Desain dan Analisis Elemen Hingga Mesin Pemotong Rumput

(1)

INSTITUT TEKNOLOGI PADANG

https://e-journal.itp.ac.id/index.php/jtm e-ISSN: 2598-8263

Vol. 10, No. 1, April 2020 p-ISSN: 2089-4880

Published by Lembaga Penelitian dan Pengabdian Masyarakat (LP2M) - ITP

Desain dan Analisis Elemen Hingga Mesin Pemotong Rumput Design and Finite Element Analysis of Lawn Mower Machine

Rozi Saferi ^1*, Asmara Yanto ¹, Joko Sucipto ²

1 Department of Mechanical Engineering, Institut Teknologi Padang

2 Undergraduated Program of Mechanical Engineering, Institut Teknologi Padang Jl. Gajah Mada Kandis Nanggalo, Padang, Indonesia

doi.10.21063/jtm.2020.v10.i1.60-65

*Correspondence should be addressed to rozisaferi.2015@gmail.com

Article Information Abstract

Received:

April 1, 2020 Revised:

April 21, 2020 Accepted:

April 28, 2020 Published:

April 30, 2020

Technological advances are now being found in everyday, one of them is an android smartphone. Android can be used to control motor speed without using cables with the help of microcontroller, motor driver and bluetooth module. In this study the autors designed and performed static analysis on the framework an android-based lawn mower using Autodesk Inventor. This grass cutting machine consists of several components, that is: framework, battery, microcontroller, motor driver, relay 5v, bluetooth module and others. The design result of an android-based lawn mower have a whole dimension with length = 298.89mm, width = 334.88mm and high = 241.02mm. After static analysis is carried out on the framework obtained results: Displacement minimum 0 mm and displacement maximum 0.0909735 mm, Safety factor minimum 1.93351 and safety factor maximum 15.

Keywords: grass cutting, Autodesk Inventor, android

1. Pendahuluan

Pengelolaan dan pemeliharaan rumput yang tepat adalah seperti peremajaan dan pemotongan. Pemotongan rumput merupakan salah satu kegiatan penting dalam pemeliharaan rumput untuk mendapatkan hamparan rumput yang seragam, rapat dan merata. Pemotongan dilakukan dengan menggunakan alat atau mesin pemotong rumput baik yang manual maupun bermesin. Salah satu mesin pemotong yang banyak digunakan untuk memotong rumput dilapangan atau taman adalah mesin pemotong rumput tipe rotari dengan menggunakan motor bensin sebagai motor penggerak. Mesin pemotong rumput tipe rotari adalah pemotong rumput yang memotong berdasarkan benturan (impact) pisau terhadap rumput (free cutting) dengan kecepatan putaran tinggi. Pada mesin pemotong ini kecepatan putar dan ketajaman

pisau akan sangat berpengaruh terhadap kualitas hasil pemotongan [1]. Mesin pemotong rumput rotari menggunakan bahan bakar bensin dengan sistem pembakaran internal dan umumnya bergerak secara manual dengan mesin hanya memutar pisau pemotong. Mesin jenis ini memiliki kekurangan seperti:

memerlukan biaya mahal, menimbulkan kebisingan, polusi, konsumsi bahan bakar bensin tinggi dan menimbulkan kelelahan bagi operator dalam pengoperasian dengan jangka waktu lama.

Penelitian-penelitian mesin Buyung [2]

APRE merupakan alat pemotong rumput elektrik yang menggunakan motor induksi 1 fasa sebagai motor penggeraknya. Untuk mengetahui seberapa besar daya listrik dan torsi yang dihasilkan, maka perlu adanya analisis perhitungan daya dan torsi ketika APRE

(2)

berkerja tanpa diberikan dan dengan diberikan beban secara teoritis [2].

Dari hasil wawancara kepada pelatih dan pemain klub yang menempati stadion rujukan Indonesia Super League (ISL) yang berada di Jawa Timur yang berjumlah 36 responden, didapatkan hasil bahwa 33 responden menyatakan bahwa kondisi lapangan berpengaruh terhadap kinerja tim dan pemain di lapangan, sementara 3 responden menyatakan tidak berpengaruh [3].

Poros bekerja dengan menerima beban berupa lentur, tarikan, tekan dan puntiran.

Berdasarkan pembebanannya poros dibedakan dalam beberapa macam, diantaranya poros transmisi, gandar, poros spindel. Pada poros transmisi biasa dikenal dengan sebutan shaft.

Shaft akan mengalami beban puntir berulang, beban lentur ataupun keduanya. Pada shaft daya ditransmisikan melalui pulley. didapatkan beberapa nilai diantaranya ialah, safety factor, tegangan geser maksimum, dan von mises sebelum terjadi kegagalan pada momen torsi sebesar 1600 Nm. dan Semakin tinggi momen torsi yang diberikan maka nilai safety factor yang dihasilkan semakin rendah yaitu sebesar 0,74 dimana nilai awal sebesar 1,49, hal ini menjelaskan bahwa beban torsi yang diterima akan mempengaruhi kegagalan poros tersebut [4].

