Desain dan Kinerja Roda Penggerak Metering Device Mesin Penanam Kedelai
DESAIN DAN KINERJA
RODA PENGGERAK METERING DEVICE
MESIN PENANAM KEDELAI
ADHIKA ROZI AHMAD
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 dan Kinerja Roda
Penggerak Metering Device Mesin Penanam Kedelai 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
skipsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Juli 2014
Adhika Rozi Ahmad
NIM F14100119
ABSTRAK
ADHIKA ROZI AHMAD. Desain dan Kinerja Roda Penggerak Metering Device
Mesin Penanam Kedelai. Dibimbing oleh WAWAN HERMAWAN.
Untuk merancang sebuah mesin penanam kedelai dua alur yang ditarik
traktor tangan, diperlukan perancangan dan penentuan jenis roda penggerak untuk
penjatah benihnya. Roda penggerak ini diharapkan mampu memutar dua piringan
penjatah benih, memiliki tingkat luncuran roda yang rendah, dan jumlah tanah
yang lengket sedikit. Untuk itu, telah dirancang roda penggerak yang dilengkapi
poros fleksibel untuk mentransmisikan torsi putar ke kedua piringan penjatah.
Untuk mendapatkan bentuk dan bahan roda yang terbaik, telah dibuat dan diuji
lima jenis roda, yaitu: 1) roda karet bersirip karet, 2) roda baja bersirip karet, 3)
roda baja bersirip baja, 4) roda baja tanpa sirip dan 5) roda karet tanpa sirip.
Diameter roda 25 cm dan lebar roda 10 cm. Roda dipasangkan pada unit penanam
kedelai, lalu diujicoba dalam penanaman di tanah kering (kadar air 31%) dan
tanah basah (kadar air 53%). Kinerja roda yang diukur antara lain: tingkat
luncuran roda dan banyaknya tanah yang lengket pada roda. Hasil pengujian
menunjukkan bahwa roda mampu memutar kedua piringan penjatah benih kedelai.
Roda karet bersirip karet memiliki tingkat luncuran yang paling rendah (21.33%
pada tanah kering, dan 22.32% pada tanah basah). Roda karet tanpa sirip memiliki
keunggulan dimana tanah yang lengket paling sedikit pada tanah basah.
Kata kunci: roda penggerak, penjatah benih, mesin penanam, roda karet, roda baja.
ABSTRACT
ADHIKA ROZI AHMAD. Design and performance of towed wheels for metering
devices of soybean planting machine. Supervised by WAWAN HERMAWAN
In order to support the design of two rows soybean planting machine
powered by a hand tractor, it is needed to design and determine the towed wheel
for the metering device. The towed wheel is expected to be able to rotate two
metering discs, has a low level of wheel sliding, and less soil sticking. For the
purpose, the towed wheel was fitted by flexible shafts for transmitting torque to
rotate the metering discs. To get the best wheel, five different types of wheels
were made and tested, i,e. 1) rubber wheel with rubber lugs, 2) steel wheel with
rubber lugs, 3) steel wheel with steel lugs, 4) steel wheel and 5) rubber wheel.
Wheel diameter was 25 cm and wheel width was 10 cm. The wheels were tested
using the planting machine operated on dry soil (31% of water content) and wet
soil (53% of water content). Wheel performances were measured, using
parameters: level of wheel sliding and soil sticking on wheel. The test result
showed that the wheels could rotate the metering discs of the soybean planting
machine. The rubber wheel with rubber lugs had the lowest level of wheel sliding
(22% on dry soil, and 21% on wet soil). Rubber wheel without lugs had advantage
where the amount of soil sticking was least, on the wet soil.
Key words: towed wheel, seed metering, planting machine, rubber wheel, steel
wheel.
DESAIN DAN KINERJA
RODA PENGGERAK METERING DEVICE
MESIN PENANAM KEDELAI
ADHIKA ROZI AHMAD
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 dan Kinerja Roda Penggerak Metering Device Mesin
Penanam Kedelai
Nama
: Adhika Rozi Ahmad
NIM
: F14100119
Disetujui oleh
Dr Ir Wawan Hermawan, MS
Pembimbing
Diketahui oleh
Dr Ir Desrial, MEng
Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga skripsi ini berhasil diselesaikan. Penelitian berjudul
“Desain dan Kinerja Roda Penggerak Metering Device Mesin Penanam Kedelai”
ini telah dilaksanakan sejak bulan Februari 2014 dan selesai pada bulan Juni 2014.
Terima kasih penulis ucapkan yang sebesar-besarnya kepada Bapak Dr. Ir.
