Pengujian Tahanan Tarik (Draft) Bajak Subsoil Getar Tipe Lengkung Parabolik

PENGUJIAN TAHANAN TARIK (DRAFT) BAJAK SUBSOIL GETAR TIPE LENGKUNG PARABOLIK

SKRIPSI

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN

Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian

Institut Pertanian Bogor

Oleh :

ALDES BURNA RIZKIANDA F14101075

2005

DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

PENGUJIAN TAHANAN TARIK (DRAFT) BAJAK SUBSOIL GETAR TIPE LENGKUNG PARABOLIK

SKRIPSI

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN

Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian

Institut Pertanian Bogor

Oleh :

ALDES BURNA RIZKIANDA F14101075

Dilahirkan pada tanggal 10 Desember 1983 Di Jakarta

Disetujui, Bogor, Desember 2005

Dr. Ir. Radite Preko Agus Setiawan, Magr Dosen Pembimbing Akademik

Mengetahui,

Dr. Ir. Wawan Hermawan, MS Ketua Depertemen Teknik Pertanian

RINGKASAN

ALDES BURNA RIZKIANDA. F14101075. Uji Performansi Bajak Subsoil Getar Tipe Chisel Lengkung Parabolik. Dibawah bimbingan RADITE PRAEKO AGUS SETIAWAN.

Bajak subsoil adalah tergolong alat pengolahan tanah primer. Pengolahan tanah primer adalah pengolahan tanah yang dilakukan paling awal yang bertujuan untuk memperbaiki kondisi tanah sehingga meringankan kerja pengolahan selanjutnya. Pengoperasian bajak subsoil memerlukan tenaga yang sangat besar bahkan paling besar diantara pengolahan tanah yang lain. Bajak subsoil berguna untuk memotong dan menghancurkan lapisan tanah keras pada lahan pertanian. Lapisan tanah yang keras ini menghalangi laju penyerapan nutrisi dan air ke dalam tanah, juga mengganggu sistem kerja perakaran tanaman.

Karena beroperasi pada lapisan tanah subsoil yang keras serta kedalaman olah yang dalam menyebabkan tahanan tariknya menjadi besar. Tahanan tarik yang besar ini tentu akan meningkatkan konsumsi energi dan bahan bakar traktor sebagi tenaga tariknya sehingga biayanya pun akan menjadi besar.

Berbagai penelitian telah dilakukan dalam rangka untuk menurunkan tahanan tarik pembajakan dengan bajak subsoil; salah satu cara untuk menurunkan tahanan tarik tanah saat pengolahan lahan adalah dengan penggetaran (vibrasi). Penggetaran dilakukan dengan memanfaatkan putaran poros PTO traktor. Pada penelitian sebelumnya telah dilakukan penelitian rancang bangun yang menerapkan getaran pada bilah bajak ( Sulastri, 2000 dan Taufik, 2001). Pada penelitian rancang bangun tahap pertama telah berhasil dibuat bajak getar dengan bilah tunggal (Sulastri, 2000). Sedangkan pada penelitian selanjutnya yang merupakan kelanjutan dari penelitian tahap pertama telah berhasil dibuat bajak subsoil getar dengan dua bilah bajak (Taufik, 2001). Mekanisme penggetar yang digunakan pada kedua desain bajak tersebut adalah mekanisme poros eksentrik dan mekanisme engkol-peluncur. Dengan kombinasi dua mekanisme tersebut maka gerak rotasi yang dihasilkan poros PTO dapat diubah menjadi gerakan translasi pada bilah bajak. Dengan mekanisme penggetaran tersebut terbukti bahwa tahanan tarik turun sebesar 45%. Namun kedalaman olah rata-rata masih kurang yakni sebesar 30 cm. Selain itu getaran yang diteruskan ke badan traktor akibat penggetaran bilah bajak dirasakan cukup besar.

Untuk menyempurnakan dan melengkapi kekurangan pada prototipe bajak subsoil getar hasil penelitian sebelumnya, maka pada penelitian telah dibuat bajak subsoil getar tipe lengkung parabolik dengan dua bilah bajak (Biwanto, 2004). Pada desain bajak subsoil ini yang digetarkan bukan lagi bilah bajak tapi sayap yang terdapat di belakang sepatu chisel. Berdasarkan hasil pengujian secara kualitatif metode penggetaran sayap terbukti dapat menurunkan tahanan tarik dan juga menurunkan slip roda traksi. Selain itu metode penggetaran sayap juga terbukti mampu mengurangi getaran yang diteruskan ke badan traktor. Namun pada desain bajak ini juga masih memiliki kekurangan yakni tidak adanya mekanisme peredam untuk melindungi komponen-komponen pada bajak ini dari kerusakan akibat penggetaran. Karena itu penelitian ini dilakukan penambahan

mekanisme peredam dan pengujian secara kuantitatif khususnya mengenai tahanan tariknya.

Penelitian ini bertujuan untuk menambahkan mekanisme peredam pada bajak subsoil getar tipe chisel lengkung parabolik dan melakukan pengujian lapang untuk mengukur tahanan tarik (draft) saat pengoperasian dengan getaran dan tanpa getaran.

Parameter yang diukur pada pengujian lapang ini antara lain adalah tahanan tarik, rasio kecepatan dan slip roda traksi. Untuk pengukuran tahanan tarik digunakan dua unit traktor yang masing-masing bertenaga 70 hp. Sebagai instrumen ukur digunakan satu unit load cell yang dipasang diantara kedua traktor dengan kabel baja (sling).

Pengukuran tahanan tarik pembajakan ini dilakukan di kebun percobaan Laboraturium Lapangan Departemen Teknik Pertanian Institut Pertanian Bogor, Leuwikopo, Darmaga. Kadar air rata-rata pada lahan percobaan adalah 37.413% dan kerapatan isi tanah rata-rata sebesar 0.81 gr/cm3. Pengukuran tahanan tarik dilakukan dalam 30 lintasan dengan panjang lintasan masing-masing 20 m. Variasi perlakuan pada pengujian terdiri atas penggetaran bajak, perubahan amplitudo getar, perubahan kecepatan getar dan perubahan kecepatan maju.

Tahanan tarik bajak subsoil tanpa getaran berkisar antara 8.77 – 9.19 kN dengan rata-rata sebesar 8.9 kN pada kecepatan maju traktor rata-rata 0.45 m/s. Sedangkan pada kecepatan maju traktor rata-rata sebesar 0.58 m/s tahanan tarik pembajakan berkisar antara 10.15 – 10.45 kN dengan rata-rata 10.26 kN. Kedalaman olah rata-rata sebesar 38.9 cm.

Pada pengujian menggunakan getaran, tahanan tarik pembajakan rata-rata pada getaran dengan amplitudo 7.3 cm berkisar antara 5.77 – 6.77 kN dengan rata-rata sebesar 6.23 kN dengan kedalaman olah rata-rata 39.25 cm. Rasio kecepatan rata-rata pada penggetaran dengan amplitudo 7.3 berkisar antara 5.74 – 10.74 dengan rata-rata sebesar 8.07. Sedangkan untuk penggetaran dengan amplitudo 6.4 cm tahanan tarik rata-rata pembajakan berkisar antara 6.28 – 6.95 kN dengan rata-rata sebesar 6.14 kN dengan kedalaman olah rata-rata 38.5 cm. Rasio kecepatan rata-rata pada penggetaran dengan amplitudo 6.4 cm berkisar antara 5.15 – 10.13 dengan rata-rata sebesar 7.29. dari hasil pengukuran tersebut diketahui bahwa tahanan tarik pembajakan dapat diturunkan sebesar 35.2% pada penggetaran dengan amplitudo 7.3 cm dan sebesar 31.2% pada penggetaran dengan amplitudo 6.4 cm

Penggetaran juga dapat menurunkan slip roda traksi. Slip roda traksi rata-rata saat pembajakan tanpa penggetaran berkisar antara 10.8 - 15.6% pada roda kiri dengan rata-rata sebesar 13.4%. sedangkan untuk roda kanan berkisar antara 12.3-14.9% dengan rata-rata sebesar13.2%. Sedangkan slip roda traksi rata-rata untuk roda kiri saat bajak digetarkan dengan amplitudo 7.3 berkisar antara 6.5 – 10.6% dengan rata-rata sebesar 8.7% dan pada roda kanan berkisar antara 6.0 – 10.5% dengan rata-rata sebesar 8.3%. Dan slip roda traksi rata-rata untuk roda kiri saat bajak digetarkan dengan amplitudo 6.4 berkisar 7.1 – 11.2% dengan rata-rata sebesar 9.2% dan pada roda kanan berkisar antara 7.1 – 10.7% dengan rata-rata sebesar 9.0%. dari hasil tersebut terlihat penggetaran menurunkan slip roda sekitar 33%

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan YME yang telah memberikan berkat dan rahmat-Nya sehingga penulis mampu menyelesaikan penelitian dan penyusunan skripsi yang berjudul Uji Performansi Bajak Subsoil Getar Tipe Chisel Lengkung Parabolik. Dalam skripsi ini dijelaskan mengenai uji kinerja dan penambahan mekanisme peredam pada bajak subsoil getar tipe chisel lengkung parabolik.

Skripsi ini disusun berdasarkan hasil penelitian penulis selama kurang lebih empat bulan, terhitung mulai dari bulan Juni 2005 hingga September 2005.Penulisan skripsi ini tidak lepas dari pihak-pihak yang senantiasa membantu penulis selama penelitian. Kepada pihak-pihak yang telah membantu dalam penelitian dan penulisan skripsi, penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Dr. Ir. Radite Praeko Agus Setiawan, Magr., selaku dosen pembimbing akademik atas segala perhatian, arahan dan nasehatnya selama penulis melakukan penelitian dan dalam menyelesaikan penulisan skripsi.

2. Dr.Ir. I Nengah Suastawa, MSc., selaku dosen penguji atas kritik dan sarannya dalam penyempurnaan penulisan skripsi.

3. Dr. Ir. M. Faiz Syuaib, Magr., selaku dosen penguji atas segala kritik dan saran dalam penyempurnaan penulisan skripsi.

4. Bapak Abbas Mustofa atas segala bantuannya selama penulis melakukan penelitian.

5. Ayah, ibu dan adik penulis atas doa restu dan dukungan moral maupun materi selama penulis melakukan studi di IPB.

6. Kawan-kawan TEP A’38 dan A’39 atas segala bantuan dan keceriaan selama penulis belajar di IPB.

7. Kawan-kawan rumah kost “Pondok L-Men” atas segala bantuan, dukungan moral serta keceriaan selama penulis tinggal di Bogor.

