3
mekanisme peredam dan pengujian secara kuantitatif khususnya mengenai tahanan tariknya. Penelitian ini bertujuan untuk menambahkan mekanisme peredam pada bajak subsoil getar tipe chisel lengkung parabolik dan melakukan pengujian lapang untuk mengukur tahanan tarik (draft) saat pengoperasian dengan getaran dan tanpa getaran. Parameter yang diukur pada pengujian lapang ini antara lain adalah tahanan tarik, rasio kecepatan dan slip roda traksi. Untuk pengukuran tahanan tarik digunakan dua unit traktor yang masing-masing bertenaga 70 hp. Sebagai instrumen ukur digunakan satu unit load cell yang dipasang diantara kedua traktor dengan kabel baja (sling). Pengukuran tahanan tarik pembajakan ini dilakukan di kebun percobaan Laboraturium Lapangan Departemen Teknik Pertanian Institut Pertanian Bogor, Leuwikopo, Darmaga. Kadar air rata -rata pada lahan percobaan adalah 37.413% dan kerapatan isi tanah rata-rata sebesar 0.81 gr/cm 3. Pengukuran tahanan tarik dilakukan dalam 30 lintasan dengan panjang lintasan masing-masing 20 m. Variasi perlakuan pada pengujian terdiri atas penggetaran bajak, perubahan amplitudo getar, perubahan kecepatan getar dan perubahan kecepatan maju. Tahanan tarik bajak subsoil tanpa getaran berkisar antara 8.77 9.19 kn dengan rata-rata sebesar 8.9 kn pada kecepatan maju traktor rata-rata 0.45 m/s. Sedangkan pada kecepatan maju traktor rata -rata sebesar 0.58 m/s tahanan tarik pembajakan berkisar antara 10.15 10.45 kn dengan rata -rata 10.26 kn. Kedalaman olah rata -rata sebesar 38.9 cm. Pada pengujian menggunakan getaran, tahanan tarik pembajakan rata -rata pada getaran dengan amplitudo 7.3 cm berkisar antara 5.77 6.77 kn dengan rata-rata sebesar 6.23 kn dengan kedalaman olah rata-rata 39.25 cm. Rasio kecepatan rata-rata pada penggetaran dengan amplitudo 7.3 berkisar antara 5.74 10.74 dengan rata-rata sebesar 8.07. Sedangkan untuk penggetaran dengan amplitudo 6.4 cm tahanan tarik rata-rata pembajakan berkisar antara 6.28 6.95 kn dengan rata-rata sebesar 6.14 kn dengan kedalaman olah rata -rata 38.5 cm. Rasio kecepatan rata-rata pada penggetaran dengan amplitudo 6.4 cm berkisar antara 5.15 10.13 dengan rata-rata sebesar 7.29. dari hasil pengukuran tersebut diketahui bahwa tahanan tarik pembajakan dapat diturunkan sebesar 35.2% pada penggetaran dengan amplitudo 7.3 cm dan sebesar 31.2% pada penggetaran dengan amplitudo 6.4 cm Penggetaran juga dapat menurunkan slip roda traksi. Slip roda traksi rata -rata saat pembajakan tanpa penggetaran berkisar antara 10.8-15.6% pada roda kiri dengan rata-rata sebesar 13.4%. sedangkan untuk roda kanan berkisar antara 12.3-14.9% dengan rata-rata sebesar13.2%. Sedangkan slip roda traksi rata-rata untuk roda kiri saat bajak digetarkan dengan amplitudo 7.3 berkisar antara 6.5 10.6% dengan rata-rata sebesar 8.7% dan pada roda kanan berkisar antara 6.0 10.5% dengan rata-rata sebesar 8.3%. Dan slip roda traksi rata-rata untuk roda kiri saat bajak digetarkan dengan amplitudo 6.4 berkisar 7.1 11.2% dengan rata -rata sebesar 9.2% dan pada roda kanan berkisar antara 7.1 10.7% dengan rata -rata sebesar 9.0%. dari hasil tersebut terlihat penggetaran menurunkan slip roda sekitar 33% 4