Wawan Hermawan, MS. selaku dosen pembimbing yang telah memberikan
dukungan, arahan, dan bimbingan selama penelitian dan pembuatan skripsi. Rasa
terima kasih penulis sampaikan kepada para dosen penguji yang juga memberikan
saran-saran manfaat untuk sempurnanya tulisan ini, yaitu Dr. Lenny Saulia S.Tp
M.Si dan Dr. Ir. Mohamad Solahudin M.Si. Ungkapan terima kasih juga
disampaikan kepada orang tua, serta seluruh keluarga penulis atas segala doa dan
kasih sayangnya. Selain itu, penulis sampaikan terima kasih kepada Ciptaningtyas
Dyah Ayu I, Elgy Mohammad R, Yahya Al Mahdi, Fika Rahimah, Candra Viki
A, Oldga Agusta D, Deny Saputro, Febri A. Sigiro, Husen, dan semua rekanrekan Teknik Mesin dan Biosistem (TMB 47) yang namanya tidak bisa
disebutkan satu-satu. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Juli 2014
Adhika Rozi Ahmad
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
ABSTRACT
ii
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Tujuan Penelitian
1
TINJAUAN PUSTAKA
2
Budi daya Kedelai
2
Mesin Penanam Benih
3
Penjatah Benih (Metering device)
6
Roda Penggerak pada Mesin Tanam dan Interaksinya dengan Tanah
6
Flexible Shaft
8
Pengolahan Tanah
9
Sifat Fisik dan Mekanik Tanah
9
Ketenggelaman Roda (Sinkage)
10
METODOLOGI
11
Waktu dan Tempat Pelaksanaan
11
Alat dan Bahan
11
Tahapan Penelitian
12
Pengukuran Kondisi Tanah
14
Metode Pengujian Kinerja
20
ANALISIS RANCANGAN
21
Kriteria Perancangan
21
Rancangan Fungsional
21
Analisis Rancangan Struktural
22
HASIL DAN PEMBAHASAN
26
Konstruksi Prototipe Roda Penggerak
26
Kinerja Prototipe Roda Penggerak
29
DAFTAR ISI (Lanjutan..)
SIMPULAN DAN SARAN
33
Simpulan
33
Saran
33
DAFTAR PUSTAKA
33
LAMPIRAN
36
RIWAYAT HIDUP
49
DAFTAR TABEL
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Jarak dan populasi kedelai per hektar (Sumarno dan Harnoto 1983)
Nilai kohesi dan sudut gesek dalam tanah untuk roda bersirip
Nilai adhesi dan sudut gesek dalam tanah untuk roda polos
Hasil perhitungan torsi
Rancangan fungsional
Perbandingan nc dan dr
Luncuran pada masing-masing roda penggerak
Jumlah tanah lengket pada roda
Keamblasan tanah
3
15
15
19
22
24
30
30
32
DAFTAR GAMBAR
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
Mesin tanam sebar dan hasil penempatannya (Srivastava et al. 1996)
Mesin tanam acak dan hasil penempatannya (Srivastava et al. 1996)
Proses penempatan benih (Srivastava et al. 1996)
Bagian-bagian mesin penanam (Hermawan 2011)
Mesin tanam presisi (Pneumatic Planter) dan hasil penanamannya
(Agromaster 2014)
Konsep penjatah benih piringan bercelah miring (Srivastava et al.
1996)
Roda penggerak metering device pada mesin penanam dan pemupuk
jagung (Hermawan 2011)
Roda bantu pada alat penanam benih butiran (Srivastava et al. 1996)
a) free-body diagram dari roda yang ditarik, b) free-body dari diagram
roda yang digerakkan oleh mesin ( Liljedahl et al. 1989 )
Konstruksi flexible shaft
Traktor tangan Yanmar tipe YZC-L dan mesin penanam kedelai
Diagram alir tahapan penelitian
Kurva hubungan tekanan normal ( ) dan tahanan geser ( ) tanah
Benih kedelai yang berada di atas piringan penjatah
Benih kedelai yang berada pada celah benih di piringan penjatah
Roda sirip pada saat beroperasi
Cara pengukuran keamblasan tanah yang dilintasi roda penggerak
Pengukuran jarak vertikal dudukan rangka utama ke permukaan tanah
Rancangan rangka utama roda
Mekanisme perputaran metering device
Mekanisme perputaran metering device
Simulasi perhitungan sudut minimal sirip roda penggerak
Posisi penempatan sirip roda
Mekanisme penguncian flexible shaft
Rancangan roda penggerak piringan penjatah
Rancangan (kiri) dan prototipe (kanan) rangka utama
Rancangan (kiri) dan prototipe (kanan) lengan ayun
Rancangan (kiri) dan prototipe (kanan) roda
Rancangan (kiri) dan prototipe (kanan) roda baja tanpa sirip
Rancangan (kiri) dan prototipe (kanan) roda karet tanpa sirip
4
4
5
5
6
6
7
7
8
9
12
13
15
16
16
19
21
22
23
23
24
25
25
26
26
27
27
27
28
28
31.
32.
33.
34.
35.
36.
37.