Bogor, Oktober 2005

DAFTAR ISI

Halaman

KATA PENGANTAR...iv

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR TABEL...vii

DAFTAR GAMBAR ...viii

DAFTAR LAMPIRAN ...x

I. PENDAHULUAN...1

A. Latar Belakang ...1

B. Tujuan Penelitian...3

II. TINJAUAN PUSTAKA...4

A. Pengolahan tanah...4

B. Bajak Subsoil ...4

C. Bilah Bajak Parabolik ...6

D. Tahanan Tarik Pengolahan Tanah dan Pengukurannya ...7

D.1. Definisi dan faktor-faktor yang mempengaruhi ...7

D.2. Sifat dan kondisi tanah...8

D.3. Cara (ragam) gerak alat...9

D.4. Metode pengukuran tahanan tarik pengolahan tanah ...10

D.5. Aplikasi getaran pada alat pengolahan tanah ...11

D.6. Tahanan tarik bajak subsoil getar ...13

III. METODE PENELITIAN...15

A. Waktu dan Tempat Penelitian ...16

B. Alat dan Bahan ...16

C. Kalibrasi Load Cell...17

D. Uji Fungsional Bajak Subsoil Getar ...18

E. Pengamatan kondisi tanah ...19

E.1. Kadar air dan kerapatan isi tanah (bulk density)...19

E.2. Tahanan penetrasi ...19

E.3. Kohesi dan sudut gesekan dalam...21

E.4. Adhesi dan sudut gesekan tanah-baja ...21

F.1. Pengukuran tahanan tarik ...22

F.2. Pengaturan amplitudo dan kecepatan putaran poros PTO ...24

F.3. Pengukuran kecepatan maju pengolahan ...25

F.4. Pengukuran kedalaman pengolahan...26

F.5. Pengukuran slip roda traksi ...26

F.6. Perlakuan percobaan ...27

IV. PERANCANGAN DAN PEMBUATAN MEKANISME PEREDAM...29

A. Identifikasi Masalah ...29

B. Analisis Rancangan ...29

C. Pembuatan Mekanisme Peredam Torsi ...30

C.1. Piringan peredam ...30

C.2. Pegas ...31

C.3. Piringan pemutar...31

C.4. Tutup ...31

D. Analisa Teknik Perancangan...32

D.1. Perancangan piringan peredam...32

D.2. Perencanaan pegas ...33

D.3. Perencanaan piringan penyalur putaran ...33

V. HASIL DAN PEMBAHASAN...35

A. Kalibrasi Load Cell...35

B. Kondisi Tanah ...35

C. Tahanan Tarik Bajak Subsoil Getar ...38

VI. KESIMPULAN DAN SARAN...45

DAFTAR PUSTAKA...47

LAMPIRAN...49

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 1. Hasil uji fungsional bajak subsoil getar tipe chisel

lengkung parabolik ...2 Tabel 2. Perbandingan tahanan tarik bajak subsoil lurus dan

lengkung pada kedalaman 30 cm dan kecepatan 2.4

km/jam (Gill dan Vanden Berg, 1968) ...6 Tabel 3. Dasar perancangan mekanisme peredam torsi ...30 Tabel 4. Hasil pengujian tekan pada empat jenis pegas ...33 Tabel 5. Hasil pengukuran kadar air dan kerapatan isi pada

tiap kedalaman pengukuran...35 Tabel 6. Tahanan penetrasi pada tiap kedalaman pengukuran ...36 Tabel 7. Kohesi, sudut gesekan dalam, adhesi dan sudut gesekan tanah-baja ..37 Tabel 8. Hasil pengujian lapang bajak subsoil tanpa getaran ...38 Tabel 9 Hasil pengujian lapang bajak subsoil digetarkan ...40 Tabel 10. Perbandingan tahanan tarik dengan slip roda...41 Tabel 11. Perbandingan tahanan tarik bajak subsoil bergetar dan

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1. Kondisi bajak subsoil sebelum diperbaiki...3

Gambar 2. Ilustrasi bajak subsoil (Shippen et al.,1980)...5

Gambar 3. Hubungan faktor-faktor dinamik pada pengolahan tanah dengan kelembaban tanah (Baver et al., 1972)...9

Gambar 4. Model bajak subsoil getar untuk pengujian pada bak tanah oleh Butson dan MacIntyre (1981) ...12

Gambar 5. Hubungan tahanan tarik dengan rasio kecepatan...13

Gambar 6. Ilustrasi bajak getar (Kawamura et al., 1986)...14

Gambar 7. Kalibrasi load cell...17

Gambar 8. Bajak subsoil getar tipe chisel lengkung parabolik ...18

Gambar 9. Peralatan pengukuran kadar air dan kerapatan isi tanah ...19

Gambar 10. Pengukuran tahanan penetrasi tanah ...20

Gambar 11. Penetrometer tipe SR-2 ...20

Gambar12. Pengukuran tahanan geser tanah...21

Gambar 13. Peralatan untuk mengukur tahanan geser...21

Gambar 14. Pengukuran tahanan gesek tanah ...22

Gambar 15. Peralatan pengukuran tahanan gesek ...22

Gambar 16. Penggandengan traktor saat pengujian...23

Gambar 17. Posisi load cell dalam pengujian di lapangan...23

Gambar 18. Pengukuran putaran PTO yang disalurkan ke bajak girboks ...25

Gambar 19. Pengukuran kedalaman pengolahan...26

Gambar 20. Pengukuran slip roda traksi ...26

Gambar 21. Bagan kode perlakuan pada pengujian lapangan...27

Gambar 22. Rancangan mekanisme peredam torsi pada bajak getar...29

Gambar 23. Piringan peredam ...30

Gambar 24. Pegas ...31

Gambar 25. Piringan pemutar...31

Gambar 26. Tutup ...32

Gambar 28. Kelengketan tanah pada bilah bajak subsoil getar ...37

Gambar 29. Bajak subsoil getar saat beroperasi ...39

Gambar 30. Grafik hubungan kecepatan maju traktor dengan tahanan tarik ...40

Gambar 31. Grafik hubungan tahanan tarik dengan slip roda traksi ...42

Gambar 32. Grafik hubungan rasio kecepatan dengan tahanan tarik ...42

PENGUJIAN TAHANAN TARIK (DRAFT) BAJAK SUBSOIL GETAR TIPE LENGKUNG PARABOLIK

SKRIPSI

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN

Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian

Institut Pertanian Bogor

Oleh :

ALDES BURNA RIZKIANDA F14101075

2005

DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

PENGUJIAN TAHANAN TARIK (DRAFT) BAJAK SUBSOIL GETAR TIPE LENGKUNG PARABOLIK

SKRIPSI

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN

Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian

Institut Pertanian Bogor

Oleh :

ALDES BURNA RIZKIANDA F14101075

Dilahirkan pada tanggal 10 Desember 1983 Di Jakarta

Disetujui, Bogor, Desember 2005

Dr. Ir. Radite Preko Agus Setiawan, Magr Dosen Pembimbing Akademik

Mengetahui,

Dr. Ir. Wawan Hermawan, MS Ketua Depertemen Teknik Pertanian

RINGKASAN

ALDES BURNA RIZKIANDA. F14101075. Uji Performansi Bajak Subsoil Getar Tipe Chisel Lengkung Parabolik. Dibawah bimbingan RADITE PRAEKO AGUS SETIAWAN.

Bajak subsoil adalah tergolong alat pengolahan tanah primer. Pengolahan tanah primer adalah pengolahan tanah yang dilakukan paling awal yang bertujuan untuk memperbaiki kondisi tanah sehingga meringankan kerja pengolahan selanjutnya. Pengoperasian bajak subsoil memerlukan tenaga yang sangat besar bahkan paling besar diantara pengolahan tanah yang lain. Bajak subsoil berguna untuk memotong dan menghancurkan lapisan tanah keras pada lahan pertanian. Lapisan tanah yang keras ini menghalangi laju penyerapan nutrisi dan air ke dalam tanah, juga mengganggu sistem kerja perakaran tanaman.

Karena beroperasi pada lapisan tanah subsoil yang keras serta kedalaman olah yang dalam menyebabkan tahanan tariknya menjadi besar. Tahanan tarik yang besar ini tentu akan meningkatkan konsumsi energi dan bahan bakar traktor sebagi tenaga tariknya sehingga biayanya pun akan menjadi besar.

Berbagai penelitian telah dilakukan dalam rangka untuk menurunkan tahanan tarik pembajakan dengan bajak subsoil; salah satu cara untuk menurunkan tahanan tarik tanah saat pengolahan lahan adalah dengan penggetaran (vibrasi). Penggetaran dilakukan dengan memanfaatkan putaran poros PTO traktor. Pada penelitian sebelumnya telah dilakukan penelitian rancang bangun yang menerapkan getaran pada bilah bajak ( Sulastri, 2000 dan Taufik, 2001). Pada penelitian rancang bangun tahap pertama telah berhasil dibuat bajak getar dengan bilah tunggal (Sulastri, 2000). Sedangkan pada penelitian selanjutnya yang merupakan kelanjutan dari penelitian tahap pertama telah berhasil dibuat bajak subsoil getar dengan dua bilah bajak (Taufik, 2001). Mekanisme penggetar yang digunakan pada kedua desain bajak tersebut adalah mekanisme poros eksentrik dan mekanisme engkol-peluncur. Dengan kombinasi dua mekanisme tersebut maka gerak rotasi yang dihasilkan poros PTO dapat diubah menjadi gerakan translasi pada bilah bajak. Dengan mekanisme penggetaran tersebut terbukti bahwa tahanan tarik turun sebesar 45%. Namun kedalaman olah rata-rata masih kurang yakni sebesar 30 cm. Selain itu getaran yang diteruskan ke badan traktor akibat penggetaran bilah bajak dirasakan cukup besar.

Untuk menyempurnakan dan melengkapi kekurangan pada prototipe bajak subsoil getar hasil penelitian sebelumnya, maka pada penelitian telah dibuat bajak subsoil getar tipe lengkung parabolik dengan dua bilah bajak (Biwanto, 2004). Pada desain bajak subsoil ini yang digetarkan bukan lagi bilah bajak tapi sayap yang terdapat di belakang sepatu chisel. Berdasarkan hasil pengujian secara kualitatif metode penggetaran sayap terbukti dapat menurunkan tahanan tarik dan juga menurunkan slip roda traksi. Selain itu metode penggetaran sayap juga terbukti mampu mengurangi getaran yang diteruskan ke badan traktor. Namun pada desain bajak ini juga masih memiliki kekurangan yakni tidak adanya mekanisme peredam untuk melindungi komponen-komponen pada bajak ini dari kerusakan akibat penggetaran. Karena itu penelitian ini dilakukan penambahan

mekanisme peredam dan pengujian secara kuantitatif khususnya mengenai tahanan tariknya.

Penelitian ini bertujuan untuk menambahkan mekanisme peredam pada bajak subsoil getar tipe chisel lengkung parabolik dan melakukan pengujian lapang untuk mengukur tahanan tarik (draft) saat pengoperasian dengan getaran dan tanpa getaran.

Parameter yang diukur pada pengujian lapang ini antara lain adalah tahanan tarik, rasio kecepatan dan slip roda traksi. Untuk pengukuran tahanan tarik digunakan dua unit traktor yang masing-masing bertenaga 70 hp. Sebagai instrumen ukur digunakan satu unit load cell yang dipasang diantara kedua traktor dengan kabel baja (sling).

Pengukuran tahanan tarik pembajakan ini dilakukan di kebun percobaan Laboraturium Lapangan Departemen Teknik Pertanian Institut Pertanian Bogor, Leuwikopo, Darmaga. Kadar air rata-rata pada lahan percobaan adalah 37.413% dan kerapatan isi tanah rata-rata sebesar 0.81 gr/cm3. Pengukuran tahanan tarik dilakukan dalam 30 lintasan dengan panjang lintasan masing-masing 20 m. Variasi perlakuan pada pengujian terdiri atas penggetaran bajak, perubahan amplitudo getar, perubahan kecepatan getar dan perubahan kecepatan maju.

Tahanan tarik bajak subsoil tanpa getaran berkisar antara 8.77 – 9.19 kN dengan rata-rata sebesar 8.9 kN pada kecepatan maju traktor rata-rata 0.45 m/s. Sedangkan pada kecepatan maju traktor rata-rata sebesar 0.58 m/s tahanan tarik pembajakan berkisar antara 10.15 – 10.45 kN dengan rata-rata 10.26 kN. Kedalaman olah rata-rata sebesar 38.9 cm.