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan YME yang telah memberikan berkat dan rahmat-nya sehingga penulis mampu menyelesaikan penelitian dan penyusunan skripsi yang berjudul Uji Performansi Bajak Subsoil Getar Tipe Chisel Lengkung Parabolik. Dalam skripsi ini dijelaskan mengenai uji kinerja dan penambahan mekanisme peredam pada bajak subsoil getar tipe chisel lengkung parabolik. Skripsi ini disusun berdasarkan hasil penelitian penulis selama kurang lebih empat bulan, terhitung mulai dari bulan Juni 2005 hingga September 2005.Penulisan skripsi ini tidak lepas dari pihak-piha k yang senantiasa membantu penulis selama penelitian. Kepada pihak-pihak yang telah membantu dalam penelitian dan penulisan skripsi, penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Dr. Ir. Radite Praeko Agus Setiawan, Magr., selaku dosen pembimbing akademik atas segala perhatian, arahan dan nasehatnya selama penulis melakukan penelitian dan dalam menyelesaikan penulisan skripsi. 2. Dr.Ir. I Nengah Suastawa, MSc., selaku dosen penguji atas kritik dan sarannya dalam penyempurnaan penulisan skripsi. 3. Dr. Ir. M. Faiz Syuaib, Magr., selaku dosen penguji atas segala kritik dan saran dalam penyempurnaan penulisan skripsi. 4. Bapak Abbas Mustofa atas segala bantuannya selama penulis melakukan penelitian. 5. Ayah, ibu dan adik penulis atas doa restu dan dukungan moral maupun materi selama penulis melakukan studi di IPB. 6. Kawan-kawan TEP A 38 dan A 39 atas segala bantuan dan keceriaan selama penulis belajar di IPB. 7. Kawan-kawan rumah kost Pondok L-Men atas segala bantuan, dukungan moral serta keceriaan selama penulis tinggal di Bogor. Bogor, Oktober 2005 Penulis iv
DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR... iv DAFTAR ISI... v DAFTAR TABEL....vii DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR LAMPIRAN... x I. PENDAHULUAN... 1 A. Latar Belakang... 1 B. Tujuan Penelitian... 3 II. TINJAUAN PUSTAKA... 4 A. Pengolahan tanah... 4 B. Bajak Subsoil... 4 C. Bilah Bajak Parabolik... 6 D. Tahanan Tarik Pengolahan Tanah dan Pengukurannya... 7 D.1. Definisi dan faktor-faktor yang mempengaruhi... 7 D.2. Sifat dan kondisi tanah... 8 D.3. Cara (ragam) gerak alat... 9 D.4. Metode pengukuran tahanan tarik pengolahan tanah... 10 D.5. Aplikas i getaran pada alat pengolahan tanah... 11 D.6. Tahanan tarik bajak subsoil getar... 13 III. METODE PENELITIAN... 15 A. Waktu dan Tempat Penelitian... 16 B. Alat dan Bahan... 16 C. Kalibrasi Load Cell... 17 D. Uji Fungsional Bajak Subsoil Getar... 18 E. Pengamatan kondisi tanah... 19 E.1. Kadar air dan kerapatan isi tanah (bulk density)... 19 E.2. Tahanan penetrasi... 19 E.3. Kohesi dan sudut gesekan dalam... 21 E.4. Adhesi dan sudut gesekan tanah-baja... 21 F. Metode Pengujian Lapang... 22 v
F.1. Pengukuran tahanan tarik... 22 F.2. Pengaturan amplitudo dan kecepatan putaran poros PTO... 24 F.3. Pengukuran kecepatan maju pengolahan... 25 F.4. Pengukuran kedalaman pengolahan... 26 F.5. Pengukuran slip roda traksi... 26 F.6. Perlakuan percobaan... 27 IV. PERANCANGAN DAN PEMBUATAN M EKANISME PEREDAM... 29 A. Identifikasi Masalah... 29 B. Analisis Rancangan... 29 C. Pembuatan Mekanisme Peredam Torsi... 30 C.1. Piringan peredam... 30 C.2. Pegas... 31 C.3. Piringan pemutar... 31 C.4. Tutup... 31 D. Analisa Teknik Perancangan... 32 D.1. Perancangan piringan peredam... 32 D.2. Perencanaan pegas... 33 D.3. Perencanaan piringan penya lur putaran... 33 V. HASIL DAN PEMBAHASAN... 35 A. Kalibrasi Load Cell... 35 B. Kondisi Tanah... 35 C. Tahanan Tarik Bajak Subsoil Getar... 38 VI. KESIMPULAN DAN SARAN... 45 DAFTAR PUSTAKA... 47 LAMPIRAN... 49 vi
