BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN A. HASIL RANCANGAN DAN KONSTRUKSI 1. Deskripsi Alat Gambar 16. Mesin Pemangkas Tanaman Jarak Pagar a. Sumber Tenaga Penggerak Sumber tenaga pada mesin pemangkas diklasifikasikan menjadi dua. Sumber tenaga manusia dan sumber tenaga mesin. Sumber tenaga manusia dibutuhkan untuk mendorong mesin untuk kegiatan transportasi dan operasi, sedangkan sumber tenaga yang kedua adalah mesin akan dipergunakan sebagai penggerak komponen pemangkas berupa circular saw. Selanjutnya circular saw yang berputar akan didorong maju menuju batang agar proses pemotongan terjadi. Engine yang dipergunakan dapat menyediakan tenaga sebesar 1.5 HP, sedangkan kecepatan putaran yang dipergunakan adalah sebesar yang akan menghasilkan putaran sebesar 4000 rpm.. b. Batasan dalam Perancangan Alat Perancangan dilakukan dengan memperhatikan faktor-faktor langsung yang ada di lapangan. Faktor-faktor lingkungan yang turut dipertimbangkan untuk kegiatan perancangan antara lain, jarak tanaman jarak pagar,
topografi, dan keadaan tanah. Faktor lingkungan tersebut akan menentukan dimensi rancangan. Mesin pemangkas menggunakan rangka pipa stainless steel, karena memiliki kelebihan-kelebihan seperti lebih kokoh, keras, kuat dan mudah dilas. Untuk bahan circular saw, dipergunakan bahan baja HSS. Batasan perancangan lainnya adalah kecepatan operasi mesin pemangkas. Semakin cepat seseorang berjalan maka energi yang dikeluarkan akan semakin besar. Kecepataan seseorang laki-laki dewasa berjalan secara normal adalah sebesar 3 sampai 6 km/jam. Kecepatan maju disetarakan nilainya dengan kecepatan dari operator untuk mendorongnya, dalam hal ini dipergunakan kecepatan maksimum sebesar 3.6 km/jam atau sama dengan 1 meter/detik (Prihanto,1984). c. Cara Kerja Alat Mesin pemangkas tanaman jarak pagar dirancang untuk dioperasikan oleh seorang operator dengan cara didorong. Sistem mendorong mesin akan dipergunakan untuk kegiatan transportasi di lahan, maupun untuk kegiatan operasi di lahan, yaitu, saat pemotongan batang. Sumber tenaga yang berasal dari engine brush cutter akan memutar drive shaft dalam pipa transmisi. Putaran drive shaft ini selanjutnya akan ditransmisikan ke kepala transmisi yang berfungsi sebagai elbow, atau pembelok arah putaran transmisi. Selanjutnya putaran yang dihasilkan, akan memutar sebuah piringan pemotong circular saw. Komponen terakhir ini yang akan secara langsung melakukan kontak dengan batang jarak. Mesin pemangkas dilengkapi dengan unit leveling, sehingga pemotongan yang diperoleh akan seragam pada ketinggian tertentu, sesuai dengan setup level yang dipergunakan. Unit leveling ini memiliki beberapa tingkat ketinggian pemangkasan, yaitu mulai dari 25 cm, hingga 35 cm. Unit leveling ini terbuat dari besi pipa yang sekaligus berfungsi sebagai kuda-kuda yang menopang circular saw yang akan berputar. Unit leveling
didesain menjadi empat bagian, dua unit di depan, dan dua unit di belakang. Masing-masing unit diset secara terpisah. d. Bentuk Alat Rancangan mesin akan terdiri dari beberapa komponen seperti diperlihatkan pada Gambar17. 1 3 4 2 7 5 6 9 10 8 Keterangan 1. Engine 2. Flexible shaft 3. Drive shaft 4. Handle 5. Rangka 6. Roda karet 7. Rangka pendorong 8. Roda Sangkar 9. Pisau 10. Penutup Pisau Gambar 17. Komponen Mesin Pemangkas Batang Jarak
2. Rancangan Fungsional Mesin yang dirancang terdiri dari beberapa komponen utama, seperti: 1. Batang kendali, yang terbuat dari bahan pipa besi, fungsi utamanya adalah untuk mengendalikan gerak mesin. 2. Rangka, terbuat dari bahan pipa besi memiliki fungsi utama untuk menegakkan berdirinya mesin pemangkas. 3. Roda, berfungsi untuk mempermudah operasi dan transportasi di lahan. 4. Leveling, terbuat dari besi siku dengan ukuran tinggi 30 cm, berfungsi untuk menjaga ketinggian pemotongan tetap setinggi 30 cm pada setiap tanaman jarak pagar. 5. Circular saw, berupa sebilah gergaji berbentuk bulat yang terbuat dari bahan baja HSS atau bahan baja karbon tinggi. 6. Sumber tenaga yang memutar circular saw berasal dari putaran poros engkol dalam engine brush cutter 1.5 HP. 7. Flexible shaft, dipergunakan untuk transmisi putaran tenaga yang berasal dari engine sehingga dapat memutar circular saw yang selanjutunya akan memotong tanaman 3. Rancangan Struktural a. Rangka Utama Untuk memperoleh ketinggian yang seragam pada hasil pemotongan/pemangkasan, maka perlu dilakukan perancangan awal. Kegiatan pemangkasan percabangan awal, umumnya dilakukan pada akhir tahun pertama, atau setelah sebagian besar tanaman telah mencapai ketinggian minimum satu meter. Untuk memperoleh hasil potongan yang baik, perlu dilakukan perancangan ketinggian pemotongan, sehingga batang yang terpotong dapat diharapkan memberi hasil yang tetap sama untuk tiap pemotongan. Untuk perancangan ketinggian pemotongan, dapat diatur ketinggian potongnya mulai dari ketinggian 25 cm, hingga 45 cm, dengan besar kenaikan 5 cm.