Pada pengujian menggunakan getaran, tahanan tarik pembajakan rata-rata pada getaran dengan amplitudo 7.3 cm berkisar antara 5.77 – 6.77 kN dengan rata-rata sebesar 6.23 kN dengan kedalaman olah rata-rata 39.25 cm. Rasio kecepatan rata-rata pada penggetaran dengan amplitudo 7.3 berkisar antara 5.74 – 10.74 dengan rata-rata sebesar 8.07. Sedangkan untuk penggetaran dengan amplitudo 6.4 cm tahanan tarik rata-rata pembajakan berkisar antara 6.28 – 6.95 kN dengan rata-rata sebesar 6.14 kN dengan kedalaman olah rata-rata 38.5 cm. Rasio kecepatan rata-rata pada penggetaran dengan amplitudo 6.4 cm berkisar antara 5.15 – 10.13 dengan rata-rata sebesar 7.29. dari hasil pengukuran tersebut diketahui bahwa tahanan tarik pembajakan dapat diturunkan sebesar 35.2% pada penggetaran dengan amplitudo 7.3 cm dan sebesar 31.2% pada penggetaran dengan amplitudo 6.4 cm

Penggetaran juga dapat menurunkan slip roda traksi. Slip roda traksi rata-rata saat pembajakan tanpa penggetaran berkisar antara 10.8 - 15.6% pada roda kiri dengan rata-rata sebesar 13.4%. sedangkan untuk roda kanan berkisar antara 12.3-14.9% dengan rata-rata sebesar13.2%. Sedangkan slip roda traksi rata-rata untuk roda kiri saat bajak digetarkan dengan amplitudo 7.3 berkisar antara 6.5 – 10.6% dengan rata-rata sebesar 8.7% dan pada roda kanan berkisar antara 6.0 – 10.5% dengan rata-rata sebesar 8.3%. Dan slip roda traksi rata-rata untuk roda kiri saat bajak digetarkan dengan amplitudo 6.4 berkisar 7.1 – 11.2% dengan rata-rata sebesar 9.2% dan pada roda kanan berkisar antara 7.1 – 10.7% dengan rata-rata sebesar 9.0%. dari hasil tersebut terlihat penggetaran menurunkan slip roda sekitar 33%

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan YME yang telah memberikan berkat dan rahmat-Nya sehingga penulis mampu menyelesaikan penelitian dan penyusunan skripsi yang berjudul Uji Performansi Bajak Subsoil Getar Tipe Chisel Lengkung Parabolik. Dalam skripsi ini dijelaskan mengenai uji kinerja dan penambahan mekanisme peredam pada bajak subsoil getar tipe chisel lengkung parabolik.

Skripsi ini disusun berdasarkan hasil penelitian penulis selama kurang lebih empat bulan, terhitung mulai dari bulan Juni 2005 hingga September 2005.Penulisan skripsi ini tidak lepas dari pihak-pihak yang senantiasa membantu penulis selama penelitian. Kepada pihak-pihak yang telah membantu dalam penelitian dan penulisan skripsi, penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Dr. Ir. Radite Praeko Agus Setiawan, Magr., selaku dosen pembimbing akademik atas segala perhatian, arahan dan nasehatnya selama penulis melakukan penelitian dan dalam menyelesaikan penulisan skripsi.

2. Dr.Ir. I Nengah Suastawa, MSc., selaku dosen penguji atas kritik dan sarannya dalam penyempurnaan penulisan skripsi.

3. Dr. Ir. M. Faiz Syuaib, Magr., selaku dosen penguji atas segala kritik dan saran dalam penyempurnaan penulisan skripsi.

4. Bapak Abbas Mustofa atas segala bantuannya selama penulis melakukan penelitian.

5. Ayah, ibu dan adik penulis atas doa restu dan dukungan moral maupun materi selama penulis melakukan studi di IPB.

6. Kawan-kawan TEP A’38 dan A’39 atas segala bantuan dan keceriaan selama penulis belajar di IPB.

7. Kawan-kawan rumah kost “Pondok L-Men” atas segala bantuan, dukungan moral serta keceriaan selama penulis tinggal di Bogor.

Bogor, Oktober 2005

DAFTAR ISI

Halaman

KATA PENGANTAR...iv

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR TABEL...vii

DAFTAR GAMBAR ...viii

DAFTAR LAMPIRAN ...x

I. PENDAHULUAN...1

A. Latar Belakang ...1

B. Tujuan Penelitian...3

II. TINJAUAN PUSTAKA...4

A. Pengolahan tanah...4

B. Bajak Subsoil ...4

C. Bilah Bajak Parabolik ...6

D. Tahanan Tarik Pengolahan Tanah dan Pengukurannya ...7

D.1. Definisi dan faktor-faktor yang mempengaruhi ...7

D.2. Sifat dan kondisi tanah...8

D.3. Cara (ragam) gerak alat...9

D.4. Metode pengukuran tahanan tarik pengolahan tanah ...10

D.5. Aplikasi getaran pada alat pengolahan tanah ...11

D.6. Tahanan tarik bajak subsoil getar ...13

III. METODE PENELITIAN...15

A. Waktu dan Tempat Penelitian ...16

B. Alat dan Bahan ...16

C. Kalibrasi Load Cell...17

D. Uji Fungsional Bajak Subsoil Getar ...18

E. Pengamatan kondisi tanah ...19

E.1. Kadar air dan kerapatan isi tanah (bulk density)...19

E.2. Tahanan penetrasi ...19

E.3. Kohesi dan sudut gesekan dalam...21

E.4. Adhesi dan sudut gesekan tanah-baja ...21

F.1. Pengukuran tahanan tarik ...22

F.2. Pengaturan amplitudo dan kecepatan putaran poros PTO ...24

F.3. Pengukuran kecepatan maju pengolahan ...25

F.4. Pengukuran kedalaman pengolahan...26

F.5. Pengukuran slip roda traksi ...26

F.6. Perlakuan percobaan ...27

IV. PERANCANGAN DAN PEMBUATAN MEKANISME PEREDAM...29

A. Identifikasi Masalah ...29

B. Analisis Rancangan ...29

C. Pembuatan Mekanisme Peredam Torsi ...30

C.1. Piringan peredam ...30

C.2. Pegas ...31

C.3. Piringan pemutar...31

C.4. Tutup ...31

D. Analisa Teknik Perancangan...32

D.1. Perancangan piringan peredam...32

D.2. Perencanaan pegas ...33

D.3. Perencanaan piringan penyalur putaran ...33

V. HASIL DAN PEMBAHASAN...35

A. Kalibrasi Load Cell...35

B. Kondisi Tanah ...35

C. Tahanan Tarik Bajak Subsoil Getar ...38

VI. KESIMPULAN DAN SARAN...45

DAFTAR PUSTAKA...47

LAMPIRAN...49

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 1. Hasil uji fungsional bajak subsoil getar tipe chisel

lengkung parabolik ...2 Tabel 2. Perbandingan tahanan tarik bajak subsoil lurus dan

lengkung pada kedalaman 30 cm dan kecepatan 2.4

km/jam (Gill dan Vanden Berg, 1968) ...6 Tabel 3. Dasar perancangan mekanisme peredam torsi ...30 Tabel 4. Hasil pengujian tekan pada empat jenis pegas ...33 Tabel 5. Hasil pengukuran kadar air dan kerapatan isi pada

tiap kedalaman pengukuran...35 Tabel 6. Tahanan penetrasi pada tiap kedalaman pengukuran ...36 Tabel 7. Kohesi, sudut gesekan dalam, adhesi dan sudut gesekan tanah-baja ..37 Tabel 8. Hasil pengujian lapang bajak subsoil tanpa getaran ...38 Tabel 9 Hasil pengujian lapang bajak subsoil digetarkan ...40 Tabel 10. Perbandingan tahanan tarik dengan slip roda...41 Tabel 11. Perbandingan tahanan tarik bajak subsoil bergetar dan

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1. Kondisi bajak subsoil sebelum diperbaiki...3

Gambar 2. Ilustrasi bajak subsoil (Shippen et al.,1980)...5

Gambar 3. Hubungan faktor-faktor dinamik pada pengolahan tanah dengan kelembaban tanah (Baver et al., 1972)...9

Gambar 4. Model bajak subsoil getar untuk pengujian pada bak tanah oleh Butson dan MacIntyre (1981) ...12

Gambar 5. Hubungan tahanan tarik dengan rasio kecepatan...13

Gambar 6. Ilustrasi bajak getar (Kawamura et al., 1986)...14

Gambar 7. Kalibrasi load cell...17

Gambar 8. Bajak subsoil getar tipe chisel lengkung parabolik ...18

Gambar 9. Peralatan pengukuran kadar air dan kerapatan isi tanah ...19

Gambar 10. Pengukuran tahanan penetrasi tanah ...20

Gambar 11. Penetrometer tipe SR-2 ...20

Gambar12. Pengukuran tahanan geser tanah...21

Gambar 13. Peralatan untuk mengukur tahanan geser...21

Gambar 14. Pengukuran tahanan gesek tanah ...22

Gambar 15. Peralatan pengukuran tahanan gesek ...22

Gambar 16. Penggandengan traktor saat pengujian...23

Gambar 17. Posisi load cell dalam pengujian di lapangan...23

Gambar 18. Pengukuran putaran PTO yang disalurkan ke bajak girboks ...25

Gambar 19. Pengukuran kedalaman pengolahan...26

Gambar 20. Pengukuran slip roda traksi ...26

Gambar 21. Bagan kode perlakuan pada pengujian lapangan...27

Gambar 22. Rancangan mekanisme peredam torsi pada bajak getar...29

Gambar 23. Piringan peredam ...30

Gambar 24. Pegas ...31

Gambar 25. Piringan pemutar...31

Gambar 26. Tutup ...32

Gambar 28. Kelengketan tanah pada bilah bajak subsoil getar ...37

Gambar 29. Bajak subsoil getar saat beroperasi ...39

Gambar 30. Grafik hubungan kecepatan maju traktor dengan tahanan tarik ...40

Gambar 31. Grafik hubungan tahanan tarik dengan slip roda traksi ...42

Gambar 32. Grafik hubungan rasio kecepatan dengan tahanan tarik ...42

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1. Spesifikasi traktor yang digunakan saat pengujian...50

Lampiran 2 Lahan untuk pengujian lapangan ...51

Lampiran 3. Data hasil kalibrasi load cell...52

Lampiran 4. Cara pengukuran kadar air dan kerapatan isi tanah ...53

Lampiran 5. Cara perhitungan kohesi dan sudut gesekan dalam ...54

Lampiran 6. Cara pengukuran adhesi dan sudut gesekan tanah-baja ...55

Lampiran 7. Konstruksi bajak subsoil getar tipe chisel lengkung parabolik ...56

Lampiran 8. Data perhitungan tahanan penetrasi tanah...57

Lampiran 9. Data hasil perhitungan kadar air dan kerapatan isi tanah...58

Lampiran 10. Data hasil perhitungan kohesi dan adhesi ...59

Lampiran 11. Data hasil perhitungan pengujian tahanan tarik bajak tanpa getar ..60

Lampiran 12. Data hasil perhitungan pengujian tahanan tarik bajak digetarkan ...61

Lampiran 13 Data hasil perhitungan kecepatan getar...62

Lampiran 14. Data teknis pega peredam ...63

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Bajak subsoil merupakan salah satu jenis alat pengolahan tanah yang berfungsi untuk memotong dan menghancurkan lapisan tanah keras. Umumnya bajak subsoil hanya dioperasikan pada lahan perkebunan, karena pada lahan perkebunan sering terjadi pemadatan tanah akibat lalu lintas peralatan pengolahan tanah bertahun-tahun sebelumnya. Lapisan tanah keras sangat tidak diinginkan pada lahan pertanian terutama lahan perkebunan karena lapisan ini cenderung menghambat laju penyerapan nutrisi dan memperburuk drainase alami tanah. Selain itu karena porositas lapisan ini rendah maka aerasi tanah juga terhambat. Oleh karena itu bajak subsoil dibuat agar mampu menembus dan menghancurkan lapisan tanah keras ini.

Kegiatan pengolahan tanah subsoil (subsoiling) merupakan kegiatan pengolahan tanah yang paling banyak membutuhkan daya. Kebutuhan daya yang besar pada kegiatan ini utamanya digunakan untuk melawan reaksi tanah yang disebut tahanan tarik tanah (draft).

Tahanan tarik merupakan gaya reaksi tanah akibat gaya yang ditimbulkan oleh alat-alat pengolahan tanah pada saat dioperasikan yang arahnya horizontal dan berlawanan dengan arah kerja. Besarnya tahanan tarik tanah dipengaruhi oleh beberapa hal diantaranya jenis tanah yang diolah, jenis alat pengolah tanah serta kedalaman olah. Kegiatan pengolahan tanah subsoil memiliki kedalaman olah yang melebihi kegiatan budidaya yang lain sehingga tahanan tarik yang dihasilkan juga besar.

