Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode pendekatan rancangan secara umum yaitu berdasarkan pendekatan rancangan fungsional dan pendekatan rancangan struktural. Penelitian dilakukan dengan tahapan seperti ditunjukkan oleh Gambar 9.
1. Identifikasi Masalah Konstruksi Pada Ditcher Berpengeruk I
Kendala-kendala yang terjadi pada ditcher berpengeruk I diidentifikasi dari laporan penelitian muharam (2006), Bahri (2006), dan Mushofa (2006) serta dokumentasi film pada saat pengujian ditcher
berpengeruk I. Kendala-kendala tersebut terdapat pada dua bagian utama prototipe yaitu bagian ditcher dan bagian mekanisme pengeruk tanah. Laporan penelitian ini khusus mengkaji bagian mekanisme pengeruk tanah. Sedangkan untuk bagian ditcher dikaji oleh peneliti lain dalam tim yang sama.
Gambar 10. Pengeruk tanah dengan sistem mekanisme four bar parallel linkage pada prototipe ditcher berpengeruk I.
Kendala-kendala konstruksional yang ada pada bagian pengeruk
ditcher berpengeruk I adalah:
a) Bahan konstruksi lengan ayun pada mekanisme pengeruk tanah kurang kokoh sehingga tidak mampu untuk menahan beban yang ada dan menyebabkan terjadinya retakan-retakan pada bagian tersebut. Bahan konstruksi poros yang kurang kokoh juga menyebabkan terjadinya lendutan pada poros akibat beban puntir sehingga merubah setting ketinggian roda dengan ketinggian pengeruk.
b) Rangka ditcher dan poros pengggerak pengeruk kurang tinggi terhadap ujung pisau ditcher pada ditcher berpengeruk I sehingga menyebabkan kotoran-kotoran (akar-akaran, tanah yang keras) terjebak di antara rangka ditcher dan poros penggerak pengeruk
lendutan karena beban puntir Terjadi sumbatan pin sambungan lengan ayun roda mekanisme pengeruk
(Gambar 10). Hal ini menyebabkan terganggunya mekanisme gerak poros serta menyebabkan mekanisme pengeruk tidak bekerja semestinya.
c) Perlu penyempurnaan pada roda penggerak mekanisme (Gambar 10) supaya tepat posisinya terhadap roda traktor.
d) Setting perubahan ketinggian roda dengan perubahan ketinggian pengeruk kurang tepat sehingga mekanisme pengeruk tidak mampu untuk mengeruk tanah tumpahan pada cekungan guludan dan memindahkannya ke punggung guludan. Ketidaktepatan tersebut terlihat pada saat posisi roda di cekungan, namun posisi pengeruk tidak sampai menyentuh cekungan. Hal ini dapat disebabkan karena setting pada saat pembuatan yang kurang tepat dan juga dapat disebabkan karena pin yang digunakan pada engsel antara lengan dengan pegeruk dan roda mekanisme berubah-ubah.
Kendala-kendala fungsional yang ada pada bagian pengeruk tanah pada ditcher berpengeruk I adalah pengeruk belum mampu untuk memindahkan tanah tumpahan pada cekungan guludan ke punggung guludan.
2. Pencarian Ide Alternatif Mekanisme Pengeruk dan Pemilihan Ide Terbaik Pada mulanya, peneliti dan tim ditcher berpengeruk II mencari ide alternatif mekanisme pengeruk tanah untuk mengganti konsep mekanisme yang digunakan pada ditcher berpengeruk I (menggunakan mekanisme
four bar parallel linkage). Ide-ide tersebut antara lain sebagai berikut: a. Pengeruk dengan pengungkit berpegas
Mekanisme ini menggunakan prinsip dasar pengungkit yang dilengkapi dengan pegas (Gambar 11). Mekanisme ini ditujukan untuk memperbaiki sistem ditcher berpengeruk I yaitu kurangnya tekanan secara vertikal pada saat bagian pengeruk mengeruk tanah tumpahan di cekungan guludan.
Gambar 11. Ilustrasi alternatif ide pengeruk dengan mekanisme pengungkit berpegas.
Kelebihan dari pengeruk tanah dengan mekanisme ini yaitu memiliki daya tekan yang berasal dari gaya pegas dalam menekan pengeruk secara vertikal sehingga pengeruk dapat mengeruk tanah hingga permukaan cekungan guludan. Namun, kelemahannya dari mekanisme ini adalah tanah yang dikeruk tidak dapat dipindahkan ke punggung guludan sesuai dengan yang diharapkan.
Pegas menekan
Gaya tekan ke bawah
b. Pengeruk dengan mekanisme saluran ber-roll
Mekanisme ini bekerja dengan mengeruk seluruh bagian tanah hasil pembuangan dari furrower yang menutupi saluran irigasi dan membuangnya ke guludan samping saluran irigasi dengan menggunakan mekanisme aliran (Gambar 12).
