on Self-Excited Vibration Vibratory-Tillage) Abstrak
Penggetaran paksa berenergi rendah pada pegas bajak getar Self Excited Vibration guna menurunkan draft pembajakan dan energi selama membajak tanah telah dikembangkan dan diuji secara eksperimental. Pengujian dilakukan di dalam soil bin berukuran panjang 1.2 m, lebar 0.3 m dan dalam 0.4 m. Eksperimen menggunakan tanah liat dan dikondisikan sehingga mendekati kondisi lapang di mana lapisan hardpan dibuat setebal sekitar 15 cm dengan tahanan penetrasi sekitar 2.75 MPa. Kedalaman operasi diatur sekitar 17 cm sedangkan tebal lapisan hardpan yang dibongkar adalah sekitar 10 cm. Digunakan tillage tool jenis chisel dengan kemiringan shank sebesar 350 dan sudut potong sebesar 300. Chisel dihubungkan dengan fixed structure oleh sebuah pegas elastis berbentuk semi- eliptis. Pada batang bajak dipasang sebuah motor listrik dengan bobot 9.7 kg. Sebagai penggetar digunakan massa tak imbang yang diputar dan mempunyai bobot 0.24-0.35kg serta dipasang pada motor listrik pada radius 6.5 cm. Kecepatan membajak divariasikan yaitu dari kecepatan 0.158, 0.212 dan 0.265 m/s. Hasil-hasil eksperimen menunjukkan bahwa metode penggetaran ini berhasil menurunkan draft pembajakan dibandingkan dengan eksperimen tanpa penggetaran sebesar 7.3-38.3 % dan penurunan daya sebesar 4.8-14.4%.
Kata kunci: Draft pembajakan, getaran paksa berenergi rendah, pegas elastis, massa tak imbang
Abstract
Draft force and energy reduction during tillage operation by low energy force vibration method on an elastic spring has been developed and tested experimentally. The experiments were conducted in soil bin, 1.2 m long, 0.3 wide and 0.4 m depth and soil that used in this experiment was clay loam soil; the thickness of hardpan in soil bin was 15 cm with penetration resistance of 2.75 MPa. The depth of operation was 17 cm while the thickness of the hardpan to be tilled was 10 cm. Chisel with incline angle of shank about 350 and lift angle of about 300 was used as tillage tool. A new model of elastic spring having shape of semi elliptic was used to connect the tillage toolto a fixed structure. An electric motor 9.7 kg of mass was installing to the plow shank. The vibration of tillage tool was caused by rotating unbalanced mass that was installed in the electric motor. The mass of unbalance mass was 0.24-028 kg and the eccentricity was 6.5 cm. The tillage speed was 0.158, 0.212 dan 0.265 m/s. Comparing to non vibratory tillage, reduction of average draft force about 7.3-38.3 % and energy reduction about 4.8-14.4% were found.
Keyword: draft force, low energy-force vibration, elastic spring and rotating unbalance mass.
Pendahuluan
Lapisan tanah padat dengan tahanan penetrasi tanah di atas 2 MPa. dan densitas tanah di atas 1.8 g/cm3 sulit ditembus oleh akar tanaman, menghambat penetrasi air dan nutrisi serta menghambat sirkulasi udara di dalam tanah. Hal ini akan menghambat pertumbuhan tanaman serta menurunkan produktivitas hasil tanaman (Soil Quality Institute 2003, Susan et al. 1994). Untuk membongkar lapisan padat demikian diperlukan draft pembajakan dan konsumsi energi yang besar. Besarnya draft pembajakan ini digunakan untuk mengatasi gesekan antara tanah dengan tillage tool, mengatasi gesekan antar tanah, mengatasi percepatan tanah bongkaran di depan tillage tool serta karena adanya kelengketan antara tanah dengan tillage tool (Gill dan Van den Berg 1968, Uphadaya at.al, 2009)
Kondisi ini tidak menguntungkan sehingga gaya dan konsumsi energi tersebut harus diturunkan. Penggetaran paksa dengan cara memberikan energi mekanis secara langsung ke batang bajak telah banyak diteliti dan berhasil menurunkan draft pembajakan secara signifikan. Sayangnya, penggetaran batang bajak ini memerlukan energi secara berlebihan (Bandalan et al. 1999, Butson et al. 1981, Niyamapa et al. 2000, Yow et al. 1976). Penurunnan draft pembajakan ini terjadi bilamana rasio kecepatannya (perbandingan antara kecepatan getar maksimum dari batang bajakdengan kecepatan maju traktor) lebih besar dari satu. Hal ini diupayakan dengan cara membuat kombinasi antara amplitudo dan frekuensi getar dari batang bajak.
Parameter utama yang berpengaruh terhadap turunnya draft pembajakan pada fenomena ini adalah:
• Tumbukan antara pisau bajak dengan tanah pada kecepatan tinggi
mengakibatkan terjadi retakan dan kehancuran tanah padat di depan pisau bajak. Hal ini terjadi bila batang bajak diosilasikan dengan frekuensi rendah dengan amplitudo getar yang relatif besar.
• Penggetaran dengan frekuensi getar tinggi pada amplitude getar rendah
mengakibatkan hancurnya tanah di depan pisau bajak sehingga gesekan antara pisau bajak dengan tanah menurun, turunnya kelengketan antara tanah dengan pisau bajak serta turunnya kohesi di dalam tanah. Fenomena ini mengakibatkan turunnya tahanan tanah.
Adapun paramete energi pada fenomena in
• Tingginya energi ya
bajak beserta mekanis
• Perlu tambahan energ
bajak ke pada tanah. Butson et al. (198 energi mekanis ke batan 27.6 m, lebar: 1.8 m da sample tanah. (Gambar 6 Frekuensi getar divarias dari 1.7-8 mm. Perala menyimpan dan melepa Dalam studi analitisnya dengan membuat predik
Gambar 66 Peralatan pen Yang menarik dal (1981) sebagai berikut:
• Tidak terjadi penurun
Di atas rasio kecep merupakan fungsi par
• Terjadi kenaikan pen mana kenaikan energ
ter yang menyebabkan terjadinya kenaikan pe ini adalah:
yang diperlukan untuk menggerakkan inersia d nismenya.
ergi guna mengatasi gaya vertikal yang diberikan
981) membuat penelitian bajak getar dengan me ang bajak. Penelitian dilakukan di dalam soil tank
dan dalam 0.6 m) dengan menggunakan clay so r 66). Kecepatan membajak divariasikan dari 0.15 asikan dari 7-51 Hz sedangkan amplitude getar di alatan penelitian tidak dilengkapi dengan elem
pas energi sebagai akibat dari variasi draft pe ya, Butson et al. (1981) memhubungkan turun iksi grafik draft pembajakan sebagai fungsi dari w
penelitian dari Butson et al. (1981).
alam eksperimennya adalah kesimpulan dari Bu
unan draft pembajakan pada rasio kecepatan di b epatan satu, terjadi penurunan draft pembaja arabolis terhadap rasio kecepatannya.
enggunaan energi pada semua kondisi rasio ke rgi berbanding lurus dengan rasio kecepatannya.
penggunaan dari batang n oleh pisau memberikan nk (panjang: soil sebagai .15-0.55 m/s. divariasikan lemen guna pembajakan. runnya draft i waktu. utson et al. i bawah satu. ajakan yang kecepatan di
• Diperkirakan 50 % konsumsi energinya digunakan untuk mengatasi gesekan
mekanis pada mekanisme serta digunakan untuk menggerakkan mekanisme itu sendiri.
Szabo et al. (1998) melaporkan turunnya draft pembajakan pada vibrating bulldozer dan plow blade. Penggetaran dilakukan dengan cara memberikan energi mekanis ke plow blade (Gambar 67).Blade diosilasikan pada frekuensi 10-70 Hz dengan amplitudo getar 1 dan 2.5 mm. Rasio kecepatan dibuat tinggi di atas 17. Tercatat penurunan draft pembajakan sekitar 70-85% pada frekuensi getar antara 20-70 Hz. Hal ini karena penggetaran dengan frekuensi di atas mengakibatkan kohesi di dalam tanah serta adhesi antara tanah dengan blade menurun drastis. Szabo et al. (1998) tidak melaporkan seberapa tinggi kenaikan energi yang diperlukan. Demikian pula tidak dilakukan analisis tentang turunnya kohesi tanah serta turunnya adhesi antara tanah dengan pisau bajak.
Gambar 67 Peralatan eksperimen yang digunakan oleh Szabo et al. (1998). Niyamapa et al. (2000) melaporkan hasil eksperimen penurunan draft pembajakan pada bajak getar (Gambar 68). Penggetaran dilakukan dengan memberikan energi mekanis ke tillage tool. Kecepatan osilasi maksimum tillage tool dibuat 2.5 m/s. Pada kecepatan maju traktor 0.34 dan 0.85 m/s, terjadi penurunan draft pembajakan masing-masing sebesar 37 dan 7% sedangkan pemakaian energinya naik masing-masing sebesar 45 dan 41%. Penyebab turunnya draft pembajakan adalah turunnya effective stress tanah akibat ditambahkan kecepatan pembebanan yang sangat tinggi sedangkan penyebab kenaikan kebutuhan energi adalah tingginya pemakaian energi yang digunakan untuk menggerakkan inersia dari bajak getar. Kendati demikian, Niyamapa et al.
(2000) tidak menganalis akibat ditambahkan kece
Gambar 68 Diagram k Niyamapa Wang et al. (199 tanah dengan pelat log dengan kecepatan 5-7 m pelat sampai dengan 40 90 %, pada frekuensi ge sekitar 25-85 %, sedan terjadi pelengketan tana frekuensi getar di atas 1 Wang et al. (1998) jug banyaknya berbanding te
Ganbar 69 Skema ekspe
lisis fenomena turunnya effectice stress pada tan cepatan pembebanan yang sangat tinggi.
m kinematis dari peralatan eksperimen yang digun a et al. (2000).
98) membuat penelitian guna menurunkan adh ogam (Gambar 69). Tanah jenis silt loam dis m/s ke pelat logam yang digetarkan. Pada freku
0 Hz, tanah yang melekat pada pelat banyaknya getar pelat 50 Hz, tanah yang lengket pada pelat angkan pada frekuensi getar pelat antara 60-100
nah pada pelat logam sama sekali. Yang unik ad s 100 Hz, tanah yang lengket pada pelat semak juga menyimpulkan bahwa kelengketan tanah p
terbalik dengan percepatan getar di setiap titik pa
perimental dari Wang et al. (1998).
anah sebagai unakan oleh dhesi antara isemprotkan kuensi getar a sekitar 80- t banyaknya 00 Hz tidak adalah pada akin banyak. pada pelat pada pelat.
Radite dan Soeharsono ( penggetaran paksa batang m lapangan dilakukan dengan tra dengan kecepatan maju 1.61 getar yang efektif adalah p penurunan draft yang terjadi draft terbesar yaitu 23.6 % frekuensi getar 7, 9 dan 12 Hz draft turun 19.6, 23.6 dan 18.2 hanya sebesar 2.9, 4.2 dan 6.1 karena penurunan draft hanya
Gambar 70 Skema penelitian d Soeharsono et al. (2011 getar jenis self-excited vibra penelitiannya ditunjukkan pad pada kecepatan membajak ren tiga jenis perlakuan yang m dengan pegas menghadap ke belakang (RST). Pada perlaku pisau bajak bergerak turun sampai dengan 90 %. Pada p ujung pisau bajak bergerak na sampai dengan 15-18 %. Pen sehingga perlu diupayakan u Demikian pula perlu diupayak
o (2010) melaporkan penurunan draft dan energi mole plow ke arah samping kiri-kanan. Pengu traktor 4 roda 72 hp pada kedalaman operasi 36-44 1-1.80 km/jam. Dilaporkan bahwa respon freku pada 7-12 Hz. Pada kisaran frekuensi getar di berkisar antara 18.2-23.6 %, di mana penuru
terjadi pada frekuensi getar 9 Hz. Pada kis Hz juga dilaporkan terjadi penurunan energi, di ma 8.2 % sementara kenaikan daya kinetis masing-ma
.1 %. Sementara frekuensi getar 15 Hz kurang ef a 3.1 % sedangkan daya kinetis meningkat 10.9 %
n dari Soeharsono et al. (2010).