Pada kegiatan di lapangan, tahanan tarik tanah mendapatkan perhatian khusus karena hal ini akan mempengaruhi efisiensi dan kinerja alat. Hingga saat ini masih dilakukan berbagai penelitian dan pengkajian mengenai cara-cara untuk mengurangi tahanan tarik tanah saat pengolahan lahan.

Salah satu cara untuk menurunkan tahanan tarik tanah saat pengolahan lahan adalah dengan penggetaran (vibrasi). Penggetaran dilakukan dengan memanfaatkan putaran poros PTO traktor. Teknik penggetaran ini dapat diaplikasikan pada berbagai alat pengolahan lahan. Pada penelitian sebelumnya

telah dilakukan penelitian rancang bangun yang menerapkan getaran pada bilah bajak ( Sulastri, 2000 dan Taufik, 2001). Pada penelitian rancang bangun tahap pertama telah berhasil dibuat bajak getar dengan bilah tunggal (Sulastri, 2000). Sedangkan pada penelitian selanjutnya yang merupakan kelanjutan dari penelitian tahap pertama telah berhasil dibuat bajak subsoil getar dengan dua bilah bajak (Taufik, 2001). Mekanisme penggetar yang digunakan pada kedua desain bajak tersebut adalah mekanisme poros eksentrik dan mekanisme engkol-lengan ayun. Dengan kombinasi dua mekanisme tersebut maka gerak rotasi yang dihasilkan poros PTO dapat diubah menjadi gerakan translasi pada bilah bajak. Dengan mekanisme penggetaran tersebut terbukti bahwa tahanan tarik turun sebesar 45%. Namun kedalaman olah rata-rata masih kurang dalam yakni sebesar 30 cm, selain itu getaran yang diteruskan ke badan traktor akibat penggetaran bilah bajak cukup besar.

Untuk menyempurnakan dan melengkapi kekurangan pada prototipe bajak subsoil getar hasil penelitian sebelumnya, maka pada penelitian telah dibuat bajak subsoil getar tipe lengkung parabolik dengan dua bilah bajak (Biwanto, 2004). Pada desain bajak subsoil ini yang digetarkan bukan lagi bilah bajak tapi sayap yang terdapat di belakang sepatu chisel. Berdasarkan hasil pengujian secara kualitatif metode penggetaran sayap terbukti dapat menurunkan tahanan tarik yang diindikasikan dengan turunnya slip roda traksi. Hasil pengujian fungsional disajikan pada Tabel 1.

Tabel 1. Hasil uji fungsional bajak subsoil getar tipe chisel lengkung parabolik

Jarak eksentrik 2.5 cm Amplitudo 6.6 cm Jarak eksentrik 3.0 cm Amplitudo 7.5 cm

Slip roda tanpa getar 29.5 %

Slip roda dengan getar 12.8 %

Kedalaman olah rata-rata 38 cm

Selain itu metode penggetaran sayap juga terbukti mampu mengurangi getaran yang diteruskan ke badan traktor. Namun pada desain bajak ini juga masih memiliki kekurangan yakni tidak adanya mekanisme peredam untuk melindungi

komponen-komponen pada bajak ini dari kerusakan akibat getaran. Sebagai kelanjutan dari penelitian tersebut harus dilakukan penambahan mekanisme peredam dan pengujian secara kuantitatif khususnya mengenai tahanan tariknya.

Gambar 1. Kondisi bajak subsoil sebelum diperbaiki (bagian yang ditunjuk panah adalah bagian yang rusak akibat penggetaran)

B. Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk menambahkan mekanisme peredam pada bajak subsoil getar tipe chisel lengkung parabolik dan melakukan uji kinerja tahanan tarik (draft) saat pengoperasian dengan getaran dan tanpa getaran. Selain itu penelitian ini juga bertujuan untuk melakukan observasi sederhana secara kualitatif terhadap dampak pemasangan peredam.

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Pengolahan Tanah

Pengolahan tanah merupakan salah satu cara untuk menyediakan tempat perakaran bagi tanaman (Gill dan Vanden Berg, 1968). Pengolahan tanah adalah sebuah rangkaian proses budidaya yang mencakup penyiapan lahan serta mempertahankan kondisi terbaik dari lahan tersebut.

Secara umum pengolahan tanah terdiri atas tiga tahap yaitu: pengolahan tanah primer, pengolahan tanah sekunder dan pengolahan tanah tersier. Pengolahan tanah primer adalah kegiatan pengolahan tanah yang dilakukan paling awal, yang bertujuan untuk menurunkan kekuatan tanah, menutup sisa-sisa tanaman dan menyusun kembali agregat tanah. Kegiatan pengolahan tanah primer biasanya didominasi dengan kegiatan seperti, pembajakan dan subsoiling. Pengolahan tanah sekunder merupakan kelanjutan dari kegiatan pengolahan primer yang bertujuan untuk mempersiapkan kondisi lahan sampai kondisi siap tanam. Kegiatan pengolahan tanah sekunder biasanya didominasi oleh kegiatan seperti penggemburan, penggaruan, pelumpuran dan sebagainya. Sedangkan kegiatan pengolahan tanah tersier adalah kegiatan yang dilakukan untuk mempertahankan kondisi terbaik dari lahan yang sudah diolah. Yang tergolong dalam kegiatan pengolahan tanah tersier antara lain: penyiangan, pembuatan kairan, pembuatan hardpan dan sebagainya.

B. Bajak Subsoil

Bajak subsoil terdiri atas dua jenis yakni bajak subsoil biasa dan tipe chisel. Bajak subsoil tipe chisel adalah bajak yang berfungsi untuk memecah dan menghancurkan lapisan tanah keras untuk memperbaiki drainase dan aerasi tanah. Bajak ini hampir tidak memiliki kemampuan membalik tanah namun mampu bekerja pada kondisi tanah yang keras. Bajak chisel biasanya dioperasikan secara berkelompok antara 5 – 10 buah dengan jarak 30 cm antar bilah bajak.

Bajak subsoil adalah bajak yang memiliki fungsi yang sama seperti chisel namun bajak jenis ini memiliki konstruksi yang lebih besar dan berat. Bajak subsoil juga tidak mampu membalik tanah namun mampu memotong dan

menghancurkan lapisan tanah keras. Kedalaman olah bajak subsoil lebih dalam dari bajak yang lain.

Bajak subsoil berfungsi untuk memotong dan menghancurkan lapisan tanah terpadatkan lebih dalam dari bajak biasa. Pemadatan tanah menyebabkan tidak lancarnya drainase alami serta aerasi tanah sehingga cenderung menghambat pertumbuhan tanaman. Gaya yang dibutuhkan untuk menarik bajak subsoil sangat besar dan untuk meningkatkan efisiensinya dapat menggunakan bajak subsoil konvensional (Smith dan Wilkes, 1977).

Bajak subsoil lebih besar dan kuat daripada bajak chisel, kedalaman olah bajak ini berkisar antara 40 - 60 cm. Untuk menarik bajak jenis ini umumnya digunakan traktor dengan daya sekitar 60 - 85 Hp. Bentuk bilah bajak subsoil beragam, yang umum dipakai adalah bentuk lengkung, lurus bersudut dan lurus.

Bajak subsoil adalah alat yang didesain untuk beroperasi pada kedalaman olah di atas normal dan menggemburkan tanah dengan cara mengangkat (Smith dan Wilkes, 1977). Bajak subsoil yang dioperasikan tunggal digunakan untuk pembajakan yang lebih dalam sedangkan yang digunakan secara berkelompok digunakan untuk pembajakan yang lebih dangkal. Bajak subsoil terdiri atas beberapa bagian utama, antara lain: 1) top link attachment point, 2) attachment point, 3) headstock, 4) beam atau rangka, 5) cutting disc, 6) subsoiler leg, 7) steel blade, 8) shoe dan 9) renewable steel point (Shippen et al., 1980).

Cutting disc adalah komponen yang berfungsi untuk membantu pemotongan tanah serta menjaga kestabilan implemen. Tidak semua bajak subsoil memiliki komponen ini, biasanya hanya bajak subsoil tunggal yang memiliki komponen ini. Dengan adanya cutting disc maka tahanan tarik (draft) akan berkurang karena kerja pemotongan tanah yang dilakukan oleh subsoiler leg akan terbantu.

Subsoiler leg adalah bagian utama dari bajak subsoil yang akan masuk ke

dalam tanah untuk memotong dan menghancurkan tanah. Shoe merupakan komponen yang membantu proses pemotongan dan penghancuran lapisan keras di dalam tanah, komponen ini juga akan menghasilkan sebuah saluran drainase pada lintasan kerja

C. Bilah Bajak Parabolik

Luas permukaan alat, sudut angkat, kedalaman olah dan kondisi tanah berpengaruh pada besarnya efek kecepatan terhadap tahanan tarik bajak chisel dan bajak subsoil (Kepner et al., 1978). Bajak subsoil dengan bilah bajak lengkung memiliki tahanan tarik 7 – 20% yang lebih kecil dibandingkan dengan bilah bajak lurus (Nichols dan Reaves, 1958). Tahanan tarik relatif tidak berubah pada sudut lengkung antara 20o - 50o namun akan meningkat cepat pada sudut lengkung diatas 50o (Payne dan Tanner, 1959 diacu dalam Tupper, 1997). Dalam hal ini belum ada usaha yang dibuat untuk menerangkan hubungan antara tahanan tarik dengan bentuk bajak kecuali cara kualitatif separti pada Tabel 2.

Tabel 2. Perbandingan tahanan tarik subsoil lurus dan lengkung pada kedalaman 30 cm dengan kecepatan operasi 2.4 km/jam (Gill dan Vanden Berg, 1968)

Tahanan tarik (kN) subsoiler Jenis Tanah

Tegak Lengkung

Penurunan tahanan tarik ( %)

Lempung berpasir 404 404 0

Liat 422 390 7.5

Lempung liat berdebu 828 642 22.4

Liat berdebu 907 826 9.0

Liat 962 826 14.2

Penggunaan bajak subsoil parabolik dapat meningkatkan kapasitas lapang, mengurangi kebutuhan daya dan mengurangi slip roda traksi hingga 43.4% dibanding penggunaan bajak subsoil dengan bilah bajak lurus (Tupper, 1997). Konsumsi bahan bakar per 0.4 ha untuk menarik bajak subsoil parabolik 30.2% lebih hemat daripada bajak subsoil bilah lurus dan bajak subsoil parabolik mampu bekerja 5 cm lebih dalam. Dibandingkan bajak subsoil yang lain bajak subsoil parabolik memiliki tahanan tarik terkecil, gaya angkat terbesar dan menghasilkan slip roda terendah (Smith dan Williford, 1988 diacu dalam Tupper, 1997).

D. Tahanan Tarik Pengolahan Tanah dan Pengukurannya

D.1 Definisi dan faktor-faktor yang mempengaruhi tahanan tarik

Setiap alat pengolah tanah dalam operasinya pasti akan mengalami tahanan tarik tanah sebagai reaksi tanah akibat beban dari alat tersebut. Pada operasi di lapangan tahanan tarik yang dialami oleh suatu alat besarnya adalah sama dengan besar gaya yang diberikan pada tanah dengan arah yang berlawanan dengan gerak maju alat. Dengan demikian tahanan tarik dapat didefinisikan sebagai komponen gaya horizontal yang sejajar garis tegak alat penarik dengan arah berlawanan (Kepner et al., 1978). Tarikan pada suatu alat (implemen) diartikan sebagai total gaya yang digunakan pada implemen oleh suatu unit tenaga tarik. Selanjutnya Kepner et al.,(1978) mengartikan besar tahanan tarik dalam tiap luas pengolahan tanah sebagai tahanan tarik spesifik, sedangkan tahanan tarik yang tegak lurus arah gerak dinamakan side

draft. Tahanan tarik merupakan komponen gaya horizontal dari gaya tarik

(pull) sejajar gerak maju alat yang diusahakan pada implemen oleh suatu unit tenaga. Sedangkan tahanan tarik spesifik merupakan tahanan tarik per satuan luas penampang bajak dan dinyatakan dalam satuan N/m2.

Faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya tahanan tarik tanah antara lain lebar implemen, kedalaman olah kondisi tanah dan kecepatan maju (Upadhyaya et al., 1984 diacu dalam Al-Janobi et al., 1998). Kondisi tanah yang mempengaruhi besarnya tahanan tarik adalah tekstur tanah, kandungan air tanah, vegetasi yang tumbuh dan porositas tanah. Kandungan air tanah mempengaruhi besarnya tahanan tarik. Peningkatan kandungan air tanah

akan membuat tahanan tarik tanah turun hingga titik tertentu kemudian akan meningkat kembali (Upadhyaya et al., 1984 diacu dalam Al-Janobi et al., 1998). Cara operasi yang mempengaruhi besarnya tahanan tarik adalah kedalaman olah, lebar olah dan kecepatan maju (Kepner et al., 1978). Dan faktor bentuk alat yang mempengaruhi besarnya tahanan tarik adalah berat alat, lebar implemen, bentuk implemen, ketajaman alat dan kualitas bahan. Tahanan tarik merupakan penjumlahan dari gaya-gaya untuk mengatasi kohesi, adhesi, tahanan terhadap kompresi, geseran dan gesekan antara permukaan tanah dengan alat (Baver et al., 1972).

D.2. Sifat dan kondisi tanah

Geseran atau koefisien gesekan dalam tanah merupakan sifat dinamik tanah yang utama dalam interaksi tanah dengan alat. Yang termasuk dalam nilai geseran tersebut adalah kohesi tanah dan gesekan dalam tanah (Kepner et al., 1978). Data mengenai hubungan beberapa faktor utama sifat dinamis tanah yang terlibat dalam pengolahan tanah disajikan pada Gambar 3. Nilai geseran meningkat sampai titik maksimumnya pada batas plastisnya. Nilai maksimumnya setara dengan indeks plastisistasnya.

Gesekan antara tanah dan logam merupakan suatau variabel penting dalam proses pengolahan tanah. Dalam pengolahan tanah terdapat tiga fase dalam interaksi gesekan tanah dengan logam yang tergantung pada kelembaban tanah dan bobot serta bahan logamnya (Baver et al., 1972). Fase pertama adalah gesekan yang sebenarnya antara logam dengan tanah kering. Fase kedua didominasi oleh adhesi tanah terhadap logam melalui selaput air saat kelembaban tanah meningkat. Nilai adhesi meningkat sampai batas maksimumnya dekat batas cair dengan peningkatan sesuai dengan indeks plastisitasnya (Gambar 3). saat kelembaban tanah meningkat diatas batas cairnya, kandungan air cukup banyak sehingga memungkinkan terjadinya efek pelumasan dan koefisien gesekan menjadi konstan bahkan sedikit menurun, fase ini disebut juga fase pelumasan.

Gambar 3. Hubungan faktor-faktor dinamik pada pengolahan tanah dengan kelembaban tanah (Baver et al., 1972)

Tahanan terhadap kompresi merupakan hal yang sangat penting dalam proses pengolahan tanah, karena dalam penerapan tekanan pada tanah terjadi proses kompresi sebelum terjadi geseran. Seperti terlihat pada Gambar 3. tahanan terhadap kompresi meningkat sampai nilai maksimum dalam daerah plastisnya yang kemudian menurun.

Kuczewski (1981) diacu dalam Mulyana (2001) dalam usahanya untuk menduga tahanan tarik yang dibutuhkan untuk menggerakan bajak singkal, memakai parameter-parameter tanah, bajak dan alat pengukur kekerasan tanah (probes). Parameter-parameter tanah yang nampak menonjol dan dipakai dalam persamaan matematisnya adalah: parameter kompresi tanah, parameter geseran tanah (kohesi dan sudut gesekan dalam), parameter pemotongan tanah, kerapatan isi tanah dan kelembaban tanah.

D.3. Cara (ragam) gerak alat

Ragam gerak alat menyangkut orientasi alat, lintasan alat dalam tanah dan kecepatan kerja alat. Untuk alat yang bekerja pada lintasan lurus (bukan rotari), lintasan alat ditandai dengan kedalaman dan lebar potong. Orientasi berkaitan dengan hubungan permukaan alat dan arah maju alat. Untuk alat yang kompleks biasa dinyatakan dengan sudut angkat (lift angle), sudut samping (side angle), sudut olah (tilt angle) dan sudut celah (clearance

angle). Sedangkan pada bajak piring sering disebut sebagai sudut piringan

(disc angle) dan sudut olah (tilt angle). Kepner et al. (1978) menyatakan

bahwa tahanan tarik bajak subsoil tipe chisel menurun dengan menurunnya sudut angkat kecuali dibawah 20o, pada sudut angkat 20o tersebut terjadi tahanan tarik minimum.

Gill dan Vanden Berg (1968) menyatakan bahwa pada kondisi tanah yang umum tahanan tarik pembajakan cenderung meningkat dengan meningkatnya kedalaman dan lebar pembajakan. Bajak tipe chisel dengan lima unit chisel memiliki tahanan tarik 507, 3264 dan 5200 N masing-masing untuk kedalaman operasi 8.3 cm, 33.6 cm dan 43.8 cm.

Kepner et al. (1978) menyatakan bahwa peningkatan kecepatan maju akan meningkatkan tahanan tarik, hal ini disebabkan oleh percepatan yang lebih tinggi pada tanah yang digerakkannya. Alasan percepatan tanah meningkatkan tahanan tarik adalah: (1) gaya akselerasi meningkatkan beban normal pada permukaan kontak tanah dengan bajak, karenanya meningkatkan tahanan gesekan, dan (2) karena energi kinetik yang diberikan pada tanah. Peningkatan kecepatan maju akan meningkatan tahanan tarik secara signifikan dengan hubungan yang beragam mulai dari linier hingga kuadratik (Grisso et al., 1994 diacu dalam Al-Janobi et al.,1998).

D.4. Metode pengukuran tahanan tarik pengolahan tanah

Pengukuran tahanan tarik pengolahan tanah dapat dilakukan dengan penetrometer dan atau dinamometer. Pengukuran dengan penetrometer hanya mengamati faktor tanah dalam perhitungan tahanan tarik tanah, sedangkan dengan dinamometer diperhitungkan juga faktor tenaga penggerak dan faktor alat.

Dinamometer yang tersedia di pasaran ada berbagai jenis antara lain dinamometer pegas, hidrolik dan strain gauge (Hunt, 1977). Jenis dinamometer yang paling sederhana adalah dinamometer pegas. Dinamometer pegas hanya terbatas untuk pengukuran kasar (ketelitian rendah), hal ini disebabkan fluktuasi beban yang terjadi pada penggandengan peralatan pertanian (Liljedahl et al., 1989). Sulastri (2000) melakukan pengukuran tahanan tarik subsoiler tunggal dengan penggetar paksa menggunakan load

cell yang merupakan salah satu jenis dinamometer pegas yang dipasang pada kawat penarik yang menghubungkan dua buah traktor roda empat.

Dinamometer hidrolik terdiri dari silinder hidrolik yang berisi minyak piston. Dengan mekanisme piston dalam silinder, tekanan atau tarikan menimbulkan tekanan hidrolik yang diteruskan pada pengukur Bourdon (Liljedahl et al., 1989). Fluktuasi jarum penunjuk (pada tabung Bourdon) dapat diredam dengan memakai cairan yang lebih kental atau dengan mekanisme throttling valve (Liljedahl et al., 1989). Jenis dinamometer strain

gauge dapat digunakan untuk mengukur tahanan tarik dengan lebih teliti

(Liljedahl et al., 1989). Karena bentuknya yang sederhana dan sifatnya yang serba guna serta mudah dikombinasikan dengan instrumen-instrumen elektronik lain maka dinamometer jenis strain gauge berkembang sangat pesat.

Dinamometer tiga titik gandeng adalah salah satu jenis dinamometer

strain gauge. Dengan menggunakan dinamometer ini maka cukup

menggunakan satu unit traktor saja. Dinamometer ini dipasang diantara implemen dan tiga titik gandeng pada traktor.

D.5. Aplikasi getaran pada alat pengolahan tanah

Sampai saat ini masih banyak dilakukan penelitian-penelitian untuk menurunkan tahanan tarik pada proses pengolahan tanah, diantaranya adalah dengan menggunakan getaran pada alat-alat pengolahan tanah khususnya pada komponen yang mengalami kontak langsung dengan tanah. Butson dan MacIntyre (1981) melakukan percobaan dengan membuat desain bajak yang digoyangkan ke arah depan dan belakang melalui putaran poros eksentrik dari putaran sebuah motor. Hasil pengamatan menunjukkan bahwa penurunan tahanan tarik terjadi ketika rasio antara kecepatan getar dan kecepatan maju lebih besar dari satu, yaitu kecepatan getar harus lebih tinggi dari kecepatan maju alat.

Gambar 4. Model bajak subsoil getar untuk pengujian tahanan tarik pada bak tanah oleh Butson dan MacIntyre (1981)

Sri Sulastri (2000) melakukan penelitian tentang rancang bangun dan uji fungsional mekanisme penggetar dalam upaya menurunkan tahanan tarik tanah pada penggunaan bajak chisel. Mekanisme penggetar yang digunakan terdiri dari sebuah girboks yang berisi sepasang roda gigi kerucut lurus dengan rasio transmisi 1 : 1 dan dua buah poros yang berfungsi sebagai penerima putaran PTO dan sebagai penyalur putaran ke bagian eksentrik. Pada bagian poros eksentrik dipasang sepasang lengan yang dihubungkan ke bagian atas bilah bajak subsoiler. Gerakan maju mundur dari lengan getar tersebut menyebabkan bilah bajak berayun ke depan dan ke belakang searah dengan gerakan traktor. Hasil pengujian di lapangan, pembajakan dengan getaran menghasilkan nilai tahanan tarik lebih rendah yaitu sebesar 6.40 – 8.97 kN dibandingkan dengan pembajakan tanpa getaran yang menghasilkan tahanan tarik antara 6.75 – 10.43 kN. Rasio kecepatan bernilai lebih dari satu (kecepatan maju 0.52 m/s dan kecepatan getar 1.08 m/s).

Parameter untuk mengoperasikan alat pengolah tanah yang menggunakan getaran meliputi kecepatan maju, frekuensi maju, frekuensi getar, amplitudo getar, bentuk pisau, sudut angkat dan karakter fisik tanah. Beberapa penelitian telah menunjukkan adanya hubungan antara penurunan tahanan tarik dengan berbagai parameter yang ditunjukkan dengan rasio antara kecepatan getar dan kecepatan maju (Sakai et al., 1992).

Penelitian menunjukkan bahwa efek dari alat pengolah tanah yang menggunakan getaran dengan kombinasi yang sesuai dengan parameter-parameter yang telah disebutkan sebelumnya, maka tahanan tarik yang diperlukan dapat diturunkan menjadi 50 – 75% jika dibandingkan dengan alat yang sama tanpa getaran. Efek penggunaan parameter di atas tidak tetap, tapi secara umum telah ditemukan bahwa tahanan tarik akan menurun jika terjadi peningkatan kecepatan getar atau frekuensi getar, dan akan meningkat jika terjadi peningkatan kecepatan maju (Verma, 1969 diacu dalam Kepner et al., 1978).

Gambar 5. Hubungan tahanan tarik dengan rasio kecepatan (Gunn dan Tramontini, 1955)

D.6. Tahanan tarik bajak subsoil getar

Bajak getar pada prinsipnya adalah sebuah bajak yang meminimumkan masukan tenaga dalam proses pengolahan tanah dengan output yang hanya berasal dari PTO saja. Sehingga bajak getar termasuk ke dalam kategori alat

“multi powered”. Alat “multi powered” adalah alat yang mendapatkan energi

yang dibutuhkan untuk menggerakannya dengan lebih dari satu cara, namun tidak perlu disuplai oleh lebih dari satu sumber energi (Gill dan Vanden Berg, 1968).