Pengatur ketinggian berhubungan langsung dengan komponen roda, sehingga perubahan ketinggian dapat dilakukan dengan mengatur beda antara roda dengan rangka utama. Karena terdapat empat buah roda yang berbeda maka pengaturan ketinggian pun berbeda. Faktor lain yang penting untuk dipertimbangkan dalam perancangan adalah lebar kerja. Tanaman jarak pagar memiliki lebar kanopi yang bervariasi, sehingga hal ini akan menentukkan keberhasilan operasi dari mesin. Lebar kerja mesin sebesar 25 cm, merupakan jarak antara kedua roda depan. Dengan demikian tanaman jarak dengan lebar kanopi lebih kecil dari 25 cm dapat dengan mudah terlewati melalui bagian bawah roda depan. b. Roda Roda merupakan bagian yang cukup vital dalam kegiatan operasi di lahan maupun untuk kegiatan transportasi ke lahan, sehingga perlu mendapatkan perhatian yang serius. Roda pada desain mesin pemangkas tanaman jarak pagar dapat dibagi menjadi dua bagian, yaitu roda depan, dan roda belakang. Roda depan dilengkapi dengan gigi-gigi tipis yang akan menembus masuk ke dalam tanah, sehingga akan membantu meredam goncangan yang dihasilkan oleh mesin. Roda depan terdiri atas beberapa komponen kecil yang pentingserpti bearing, poros, besi pelat, besi pelat bergerigi, dan pasangan mur baut. Roda depan dilengkapi gerigi dengan diameter 15 cm, tujuannya agar roda dapat lebih kokoh karena memperoleh tahanan sisi-sisinya. Dengan begitu ketika operasi pemotongan dilakukan, keseluruhan rangka dari mesin, dapat tetap stabil meskipun mengalami geteran yang cukup besar. Roda depan dilengkapi dengan landasan yang terbuat dari besi plat berukuran (196.3 x 102) mm 2. Tujuan penambahan landasan adalah untuk mencegah roda gerigi terjebak masuk ke dalam tanah terlalu dalam yang selanjutnya dapat menghambat operasi dan transportasi di lahan. Pada proses desain roda depan, terjadi beberapa perbaikan. Awalnya roda depan digunakan roda karet yang flexible, sehingga ketika dilakukan kegiatan operasi pemotongan di lahan tidak terlalu sulit. Flexibilitas roda
karet ini ternyata menyebabkan mesin pemangkas menjadi tidak stabil. Hal ini berdampak pada arah gerakmesin yang jadi tidak stabil. Rancangan kedua baru menggunakan roda besi yang dilengkapi dengan gigi-gigi seperti telah dijelaskan sebelumnya, arah gerak mesin menjadi lebih stabil, meskipun getaran yang dialami mesin pemangkas masih cukup besar. Namun hal ini berdampak pada tingkat manuverability yang cenderung berkurang, sehingga untuk berbelok diperlukan waktu yang lebih lama. Roda belakang dirancang dengan jarak antar roda sebesar 1238 mm. Roda belakang menggunakan ban karet yang dipompakan udara. Roda belakang inilah yang menjadi bagian yang menopang sebagian besar berat mesin keseluruhan, sehingga tekanan udara yang sesuai harus terpenuhi. Ukuran roda belakang tidak terlalu besar, karena jari-jari roda belakang hanya sebesar 15 cm. c. Batang kendali Batang kendali merupakan bagian yang berkaitan langsung dengan penyaluran tenaga operator ke mesin yang akan didorong. Batang kendali dirancang agar dapat dipegang oleh satu tangan, maupun oleh dua tangan. Batang kendali ini dirancang dengan kemiringan sebesar 25 o dari sumbu horizontal, seperti dapat dilihat dari Gambar 17. Batang kendali untuk dua tangan terbuat dari bahan pipa stainless steel dengan jarak antara handle sebesar 60 cm. Batang kendali untuk satu tangan merupakan batang kendali yang sekaligus merupakan silinder transmisi, yang juga terbuat dari pipa stainless steel. d. Transmisi Transmisi merupakan bagian paling vital jika dilihat dari fungsi mesin yang didesain. Hal ini karena transmisi yang terhubung saling berkaitan dari sumber tenaga putar hingga putaran akhir yang akan memutar mata circular saw, komponen utama yang berfungsi untuk kegiatan pemotongan dalam desain ini. Daya yang dihasilkan oleh poros engkol dari engine yang digunakan, akan di transmisikan melalui shaft-shaft penghubung (flexible shaft,dan
