KEKUATAN SIRIP BERPEGAS DENGAN MEKANISME POROS PUNTIR OLEH PEMBEBANAN STATIS Oleh : SLAMET EKA DANNY PRIYADI F14103101 DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2008
KEKUATAN SIRIP BERPEGAS DENGAN MEKANISME POROS PUNTIR OLEH PEMBEBANAN STATIS Skripsi Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknologi Pertanian Pada Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor Oleh: SLAMET EKA DANNY PRIYADI F14103101 DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2008
RIWAYAT HIDUP Penulis memiliki nama lengkap Slamet Eka Danny Priyadi dilahirkan di Purworejo pada tanggal 25 Maret 1985 dari pasangan Sukarmin dan Hadmini. Pada tahun 1991 penulis lulus dari TK Sandi Putra dan tahun 1997 penulis lulus dari SDN Pengadilan 2 Bogor. Penulis kemudian melanjutkan studinya di SLTP Negeri 1 Bogor dan lulus pada tahun 2000, kemudian pada tahun 2003 penulis dinyatakan lulus dari SMU Negeri 1 Bogor. Melalui jalur USMI, pada tahun 2003 penulis melanjutkan studinya di Departemen Teknik Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Selama studi tersebut, pada tahun 2006 penulis melaksanakan kegiatan praktek lapangan di Parung Farm dengan judul Aplikasi Peralatan, Instrumen dan Kontrol Sistem Aeroponik di Parung Farm, Bogor, Jawa Barat. Kemudian sebagai salah satu syarat untuk semperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian pada Departemen Teknik Pertanian, penulis menyelesaikan skripsi dengan judul Kekuatan Sirip Berpegas dengan Mekanisme Poros Puntir oleh Pembebanan Statis.
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR KEKUATAN SIRIP BERPEGAS DENGAN MEKANISME POROS PUNTIR OLEH PEMBEBANAN STATIS SKRIPSI Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Pada Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor Oleh: SLAMET EKA DANNY PRIYADI F14103101 Dilahirkan pada tanggal 25 Maret 1985 Di Purworejo Tanggal lulus : 9 Januari 2008 Menyetujui, Bogor, Januari 2008 Dosen Pembimbing Akademik Dr. Ir. Wawan Hermawan, M.S. NIP.131671603 Mengetahui, Ketua Departemen Teknik Pertanian Dr. Ir. Wawan Hermawan, M.S. NIP.131671603
Slamet Eka Danny Priyadi. F 14103101. Kekuatan Sirip Berpegas dengan Mekanisme Poros Puntir oleh Pembebanan Statis. Dibimbing oleh Wawan Hermawan. 2008. RINGKASAN Roda besi bersirip yang biasa digunakan pada traktor tangan adalah roda besi konvensional, di mana sirip-sirip dipasang kaku pada rim dan dengan sudut kemiringan sirip yang besarnya telah diset tetap. Pada saat melakukan pengolahan tanah, roda bersirip kaku memiliki beberapa kekurangan, di antaranya adalah (a) kemampuan tarikan yang relatif rendah, (b) kemampuan mengapung (gaya angkat) dan mobilitas yang rendah, dan (c) efisiensi traksi (efisiensi tenaga) yang masih rendah. Untuk mengatasi permasalahan tersebut, dirancang roda besi bersirip dengan mekanisme sirip berpegas. Perancangan roda sirip berpegas ini telah dilakukan dengan menggunakan mekanisme pegas ulir dan roda dengan mekanisme pegas menggunakan poros puntir. Namun demikian, pada pengujian di lapangan menggunakan roda sirip berpegas dengan mekanisme poros puntir, ditemukan beberapa kelemahan mekanisme pegas yang tidak berfungsi bahkan ada yang patah. Oleh karena itu, diperlukan analisis perancangan mekanisme poros puntir terutama dalam penentuan ukuran dan jenis bahan poros puntir yang digunakan. Tujuan dari penelitian ini adalah melakukan pengujian dan