Pengamatan menggunakan model bajak subsoil tergetar pada soil bin

merupakan peubah-peubah yang mempengaruhi tahanan tarik sedemikian rupa sehingga kenaikan frekuensi menurunkan tahanan tarik (Darmawan, 1990). Penggetaran pisau di tanah jenis lempung berpasir dengan mode getaran sinusoidal melaporkan bahwa, tahanan tarik menurun lebih dari 50% baik pada kondisi basah (kadar air 35.4 – 39.3%) maupun kondisi kering (kadar air 26.5 – 28.9%). Getaran (osilasi) pada desain bajak getar dapat menurunkan tahanan tarik pembajakan, dan juga memberikan pengaruh sekunder seperti tanah yang diolah lebih remah hasilnya, mengurangi pemadatan dan penggumpalan serta adhesi (Al-Jubouri dan McNulty, 1984). Pada penggetaran pisau dalam soil bin, Kawamura et al. (1986) telah merancang bajak getar dengan konstruksi seperti Gambar 6. Bagian-bagiannya terdiri atas mekanisme penggetar, piringan coulter, pisau dan lengan getar, singkal A yang menghubungkan pisau dengan singkal, dan singkal B dan C.

Bagian-bagian dari bajak ini tersusun atas tiga unit utama, yaitu unit penggerak (mekanisme togel) yang tersusun dari 3 bagian lengan getar, unit kedua adalah unit pemotongan tanah (pisau) yang berbentuk V dengan lebar 55 cm terpasang pada lengan getar (shank) dan unit ketiga adalah unit pembalikan tanah (singkal) dengan rancangan yang khusus tersusun pada satu garis sejajar dengan arah tarikan untuk enam alur pembajakan (3 bottom

bajak).

Menurut Gill dan Vanden Berg, (1968) gaya tarik yang dibutuhkan untuk menarik taji berosilasi, lebih rendah daripada taji yang kaku. Hal tersebut disebabkan:

1. Getaran mempengaruhi keseimbangan gaya-gaya pada suatu volume tanah. Gaya-gaya gesekan berubah arahnya dan gaya normal menurun. 2. Getaran mengurangi sudut gesekan tanah dengan logam.

3. Getaran mengurangi kekerasan tanah.

Selanjutnya Gill dan Vanden Berg (1968) mengemukakan bahwa penggetaran dapat menurunkan tarikan (drawbar pull) hingga 70%, tetapi pengurangan ini umumnya kurang dari atau sama dengan energi ekstra yang dikonsumsi dalam getaran. Kemungkinan energi ekstra ini dapat dikurangi terutama dalam sistem transmisi alat tersebut, oleh karena itu perbaikan lebih lanjut dalam sistem transmisi akan memperbaiki keseimbangan energi. Hasil yang dapat dikemukakan adalah bahwa :

• Osilasi dapat menurunkan tahanan tarik hingga 50%.

• Peningkatan osilasi menurunkan tahanan tarik.

• Frekuensi memiliki pengaruh terbesar dalam upaya penurunan tahanan tarik, sedangkan kecepatan maju pengaruhnya kecil.

• Arah osilasi dan kedalaman olah tidak begitu berpengaruh terhadap kebutuhan tenaga untuk osilasi.

• Apabila amplitudo naik maka kebutuhan tenaga naik dan menggandakan frekuensi osilasi, kebutuhan tenaga akan mendekati dua kali lipat.

III. METODE PENELITIAN

A. Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini akan berlangsung selama lebih kurang lima bulan terhitung mulai bulan April 2005 sampai dengan bulan Agustus 2005. Rancang bangun dilakukan Laboratorium Teknik Mesin Budidaya Pertanian. Pembuatan bajak subsoil getar dilakukan di bengkel METATRON. Uji fungsional dilakukan di Laboraturium Lapangan Departemen Teknik Pertanian, Leuwikopo, Darmaga – Bogor. Perbaikan bajak getar, pembuatan dan pemasangan komponen peredam dilakukan di bengkel Laboratorium Teknik Mesin Budidaya Pertanian, Leuwikopo, Darmaga, Bogor, Jawa Barat. Pengujian tahanan tarik bajak subsoil getar dilakukan di Laboratorium Lapangan Departemen Teknik Pertanian, Leuwikopo, Bogor, Jawa Barat.

Pelaksanaan penelitian ini terbagi dalam lima tahapan, yaitu: 1) perbaikan bajak subsoil getar dan pembuatan mekanisme peredam, 2) persiapan instrumen uji dan inspeksi kondisi alat sebelum pengujian, 3) pengujian tahanan tarik bajak subsoil getar, 4) analisa data, 5) pembuatan laporan.

B. Alat dan Bahan

Alat dan bahan yang dipergunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:

(a) Satu unit bajak subsoil getar dengan dua bilah bajak (b) Dua unit traktor roda-4, masing-masing bertenaga 70 hp (c) Sensor data hasil pengukuran yang terdiri dari:

• Load cell (Kyowa, LT-5TSA71C)

• Handy-Strain Meter ( UCAM-1A)

(d) Peralatan pengukuran kondisi tanah yang terdiri dari:

• Peralatan analisis tekstur tanah

• Perlengkapan pengambilan contoh tanah (ring sample)

• Penetrometer tipe SR-2 (lengkap dengan kerucut, gelang geser, gelang gesek dan lengan torsinya)

• Oven

• Timbangan

(e) Peralatan pengukuran pengoperasian bajak subsoil, kecepatan maju dan kedalaman pengolahan terdiri dari:

• Stop watch

• Tachometer digital

• Pita ukur (5 m dan 50 m)

• Patok

• Penggaris stainless steel (60 cm dan 100 cm) C. Kalibrasi Load Cell

Dalam persiapan instrumen sebelum pengujian lapangan dilakukan kalibrasi

load cell dan kalibrasi strain amplifier. Load cell dihubungkan dengan handy

strain meter, kemudian digantungkan ke sebuah crane, lalu load cell tersebut

diberi beban. Load cell yang digunakan adalah tipe Kyowa, LT-5TSA71C. Handy

strain meter yang digunakan adalah tipe Kyowa, UCAM-1A. Pembebanan pada

load cell dilakukan secara bertahap. Pada masing-masing pembebanan yang

diberikan hasil yang terbaca pada handy strain meter dicatat. Pembebanan dilakukan dua kali dengan cara pembebanan terbalik. Hasilnya diolah sehingga diperoleh persamaan hubungan beban (N) dan regangan pada load cell (ì å).

D. Uji Fungsional Bajak Subsoil Getar

Percobaan pendahuluan pada alat yang diuji yaitu pengukuran uji fungsional bajak subsoil getar hasil rancangan. Parameter yang diuji yaitu unjuk

kerja dari semua bagian bajak subsoil getar pada saat dioperasikan yang meliputi: (1) penggetaran, (2) pemotongan tanah, (3) pengaturan tingkat amplitudo dan

frekuensi dan (4) kedalaman pengolahan yang mampu dicapai.

Amplitudo getar diketahui dengan cara mengukur sudut antara posisi ujung sayap getar bajak terangkat maksimum dan posisi turun maksimumnya. Poros penggerak eksentrik diputar sebanyak satu kali putaran untuk menggetarkan bilah bajak naik-turun. Pengukuran amplitudo dilakukan dalam dua tingkat variasi lubang eksentrik. Variasi tingkat amplitudo didapatkan dengan mengubah posisi lubang eksentrik pada penggetar sayap bajak.

Dalam mekanisme penggetar pada bajak subsoil yang diuji, satu putaran poros PTO menghasilkan satu getaran (naik-turun) pada sayap bajak. Oleh karena itu frekuensi getar dihitung dari data kecepatan putar poros PTO dengan rumus:

60

N

f = ... (1) dimana:

f = frekuensi getar (Hz) dan

N = kecepatan putar poros PTO yang terukur (rpm).

E.. Pengamatan kondisi tanah

Sebelum dilakukan pengujian, terlebih dahulu dilakukan pengamatan kondisi tanah pada tempat pengujian. Kondisi tanah diamati pada lima titik pengukuran di lahan percobaan. Kondisi tanah yang diamati adalah kadar air, kerapatan isi tanah, tahanan penetrasi, kohesi dan adhesi.

E.1. Kadar air dan kerapatan isi tanah (bulk density)

Untuk pengukuran kadar air tanah diambil contoh tanah diambil dengan perlengkapan pengambil contoh tanah pada kedalaman 0 - 10 cm dari atas permukaan tanah. Pengambilan contoh tanah dilakukan pada lima titik pengukuran secara acak pada masing-masing kedalaman.

Gambar 9. Peralatan pengukuran kadar air dan kerapatan isi tanah E.2. Tahanan penetrasi

Tahanan penetrasi diukur dengan menggunakan penetrometer (tipe SR-2) yang dilengkapi dengan penampang kerucut. Luas penampang kerucut yang digunakan adalah 2 cm2 dengan sudut kerucut 300. Pengukuran tahanan penetrasi dilakukan hingga kedalaman yang dianggap mewakili kedalaman olah bajak subsoil, yaitu dilakukan pada lima titik pengukuran masing-masing pada kedalaman 0, 10, 20, 30 dan 40 cm.. Tahanan penetrasi dihitung dengan rumus:

Ak Fp

Tp= 98 ...(2) dimana:

Tp = tahanan penetrasi (kPa),

Fp = gaya penetrasi terukur pada penetrometer ditambah dengan berat penetrometer (kgf) dan

Ak = penampang kerucut (2 cm2).

Gambar 10. Pengukuran tahanan penetrasi tanah

E.3. Kohesi dan sudut gesekan dalam

Pengukuran tahanan geser tanah dilakukan dengan gelang geser dan lengan torsi untuk menghitung nilai kohesi tanah pada kedalaman 0 - 20 cm dan 20 - 40 cm.

Gambar 12. Pengukuran tahanan geser tanah

Gambar 13. Peralatan pengukuran tahanan geser E.4. Adhesi dan sudut gesek tanah-baja

Pengukuran tahanan gesek tanah-baja dilakukan dengan gelang gesek dan lengan torsi untuk menghitung nilai adhesi tanah pada kedalaman 0-20 cm dan 20-40 cm.

Gambar 14. Pengukuran tahanan gesek tanah

Gambar 15. Peralatan pengukuran tahanan gesek F. Metode Pengujian Lapang

Pengukuran yang dilakukan saat pengolahan tanah berlangsung antara lain: (a) tahanan tarik bajak subsoil hasil rancangan, (b) amplitudo dan kecepatan putar PTO traktor, (c) kecepatan maju pengolahan dan (d) kedalaman pengolahan. F.1. Pengukuran tahanan tarik

Bajak subsoil getar dengan dua bilah bajak hasil rancangan digandengkan pada traktor roda empat (disebut traktor 2) seperti yang terlihat pada Gambar 16. Posisi instrumen/alat pengukuran tahanan tarik tersebut pada traktor disajikan pada Gambar 17.

Selanjutnya traktor 2 digandengkan pada traktor roda empat lainnya (disebut traktor 1) yang menarik traktor 2. Gaya tarik traktor diukur dengan sebuah load cell yang dipasangkan pada kawat penarik yang menghubungkan

antara traktor 1 dan traktor 2. Untuk pengujian dengan getaran, bajak digetarkan dan putaran enjin distabilkan terlebih dahulu sebelum bilah bajak memotong tanah.

Titik tarik bagian depan traktor 2 dibuat sama tinggi dengan titik gandeng (drawbar) traktor 1 sehingga arah tarikan menjadi horizontal. Penggandengan kedua traktor dan sistem pengujian tersebut seperti yang terlihat pada Gambar 17.

Gambar 16. Penggandengan traktor saat pengujian

Gambar 17. Posisi load cell dalam pengujian di lapangan

Berdasarkan sistem pengukuran tahanan tarik pada Gambar 16, sinyal gaya tarik yang dialami oleh load cell dialirkan menuju handy-strain meter. Data yang terbaca pada handy-strain meter dicatat untuk kemudian diolah.