11) melaporkan pengaruh orientasi pagas pada b ration terhadap draft pembajakan. Adapun sk ada Gambar 70. Penelitian dilakukan di dalam soi rendah yaitu 0.158, 0.212 dan 0.265 m/s. Digun meliputi perlakuan tanpa pegas (NST), perlak ke muka (FST) dan perlakuan pegas menghada
kuan FST, draft pembajakan membuat elevasi u n yang mengakibatkan kenaikan draft pembaj perlakuan RST, draft pembajakan membuat ele naik yang mengakibatkan turunnya draft pembaj enurunan draft pembajakan dirasa masih relatif
untuk memperbesar penurunan draft pembaja akan agar kekakuan pegas dapat digunakan pada b
i pada gujian 44 cm kuensi tar ini urunan kisaran i mana masing efektif %. a bajak skema oil bin unakan lakuan dap ke i ujung ajakan elevasi ajakan kecil ajakan. a bajak
getar (jenis self-excited vibration) dengan rentang kepadatan tanah yang lebih lebar.
Penggetaran suatu inersia berenergi rendah dengan frekuensi tinggi dan dengan amplitude yeng relatif rendah dapat dilakukan dengan menggetarkan inersia tersebut yang dihubungkan dengan suatu pegas elastis. Agar terjadi pembesaran gaya gangguan, diupayakan frekuensi getar dari gangguannya berada pada rentang frekuensi 1.41 dengan fnsebagai frekuensi alami sistem
getar (Graham Kelly 1996, Rao et al. 2005, Krodkiewski JM. 2008).
Dalam penelitian ini akan dilakukan metode alternatif guna menurunkan draft pembajakan pada bajak getar tanpa disertai dengan kenaikan energi. Metode tersebut dilakukan dengan cara penggetaran berenergi rendah kepada batang bajak yang dihubungkan dengan struktur tetap melalui sebuah pegas elastis. Sumber getar didapat dari kecepatan putar massa tak imbang yang diputar oleh sebuah motor listrik 180 Watt yang dipasang pada batang bajak. Gaya inersia dari putaran massa tak imbang ini mengakibatkan batang bajak berosilasi dengan amplitudo getar rendah. Getaran batang bajak ini diharapkan mampu menghancurkan tanah padat di depan pisau bajak sehingga tahanan tanahnya menjadi turun, akibatnya adalah draft pembajakan dan pemakaian energi menjadi turun pula.
Tujuan dari penelitian ini adalah
• Mencari pengaruh penggetaran berenergi rendah pada bajak getar self-excited
vibration terhadap besar penurunan draft pembajakan dan energi saat operasi membajak.
• Mengungkapkan mekanisme kerusakan tanah di depan pisau bajak sebagai
akibat dari penggetaran berenergi rendah dengan frekuensi yang relatif tinggi.
• Memperbesar penurunan draft pembajakan pada bajak getar jenis self-excited vibration.
Bahan dan Metode Peralatan dan Instrumentasi
Peralatan dasar yang digunakan dalam eksperimen ini (Gambar 71), adalah sama dengan peralatan dasar yang digunakan untuk mencari draft pembajakan tanpa getar dan peralatan dasar pada bajak getar self-excited vibration dengan
komponen dasar terdiri atas soil bin, peralatan pemadat tanah, sistem konveyor, struktur bajak, load cell dan tillage tool. Hanya digunakan satu jenis tillage tool yaitu chisel plow dengan batang lurus miring S2 (Gambar 35 b).
Gambar 71 Peralatan yang digunakan untuk eksperimen bajak getar SEV dengan penggetaran berenergi rendah.