Rancangan (kiri) dan prototipe (kanan) roda karet bersirip karet
Rancangan (kiri) dan prototipe (kanan) roda baja bersirip karet
Rancangan (kiri) dan prototipe (kanan) roda baja bersirip baja
Rancangan (kiri) dan prototipe (kanan) dudukan pegas
Tanah yang melekat pada roda
Pegas A (kiri), pegas B (kanan)
Rata-rata pengukuran jarak tanam
28
29
29
29
31
31
32
DAFTAR LAMPIRAN
Spesifikasi traktor roda-2 yang digunakan
Karakteristik flexible shaft
Hasil Pengkuran Jarak Tanam Lima Jenis Roda Penggerak
Data Pengujian Luncuran Roda Penggerak pada Lahan Basah (Pegas B)
Data Pengujian Luncuran Roda Penggerak pada Lahan Kering (Pegas
B)
6. Data Pengujian Luncuran Roda Penggerak pada Lahan Basah (Pegas A)
7. Jumlah Tanah Melekat pada Roda
8. Hasil Pengukuran Kondisi Tanah pada Tanah Kering
9. Pengukuran Kondisi Tanah pada Tanah Basah
10. Gambar Kerja Roda Penggerak
11. Gambar Teknik
1.
2.
3.
4.
5.
35
36
36
37
37
38
38
39
41
42
42
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Kedelai merupakan tanaman pangan yang penting, mengingat berbagai
macam makanan yang berbahan baku kedelai seperti tempe, tahu, dan kecap
merupakan makanan asli Indonesia dan menjadi komoditi ekspor. Kebutuhan
kedelai di Indonesia setiap tahun selalu meningkat seiring dengan pertambahan
penduduk dan perbaikan pendapatan perkapita. Oleh karena itu, diperlukan suplai
kedelai tambahan yang harus diimpor karena produksi dalam negeri belum dapat
mencukupi kebutuhan tersebut. Lahan budidaya kedelai pun diperluas dan
produktivitasnya ditingkatkan.
Kegiatan penanaman dan pemupukan pada budidaya pertanian di Indonessia
khususnya budidaya tanaman kedelai masih dilaksanakan secara manual.
Penanaman dan pemupukan kedelai dilakukan dengan cara ditugal atau disebar.
Penanaman dan pemupukan kedelai secara manual membutuhkan tenaga kerja
yang banyak dan waktu yang lama.
Dalam rangka peningkatan kapasitas, kualitas kerja dan efesiensi biaya dari
alat dan mesin untuk mendukung budidaya kedelai, saat ini telah banyak
dikembangkan peralatan yang inovatif dan spesifik lokasi khususnya kondisi
usaha tani di Indonesia, karena ternyata penggunaan tenaga traktor tangan,
implement pengolahan tanah, alat tanam dan pemupuk terbukti mampu
meningkatkan kapasitas kerja lima hingga enam kali lipat dibandingkan dengan
cara manual (Virawan 1989; Sembiring, et al. 2000; Pitoyo, et al. 2006). Walau
demikian, masih banyak hal yang perlu ditingkatkan dan diperbaiki pada alat
penanam dan pemupuk, di antaranya: ketepatan penjatahan benih, pengurangan
tingkat kerusakan benih oleh mekanisme penjatah benih, luncuran pada roda
penggerak, dan sistem penggandengan traktor tangan untuk mempermudah saat
pembelokan dan berbalik arah.
Mesin pengolah tanah, penanam, dan pemupuk terintegerasi dengan tenaga
gerak traktor berroda-2 telah berhasil didesain dan diuji coba (Hermawan 2011).
Mesin ini digerakkan oleh traktor berroda-2 dan mampu melakukan proses
pengolahan tanah, pembentukan guludan tanam, penanam benih jagung dan
pemupukan (Urea, TSP, dan KCl). Berdasarkan hasil pengujian tingkat luncuran
roda penggerak metering device didapatkan sebesar 22.97% (Eriska 2012).
Sehubungan dengan permasalahan di atas, maka perlu dirancang mesin tanam dan
pemupuk kedelai dengan merujuk kepada masalah-masalah yang sudah ada
dengan harapan waktu penanaman dan pemupukan dapat dipersingkat, ketepatan
dan keseragaman jarak tanam, dan jumlah benih yang tepat, sehingga pada
akhirnya produksi kedelai dapat ditingkatkan, minimal untuk memenuhi
kebutuhan dalam negeri yang semakin meningkat.
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah merancang, membangun dan menguji unit
roda penggerak metering device mesin penanam kedelai dengan tenaga
penggerak traktor roda dua.
2
TINJAUAN PUSTAKA
Budi daya Kedelai
Kedelai (Glycine max (L.) Merr.) termasuk famili Leuminosae, sub famili
Papilionoidwae dan genus Glycine, merupakan tanaman semusim yang berupa
semak rendah, berdaun lebat, dengan beragam morfologi. Tanaman kedelai
mempunyai sistem perakaran tunggang. Kedelai dapat tumbuh baik pada berbagai
jenis tanah dengan syarat drainase cukup baik serta ketersediaan air cukup selama
pertumbuhan tanaman. Lahan sawah beririgasi, lahan sawah tadah hujan, lahan
kering (tegalan) dapat digunakan untuk budi daya kedelai (Hidayat 1985).
