IV. PENDEKATAN RANCANGAN 4.1. Rancang Bangun Furrower Pembuat Guludan Rancang bangun furrower yang digunakan untuk Traktor Cultivator Te 550n dilakukan dengan merubah pisau dan sayap furrower. Pada furrower yang sudah ada, posisinya adalah saling membelakangi dan akan dirubah posisi pisau dan sayapnya menjadi berhadapan. Dengan menggunakan furrower yang sudah ada untuk membuat guludan diperlukan dua kali lintasan furrower. Sedangkan dengan furrower modifikasi untuk membuat guludan hanya diperlukan satu kali lintasan. Tujuan lain dari pembuatan pisau dan sayap furrower yang berhadapan yaitu agar memudahkan mendapatkan bentuk dan ukuran guludan yang sesuai. Perubahan pisau dan sayap yang dilakukan yaitu dengan menambah ketinggian sayap sehingga dapat membentuk guludan yang melengkung pada sisi tepi dan sisi atas guludan. Selain itu modifikasi juga dilakukan dengan membuat pengatur sudut depan. Pengatur sudut depan dirancang untuk mengatur sudut kemiringan antara mata pisau dengan permukaan tanah. Pengaturan sudut kemiringan yaitu dengan mengatur dua buah baut pada bagian atas dan bawah. 4.2. Rancangan Fungsional Bagian-bagian dari furrower pembuat guludan yang dirancang dan dibuat terdiri dari pisau, sayap furrower, tangkai furrower, landside, batang tarik, siku penguat, besi penjepit, batang penghubung, pengatur sudut depan, dan besi penggandeng. Bagian-bagian furrower tersebut mempunyai fungsi sebagai berikut : 4.2.1. Pisau Pisau berfungsi untuk memotong permukaan tanah dan mengarahkannya menuju ke bagian sayap furrower. Pisau merupakan bagian dari furrower yang pertama kali melakukan kontak langsung terhadap tanah. 4.2.2. Sayap Furrower Sayap furrower berfungsi untuk mengangkat dan membalikan tanah serta membentuknya menjadi sebuah guludan. Bentuk sayap disesuaikan agar 31
mendapatkan bentuk yang diinginkan yaitu melengkung pada sisi tepi dan atas dari guludan. 4.2.3. Tangkai furrower Tangkai furrower berfungsi sebagai tempat menempelnya mata pisau, sayap furrower dan landside. Tangkai furrower juga menjadi penghubung antara bagian pisau atau sayap furrower dengan bagian batang tarik. 4.2.4. Landside Landside berfungsi untuk menahan gaya tekan tanah dari arah samping sehingga furrower dapat lebih stabil pada saat maju. 4.2.5. Batang Tarik Batang tarik berfungsi sebagai tempat kedudukan tangkai furrower. 4.2.6. Siku Penguat Siku penguat berfungsi untuk memperkuat hubungan antara batang tarik dengan batang penghubung. 4.2.7. Besi Penjepit Besi penjepit berfungsi untuk mengunci posisi tangkai furrower terhadap batang tarik sehingga ketinggian dan jarak antar tangkai furrower tidak berubah. Besi penjepit dirancang agar jarak antar pisau dan ketinggian pisau dapat diatur sesuai kebutuhan. 4.2.8. Pengatur Sudut Depan Pengatur sudut depan berfungsi mengatur sudut kemiringan antara mata pisau dengan permukaan tanah. 4.2.9. Besi Penggandeng traktor. Besi penggandeng berfungsi untuk menggandengkan furrower dengan 32
4.3. Rancangan Struktural 4.3.1. Analisis Teknik Analisiss teknik pada rancangan furrower pembuat guludan dibagi menjadi tiga bagian. Bagian-bagian tersebut terdiri dari : 1.) pisau, sayap, dan tangkai furrower, 2.) pengunci, 3.) batang tarik. 4.3.1.1. Pisau, Sayap dan Tangkai Furrower Rancangan pisau dan sayap furrower disesuaikan dengan bentuk dan ukuran guludan yang diinginkan. Ukuran guludan yang akan dicapai pada penelitian ini adalah seperti terlihat pada Gambar 18. Gambar 18. Bentuk dan ukuran guludan yang diinginkan Bentuk dan ukuran guludan yang diinginkan yaitu: 1) lebar bawah guludan (Lg) = 40 cm, 2) lebar atas guludan (La) = 20 cm, 3) lebar antar guludan (Ls)= 20 cm, dan 4) tinggi guludan (Tg) = 20 cm. Untuk mendapatkann Lg = 40 cm dan Ls = 20 cm maka jarak antara mata bajak diatur posisinya sehingga berjarak 60 cm dengan lebar potong bajak untuk masing-masing bilah sebesar 10 cm. Lebar potong sebesar 10 cm didapatkan dengan mengatur sudut pada mata pisau dengan panjang sisi miring mata pisau 16 dan lebar potong 10 cm. Tinggi guludan diperoleh dengan mengatur ketinggian sayap furrower pada ketinggian 20 cm. Bentuk guludan yang diinginkan adalah bentuk lengkung untuk bagian tepi dan bagian atas guludan. Sehingga untuk mendapatkan kelengkungan yang diinginkan makaa perlu dilakukan penempaan sayap furrower berulang-ulang sampai diperoleh bentuk guludan yang diinginkan. 33
Analisiss untuk menentukan dimensi tangkai furrower didasarkan pada pendekatan beban maksimum yang dapat ditarik oleh traktor roda dua. Secara teori, kemampuan tarik maksimum traktor tangan adalah sepertiga berat traktor tersebut. Traktor tangan yang digunakan pada penelitian ini memiliki bobot sekitar 78 kgf, sehingga kemampuan tarik (pull) maksimumnya adalah sekitar 26 kgf. Pada furrower pembuat guludan dipasang dua bilah tangkai furrower, sehingga kemampuan tarik maksimumnya dibagi menjadi dua dengan masing-masing tangkai menarik beban maksimum sebesar 13 kgf. Beban tersebut akan ditahan oleh tangkai furrower dan akan menimbulkan momen lentur pada tangkai tersebut. Beban tarik yang dialami tangkai furrower dapat dilihat pada Gambar 19. Dimensi tangkai furrower menurut besarnya beban yang mengenainya dapat ditentukan dengan menggunakan rumus (Nash, 1957) : σ a =...... (7) keterangan : σ a M c I = Nilai kekuatan tarik bahan yang diperbolehkan (kgf/mm 2 ) = Momen yang terjadi pada tangkai (kgf mm) = Titik tengah bahan (mm) = Inersia bahan (mm 4 ) Gambar 19. Beban tarik yang dialami tangkai furrower 34
Untuk membuat tangkai furrower, digunakan plat dengan ketebalan (b) = 10 mm dan panjang (L) = 185 mm. Kekuatan tarik bahan (baja karbon) yang diperbolehkan (σ a ) adalah sebesar 21 kg/mm 2, dapat dilihat pada Lampiran 1. Sehingga lebar tangkai (h) dapat ditentukan dengan persamaan (Nash, 1957) : σ a =...... (8) =............(9) Sehingga ; h =....... (10) digunakan safety factor (sf) = 4, sehingga ; h = h = 16.6 mm Selain mengalami beban dari arah depan (berlawanan dengan arah maju traktor), tangkai furrower juga mengalami beban dari samping yang diakibatkan oleh kontak antara tepi tanah yang diolah dengan bagian sayap furrower. Arah gaya yang mengenai furrower dapat dilihat pada Gambar 20. Besarnya beban dari samping adalah sebesar sepertiga kali beban dari arah depan. Dengan asumsi beban dari arah depan 13 kgf, maka tebal tangkai rangka (h) minimum untuk dapat menahan beban samping, jika diasumsikan lebar tangkai (b) adalah 16.6 mm dapat ditentukan dengan perhitungan : 35
Gambar 20. Beban lentur yang terjadi pada tangkai furrower h =... (11) h = h = 7.4 mmm Dari kedua perhitungan diatas, didapatkan nilai lebar minimum tangkai furrower adalah 16.6 mm. Berdasarkan hasil perhitungan, dalam pembuatan tangkai furrowerr digunakan bahan besi pelat dengan ukuran tebal (b) = 10 mm dan lebar (h) = 36 mm, penggunaan lebar tangkai 36 mm dikarenakan ketersediaan di pasaran. Sehingga dengan penggunaan lebar tangkai 36 mm telah memenuhi batas minimum menurut perhitungan. 4.3.1.2. Pengunci Pengunci dibuat dari plat yang dipotong dan dirangkai menjadi bentuk U. Bagian atas dan bawah pengunci merupakan plat yang dilubangi bentuk persegi berukuran panjang (p) = 40 mm dan lebar (l) = 11 mm sebagai tempat masuknya tangkai furrower. Pada bagian tengah pengunci tersebut dipasang baut pengencang dengan ukuran diameter (D) = 12 mm dan panjang 36