Yang membedakan adalah ditambahkannya penggetar pada batang bajak yang digunakan untuk mengosilasikan batang bajak (Gambar 72 a). Penggetar (Gambar 72 b) terdiri atas motor listrik 180 Watt, dua buah pelat berdiameter 150 mm dan massa tak imbang berbobot m= 0.24-0.35 kg yang dipasang pada pelat pada radius r= 0.65 mm dengan jarak 0.35 m dari pusat getar. Jika massa m diputar dengan kecepatan sudut ω, maka gaya inersianya adalah:
(32)
Dengan kekakuan pegas k (Nm/rad), inersia sistem getar J serta faktor peredaman ξ, maka persamaan gerak dari sistem getar adalah:
2ξω θ 0.35 / ! (33)
"#$ adalah frekuensi alami dari sistem getar Response getar adalah:
%.&'( )* #+,-./0102)3)4/ 50102)
Gambar 72 (a) Susunan pegas semi-eliptis, chisel plow dan penggetar, Fi: gaya
inersia dari massa tak imbang yang diputar dengan kecepatan sudut ω, (b) penggetar yang terdiri atas motor listrik, pelat serta massa tak imbang m.
Bilamana efisiensi dari sistem adalah η, dengan memperhatikan jarak antara pusat getar dengan pusat putaran massa tak imbang serta jarak antara pusat getar dengan ujung pisau bajak, maka gaya Fpyang ditransmisikan ke ujung pisau bajak
guna memecah kepadatan tanah adalah:
67 8 9 !/0.55 (35)
Gambar 73 Instrumentasi guna pengukuran gaya pada eksperimen penggetaran berenergi rendah.
Instrumentasi guna mengukur draft pembajakan pada eksperimen penggetaran berenergi rendah ini adalah sama dengan instrumentasi pada Gambar 52, bedanya adalah pada batang bajak dipasang penggetar berenergi rendah seperti terlihat pada Gambar 73. Di samping itu ditambahkan pula sebuah stroboscope guna mengukur kecepatan putar dari penggetar.
Deskripsi dan Prosedur Eksperimen
Penelitian dilakukan dari bulan Desember 2010 sampai dengan bulan Februari 2011 di Laboratorium Teknik Mesin dan Budidaya Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian, Bogor. Tanah yang digunakan dalam penelitian ini adalah tanah liat dengan kandungan clay, sand dan silt masing- masing sebesar 83.41, 3.11 dan 13.48%. Sifat fisis tanah lainnya adalah batas plastis 45.51% dan batas cair 70.3% dengan kandungan air dikondisikan sekitar 35-36 %. Tanah di dalam soil bin dipadatkan menjadi dua lapisan yaitu lapisan A dan lapisan B (Gambar 74). Lapisan A setebal sekitar 15 cm mensimulasikan lapisan tanah kedap (hardpan) dengan tahanan penetrasi sekitar 2.75 MPa, bulk density sekitar 1.6 g/cm3. Lapisan B mensimulasikan lapisan tanah atas dengan ketebalan sekitar 7 cmdan tahanan penetrasi sekitar 1.1 MPa.. Lapisan kedap yang
dibongkar setebal sekitar 10 cm sedangkan kedalaman membajak adalah sekitar 17 cm.
Gambar 74 Tanah di dalam soil bin dibagi menjadi dua lapisan.
Tabel 14 Parameter tanah di dalam soil bin perlakuan VST (lihat Gambar 74) Kecepatan membajak (m/s) Massa m (kg) Treatment Tebal lapisan tanah (cm) Tahanan penetrasi (MPa) h1 h2 A B 0.158 0 NST21 15 22 2.75 1.1 0.35 VST11 15 22 2.75 1.1 0.24 VST21 15 22 2.75 1.1 0.212 0 NST22 15 22 2.75 1.1 0.35 VST12 15 22 2.75 1.1 0.24 VST22 15 22 2.75 1.1 0.265 0 NST23 15 22 2.75 1.1 0.35 VST13 15 22 2.75 1.1 0.24 VST23 15 22 2.75 1.1
Eksperimen dilakukan dalam dua kondisi yaitu kondisi membajak tanah tanpa pegas elastis (NST) dan kondisi membajak tanah dengan penggetaran pada pegas elastis (VST). Pada kondisi NST, pegas elatis tidak dipasang serta vibrator tidak diputar sehingga tidak ada pengaruh getaran pada batang bajak. Pada kondisi VST, pegas elastis dipasang pada batang bajak sedangkan penggetar dipasang pada batang bajak. Penggetar berbobot 9.7 kg terdiri atas sebuah motor listrik (180 Watt), dua buah piringan silindris berdiameter 150 mm serta massa tak imbang 0.24 -0.35 kg. Detil dari setup eksperimen ditunjukkan pada Gambar 75. Sesuai dengan kecepatan membajak V, kondisi NST dibagi lagi menjadi tiga perlakuan yaitu perlakuan NST21 (V=0.158 m/s), NST22 (V=0.212m/s) dan perlakuan NST23 (V=0.268 m/s). Ada enam perlakuan pada VST disesuaikan dengan besar massa tak imbang m, kecepatan putar motor penggetar n serta kecepatan membajak V.