common shaft). Selanjutnya daya yang ditransmisikan itu akan digunakan untuk memutar piringan circular saw, sehingga komponen terakhir itu, dapat menjalankan fungsinya untuk memotong. Panjang transmisi pada flexible shaft 70 cm, dan panjang transmisi pada common shaft 119 cm. Putaran transmisi yang diterima oleh common shaft ini kemudian di transmisikan oleh kepala transmisi, sehingga diperoleh putaran dengan kemiringan tertentu. B. UJI KINERJA MESIN PEMANGKAS 1. Berat Alat dan Titik Berat Alat Pengukuran berat mesin dilakukan dengan penimbangan secara langsung menggunakan timbangan badan. Penimbangan massa mesin diawali dengan menimbang massa orang tanpa mesin. Kemudian setelah massa dari orang tersebut diketahui besarannya, dilakukan pengukuran massa orang dengan mesin (dalam hal ini mesin diangkat ketika pengukuran dilakukan). Massa mesin diketahui dengan melakukan pengurangan antara variabel massa orang dengan mesin, dan variabel massa yang hanya terdiri dari orang tersebut. Hasil penimbangan massa disajikan pada Tabel 6. Tabel 7. Berat Mesin Pemangkas No Massa (orang) Massa (orang+mesin) Massa mesin Berat Mesin (kg) (kg) (kg) (N) 1. 81.0 108 27.0 264.9 2. 63.5 90 26.5 255.1 3. 52.0 78 26.0 260 Rata-rata 26.5 260 Dari hasil pengukuran langsung menggunakan timbangan dapat diketahui bahwa berat alat adalah sebesar 26.5 kgf, sehingga dengan percepatan gravitasi sebesar 9.82 m/s 2 akan diperoleh berat total mesin sebesar 260.2 Newton. Selain berat total mesin, perlu juga diketahui titik pusat massa mesin tersebut berada. Berdasarkan analisis yang telah
dilakukan sebelumnya, diketahui bahwa titik pusat massa berada pada koordinat (-3.4;378.5;-325.9) dengan mengacu pada koordinat pusat (0;0;0) yang berada pada jarak tengah antara roda depan kiri dan kanan. Untuk lebih lengkap dapat dilihat pada analisis teknik pada bab sebelumnya. Gambar 18. Titik Pusat Massa Rangka Mesin Pemangkas Terlihat pada Gambar 18, bahwa lokasi titik pusat massa berada diantara roda depan dan roda belakang. Hal ini menunjukkan bahwa mesin di lahan datar memiliki kemungkinan yang sangat kecil untuk terjungkir baik ke depan maupun ke belakang. Hasil pengukuran titik berat tidak berada pada titik yang simetris dikarenakan beberapa faktor yaitu: 1. Komponen penyusun mesin maupun pengerjaan di bengkel yang tidak dapat dilakukan dengan tingkat presisi yang tinggi. Hal ini dikarenakan pengerjaan masih memanfaatkan tenaga manusia sehingga tingkat ketelitiannya sangat kurang. 2. Komponen yang dihasilkan sebagian besar berasal dari barang-barang bekas, sehingga tingkat keseragamannya sudah tidak dapat dijamin
3. Sering terjadi perombakan dalam pembuatan, sehingga komponen yang sebelumnya salah, tetap dipergunakan setelah mengalami perlakukan tambahan 2. Kualitas Pemotongan Tanaman jarak pagar termasuk tanaman berkayu dengan tingkat kerapatan yang rendah. Berdasarkan pengamatan yang dilakukan secara langsung di Laboratorium Percobaan Leuwikopo, tanaman ini memiliki tingkat pertumbuhan rata-rata per minggunya sebesar 4.34 cm/ minggu. Laju pertumbuhan maksimum perminggu dapat mencapai 10.7 cm/minggu, dan pertumbuhan minimumnya hanya 0.5 cm/minggu. Untuk mencapai ketinggian 1 meter, minimal akan dibutuhkan waktu selama 10 minggu. Namun kenyataan yang terjadi di lapang adalah fluktuasi pertumbuhan yang cukup beragam. Kebutuhan gaya untuk pemotongan rata-rata batang jarak adalah sebesar 24.2 kgf/cm 2, dapat dilihat dari Tabel 5. Sedangkan kekuatan batang jarak secara struktur kolomnya adalah sebesar 63.98 kgf/cm 2, merupakan kombinasi dari kekuatan tekan batang sebesar 62.27 kgf/cm 2 dan kekuatan lentur batang sebesar 14.69 kgf/cm 2. Hasil pengujian kuat tekan dan kuat lentur batang jarak dapat dilihat di lampiran 7 dan 8. Kegiatan pemotongan dilakukan di bengkel untuk menguji waktu pemotongan dan kualitas hasil pemotongan, sebelum dilakukan pengujian di lapangan. Tahap ini dilakukan dengan melalukan batang jarak melalui piringan circular saw yang berputar. Hasil pemotongan dapat dilihat pada Gambar 19a dan 19b.