analisis kekuatan mekanis sirip dengan poros puntir untuk roda besi bersirip gerak. Pengujian yang dilakukan adalah untuk mengukur perubahan sudut puntir terhadap perubahan tingkat beban yang diberikan dan waktu pembebanan pada beberapa ukuran diameter poros. Besarnya beban diperoleh berdasarkan nilai tahanan tanah yang terjadi pada kedalaman 17 cm, yaitu sebesar 65 kpa. Beban dari nilai tahanan tanah tersebut kemudian diberikan pada plat sirip dengan penampang 0.028 m 2, sehingga didapatkan gaya yang membebani sirip adalah 1820 N. Dengan pertimbangan beban yang terjadi dan nilai sudut puntir yang diharapkan sebesar 8 o, didapatkan ukuran minimal diameter poros sirip adalah 12 mm. Sementara itu, pemilihan jenis bahan poros dilakukan berdasarkan hasil studi literatur mengenai kadar karbon dan spesifikasi teknis yang dimiliki oleh masing-masing jenis baja karbon. Dari studi literatur tersebut, dipilih baja dengan kandungan karbon 0.370-0.440 % sebagai poros pada sirip dengan mekanisme poros puntir ini. Jenis baja karbon tersebut biasa disebut dengan nama baja AISI 1040. Pengujian kekuatan poros sirip dilakukan dengan cara menarik plat sirip yang sudah dipasangi poros dengan beberapa tingkatan beban, yaitu 918.95 N, 1261.16 N, 1533.21 N dan 1830.35 N. Pada pengujian ini, besarnya diameter poros juga divariasikan mulai dari 12 mm, 14 mm, 16 mm dan 18 mm. Untuk memudahkan dalam menarik plat sirip, maka dirancanglah suatu konstruksi pengujian yang terdiri dari jungkitan, rangka dan tempat beban uji. Pada konstruksi ini, sirip dipasang dengan menggunakan baud pada rangka utama dan posisi kemiringan sirip dibuat datar (0 o ) dengan menggunakan waterpass. Plat sirip yang diuji kemudian dihubungkan pada salah satu lengan jungkitan menggunakan kait yang sudah dipasangi load cell, sedangkan lengan jungkitan yang satunya dihubungkan dengan beban yang digunakan untuk menarik sirip.
Ketika beban sudah diletakkan pada lengan jungkitan, maka jungkitan akan tertarik ke bawah dan sirip yang diuji akan bergerak ke atas. Ketika plat sirip mulai bergerak, besarnya sudut puntir yang terjadi diukur dengan menggunakan abney level. Dari hasil pengujian, ternyata poros 12 mm dan 14 mm dinyatakan tidak layak untuk digunakan sebagai poros puntir. Hal ini karena poros dengan diameter 12 mm mengalami deformasi plastis akibat puntiran dengan sudut deformasi sebesar 3 o ketika dibebani oleh gaya 1533.21 N dan poros berdiameter 14 mm memiliki sudut deformasi puntir sebesar 1 o pada tingkat beban yang sama. Sementara itu, poros 16 mm dan 18 mm dinyatakan layak karena tidak mengalami deformasi pada saat tingkat pembebanan diberikan hingga 1830.35 N. Hanya saja besarnya sudut puntir pada poros 18 mm dianggap terlalu kecil dan kurang memenuhi syarat sudut puntir yang diharapkan. Pada gaya maksimal, poros dengan diameter 18 mm hanya mengalami puntiran sebesar 4 o, sementara sudut puntir yang diharapkan adalah 8 o. Dari kegiatan penelitian ini dapat disimpulkan bahwa semakin besar beban yang digunakan akan menyebabkan makin besar pula sudut puntir yang terbentuk. Pada poros sirip AISI 1040 berdiameter 16 mm dengan beban sebesar 918.95 N, 1261.16 N, 1533.21 N dan 1830.35 N dihasilkan sudut puntir sebesar 3 o, 5 o, 6 o dan 7 o. Dipilihnya poros AISI 1040 berdiameter 16 mm adalah karena poros ini tidak mengalami deformasi plastis akibat beban puntir yang digunakan.