Traktor 1

Traktor 2

Load cell

Handy-strain meter

Tahanan tarik pembajakan merupakan selisih dari gaya tarik ketika bajak subsoil dioperasikan dengan gaya tarik bajak subsoil saat tidak dioperasikan. Tahanan tarik dihitung dengan rumus:

Ptr P

s= 1−

P ... (3) dimana:

Ps = tahanan tarik bajak subsoil (N),

P1 = tahanan tarik yang terukur saat percobaan (N) dan

Ptr = tahanan gelinding traktor ketika bajak tidak dioperasikan (N).

Untuk mengukur tahanan gelinding traktor tanpa pembajakan, traktor 2 dengan bajak subsoil diangkat ditarik oleh traktor 1. Pengukuran tahanan gelinding traktor ini dilakukan sebanyak tiga kali ulangan kemudian dirata-ratakan.Pengukuran tahanan tarik dilakukan dalam 30 lintasan dengan panjang lintasan masing-masing 20 m.

F.2. Pengaturan amplitudo dan kecepatan putar poros PTO

Pengaturan (variasi) tingkat amplitudo dilakukan dengan mengubah posisi lengan pendorong bilah bajak terhadap pin-pin pada bilah bajak Frekuensi getar saat pengujian lapangan diukur dengan cara mengukur kecepatan putar PTO traktor dengan tachometer digital. Pengukuran kecepatan putaran PTO yang disalurkan ke bajak subsoil dilkukan pada poros utama bajak subsoil getar. Pengukuran kecepatan putar poros PTO tersebut dilakukan sebanyak tiga kali ulangan tiap lintasan pengukuran kemudian hasilnya dirata-ratakan. Data hasil pengukuran kecepatan putar poros PTO (rpm) digunakan untuk menghitung kecepatan getar.

Kecepatan getar dihitung dengan persamaan: Vg NAg

60 2π

= ... (4) dimana:

Vg = kecepatan getar (m/detik),

Ag = amplitudo getar (m) dan

Rasio kecepatan getar merupakan perbandingan antara kecepatan getar bilah bajak subsoil dengan kecepatan maju pengolahan tanah. Rasio kecepatan getar dihitung dengan persamaan:

V Vg

=

η ... (5) dalam hal ini:

ç = rasio kecepatan getar,

Vg = kecepatan getar (m/detik) dan

V = kecepatan maju (m/detik).

Gambar 18. Pengukuran putaran PTO yang disalurkan ke gearbox

F.3. Pengukuran kecepatan maju pengolahan

Bersamaan dengan pengukuran tahanan tarik traktor, kecepatan maju pengolahan diukur dengan cara mengukur waktu tempuh traktor pada jarak tempuh 10 m dengan menggunakan stop watch. Kecepatan maju dihitung dengan rumus:

t s

V = ... (6) dalam hal ini:

V = kecepatan maju pengolahan (m/detik),

s = jarak tempuh (10 m) dan

F.4. Pengukuran kedalaman pengolahan

Pengukuran kedalaman pengolahan aktual didekati dengan cara memasukkan penggaris ukur (ukuran 60 cm) tegak ke dalam alur pengolahan sehingga ujung penggaris menyentuh dasar alur yang keras. Pengukuran kedalaman pengolahan ini dilakukan pada 10 titik di masing-masing lintasan pengujian.

Gambar 19. Pengukuran kedalaman pengolahan F.5. Pengukuran slip roda traksi

Slip roda traksi diukur dengan cara mengukur jarak yang ditempeh dalam lima putaran roda traksi di lapangan saat pengoperasisan bajak getar kemudian dibandingkan dengan jarak tempuh lima putaran roda traksi di lahan keras (aspal). Pengukuran slip roda traksi dilakukan pada tiap lintasan dan slip untuk roda kiri dan kanan pengukurannya dilakukan secara terpisah

F.6. Perlakuan percobaan

Penelitian ini dilakukan dengan empat perlakuan yaitu: 1) Bajak subsoil digetarkan dan tidak digetarkan, 2) Dua tingkat amplitudo getar, 3) Dua tingkat frekuensi getar, 4) Dua tingkat transmisi.

Keempat perlakuan tersebut dikombinasikan sehingga menghasilkan 10 perlakuan. Masing-masing perlakuan dilakukan sebanyak tiga kali ulangan (U1, U2, U3), sehingga jumlah perlakuan seluruhnya sebanyak 30 perlakuan. Kode perlakuan pada tiap-tiap lintasan dapat dilihat pada Gambar 21. Perlakuan percobaan amplitudo, frekuensi dan kecepatan maju diterapkan baik terhadap kondisi dimana bajak subsoil dalam keadaan digetarkan maupun tanpa digetarkan yang kemudian hasilnya dibandingkan antara keduanya.

Gambar 21. Bagan kode perlakuan pada pengujian lapangan A1

V1

V2 V1

V2 F1

F2

U1,U2,U3

U1,U2,U3 U1,U2,U3

U1,U2,U3

A2

V1

V2 V1

V2 F1

F2

U1,U2,U3

U1,U2,U3 U1,U2,U3

U1,U2,U3 X

Y

V1

V2

U1,U2,U3

Keterangan:

X :Chisel digetarkan Y : Chisel tanpa getar

A1-A2 : Amplitudo 1 (7.3 cm) dan Amplitudo 2 (6.4 cm) F1-F2 : Frekuensi 1 (kec. Putar PTO Low, 540 rpm) dan Frekuensi 2 (kec. Putar PTO High, 1000 rpm)

V1-V2 : Kec. Maju 1(gigi transmisi L-1, kec. Putar engine 1800 rpm) Kec. Maju 2 (L-2, kecepatan putar engine 1800 rpm)

IV. PERANCANGAN DAN PEMBUATAN MEKANISME PEREDAM

A. Identifikasi Masalah

Bajak getar sering mengalami kerusakan pada bagian mekanisme penggetar yaitu pada bagian eksentrik. Kerusakan pada bagian ini terjadi karena sering terjadi beban yang berlebihan pada sayap getar di sepatu bajak. Beban yang besar tersebut mengakibatkan PTO traktor memutar paksa bagian eksentrik bajak sehingga pasak penahan (spi) tidak mampu menahan putaran PTO lagi. Akibatnya terjadi gesekan antara poros dan bagian eksentrik sehingga terjadi keausan pada bagian tersebut. Untuk itu perlu dibuat sebuah mekanisme peredam untuk mengatasi kondisi saat terjadi kelebihan beban pada sayap getar bajak.

B. Analisis Rancangan

Analisis perancangan terdiri dari analisis fungsional, yaitu penentuan komponen-komponen yang dibutuhkan dalam pembuatan peredam torsi dan analisis struktural yaitu menentukan bentuk dari masing-masing komponen yang sesuai dengan analisis teknik dari masing-masing komponen.

Gambar 22. Rancangan mekanisme peredam torsi pada bajak getar. Rancangan mekanisme peredam pada bajak getar (Gambar 22) terdiri atas beberapa bagian yaitu : a) piringan peredam; b) pegas; c) piringan pemutar; d) tutup. Dasar perancangan bagian-bagian tersebut disajikan pada Tabel 3.

Tabel 3. Dasar perancangan mekanisme peredam torsi

No Komponen Dasar Rancangan

a Piringan peredam Dibuat sebagai rumah pegas sekaligus sebagai ruang penyalur kelebihan beban. b Pegas Dibuat untuk mengakomodasi kelebihan

beban pada poros.

c Piringan penyalur putaran

Dibuat untuk menyalurkan putaran. Pada piringan ini terdapat jari-jari untuk memutar piringan peredam.

d Tutup Dibuat untuk menjaga agar pegas tidak lepas.

C. Pembuatan Mekanisme Teredam Torsi C.1. Piringan peredam

Piringan peredam merupakan piringan logam berdiameter 200 mm dengan ketebalan 35 mm. Pada piringan ini terdapat empat buah sel berbentuk busur yang masing-masing berjarak 50 mm dari pusat piringan. Sel-sel yang masing-masing memiliki panjang 50 mm tersebut berfungsi sebagai rumah untuk pegas sekaligus ruang yang mengakomodasi kelebihan torsi yang diberikan oleh PTO traktor. Pada tengah piringan terdapat lubang berdiameter 38 mm untuk memasukkan poros. Lubang poros tersebut dilengkapi dengan alur pasak sedalam 4 mm dan degan lebar 10 mm.

C.2. Pegas

Pegas merupakan komponen yang berfungsi untuk menahan kelebihan beban akibat putaran paksa PTO traktor. Pegas yang digunakan merupakan pegas tekan. Pegas ini diletakan dalam sel-sel pada piringan peredam. Pegas ini dibuat untuk mampu menahan beban 27.5 kgf.

Gambar 24. Pegas C.3. Piringan pemutar

Merupakan komponen yang berfungsi untuk menyalurkan putaran PTO traktor ke girboks melalui piringan peredam. Piringan ini merupakan plat logam berdiameter 200 mm dengan ketebalan 10 mm. Pada sisi dalam piringan terdapat empat buah jari yang berbentuk silinder dengan diameter 20 mm dan panjang 30 mm. Jari-jari ini terletak 50 mm dari pusat piringan. Jari-jari ini berfungsi untuk menyalurkan putaran melalui piringan peredam.

Gambar 25. Piringan pemutar C.4. Tutup

Merupakan komponen yang terletak di belakang piringan peredam yang berfungsi untuk menjaga agar pegas tidak keluar. Komponen ini

merupakan piringan yang terbuat dari logam berdiameter 200 mm dan ketebalan 5 mm. Pada bagian pusat piringan terdapat lubang berdiameter 38 mm dengan alur pasak selebar 10 mm dengan kedalaman 4 mm. Pada aplikasinya komponen ini dijadikan satu dengan piringan peredam dengan cara dilas.

Gambar 26. Tutup D. Analisa Teknik Perancangan

D.1. Perancangan piringan peredam

Piringan peredam dirancang agar mampu mengakomodasi torsi sebesar 5498 kgf.mm. Perencanan komponen ini adalah sebagai berikut :

1. Torsi putar (M)

M = 5498 kgf.mm (pada pusat poros) 2. Beban pada 50 mm dari pusat poros (F)

F = 5498 / 50 = 110 kgf

3. Beban yang diakomodasi dari tiap sel

Fs = 110 / 4 = 27.5 kgf

D.2. Perencanaan pegas

Pegas yang akan digunakan untuk peredam adalah pegas tekan. Pegas yang akan digunakan adalah pegas yang biasa digunakan untuk pegas katup pada motor bakar, sehingga perencanaan pegas ini hanya dilakukan dengan mengambil sampel beberapa contoh pegas yang dinilai cocok kemudian dilakukan uji tekan. Dari hasil pengujian tersebut maka dipilih pegas dengan diameter ulir 22 mm, diameter kawat 2 mm jumlah ulir 8 buah dengan satu lilitan mati pada tiap ujung dan jarak antar ulir 5 mm (pegas A). Karena pegas tersebut mampu menahan beban hingga 30 kgf dengan perubahan panjang yang paling kecil.

Tabel 4. Hasil pengujian pegas

Perubahan panjang (cm) Beban (kgf)

A B C D

10 0.15 0.2 0.05 0.15

20 0.4 0.5 0.15 0.45

30 0.65 0.7 0.85 0.65

40 0.9 0.9 1.15 0.85

50 1.15 1.1 1.45 1.15

60 1.13 1.2 1.65 1.4

70 - - 1.85 1.45

80 - - 1.85 1.65

Ket : A : pegas klep Mazda 323; B : pegas klep Suzuki Carry Futura; C : pegas klep Toyota Kijang; D: pegas klep Isuzu Panther.

D.3. Perencanaan piringan pemutar

Piringan ini dirancang untuk menyalurkan daya sebesar 7350 W pada 540 rpm. Perencanan komponen ini adalah sebagai berikut.:

P = 7350 W

n = 540 rpm

ô

a

= 3 kg / mm2

P = T . ù...(7)

T = 4 Ft . r...(8)

=

=

A

Ft

τ

0. 207 kg/mm2 <

ô

_a

Karena tegangan geser yang terjadi (ô) masih lebih kecil dari tegangan geser ijin (ô

_a

) maka dianggap ukuran baud aman dari beban geser.

V. HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Hasil Kalibrasi Load Cell

Hasil kaibrasi load cell merupakan hubungan antara regangan (µå) dengan beban (kgf). Data lengkap mengenai hasil kalibrasi disajikan pada Lampiran 3. Dari hasil kalibrasi tersebut diperoleh persamaan linier dan regresi yang menyatakan hubungan antara kedua parameter tersebut yaitu :

y = 2.0755x – 0.8138

R2 = 0.99999 dimana :

y = beban yang diterima load cell (kgf)

x = regangan pada load cell (µå)

B. Kondisi Tanah

Tanah yang digunakan sebagai lahan pengujian adalah lahan pada Laboraturium Lapangan Departemen Teknik Pertanian Leuwikopo. Hasil pengamatan kondisi lahan meliputi pengukuran kadar air, pengukuran kerapatan isi tanah yang disajikan pada Tabel 4. Kadar air rata-rata untuk kedalaman 0-10 cm, 10-20 cm, 20-30 cm, 30-40 cm berturut-turut adalah 32.24%, 32.28%, 40.40%, 44.73%. Sedangkan kerapatan isi tanah berkisar antara 0.70 - 0.92 gr/cm3 dengan rata-ratanya sebesar 0.81 gr/cm3.

Tabel 5. Hasil pengukuran kadar air dan kerapatan isi tanah pada tiap kedalaman pengukuran

Kedalaman (cm) Kadar air rata-rata (%) Kerapatan isi (g/cm3)

0 – 10 32.24 0.838

10 – 20 32.28 0.756

20 – 30 40.40 0.768

30 – 40 44.73 0.878

Hasil pengukuran tahanan penetrasi tanah pada lahan percobaan yang dilakukan dengan menggunakan penetrometer sampai kedalaman 40 cm disajikan pada Tabel 6. Sedangkan data dan perhitungan tahanan penetrasi disajikan pada Lampiran 8.

Tabel 6. Tahanan penetrasi pada tiap kedalaman pengukuran Kedalaman (cm) Tahanan penetrasi rata-rata

(kPa)

0 – 10 _1863.96

10 – 20 _2020.76

20 – 30 _1961.96

30 – 40 1452.36

Rata-rata 1824.76

Grafik pada Gambar 27 menunjukkan terjadi peningkatan tahanan penetrasi pada lahan percobaan hingga kedalaman 20 cm dari permukaan tanah. Sedangkan pada kedalaman 30 cm dari permukaan tanah mulai terjadi penurunan tahanan penetrasi. Tanah pada kedalaman + 20 cm adalah lapisan yang memiliki kekerasan maksimum, hal ini disebabkan adanya pemadatan tanah akibat lalu lintas traktor dan alat-alat pengolah tanah lain.

0 5 10 15 20 25 30 35 40

0 500 1000 1500 2000 2500

Tahanan Penetrasi Tanah (kPa)

K

e

d

a

la

m

a

n (

c

m

)

Hasil pengukuran sifat kohesi tanah, sudut gesekan dalam, adhesi tanah-baja dan sudut gesekan tanah baja disajikan pada Tabel 7. Data hasil pengukuran pada Tabel 6 menunjukkan bahwa nilai kohesi pada kedalaman 0-20 cm lebih tinggi yaitu sebesar 375.35kPa daripada kohesi tanah pada kedalaman 20-40 cm yang hanya sebesar 343.50 kPa. Pada kedalaman 0-20 cm terlihat pula persentase kadar air yang relatif rendah dan kerapatan isi tanah yang cukup tinggi. Pada kedalaman 0-20 cm terlihat pula bahwa nilai adhesi juga lebih tinggi daripada lapisan tanah dibawahnya yaitu sebesar 237.72 kPa. Hal ini berarti ikatan antara tanah dengan logam cukup kuat. pada rentang kedalaman tersebut ikatan antara logam dengan tanah yang kuat ini akan menyebabkan kelengketan tanah pada permukaan bilah bajak subsoil (shank), seperti yang terlihat pada Gambar 28.

Gambar 28. Kelengketan tanah pada bilah bajak subsoil getar Data hasil perhitungan lengkap kohesi, sudut gesekan dalam, adhesi dan sudut gesekan tanah baja disajikan pada Lampiran 10.

Tabel 7. Kohesi, sudut gesekan dalam, adhesi dan sudut gesekan tanah baja pada tiap kedalaman pengukuran

Kedalaman (cm)

Kohesi rata-rata (kPa)

Sudut gesekan dalam rata-rata

(o)

Adhesi tanah-baja rata-rata

(kPa)

Sudut gesekan tanah-baja rata-rata (o)

0 – 20 _375.35 78.31 237.72 _70.35

20 – 40 343.50 _79.24 177.93 _78.13

60

Slip (%)

Slip rata-rata (%)

Kode

perlakuan

Kedalaman

olah (cm)

Kedalaman

olah rata-rata

(cm)

Kec maju

(m/s)

Kec. maju

rata-rata

(m/s)

_Kiri

_Kanan

_Kiri

_Kanan

Draft (kN)

Draft

rata-rata (kN)

YV1U1

₄₀

_0.47

_10.78

_12.26

_8.77

YV1U2

₃₉

_0.45

_12.35

_12.64

_8.93

YV1U3

₃₉

39.33

0.42

0.45

15.15

12.78

12.76

12.57

9.19

8.97

YV2U1

₃₈

_0.61

_13.25

_13.87

_10.18

YV2U2

₃₉

_0.51

_15.62

_14.91

_10.45

YV2U3

_38.5

38.5

0.62

0.58

13.21

12.88

14.03

13.88

10.15

10.26

L

a

m

pi

ra

n 11

.

D

a

ta h

as

il p

er

h

itung

an p

eng

uj

ia

n t

ah

a

n

an t

ar

ik ba

ja

k s

u

bs

o

il ta

np

a g

et

a

Slip (%)

Slip rata-rata

(%)

Kode

perlakuan

Kedalaman

olah (cm)

Kedalaman

olah rata-rata

(cm)

Kec. getar

(m/s)

Kec. getar

rata-rata

(m/s)

Kec maju

(m/s)

Kec. maju

rata-rata

(m/s)

Rasio

kecepatan

Rasio

kec.

rata-rata

Ki

Ka

Ki

Ka

Draft

(kN)

Draft

rata-rata

(kN)

XA1F1V1U1 38.5 3.53 0.51 6.95 7.83 6.50 6.21

XA1F1V1U2 _{40 3.51 0.44 7.92 12.5 13.3 6.50}

XA1F1V1U3 39.5

39.33 3.37 3.471 0.50 0.483 6.75 7.207

11.1 10.9

10.48 10.26

6.42

6.379

XA1F2V1U1 _{39 5.60 0.52 11.17 4.42 2.91 5.43}

XA1F2V1U2 40.5 4.84 0.47 10.23 9.74 8.96 6.12

XA1F2V1U3 41.5

40.16 5.32 5.254 0.49 0.488 10.83 10.739

7.41 6.17

7.189 6.013

5.74

5.765

XA1F1V2U1 38.5 3.35 0.56 6.03 13.5 11.4 6.60

XA1F1V2U2 38.5 3.50 0.65 5.40 8.50 9.71 6.82

XA1F1V2U3 39

38.67 3.53 3.461 0.61 0.604 5.79 5.738

9.69 10.4

10.56 10.51

6.90

6.774

XA1F2V2U1 39.5 5.06 0.58 8.70 7.79 7.68 6.27

XA1F2V2U2 38.5 5.27 0.63 8.33 4.47 5.32 5.81

XA1F2V2U3 38

38.67 5.39 5.242 0.62 0.611 8.72 8.582

7.27 6.22

6.508 6.406

5.94

6.006

XA2F1V1U1 38.5 3.35 0.49 6.74

11.8 10.9 6.68

XA2F1V1U2 40 3.10 0.50 6.17

9.83 10.3 6.49

XA2F1V1U3 38.5

39 3.16 3.202 0.49 0.498 6.36 6.422

11.1 10.7

10.94 10.68

6.55

6.576

XA2F2V1U1 _{38.5 5.31 0.47 11.38}

9.64 9.71 6.41

XA2F2V1U2 37.5 4.85 0.47 10.27

8.40 8.86 6.35

XA2F2V1U3 39.5

38.50 4.37 4.842 0.50 0.479 8.75 10.132

4.37 2.81

7.47 7.131

6.07

6.276

XA2F1V2U1 39.5 3.24 0.61 5.30

11.8 11.1 6.99

XA2F1V2U2 35.5 3.0 0.59 5.21

10.5 11.4 7.25

XA2F1V2U3 39.5

38.16 3.19 3.174 0.65 0.616 4.94 5.150

11.3 9.57

11.24 10.70

6.60

6.949

XA2F2V2U1 38.5 4.64 0.63 7.31

6.93 7.72 6.66

XA2F2V2U2 38.5

38.33 4.71 4.669 0.61 0.625 7.80 7.471

7.55 10.2

7.09 7.697

6.70 6.658

L

am

pi

ra

n 1

2

. D

a

ta h

as

il p

er

h

itung

an p

eng

uj

ia

n t

ah

a

n

an t

ar

ik ba

ja

k s

u

bs

o

il d

ig

eta

62

Kode Perlakuan

Putaran

PTO

(rpm)

Kecepatan

Getar

(m/det)

Kecepatan

Getar

Rata-Rata

(m/det)

Kecepatan

Maju

(m/det)

Kecepatan

Maju

Rata-Rata

(m/det)

Rasio

Kecepatan

Rasio

Kecepatan

Rata-Rata

XA1F1V1U1

461.67

3.53

0.51

6.95

XA1F1V1U2

459.33

3.51

0.44

7.92

XA1F1V1U3

441.67

3.37

3.471

0.50

0.483

6.75

7.207

XA1F2V1U1

733.33

5.60

0.52

11.17

XA1F2V1U2

633.37

4.84

0.47

10.23

XA1F2V1U3

696.33

5.32

5.254

0.49

0.488

10.83

10.739

XA1F1V2U1

438.12

3.35

0.56

6.03

XA1F1V2U2

458.67

3.50

0.65

5.40

XA1F1V2U3

462.33

3.53

3.461

0.61

0.604

5.79

5.738

XA1F2V2U1

661.67

5.06

0.58

8.70

XA1F2V2U2

690.33

5.27

0.63

8.33

XA1F2V2U3

706.33

5.39

5.242

0.62

0.611

8.72

8.582

XA2F1V1U1

499.33

3.35

0.49

6.74

XA2F1V1U2

463.33

3.10

0.50

6.17

XA2F1V1U3

471.33

3.16

3.202

0.49

0.498

6.36

6.422

XA2F2V1U1

792

5.31

0.47

11.38

XA2F2V1U2

724.33

4.85

0.47

10.27

XA2F2V1U3

652

4.37

4.842

0.50

0.479

8.75

10.132

XA2F1V2U1

483.33

3.24

0.61

5.30

XA2F1V2U2

461.33

3.0

0.59

5.21

XA2F1V2U3

476.67

3.19

3.174

0.65

0.616

4.94

5.150

XA2F2V2U1

692.67

4.64

0.63

7.31

XA2F2V2U2

702.67

4.71

0.61

7.80

XA2F2V2U3

695.67

4.66

4.669

0.64

0.625

7.30

7.471

Lampiran 14. Data teknis pegas peredan torsi

Jenis pegas

Data teknis

A

B

C

D

Diameter luar (mm)

22

23.5

25

30

Diameter kawat (mm)

2

2

2

5

Panjang awal (mm)

42.5

4.5

4.85

4.55

Jumlah lilitan (buah)

8

8

8

7

Keterangan :

A : Pegas klep Mazda 323 Astina

B : Pegas klep Suzuki Carry Futura

C : Pegas klep Toyota Kijang

D : Pegas klep Isuzu Panther

ERROR: undefined

OFFENDING COMMAND: FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF