6
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
A. TRAKTOR TANGAN
Traktor tangan (hand tractor) merupakan sumber penggerak dari implemen (peralatan) pertanian. Traktor tangan ini digerakkan oleh motor penggerak dengan daya yang dihasilkan sekitar 4-12 hp. Menurut Soedjatmiko (1972), traktor tangan merupakan salah satu sumber tenaga alat pengolahan tanah
yang digunakan baik di lahan sawah (basah) maupun di tegalan (lahan kering) yang bertenaga mesin ”Internal Combustion Engine”, beroda dua dan mempunyai tenaga kurang dari 12 hp serta bersifat serba guna.
Jenis motor penggerak yang sering dipakai adalah motor diesel satu silinder dengan daya yang dihasilkan kurang dari 12 hp. Penggunaan motor diesel umumnya lebih murah, baik pada saat pengoperasiannya maupun perawatannya. Motor diesel lebih awet dibanding motor jenis lain, asal perawatannya dilakukan
dengan baik dan benar sejak awal. Untuk menghidupkan motor diesel digunakan engkol, sedangkan untuk motor bensin dan minyak tanah menggunakan tali starter.
B. RODA TRAKTOR TANGAN
Salah satu perangkat traksi pada traktor tangan adalah roda. Sebuah traktor tangan dapat bergerak maju-mundur dengan kecepatan tertentu karena putaran poros motor penggerak disalurkan sampai ke roda. Saat ini, roda traktor yang
tersedia di pasaran memiliki berbagai bentuk dan ukuran yang digunakan sesuai dengan kondisi lahan. Penggunaan berbagai jenis roda ini bertujuan untuk meningkatkan kemampuan traksi roda yang bekerja pada kondisi tanah tertentu.
7 mempengaruhi performansi roda ini ditentukan oleh kondisi lahan, daya yang disalurkan ke roda, jumlah sirip, dimensi roda serta bentuk dan ukuran sirip. Dengan menggunakan berbagai tipe roda ini diharapkan dapat meningkatkan
kemampuan traksi roda yang bekerja pada kondisi lahan yang berbeda.
Berdasarkan material pembuat roda, roda traktor dapat dikelompokkan menjadi 2 kelompok, yaitu :
1. Roda Ban Karet
Merupakan roda traktor yang terbuat dari material karet. Roda ban karet ini umumnya digunakan untuk penggunaan traktor tangan sebagai trailer atau penggunaan traktor tangan sebagai alat transportasi. Bentuk permukaan roda ban ini beralur agak dalam yang bertujuan untuk mencegah slip. Roda ban karet juga
dapat meredam getaran, sehingga tidak merusak jalan.
2. Roda Besi
Merupakan roda traktor yang terbuat dari material besi. Roda Besi ini dapat dibagi menjadi 2 bagian yaitu roda besi untuk lahan sawah (roda besi standar) dan roda besi untuk lahan kering. Untuk penggunaan di lahan sawah,
sirip-sirip yang digunakan lebih lebar dibandingkan ukuran sirip pada roda besi lahan kering. Ini bertujuan agar roda dapat menahan beban traktor sehingga tidak tenggelam kedalam lumpur.
8 Perbaikan traksi dengan roda besi standar banyak kaitannya dengan slip roda yang terjadi. Tanah basah (sawah) pada dasarnya mempunyai tahanan tanah terhadap pembajakan relatif lebih rendah dibandingkan tanah kering, tetapi pada
kondisi ini slip roda yang terjadi akan lebih tinggi (Irwanto, 1983).
Untuk penggunaan di lahan sawah, sirip-sirip yang ada lebih besar dan jumlahnya lebih sedikit dibandingkan dengan yang ada di lahan kering. Karena
jarak sirip-sirip lebih lebar atau pitch sirip lebih panjang, dan jumlah sirip lebih sedikit pada rim roda, maka sangat efektif untuk mencegah bongkah-bongkah tanah menempel atau terperangkap diantara sirip (Sakai et al., 1998).
