Desain KonseptualMekanisme Penjatah Benih pada Penanam Jagung berbasis RC Mobileuntuk Edukasi Pertanian
DESAIN KONSEPTUALMEKANISME PENJATAH BENIH
PADA PENANAM JAGUNG BERBASIS RC MOBILE
UNTUK EDUKASI PERTANIAN
BUDI PRIYONGGO
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Desain Konseptual
Mekanisme Penjatah Benih pada Penanam Jagung Berbasis RC Mobile untuk
Edukasi Pertanian 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.
Bogor, Juli 2014
Budi Priyonggo
NIM F14100011
ABSTRAK
BUDI PRIYONGGO. Desain Konseptual Mekanisme Penjatah Benih pada
Penanam Jagung Berbasis RC Mobileuntuk Edukasi Pertanian. Dibimbing oleh
LENNY SAULIA.
Mekanisme penjatah benih merupakan suatu yang penting pada mesin tanam
untuk menjamin jarak tanam dan tercapainya populasi akhir tanaman yang
diinginkan. Penelitian ini dilakukan untuk mendukung desain mesin penanam
jagung berbasis RC mobile dengan membuat desain konseptual mekanisme
penjatah benih yang sesuai. Kriteria desain mekanisme ini adalah keseragaman
jumlah dan jarak jatuhnya benih serta optimisasi beban, sehingga konsep
rancangan penjatah benih ini adalah dengan menggunakan orifice pada bagian
bawah hopperdan memanfaatkan putaran roda yang ditransmisikan dengan
mekanisme cam sehingga dihasilkan gerakkan naik turun secara harmonis untuk
lengan penjatah benih. Hasil perhitungan dalam rancangan ini menghasilkan
dimensihopper dengan orifice serta cam-follower penggerak lengan penyalur yang
sesuai untuk penjatahan 2 benih jagung per lubang tanam dengan jarak tanam 20
cm untuk kondisi lahan yang tertentu.
Kata kunci: penanam jagung, mekanisme penjatah benih
ABSTRACT
BUDI PRIYONGGO. Conceptual Design of Seed Metering Mechanism of RC
MobileCorn Seeder for Agricultural Education. Supervised by LENNY SAULIA.
A metering device is an essential part in planter to ensure seed metering to attain
the final desired plant population. This research was aimed to support the design
of RC mobile corn seeder by designing its seeds metering device. Design criteria
of this seeds metering device was constant seeds application rate and load
optimization. Hence, orifice and cam-follower mechanism were employed in this
conceptual design of the seeds metering device. The orifice at the base of seed
hopper, with the opening gate match to corn seed size, controls the seed
application rate. Whilst the cam-follower mechanism control the opening gate and
directing seeds flow into furrow. Design computational and analysis results
confirmed the dimension and strength of each component in this seeds metering
device may ensure the seeds application rate (2 seeds per hole with 20 cm
spacing) for the specific condition of terrain.
Keywords: corn seeder, seed metering mechanism
DESAIN KONSEPTUALMEKANISME PENJATAH BENIH
PADA PENANAM JAGUNGBERBASIS RC MOBILE
UNTUK EDUKASI PERTANIAN
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
pada
Departemen Teknik Mesin dan Biosistem
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
Judul Skripsi : Desain KonseptualMekanisme Penjatah Benih pada Penanam
Jagung berbasis RC Mobileuntuk Edukasi Pertanian
Nama
: Budi Priyonggo
NIM
: F14100011
Disetujui oleh
Dr. Lenny Saulia, S.TP, M.Si
Pembimbing
Diketahui oleh
Dr. Ir. Desrial, M Eng
Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Segala puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas rahmat
dan hidayah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul
“Desain KonseptualMekanisme Penjatah Benih pada Penanam Jagung berbasis
RC Mobileuntuk Edukasi Pertanian”.
Dalam penyusunan skripsi ini, tidak sedikit hambatan yang penulis hadapi.
Namun penulis menyadari bahwa kelancaran dalam penyusunan skripsi tidak lain
berkat bantuan berbagai pihak, sehingga kendala-kendala yang penulis hadapi
dapat teratasi dengan baik. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan terima
kasih yang sebesar-besarnya kepada Dr. Lenny Saulia, S.TP, M.Si, selaku dosen
pembimbing atas bimbingan dan arahan yang telah diberikan kepada penulis.
Ucapan terima kasih kepada Dr. Ir. Radite Praeko A.S, M.Agr dan Dr. Liyantono,
S.TP, M.Agr selaku dosen penguji yang telah banyak memberikan saran serta
masukan terhadap skripsi ini. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada
ayah, ibu serta seluruh keluarga atas doa dan kasih sayangnya. Tak lupa pula
penulis sampaikan terima kasih kepada pihak-pihak yang membantu dalam
penyusunan skripsi ini.
Penulis berharap semoga tulisan ini bermanfaat dan memberikan kontribusi
yang nyata terhadap perkembangan ilmu pengetahuan di bidang teknologi
pertanian.
Bogor, Juli 2014
Budi Priyonggo
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
2
Tujuan Penelitian
2
METODE
2
Tempat dan Waktu
2
Alat dan Bahan
2
Tahapan Penelitian
4
Prosedur Perancangan Cam
7
HASIL DAN PEMBAHASAN
8
Sifat Fisik Benih Jagung
8
Kecepatan Maju RC mobile di Lahan
9
Desain Fungsional
11
Desain Struktural
11
Sintesis Jatuhan Jagung
21
Hasil Simulasi Pembebanan pada Komponen Mesin
22
SIMPULAN DAN SARAN
23
Simpulan
23
Saran
23
DAFTAR PUSTAKA
23
LAMPIRAN
24
RIWAYAT HIDUP
43
DAFTAR TABEL
1 Pengukuran dan pengujian sifat fisik dan mekanik tanah dari lahan
yang akan digunakan
2 Pengukuran dan pengujian dimensi, kecepatan maju dan kecepatan
putar RC mobile pada kondisi tanah tertentu
3 Sifat fisik benih jagung dan jarak tanam
4 Spesifikasi RC mobile
3
4
9
9
5 Karakteristik fisik tanah di lahan percobaan
6 Kecepatan maju RC mobile
7 Parameter perhitungan hopper
8 Hasil perhitungan volume dan luas penampang hopper
9 Parameter rancangan cam
10 Hasil perhitungan cam
11 Hasil perhitungan Torsi cam (Tcam ) dan Torsi poros roda (Troda ) pada
sudut kritis
12 Simulasi penjatuhan untuk kecepatan maju 0.99 m/s
13 Simulasi penjatuhan untuk kecepatan maju 0.4 m/s
10
10
12
13
16
16
18
21
22
DAFTAR GAMBAR
1 Data produksi dan konsumsi jagung nasional tahun 2008 s.d 2012
2 Perhitungan volume dan luas penampang hopper
3 Tampak depan dan samping komponen hopper dengan orifice
4 Tampak depan dan samping bagian orifice
5 Tampak depan dan samping lengan penyalur
6 Desain cam pada mekanisme penjatah benih
7 Posisi, kecepatan dan percepatan cam 1, cam 2, dan cam 3
8 Perhitungan posisi opening gate
9 Posisi opening gate
10 Posisi orifice dan lengan penyalur saat 0o
11 Posisi orifice dan lengan penyalur saat 30o
12 Posisi orifice dan lengan penyalur saat 90o
13 Hasil simulasi pengujian pembebanan cam
1
12
14
14
15
17
17
19
19
19
20
20
22
DAFTAR LAMPIRAN
1 Diagram tahapan penelitian
2 Konstanta K, Cv dan Ca
3 Tampak atas, depan, sampin dan ISO RC mobile
4 Komponen lengan penyalur benih dan hopper
5 Contoh perhitungan cam
6 Perhitungan traksi dan torsi RC mobile
7 Perhitungan waktu pergerrakan jagung di lengan penyalur
8 Gambar teknik
25
26
27
28
29
31
32
33
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Penurunan minat calon mahasiswa di bidang pertanian terjadi di tahun 2008,
tercatat penurunan minat di Pulau Jawa mencapai 30-40 persen (LPPM IPB 2008).