KATA PENGANTAR Tiada kata yang lebih indah selain puji dan syukur untuk dipanjatkan ke hadirat Allah SWT, karena atas berkat dan rahmat-nya penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini. Skripsi yang berjudul Kekuatan Sirip Berpegas dengan Mekanisme Poros Puntir terhadap Pembebanan Statis ini merupakan tugas akhir dalam menyelesaikan program Sarjana di Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Pada kesempatan ini, penulis menyampaikan ucapan terima kasih dan penghargaan yang tulus kepada semua pihak yang telah turut membantu hingga skripsi ini dapat diselesaikan, terutama kepada : 1. Dr. Ir. Wawan Hermawan, M.S. selaku dosen pembimbing akademik, atas semua masukkan, bimbingan dan perhatiannya. 2. Dr. Ir. Gatot Pramuhadi, M.Si. selaku dosen penguji atas sarannya. 3. Ir. Gardjito, M.Sc. selaku dosen penguji atas sarannya. 4. Bapak Abbas Mustofa atas bimbingan dan semua bantuannya selama penulis melaksanakan kegiatan penelitian. 5. Bapak Sudarmodjo atas saran dan semua masukkannya. 6. Keluarga penulis di Bogor, atas doa, dukungan, dan kasih sayangnya. 7. Nofi Kurniati dan keluarga atas doa, dukungan dan semangatnya. 8. Hamzah, Feri, Bagus, Diyanti dan Andika atas bantuannya selama penulis melakukan kegiatan penelitian di lapangan hingga selesainya skripsi ini.. 9. RD ers atas persahabatan dan kekompakkannya selama ini. 10. Teman-teman TEP 40 atas persahabatan dan kekompakkannya. Hasil dari penelitian ini diharapkan dapat digunakan untuk memudahkan perancangan roda besi bersirip gerak dengan mekanisme poros puntir pada kegiatan selanjutnya. Seperti kata pepatah Tiada gading yang tak retak, dalam skripsi ini masih banyak terdapat kekurangan. Namun penulis berharap agar skripsi ini bisa menjadi tambahan ilmu bagi pembaca. Amiin. Bogor, Januari 2008 Penulis vi
DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR... vi DAFTAR ISI... vii DAFTAR TABEL... ix DAFTAR GAMBAR... x DAFTAR LAMPIRAN... xii I. PENDAHULUAN... 1 A. LATAR BELAKANG... 1 B. TUJUAN PENELITIAN... 4 II. TINJAUAN PUSTAKA... 5 A. SIFAT TANAH... 5 B. PENGOLAHAN TANAH SAWAH... 6 C. TRAKTOR RODA DUA... 7 D. RODA BESI BERSIRIP GERAK... 9 E. PERFORMANSI RODA... 11 F. RODA BESI BERSIRIP DENGAN MEKANISME POROS PUNTIR 12 G. BAHAN KERJA... 16 H. POROS... 17 III. METODOLOGI... 20 A. KEGIATAN PENELITIAN... 20 B. WAKTU DAN TEMPAT PENELITIAN... 21 C. BAHAN DAN ALAT... 22 D. ANALISIS RANCANG BANGUN... 23 1. Sudut Kemiringan Sirip... 23 2. Mekanisme Sirip Berpegas dengan Poros Puntir... 25 3. Rancangan Ukuran Poros Puntir... 29 E. METODE PENGUJIAN... 31 1. Konstruksi dan Instrumen Pengujian... 31 2. Pembebanan... 35 3. Pengujian... 36 vii
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN... 38 A. VALIDASI SUDUT SIRIP... 38 1. Poros 12 mm... 38 2. Poros 14 mm... 39 3. Poros 16 mm... 39 4. Poros 18 mm... 40 5. Perbandingan Sudut Deformasi Puntiran pada Validasi Sudut Sirip... 41 6. Perbandingan Modulus Geser... 42 B. UJI KEKUATAN SIRIP... 43 1. Poros 12 mm... 43 2. Poros 14 mm... 44 3. Poros 16 mm... 44 4. Poros 18 mm... 45 5. Perbandingan Sudut Deformasi Puntiran pada Uji Kekuatan Sirip... 46 V. KESIMPULAN DAN SARAN... 48 A. KESIMPULAN... 48 B. SARAN... 48 DAFTAR PUSTAKA... 49 LAMPIRAN... 51 viii
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1. Baja karbon untuk konstruksi mesin dan baja batang yang difinis dingin untuk poros (Sularso, 1997)... 17 Tabel 2. Bahan utama yang digunakan pada kegiatan penelitian dan fungsinya... 22 Tabel 3. Instrumen yang digunakan untuk pengujian dan fungsinya... 22 Tabel 4. Penggolongan baja secara umum (Sularso, 1997)... 30 ix