Roda besi sirip lengkung digunakan untuk pembajakan di lahan kering. Sirip pada roda besi akan menancap ke tanah, sehingga akan mengurangi terjadinya slip pada saat menarik beban berat.
(a) (b)
Gambar 2. Roda besi prototip ideal (a) dan prototip industri (b)
(Radite, 2008)
Roda sirip lengkung prototype industri ini dapat mengatasi kelengketan tanah pada sirip, tetapi mempunyai sedikit kekurangan dalam hal penetrasi sirip ke dalam tanah dan gaya dorong sirip karena bentuk siripnya yang melengkung tersebut. Sirip lengkung ini dipasang selang-seling antara rim kiri dan kanan yang bertujuan untuk meningkatkan efektifitas penetrasi sirip ke dalam tanah.
9 gerakan sirip seperti itu akan menghasilkan hanya suatu reaksi tanah vertikal dan tarikan kotor (gross traction) dengan tahanan gerak (motion resistance) yang minimum.
Gambar 3. Sirip dan gerakannya (Sakai et al., 1998)
Untuk memperkirakan jumlah sirip minimum NL dari roda besi dirumuskan dari segi perencanaan desain dengan menggunakan persamaan berikut (Sakai et al., 1998) :
N
/... (1)
N
... (2)
Dimana : v = kecepatan maju traktor yang diharapkan (cm/s)
ω = kecepatan putaran roda (rpm)
r1 = diameter luar roda (cm)
S = reduksi kecepatan maju yang diharapkan. /
v cm/s
10 Dengan diketahuinya kondisi lahan maupun besarnya slip maka dapat ditentukan jumlah sirip minimum yang akan dipasang pada roda.
Tabel. 1 Jumlah sirip yang dibutuhkan apabila diketahui nilai slip
Slip Jumlah sirip Jumlah jari-jari
0.05 20 8 0.10 14 8 0.15 12 8 0.20 10 8 0.25 9 8
Dengan menentukan jumlah sirip yang sesuai dengan kebutuhan
penggunaan, diharapkan traktor dapat meningkatkan traksi yang dihasilkan dan traktor dapat mengembangkan tenaga tarik mendekati tenaga yang disuplai pada sumbu roda pada tingkat kecepatan dan beban yang diinginkan (Singh,1980).
C. TRAKSI RODA
Roda traktor yang berguling akan mengalami gaya traksi, tahanan guling, gaya kemudi, gaya dukung tanah, dan gaya akibat berat traktor (Plackett, 1985). Traksi adalah gaya dorong yang dapat dihasilkan oleh roda penggerak atau alat traksi lainnya (Barger et.al, 1958). Arah traksi adalah searah dengan arah gerak traktor dan berlawanan arah dengan tahanan guling. Traksi yang dapat dihasilkan
traktor dipengaruhi oleh kondisi roda penggerak, kondisi tanah, keadaan permukaan tanah, dan interaksi roda penggerak dengan tanah (Wanders,1978).
Menurut Wanders (1978), performansi yang dapat dihasilkan suatu traktor
dipengaruhi oleh kondisi alat traksi, kondisi tanah, keadaan pemukaan tanah, dan interaksi alat traksi dengan tanah. Salah satu faktor yang dapat menurunkan tenaga tarik adalah reduksi kecepatan maju (travel reduction). Reduksi kecepatan maju (travel reduction) ini juga sering disebut dengan slip.
11
akan menyebabkan roda traktor slip. Hal ini sering disebut dengan “roda
kehilangan traksi”. Besarnya nilai traksi ini tergantung dari tenaga mesin, dimensi roda, beban pada roda terhadap jalan dan koefisien gesek antara roda dengan
jalan.
Traksi pada tanah tertentu dapat ditingkatkan dengan memperluas bidang sentuh roda dengan tanah atau dengan menambah berat traktor (Gill dan Vanden
Berg, 1968). Faktor slip juga memiliki peran utama dalam peningkatan atau penurunan efisiensi traksi.