Kondisi itu sangat memprihatinkan, mengapa pada saat terjadi krisis pangan
sekarang ini minat anak bangsa ke bidang pertanianjustru menurun. Suatu sistem
yang mampu meningkatkan minat terhadap pertanian di Indonesia perlu
dipertimbangkan. Salah satu caranya adalah dengan mengenalkan pertanian sejak
dini dengan cara yang menarik misalnya dengan permainan. Jika sejak anak-anak
sudah tertanam rasa senang dan tertarik terhadap pertanian maka minatnya
tersebut diharapkan akan terus tertanam hingga dewasa.
Sistem budidaya otomatik dengan menggunakanRC mobile (remote control
mobile)merupakan salah satu metode yang diperkirakan merupakan cara yang
mudah dan dapat menarik perhatian anak-anak dalam edukasi pertanian.Sebagai
upaya awal untuk mengembangkan sistem budidaya otomatik tersebut, saat ini
sedang diupayakan desain penanam benih jagung menggunakan sistem RC mobile.
Pemilihan jagung sebagai objek untuk desain alat tanam benih ini dilandasi
oleh kebutuhan jagung sebagai food (bahan pangan), feed (pakan ternak), dan fuel
(bahan bakar).Gambar 1 menunjukkandata produksidan konsumsi jagung di
Indonesia pada tahun 2008 s.d 2012. Terlihat setiap tahunnya terjadi perbedaan
antara permintaan dan ketersediaan jagung di Indonesia, yang menyebabkan harus
dilakukannya impor untuk memenuhi kebutuhan jagung tersebut. Dukungan untuk
meningkatkan produksi jagung perlu dilakukan agar Indonesia tidak selalu
bergantung pada impor.
Produksi
Konsumsi
12
Jumlah (juta ton)
10
8
6
4
2
0
2008
2009
2010
2011
2012
Tahun
Gambar 1 Data produksi dan konsumsi jagung nasional tahun 2008 s.d 2012
(BPS 2013)
2
Jarak tanam yang sesuai dan seragam merupakan hal yang penting yang
harus diperhatikan saat kegiatan penanaman jagung. Salah satu bagian yang
mempengaruhi jarak tanam adalah mekanisme penjatah benih dari penanam benih
jagung tersebut. Srivastava (2006) menyebutkan bahwa penjatah benih merupakan
suatu yang penting pada mesin tanam untuk menjamin tercapainya populasi akhir
tanaman yang diinginkan. Sehingga untuk mendukung desain mesin penanam
jagung berbasis RC mobiledibutuhkan suatu mekanisme penjatah benih yang
sesuai.
Perumusan Masalah
Daya dari putaran roda dapat ditransmisikan ke suatu sistem untuk
menghasilkan gerakan translasi yang dapat dimanfaatkan untuk menggerakan
mekanisme penjatah benih. Sistem ini di desain untuk mendapatkan jatuhan
benih/jarak tanam yang seragam. Salah satu metode atau transmisi gerak yang
dapat diaplikasikan adalah dengan penggunakan cam untuk menghasilkan gerakan
unik tersebut. Mekanisme cam merupakan suatu mekanisme yang menghasilkan
berbagai gerakan dari bentuknya yang sederhana. Mekanisme cam tersebut yang
akan diterapkan pada bagian penjatah benih dari penanam benih jagung berbasis
RC mobile ini. Sehingga dapat dihasilkan jatuhan benih/jarak tanam yang seragam
dan mudah untuk dioperasikan.
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah membuat desain konseptual mekanisme
penjatah benih untukmesinpenanam benih jagung berbasis RC mobile
menggunakan penjatah benih dengan mekanime cam sebagai transmisi geraknya
sehingga dihasilkan jarak tanam yang tepat dan sesuai serta mudah dioperasikan.
METODE
Tempat dan Waktu
Pelaksanaan penelitian yang terdiri dari kegiatan identifikasi kebutuhan dan
pengambilan data penelitian di lapangan dilakukan pada Februari 2014 hingga
Maret 2014 dan proses perancangan konsep desain dilakukan pada Maret 2014
hingga Juni 2014 di Bagian Teknik Mesin dan Otomasi (TMO) Departemen
Teknik Mesin dan Biosistem, Institut Pertanian Bogor (IPB).
Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini dikelompokkan ke
dalam alat dan bahan yang digunakan dalam perencanaan dan pengumpulan data
dasar, pembuatan konsep desain dan pengujian konsep desain.
3
a Perencanaan dan pengumpulan data
Pada tahap ini alat dan bahan yang digunakan dibagi kedalam beberapa
kegiatan yang dilakukan yaitu:
1 Kegiatan identifikasi sifat fisik benih jagung dan metode penanaman
benih jagung yang dilakukan secara konvensional maupun menggunakan
alat yang sudah ada. Kegiatan ini berupa studi literatur.
2 Kegiatan identifikasi sifat fisik dan mekanik tanah dari lahan yang akan
digunakan sebagai tempat pengaplikasian alat yang dirancang. Bahan
yang digunakan adalah sampel tanah, aquades, larutan H2O2 dan sodium
silikat 5%. Sementara alat yang digunakan secara rinci disajikan pada
Tabel 1.
3 Kegiatan identifikasi RC mobile yang terdiri dari dimensi dan kecepatan
maju serta kecepatan putar roda belakang dari RC mobiletersebut pada
kondisi lahan tertentu. Bahan yang digunakan adalah alat tulis. Rincian
peralatan yang digunakan pada tahap ini tersaji pada Tabel 2. Data yang
didapat dari ketiga kegiatan tersebut diolah menggunakan software
“Microsoft Excel β010”, seperangkat komputer dan mesin cetak (printer).
Tabel 1Pengukuran dan pengujian sifat fisik dan mekanik tanah dari lahan
yang akan digunakan
No
1
Pengamatan/
Pengukuran
Penentuan
batas cair,
penentuan batas
plastis dan
indeks
plastisitas
2
Pengukuran
berat jenis
partikel
3
Analisis ukuran
partikel tanah
(hydrometer
analysis)
Peralatan yang digunakan
Alat penentu batas cair (L.L
device), spatula, penyemprot
air, permukaan gelas, wadah
dan penutup, oven, neraca,
desikator, lap dan silinder
dengan diameter 3 mm.
Pompa vakum, neraca,
thermometer, piknometer,
wadah, mortar, desikator,
oven, corong dan penyemprot
air.
Neraca, pengaduk,
thermometer, gelas ukur 1 L,
satu set saringan (2000, 840,
420, 250,105 dan 74 μm),
gelas piala, bak air, spatula,
stopwatch, penyemprot air
dan pengaduk gelas.
Metode
Batas cair:
Standar JIS A
1205 1980,
Batas plastis:
Standar JIS A
1206 1970
(1978)
Standar JIS A
1202 1978
Standar JIS A
1204 1980
4
Tabel 2Pengukuran dan pengujian dimensi, kecepatan maju dan kecepatan
putarRC mobilepada kondisi tanah tertentu
No
1
2
Pengamatan/
Pengukuran
Dimensi RC mobile
Peralatan yang
digunakan
Jangka sorong, neraca
Kecepatan maju,
kecepatan putar roda di
atas lahan dengan
karakteristik fisik dan
mekanik tertentu
Kamera, meteran, dan
stopwatch, serta
peralatan pengukur
kadar air dan dry bulk
density.