Kemajuan teknologi telah banyak diterapkan dalam kehidupan sehari – hari dan dunia kerja baik dalam sektor real maupun non – real.

Mikrokontroller merupakan salah satu kemajuan teknologi, penggunaan mikrokontroller untuk mempermudah dan mempercepat penggunaan alat lain. Salah satu pengembangan aplikasi yang menggunakan mikrokontroller adalah sistem kontrol jarak jauh dengan menggunakan kabel maupun nirkabel [5].

Dalam sebuah survei diperoleh hasil bahwa pada kalangan pekerja kebun yang telah biasa menggunakan mesin pemotong rumput hampir semua merasakan HAVS (Hand-Arm Vibration Syndrome) atau syndrome getaran akibat terlalu sering terkena getaran yang kuat pada saat memegang mesin pemotong rumput [6].

2. Metode

Pada penelitian ini dimulai dengan melakukan pemodelan gambar. Pemodelan gambar ini dimulai dengan pembuatan masing – masing part hingga lengkap. Jika semua part sudah siap selanjutnya yaitu melakukan assembly tiap –

tiap part hingga terbentuk sebuah mesin potong rumput otomatis. Setelah pemodelan gambar siap, langkah selanjunya adalah pemilihan material. Dalam pemilihan material harus mempertimbangkan proses pembuatan, ketersediaan material dilapangan, harga yang terjangkau dan sifat material yang sesuai dengan kebutuhan.

Karena mesin pemotong rumput rotari menggunakan bahan bakar bensin memiliki banyak kekurangan, penulis ingin membuat sebuah mesin pemotong rumput rotari elektrik.

Diharapkan mesin ini bisa menghilangkan kekurangan yang ada pada mesin pemotong rumput rotari menggunakan bahan bakar bensin.

Adapun mesin pemotong rumput rotari elektrik ini menggunakan battery sebagai daya penggerak motor. Terdapat 4 buah motor yang mana masing – masing untuk penggerak roda belakang, pengontrol ketinggian mata pisau, pengontrol arah roda depan, dan untuk penggerak pisau potong. Untuk melakukan kontrol pada mesin ini digunakan mikrokontroller arduino uno.

Selanjutnya menentukan tumpuan yang akan digunakan untuk analisis. Tumpuan pada mesin potong rumput otomatis ini terletak di empat buah poros penggerak ban. Setelah menentukan tumpuan kemudian pemberian beban pada kerangka sebesar 20 N pada kedudukan battery dan 10 N pada kedudukan motor SG90.

Selanjutnya yaitu menentukan nilai mesh sebelum dilakukan analisis statik. Selanjutnya lakukan analisis statik, jika masih ada kesalahan dalam analisis statik periksa kembali pemodelan gambar, material, tumpuan, beban dan mesh hingga analisis berhasil. Setelah berhasil analisis statik, selanjutnya lakukan analisis dinamis. Sama seperti analisis statik jika masih ada kesalahan dalam analisis periksa kembali pemodelan gambar, material, tumpuan, beban dan mesh hingga analisis berhasil. Dan untuk langkah yang terakhir adalah pembahasan dan kesimpulan

A. Tahapan dalam Perancangan Menggunakan Autodesk Inventor

1) Pembuatan komponen /part

Tahapan dalam membuat sketch pada Autodesk Inventor adalah sebagai berikut:

• Tentukan bidang kerja dimana sketch tersebut berada.

• Gunakan project geometry dari part yang sudah ada (jika ada).

(3)

• Buat geometri seperti garis, busur lingkaran, lingkaran, point dan lain sebagainya.

• Lakukan constrain pada geometry tersebut sehingga semua geometri dapat saling korelasi.

• Berikan dimensi untuk melengkapi constraint geometry sehingga menjadi full constraint, hal ini berguna untuk membuat konsistensi dari bentuk geometri.

2) Perakitan komponen /assembly

Assembly merupakan tahapan dimana setiap part dirakit menjadi satu di dalam sebuah file assembly.iam dimana di dalam file ini hanya terdapat informasi nama komponen, hubungan antar komponen dan informasi lainnya yang dibutuhkan hanya untuk melakukan asembly.

Itu sebabnya Autodesk Inventor dapat bekerja dengan baik meskipun melakukan assembly untuk part dalam jumlah yang besar sekalipun.

Kesuksesan dalam melakukan part assembly adalah bagaimana diatur sebuah susunan /hubungan antar part yang terstruktur, dan mengikuti urutan yang benar secara perakitan mekanikal.

