Konstruksi Prototipe Mesin Penanam Jagung
Prototipe mesin penanam jagung terintegrasi dengan sumber tenaga poros roda traktor roda dua telah berhasil dibuat. Prototipe ini mampu menanam jagung dalam dua alur tiap satu kali melintas. Modifikasi mesin penanam ini diterapkan pada bagian implemen traktor. Konstruksi mesin tersebut terdiri dari bagian rangka utama, penampung benih jagung (hopper), metering device, pembuka dan penutup alur, penyalur benih, dan sistem transmisi.
Keterangan: 1. Sistem transmisi 2. Hopper benih 3. Saluran penyalur benih 4. Hopper pupuk 5. Rangka utama 6. Poros penyalur putaran 7. Pembuka alur
Gambar 16 Konstruksi prototipe mesin penanam benih jagung (saat pembuka alur dalam posisi diangkat)
Gambar 17 Prototipe rangka utama 1 2 3 5 6 7 4
Rangka utama melekat pada bagian implemen traktor. Bagian ini yang menopang seluruh komponen mesin penanam jagung terintegrasi. Rangka utama dibuat dengan menggunakan plat baja dengan ketebalan 6 mm. Tebal dari plat ini dipilih karena ada beberapa bagian yang perlu dibuat ulir baut, seperti penghubung untuk unit pemupuk dan penghubung antara rangka utama dengan dek rotari. Bentuk rangka utama disesuaikan dengan desain tutup rotari traktor. Bagian rangka utama juga dipasang dudukan untuk pembuka alur.
Penampung benih dan dudukan metering device dipasang dalam satu rangka dengan tebal plat 3 mm dan diberi lubang untuk dikencangkan dengan baut pada rangka utama. Rangka tersebut dibuat dengan kemiringan 45o. Sudut tersebut
Gambar 18 Rancangan rangka utama
Gambar 19 Rancangan dudukan hopper dan metering device
dirancang lebih besar dari sudut curah benih jagung agar benih dapat jatuh dengan baik. Bagian bawah rangka metering device dipasang dudukan bevel gear agar putaran poros utama ditransmisikan ke metering device. Dudukan bevel gear dan rangka tersebut tidak dilas satu sama lain, melainkan dikencangkan dengan menggunakan baut dan mur agar proses melepas dan memasang komponen tersebut dapat dengan mudah dilakukan.
Penampung benih (hopper) terbuat dari silinder plastik melamine yang diletakkan di atas rangka sehingga kemiringan hopper sama dengan kemiringan rangka, yaitu 45o. Bahan hopper dipilih dari bahan yang terdapat banyak di pasaran agar memudahkan dalam proses pembuatan. Hopper tersebut memiliki kapasitas satu kilogram jagung. Hopper dan dudukan metering device dikencangkan dengan baut agar saat benih dimasukkan ke dalam, benih tersebut tidak berserakan keluar.
Metering device merupakan komponen penting untuk menjatah benih yang dijatuhkan ke lahan. Bahan yang digunakan untuk membuat komponen ini adalah dengan menggunakan polyethylene (PE). Hal ini disebabkan dalam proses pembuatannya bahan tersebut mudah untuk dibentuk sesuai yang dibutuhkan dibandingkan dengan bahan logam. Bagian bawah dari metering device dipotong sedalam 2 mm dengan diameter 61 mm dan disisipkan plat besi yang telah dibentuk menjadi lingkaran. Hal ini bertujuan agar gesekan yang terjadi antara metering device dengan dudukannya tidak terlalu besar karena bahan metering device dan
Gambar 21 Metering device benih
dudukan yang berbeda jenis. Bagian atas juga diberi plat besi agar metering device
tidak mudah terangkat.
Bagian pembuka dan penutup alur terdiri dari batang kerangka dan plat pembuka alur. Bagian penutup alur tidak dibutuhkan karena model pembuka alur tersebut berbentuk shoe sehingga tanah langsung tertutup dengan sendirinya. Bagian batang kerangka dibuat dari bahan besi kolom dengan ukuran 16 x 16 mm dengan tebal 2 mm. Batang tersebut dimasukkan ke dalam dudukan yang menempel pada rangka utama dan dikencangkan dengan baut agar ketinggian batang kerangka tersebut dapat diatur sesuai kedalaman olah yang diinginkan. Bagian plat pembuka alur terbuat dari besi plat ukuran 2 mm. Bagian depan plat tersebut ditekuk dan dilas agar dapat memotong tanah dengan lebar bukaan alur sebesar 20 mm. Bagian belakang dibiarkan bebas sebagai tempat selang penyalur benih.