Metode
Mengukur poros,
roda, rangka,
pegas yang
terdapat pada RC
mobile serta
massa RC mobile.
b Pembuatan konsep desain
Pada tahap pembuatan konsep desain, digunakan salah satu software
computer aided desain (CAD) yaitu “SolidWorks Premium 2011”, alat tulis,
mesin hitung, software “Microsoft Excel β010”, seperangkat komputer dan
mesin cetak (printer).
c Pengujian konsep desain
Tahap pengujian konsep desain digunakansoftware “SolidWorks Premium
2011” untuk menganalisis stress dan strain dari konsep desain yang telah
dibuat serta untuk proses simulasi gerakan operasi dari model alat yang akan
dibuat. Selain itu, peralatan lain yang yang digunakan adalah alat tulis,
mesin hitung, software “Microsoft Excel β010”, seperangkat komputer dan
mesin cetak (printer).
Tahapan Penelitian
Penelitian ini terdiri dari beberapa tahap, yaitu: tahap identifikasi masalah,
tahap perumusan dan penyempurnaan konsep desain, tahap uji optimasi konsep
desain, tahap pembuatan model 3 dimensi (3D) dan tahap uji kinerja dari model
3D mesin hasil rancangan. Diagram tahapan penelitian tersaji pada Lampiran 1.
Berikut ini merupakan penjelasan lebih rinci menganai tahapan-tahapan penelitian
yang akan dilakukan:
a Perencanaan dan pengumpulan data dasar
Tahapan penelitian ini adalah melakukan identifikasi kondisi lapangan
dan pencarian data lapangan terkait dengan beberapa data yang akan
digunakan dalam proses desain. Pada tahap ini dilakukan pengumpulan
data-data dengan cara studi literatur. Beberapa informasi yang dibutuhkan
adalah tentang sifat fisik jagung, metode penanaman dan alat tanam benih
jagung yang sudah ada.
Identifikasi sifat fisik dan mekanik tanah di suatu lahan dilakukan
untuk memperoleh data dasar yang diperlukan dalam desain.Tanah yang
5
dianalisis adalah tanah pada Laboratorium Lapangan Siswadhi Soepardjo.
Parameter yang diidentifikasi meliputi batas cair, batas plastis, indeks
plastisitas, berat jenis partikel tanah, ukuran partikel tanah dan tekstur tanah.
Selain itu dilakukan pula identifikasi RC mobile yang terdiri dari
dimensi, kecepatan maju dan kecepatan putar roda pada pembebanan
tertentu yang dilakukan di lahan pada kondisi lahan tertentu.
Informasi serta data-data yang didapat tersebut digunakan untuk
menentukan potensi-potensi yang ada untuk dapat mendukung serta menjadi
batasan-batasan dari desain yang dibuat.
b Pembuatan konsep desain
Tahap ini terdiri dari dua kegiatan utama yaitu kegiatan perumusan
dan penyempurnaan konsep desain dan kegiatan pembuatan model 3
dimensi (3D).
Kegiatan perumusan dan penyempurnaan konsep desian merupakan
kegiatan pembuatan konsep desain. Spesifikasi dari konsep desain
dirumuskan berdasarkan kondisi aktual lapangan dan batasan spesifikasi
penanam benih jagung sistem RC mobile. Data hasil pengamatan dan
pengukuran di lapangan dianalisis untuk menentukan besarnya gaya
mekanis dan beban kerja mekanis terutama pada bagian penjatah benih
khususnya bagian cam sebagai alat transmisi yang dibutuhkan dalam
mekanisme penjatah benih jagung.
Analisis teknik dan perhitungan rancangan dilakukan untuk
menentukan secara akurat dari bentuk, ukuran, dan bahan penjatah benih
pada penanam jagung berbasisRC mobile. Analisis tersebut juga dilakukan
untuk menentukan mekanisme rancangan yang sesuai dengan kriteria desain.
Hasil analisis teknik akan digunakan untuk menentukan dimensi dari desain
konstruksi penjatah benihyang akan dimodelkan dengan menggunakan
Computer Aided Desain (CAD).
Pada kegiatan pembuatan model 3 dimensi (3D)dilakukan proses
pemodelan konsep desain hasil dari proses seleksi desain rancangan mesin
ke dalam bentuk gambar 3D menggunakan software “SolidWorks Premium
2011”. Hasil dari pemodelan ini sebagai bentuk visualisasi rancangan
struktural dari mesin yang akan dibuat.
c Pengujian konsep desain
Tahap pengujian hasil konsep desain akan dilakukan dengan
memanfaatkan fasilitas simulasi analisis gaya dan pembebanan mekanis
yang disediakan pada software “SolidWorks Premium β011”. Hasil dari
pemodelan gambar 3D digunakan sebagai bahan pengujian analisis
pergerakan mesin, sintesis desain dan analisis penyebaran gaya.
Konsep Rancangan
Peralatan tanam didefinisikan sebagai setiap alat yang dioperasikan dengan
daya yang digunakan untuk menempatkan benih, potongan benih atau bagian
tanaman ke dalam atau di atas tanah untuk perkembangbiakan, produksi pangan,
serat dan pakan (Smirth & Lambert 1990).Desain konseptual penanam benih
jagung berbasis RC mobileini menyesuaikan dengan desain alat tanam benih
6
secara umum, yang menurut Srivastava et al (2006) memiliki beberapa bagian
utama, yaitu: pembuka alur dan penutup alur, alat penjatah benih (metering
device) dan hopper. Bagian-bagian utama tersebut akan ditambahkan dan
dipasang pada RC mobile serta penambahan komponen penyangga
Konsep rancangan mekanisme penjatah benih yang didesain memiliki
beberapa kriteria utama, yakni memastikan jatuhnya benih dengan jarak yang
seragam dan optimalisasi beban. RC mobile komersial memiliki keterbatasan
dalam membawa beban tanpa menyebabkan terjadinya masalah dalam mobilisasi
pada suatu kondisi lahan tertentu. Optimalisasi beban pada penanam benih jagung
berbasis RC mobile, yang termasuk di dalamnya adalah komponen penjatah benih,
diharapkan mampu menyesuaikan antara keterbatasan dan kapasitas lapang yang
diinginkan.
Salah satu upaya untuk meminimalkan beban penanam jagung berbasis RC
mobile adalah dengan membuat komponen-komponen yang dapat memanfaatkan
mekanisme yang ada pada RC mobiletersebut. Perlu diupayakan tidak ada
penambahan beban dari sumber daya penggerak lain selainbaterai RC mobile
sebagai daya yang digunakan untuk menjalankan sistem penanaman benih.
Konsep rancangan untuk penjatah benih yang dibuat adalah dengan
memanfaatkan putaran roda yang ditransmisikan dengan mekanisme cam
sehingga dihasilkan gerakkan naik turun secara harmonis untuk pembuka-penutup
orifice (lubang penjatah benih) sehingga dihasilkan jarak tanam yang seragam.
Mekanisme ini diharapkan mampu untuk menjatuhkan 2 benih perlubang tanam
dengan jarak 20 cm (jarak penanaman 20 x 70 cm).
Beberapa penjelasan sifat fisik benih jagung yang menjadi batasan
perancangan ini adalah:
1 Dimensi, atau ukuran benih yang meliputi panjang, lebar dan tebal benih
merupakan faktor penting dalam perancangan alat tanam terutama
dimensi orifice agar dihasilkan pejatahan yang tepat dan seragam yaitu 2
benih per lubang.
2 Berat jenis, juga disebut berat spesifik, merupakan perbandingan antara
massa bahan terhadap volumenya, satuan berat jenis adalah kg/m3. Berat
jenis merupakan faktor penentu dari kerapatan tumpukan, memberikan
pengaruh besar terhadap daya ambang partikel yang penting diketahui
dalam hubungannya dengan proses pemindahan dan pengangkutan bahan
atau pada proses pengisian hopper pada kegiatan penanaman (Kling dan
Woehlbier 1983).