3) Analisis statik

Dalam analisis statik menggunakan Autodesk Inventor, hal pertama yang harus dilakukan adalah memilih material dari tiap – tiap komponen. Langkah selanjutnya yaitu menentukan letak constraints dan loads.

Constraints yaitu tempat titik tumpu pada analisis yang akan dilakukan. Sedangkan loads adalah tempat dimana pemberian bedan /tekanan, torsi, gravitasi dan lainnya sesuai dengan yang diinginkan. Setelah pemberian constraints dan loads, selanjutnya lakukan simulasi dengan menekan tombol simulate.

Setelah selesai maka akan dapat dilihat hasil dari simulasi tadi, untuk menyimpan hasil simulasi tekan generate report.

B. Finite Element Analysis (FEA)

Finitie Element adalah salah satu dari metode numerik yang memanfaatkan operasi matrix untuk menyelesaikan masalah – masalah fisik. Metode lainnya adalah metode analitik, untuk melakukannya diperlukan suatu persamaan matematik yang merupakan model dari perilaku fisik. Semakin rumit perilaku fisiknya (karena kerumitan bentuk geometri, banyaknya interaksi beban, constrain, sifat material, dan lain – lain) maka semakin sulit atau bahkan mustahil dibangun suatu model matematik yang bisa mewakili permasalahan tersebut. Alternatif metodenya adalah dengan cara membagi kasus tadi menjadi bagian –

bagian kecil yang sederhana yang mana pada bagian kecil tersebut kita bisa membangun model matematik dengan lebih sederhana.

Kemudian interaksi antar bagian kecil tersebut ditentukan berdasarkan fenomena fisik yang akan diselesaikan. Metode ini dikenal sebagi metode elemen hingga, karena kita membagi permasalahan menjadi sejumlah elemen tertentu untuk mewakili permasalahan yang sebenarnya jumlah elemennya adalah tidak berhingga.

C. Diagram Alir Penelitian

Assembly merupakan tahapan dimana setiap part dirakit menjadi satu di dalam sebuah file assembly.iam dimana di dalam file ini hanya terdapat informasi nama komponen, hubungan antar komponen.

Gambar 1. Desain 2D mesin potong rumput menggunakan 3 mekanisme kontrol gerak berbasis android

3. Hasil dan Pembahasan

A. Spesifikasi Alat

Finitie Element adalah salah satu dari metode numerik yang memanfaatkan operasi matrix untuk menyelesaikan masalah – masalah fisik. Metode lainnya adalah metode analitik,

Mulai

Identifikasi Kebutuhan

Sifat yang Dibutuhkan Bentuk yang Dibutuhkan Studi Literatur

Perancangan Komponen

Analisis Statik Assembly

Data & Pembahasan

Selesai

(4)

Finitie Element adalah salah satu dari metode numerik yang memanfaatkan operasi matrix untuk menyelesaikan masalah – masalah fisik.

Metode lainnya adalah metode analitik.

Keterangan pada gambar desain 3D:

1. Battery 2. Motor MG996R 3. Mata pisau 4. Motor SG90 5. Poros 6. Arduino Uno 7. Puli 8. V-belt 9. Roda belakang 10. Roda depan

Dari cara kerjanya mesin potong rumput ini terdiri dari 3 poses, yaitu:

1. Penggerak roda belakang (unit 1).

2. Kontrol ketinggian pisau (unit 2).

3. Kontrol arah roda depan (unit 3).

Mesin pemotong rumput ini memiliki 4 buah motor penggerak terdiri dari 1 buah motor DC

12v, 2 buah motor MG966R dan 1 buah motor SG90. Untuk sistem kontrol mesin ini menggunakan mikrokontroller arduino uno, modul bluetooth, relay 5v. Dan sumber daya dari mesin ini adalah battery 12v.

Gambar 4. Dimensi mesin potong rumput menggunakan 3 mekanisme kontrol gerak

B. Prinsip Kerja

Seperti yang terlihat pada Gambar 4, mesin potong rumput ini memiliki dimensi panjang = 298,89 mm, lebar = 334,88 mm, dan tinggi 241,02 mm

Gambar 5. Prinsip kerja mesin potong rumput menggunakan 3 mekanisme kontrol gerak berbasis android

Seperti pada Gambar 5 mesin pemotong rumput ini dibagi dalam 3 unit, yaitu:

1. Unit 1

Unit 1 terletak pada penggerak roda belakang. Penggerak pada unit ini yaitu motor DC MG996R, yang dihubungkan langsung keporos menggunakan spur gear. Poros memutar dua puli yang berada di ujung poros,

Unit 1 Unit 2 Unit 3

(5)

puli akan memutar kedua poros roda dengan bantuan v-belt. Kemudian poros roda memutar roda belakang.