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1. Hasil uji fungsional bajak subsoil getar tipe chisel lengkung parabolik... 2 Tabel 2. Perbandingan tahanan tarik bajak subsoil lurus dan lengkung pada kedalaman 30 cm dan kecepatan 2.4 km/jam (Gill dan Vanden Berg, 1968)... 6 Tabel 3. Dasar perancangan mekanisme peredam torsi... 30 Tabel 4. Hasil pengujian tekan pada empat jenis pegas... 33 Tabel 5. Hasil pengukuran kadar air dan kerapatan isi pada tiap kedalaman pengukuran... 35 Tabel 6. Tahanan penetrasi pada tiap kedalaman pengukuran... 36 Tabel 7. Kohesi, sudut gesekan dalam, adhesi dan sudut gesekan tanah-baja.. 37 Tabel 8. Hasil pengujian lapang bajak subsoil tanpa getaran... 38 Tabel 9 Hasil pengujian lapang bajak subsoil digetarkan... 40 Tabel 10. Perbandingan tahanan tarik dengan slip roda... 41 Tabel 11. Perbandingan tahanan tarik bajak subsoil bergetar dan tidak bergetar... 43 vii
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1. Kondisi bajak subsoil sebelum diperbaiki... 3 Gambar 2. Ilustrasi bajak subsoil (Shippen et al.,1980)... 5 Gambar 3. Hubungan faktor-faktor dinamik pada pengolahan tanah dengan kelembaban tanah (Baver et al., 1972)... 9 Gambar 4. Model bajak subsoil getar untuk pengujian pada bak tanah oleh Butson dan MacIntyre (1981)... 12 Gambar 5. Hubungan tahanan tarik dengan rasio kecepatan... 13 Gambar 6. Ilustrasi bajak getar (Kawamura et al., 1986)... 14 Gambar 7. Kalibrasi load cell... 17 Gambar 8. Bajak subsoil getar tipe chisel lengkung parabolik... 18 Gambar 9. Peralatan pengukuran kadar air dan kerapatan isi tanah... 19 Gambar 10. Pengukuran tahanan penetrasi tanah... 20 Gambar 11. Penetrometer tipe SR-2... 20 Gambar12. Pengukuran tahanan geser tanah... 21 Gambar 13. Peralatan untuk mengukur tahanan geser... 21 Gambar 14. Pengukuran tahanan gesek tanah... 22 Gambar 15. Peralatan pengukuran tahanan gesek... 22 Gambar 16. Penggandengan traktor saat pengujian... 23 Gambar 17. Posisi load cell dalam pengujian di lapangan... 23 Gambar 18. Pengukuran putaran PTO yang disalurkan ke bajak girboks... 25 Gambar 19. Pengukuran kedalaman pengolahan... 26 Gambar 20. Pengukuran slip roda traksi... 26 Gambar 21. Bagan kode perlakuan pada pengujian lapangan... 27 Gambar 22. Rancangan mekanisme peredam torsi pada bajak getar... 29 Gambar 23. Piringan peredam... 30 Gambar 24. Pegas... 31 Gambar 25. Piringan pemutar... 31 Gambar 26. Tutup... 32 Gambar 27. Grafik hubungan kedalaman dan tahanan penetrasi... 36 viii
Gambar 28. Kelengketan tanah pada bilah bajak subsoil getar... 37 Gambar 29. Bajak subsoil getar saat beroperasi... 39 Gambar 30. Grafik hubungan kecepatan maju traktor dengan tahanan tarik... 40 Gambar 31. Grafik hubungan tahanan tarik dengan slip roda traksi... 42 Gambar 32. Grafik hubungan rasio kecepatan denga n tahanan tarik... 42 ix