3 Kerapatan tumpukan,adalah perbandingan antara berat bahan dengan
volume ruang yang ditempati dengan satuan kg/m3. Kerapatan tumpukan
berpengaruh pada saat menentukan kapasitas benih dalam hopper (Chung
dan Lee 1985).
4 Angle of repose, juga disebut sudut tenang merupakan sudut yang
terbentuk ketika suatu produk (pertanian) dicurahkan pada bidang datar.
Besarnya sudut tumpukkan sangat dipengaruhi oleh ukuran partikel,
bentuk dan karateristik permukaan partikel, kadar air, berat jenis dan
kerapatan tumpukan.Umumnya sudut tenang meningkat ketika kadar air
bahan lebih tinggi (Stroshine 1998).Informasi mengenai sudut tenang
digunakan untuk penentuan sudut kemiringan hopper agar benih dapat
turun/jatuh secara gravitasi.
7
Prosedur Perancangan Cam
Cam (nok) adalah bagian mesin yang bentuknya tidak umum, yang bekerja
sebagai penggerak yang menggerakkan sebuah benda yang disebut follower
(torak), yang dapat menggelinding atau meluncur di atasnya. Cam adalah bagian
dari suatu mekanisme yang sangat penting karena dapat memberikan berbagai
gerakan dengan bentuknya yang sederhana. Secara umum ada tiga jenis cam,
yaitu: cam piring, cam translasi, dan cam silinder (Martin 1984). Dalam
melakukan perancangan cam ada beberapa prosedur perancangan menurut Moon
(1961) yaitu:
1 Penentuan asumsi-asumsi, yang terdiri dari asumsi nilai linear
displacement (h), sudut puncak ( ), bobot cam (W), tipe cam, kecepatan
putar, dimensi follower dan material dari cam dan follower.
2 Menghitung nilai radius pitch (Rp) yang sesuai dengan sudut tekan
maksimum yang terjadi. Rpdapat dihitung menggunakan Persamaan 1.
157
Rp
h
1
3 Menghitung radius minor (Ro) dari pitch curve menggunakan Persamaan
2.
Ro R p 0.5h
4
5
6
7
8
2
Menghitung nilai perpindahan (Y)pada titik-titik kritis. Tipe harmonik
sederhana titik-titik kritisnya yaitu 0, 1, 60, 119 dan 120. Nilai Y
didapatkan dengan menggunakan Persamaan 3.
Y Kh
3
dengan K adalah suatu konstanta untuk tipe kurva harmonik sederhana
yang tersaji pada Lampiran 2.
Mengitung radius cam (Rn) pada titik-titik kritis menggunakan
Persamaan 4.
Rn Ro y
4
Menghitung sudut tekan ( ) pada tiap titik kritis menggunakan Persamaan
5 dengan Cv adalah suatu konstanta yang tersaji pada Lampiran 2.
57.3C v h
tan 1
Rn
5
Menghitung radius kurvatur (Rc) pada percepatan maksimum dan
minimum menggunakan Persamaan 6-8.
n
6
120
n n1
7
sin
Rc Rn
sin
8
Menghitung percepatan (a) maksimum dan minimum menggunakan
persamaan 9 dengan N adalah kecepatan putarcam.
8
2
6N
a C a h
9
9 Menghitung inertial force (F)pada percepatan maksimum dan minimum
menggunakan Persamaan 10 dengan g adalah percepatan gravitasi.
Wa
F
10
g
10 Menghitung gaya normal (Pn) dan torsi (T) dari profil cam pada
percepatan maksimum dan minimumnya menggunakan Persamaan 11,
12dan 13dimana L adalah gaya eksternal, S adalah gaya pegas,f adalah
faktor gesekan dan r adalah radius terluar dari cam.
Wa
W L S
g
P
1 f
11
Pn
P
cos
12
T rP tan
13
11 Menghitung contact stress pada percepatan maksimum dan minimum
menggunakan Persamaan 14 -16.
Ec E f
10 6
M
0.35Ec E f
14
1
C
rf
15
PC
S c 10 3 n
lM
16
12 Membuat tabel hasil perhitungan dan kesimpulan
HASIL DAN PEMBAHASAN
Sifat Fisik Benih Jagung
Beberapa sifat fisik jagung diamati untuk mendukung perancangan yang
dilakukan sebagai input data tambahan dalam perancangan. Adapun parameterparameter yang diperlukan tersaji pada Tabel 3. Benih jagung yang digunakan
adalah jagung manis (Zea mays saccharata).
Data yang tersaji pada Tabel 3 menjadi acuan dalam penentuan dimensi dari
penanam jagung berbasis RC mobile. Data bobot, berat jenis, kerapatan tumpuk
dan angle of repose digunakan untuk penentuan dimensi hopper, kapasitas hopper
dan kemiringan dari bentuk hopper yang dirancang agar benih jatuh secara
gravitasi saat akan menuju ke bagian penjatah benih. Data dimensi benih (panjang,
lebar dan tebal) digunakan pada penentuan dimensi orifice pada saluran bagian
9
bawah hopper dan opening gate (pembuka-penutup penjatah benih). Data jarak
tanam dan kedalaman tanam digunakan untuk penentuan dimensi transmisi
camyang didesain.
Tabel 3Sifat fisik benih jagung dan jarak tanam
No Parameter
Dimensi
- Panjang
1
- Lebar
- Tebal
2 Bobot (1000 benih)
3 Berat jenis
Nilai
Satuan
10.56 ± 0.78
7.91 ± 0.57
3.45 ± 0.35
131.2 s.d 145.5
1133.8 s.d 1225.5
mm
mm
mm
gram
kg/m3
4
Kerapatan tumpuk
482.1 s.d 474.3
kg/m3
5
Angle of repose
27-38
o
6
Jarak tanam
Kedalaman tanam
20 x 70
±3
cm
cm
Keterangan
Sumber: M. Bulent
Coskun, Ibrahim
Yalcın and Cengiz O
zarslan (2005)
(Data tersebut
didapatkan pada
selang KA 11.54% 19.74% bk)
Sumber Stroshine,
Richard L (1998)
Sumber : PT. Bisi
Internasional Tbk
Kecepatan Maju RC mobiledi Lahan
RC mobile yang digunakan memiliki spesifikasi seperti yang tersaji pada
Tabel 4 dan bentuk serta ukuran tersaji pada Lampiran 3.
Tabel 4Spesifikasi RC mobile
Spesifikasi
Model
Nomer model
Berat
Motor
Panjang
Lebar
Tinggi
Diameter roda
Baterai
Channel
Frekuensi
Ukuran
Satuan
HSP Racing 1/10 electric powered 4WD Rock
crawler
94180 (TOP) New Type
3.02
kg
RC 540 1100 kV ESC 25A
430
mm
258
mm
200
mm
112
mm
7.2/2000
V/mAh
3
2.4
GHz
Kecepatan maju RC mobile merupakan salah satu parameter yang
dibutuhkan dalam perancangan mekanisme penjatah benih pada penanam jagung
berbasis RC mobile ini. Berdasarkan kecepatan maju pula dapat ditentukan
kecepatan putar rodanya. Kecepatan majudiukurpada suatu lahan dengan
karakteristik fisik tanah seperti yang tersaji dalam Tabel 5.
