ANALISIS PERANCANGAN TRAKTOR RINGAN (LIGHT
TRACTOR) SATU RODA UNTUK LAHAN SAWAH
RICKY HARIANJA
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Analisis Perancangan Traktor Ringan (Light Tractor) Satu Roda untuk Lahan Sawah adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.
ii
ABSTRAK
RICKY HARIANJA. Analisis Perancangan Traktor Ringan (Light Tractor) Satu Roda Untuk Lahan Sawah. Dibimbing oleh RADITE PRAEKO AGUS SETIAWAN
Traktor ringan (light tractor) digunakan untuk pemupukan, penyemprotan, dan penyiangan. Mekanisasi dengan mesin atau traktor konvensional tidak bisa dilakukan karena tidak adanya lapisan keras (hard pan) pada lahan sawah sehingga diperlukan sebuah inovasi mesin yang dapat memudahkan perawatan dan mempersingkat waktu pada proses perawatan tanaman padi sawah. Light tractor harus memiliki bobot yang ringan dan konstruksi yang kuat, oleh karena itu diperlukan suatu analisis pembebanan statik untuk perhitungannya. Analisis pembebanan statik menggunakan perangkat lunak Solidworks 2014. Analisis pembebanan statik dilakukan dengan memberikan pembebanan merata sebesar 750 N terhadap rangka utama sesuai dengan berat badan manusia rata-rata, pada dudukan mesin dikenai pembebanan merata sebesar 200 N, dan pada roda traksi dikenai beban terpusat sebesar 700 N. Adapun nilai tegangan Von Mises maksimum pada rangka utama yang dihasilkan yaitu sebesar 19.37 MPa, pada dudukan mesin sebesar 85.80 MPa, dan pada roda traksi sebesar 186 MPa. Simulasi menggunakan material berupa baja campuran jenis AISI 5140 yang memiliki nilai tegangan luluh sebesar 293 MPa.
Kata kunci: analisis pembebanan statik, tegangan Von Mises, rangka utama, dudukan motor, roda traksi, Solidworks 2014
ABSTRACT
RICKY HARIANJA. Design Analysis of Light Tractor (Single wheel) for Rice Field. Supervised by RADITE PRAEKO AGUS SETIAWAN
Light tractor works for fertilization, spraying, and weeding. Rice crops treatment can spend a lot of time and effort, besides that, the conventional tractor couldn’t be done because of the lack of the hard layer. So we need a machine that can simplify the maintenance and shorten time treatment on the rice crops. Static loading analysis using Solidworks 2014. According to average human body weight, the analysis performed by delivering a centralized force of 750 N to main frame. Whereas machine holder were given force evenly of 200 N, and traction wheel were given concentrated load of 700 N. The Von Mises maximum stress value produced on main frame are equal to 19.37 MPa, Von Mises maximum stress value on machine holder are equal to 85.80 MPa, and maximum stress value on traction wheel is equal to 186 MPa. Materials constructions are made of AISI 5140 alloy steel with yield strength value are equal to 293 MPa.
iii
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian
pada
Departemen Teknik Mesin dan Biosistem
ANALISIS PERANCANGAN TRAKTOR RINGAN (LIGHT
TRACTOR) SATU RODA UNTUK LAHAN SAWAH
RICKY HARIANJA
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
iv
Judul Skripsi : Analisis Perancangan Traktor Ringan (Light Tractor) Satu Roda untuk Lahan Sawah
Nama : Ricky Harianja NIM : F14070119
Disetujui oleh
Dr. Ir. Radite Praeko Agus Setiawan, M.Agr Pembimbing I
Diketahui oleh
Dr. Ir. Desrial, M.Eng Ketua Departemen
v
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat dan karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Februari 2014 ini adalah Traktor Ringan, dengan judul Analisis Perancangan Traktor Ringan (Light Tractor) Satu Roda untuk Lahan Sawah.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr. Ir. Radite Praeko Agus Setiawan, M.Agr selaku pembimbing yang memiliki kelapangan dan kesabaran yang besar dalam mengarahkan saya selama ini serta Bapak Dr. Ir. I Wayan Astika, MS selaku koordinator mayor S1 Departemen Teknik Mesin dan Biosistem yang telah banyak memberi dorongan, menambah inspirasi, dan banyak membantu dari segi mental hingga selesainya tugas akhir ini. Di samping itu, penghargaan penulis sampaikan kepada Bapak Dr. Ir. Sugiyono, M.App.Sc, Ibu Ratna beserta staf Fakultas Teknologi Pertanian, dan Bapak Nandang beserta staf UPT AAK Departemen Teknik Mesin dan Biosistem yang telah membantu, memberikan motivasi, dan pencerahan selama mengerjakan tugas akhir. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada bapak, ibu, kakak, keluarga, dan rekan-rekan Departemen Teknik Mesin dan Biosistem atas segala motivasi, doa, dan kasih sayangnya.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