Besarnya tenaga maksimum yang dapat disalurkan roda kepermukaan tanah dipengaruhi oleh reaksi tanah terhadap roda yang memungkinkan roda menghasilkan tenaga tarik yang lebih besar. Hal ini tergantung pada ketahanan tanah terhadap keretakan, kohesi tanah, dan sudut gesekan dalam tanah. Jika tanah memiliki ketahanan yang baik, maka tenaga yang dapat disalurkan juga akan
semakin besar.
Untuk menentukan besarnya tenaga tarik traktor dapat digunakan persamaan sebagai berikut :
P F v ... (3)
Dengan : P = tenaga tarik traktor (Watt)
Fd = gaya tarik traktor (N)
v = kecepatan maju traktor ((m/s)
12 D. SLIP RODA TRAKTOR
Slip roda traktor (travel reduction) adalah selisih jarak tempuh roda traktor dengan pembebanan (dengan operasi) dengan jarak tempuh roda traktor tanpa
pembebanan (tanpa operasi) yang dinyatakan dalam persen. Menurut Kepner et al. (1982), slip dapat terjadi pada traktor tanpa beban dan akan bertambah besar seiring dengan meningkatnya gaya penarikan.
Slip pada roda ini dapat terjadi jika besar traksi yang dihasilkan roda lebih
kecil dari torsi yang disalurkan oleh engine ke roda. Slip yang terjadi pada traktor tangan dapat mengurangi Efisiensi Lapang dan penyaluran daya pada traktor. Slip pada roda dapat diperkecil dengan memperhatikan faktor – faktor berikut yaitu diameter roda, lebar roda, bentuk lempengan tapak, sudut lempengan tapak terhadap garis singgung roda dan sumbu roda, dan jarak antar lempengan. Untuk
memperoleh nilai slip ini dapat menggunakan persamaan berikut :
Slip
... (4)Dengan : Sb = Jarak tempuh dengan beban (m)
So = Jarak tempuh tanpa beban (m)
Menurut Sembiring et al. (1990), slip adalah selisih jarak yang dicapai atas dasar perhitungan jumlah putaran roda dengan jarak sesungguhnya dibagi jarak yang dapat dicapai dengan putaran roda. Slip ini dinyatakan dalam persen. Slip pada roda traktor dipengaruhi oleh diameter roda, lebar roda, bentuk lempengan
tapak, dan sudut lempengan tapak terhadap garis singgung roda dan sumbu roda.
Pada penelitian ini, jarak tempuh roda diukur dengan cara menghitung jarak yang ditempuh roda tiap 5 - 10 putaran roda. Pengukuran dilakukan saat
traktor berjalan tanpa dan dengan beban.
Triratanasirichai (1990) menyatakan bahwa kelengketan tanah pada sirip
13 ditimbulkan akibat ketidakseimbangan antara gaya yang disalurkan oleh jari-jari roda dari sumbu roda kepada permukaan tapak dan medan tahanan geser tanah yang dilalui roda tersebut.
Untuk mengatasi slip ini dapat dilakukan dengan menurunkan tenaga yang disalurkan ke roda. Penurunan tenaga yang dibutuhkan untuk mengatasi slip akan menaikkan tenaga tarik traktor. Perbedaan kecepatan dan perbedaan dengan perbedaan transmisi yang digunakan juga dapat memberikan pengaruh pada slip. Efisiensi penyaluran tenaga tarik yang tertinggi yang dapat dicapai oleh traktor
pada saat bekerja di lapangan mengolah tanah adalah pada tingkat slip antara 15-25 %. Pada tanah liat basah, tenaga terbesar untuk menarik mungkin dicapai pada slip sekitar 35 % (Sembiring et al., 1990).
Slip roda traktor juga banyak kaitannya dengan tingkat kandungan air tanah. Kandungan air tanah mempengaruhi nilai tahanan geser dan daya dukung
tanah terhadap suatu pembebanan (Richey et al., 1961).