Saluran pengeluaran benih terdapat di bagian bawah kerangka yang menghubungkan hopper dengan dudukan metering device. Bagian bawah kerangka tersebut diberi lubang agar benih dapat keluar dan dihubungkan dengan selang transparan berukuran 0.5 inch. Ukuran saluran pengeluaran benih dirancang lebih besar dari ukuran dua benih agar tidak terjadi kemacetan saat penjatuhan benih terjadi. Ujung lain dari selang tersebut diarahkan menuju bagian belakang pembuka alur. Hal itu dimaksudkan agar pada saat tanah terbuka oleh pembuka alur maka benih dapat langsung diarahkan menuju lubang tanam tersebut.
Sumber tenaga dari mesin ini adalah berasal dari putaran poros roda traktor roda dua. Sistem penyaluran daya yang digunakan menggunakan rantai dan sproket. Agar putaran poros roda traktor dapat ditransmisikan, poros tersebut diberi sproket tambahan lalu dihubungkan dengan rantai hingga ke poros penggerak metering
(a) (b)
Gambar 23 Pembuka alur dan saluran pengeluaran benih (a) rancangan (b) prototipe
device benih. Putaran dari poros penggerak metering device benih ditransmisikan menggunakan bevel gear dengan perbandingan jumlah gigi 13:33 agar metering device dapat berputar. Jumlah gigi sproket yang terdapat pada poros roda traktor sebanyak 28 buah sedangkan pada poros penggerak metering device sebanyak 18 buah. Perhitungan jumlah gigi sproket yang digunakan berdasarkan perhitungan dari jarak tanam yang telah dirancang. Sproket jenis ini merupakan jenis freewheel
yang banyak dijual di toko sepeda. Pada poros penggerak metering device ditumpu
pillow block agar putaran poros dapat berlangsung secara halus, aman, dan panjang umur. Sproket yang dihubungkan dengan poros diberi bosch dengan cara pengelasan. Hal itu bertujuan agar poros bevel gear dapat berputar seiring dengan berputarnya poros penggerak.
Kinerja Prototipe Mesin Penanam Jagung
Mesin penanam jagung dirancang agar dapat menanam benih dengan jarak tanam, jumlah benih, dan kedalaman penanaman yang seragam, serta memiliki efisiensi yang lebih tinggi dibandingkan dengan penanaman benih jagung secara manual. Rancangan pengaturan jarak tanam dan jumlah benih diatur oleh sistem transmisi dan metering device. Kombinasi kedua komponen tersebut dapat mengatur jumlah benih yang dikeluarkan tiap kali penanaman. Rancangan metering device dibuat dengan bahan polyethylene (PE) dengan ketebalan 8 mm dan diameter 118 mm. Jumlah lubang metering device tersebut sebanyak 16 buah lubang dengan diameter masing-masing 6 mm.
Pengujian kinerja mesin dilakukan di laboratorium dan lapangan. Pengujian yang dilakukan di laboratorium untuk mengetahui ketepatan metering device dalam menjatuhkan benih. Pengamatan dilakukan untuk melihat frekuensi kejadian jatuhnya benih dalam seratus kali benih dijatuhkan, yaitu tidak jatuh (nol), satu benih, dua benih, dan tiga benih. Pada pengujian benih jagung hibrida terlihat bahwa persentase benih yang keluar dari metering device kanan dan kiri sebanyak 1-3 benih. Hal yang sama ditunjukkan ketika pengujian dengan menggunakan benih jagung manis, penjatahan benih yang keluar dari metering device kanan dan kiri sebanyak 1-3 buah. Hal itu disebabkan ukuran benih jagung yang tidak seragam sehingga mengakibatkan penjatahan kurang baik. Benih yang berukuran terlalu kecil dapat ikut terselip ke lubang penjatah dan benih yang berukuran besar dapat menutupi lubang pengeluaran dan menyebabkan kemacetan. Oleh sebab itu penyaringan benih sebelum dimasukkan ke dalam hopper perlu dilakukan untuk meminimalisasi jumlah benih yang berukuran terlalu besar agar benih tersebut tidak menutupi lubang pengeluaran. Namun frekuensi terbanyak benih yang keluar adalah 1-2 benih. Hal tersebut menunjukkan bahwa kinerja dari prototipe mesin penanam ini sudah cukup baik.
Hasil pengujian kinerja mesin penanam benih jagung di lapangan terbagi menjadi tiga bagian, di antaranya: 1) hasil pengolahan tanah, 2) hasil penanaman, dan 3) kapasitas dan efisiensi lapangan.
Hasil Pengolahan Tanah
Kondisi tanah perlu disesuaikan dengan kondisi optimal pertumbuhan benih. Salat satu metodenya adalah dengan memecah bongkahan tanah menjadi bentuk yang lebih halus agar akar tanaman dapat menembus tanah dengan mudah. Data hasil pengolahan tanah setelah prototipe dioperasikan disajikan pada tabel 3 dan hasil pengukuran lengkap terdapat pada Lampiran 6 dan 8.