10
Tabel 5Karakteristik fisik tanah di lahan percobaan
No
1
4
5
6
a
Parameter
Batas Cair
Batas Plastis
Indeks Plastisitas
Berat Jenis Partikel
saat T= 30 oC
Ukuran Partikela
Coarse Sand
(0.425-2.000) mm
Fine Sand
(0.075 - 0.425) mm
Silt
(0.005 - 0.075) mm
Clay
(
PADA PENANAM JAGUNG BERBASIS RC MOBILE
UNTUK EDUKASI PERTANIAN
BUDI PRIYONGGO
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Desain Konseptual
Mekanisme Penjatah Benih pada Penanam Jagung Berbasis RC Mobile untuk
Edukasi Pertanian 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.
Bogor, Juli 2014
Budi Priyonggo
NIM F14100011
ABSTRAK
BUDI PRIYONGGO. Desain Konseptual Mekanisme Penjatah Benih pada
Penanam Jagung Berbasis RC Mobileuntuk Edukasi Pertanian. Dibimbing oleh
LENNY SAULIA.
Mekanisme penjatah benih merupakan suatu yang penting pada mesin tanam
untuk menjamin jarak tanam dan tercapainya populasi akhir tanaman yang
diinginkan. Penelitian ini dilakukan untuk mendukung desain mesin penanam
jagung berbasis RC mobile dengan membuat desain konseptual mekanisme
penjatah benih yang sesuai. Kriteria desain mekanisme ini adalah keseragaman
jumlah dan jarak jatuhnya benih serta optimisasi beban, sehingga konsep
rancangan penjatah benih ini adalah dengan menggunakan orifice pada bagian
bawah hopperdan memanfaatkan putaran roda yang ditransmisikan dengan
mekanisme cam sehingga dihasilkan gerakkan naik turun secara harmonis untuk
lengan penjatah benih. Hasil perhitungan dalam rancangan ini menghasilkan
dimensihopper dengan orifice serta cam-follower penggerak lengan penyalur yang
sesuai untuk penjatahan 2 benih jagung per lubang tanam dengan jarak tanam 20
cm untuk kondisi lahan yang tertentu.
Kata kunci: penanam jagung, mekanisme penjatah benih
ABSTRACT
BUDI PRIYONGGO. Conceptual Design of Seed Metering Mechanism of RC
MobileCorn Seeder for Agricultural Education. Supervised by LENNY SAULIA.
A metering device is an essential part in planter to ensure seed metering to attain
the final desired plant population. This research was aimed to support the design
of RC mobile corn seeder by designing its seeds metering device. Design criteria
of this seeds metering device was constant seeds application rate and load
optimization. Hence, orifice and cam-follower mechanism were employed in this
conceptual design of the seeds metering device. The orifice at the base of seed
hopper, with the opening gate match to corn seed size, controls the seed
application rate. Whilst the cam-follower mechanism control the opening gate and
directing seeds flow into furrow. Design computational and analysis results
confirmed the dimension and strength of each component in this seeds metering
device may ensure the seeds application rate (2 seeds per hole with 20 cm
spacing) for the specific condition of terrain.
Keywords: corn seeder, seed metering mechanism
DESAIN KONSEPTUALMEKANISME PENJATAH BENIH
PADA PENANAM JAGUNGBERBASIS RC MOBILE
UNTUK EDUKASI PERTANIAN
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
pada
Departemen Teknik Mesin dan Biosistem
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
Judul Skripsi : Desain KonseptualMekanisme Penjatah Benih pada Penanam
Jagung berbasis RC Mobileuntuk Edukasi Pertanian
Nama
: Budi Priyonggo
NIM
: F14100011
Disetujui oleh
Dr. Lenny Saulia, S.TP, M.Si
Pembimbing
Diketahui oleh
Dr. Ir. Desrial, M Eng
Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Segala puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas rahmat
dan hidayah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul
“Desain KonseptualMekanisme Penjatah Benih pada Penanam Jagung berbasis
RC Mobileuntuk Edukasi Pertanian”.
Dalam penyusunan skripsi ini, tidak sedikit hambatan yang penulis hadapi.
Namun penulis menyadari bahwa kelancaran dalam penyusunan skripsi tidak lain
berkat bantuan berbagai pihak, sehingga kendala-kendala yang penulis hadapi
dapat teratasi dengan baik. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan terima
kasih yang sebesar-besarnya kepada Dr. Lenny Saulia, S.TP, M.Si, selaku dosen
pembimbing atas bimbingan dan arahan yang telah diberikan kepada penulis.
Ucapan terima kasih kepada Dr. Ir. Radite Praeko A.S, M.Agr dan Dr. Liyantono,
S.TP, M.Agr selaku dosen penguji yang telah banyak memberikan saran serta
masukan terhadap skripsi ini. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada
ayah, ibu serta seluruh keluarga atas doa dan kasih sayangnya. Tak lupa pula
penulis sampaikan terima kasih kepada pihak-pihak yang membantu dalam
penyusunan skripsi ini.
Penulis berharap semoga tulisan ini bermanfaat dan memberikan kontribusi
yang nyata terhadap perkembangan ilmu pengetahuan di bidang teknologi
pertanian.
Bogor, Juli 2014
Budi Priyonggo
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
2
Tujuan Penelitian
2
METODE
2
Tempat dan Waktu
2
Alat dan Bahan
2
Tahapan Penelitian
4
Prosedur Perancangan Cam
7
HASIL DAN PEMBAHASAN
8
Sifat Fisik Benih Jagung
8
Kecepatan Maju RC mobile di Lahan
9
Desain Fungsional
11
Desain Struktural
11
Sintesis Jatuhan Jagung
21
Hasil Simulasi Pembebanan pada Komponen Mesin
22
SIMPULAN DAN SARAN
23
Simpulan
23
Saran
23
DAFTAR PUSTAKA
23
LAMPIRAN
24
RIWAYAT HIDUP
43
DAFTAR TABEL
1 Pengukuran dan pengujian sifat fisik dan mekanik tanah dari lahan
yang akan digunakan
2 Pengukuran dan pengujian dimensi, kecepatan maju dan kecepatan
putar RC mobile pada kondisi tanah tertentu
3 Sifat fisik benih jagung dan jarak tanam
4 Spesifikasi RC mobile
3
4
9
9
5 Karakteristik fisik tanah di lahan percobaan
6 Kecepatan maju RC mobile
7 Parameter perhitungan hopper
8 Hasil perhitungan volume dan luas penampang hopper
9 Parameter rancangan cam
10 Hasil perhitungan cam
11 Hasil perhitungan Torsi cam (Tcam ) dan Torsi poros roda (Troda ) pada
sudut kritis
12 Simulasi penjatuhan untuk kecepatan maju 0.99 m/s
13 Simulasi penjatuhan untuk kecepatan maju 0.4 m/s
10
10
12
13
16
16
18
21
22
DAFTAR GAMBAR
1 Data produksi dan konsumsi jagung nasional tahun 2008 s.d 2012
2 Perhitungan volume dan luas penampang hopper
3 Tampak depan dan samping komponen hopper dengan orifice
4 Tampak depan dan samping bagian orifice
5 Tampak depan dan samping lengan penyalur
6 Desain cam pada mekanisme penjatah benih
7 Posisi, kecepatan dan percepatan cam 1, cam 2, dan cam 3
8 Perhitungan posisi opening gate
9 Posisi opening gate
10 Posisi orifice dan lengan penyalur saat 0o
11 Posisi orifice dan lengan penyalur saat 30o
12 Posisi orifice dan lengan penyalur saat 90o
13 Hasil simulasi pengujian pembebanan cam
1
12
14
14
15
17
17
19
19
19
20
20
22
DAFTAR LAMPIRAN
1 Diagram tahapan penelitian
2 Konstanta K, Cv dan Ca
3 Tampak atas, depan, sampin dan ISO RC mobile
4 Komponen lengan penyalur benih dan hopper
5 Contoh perhitungan cam
6 Perhitungan traksi dan torsi RC mobile
7 Perhitungan waktu pergerrakan jagung di lengan penyalur
8 Gambar teknik
25
26
27
28
29
31
32
33
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Penurunan minat calon mahasiswa di bidang pertanian terjadi di tahun 2008,
tercatat penurunan minat di Pulau Jawa mencapai 30-40 persen (LPPM IPB 2008).