Tanaman kedelai biasanya ditanam pada tanah kering (tegalan) atau
persawahan. Pengolahan tanah bagi pertanaman kedelai di lahan kering sebaiknya
dilakukan pada akhir musim kemarau, sedangkan pada lahan sawah, umumnya
dilakukan pada musim kemarau.
Menurut Adisarwanto (1999) persiapan lahan penanaman kedelai di areal
persawahan dapat dilakukan secara sederhana. Mula-mula jerami padi yang tersisa
dibersihkan, kemudian dikumpulkan, dan dibiarkan mengering. Selanjutnya,
dibuat petak-petak penanaman dengan lebar 3-10 m, yang panjangnya disesuaikan
dengan kondisi lahan. Di antaranya petak penanaman dibuat saluran drainase
selebar 25-30 cm, dengan kedalaman 30 cm. Setelah didiamkan selama 7-10 hari,
tanah siap ditanami.
Jika areal penanaman kedelai yang digunakan berupa lahan kering atau
tegalan, sebaiknya dilakukan pengolahan tanah terlebih dahulu. Tanah dicangkul
atau dibajak sedalam 15–20 cm. Di sekeliling lahan dibuat parit selebar 40 cm
dengan kedalaman 30 cm. Selanjutnya, dibuat petakan-petakan dengan panjang
antara 10–15 cm, lebar antara 3–10 cm, dan tinggi 20–30 cm. Antara petakan
yang satu dengan yang lain (kanan dan kiri) dibuat parit selebar dan sedalam 25
cm. Antara petakan satu dengan petakan di belakangnya dibuat parit selebar 30
cm dengan kedalaman 25 cm. Selanjutnya, lahan siap ditanami benih.
Apabila lahan yang digunakan termasuk tanah asam (memiliki pH F1
Flexible Shaft
Flexlible shaft merupakan sebuah poros lentur yang mentransmisikan
gerakan berputar seperti transmisi poros baja pejal. Tetapi flexible shaft dapat
diatur melewati atas bawah maupun mengelilingi penghalang sehingga
mempermudah dalam instalasinya. Flexible shaft terdiri dari poros berputar (inti)
dengan bagian akhir baja untuk digabungkan pada bagian lain. Casing luar
pelindung digunakan bila diperlukan. Casing ini memiliki perlengkapan sendiri
disebut ferrules yang akan tetap diam saat digunakan. Susunan flexible shaft dapat
dilihat pada Gambar 10.
9
Gambar 10 Konstruksi flexible shaft
Pengolahan Tanah
Setiap kegiatan budidaya pertanian di lahan pasti membutuhkan
pengkondisian lahan terlebih dahulu, karena tanaman salah satunya akan tumbuh
dengan baik pada kondisi fisik tanah yang kondusif bagi pertumbuhan tanaman.
Secara umum tanaman membutuhkan kondisi lahan yang siap untuk ditanam, di
antaranya memiliki tingkat kegemburan tanah yang cukup untuk pertumbuhan
akarnya dan kandungan hara tanah yang cukup untuk pertumbuhan tanaman.
Menurut Oisat (2001) dalam budi daya tanaman, pengolahan tanah diperlukan
untuk menciptakan lingkungan fisik tanah yang kondusif bagi pertumbuhan
tanaman.
Pengolahan tanah dapat dibagi menjadi pengolahan tanah pertama dan
pengolahan tanah kedua (Daywin et al. 1993). Alat pengolahan tanah pertama
adalah alat yang pertama sekali digunakan, yaitu untuk memotong, memecah dan
membalik tanah. Pengolahan tanah kedua dilakukan setelah pembajakan.
Pengolahan tanah kedua membuat tanah menjadi gembur dan rata, tata air
diperbaiki, sisa-sisa tanaman dan tumbuhan pengganggu dihancurkan dan
dicampur dengan lapisan tanah atas, kadang-kadang diberikan kepadatan tertentu
pada permukaan tanah, dan mungkin juga dibuat guludan atau alur penanaman.
Sifat Fisik dan Mekanik Tanah
Menurut Hardjowigeno (1995), tanah adalah sekumpulan dari benda alam di
permukaan bumi yang tersusun dalam horizon-horizon, terdiri dari campuran
bahan mineral, bahan organik, dan merupakan media untuk tumbuhnya tanaman.
Bahan-bahan penyusun tanah memiliki jumlah yang berbeda untuk setiap jenis
tanah setiap lapisan tanah.
Tekstur Tanah
Hardjowigeno (1995) menyatakan bahwa tanah terdiri dari butir-butir tanah
berbagai ukuran. Bagian tanah yang berukuran lebih dari 2 mm sampai lebih kecil
dari pedon disebut fragmen batuan (rock fragment) atau bahan kasar (kerikil
sampai batu). Bahan-bahan tanah yang lebih halus (< 2mm) disebut fraksi tanah
halus (fine earth fraction). Fraksi tanah halus ini dapat dibedakan menjadi: pasir
(2mm-50µ), debu (50-2µ), dan liat (< 2µ).