2. Unit 2

Unit 2 terletak pada kontrol ketinggian pisau potong. Digerakkan oleh motor DC SG90, yang dihubungkan ke pipa dengan menggunakan lengan dari akrilik. Pipa tersebut bergerak naik turun sesuai dengan putaran motor yang dikendalikan dengan android. Kemudian pipa yang naik turun membawa motor potong /motor DC 12v dan pisau naik turun juga. Motor DC 12v memutar pisau potong untuk melakukan pemotongan rumput.

3. Unit 3

Unit 3 terletak pada kontrol arah roda depan.

Digerakkan menggunakan motor DC MG996R yang terhubung dengan tali dan batang kontrol.

Yang mana batang kontrol ini akan bergerak kekanan dan kekiri sesuai dengan putaran motor yang diperintah dari android. Batang kontrol yang bergerak tadi akan memutar poros lengan yang langsung terhubung dengan roda depan.

Poros lengan yang berputar akan membelokkan roda depan sesuai dengan putarannya.

Selain 3 unit diatas, mesin pemotong rumput ini juga terdapat unit pengontrol yaitu:

1. Arduino uno dan motor driver

Arduino uno disini bekerja menjalankan semua perintah yang diinput /dijalankan dari android. Sedangkan motor driver berfungsi mengatur kecepatan motor sesuai dengan perintah yang diinput ke arduino uno.

2. Modul bluetooth

Modul bluetooth berfungsi mengirim dan menerima perintah dari android ke arduino.

Adapun untuk jangkauannya berkisar ±10 meter.

3. Relay 5v

Relay 5v disini berfungsi untuk mengurangi tegangan spontan pada motor DC 12v saat pertama dihidupkan. yang mana ini mempengaruhi arus yang terpakai pada battery, jika terlalu besar pemakaian arus maka arduino akan mereset ulang program sehingga semua program yang sedang berjalan akan berhenti.

4. Saklar

Saklar berfungsi untuk menghidupkan dan mematikan mesin.

C. Analisis Statik Rangka

Unit rangka sebelum dilakukan analisis statik dapat dilihat pada Gambar 6 dibawah ini.

Gambar 6. Rangka sebelum dilakukan analisis statik

Setelah dilakukan analisis statik dengan memberi beban pada kedudukan battery sebesar 30 N dan kedudukan motor kontrol ketinggian sebesar 10 N didapatkan hasil sebagai berikut:

Name Minimum Maximum

Displacement 0 mm 0.0909735 mm

Safety Factor 1.93351 ul 15 ul

Gambar 7. Hasil analisis statik rangka

4. Simpulan

Dari desain dan analisis desain mesin pemotong rumput diperoleh kesimpulan sbb:

1. Hasil desain dari mesin pemotong rumput menggunakan 3 mekanisme kontrol gerak berbasis android memiliki dimensi keseluruhan dengan panjang = 298,89 mm, lebar = 334,88 mm, dan tinggi = 241,02 mm.

2. Dari cara kerja mesin ini terbagi dalam 3 bagian, yaitu:

a. Unit 1 /penggerak roda belakang

(6)

b. Unit 2 /kontrol ketinggian pisau c. Unit 3 /kontrol arah roda depan

3. Setelah dilakukan analisis statik dengan memberi beban pada kedudukan battery sebesar 30 N dan kedudukan motor kontrol ketinggian sebesar 10 N didapatkan hasil:

a. Displacement minimum 0 mm dan displacement maximum 0,0909735 mm.

b. Safety factor minimum 1,93351 dan safety factor maximum 15.

Ucapan Terima Kasih

Ucapan terimakasih disampaikan kepada seluruh asisten laborarium perancangan dan konstruksi mesin ITP atas bantuan dan kerjasamanya dalam pelaksanaan penelitian ini.

Referensi

[1] Kahar, Desain Mesin Pemotong Rumput Tipe Rotari Dengan Mesin Penggerak Motor Listrik, Jurnal Pertanian Terpadu 6(2) (2017) 76–87.

[2] S. Buyung, Analisis Perbandingan Daya Dan Torsi Pada Alat Pemotong Rumput Elektrik (APRE). Voering, 3(1) (2018) 1–4

[3] M.Y.P. Yusuf, Survei Kualitas Rumput Lapangan Stadion Penyelenggara Pertandingan Sepakbola (Stadion Tempat Peserta Liga Resmi PSSI yang Ada di Jawa Timur). Kesehatan Olahraga, 02(3) (2014).

[4] J. Awali, Analisa Kegagalan Poros, 2(2), 39–44.

[5] R. Antoni, Perancangan Sistem Pengaturan Kecepatan Motor Dc Menggunakan Zig Bee Pro Berbasis Arduino Uno Atmega 328P, Tugas Akhir (2008).

[6] Z. Mallick, Optimization of the operating parameters of a grass trimming machine.

Applied Ergonomics (2010).