Gambar 12. Ilustrasi alternatif ide pengeruk dengan mekanisme saluran ber-roll.
ditcher tumpahan tanah
Kelebihan dari sistem mekanisme ini adalah kemampuannya memindahkan tanah ke tempat yang diinginkan tanpa tergantung pada profil guludan. Kelemahan sistem mekanisme ini adalah dimensinya yang relatif besar sehingga cenderung sulit dalam pengoperasiannya dan pengangkutan. Selain itu mekanisme ini membutuhkan tenaga yang besar untuk memindahkan tanah dari guludan ke atas yang kemudian dijatuhkan lagi.
Dengan mempertimbangkan waktu, tingkat kesulitan, tenaga kerja, dana serta kendala teknis yang tidak dapat diprediksikan secara detail bila memilih alternatif mekanisme baru, maka pengeruk tanah dengan sistem mekanisme four bar parallel linkage tetap dipilih. Namun, modifikasi dilakukan pada beberapa bagian untuk menutupi kendala-kendala yang ada pada prototipe ditcher berpengeruk I (Gambar 13).
Sistem mekanisme tersebut menggunakan dua mekanisme four bar parallel linkage untuk menjaga roda dan pengeruk agar selalu berada pada posisi horizontal. Untuk menyalurkan gaya dan pergerakannya maka digunakan poros. Kelebihan dari sistem mekanime ini adalah profil gerakan pengeruk mendekati bentuk guludan asal. Kelemahan sistem mekanisme ini yaitu roda dan pengeruk akan bergeser ke samping ketika bergerak naik. Selain itu apabila sistem ini tidak bekerja dengan baik, maka roda penggeraknya akan menggusur tanah guludan ke depan.
Rangka mekanisme kuping
Lengan ayun pengeruk
Poros penggerak pengeruk
Lengan ayun roda Rangka mekanisme depan
Pengeruk
Roda mekanisme Gambar 13. Pengeruk dengan mekanisme four bar parallel linkage yang
Modifikasi yang dilakukan secara umum antara lain :
a) Penggantian bahan konstruksi pada lengan ayun, rangka mekanisme, pengeruk, dan poros penggerak pengeruk sehingga diharapkan mampu untuk menahan beban dan momen dari roda dan pengeruk. Penggantian bahan pada poros penggerak pengeruk ditujukan agar poros penggerak pengeruk tidak melenting saat pengoperasian.
b) Mekanisme pin pada sambungan antar legan ayun, pemegang roda, rangka mekanisme, dan pengeruk pada ditcher
berpengeruk I diganti dengan mekanisme yang sama namun ditambah dengan dudukan/ rumah (boss) untuk pin. Hal ini bertujuan agar pergerakan lengan ayun lebih presisi dibanding dengan mekanisme pin biasa.
c) Untuk memperkokoh lengan ayun dari retakan atau lentingan maka pada lengan ayun ditanam potongan besi sebagai penguat dan penambahan besi penguat berbentuk segitiga pada sambungan antar lengan ayun.
d) Pempertinggi jarak rangka utama ditcher dan poros penggerak mekanisme terhadap ujung dasar pisau ditcher. Modifikasi tersebut menyebabkan diagram kinematik pada mekanisme
four bar parallel linkage diperbesar. Rangka mekanisme kuping dibuat dengan adanya perbesaran diagram kinematik, karena pada rangka mekanisme belakang tidak mempunyai cukup ruang.
e) Penggunaan blok baja sebagai pemegang roda yang menjadi tumpuan/ rumah boss mekanisme pin pada pemegang roda. Di samping itu, penggunaan blok baja ini menambah kekokohan pada bagian ini.
f) Penambahan besi behel pada bagian roda penggerak mekanisme sehingga menambah kemampuan roda untuk mencengkram tanah pada saat menggelinding di atas guludan
awal. sedangkan lebar roda ditcher berpengeruk II diperkecil dengan diameter yang sama.
g) Pengeruk ditcher berpengeruk II dibuat dengan model yang lebih sederhana dibandingkan dengan pendahulunya.
h) Pen-setting-an perubahan ketinggian roda dengan perubahan ketinggian pengeruk yang lebih tepat sehingga diharapkan mekanisme dapat menghasilkan guludan yang diinginkan. Pen- setting-an ini dilakukan dengan membuat panggung kayu pada saat pemasangan lengan ayun pada pengeruk dan roda mekanisme.
i) Penempatan posisi roda mekanisme berada di luar lintasan belakang roda traktor sehingga roda mekanisme tidak melewati guludan yang dilintasi oleh roda traktor (guludan berubah dari guludan awal) dan mencegah roda mekanisme tidak menabrak roda traktor pada saat prototipe ini diangkat dengan tenaga hidraulik trakor pada waktu dilakukan trasportrasi.