E. KETENGGELAMAN RODA (Sinkage)
Ketenggelaman roda menunjukaan tingkat penetrasi roda kedalam tanah yang mempengaruhi besarnya traksi roda yang dapat dihasilkan. Ini dipengaruhi oleh bobot traktor tangan, bentuk sirip dan jenis tanah. Ketenggelaman ini juga
dipengaruhi oleh jumlah sirip pada roda. Semakin banyak jumlah sirip, maka semakin kecil pula kemampuan roda melakukan penetrasi kedalam tanah (Sebastian, 2002).
Ketenggelaman roda ini terjadi akibat adanya penurunan permukaan tanah akibat gaya dari luar khususnya karena lalu lintas, yang merupakan pertanda terjadinya pemadatan tanah pada daerah tersebut. Penurunan permukaan tanah akan terjadi sampai pada keadaan dimana gaya penahanan dari tanah seimbang dengan beban yang diberikan (Mandang dan Nishimura, 1991).
Ketenggelaman roda yang besar menyebabkan tahanan guling yang besar pula. Menurut Sembiring et al. (1990) tahanan guling adalah besarnya tahanan
14 Besarnya tahanan guling dipengaruhi oleh kondisi permukaan tanah dan ukuran roda.
F. SIFAT FISIK DAN MEKANIK TANAH
Lahan kering adalah hamparan lahan yang didayagunakan tanpa penggenangan air, baik secara permanen maupun musiman dengan sumber air berupa hujan atau air irigasi (Suwardji, 2003). Sifat-sifat yang mempengaruhi sifat fisik dan mekanik tanah antara lain :
1. Kadar air tanah
Kadar air tanah adalah perbandingan antara berat air dengan berat tanah pada suatu sampel tanah yang diambil. Kadar air tanah ini dapat dinyatakan dalam basis basah maupun basis kering. Kadar air tanah dapat ditentukan dengan persamaan berikut (Sapei et al.,1990) :
K
A ... (5)Dengan : KA = kadar air tanah basis kering (%)
mb = massa tanah basah (gram)
mk = massa tanah kering tanur (gram)
Di dalam tanah mineral, kadar jenuh air berdasarkan basis kering mencapai
25% - 60% tergantung pada kerapatan isi tanah. Kenaikan 1% kadar air tanah dapat menurunkan draft sebesar 10% (Hunt, 1983).
2. Kerapatan isi tanah (bulk density)
Kerapatan isi tanah (bulk density) adalah perbandingan antara massa tanah kering dengan volume total tanah termasuk volume pori-pori tanah. Bulk Density
15 Hillel (1980) menyatakan bahwa nilai bulk density tanah berkisar antara 1.1 g/cm3 – 1.6 g/cm3, sedangkan Wesley (1973) menyatakan kerapatan isi tanah berkisar dari 0.6 g/cm3 sampai 2.4 g/cm3. Semakin tinggi nilai bulk density, maka
semakin kecil pori-porinya dan semakin tinggi derajat kepadatannya. Kerapatan isi tanah ini dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut (Sapei et al.,1990) :
ρ
V
... (6)
Dengan : ρd = kerapatan isi tanah (g/cm3)
mk = massa tanah kering (g)
V = volume tanah lapangan (cm3)
3. Tahanan Penetrasi
Tahanan penetrasi tanah merupakan kemampuan tanah untuk menahan gaya yang bekerja tegak lurus terhadap permukaan tanah. Besarnya tahanan penetrasi ini sangat tergantung pada bulk density tanah. Nilai tahanan penetrasi
tanah (satuan kgf) yang diukur dengan penetrometer dapat dikonversikan ke dalam bentuk cone index (CI) dengan satuan kPa (Mandang dan Nishimura, 1991). Tahanan penetrasi tanah ini dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :
CI
A W ... (7)Dengan : CI = Cone Index (kPa)
Fp = gaya penetrasi terukur pada penetrometer (kgf)
W = massa penetrometer (kg)
Ak = luas penampang kerucut = 2 cm2
16 penetrasi ini meningkat menurut selang kedalaman pengukuran. Jika kadar air meningkat maka tahanan penetrasi menurun.