Perlakuan teraebut meliputi:
• VST11 (kecepatan putar n=530 rpm, massa m=0.35 kg dan kecepatan
membajak V=0.158 m/s).
• VST12 (kecepatan putar n=530 rpm, massa m=0.35 kg dan kecepatan
membajak V=0.212 m/s).
• VST13 (kecepatan putar n=530 rpm, massa m=0.35 kg, kecepatan
membajak V=0.265 m/s).
• VST21 (kecepatan putar n=1150 rpm, massa m=0.24 kg, kecepatan
membajak V=0.158 m/s).
• VST22 (kecepatan putar n = 1150 rpm, massa m=24 kg, kecepatan
membajak V=0.212 m/s).
• VST21 (kecepatan putar n=1150 rpm, massa m=0.24 kg (kecepatan
membajak V=0.265 m/s).
Selama eksperimen, kecepatan putar dari massa tak imbang diukur dengan menggunakan stroboskop. Selanjutnya kemungkinan terjadinya kerusakan tanah padat pada lapisan kedap dicari terlebih dahulu dengan menggunakan Mohr Column theory yang diberlakukan pada tanah yaitu pada persamaan 24 dan pada Gambar 31.
Detil dari parameter eksperimen tanah di dalam soil bin untuk setiap perlakuan ditunjukkan pada Tabel 14. Selama eksperimen, tutup soil bin di ujung kiri dibuka sedangkan tutup soil bin di sebelah kanan ditutup. Soil bin ditarik sehingga bergerak dari kiri ke kanan. Operasi membajak tanah diawali tepat pada saat pisau bajak menyentuh tanah padat dan diakhiri tepat sebelum pisau bajak menyentuh tutup soil bin sebelah kanan. Hasil yang didapat dari setiap perlakuan VST dibandingkan dengan hasil yang didapat dari perlakuan NST (membajak tanpa getar) dan perlakuan RST.
Gambar 75 Setup eksperimen, perlakuan NST dan VST.
Hasil dan Pembahasan
Pertama kali dilakukan pengamatan terhadap kecepatan putar motor listrik penggetar (pada massa tak imbang 0.24 kg diputar pada 1150 rpm). Pengamatan menunjukkan bahwa pada saat chisel plow melalui tanah yang telah terbongkar, kecepatan putar massa tak imbang menjadi turun di bawah 1150 rpm. Hal ini disebabkan oleh adanya peredaman antara chisel plow dengan bongkaran tanah. Pada saat ujung pisau bajak menyentuh tanah padat, kecepatan putar massa tak imbang bergerak naik sampai sekitar 1150 rpm atau sekitar 19.2 Hz (Gambar 76). Dengan demikian maka perhitungan gaya inersia pada massa tak imbang yang diperlukan untuk merusak tanah padat didasarkan kepada kecepatan putar ini.
Gambar 76 Kecepatan putar massa tak imbang m=0.24 kg diputar 1150 rpm pada saat menyentuh tanah padat.