Kondisi itu sangat memprihatinkan, mengapa pada saat terjadi krisis pangan
sekarang ini minat anak bangsa ke bidang pertanianjustru menurun. Suatu sistem
yang mampu meningkatkan minat terhadap pertanian di Indonesia perlu
dipertimbangkan. Salah satu caranya adalah dengan mengenalkan pertanian sejak
dini dengan cara yang menarik misalnya dengan permainan. Jika sejak anak-anak
sudah tertanam rasa senang dan tertarik terhadap pertanian maka minatnya
tersebut diharapkan akan terus tertanam hingga dewasa.
Sistem budidaya otomatik dengan menggunakanRC mobile (remote control
mobile)merupakan salah satu metode yang diperkirakan merupakan cara yang
mudah dan dapat menarik perhatian anak-anak dalam edukasi pertanian.Sebagai
upaya awal untuk mengembangkan sistem budidaya otomatik tersebut, saat ini
sedang diupayakan desain penanam benih jagung menggunakan sistem RC mobile.
Pemilihan jagung sebagai objek untuk desain alat tanam benih ini dilandasi
oleh kebutuhan jagung sebagai food (bahan pangan), feed (pakan ternak), dan fuel
(bahan bakar).Gambar 1 menunjukkandata produksidan konsumsi jagung di
Indonesia pada tahun 2008 s.d 2012. Terlihat setiap tahunnya terjadi perbedaan
antara permintaan dan ketersediaan jagung di Indonesia, yang menyebabkan harus
dilakukannya impor untuk memenuhi kebutuhan jagung tersebut. Dukungan untuk
meningkatkan produksi jagung perlu dilakukan agar Indonesia tidak selalu
bergantung pada impor.
Produksi
Konsumsi
12
Jumlah (juta ton)
10
8
6
4
2
0
2008
2009
2010
2011
2012
Tahun
Gambar 1 Data produksi dan konsumsi jagung nasional tahun 2008 s.d 2012
(BPS 2013)
2
Jarak tanam yang sesuai dan seragam merupakan hal yang penting yang
harus diperhatikan saat kegiatan penanaman jagung. Salah satu bagian yang
mempengaruhi jarak tanam adalah mekanisme penjatah benih dari penanam benih
jagung tersebut. Srivastava (2006) menyebutkan bahwa penjatah benih merupakan
suatu yang penting pada mesin tanam untuk menjamin tercapainya populasi akhir
tanaman yang diinginkan. Sehingga untuk mendukung desain mesin penanam
jagung berbasis RC mobiledibutuhkan suatu mekanisme penjatah benih yang
sesuai.
Perumusan Masalah
Daya dari putaran roda dapat ditransmisikan ke suatu sistem untuk
menghasilkan gerakan translasi yang dapat dimanfaatkan untuk menggerakan
mekanisme penjatah benih. Sistem ini di desain untuk mendapatkan jatuhan
benih/jarak tanam yang seragam. Salah satu metode atau transmisi gerak yang
dapat diaplikasikan adalah dengan penggunakan cam untuk menghasilkan gerakan
unik tersebut. Mekanisme cam merupakan suatu mekanisme yang menghasilkan
berbagai gerakan dari bentuknya yang sederhana. Mekanisme cam tersebut yang
akan diterapkan pada bagian penjatah benih dari penanam benih jagung berbasis
RC mobile ini. Sehingga dapat dihasilkan jatuhan benih/jarak tanam yang seragam
dan mudah untuk dioperasikan.
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah membuat desain konseptual mekanisme
penjatah benih untukmesinpenanam benih jagung berbasis RC mobile
menggunakan penjatah benih dengan mekanime cam sebagai transmisi geraknya
sehingga dihasilkan jarak tanam yang tepat dan sesuai serta mudah dioperasikan.
METODE
Tempat dan Waktu
Pelaksanaan penelitian yang terdiri dari kegiatan identifikasi kebutuhan dan
pengambilan data penelitian di lapangan dilakukan pada Februari 2014 hingga
Maret 2014 dan proses perancangan konsep desain dilakukan pada Maret 2014
hingga Juni 2014 di Bagian Teknik Mesin dan Otomasi (TMO) Departemen
Teknik Mesin dan Biosistem, Institut Pertanian Bogor (IPB).
Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini dikelompokkan ke
dalam alat dan bahan yang digunakan dalam perencanaan dan pengumpulan data
dasar, pembuatan konsep desain dan pengujian konsep desain.
3
a Perencanaan dan pengumpulan data
Pada tahap ini alat dan bahan yang digunakan dibagi kedalam beberapa
kegiatan yang dilakukan yaitu:
1 Kegiatan identifikasi sifat fisik benih jagung dan metode penanaman
benih jagung yang dilakukan secara konvensional maupun menggunakan
alat yang sudah ada. Kegiatan ini berupa studi literatur.
2 Kegiatan identifikasi sifat fisik dan mekanik tanah dari lahan yang akan
digunakan sebagai tempat pengaplikasian alat yang dirancang. Bahan
yang digunakan adalah sampel tanah, aquades, larutan H2O2 dan sodium
silikat 5%. Sementara alat yang digunakan secara rinci disajikan pada
Tabel 1.
3 Kegiatan identifikasi RC mobile yang terdiri dari dimensi dan kecepatan
maju serta kecepatan putar roda belakang dari RC mobiletersebut pada
kondisi lahan tertentu. Bahan yang digunakan adalah alat tulis. Rincian
peralatan yang digunakan pada tahap ini tersaji pada Tabel 2. Data yang
didapat dari ketiga kegiatan tersebut diolah menggunakan software
“Microsoft Excel β010”, seperangkat komputer dan mesin cetak (printer).
Tabel 1Pengukuran dan pengujian sifat fisik dan mekanik tanah dari lahan
yang akan digunakan
No
1
Pengamatan/
Pengukuran
Penentuan
batas cair,
penentuan batas
plastis dan
indeks
plastisitas
2
Pengukuran
berat jenis
partikel
3
Analisis ukuran
partikel tanah
(hydrometer
analysis)
Peralatan yang digunakan
Alat penentu batas cair (L.L
device), spatula, penyemprot
air, permukaan gelas, wadah
dan penutup, oven, neraca,
desikator, lap dan silinder
dengan diameter 3 mm.
Pompa vakum, neraca,
thermometer, piknometer,
wadah, mortar, desikator,
oven, corong dan penyemprot
air.
Neraca, pengaduk,
thermometer, gelas ukur 1 L,
satu set saringan (2000, 840,
420, 250,105 dan 74 μm),
gelas piala, bak air, spatula,
stopwatch, penyemprot air
dan pengaduk gelas.
Metode
Batas cair:
Standar JIS A
1205 1980,
Batas plastis:
Standar JIS A
1206 1970
(1978)
Standar JIS A
1202 1978
Standar JIS A
1204 1980
4
Tabel 2Pengukuran dan pengujian dimensi, kecepatan maju dan kecepatan
putarRC mobilepada kondisi tanah tertentu
No
1
2
Pengamatan/
Pengukuran
Dimensi RC mobile
Peralatan yang
digunakan
Jangka sorong, neraca
Kecepatan maju,
kecepatan putar roda di
atas lahan dengan
karakteristik fisik dan
mekanik tertentu
Kamera, meteran, dan
stopwatch, serta
peralatan pengukur
kadar air dan dry bulk
density.