40 mm untuk mengunci posisi tangkai furrower pada batang tarik. Bentuk pengunci dapat dilihat pada Gambar 21. Gambar 21. Bentuk rancangan pengunci Pada saat furrower digunakan, tangkai furrower akan mengalami beban yang akan diakibatkan oleh gaya tahanan tanah. Beban maksimum yang akan diterima oleh setiap tangkai furrower diasumsikan sebesar 13 kgf. Karena adanya beban pada tangkai furrower, pengunci akan mengalami beban tarik dan beban lentur. Beban lentur yang terjadi pada pengunci dapat dilihat pada Gambar 22. Momen yang terjadi pada pengunci dapat dilihat pada Gambar 23. Beban tarik yang terjadi pada pengunci dapat dilihat pada Gambar 24. Beban tarik yang akan terjadi akan mengikuti persamaan berikut (Nash, 1957). σ b =...(12) keterangan : σ b = nilai kekuatan geser bahan yang diperbolehkan (kgf / mm 2 ) W = beban tarik yang dialami bahan (kgf) A = luas penampang bahan yang mengalami beban tarik (mm 2 ) 37
Gambar 22. Beban lentur yang terjadi pada pengunci Gambar 23. Momen yang terjadi pada pengunci Keterangan : F1 = 13 kgf (gaya pada tangkai) F2 = gaya pada pengunci h1 = 27 mm h2 = 185 mm Ma = 0...(13) F1 h2 = F2 h1...(14) F2 = F1 F2 = 13 F2 = 89.1 kgf 38
Gambar 24. Beban tarik yang terjadi pada pengunci Dengan ukuran plat, tebal (b) = 10 mm, nilai kekuatan geser bahan (baja karbon) yang diperbolehkan (τ) = 21 kgf/mm 2, dapat dilihat pada Lampiran 1 dan faktor keamanan (sf) = 6, maka jarak tepi lubang dari tepi depan plat (d) dapat dihitung dengan persamaan berikut (Nash, 1957). τ = τ =...(15)...(16) τ = d = d = d = d = 1.3 mm Jarak tepi lubang dari tepi samping pelat (c) dapat ditentukan dengan persamaan (Nash, 1957) : σ = σ =...(17)...(18) σ = 39
c = c = c = c = 0.6 mmm Dalam pembuatan pengunci, jarak tepi lubang dari tepi depan dan samping pelat (d dan c) adalah 12 mm dan 13 mm. Sehingga sudah sesuai dengan batas minimum dari hasil perhitungan. 4.3.1.3. Batang Tarik Batang tarik merupakan bagian penyangga tangkai furrower. Bagian ini dibuat dari besi persegi berongga dengan ukuran dimensi adalah 30 mm x 20 mm, dan mempunyai ketebalan 2 mm dengan panjang 80 cm. Dari hasil pengukuran, didapatkan nilai Dl = 30 mm, dan Bl = 20 mm. Bentuk rancangan batang tarik dapat dilihat pada Gambar 25. Gambar 25. Bentuk rancangan batang tarik Dengan menggunakan persamaan (7), maka nilai inersia : σ =...(19) I =..........(20) 40
= =. = 1386.7 mm 4 Untuk menentukan ukuran tebal batang tarik (t) dapat digunakan persamaan inersia pada penampang persegi berongga (Nash, 1957). I = I =...(21)...(22) I =...(23) 1386.7 = 1386.7 = 249606 = (540000) [ (20-t) (30-t) 3 ] dengan menggunakan program Wolfram Mathematica 7.0 diperoleh nilai tebal batang tarik ( t ) adalah sebesar 3.8 mm. Pada kondisi sebenarnya (hasil pengukuran), nilai tebal batang tarik ( t ) adalah 2 mm. Nilai ini lebih kecil dari nilai hasil perhitungan, sehingga secara teori batang tarik tidak akan mampu menahan beban. Untuk menambah kekuatannya, maka dipasang dua buah siku penguat. Siku penguat menghubungkan batang tarik dengan batang penghubung, sehingga dapat memperkuat batang tarik ketika menahan beban. Dengan penambahan siku penguat, diharapkan batang tarik dapat menahan momen lentur yang terjadi. Akibat adanya beban pada ujung kanan dan kiri, pada batang tarik juga terjadi momen puntir. Momen puntir yang terjadi pada batang tarik dapat dilihat pada Gambar 26. 41
Gambar 26. Momen puntir yang terjadi pada batang tarik Besarnya momen puntir yang terjadi dapat ditentukan dengan persamaan berikut (Nash, 1957). T = F x R.(18) = (13 x 9..8) x 0.195 = 24.8 Nm Puntiran yang terjadi adalah sebesar : θ = θ = θ = θ = 0.01 rad /m θ = 0.5 o /m karena panjang batang terpuntir adalah 80 mm, maka sudut puntir yang terjadi ; θ = 0.5 0.08 = 0.04 o. Sehingga dengan sudut puntir 0.04 o diharapkan dapat menahan beban puntir yang disebabkan oleh tangkai furrower. 42