Tekstur tanah menunjukkan kasar halusnya tanah dari fraksi tanah halus
(
RODA PENGGERAK METERING DEVICE
MESIN PENANAM KEDELAI
ADHIKA ROZI AHMAD
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 dan Kinerja Roda
Penggerak Metering Device Mesin Penanam Kedelai 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
skipsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Juli 2014
Adhika Rozi Ahmad
NIM F14100119
ABSTRAK
ADHIKA ROZI AHMAD. Desain dan Kinerja Roda Penggerak Metering Device
Mesin Penanam Kedelai. Dibimbing oleh WAWAN HERMAWAN.
Untuk merancang sebuah mesin penanam kedelai dua alur yang ditarik
traktor tangan, diperlukan perancangan dan penentuan jenis roda penggerak untuk
penjatah benihnya. Roda penggerak ini diharapkan mampu memutar dua piringan
penjatah benih, memiliki tingkat luncuran roda yang rendah, dan jumlah tanah
yang lengket sedikit. Untuk itu, telah dirancang roda penggerak yang dilengkapi
poros fleksibel untuk mentransmisikan torsi putar ke kedua piringan penjatah.
Untuk mendapatkan bentuk dan bahan roda yang terbaik, telah dibuat dan diuji
lima jenis roda, yaitu: 1) roda karet bersirip karet, 2) roda baja bersirip karet, 3)
roda baja bersirip baja, 4) roda baja tanpa sirip dan 5) roda karet tanpa sirip.
Diameter roda 25 cm dan lebar roda 10 cm. Roda dipasangkan pada unit penanam
kedelai, lalu diujicoba dalam penanaman di tanah kering (kadar air 31%) dan
tanah basah (kadar air 53%). Kinerja roda yang diukur antara lain: tingkat
luncuran roda dan banyaknya tanah yang lengket pada roda. Hasil pengujian
menunjukkan bahwa roda mampu memutar kedua piringan penjatah benih kedelai.
Roda karet bersirip karet memiliki tingkat luncuran yang paling rendah (21.33%
pada tanah kering, dan 22.32% pada tanah basah). Roda karet tanpa sirip memiliki
keunggulan dimana tanah yang lengket paling sedikit pada tanah basah.
Kata kunci: roda penggerak, penjatah benih, mesin penanam, roda karet, roda baja.
ABSTRACT
ADHIKA ROZI AHMAD. Design and performance of towed wheels for metering
devices of soybean planting machine. Supervised by WAWAN HERMAWAN
In order to support the design of two rows soybean planting machine
powered by a hand tractor, it is needed to design and determine the towed wheel
for the metering device. The towed wheel is expected to be able to rotate two
metering discs, has a low level of wheel sliding, and less soil sticking. For the
purpose, the towed wheel was fitted by flexible shafts for transmitting torque to
rotate the metering discs. To get the best wheel, five different types of wheels
were made and tested, i,e. 1) rubber wheel with rubber lugs, 2) steel wheel with
rubber lugs, 3) steel wheel with steel lugs, 4) steel wheel and 5) rubber wheel.
Wheel diameter was 25 cm and wheel width was 10 cm. The wheels were tested
using the planting machine operated on dry soil (31% of water content) and wet
soil (53% of water content). Wheel performances were measured, using
parameters: level of wheel sliding and soil sticking on wheel. The test result
showed that the wheels could rotate the metering discs of the soybean planting
machine. The rubber wheel with rubber lugs had the lowest level of wheel sliding
(22% on dry soil, and 21% on wet soil). Rubber wheel without lugs had advantage
where the amount of soil sticking was least, on the wet soil.
Key words: towed wheel, seed metering, planting machine, rubber wheel, steel
wheel.
DESAIN DAN KINERJA
RODA PENGGERAK METERING DEVICE
MESIN PENANAM KEDELAI
ADHIKA ROZI AHMAD
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 dan Kinerja Roda Penggerak Metering Device Mesin
Penanam Kedelai
Nama
: Adhika Rozi Ahmad
NIM
: F14100119
Disetujui oleh
Dr Ir Wawan Hermawan, MS
Pembimbing
Diketahui oleh
Dr Ir Desrial, MEng
Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga skripsi ini berhasil diselesaikan. Penelitian berjudul
“Desain dan Kinerja Roda Penggerak Metering Device Mesin Penanam Kedelai”
ini telah dilaksanakan sejak bulan Februari 2014 dan selesai pada bulan Juni 2014.
Terima kasih penulis ucapkan yang sebesar-besarnya kepada Bapak Dr. Ir.