3. Analisis Rancangan dan Pembuatan Gambar Teknik Rancangan
Analisis rancangan dilakukan untuk mengetahui dimensi-dimensi yang penting/ prinsip pada bagian pengeruk tanah. Analisis rancangan awal dilakukan untuk mengetahui dimensi rangka utama ditcher (analisis ini dilakukan oleh peneliti lain). Analisis rancangan dilanjutkan untuk mengetahui kemiringan poros penggerak pengeruk, panjang diagram kinematis lengan ayun roda, dan lengan ayun pengeruk. Analisis ini menggunakan data-data kriteria rancangan yang diinginkan seperti perubahan ketinggian roda dan pengeruk. Perubahan ketingian pengeruk yang diinginkan adalah 600 mm sedangkan perubahan ketingian roda adalah 260 mm. Ketingian maksimal roda sama dengan ketinggian maksimal guludan awal karena roda harus menyentuh dan menggelinding bebas di atas permukaan guludan awal.
Setelah analisis perhitungan di atas selesai dikerjakan maka analisis dilanjutkan dengan membuat gambar teknik.
Pada gambar teknik, poros penggerak pengeruk ditempatkan dan disesuikan dengan rangka utama ditcher. Kemudian ditempatkan juga poros putar (joint) pada pemegang roda, pengeruk dan pipa poros penggerak pengeruk.
Posisi roda mekanisme direncanakan berada di luar lintasan roda belakang traktor (Gambar 14). Jarak antar roda belakang traktor yang digunakan pada PG. Jatitujuh adalah 2000 mm. Sehingga jarak antar roda mekanisme dirancang sebesar 2100 mm. Dengan diketahuinya posisi rangka utama, ujung paling bawah pisau ditcher, jarak antara poros putar (joint) pada pemegang roda dan poros putar (joint) pada pipa poros penggerak pengeruk maka posisi roda dapat ditentukan.
Gambar 14. Posisi roda mekanisme terhadap roda belakang traktor. Posisi pengeruk dapat ditentukan dengan menggunakan data posisi roda mekanisme, jarak poros putar (joint) pengeruk dengan poros putar (joint) pada pipa poros penggerak pengeruk, ujung bawah pisau ditcher
serta posisi sayap-sayap ditcher.
Setelah posisi poros penggerak pengeruk, pengeruk, roda mekanisme, joint (poros putar) pada mekanisme four bar parallel linkage
depan (roda) dan belakang (pengeruk) diketahui maka dimensi dan posisi dari komponen lain pada mekanisme pengeruk tanah dapat ditentukan.
Analisis rancangan dilakukan dengan menggunakan komputer sebagai bantuan. Perangkat lunak yang digunakan yaitu Microsoft Excel.
Analisis lanjutan dan pembuatan gambar teknik dibantu dengan bantuan program CAD (Computer Aided Design) yaitu Autocad 2006.
4. Pembuatan Prototipe
Pembuatan prototipe ini adalah pembuatan alat secara nyata dari rancangan awal dan bahan yang telah disediakan. Pembuatan prototipe dilakukan di bengkel Bagian Teknik Mesin Budidaya Pertanian Departemen Teknik Pertanian di Leuwikopo.
Bahan dan alat yang akan digunakan dalam pembuatan prototipe, dipersiapkan terlebih dahulu. Bahan-bahan yang digunakan sebagai bahan konstruksi (Lampiran 1) antara lain: bearing, pillow block, flange bearing,
besi poros pejal, besi poros pipa, besi siku, besi UNP, plat besi, dan mur. Sedangkan alat dan bahan untuk pembuatan antara lain: piringan gerinda potong, gerinda penghalus, elektroda, sarung tangan keamanan kerja, gas LPG, oksigen, dan kayu panggung, kapur besi, las listrik, las potong, bor listrik, mesin bubut, penggaris atau meteran, busur derajat, tang, kunci pas dan kunci ring.
Pembuatan bagian mekanisme pengeruk tanah dimulai dari pembutan bagian depan mekanisme (roda, poros roda, blok baja pemegang roda, dan dudukan pin pada blok) yang dimulai dengan modifikasi roda pada ditcher berpengeruk I sehingga roda sesuai dengan rancangan yang telah dibuat. Setelah itu, dilanjutkan dengan pembuatan blok baja pemegang roda. Blok baja ini dibuat dari dua buah besi batang UNP yang dilas saling berhadapan dan kedua ujung blok ditutup dengan besi plat tipis sehingga terbentuk besi berbentuk balok. Pemasangan bagian depan mekanisme dilakukan setelah pemasangan poros penggerak pengeruk. Skema pembuatan prototipe ditunjukan pada Gambar 15.