vi
Analisis Kekuatan Bahan Terhadap Beban Mekanis 4
Faktor Keamanan (Safety Factor) 5
METODE PENELITIAN 6
Rangka Aplikator Pupuk (Rangka Hopper) 11
Aplikator Pupuk (Bagian Hopper) 12
Rangka Slider 12
vii Perbedaan Antara Model 1 dan Model 2 Guna Kepentingan Analisis 14
Pemilihan Material 14
Analisis Pembebanan Statik 15
Tumpuan Mati, Gaya Pembebanan, dan Jenis Pembebanan 16
HASIL DAN PEMBAHASAN 18
Simulasi Perhitungan Bobot Traktor 18
Bobot Rangka Utama Model 1 18
Bobot Dudukan Motor Model 1 18
Bobot Roda Traksi Model 1 19
Analisis Static Case pada Desain Traktor Ringan Model 1 20 Tegangan Von Mises pada Rangka Utama Model 1 20 Displacement pada Rangka Utama Model 1 21 Tegangan Von Mises pada Dudukan Motor Model 1 21 Displacement pada Dudukan Motor Model 1 22 Tegangan Von Mises pada Roda Traksi Model 1 22 Displacement pada Roda Traksi Model 1 23 Analisis Static Case pada Desain Traktor Ringan Model 2 24 Tegangan Von Mises pada Rangka Utama Model 2 24 Displacement pada Rangka Utama Model 2 25 Tegangan Von Mises pada Dudukan Motor Model 2 26 Displacement pada Dudukan Motor Model 2 27 Tegangan Von Mises pada Roda Traksi Model 2 28 Displacement pada Roda Traksi Model 2 28
SIMPULAN DAN SARAN 29
Simpulan 29
Saran 29
DAFTAR PUSTAKA 30
viii
DAFTAR TABEL
Tabel 1 Rancangan fungsional 8
Tabel 2 Data material penyusun dan ketebalan komponen 14
Tabel 3 Komposisi AISI 5140 14
Tabel 4 Karakteristik material baja AISI 5140 15
Tabel 5 Fixtures dan loads pada rangka utama 16 Tabel 6 Fixtures dan loads pada dudukan motor 16 Tabel 7 Fixtures dan loads pada roda traksi 17
Tabel 8 Bobot traktor ringan 20
Tabel 9 Fixture dan loads pada rangka utama model 2 24 Tabel 10 Fixture dan loads pada dudukan rangka model 2 26
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1 Kurva tegangan-regangan material ulet dan material getas 4
Gambar 2 Diagram alir penelitian 7
Gambar 3 Rangka Utama 9
Gambar 4 Motor Honda GX160 9
Gambar 5 Dudukan Motor 10
Gambar 6 Pulley penggerak 10
Gambar 7 Pulley transmisi 10
Gambar 8 Gear Box 11
Gambar 14 Penamaan komponen traktor ringan (Light Tractor) 13 Gambar 15 Hasil simulasi bobot rangka utama model 1 18 Gambar 16 Hasil simulasi bobot dudukan motor model 1 18 Gambar 17 Hasil simulasi bobot roda traksi model 1 19
Gambar 18 Hasil simulasi rangka utama model 2 19
ix
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Spesifikasi Motor Honda Tipe GX160 31
Lampiran 2 Perhitungan Bobot pada Pembebanan (Arah gaya sumbu –Z) 32
Lampiran 3 Assembly Traktor Ringan 33
Lampiran 4 Gambar Teknik Rangka Utama 34
Lampiran 5 Gambar Teknik Motor Honda Tipe GX160 35
Lampiran 6 Gambar Teknik Dudukan Motor 36
Lampiran 7 Gambar Teknik Pulley 37
Lampiran 8 Gambar Teknik Gear Box 39
Lampiran 9 Gambar Teknik Roda Traksi 40
Lampiran 10 Gambar Teknik Rangka Hopper 41
Lampiran 11 Gambar Teknik Hopper 42
Lampiran 12 Gambar Teknik Rangka Slider 43
Lampiran 13 Gambar Teknik Slider 44
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Indonesia yang terletak di daerah tropis memiliki potensi besar di bidang pertanian. Namun, banyak kendala yang menyebabkan pertanian di Indonesia berkembang begitu lambat. Penggunaan peralatan tradisional atau bahkan masih menggunakan tangan menyebabkan efisiensi dan efektifitas pelaksanaan pekerjaan tanaman pertanian berjalan lambat. Salah satu sektor pertanian yang dinilai cukup potensial untuk dikelola secara profesional adalah sawah dengan komoditasnya padi sawah. Selain karena lahan persawahan di Indonesia yang cukup luas, padi (beras) juga merupakan makanan pokok bagi masyarakat di Indonesia pada umumnya yang harganya meningkat sejak sepuluh tahun terakhir ini.