Wawan Hermawan, MS. selaku dosen pembimbing yang telah memberikan
dukungan, arahan, dan bimbingan selama penelitian dan pembuatan skripsi. Rasa
terima kasih penulis sampaikan kepada para dosen penguji yang juga memberikan
saran-saran manfaat untuk sempurnanya tulisan ini, yaitu Dr. Lenny Saulia S.Tp
M.Si dan Dr. Ir. Mohamad Solahudin M.Si. Ungkapan terima kasih juga
disampaikan kepada orang tua, serta seluruh keluarga penulis atas segala doa dan
kasih sayangnya. Selain itu, penulis sampaikan terima kasih kepada Ciptaningtyas
Dyah Ayu I, Elgy Mohammad R, Yahya Al Mahdi, Fika Rahimah, Candra Viki
A, Oldga Agusta D, Deny Saputro, Febri A. Sigiro, Husen, dan semua rekanrekan Teknik Mesin dan Biosistem (TMB 47) yang namanya tidak bisa
disebutkan satu-satu. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Juli 2014
Adhika Rozi Ahmad
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
ABSTRACT
ii
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Tujuan Penelitian
1
TINJAUAN PUSTAKA
2
Budi daya Kedelai
2
Mesin Penanam Benih
3
Penjatah Benih (Metering device)
6
Roda Penggerak pada Mesin Tanam dan Interaksinya dengan Tanah
6
Flexible Shaft
8
Pengolahan Tanah
9
Sifat Fisik dan Mekanik Tanah
9
Ketenggelaman Roda (Sinkage)
10
METODOLOGI
11
Waktu dan Tempat Pelaksanaan
11
Alat dan Bahan
11
Tahapan Penelitian
12
Pengukuran Kondisi Tanah
14
Metode Pengujian Kinerja
20
ANALISIS RANCANGAN
21
Kriteria Perancangan
21
Rancangan Fungsional
21
Analisis Rancangan Struktural
22
HASIL DAN PEMBAHASAN
26
Konstruksi Prototipe Roda Penggerak
26
Kinerja Prototipe Roda Penggerak
29
DAFTAR ISI (Lanjutan..)
SIMPULAN DAN SARAN
33
Simpulan
33
Saran
33
DAFTAR PUSTAKA
33
LAMPIRAN
36
RIWAYAT HIDUP
49
DAFTAR TABEL
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Jarak dan populasi kedelai per hektar (Sumarno dan Harnoto 1983)
Nilai kohesi dan sudut gesek dalam tanah untuk roda bersirip
Nilai adhesi dan sudut gesek dalam tanah untuk roda polos
Hasil perhitungan torsi
Rancangan fungsional
Perbandingan nc dan dr
Luncuran pada masing-masing roda penggerak
Jumlah tanah lengket pada roda
Keamblasan tanah
3
15
15
19
22
24
30
30
32
DAFTAR GAMBAR
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
Mesin tanam sebar dan hasil penempatannya (Srivastava et al. 1996)
Mesin tanam acak dan hasil penempatannya (Srivastava et al. 1996)
Proses penempatan benih (Srivastava et al. 1996)
Bagian-bagian mesin penanam (Hermawan 2011)
Mesin tanam presisi (Pneumatic Planter) dan hasil penanamannya
(Agromaster 2014)
Konsep penjatah benih piringan bercelah miring (Srivastava et al.
1996)
Roda penggerak metering device pada mesin penanam dan pemupuk
jagung (Hermawan 2011)
Roda bantu pada alat penanam benih butiran (Srivastava et al. 1996)
a) free-body diagram dari roda yang ditarik, b) free-body dari diagram
roda yang digerakkan oleh mesin ( Liljedahl et al. 1989 )
Konstruksi flexible shaft
Traktor tangan Yanmar tipe YZC-L dan mesin penanam kedelai
Diagram alir tahapan penelitian
Kurva hubungan tekanan normal ( ) dan tahanan geser ( ) tanah
Benih kedelai yang berada di atas piringan penjatah
Benih kedelai yang berada pada celah benih di piringan penjatah
Roda sirip pada saat beroperasi
Cara pengukuran keamblasan tanah yang dilintasi roda penggerak
Pengukuran jarak vertikal dudukan rangka utama ke permukaan tanah
Rancangan rangka utama roda
Mekanisme perputaran metering device
Mekanisme perputaran metering device
Simulasi perhitungan sudut minimal sirip roda penggerak
Posisi penempatan sirip roda
Mekanisme penguncian flexible shaft
Rancangan roda penggerak piringan penjatah
Rancangan (kiri) dan prototipe (kanan) rangka utama
Rancangan (kiri) dan prototipe (kanan) lengan ayun
Rancangan (kiri) dan prototipe (kanan) roda
Rancangan (kiri) dan prototipe (kanan) roda baja tanpa sirip
Rancangan (kiri) dan prototipe (kanan) roda karet tanpa sirip
4
4
5
5
6
6
7
7
8
9
12
13
15
16
16
19
21
22
23
23
24
25
25
26
26
27
27
27
28
28
31.
32.
33.
34.
35.
36.
37.