(a) (b)
(a) (b)
Gambar 24 Persentase benih jagung hibrida jatuh pada pengujian di laboratorium dari metering device (a) kiri (b) kanan
Gambar 25 Persentase benih jagung manis jatuh pada pengujian di laboratorium dari metering device (a) kiri (b) kanan
Tabel 3 Data kondisi tanah saat pengujian prototipe
Sebelum diolah Setelah diolah
Kadar air (%) 25 28 Densitas tanah (g/cm3) 1.36 1.3 Tahanan penetrasi tanah (kPa) Kedalaman (cm) 0-5 5-10 10-15 15-20 20-25 0-5 5-10 10-15 15-20 20-25 212 586 1128 1608 1941 98 206 495 1085 1542
Pengolahan tanah dilakukan setelah tanah diolah dengan bajak dan piring dan garu rotari menggunakan traktor roda empat. Sebelum prototipe masuk ke lapangan, kondisi tanah telah dikondisikan sesuai dengan kondisi aktual saat akan menanam benih jagung. Hasil pengolahan tanah yang dilakukan oleh traktor roda dua dengan implemen bajak rotari memiliki kadar air 28%, densitas 1.3 g/cc, dan tahanan penetrasi tanah rata-rata pada kedalaman 0-10 cm sebesar 152 kPa. Kondisi tersebut merupakan kondisi tanah yang baik bagi pertumbuhan tanaman karena kerapatan dan tahanan untuk akar dapat menembus tanah cukup kecil serta tanah tersebut memiliki kelembaban yang cukup baik. Perubahan nilai kerapatan tanah tidak terlalu besar, yaitu dari 1.36 menjadi 1.30, karena kondisi tanah sudah gembur oleh pengolahan tanah sebelumnya.
Hasil Penanaman
Pengujian penjatahan benih di lapangan sudah cukup baik. Hasil penjatahan ketika jagung hibrida dimasukkan ke dalam hopper menunjukkan hasil keluaran benih antara 1-2 benih dan frekuensi penjatahan paling banyak adalah satu benih. Jumlah benih yang jatuh saat pengujian di lapangan berbeda dengan pengujian di laboratorium. Hal itu disebabkan oleh kondisi mesin pada saat pengujian di lapangan memiliki getaran yang cukup tinggi. Jarak tanam antar benih jagung hibrida sudah cukup baik. Hasil di lapangan menunjukkan jarak antar benih berkisar antara 19-25 cm. Prototipe menunjukkan kinerja yang lebih baik jika dibandingkan dengan prototipe sebelumnya yang menghasilkan jarak tanam 22-32 cm (Putra 2011). Hasil tersebut sudah mendekati rancangan metering device yang telah dilakukan (20 cm).
Gambar 26 Jagung (a) manis dan (b) hibrida
Gambar 26 merupakan benih yang digunakan pada pengujian saat prototipe ini digunakan. Indeks keragaman diperoleh berdasarkan persentase jumlah benih yang tumbuh di lapangan dengan jumlah benih yang tumbuh secara perhitungan dalam 5 meter. Indeks keragaman yang dihasilkan dari penanaman dengan menggunakan prototipe adalah sebesar 84.6% dan 88.5% untuk jagung hibrida dan manis. Hal tersebut menunjukkan hasil yang cukup baik karena penggunaan mesin tidak memengaruhi daya tumbuh benih tersebut.
Tabel 4 Indeks keragaman hasil penanaman dengan menggunakan prototipe Jenis benih Teoritis Aktual Indeks keragaman (%)
Jagung hibrida 52 44 84.6
Jagung manis 52 46 88.5
Pengukuran jarak tanam dan kedalaman tanam dilakukan menggunakan mistar. Untuk jarak tanam yang terlalu jauh dapat disebabkan oleh ukuran lubang
metering device yang kurang besar sehingga ada benih yang tersangkut ketika akan keluar menuju saluran pengeluaran. Oleh sebab itu perlu dilakukannya pengayakan benih agar benih yang terlalu besar tidak menghambat benih yang kecil untuk keluar. Kedalaman benih yang diperoleh dari hasil pengukuran menunjukkan benih tersebut terlalu dalam masuk ke dalam tanah. Hal itu dapat disebabkan oleh posisi pembuka alur yang terlalu ke bawah sehingga kedalaman alur yang terbentuk menjadi besar. Selain itu faktor operator dapat menjadi hal yang mempengaruhi tingkat kedalaman penanaman benih. Roda bantu pada traktor juga perlu dipasang untuk menghindari kedalaman tanam yang terlalu berlebihan.