Selanjutnya dicari kemungkinan rusaknya tanah padat di depan ujung pisau bajak akibat getaran yang ditimbulkan oleh gaya inersia dari massa tak imbang. Dari data uji direct shear, didapatkan data sebagai berikut:
Persamaan fungsi kekuatan geser τ terhadap tegangan normal σ:
: 0.729= 49.541 (36)
Didapat pula kohesi tanah C=49.54 KPa dan sudut gesekan antar tanah
ϕ 360 . Grafik dari persamaan 36 ditunjukkan pada grafik 1 Gambar 67. Dalam
hal tanah diberi tegangan geser di atas grafik 1, maka tanah akan rusak sesuai dengan sudut gesernya. Salah satu batas minimum agar tanah tidak rusak adalah jika tanah menerima beban berupa teganagn utama =- 194 KPa dan = =&
0. Lingkaram Mohr dalam kondisi ini ditunjukkan pada Gambar 67 dalam grafik 2. Tegangan geser maksimum yang terjadi pada kondisi ini adalah τ = 97,4 KPa pada tegangan normal sebesar 97.6 KPa. Titik singgung antara lingkaran Mohr dengan garis 1 terjadi pada σ=37.3 KPa dan τ=76.7 KPa. Karena itu dapat disimpulkan bahwa bila akibat getaran massa tak imbang terjadi tegangan normal di depan ujung pisau bajak sebesar =- 194 KPa dan = =& 0, maka tanah padat di depan ujung pisau bajak tepat akan rusak sesuai dengan arah gesernya.
Sekarang akan dihitung tegangan utama yang terjadi pada tanah sebagai akibat adanya gaya inersia dari massa tak imbang. Perhitungan didasarkan pada persamaan 34-35. Ujung pisau bajak mempunyai ketebalan t=0.5 mm dan lebar
b=80 mm. jika diambil kondisi yang ekstrim yaitu efisiensi dari sistem η=70 %, tegangan utama yang ke tiga besarnya diambil 15 % dari besar tegangan utama yang pertama sedangkan transmisibilitas gaya diambil sama dengan satu maka tegangan normal pada ujung pisau bajak adalah:
• Untuk m=0.35 kg diputar 530 rpm =- 398 9BC =& 697 9BC, = 0 (36) • Untuk m=0.24 kg diputar 1150 rpm =- 1259 9BC =& 17859BC, = 0 (37)
Gambar 77 Grafik kekuatan geser sebagai fungsi dari tegangan normal tanah yang digunakan dalam eksperimen (2: Lingkarann Mohr tegangan batas minimum agar terjadi kerusakan tanah, 3: Lingkaran mohr tegangan akibat putaran massa tak imbang m=0.35 kg, n=530 rpm, 4: Lingkaran Mohr tegangan akibat putaran massa tak imbang m=0.24 kg, n=1150 rpm).
Lingkaran Mohr tegangan pada tanah padat yang bersesuaian dengan persamaan 36 (m=0.35 kg dan n=530 rpm) dan persamaan 37 (m=0.24 kg dan n=1150 rpm) ditunjukkan pada grafik 3 dan grafik 4 pada Gambar 67. Pada grafik 3, lingkaran berada di atas grafik 1 pada tegangan antara σ=149 KPa, τ =158 KPa dengan σ=316 KPa, τ = 284 KPa sedangkan pada grafik 4, lingkaran 4 berada di atas grafik 1 pada tegangan antara σ= 319 KPa, τ = 284 KPa dengan σ= 970 KPa,
τ = 756 KPa. Dengan demikian dapat diduga terjadinya kerusakan tanah padat di depan ujung pisau bajak sebagai akibat dari adanya gaya inersia putaran massa tak imbang m. Karena gaya inersia tersebut sifatnya siklis, maka kerusakan tanah di depan pisau bajak menjadi semakin banyak.
Draft Pembajakan
Grafik draft pembajakan hasil eksperimen ditunjukkan pada Gambar 78 (kondisi NST dan VST dengan massa tak imbang m = 0.35 kg diputar 530 rpm) dan Gambar 79 (kondisi NST dan VST dengan massa tak imbang m = 0.24 kg diputar 1150 rpm). Data numerik draft pembajakan untuk perlakuan dengan penggetaran dan tanpa penggetaran (VST-NST) ditunjukkan pada Tabel 15 sedangkan data numerik draft pembajakan untuk perlakuan dengan penggetaran dan perlakuan self excited vibration (SEV) ditunjukkan pada Tabel 16. Dari grafik dan data numerik pada Tabel terlihat bahwa terjadi penurunan draft pembajakan untuk semua perlakuan VST (dengan penggetaran) dibandingkan dengan draft