Rancangan (kiri) dan prototipe (kanan) roda karet bersirip karet
Rancangan (kiri) dan prototipe (kanan) roda baja bersirip karet
Rancangan (kiri) dan prototipe (kanan) roda baja bersirip baja
Rancangan (kiri) dan prototipe (kanan) dudukan pegas
Tanah yang melekat pada roda
Pegas A (kiri), pegas B (kanan)
Rata-rata pengukuran jarak tanam
28
29
29
29
31
31
32
DAFTAR LAMPIRAN
Spesifikasi traktor roda-2 yang digunakan
Karakteristik flexible shaft
Hasil Pengkuran Jarak Tanam Lima Jenis Roda Penggerak
Data Pengujian Luncuran Roda Penggerak pada Lahan Basah (Pegas B)
Data Pengujian Luncuran Roda Penggerak pada Lahan Kering (Pegas
B)
6. Data Pengujian Luncuran Roda Penggerak pada Lahan Basah (Pegas A)
7. Jumlah Tanah Melekat pada Roda
8. Hasil Pengukuran Kondisi Tanah pada Tanah Kering
9. Pengukuran Kondisi Tanah pada Tanah Basah
10. Gambar Kerja Roda Penggerak
11. Gambar Teknik
1.
2.
3.
4.
5.
35
36
36
37
37
38
38
39
41
42
42
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Kedelai merupakan tanaman pangan yang penting, mengingat berbagai
macam makanan yang berbahan baku kedelai seperti tempe, tahu, dan kecap
merupakan makanan asli Indonesia dan menjadi komoditi ekspor. Kebutuhan
kedelai di Indonesia setiap tahun selalu meningkat seiring dengan pertambahan
penduduk dan perbaikan pendapatan perkapita. Oleh karena itu, diperlukan suplai
kedelai tambahan yang harus diimpor karena produksi dalam negeri belum dapat
mencukupi kebutuhan tersebut. Lahan budidaya kedelai pun diperluas dan
produktivitasnya ditingkatkan.
Kegiatan penanaman dan pemupukan pada budidaya pertanian di Indonessia
khususnya budidaya tanaman kedelai masih dilaksanakan secara manual.
Penanaman dan pemupukan kedelai dilakukan dengan cara ditugal atau disebar.
Penanaman dan pemupukan kedelai secara manual membutuhkan tenaga kerja
yang banyak dan waktu yang lama.
Dalam rangka peningkatan kapasitas, kualitas kerja dan efesiensi biaya dari
alat dan mesin untuk mendukung budidaya kedelai, saat ini telah banyak
dikembangkan peralatan yang inovatif dan spesifik lokasi khususnya kondisi
usaha tani di Indonesia, karena ternyata penggunaan tenaga traktor tangan,
implement pengolahan tanah, alat tanam dan pemupuk terbukti mampu
meningkatkan kapasitas kerja lima hingga enam kali lipat dibandingkan dengan
cara manual (Virawan 1989; Sembiring, et al. 2000; Pitoyo, et al. 2006). Walau
demikian, masih banyak hal yang perlu ditingkatkan dan diperbaiki pada alat
penanam dan pemupuk, di antaranya: ketepatan penjatahan benih, pengurangan
tingkat kerusakan benih oleh mekanisme penjatah benih, luncuran pada roda
penggerak, dan sistem penggandengan traktor tangan untuk mempermudah saat
pembelokan dan berbalik arah.
Mesin pengolah tanah, penanam, dan pemupuk terintegerasi dengan tenaga
gerak traktor berroda-2 telah berhasil didesain dan diuji coba (Hermawan 2011).
Mesin ini digerakkan oleh traktor berroda-2 dan mampu melakukan proses
pengolahan tanah, pembentukan guludan tanam, penanam benih jagung dan
pemupukan (Urea, TSP, dan KCl). Berdasarkan hasil pengujian tingkat luncuran
roda penggerak metering device didapatkan sebesar 22.97% (Eriska 2012).
Sehubungan dengan permasalahan di atas, maka perlu dirancang mesin tanam dan
pemupuk kedelai dengan merujuk kepada masalah-masalah yang sudah ada
dengan harapan waktu penanaman dan pemupukan dapat dipersingkat, ketepatan
dan keseragaman jarak tanam, dan jumlah benih yang tepat, sehingga pada
akhirnya produksi kedelai dapat ditingkatkan, minimal untuk memenuhi
kebutuhan dalam negeri yang semakin meningkat.
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah merancang, membangun dan menguji unit
roda penggerak metering device mesin penanam kedelai dengan tenaga
penggerak traktor roda dua.
2
TINJAUAN PUSTAKA
Budi daya Kedelai
Kedelai (Glycine max (L.) Merr.) termasuk famili Leuminosae, sub famili
Papilionoidwae dan genus Glycine, merupakan tanaman semusim yang berupa
semak rendah, berdaun lebat, dengan beragam morfologi. Tanaman kedelai
mempunyai sistem perakaran tunggang. Kedelai dapat tumbuh baik pada berbagai
jenis tanah dengan syarat drainase cukup baik serta ketersediaan air cukup selama
pertumbuhan tanaman. Lahan sawah beririgasi, lahan sawah tadah hujan, lahan
kering (tegalan) dapat digunakan untuk budi daya kedelai (Hidayat 1985).