(a) (b)
Hasil yang diperoleh ketika pengujian dengan benih jagung manis terdapat sedikit galat, yaitu ada benih yang keluar berlebihan hingga 3 buah. Hal itu dapat disebabkan oleh dimensi benih jagung manis yang relatif kecil dibandingkan dengan benih jagung hibrida sehingga ketika benih jagung manis masuk ke dalam celah metering device jumlahnya lebih dari dua benih. Oleh sebab itu pengayakan benih, seperti yang dilakukan pada jagung hibrida, perlu dilakukan sebelum memasukkan benih ke dalam hopper. Jarak tanam benih jagung manis tidak terlalu baik, yaitu berkisar antara 17-31 cm. Hal tersebut jauh dari hasil yang dirancang (20 cm). Masalah tersebut dapat disebabkan oleh putaran piringan metering device
tersangkut oleh benih sehingga ketika penjatuhan sedikit bermasalah. Apabila dibandingkan dengan prototipe-2, kedalaman tanam yang diperoleh sudah cukup baik, yaitu antara 3.5-5.5 cm, karena posisi pembuka alur telah diperbaiki ketika penanaman benih jagung manis dilakukan. Setelah 10 hari benih ditanam, tanaman jagung sudah mulai tumbuh yang terlihat pada Gambar 28.
Tabel 5 Perbandingan hasil sebelum dan setelah modifikasi Kinerja Sebelum Modifikasi
(Putra 2011) Hasil Modifikasi
1. Jarak Tanam 22-32 cm 20-23 cm
2. Jumlah Benih 1-2 1-2
3. Kedalaman Tanam Benih 1-3 cm 3.5-5.5 cm
Kapasitas dan Efisiensi Lapangan
Penggunaan mesin dalam budidaya pertanian bertujuan untuk meningkatkan kapasitas dan efisiensi kerja dibandingkan dengan budidaya tanaman secara manual. Jika kedua unsur tersebut tidak dapat terpenuhi, maka penggunaan mesin tidak
menjadi bermanfaat. Metode pengoperasian prototipe mesin penanam jagung terintegrasi ini sama seperti mengoperasikan traktor roda dua yang telah ditambah implemen garu rotari. Namun perbedaannya adalah wilayah kerja operator hanya berada di antara alur tanam saja, yaitu 50 cm. Saat mengoperasikan mesin tersebut, operator tidak boleh menginjak alur tanam. Hal itu dapat menyebabkan tanah pada alur tanam tersebut menjadi terpadatkan karena ada gaya injak dari kaki operator.
Tabel 6 Perbandingan hasil pengukuran kinerja mesin di lapangan Hasil Sebelum Modifikasi (Putra 2011) Low-1 Low-2 Kecepatan Maju (m/s) 0.6 0.357 0.774
Konsumsi Bahan Bakar (mL) - 210 260
Kemacetan Roda Penggerak (%) 31 4.71 4.71
Kapasitas Lapangan Efektif (ha/jam) 0.13 0.1468 0.3501 Kapasitas Lapangan Teroritis (ha/jam) 0.16 0.1926 0.4179
Efisiensi Lapangan (%) 82.04 76.24 83.78
Prototipe mesin penanam jagung terintegrasi saat diuji di lapangan dioperasikan oleh teknisi yang sudah berpengalaman di bidang operator alat dan mesin pertanian (alsintan). Mesin ini dikondisikan pada kecepatan putar motor 1800 rpm, tingkat kecepatan maju traktor berada pada gear Low-1 dan Low-2, dan tingkat kecepatan putar rotari Low. Kecepatan maju rata-rata Low-1 dan Low-2 adalah 0.357 m/s dan 0.774 m/s. Hasil pengukuran di lapangan diperoleh kapasitas lapang mesin ini adalah sebesar 0.15 ha/jam untuk kecepatan Low-1 dan 0.35 ha/jam untuk kecepatan Low-2. Kecepatan Low-2 memiliki kapasitas lapang yang lebih besar dibandingkan dengan kecepatan Low-1 karena kecepatan maju traktor lebih besar pada posisi Low-2 sehingga luas area yang terolah juga lebih banyak dibandingkan dengan kecepatan Low-1. Namun hal tersebut juga berimbas pada konsumsi bahan bakar, yaitu Low-2 lebih besar 50 mm dibandingkan dengan Low-1.
Efisiensi lapang mesin diperoleh hasil yang lebih besar pada posisi kecepatan
Low-2. Hal tersebut dapat disebabkan pada saat Low-1 kondisi roda traktor terjadi
sliding sehingga menyebabkan jarak pengolahan menjadi lebih jauh. Kapasitas dan efisiensi lapangan dari prototipe masih dapat ditingkatkan dengan membersihkan lahan dari gulma maupun bebatuan yang menghambat kinerja dari prototipe. Selain itu komponen pada prototipe perlu diperbaiki agar terhindar dari kesalahan kecil, seperti baut yang lepas. Hasil dan contoh perhitungan kapasitas dan efisiensi lapangan terdapat pada Lampiran 9.