Metode
Mengukur poros,
roda, rangka,
pegas yang
terdapat pada RC
mobile serta
massa RC mobile.
b Pembuatan konsep desain
Pada tahap pembuatan konsep desain, digunakan salah satu software
computer aided desain (CAD) yaitu “SolidWorks Premium 2011”, alat tulis,
mesin hitung, software “Microsoft Excel β010”, seperangkat komputer dan
mesin cetak (printer).
c Pengujian konsep desain
Tahap pengujian konsep desain digunakansoftware “SolidWorks Premium
2011” untuk menganalisis stress dan strain dari konsep desain yang telah
dibuat serta untuk proses simulasi gerakan operasi dari model alat yang akan
dibuat. Selain itu, peralatan lain yang yang digunakan adalah alat tulis,
mesin hitung, software “Microsoft Excel β010”, seperangkat komputer dan
mesin cetak (printer).
Tahapan Penelitian
Penelitian ini terdiri dari beberapa tahap, yaitu: tahap identifikasi masalah,
tahap perumusan dan penyempurnaan konsep desain, tahap uji optimasi konsep
desain, tahap pembuatan model 3 dimensi (3D) dan tahap uji kinerja dari model
3D mesin hasil rancangan. Diagram tahapan penelitian tersaji pada Lampiran 1.
Berikut ini merupakan penjelasan lebih rinci menganai tahapan-tahapan penelitian
yang akan dilakukan:
a Perencanaan dan pengumpulan data dasar
Tahapan penelitian ini adalah melakukan identifikasi kondisi lapangan
dan pencarian data lapangan terkait dengan beberapa data yang akan
digunakan dalam proses desain. Pada tahap ini dilakukan pengumpulan
data-data dengan cara studi literatur. Beberapa informasi yang dibutuhkan
adalah tentang sifat fisik jagung, metode penanaman dan alat tanam benih
jagung yang sudah ada.
Identifikasi sifat fisik dan mekanik tanah di suatu lahan dilakukan
untuk memperoleh data dasar yang diperlukan dalam desain.Tanah yang
5
dianalisis adalah tanah pada Laboratorium Lapangan Siswadhi Soepardjo.
Parameter yang diidentifikasi meliputi batas cair, batas plastis, indeks
plastisitas, berat jenis partikel tanah, ukuran partikel tanah dan tekstur tanah.
Selain itu dilakukan pula identifikasi RC mobile yang terdiri dari
dimensi, kecepatan maju dan kecepatan putar roda pada pembebanan
tertentu yang dilakukan di lahan pada kondisi lahan tertentu.
Informasi serta data-data yang didapat tersebut digunakan untuk
menentukan potensi-potensi yang ada untuk dapat mendukung serta menjadi
batasan-batasan dari desain yang dibuat.
b Pembuatan konsep desain
Tahap ini terdiri dari dua kegiatan utama yaitu kegiatan perumusan
dan penyempurnaan konsep desain dan kegiatan pembuatan model 3
dimensi (3D).
Kegiatan perumusan dan penyempurnaan konsep desian merupakan
kegiatan pembuatan konsep desain. Spesifikasi dari konsep desain
dirumuskan berdasarkan kondisi aktual lapangan dan batasan spesifikasi
penanam benih jagung sistem RC mobile. Data hasil pengamatan dan
pengukuran di lapangan dianalisis untuk menentukan besarnya gaya
mekanis dan beban kerja mekanis terutama pada bagian penjatah benih
khususnya bagian cam sebagai alat transmisi yang dibutuhkan dalam
mekanisme penjatah benih jagung.
Analisis teknik dan perhitungan rancangan dilakukan untuk
menentukan secara akurat dari bentuk, ukuran, dan bahan penjatah benih
pada penanam jagung berbasisRC mobile. Analisis tersebut juga dilakukan
untuk menentukan mekanisme rancangan yang sesuai dengan kriteria desain.
Hasil analisis teknik akan digunakan untuk menentukan dimensi dari desain
konstruksi penjatah benihyang akan dimodelkan dengan menggunakan
Computer Aided Desain (CAD).
Pada kegiatan pembuatan model 3 dimensi (3D)dilakukan proses
pemodelan konsep desain hasil dari proses seleksi desain rancangan mesin
ke dalam bentuk gambar 3D menggunakan software “SolidWorks Premium
2011”. Hasil dari pemodelan ini sebagai bentuk visualisasi rancangan
struktural dari mesin yang akan dibuat.
c Pengujian konsep desain
Tahap pengujian hasil konsep desain akan dilakukan dengan
memanfaatkan fasilitas simulasi analisis gaya dan pembebanan mekanis
yang disediakan pada software “SolidWorks Premium β011”. Hasil dari
pemodelan gambar 3D digunakan sebagai bahan pengujian analisis
pergerakan mesin, sintesis desain dan analisis penyebaran gaya.
Konsep Rancangan
Peralatan tanam didefinisikan sebagai setiap alat yang dioperasikan dengan
daya yang digunakan untuk menempatkan benih, potongan benih atau bagian
tanaman ke dalam atau di atas tanah untuk perkembangbiakan, produksi pangan,
serat dan pakan (Smirth & Lambert 1990).Desain konseptual penanam benih
jagung berbasis RC mobileini menyesuaikan dengan desain alat tanam benih
6
secara umum, yang menurut Srivastava et al (2006) memiliki beberapa bagian
utama, yaitu: pembuka alur dan penutup alur, alat penjatah benih (metering
device) dan hopper. Bagian-bagian utama tersebut akan ditambahkan dan
dipasang pada RC mobile serta penambahan komponen penyangga
Konsep rancangan mekanisme penjatah benih yang didesain memiliki
beberapa kriteria utama, yakni memastikan jatuhnya benih dengan jarak yang
seragam dan optimalisasi beban. RC mobile komersial memiliki keterbatasan
dalam membawa beban tanpa menyebabkan terjadinya masalah dalam mobilisasi
pada suatu kondisi lahan tertentu. Optimalisasi beban pada penanam benih jagung
berbasis RC mobile, yang termasuk di dalamnya adalah komponen penjatah benih,
diharapkan mampu menyesuaikan antara keterbatasan dan kapasitas lapang yang
diinginkan.
Salah satu upaya untuk meminimalkan beban penanam jagung berbasis RC
mobile adalah dengan membuat komponen-komponen yang dapat memanfaatkan
mekanisme yang ada pada RC mobiletersebut. Perlu diupayakan tidak ada
penambahan beban dari sumber daya penggerak lain selainbaterai RC mobile
sebagai daya yang digunakan untuk menjalankan sistem penanaman benih.
Konsep rancangan untuk penjatah benih yang dibuat adalah dengan
memanfaatkan putaran roda yang ditransmisikan dengan mekanisme cam
sehingga dihasilkan gerakkan naik turun secara harmonis untuk pembuka-penutup
orifice (lubang penjatah benih) sehingga dihasilkan jarak tanam yang seragam.
Mekanisme ini diharapkan mampu untuk menjatuhkan 2 benih perlubang tanam
dengan jarak 20 cm (jarak penanaman 20 x 70 cm).
Beberapa penjelasan sifat fisik benih jagung yang menjadi batasan
perancangan ini adalah:
1 Dimensi, atau ukuran benih yang meliputi panjang, lebar dan tebal benih
merupakan faktor penting dalam perancangan alat tanam terutama
dimensi orifice agar dihasilkan pejatahan yang tepat dan seragam yaitu 2
benih per lubang.
2 Berat jenis, juga disebut berat spesifik, merupakan perbandingan antara
massa bahan terhadap volumenya, satuan berat jenis adalah kg/m3. Berat
jenis merupakan faktor penentu dari kerapatan tumpukan, memberikan
pengaruh besar terhadap daya ambang partikel yang penting diketahui
dalam hubungannya dengan proses pemindahan dan pengangkutan bahan
atau pada proses pengisian hopper pada kegiatan penanaman (Kling dan
Woehlbier 1983).
3 Kerapatan tumpukan,adalah perbandingan antara berat bahan dengan
volume ruang yang ditempati dengan satuan kg/m3. Kerapatan tumpukan
berpengaruh pada saat menentukan kapasitas benih dalam hopper (Chung
dan Lee 1985).
4 Angle of repose, juga disebut sudut tenang merupakan sudut yang
terbentuk ketika suatu produk (pertanian) dicurahkan pada bidang datar.
Besarnya sudut tumpukkan sangat dipengaruhi oleh ukuran partikel,
bentuk dan karateristik permukaan partikel, kadar air, berat jenis dan
kerapatan tumpukan.Umumnya sudut tenang meningkat ketika kadar air
bahan lebih tinggi (Stroshine 1998).Informasi mengenai sudut tenang
digunakan untuk penentuan sudut kemiringan hopper agar benih dapat
turun/jatuh secara gravitasi.
7
Prosedur Perancangan Cam
Cam (nok) adalah bagian mesin yang bentuknya tidak umum, yang bekerja
sebagai penggerak yang menggerakkan sebuah benda yang disebut follower
(torak), yang dapat menggelinding atau meluncur di atasnya. Cam adalah bagian
dari suatu mekanisme yang sangat penting karena dapat memberikan berbagai
gerakan dengan bentuknya yang sederhana. Secara umum ada tiga jenis cam,
yaitu: cam piring, cam translasi, dan cam silinder (Martin 1984). Dalam
melakukan perancangan cam ada beberapa prosedur perancangan menurut Moon
(1961) yaitu:
1 Penentuan asumsi-asumsi, yang terdiri dari asumsi nilai linear
displacement (h), sudut puncak ( ), bobot cam (W), tipe cam, kecepatan
putar, dimensi follower dan material dari cam dan follower.
2 Menghitung nilai radius pitch (Rp) yang sesuai dengan sudut tekan
maksimum yang terjadi. Rpdapat dihitung menggunakan Persamaan 1.
157
Rp
h
1
3 Menghitung radius minor (Ro) dari pitch curve menggunakan Persamaan
2.
Ro R p 0.5h
4
5
6
7
8
2
Menghitung nilai perpindahan (Y)pada titik-titik kritis. Tipe harmonik
sederhana titik-titik kritisnya yaitu 0, 1, 60, 119 dan 120. Nilai Y
didapatkan dengan menggunakan Persamaan 3.
Y Kh
3
dengan K adalah suatu konstanta untuk tipe kurva harmonik sederhana
yang tersaji pada Lampiran 2.
Mengitung radius cam (Rn) pada titik-titik kritis menggunakan
Persamaan 4.
Rn Ro y
4
Menghitung sudut tekan ( ) pada tiap titik kritis menggunakan Persamaan
5 dengan Cv adalah suatu konstanta yang tersaji pada Lampiran 2.
57.3C v h
tan 1
Rn
5
Menghitung radius kurvatur (Rc) pada percepatan maksimum dan
minimum menggunakan Persamaan 6-8.
n
6
120
n n1
7
sin
Rc Rn
sin
8
Menghitung percepatan (a) maksimum dan minimum menggunakan
persamaan 9 dengan N adalah kecepatan putarcam.
8
2
6N
a C a h
9
9 Menghitung inertial force (F)pada percepatan maksimum dan minimum
menggunakan Persamaan 10 dengan g adalah percepatan gravitasi.
Wa
F
10
g
10 Menghitung gaya normal (Pn) dan torsi (T) dari profil cam pada
percepatan maksimum dan minimumnya menggunakan Persamaan 11,
12dan 13dimana L adalah gaya eksternal, S adalah gaya pegas,f adalah
faktor gesekan dan r adalah radius terluar dari cam.
Wa
W L S
g
P
1 f
11
Pn
P
cos
12
T rP tan
13
11 Menghitung contact stress pada percepatan maksimum dan minimum
menggunakan Persamaan 14 -16.
Ec E f
10 6
M
0.35Ec E f
14
1
C
rf
15
PC
S c 10 3 n
lM
16
12 Membuat tabel hasil perhitungan dan kesimpulan
HASIL DAN PEMBAHASAN
Sifat Fisik Benih Jagung
Beberapa sifat fisik jagung diamati untuk mendukung perancangan yang
dilakukan sebagai input data tambahan dalam perancangan. Adapun parameterparameter yang diperlukan tersaji pada Tabel 3. Benih jagung yang digunakan
adalah jagung manis (Zea mays saccharata).
Data yang tersaji pada Tabel 3 menjadi acuan dalam penentuan dimensi dari
penanam jagung berbasis RC mobile. Data bobot, berat jenis, kerapatan tumpuk
dan angle of repose digunakan untuk penentuan dimensi hopper, kapasitas hopper
dan kemiringan dari bentuk hopper yang dirancang agar benih jatuh secara
gravitasi saat akan menuju ke bagian penjatah benih. Data dimensi benih (panjang,
lebar dan tebal) digunakan pada penentuan dimensi orifice pada saluran bagian
9
bawah hopper dan opening gate (pembuka-penutup penjatah benih). Data jarak
tanam dan kedalaman tanam digunakan untuk penentuan dimensi transmisi
camyang didesain.
Tabel 3Sifat fisik benih jagung dan jarak tanam
No Parameter
Dimensi
- Panjang
1
- Lebar
- Tebal
2 Bobot (1000 benih)
3 Berat jenis
Nilai
Satuan
10.56 ± 0.78
7.91 ± 0.57
3.45 ± 0.35
131.2 s.d 145.5
1133.8 s.d 1225.5
mm
mm
mm
gram
kg/m3
4
Kerapatan tumpuk
482.1 s.d 474.3
kg/m3
5
Angle of repose
27-38
o
6
Jarak tanam
Kedalaman tanam
20 x 70
±3
cm
cm
Keterangan
Sumber: M. Bulent
Coskun, Ibrahim
Yalcın and Cengiz O
zarslan (2005)
(Data tersebut
didapatkan pada
selang KA 11.54% 19.74% bk)
Sumber Stroshine,
Richard L (1998)
Sumber : PT. Bisi
Internasional Tbk
Kecepatan Maju RC mobiledi Lahan
RC mobile yang digunakan memiliki spesifikasi seperti yang tersaji pada
Tabel 4 dan bentuk serta ukuran tersaji pada Lampiran 3.
Tabel 4Spesifikasi RC mobile
Spesifikasi
Model
Nomer model
Berat
Motor
Panjang
Lebar
Tinggi
Diameter roda
Baterai
Channel
Frekuensi
Ukuran
Satuan
HSP Racing 1/10 electric powered 4WD Rock
crawler
94180 (TOP) New Type
3.02
kg
RC 540 1100 kV ESC 25A
430
mm
258
mm
200
mm
112
mm
7.2/2000
V/mAh
3
2.4
GHz
Kecepatan maju RC mobile merupakan salah satu parameter yang
dibutuhkan dalam perancangan mekanisme penjatah benih pada penanam jagung
berbasis RC mobile ini. Berdasarkan kecepatan maju pula dapat ditentukan
kecepatan putar rodanya. Kecepatan majudiukurpada suatu lahan dengan
karakteristik fisik tanah seperti yang tersaji dalam Tabel 5.
10
Tabel 5Karakteristik fisik tanah di lahan percobaan
No
1
4
5
6
a
Parameter
Batas Cair
Batas Plastis
Indeks Plastisitas
Berat Jenis Partikel
saat T= 30 oC
Ukuran Partikela
Coarse Sand
(0.425-2.000) mm
Fine Sand
(0.075 - 0.425) mm
Silt
(0.005 - 0.075) mm
Clay
(