Pada lahan sawah biasanya tidak hanya padi yang tumbuh subur, ada juga tanaman lain yang tumbuh disekitarnya. Tanaman yang tumbuh disekitar tanaman padi selain tanaman padi itu sendiri yang keberadaannya mengganggu tanaman padi disebut sebagai gulma (tanaman pengganggu). Pengendalian gulma padi sawah oleh para petani di Indonesia pada umumnya masih menggunakan cara manual. Cara manual yaitu dengan cara mencabut gulma dengan tangan. Dengan cara ini tentu akan merepotkan para petani karena tenaga yang dibutuhkan tidaklah sedikit dan juga waktu pengerjaan yang dibutuhkan juga cukup lama, apalagi bila lahan persawahan yang dikerjakan cukup luas.
Mekanisasi sangat dibutuhkan untuk meningkatkan efisiensi, efektifitas, dan produktifitas komoditas pertanian. Penerapan mekanisasi pada bidang pertanian bukanlah hal yang mudah. Berbagai faktor perlu diperhatikan seperti biaya, kinerja alat yang akan diperkenalkan, dan faktor sawah di Indonesia yang kebanyakan tidak terkonsolidasi sehingga tidak memiliki lapisan tanah keras (hard pan) yang mengakibatkan penggunaan traktor atau mesin konvensional mengalami kendala di lahan sawah. Oleh karena itu, diperlukan mesin pertanian (traktor) yang ringan tetapi dengan material yang kuat agar mesin pertanian tersebut dapat beroperasi pada lahan sawah yang ada di Indonesia. Pada saat ini mulai bermunculan penelitian mengenai alat dan mesin perawatan tanaman padi sawah. Alat yang dirancang pada penelitian ini berbasis pada traktor ringan (light tractor) yang karakteristiknya disesuaikan sehingga dapat dioperasikan pada lahan persawahan di Indonesia. Light tractor merupakan traktor pemeliharaan tanaman yang digunakan untuk penyiangan, penyemprotan, dan pemupukan dengan waktu kerja yang lebih cepat daripada pengerjaan secara manual dan juga memiliki berat alat yang rendah sehingga dalam pengoperasiannya tidak ada kendala terutama pada saat perpindahan alur perawatan tanaman.
2
analisis statik yang diperlukan cukup bobot pengemudi dan bobot motor yang digunakan.
Saat ini telah dilakukan penelitian mengenai traktor ringan. Namun, penelitian yang dilakukan belum mendapatkan hasil yang memuaskan karena terkendala pada desain, analisis perancangan, dan pemilihan material yang belum tepat.
Perumusan Masalah
Traktor ringan (Litor) yang telah dirancang memerlukan adanya analisis struktur untuk mengevaluasi konstruksinya. Struktur rangka yang dirancang sedemikian rupa untuk dapat menahan beban dari komponen-komponen mesin, beban operator, dan juga kondisi lintasan traktor ringan ini akan dioperasikan belum mendapatkan hasil yang maksimal. Lalu desain traktor ringan seperti apa yang memenuhi kriteria desain? Apakah material yang digunakan sudah memenuhi kriteria apabila dilakukan pengujian atau analisis static case? Apakah desain ini sudah layak untuk masuk pada tahapan proses pembuatan alat?
Tujuan Penelitian
Mengetahui analisis pembebanan statik pada struktur rangka utama, dudukan motor, dan roda traksi yang akan dipakai pada struktur desain dengan menggunakan perangkat lunak Solidworks 2014.
Memperoleh bentuk konstruksi traktor ringan yang ringan dan kuat sebagai traktor pemeliharaan tanaman untuk padi sawah.
Manfaat Penelitian
Hasil dari penelitian ini diharapkan dapat menghasilkan sebuah desain traktor sederhana berbobot ringan yang dapat dioperasikan dengan mudah di lapangan sehingga dapat menarik minat para petani untuk bermigrasi dari pertanian dengan sistem konvensional ke pertanian dengan sistem mekanis pada produksi pertanian walaupun dengan kapasitas lahan yang tidak terlalu luas. Diharapkan dari perancangan traktor ringan ini akan ada pengembangan baik berupa perbaikan desain, analisis, maupun konstruksi alat lebih lanjut sehingga menghasilkan alat perawatan tanaman padi yang lebih baik.
Ruang Lingkup Penelitian
Meskipun banyak permasalahan mengenai perancangan traktor ringan ini namun penelitian ini hanya dibatasi pada:
Analisis struktur dari rangka utama, dudukan motor, dan roda traksi yang akan dipakai dengan menggunakan perangkat lunak Solidworks 2014.
3
TINJAUAN PUSTAKA
Teori Von mises
Von Mises (1913) menyatakan bahwa akan terjadi luluh bilamana tegangan normal itu tidak tergantung dari orientasi atau sudut θ (invariant) dari kedua tegangan J2 yang melampaui harga kritis.
Dimana: :
Untuk mengetahui evaluasi tetapan k dan menghubungkannya dengan tegangan luluh dalam uji tarik uniaksial maka:
Subtitusi persamaan (2.3) dalam persamaan (2.2) maka akan menghasilkan bentuk kriteria luluh Von Mises :
Dari persamaan (2.4) dapat diduga bahwa peristiwa luluh akan terjadi apabila selisih tegangan pada sisi kanan persamaan melampaui tegangan luluh dalam uji tarik uniaksial σ0.
Untuk mengidentifikasi tetapan k dalam persamaan (2.1), perlihatkan keadaan tegangan dalam geser murni, seperti dalam uji puntir, dimana :
Sehingga k menggambarkan tegangan luluh dalam keadaan tegangan geser murni (puntir). Kriteria Von Mises menyatakan bahwa tegangan luluh pada puntiran akan lebih kecil daripada tegangan uniaksial, sesuai dengan:
4
tegangan normal atau tegangan geser tertentu, melainkan tergantung dari fungsi ketiga harga tegangan geser utama. Kriteria luluh didasarkan atas selisih tegangan normal σ1 - σ2 dan sebagainya, maka kriteria tersebut tidak bergantung pada komponen tegangan hidrostatik. Karena kriteria luluh Von Mises melibatkan suku pangkat dua, hasilnya tidak tergantung dari tanda tegangan individual.
Semula Von Mises mengusulkan kriteria ini karena matematikanya sederhana. Setelah itu, Hencky (1924) menunjukan bahwa persamaan (2.4) setara dengan perumpamaan bahwa luluh itu terjadi bilamana energi distorsi mencapai suatu harga kritis. Energi distorsi adalah bagian energi regangan total per volume satuan yang diperlukan untuk menyatakan perubahan bentuk yang berlainan dengan energi-energi perubahan volume.
Analisis Kekuatan Bahan Terhadap Beban Mekanis
Analisis kekuatan bahan menunjukkan kemampuan struktur material tertentu dalam menerima gaya yang dikenakan. Kegagalan pada suatu elemen mesin dapat terjadi dalam berbagai wujud seperti misalnya yielding, retak, patah, scoring, pitting, korosi, aus, dan lain-lain. Faktor yang menyebabkan kegagalan suatu bahan juga bermacam-macam seperti kesalahan desain, beban operasional, kesalahan perawatan, kecacatan material, temperatur, lingkungan, dan waktu. Para ahli dapat mempertimbangkan berbagai aspek penyebab kegagalan pada perancangan sehingga kegagalan tidak akan terjadi selama masih dalam umur teknisnya.
Gambar 1 Kurva tegangan-regangan material ulet dan material getas
5
Faktor Keamanan (Safety Factor)
Faktor keamanan adalah faktor yang digunakan untuk mengevaluasi agar perencanaan elemen mesin terjamin keamanannya dengan dimensi dan material yang minimum .
6
METODE PENELITIAN
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini berjalan selama lima bulan terhitung mulai bulan Februari 2014 hingga bulan Juni 2014. Pelaksanaan penelitian dilakukan di Laboratorium Teknik Mesin dan Otomasi, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.
Bahan dan Alat
Bahan dan alat yang digunakan dalam penelitian ini diantaranya 1 unit PC (Personal Computer) dengan spesifikasi operating system Windows 8 SP0, processor Intel Core™ i5 2.5 GHz, memory 4 GB tipe PC-12800 1600 MHz, graphic card NVIDIA GeForce 820m 1 GB spesifikasi PC (Personal Computer) sudah memenuhi syarat (system requirement) untuk menjalankan perangkat lunak Solidworks 2014, perangkat lunak Solidworks 2014, dan alat tulis.
Pemodelan Traktor Ringan
7
8
Rancangan Fungsional
Tabel 1 Rancangan fungsional
No. Fungsi Komponen Traktor ringan
1. Menahan beban pengendara, penopang, dan tempat
menempelnya komponen lain
Rangka Utama
2. Tenaga penggerak traktor ringan Motor (Honda GX160) 3. Tempat meletakkan motor Dudukan Motor
4. Meneruskan putaran ke gearbox Pulley 5. Menyalurkan tenaga atau daya
mesin ke komponen lainnya dan merubah rpm dari motor
(tergantung rasio dari gear box)
Gear Box
6. Mengubah gerak rotasi menjadi translasi dari gear box
Roda Traksi 7. Menopang hopper dan menjaga
bentuk hopper agar tidak terjadi perubahan bentuk pada sambungan antar sisi hopper
Rangka Aplikator Pupuk (Rangka Hopper)
8. Tempat menaruh pupuk Hopper 9. Menahan beban dari pengendara
sekaligus tempat meletakkan slider
Rangka Slider 10. Menurunkan koefisien gesek untuk
9 ketebalan 1 mm. keseluruhan rangka utama memiliki ukuran (p x l x t) yaitu 766 mm x 608 mm x 749 mm seperti ditunjukkan pada Gambar 3.
Gambar 3 Rangka Utama
Motor (Honda GX160)
Motor yang digunakan pada traktor ringan ini yaitu motor bensin satu silinder merk Honda dengan tipe GX160. Motor Honda tipe GX160 memiliki berat kosong 15.1 Kg. Motor ini dapat memuntahkan daya sebesar 4.8 hp atau 3.6 kW pada 3600 rpm menurut klaim pabrikan. Dimensi motor ini yaitu 312 mm x 362 mm x 346 mm. Pada penampungan bahan bakar, motor ini memiliki kapasitas 3.1 liter dengan bahan bakar bensin serta oli kapasitas oli sebesar 0.58 liter.
Gambar 4 Motor Honda GX160
Dudukan motor
10
Gambar 5 Dudukan Motor Pulley
Pulley yang digunakan pada rancangan traktor ringan ini terbuat dari material baja cor. Pulley memiliki diameter luar dan ketebalan 80 mm dan 20 mm untuk pulley penggerak serta 220 mm dan 20 mm untuk pulley transmisi.
Gambar 6 Pulley penggerak
Gambar 7 Pulley transmisi Gear Box
11
Gambar 8 Gear Box
Roda Traksi
Roda traksi merupakan komponen berbentuk lingkaran yang memiliki sumbu yang berguna untuk mobilisasi traktor ringan. Fungsi roda traksi sama dengan roda pada kendaraan umumnya. Roda traksi pada traktor ringan dibuat dengan material besi pipa untuk lingkaran dan palang jari-jarinya. Selain itu terdapat juga penambahan material berupa sirip pada lingkaran roda yang berfungsi untuk memaksimumkan daya traksi roda traktor ringan sehingga memperkecil adanya slip. Untuk lingkar dan palang roda menggunakan besi pipa ukuran 1 inch dengan ketebalan 1.4 mm, sedangkan untuk bagian sirip menggunakan besi plat dengan ketebalan 2 mm. Roda traksi memiliki diameter sebesar 702 mm.
Gambar 9 Roda Traksi
Rangka Aplikator Pupuk (Rangka Hopper)
12
Gambar 10 Rangka hopper
Aplikator Pupuk (Bagian Hopper)
Hopper dirancang menggunakan material berupa acrylic dengan ketebalan 4 mm atau dengan stainless steel dengan ketebalan 1 mm. Masing-masing hopper memiliki dimensi yang samayaitu 300 mm x 280 mm x 404 mm.
Gambar 11 Hopper
Rangka Slider
Rangka slider menggunakan material besi hollow dengan ukuran 40 mm x 40 mm serta ketebalan 1 mm. Rangka slider memiliki dimensi sebesar 600 mm x 770 mm.
13 Slider
Komponen slider dibuat dengan material besi siku dan baja plat dengan ketebalan masing-masing 3 mm. dimensi dari slider yaitu 192 mm x 160 mm x 42 mm.
Gambar 13 Slider
Komponen-komponen traktor ringan yang telah digambar kemudian dirakit (assembly) untuk mendapatkan bentuk rancangan penuh traktor ringan. Gambar penuh rancangan traktor ringan dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
14
Perbedaan Antara Model 1 dan Model 2 Guna Kepentingan Analisis
Pada proses analisis dibuat dua buah model dengan perbedaan terletak hanya pada ketebalan komponen penyusun rangka utama. Data ukuran komponen kedua buah model disajikan pada tabel berikut.
Tabel 2 Data material penyusun dan ketebalan komponen
No. Komponen Material penyusun Ketebalan (mm) Model 1 Model 2 Model 1 Model 2
Material yang digunakan pada perancangan traktor ringan (light tractor) satu roda ini sebagian besar menggunakan baja konstruksi jenis AISI 5140. Material ini dipilih karena material tersebut memiliki nilai yield strength yang cukup besar dan berat jenis bahan yang cukup rendah. Adapun komposisi unsur
15 Tabel 4 Karakteristik material baja AISI 5140
Sumber:
http://www.efunda.com/materials/alloys/alloy_home/show_alloy_found.cfm?ID=AISI_5140&show_prop=all&Page_Title= AISI%205140
Analisis Pembebanan Statik
16
Tumpuan Mati, Gaya Pembebanan, dan Jenis Pembebanan
Tabel 5 Fixtures dan loads pada rangka utama
Letak fixture pada pembebanan ini terdapat pada tiga permukaan yang berada pada bagian bawah rangka utama. Besarnya pembebanan yang dikenakan pada rangka utama yaitu sebesar 750 N dengan satu permukaan yang kontak langsung dengan pembebanan ditandai dengan permukaan yang berwarna biru muda.
Tabel 6 Fixtures dan loads pada dudukan motor
17 dengan pembebanan yaitu dua permukaan yang ditandai dengan warna biru muda.
Tabel 7 Fixtures dan loads pada roda traksi
18
HASIL DAN PEMBAHASAN
Simulasi Perhitungan Bobot Traktor
Bobot Rangka Utama Model 1
Gambar 15 Hasil simulasi bobot rangka utama model 1
Berdasarkan gambar, material AISI 5140 memiliki yield strength dan tensile strength sebesar 293 MPa dan 572 MPa. Densitas dari AISI 5140 sendiri yaitu 8030 kg/m³. Dengan menggunakan hasil analisis volume material rangka utama dan densitas maka dapat diketahui bobot dari rangka utama yaitu sebesar 23.5 Kg.
Bobot Dudukan Motor Model 1
19 Material AISI 5140 memiliki yield strength dan tensile strength sebesar 293 MPa dan 572 MPa. Densitas dari AISI 5140 sendiri yaitu 8030 kg/m³. Dengan menggunakan hasil analisis volume material dudukan motor dan densitas AISI 5140 maka dapat diketahui bobot dari dudukan motor yaitu sebesar 4.12 Kg.
Bobot Roda Traksi Model 1
Gambar 17 Hasil simulasi bobot roda traksi model 1
Material AISI 5140 memiliki yield strength dan tensile strength sebesar 293 MPa dan 572 MPa. Densitas dari AISI 5140 yaitu 8030 kg/m³. Dengan menggunakan hasil analisis volume material roda traksi dan densitas AISI 5140 maka dapat diketahui bobot dari roda traksi yaitu sebesar 21.09 Kg.
20
Material AISI 5140 memiliki yield strength dan tensile strength sebesar 293 MPa dan 572 MPa. Densitas dari AISI 5140 sendiri yaitu 8030 kg/m³. Dengan menggunakan hasil analisis volume material rangka utama dan densitas AISI 5140 maka dapat diketahui bobot dari rangka utama yaitu sebesar 20.49 kg.
Data hasil analisis bobot komponen traktor dapat dilihat pada tabel Tabel 8 Bobot traktor ringan
Analisis Static Case pada Desain Traktor Ringan Model 1
Tegangan Von Mises pada Rangka Utama Model 1
Tegangan Von Mises yang terjadi pada rangka model 1 dapat dilihat pada gambar
Gambar 19 Tampilan tegangan Von Mises rangka utama model 1
21 tegangan Von Mises maksimum ditandai oleh daerah yang berwarna merah dan tegangan Von Mises minimum ditandai daerah berwarna biru.
Displacement pada Rangka Utama Model 1
Besaran peralihan (Displacement) yang terjadi pada rangka akibat pembebanan terpusat sebesar 750 N dapat dilihat pada gambar
Gambar 20 Tampilan besaran displacement rangka utama model 1
Dengan adanya pembebanan merata yang disebabkan oleh pengemudi maka besaran peralihan minimumnya yaitu sebesar 0 mm dan nilai peralihan maksimumnya sebesar 6.577e-002 mm atau sebesar 0.066 mm. Peralihan maksimum ditandai oleh daerah yang berwarna merah dan peralihan minimum ditandai daerah berwarna biru.
Tegangan Von Mises pada Dudukan Motor Model 1
Hasil simulasi tegangan Von Mises yang terjadi pada dudukan motor model 1 setelah mendapatkan pembebanan merata yang dihasilkan oleh motor Honda tipe GX160 dapat dilihat pada gambar
22
Hasil dari simulasi menunjukkan bahwa tegangan yang dihasilkan oleh pembebanan merata yang diterima pada komponen dudukan motor mengakibatkan tegangan minimum sebesar 2.043e+004 N/m² atau sebesar 20.43 kPa dan tegangan maksimum sebesar 8.576e+007 N/m² atau sebesar 85.76 MPa dengan pembebanan merata pada dudukan motor model 1 tepat dibawah motor Honda tipe GX160. Berdasarkan perbandingan tegangan luluh (yield strength) dari material baja konstruksi jenis AISI 5140 yang digunakan pada rangka yaitu sebesar 2.930e+008 N/m² atau 293 MPa, tegangan maksimum yang dihasilkan akibat pembebanan lebih kecil daripada tegangan luluh (yield strength) dari material AISI 5140. Oleh karena itu, dapat dipastikan bahwa rangka utama tersebut mampu menahan pembebanan merata yang diakibatkan oleh bobot motor Honda tipe GX160 pada keadaan statik. Besarnya tegangan Von Mises maksimum ditandai oleh daerah yang berwarna merah dan tegangan Von Mises minimum ditandai daerah berwarna biru.
Displacement pada Dudukan Motor Model 1
Besaran displacement pada dudukan motor model 1 yang terjadi akibat pembebanan merata dari motor Honda tipe GX160 dapat dilihat pada gambar
Gambar 22 Tampilan besaran displacement dudukan motor model 1
Dengan adanya pembebanan merata yang disebabkan oleh motor Honda tipe GX160 terhadap dudukan motor maka dihasilkan besaran peralihan minimumnya sebesar 0 mm dan nilai peralihan maksimumnya sebesar 1.627e+000 mm atau sebesar 1.627 mm. Peralihan maksimum ditandai oleh daerah yang berwarna merah dan peralihan minimum ditandai daerah berwarna biru.