(a) Gambar 19. Hasil Pemangkasan Jarak (a) Tampak Depan, (b) Tampak Atas (b) Hasil pemotongan cukup beragam karena pengujian dilakukan dengan tingkat kecepatan putaran circular saw yang berbeda, dan kecepatan pengumpanan yang juga berbeda. Namun dari Gambar 19 tampak bahwa penggunaan circular saw memberikan hasil pemotongan yang lebih baik daripada metode pemotongan secara impact.
3. Ketinggian Pemotongan Secara agronomis, pemangkasan batang utama yang nantinya akan menjadi percabangan utama, dilakukan pada tingkat ketinggian pemotongan yang berbeda. Ketinggian pemotongan bervariasi antara 30 cm, 35 cm, dan 40 cm. Untuk memenuhi kebutuhan agronomis tersebut, maka mesin pemangkas ini dirancang dengan lima setup level yang berbeda, bervariasi dari ketinggian 25 cm hingga 45 cm. Pada Tabel 8, disajikan hasil pengujian lapang berkaitan dengan ketinggian pemotongan untuk setup level 25 cm dari permukaan tanah. Tabel 8. Hasil Pengamatan Ketinggian Pemotongan No. Sample Tinggi potongan (cm) 1. 25.5 2. 26.5 3. 26 4. 27.5 5. 25 Rataan 26.1 Dari Tabel 8 tampak bahwa hasil pemotongan tidak tepat memberikan hasil sesuai dengan setup level sebesar 25 cm. Hal ini dikarenakan beberapa hal seperti lahan yang menjadi lokasi, yang kurang seragam kelandaiannya. Selain itu, faktor penggunaan roda depan yang bergerigi ternyata tidak cukup dalam masuk ke dalam tanah. Hal itu yang menyebabkan posisi gergaji tidak berada pada posisi horizontal. 4. Kecepatan Maju Alat Produktivitas suatu lahan pertanian sangat dipengaruhi oleh faktor waktu. Semakin banyak waktu yang dibutuhkan untuk mengerjakan suatu pekerjaan, semakin rendah tingkat produktivitasnya. Oleh karena itu untuk memperoleh produktivitas yang tinggi, maka perlu diperoleh suatu nilai kecepatan optimum, yang disamping meningkatkan produktivitas, tidak menambah beban kerja operator.
Pada Tabel 9. dapat dilihat kecepatan maju ketika mesin didorong pada permukaan aspal, sedangkan kecepatan maju mesin di lahan dapat dilihat pada Tabel 10. Tabel 9. Pengujian Kecepatan Mesin di Permukaan Aspal Operator Jarak t v (m) (detik) (m/detik) Operator 1 1 5 7.1 0.704 2 5 6.6 0.758 3 5 6.1 0.820 4 5 5.4 0.926 Rata-rata 0.802 Operator 2 1 5 6.6 0.754 2 5 5.2 0.967 3 5 5.2 0.967 4 5 5.5 0.912 Rata-rata 0.900 Keterangan : t v = waktu tempuh (detik) = kecepatan maju alat (m/detik) Tabel 10. Pengujian Kecepatan Maju Alat di Lahan t v Ulangan (detik) (m/detik) 1 8.2 0.609 2 7.5 0.667 3 7.4 0.675 Rata-rata 0.650 Berdasarkan data diatas, dapat diketahui bahwa untuk melakukan pemangkasan pada areal seluas 1 ha diperlukan waktu selama 4.23 jam, dengan asumsi operator tidak melakukan istirahat, sedangkan untuk keperluan waktu belok belum bisa diidentifikasi.