G. KAPASITAS LAPANG
Dalam Srivastava (1993), dijelaskan bahwa kapasitas lapang merupakan proses yang dapat diselesaikan sebuah mesin dalam waktu tertentu. Kinerja lapang traktor tangan pada saat melakukan pengolahan ditentukan oleh beberapa faktor yaitu :
1. Kapasitas Lapang Teoritis
Kapasitas Lapang Teoritis adalah kapasitas kerja alat secara teoritis yang hanya dipengaruhi oleh kecepatan maju traktor dan lebar olah dari implemen yang digunakan. Artinya, suatu alat atau mesin dianggap bekerja sempurna tanpa ada waktu yang digunakan untuk berbelok atau berhenti. Besar Kapasitas Lapang ini
dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :
K . 6 v l ... (8)
Dengan : KLT = Kapasitas Lapang Teoritis (ha/jam)
v = Kecepatan maju traktor tangan tanpa beban (m/s)
Lp = Lebar olah dari implemen yang digunakan (m)
Kecepatan maju diukur dengan mengukur waktu dan jarak tempuh roda traktor tanpa beban, sedangkan Lp adalah lebar olah dari implemen yang digunakan.
2. Kapasitas Lapang Efektif
17 Untuk menghitung Kapasitas Lapang Efektif dilakukan dengan menghitung waktu kerja total dan luas tanah hasil pengolahan total. Kapasitas Lapang Efektif ini dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :
K
W ... (9)Dengan : KLE = Kapasitas Lapang Efektif (ha/jam)
L = Luas tanah hasil pengolahan total (ha)
Wk = Waktu kerja total (jam)
3. Efisiensi Lapang
Untuk menghitung Efisiensi Lapang ini dapat menggunakan
persamaan berikut :
E
ET
%
... (10)Dengan : El = Efisiensi lapang (%)
KLE = Kapasitas Lapang Efektif (ha/jam)
KLT = Kapasitas Lapang Teoritis (ha/jam)
H. DASAR RANCANGAN MODIFIKASI RODA TRAKTOR
Perancangan roda besi sangat dipengaruhi oleh dimensi roda, kondisi kerja dari traktor tangan, dan bajak yang digunakan. Pengertian yang mendalam tentang hubungan antara roda, traktor dan bajak dari perancang akan dapat menghasilkan roda besi yang lebih efisien dibandingkan dengan roda besi yang ada sekarang ini
(Sakai, 1987).
Langkah pertama dalam perancangan roda besi adalah menentukan
18 lajunya karena bagian bawah traktor bergesekan atau kandas dengan permukaan tanah. Diameter rim roda dapat ditentukan berdasarkan diameter luar roda, tinggi sirip dan posisinya terhadap rim. Diameter rim dapat ditentukan dengan
menggunakan persamaan berikut (Hermawan, 2001):
D D G ... (11) Dengan : Dr = Diameter rim roda
Dw = Diameter luar roda
Gt = jarak antar ujung sirip dengan rim
Pada penelitian ini, penentuan diameter roda besi modifikasi didasarkan pada perbandingan kecepatan maju traktor terhadap diameter roda. Penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Sebastian (2002) memperoleh bahwa roda dengan diameter rim roda (Dr) dan dimeter luar roda (Dw) sebesar 700 mm dan 820 mm, menghasilkan kecepatan maju sebesar 1.2 m/s – 1.4 m/s. Dari data ini
dapat ditentukan nilai Dr dan Dw roda besi modifikasi agar memperoleh kecepatan maju yang sesuai dengan kecepatan manusia berjalan. Selain itu, faktor ground clearance traktor harus ditentukan terlebih dahulu.
19 Untuk menentukan diameter bahan rim dan jari-jari roda dapat juga menggunakan persamaan berikut (Sularso & Suga, 1985) :
d
.M
... (12)Dengan : ds = diameter bahan (mm)
a = teganngan lentur yang diizinkan (kg/mm2)
Ml = momen lentur (kg.mm)
Langkah kedua adalah menentukan jarak antar rim roda yaitu jarak antara rim kiri dan rim kanan pada satu roda traktor. Rim roda besi tidak selalu terletak di tengah sirip, oleh karena itu wheel space, jarak antara garis tengan rim kanan dan rim kiri harus ditentukan pula. Jumlah jari-jari yang dibutuhkan tergantung pada diameter roda, ukuran dan kualitas jari-jari tersebut, dimana umumnya
ukuran dan kualitas jari-jari sama dengan rimnya.
Klasifikasi jumlah jari-jari yang dibutuhkan berdasarkan ukuran roda dapat
dilihat pada Tabel 2 (Phongsupasamit, 1988).
Tabel. 2 Jumlah jari-jari berdasarkan ukuran roda (Phongsupasamit, 1988)
Ukuran roda Jumlah jari-jari
Roda ukuran kecil 3
Roda ukuran normal 4-6
Roda ukuran besar 8
Langkah ketiga adalah penentuan jumlah sirip. Penentuan jumlah sirip ini
didasarkan pada pernyataan Sakai et al., (1998) bahwa jumlah sirip roda besi untuk lahan kering adalah antara 8-14 buah. Menurut Sebastian (2002) pada diameter roda yang sama, semakin banyak jumlah sirip pada roda maka akan semakin besar pula Kapasitas Lapang dari penggunaan roda tersebut. Namun, jika semakin banyak jumlah sirip roda tersebut akan mengurangi tingkat penetrasi
20 Untuk menentukan jarak spasi sirip roda besi dapat digunakan persamaan berikut (Hermawan, 2001) :
L
... (13)Dengan : LS = Spasi sirip
Dw = Diameter roda
Ln = Jumlah sirip
Bahan yang digunakan untuk membuat sirip roda adalah besi plat. Untuk menentukan ukuran tebal bahan pembuat sirip digunakan persamaan berikut :
τ
A... (14)
Dengan : = tegangan geser yang diijinkan
Fh = gaya reaksi tanah terhadap sirip arah mendatar
A = luas penampang bahan
Roda modifikasi ini dirancang pada tingkat slip 15 %. Untuk perancangan
jari-jari kelengkungan sirip dapat menggunakan ilustrasi berikut :
β
(r, )
21 Pada perancangan sirip roda besi modifikasi, penetrasi sirip roda dengan koordinat polar kelengkungan sirip (r, ) dirancang sedemikian rupa sehingga sudut masuk sirip roda (β) berkisar pada sudut 88o.
Untuk menentukan jumlah sirip aktif (jumlah sirip yang melakukan penetrasi tanah pada saat traktor beroperasi), dapat menggunakan persamaan berikut :
J
J
... (15)Dengan : Jsa = Jumlah sirip aktif
θ = sudut juring roda
Jsr = Jumlah sirip pada roda
W
P
θ
Perm. tanah
Z
Gambar 6. Ilustrasi sistem roda yang bekerja pada permukaan tanah
Sudut juring roda adalah sudut yang dibentuk dua jari-jari roda pada permukaan tanah terhadap lingkaran roda. Sudut juring roda ini dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan (Sebastian, 2002) :
22 Dengan : θ = Sudut juring roda
Rr = jari-jari roda
Z = ketenggelaman roda
Selanjutnya beban vertikal dan gaya arah mendatar yang diterima oleh sirip dapat ditentukan dengan persamaan berikut :
... (17)
... (18)
Dengan : Ws = beban yang diterima oleh sirip
Ps = gaya arah mendatar terhadap sirip
W = beban vertikal pada roda