Tanaman kedelai biasanya ditanam pada tanah kering (tegalan) atau
persawahan. Pengolahan tanah bagi pertanaman kedelai di lahan kering sebaiknya
dilakukan pada akhir musim kemarau, sedangkan pada lahan sawah, umumnya
dilakukan pada musim kemarau.
Menurut Adisarwanto (1999) persiapan lahan penanaman kedelai di areal
persawahan dapat dilakukan secara sederhana. Mula-mula jerami padi yang tersisa
dibersihkan, kemudian dikumpulkan, dan dibiarkan mengering. Selanjutnya,
dibuat petak-petak penanaman dengan lebar 3-10 m, yang panjangnya disesuaikan
dengan kondisi lahan. Di antaranya petak penanaman dibuat saluran drainase
selebar 25-30 cm, dengan kedalaman 30 cm. Setelah didiamkan selama 7-10 hari,
tanah siap ditanami.
Jika areal penanaman kedelai yang digunakan berupa lahan kering atau
tegalan, sebaiknya dilakukan pengolahan tanah terlebih dahulu. Tanah dicangkul
atau dibajak sedalam 15–20 cm. Di sekeliling lahan dibuat parit selebar 40 cm
dengan kedalaman 30 cm. Selanjutnya, dibuat petakan-petakan dengan panjang
antara 10–15 cm, lebar antara 3–10 cm, dan tinggi 20–30 cm. Antara petakan
yang satu dengan yang lain (kanan dan kiri) dibuat parit selebar dan sedalam 25
cm. Antara petakan satu dengan petakan di belakangnya dibuat parit selebar 30
cm dengan kedalaman 25 cm. Selanjutnya, lahan siap ditanami benih.
Apabila lahan yang digunakan termasuk tanah asam (memiliki pH F1
Flexible Shaft
Flexlible shaft merupakan sebuah poros lentur yang mentransmisikan
gerakan berputar seperti transmisi poros baja pejal. Tetapi flexible shaft dapat
diatur melewati atas bawah maupun mengelilingi penghalang sehingga
mempermudah dalam instalasinya. Flexible shaft terdiri dari poros berputar (inti)
dengan bagian akhir baja untuk digabungkan pada bagian lain. Casing luar
pelindung digunakan bila diperlukan. Casing ini memiliki perlengkapan sendiri
disebut ferrules yang akan tetap diam saat digunakan. Susunan flexible shaft dapat
dilihat pada Gambar 10.
9
Gambar 10 Konstruksi flexible shaft
Pengolahan Tanah
Setiap kegiatan budidaya pertanian di lahan pasti membutuhkan
pengkondisian lahan terlebih dahulu, karena tanaman salah satunya akan tumbuh
dengan baik pada kondisi fisik tanah yang kondusif bagi pertumbuhan tanaman.
Secara umum tanaman membutuhkan kondisi lahan yang siap untuk ditanam, di
antaranya memiliki tingkat kegemburan tanah yang cukup untuk pertumbuhan
akarnya dan kandungan hara tanah yang cukup untuk pertumbuhan tanaman.
Menurut Oisat (2001) dalam budi daya tanaman, pengolahan tanah diperlukan
untuk menciptakan lingkungan fisik tanah yang kondusif bagi pertumbuhan
tanaman.
Pengolahan tanah dapat dibagi menjadi pengolahan tanah pertama dan
pengolahan tanah kedua (Daywin et al. 1993). Alat pengolahan tanah pertama
adalah alat yang pertama sekali digunakan, yaitu untuk memotong, memecah dan
membalik tanah. Pengolahan tanah kedua dilakukan setelah pembajakan.
Pengolahan tanah kedua membuat tanah menjadi gembur dan rata, tata air
diperbaiki, sisa-sisa tanaman dan tumbuhan pengganggu dihancurkan dan
dicampur dengan lapisan tanah atas, kadang-kadang diberikan kepadatan tertentu
pada permukaan tanah, dan mungkin juga dibuat guludan atau alur penanaman.
Sifat Fisik dan Mekanik Tanah
Menurut Hardjowigeno (1995), tanah adalah sekumpulan dari benda alam di
permukaan bumi yang tersusun dalam horizon-horizon, terdiri dari campuran
bahan mineral, bahan organik, dan merupakan media untuk tumbuhnya tanaman.
Bahan-bahan penyusun tanah memiliki jumlah yang berbeda untuk setiap jenis
tanah setiap lapisan tanah.
Tekstur Tanah
Hardjowigeno (1995) menyatakan bahwa tanah terdiri dari butir-butir tanah
berbagai ukuran. Bagian tanah yang berukuran lebih dari 2 mm sampai lebih kecil
dari pedon disebut fragmen batuan (rock fragment) atau bahan kasar (kerikil
sampai batu). Bahan-bahan tanah yang lebih halus (< 2mm) disebut fraksi tanah
halus (fine earth fraction). Fraksi tanah halus ini dapat dibedakan menjadi: pasir
(2mm-50µ), debu (50-2µ), dan liat (< 2µ).
Tekstur tanah menunjukkan kasar halusnya tanah dari fraksi tanah halus
(