Tegangan Von Mises pada Roda Traksi Model 1
23
Gambar 23 Tampilan tegangan Von Mises roda traksi model 1
Gambar 23 menunjukkan hasil dari simulasi menunjukkan bahwa tegangan yang dihasilkan oleh pembebanan pada komponen roda traksi mengakibatkan tegangan minimum sebesar 5.485e+001 N/m² atau sebesar 54.850 Pa dan tegangan maksimum sebesar 3.989e+008 N/m² atau sebesar 398.9 MPa dengan pembebanan terletak pada roda traksi model 1. Berdasarkan perbandingan tegangan luluh (yield strength) dari material baja konstruksi jenis AISI 5140 yang digunakan pada roda traksi yaitu sebesar 2.930e+008 N/m² atau 293 MPa, tegangan maksimum yang dihasilkan akibat pembebanan lebih besar daripada tegangan luluh (yield strength) dari material AISI 5140. Oleh karena itu, hal ini menyebabkan roda traksi tersebut tidak mampu menahan pembebanan yang terjadi pada komponen roda traktor pada keadaan statik. Besarnya tegangan Von Mises maksimum ditandai oleh daerah yang berwarna merah dan tegangan Von Mises minimum ditandai daerah berwarna biru.
Displacement pada Roda Traksi Model 1
Besaran peralihan (Displacement) yang terjadi pada roda traksi model 1 akibat pembebanan terpusat dapat dilihat pada gambar 24.
24
Dengan pembebanan terpusat yang terjadi pada roda traksi menyebabkan hasil peralihan minimum sebesar 0 mm dan nilai peralihan maksimumnya sebesar 2.285e+000 mm atau sebesar 2.285 mm pada roda traksi model 1. Peralihan maksimum ditandai oleh daerah yang berwarna merah dan peralihan minimum ditandai daerah berwarna biru.
Analisis Static Case pada Desain Traktor Ringan Model 2
Tegangan Von Mises pada Rangka Utama Model 2
Tegangan Von Mises yang terjadi pada rangka model 2 dapat dilihat pada gambar 25.
Tabel 9 Fixture dan loads pada rangka utama model 2
25
Gambar 25 Tampilan tegangan Von Mises rangka utama model 2
Pembebanan merata oleh pengemudi sebesar 750 N mampu menghasilkan tegangan Von Mises minimum 2.351e-002 N/m² atau sebesar 0.024 Pa dan tegangan Von Mises maksimum 1.937e+007 N/m² atau sebesar 19.37 MPa yang terletak pada rangka utama model 2 di bagian penghubung antara bagian bawah jok pengemudi dengan rangka utama. Berdasarkan perbandingan tegangan luluh (yield strength) dari material baja konstruksi jenis AISI 5140 sebesar 2.930e+008 N/m² atau 293 MPa, Tegangan maksimum yang dihasilkan akibat pembebanan merata lebih kecil daripada tegangan luluh (yield strength) dari material AISI 5140 sehingga dapat dipastikan bahwa rangka utama tersebut mampu menahan pembebanan merata yang diberikan oleh berat normal pengemudi pada keadaan statik. Besarnya tegangan Von Mises maksimum ditandai oleh daerah yang berwarna merah dan tegangan Von Mises minimum ditandai daerah berwarna biru.
Displacement pada Rangka Utama Model 2
Besaran peralihan (Displacement) yang terjadi pada rangka akibat pembebanan merata sebesar 750 N dapat dilihat pada gambar 26.
26
Dengan adanya pembebanan merata yang disebabkan oleh pengemudi maka besaran peralihan minimumnya yaitu sebesar 0 mm dan nilai peralihan maksimumnya sebesar 2.897e-001 mm atau sebesar 0.29 mm. Peralihan maksimum ditandai oleh daerah yang berwarna merah dan peralihan minimum ditandai daerah berwarna biru.
Tegangan Von Mises pada Dudukan Motor Model 2
Hasil simulasi tegangan Von Mises yang terjadi pada dudukan motor model 2 setelah mendapatkan pembebanan merata yang dihasilkan oleh motor Honda tipe GX160 dapat dilihat pada Gambar 27
Tabel 10 Fixture dan loads pada dudukan rangka model 2
27
Gambar 27 Tampilan Tegangan Von Mises dudukan motor model 2
Hasil dari simulasi menunjukkan bahwa tegangan yang dihasilkan oleh pembebanan merata yang diterima pada komponen dudukan motor mengakibatkan tegangan minimum sebesar 2.043e+004 N/m² atau sebesar 20.43 kPa dan tegangan maksimum sebesar 8.576e+007 N/m² atau sebesar 85.76 MPa dengan pembebanan pada dudukan motor model 2 tepat dibawah motor Honda tipe GX160. Berdasarkan perbandingan tegangan luluh (yield strength) dari material baja konstruksi jenis AISI 5140 yang digunakan pada rangka yaitu sebesar 2.930e+008 N/m² atau 293 MPa, tegangan maksimum yang dihasilkan akibat pembebanan lebih kecil daripada tegangan luluh (yield strength) dari material AISI 5140. Oleh karena itu, dapat dipastikan bahwa dudukan motor tersebut mampu menahan pembebanan merata yang diakibatkan oleh bobot motor Honda tipe GX160 pada keadaan statik. Besarnya tegangan Von Mises maksimum ditandai oleh daerah yang berwarna merah dan tegangan Von Mises minimum ditandai daerah berwarna biru.
Displacement pada Dudukan Motor Model 2
Besaran displacement pada dudukan motor model 2 yang terjadi akibat pembebanan merata dari motor Honda tipe GX160 dapat dilihat pada gambar
28
Dengan adanya pembebanan merata yang disebabkan oleh motor Honda tipe GX160 terhadap dudukan motor maka dihasilkan besaran peralihan minimumnya sebesar 0 mm dan nilai peralihan maksimumnya sebesar 1.627e+000 mm atau sebesar 1.63 mm. Peralihan maksimum ditandai oleh daerah yang berwarna merah dan peralihan minimum ditandai daerah berwarna biru.
Tegangan Von Mises pada Roda Traksi Model 2
Hasil simulasi tegangan Von Mises yang terjadi pada roda traksi model 2 setelah mendapatkan pembebanan di roda traksi dapat dilihat pada gambar
Gambar 29 Tampilan tegangan Von Mises roda traksi model 2
Hasil dari simulasi menunjukkan bahwa tegangan yang dihasilkan oleh pembebanan pada komponen roda traksi mengakibatkan tegangan minimum sebesar 2.475e+001 N/m² atau sebesar 24.750 Pa dan tegangan maksimum sebesar 1.861e+008 N/m2 atau sebesar 186.1 MPa dengan pembebanan merata pada roda traksi model 2. Berdasarkan perbandingan tegangan luluh (yield strength) dari material baja konstruksi jenis AISI 5140 yang digunakan pada roda traksi yaitu sebesar 2.930e+008 N/m² atau 293 MPa, tegangan maksimum yang dihasilkan akibat pembebanan merata lebih kecil daripada tegangan luluh (yield strength) dari material AISI 5140. Oleh karena itu dapat dipastikan bahwa roda traksi tersebut mampu menahan pembebanan yang terjadi pada komponen roda traktor pada keadaan statik. Besarnya tegangan Von Mises maksimum ditandai oleh daerah yang berwarna merah dan tegangan Von Mises minimum ditandai daerah berwarna biru.
Displacement pada Roda Traksi Model 2
29
Gambar 30 Tampilan besaran displacement roda traksi model 2
Dengan pembebanan terpusat yang terjadi pada roda traksi menyebabkan hasil peralihan minimum sebesar 0 mm dan nilai peralihan maksimumnya sebesar 1.066e+000 mm atau sebesar 1.066 mm pada roda traksi model 2. Peralihan maksimum ditandai oleh daerah yang berwarna merah dan peralihan minimum ditandai daerah berwarna biru.
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Berdasarkan hasil analisis menggunakan Solidworks 2014, hasil analisis sebelum dan sesudah dilakukannya perubahan terhadap ketebalan komponen traktor ringan, maka dihasilkan total berat kosong dari model 1 yaitu sebesar 71.81 kg dengan ketebalan baja pipa pada rangka utama sebesar 1,4 mm dan untuk model 2 yaitu sebesar 68.80 kg dengan ketebalan baja pipa sebesar 1.0 mm. Hasil simulasi menunjukkan kedua model mampu menahan pembebanan yang diberikan. Meskipun demikian, model yang dipilih yaitu model 2 karena traktor ringan model 2 memiliki bobot paling ringan.
Dudukan motor menghasilkan tegangan Von Mises maksimum terbesar yaitu 186 MPa dengan dengan pembebanan sebesar 700 N. Berdasarkan data yang diperoleh dapat ditarik kesimpulan bahwa desain dan material traktor ringan model 2 aman untuk memasuki proses manufaktur jika ditinjau dari besarnya tegangan Von Mises terhadap Yield strength dari material baja campuran AISI 5140.
Saran
30
DAFTAR PUSTAKA
Firmansyah. 2007. Analisis Statik Rangka Motor Hibrid Menggunakan Software Catia V5 [skripsi]. Depok (ID): Universitas Gunadarma
Foale T and Wiloughby V. 1984. Motor Cycle Chassis Design. London (GB): Osprey Publishing Limited.
Purwoko W. 2008. Perencanaan Gear Box dan Analisis Statik Rangka Konveyor Menggunakan Software Catia V5 [skripsi]. Depok (ID): Universitas Gunadarma.
Smith HP and Wilkes LH. 1976. Farm Machinery and Equipment. Sixth Edition. New Delhi (IN): Mc Grow Hil Company Ltd.
31 Lampiran 1 Spesifikasi Motor Honda Tipe GX160
32
Lampiran 2 Perhitungan Bobot pada Pembebanan (Arah gaya sumbu –Z) 1. Pembebanan pada Rangka Utama
33
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Kabupaten Bogor, Jawa Barat pada tanggal 21 Juli 1989 penulis merupakan anak kedua dari 2 bersaudara dari pasangan Bangdol Harianja dan Siti Astuti. Penulis menempuh Sekolah Menengah Pertama di SMP Negeri 1 Rumpin dan melanjutkan ke Sekolah Menengah Atas di SMA Negeri 1 Parung yang semuanya dijalani di tempat kelahiran Penulis, Kabupaten Bogor.