Boss dudukan pin dibuat dengan cara dibubut sesuai dengan rancangan yang ada. Setelah itu, boss dudukan pin ini dipasang pada blok baja pemegang roda. Blok baja yang telah dipasangi boss dudukan pin
disatukan dengan roda mekanisme pada poros roda mekanisme secara tegak lurus dengan poros tersebut.
Pembuatan dan pemasangan poros penggerak pengeruk pada rangka utama ditcher dilakukan setelah pembuatan bagian mekanisme. Poros penggerak pengeruk kemudian digerakan rotasi, hal ini bertujuan untuk mengetahui apakah poros penggerak pengeruk dapat berotasi dengan baik tanpa ada hambatan.
Sebelum pembuatan lengan ayun depan (roda), roda mekanisme diatur posisinya terhadap rangka utama ditcher bagian depan (roda). Pengaturan tinggi roda menggunakan panggung kayu. Setelah itu, mal dibuat untuk lengan ayun roda atas (penghubung poros penggerak pengeruk dengan pemegang roda mekanisme) dan lengan ayun roda bawah (penghubung rangka mekanisme depan dengan pemegang roda). Selanjutnya, mal dicetak pada besi UNP dan dipasang pada posisi yang telah direncanakan. Dengan demikian, bagian mekanisme depan telah selesai dikerjakan.
Pembuatan bagian belakang mekanisme dimulai dengan pembuatan pengeruk. Pengeruk dibuat dengan mengelas plat besi pengeruk bawah dan plat besi pengeruk atas yang telah dipersiapkan. Setelah itu, pemegang pengeruk (kuping pemegang boss dudukan pin) dibuat. Pemegang pengeruk ditempatkan pada pengeruk sesuai dengan rancangan.
Setelah bagian pengeruk selesai dibuat, bagian pengeruk diatur dan diposisikan sesuai dengan rancangan terhadap rangka utama ditcher
bagian belakang dan posisi roda mekanisme. Selanjutnya, mal dibuat dan dicetak pada UNP untuk pembuatan batang lengan ayun pengeruk. UNP yang telah dipotong sesuai mal dilas pada tempat yang telah direncanakan. 5. Pengujian
Pengujian dilakukan dengan dua tahapan yaitu uji beban roda dan pergerakan lengan ayun serta uji kinerja prototipe ditcher berpengeruk (ditcher berpengeruk II). Uji beban roda dan pergerakan lengan ayun dilakukan untuk mengetahui dan memastikan tiap-tiap bagian dapat berfungsi dengan baik. Uji beban roda dan pergerakan lengan ayun dilakukan pada sistem mekanisme pengeruk. Hal ini dilakukan karena faktor keberhasilan untuk membentuk saluran drainase yang diharapkan tergantung pada sistem mekanisme ini. Parameter yang diukur adalah hubungan ketiggian roda terhadap ketinggian pengeruk, pergeseran roda, pergeseran pengeruk, gaya angkat roda, dan kesesuain roda kanan dan kiri. Alat yang digunakan adaah penggaris, alat angkat (katrol), load cell dan handy strain meter, pena, dan kertas.
(a) (b)
Gambar 16. Skema pengukuran perubahan ketinggian dan perubahan posisi, (a) roda, (b) pengeruk.
Pengujian dilakukan dengan cara mengangkat lengan ayun roda setiap 50 mm dari kondisi awal. Kemudian ketinggian pengeruk dan perubahan posisi (pergeseran) roda dan pengeruk diukur dengan mistar. Lengan ayun roda diangkat pada poros roda dengan menggunakan katrol rantai, yang disambungkan dengan load cell. Load cell digunakan untuk mengukur besarnya beban yang terjadi. Pengujian dilakukan saat kondisi prototipe alat berada pada posisi datar (level). Agar alat berada pada kondisi datar maka dipasang pada tiga titik gandeng traktor. Hal ini sangat penting karena posisi prototipe alat mempengaruhi pengukuran tinggi lengan ayun dan beban yang terjadi. Skema pengujian ditunjukan pada Gambar 16.
Uji kinerja prototipe adalah pengujian alat di lapangan dengan Parameter-parameter yang digunakan adalah kesesuain pergerakan pengeruk tanah terhadap profil guludan, kondisi saluran drainase yang dihasilkan, serta profil guludan yang dihasilkan oleh mekanisme pengeruk. Parameter-parameter penunjang yang dijadikan acuan pada saat pengujian prototipe ini diambil pada saat uji kinerja prototipe. Parameter-parameter tersebut adalah: tahanan penetrasi tanah, bulkdensity tanah, kadar air tanah, kecepatan maju traktor. Uji kinerja selengkapnya dilakukan oleh peneliti lain. Sebelum pengujian dilakukan, lahan dipersiapkan terlebih
yd yd’
yb yb’
dahulu dengan membentuk guludan sesuai profil yang telah dihitung sebelumnya.
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN