Rancangan Konseptual Mesin Penggerak Aplikator Pupuk Butiran dengan Mekanisme Pengangkat Pelepah Daun

RANCANGAN KONSEPTUAL MESIN PENGGERAK
APLIKATOR PUPUK BUTIRAN DENGAN MEKANISME
PENGANGKAT PELEPAH DAUN

DWI BUDI ASWIN

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Rancangan Konseptual
Mesin Penggerak Aplikator Pupuk Butiran dengan Mekanisme Pengangkat Pelepah
Daun adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum
diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.

Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Januari 2015
Dwi Budi Aswin
NIM F14100032

ABSTRAK
DWI BUDI ASWIN. Rancangan Konseptual Mesin Penggerak Aplikator Pupuk
Butiran dengan Mekanisme Pengangkat Pelepah Daun. Dibimbing oleh DESRIAL.
Pemupukan merupakan salah satu kegiatan pemeliharaan tanaman kelapa
sawit. Pemupukan dilakukan pada saat pembibitan, tanaman belum menghasilkan
(TBM), dan tanaman menghasilkan (TM). Ketidaktepatan penjatuhan pupuk
menjadi permasalahan pemupukan. Pupuk ada yang jatuh pada ketiak pelepah daun
kelapa sawit terutama pada TBM. Tujuan penelitian ini adalah membuat rancangan
konsep desain mesin penggerak aplikator pupuk butiran dengan mekanisme
pengangkat pelepah daun. Kriteria desain yakni memiliki ground pressure kurang
dari 90 kPa, memiliki lebar maksimal 250 cm, dan tinggi maksimal 220 cm. Mesin
yang dihasilkan memiliki bobot total tanpa aplikator pemupuk sebesar 1205.55 kg,
ground pressure 19.59 kPa, lebar 141.3 cm, dan tinggi 174.9 cm. Komponen utama
mesin yakni rangka, gearbox, crawler, roller, engine, sistem kendali, tempat duduk,

konveyor pengangkat, dan rangka kabin. Rangka terbuat dari besi kanal UNP
berbahan S45C. Berdasarkan analisis teknik, rangka memiliki tegangan geser
maksimum 3.03 N/m2 dan tegangan bengkok 30.92 N/m2. Sistem pengangkat
memiliki kemiringan 53.45o dan dioperasikan pada kecepatan maju tingkat dua 0.67
m/s dengan kecepatan angkat 1.13 m/s. Berdasarkan hasil simulasi beban statis
dengan software SolidWorks, bahan yang digunakan pada setiap komponen aman
karena tegangan (stress) masih lebih rendah dari yield strength material.
Kata kunci: konveyor, pemupukan, simulasi beban, SolidWorks

ABSTRACT
DWI BUDI ASWIN. Conceptual Design of Granular Fertilizer Applicator Prime
Mover Machine with Frond Lifting Mechanism. Supervised by DESRIAL.
Fertilizer application is one of activities on oil palm tree cultivation. Fertilizer
application is applied in nursery, pre-production plant, and production plant.
Inaccuracy of spreading is one of fertilization problem such as fertilizer which was
dropped on oil palm frond, especially on pre-production plant. The objective of this
research is to make conceptual design of prime mover of granular fertilizer
applicator with frond lifting mechanism. The design criteria were the ground
pressure of machine less than 90 kPa, maximum width machine was 250 cm and
220 cm of high. The result indicate that weight of machine without fertilizer

applicator was 1205.55 kg, 19.59 kPa of ground pressure, 141.3 cm of width and
174.9 cm of high. The prime mover component consist of chassis, gearbox, crawler,
roller, engine, control lever, seat, lifter conveyor, and cabin chassis. The chassis
was made from canal UNP S45C. Based on engineering analysis, chassis has 3.03
N/m2 of maximum shear stress and 30.92 N/m2 of maximum bending stress. Frond
lifting system slope was 53.45o and operated at 0.67 m/s of forward velocity with
1.13 m/s of lifting velocity. Based on result of load static simulation from
SolidWorks software, the material which used in each component is safe because
the value of stress is less than material yield strength.
Keywords: conveyor, fertilization, load simulation, SolidWorks

RANCANGAN KONSEPTUAL MESIN PENGGERAK
APLIKATOR PUPUK BUTIRAN DENGAN MEKANISME
PENGANGKAT PELEPAH DAUN

DWI BUDI ASWIN

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
2015

PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia dan satu kepastian-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil
diselesaikan. Penelitian dengan judul Rancangan Konseptual Mesin Penggerak
Aplikator Pupuk Butiran dengan Mekanisme Pengangkat Pelepah Daun dilakukan
sejak bulan Januari 2014 sampai Juni 2014.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr Ir Desrial, MEng selaku
pembimbing yang telah banyak memberi arahan, bimbingan, dan saran, kepada
Bapak Dr Ir I Dewa Made Subrata, MAgr dan Bapak Dr Liyantono, STP, MAgr
sebagai dosen penguji yang telah memberi saran yang membangun untuk skripsi
ini. Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada Ayah, Ibu, dan keluarga

penulis atas do’a dan dukungan yang tidak pernah lelah dan tidak pernah lupa
memberikan dorongan dan semangat untuk menyelesaikan studi. Tidak lupa juga,
ucapan terima kasih penulis berikan kepada seluruh pihak yang telah membantu
dalam penyelesaian skripsi ini, Ruli Adi Setiawan, Bapak Parma, Bapak Wana,
Bapak Firman, Bapak Udin, dan Bapak Darma atas segala bantuan kepada penulis.
Kepada seluruh teman seperjuangan selama penulis menempuh pendidikan sarjana,
Teknik Mesin dan Biosistem angkatan 2010, kepada sahabat sekaligus saudara
selama menempuh pendidikan sarjana, Arnal Novistiara, Dhikotama Andanu, dan
lain-lain, teman-teman Sugar Group Scholar IPB, dan Engineering Design Club,
atas segala warna yang telah diberikan, penulis ucapkan terima kasih sebanyakbanyaknya.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat dan dapat memberikan kontribusi nyata
dalam perkembangan di bidang teknologi pertanian.

Bogor, Januari 2015
Dwi Budi Aswin

DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL

vi

DAFTAR GAMBAR

vi

DAFTAR LAMPIRAN

vi

PENDAHULUAN

1

Latar Belakang

1

Tujuan Penelitian

2

METODE

2

Waktu dan Tempat Penelitian

2

Alat dan Bahan

2

Tahapan Penelitian

2

ANALISIS DESAIN

8

Kriteria Desain

8

Rancangan Fungsional

9

Rancangan Struktural

10

HASIL DAN PEMBAHASAN

20

SIMPULAN DAN SARAN

35

Simpulan

35

Saran

36

DAFTAR PUSTAKA

36

LAMPIRAN

37

RIWAYAT HIDUP

57

DAFTAR TABEL
1 Fungsi komponen-komponen mesin
9
2 Distribusi beban yang ditumpu pada rangka utama
10
3 Distribusi beban yang ditumpu pada salah satu sisi rangka utama (sisi
kiri)
16
4 Distribusi beban yang ditumpu pada salah satu sisi rangka kabin (sisi
kiri)
18
5 Berat komponen rangka kabin dan attachement chain
38
6 Berat komponen yang ditumpu pada rangka dek
39

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
31
32
33

Tanaman belum menghasilkan
1
Mesin pemupuk kelapa sawit yang sudah ada
1
Tahapan penelitian
3
Topografi perkebunan kelapa
4
Kontur teras perkebunan kelapa sawit
4
Ketinggian pelepah daun dari permukaan tanah
5
Luas kontak roda rantai dan roda ban dengan permukaan
5
Posisi aplikator pupuk dan bagiannya
6
Tampilan Study Advisor pada SolidWorks
7
Contoh hasil simulasi pembebanan statis dengan menggunakan
software gambar SolidWorks
8
Distribusi gaya pada rangka utama
10
Besar beban pada poros belakang, depan, dan letak center of gravity 11
Distribusi gaya pada crawler dan roller
11
Dimensi rangka roller yang direncanakan
12
Skema kecepatan maju dan kecepatan angkat mesin pemupuk
12
Sistem transmisi daya putar PTO–pengangkat
13
Distribusi gaya pada rangka utama
16
Diagram gaya geser dan momen lentur rangka utama
16
Luas penampang rangka utama
17
Luas penampang rangka kabin
17
Distribusi gaya pada rangka kabin
18
Diagram gaya geser dan momen lentur rangka kabin
18
Sudut kemiringan (θ) maksimal dan ground clearance mesin
19
Area jangkauan operator
20
Hasil rancangan
21
Posisi puli transmisi daya putar dari PTO ke sistem pengangkat
22
Mekanisme pengangkatan pelepah saat proses pemupukan
23
Dimensi area kerja operator
23
Rangka bagian bawah
24
Gearbox
25
Track roller
25
Engine dan dudukan engine
26
Crawler
26

34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57

Rangka kabin
Jarak antar pengait
Attachement chain dan pengait
Tuas kontrol dan pedal kopling
Tempat duduk
Von mises stress pada rangka kabin
Displacement pada rangka kabin
Von mises stress pada rangka dek
Displacement pada rangka dek
Von mises stress pada rangka utama
Displacement pada rangka utama
Von mises stress pada track roller
Displacement pada track roller
Von mises stres pada pengait
Displacement pada pengait
Distribusi gaya pada rangka kabin
Berat tambahan karena puli (tampak depan)
Letak komponen pada rangka dek belakang
Gaya yang ditumpu pada rangka kabin
Distribusi gaya pada tumpuan C’ (tampak depan)
Distribusi gaya pada rangka kabin bagian depan
Distribusi gaya pada rangka dek
Distribusi gaya pada rangka dek belakang
Diagram benda bebas poros idler

27
28
28
28
29
29
30
31
31
32
32
33
34
34
35
38
38
39
39
40
40
40
41
42

DAFTAR LAMPIRAN
1 Tahanan lentur hasil survei lapang di kebun kelapa sawit PT Eka Dura
Indonesia (EDI), Riau
37
2 Distribusi gaya pada komponen mesin
38
3 Perhitungan poros idler
42
4 Rancangan roller
43
5 Perhitungan momen lentur pada rangka utama
44
6 Perhitungan momen lentur pada rangka kabin
45
7 Perhitungan diameter poros pengangkat pelepah daun
46
8 Nilai rata-rata, simpangan baku, dan persentil data antropometri petani
pria di Kecamatan Dramaga, Kabupaten Bogor
47
9 Data pengukuran validasi kecepatan maju, slip, dan kecepatan angkat
pengangkat pelepah
49
10 Perhitungan kebutuhan sabuk-V
50
11 Material properties S45C
53
12 Gambar teknik mesin penggerak aplikator pupuk butiran dengan
mekanisme pengangkat pelepah daun
54

PENDAHULUAN
Latar Belakang
Kelapa sawit merupakan salah satu komoditas penghasil minyak nabati di
Indonesia. Minyak nabati kelapa sawit memiliki banyak fungsi (multifungsi), yakni
dapat dijadikan sebagai minyak goreng, bahan minyak ternak, bahan keperluan
industri kimia, bahan kosmetik, dan lain-lain. Melihat begitu besarnya potensi yang
dimiliki, perlu dilakukan peningkatan produksi pada komoditas ini. Langkah yang
dapat diambil untuk meningkatkan produksi salah satunya dengan menerapkan
sistem budi daya tanaman dengan baik. Pemeliharaan dan perawatan tanaman
seperti pemupukan merupakan salah satu faktor penting.
Pemupukan merupakan proses penambahan unsur hara, perbaikan struktur
tanah serta penggantian unsur-unsur hara yang hilang diserap atau diangkut oleh
tanaman. Tujuannya agar kesuburan tanah dapat dipertahankan atau ditingkatkan
sehingga tanaman dapat berproduksi secara optimum dan tahan terhadap gangguan
dari lingkungan (Pahan 2008). Salah satu permasalahan yang muncul pada proses
pemupukan adalah kelancaran operasional mesin. Kondisi lahan yang memiliki
kemiringan dan lebar jalan yang sempit, terutama pada lahan teras membuat
sejumlah mesin kesulitan dalam beroperasi. Daya dukung tanah yang rendah,
terutama lahan gambut, menyebabkan beberapa mesin pemupuk mengalami amblas
khususnya yang menggunakan roda ban.
Kendala lain adalah jatuhnya unsur hara di sela-sela ketiak pelepah daun
terutama pada tanaman belum menghasilkan. Hal ini terjadi karena masih banyak
pelepah daun yang posisinya tidak terlalu tinggi (Gambar 1). Sifat pupuk akan
menjadi panas jika jatuh di sela-sela ketiak pelepah daun karena bereaksi dengan
air yang ada pada ketiak pelepah. Akibatnya, pelepah daun banyak yang mengalami
kerusakan dan dapat menurunkan produktivitas tanaman. Mesin pemupuk yang ada
saat ini belum dilengkapi mekanisme pengangkat pelepah daun (Gambar 2). Maka
dari itu perlu ada pengembangan mesin pemupuk yang dilengkapi dengan
pengangkat pelepah daun kelapa sawit sebelum unsur hara disebar dan mampu
dioperasikan pada keterbatasan lahan.

Gambar 1 Tanaman belum
menghasilkan

Gambar 2 Mesin pemupuk kelapa
sawit yang sudah ada

Penelitian ini difokuskan pada pembuatan mesin penggerak aplikator pupuk
saja, sedangkan untuk aplikator pupuk dilakukan oleh peneliti lain. Batasan
penelitian ini sampai tahap konseptual gambar yang siap dipabrikasi. Simulasi
pembebanan dilakukan untuk mendukung analisis teknik. Simulasi yang dilakukan

2
adalah simulasi pembebanan statis. Pembebanan statis dipilih karena komponenkomponen mesin dalam keadaan statis. Penelitian ini merupakan bagian dari
penelitian kerja sama antara Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor
dan PT Astra Agro Lestari yang berjudul “Pengembangan Aplikator Pupuk” dengan
penanggung jawab kegiatan adalah Desrial.

Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah membuat rancangan konseptual mesin penggerak
aplikator pupuk butiran dengan mekanisme pengangkat pelepah daun. Rancangan
konseptual hasil penelitian ini diharapkan dapat dijadikan referensi bagi perusahaan
dan desainer yang akan merancang dan memproduksi mesin penggerak aplikator
pupuk butiran, terutama dengan adanya penambahan mekanisme pengangkat
pelepah daun kelapa sawit dan mampu beroperasi pada lahan dengan daya dukung
tanah yang relatif rendah.

METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian dilakukan mulai bulan Januari sampai Juni 2014 bertempat di
Laboratorium Desain dan Computer Aided Design (CAD), Departemen Teknik
Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.

Alat dan Bahan
Alat untuk membuat konsep desain mesin dan alat bantu analisis adalah
personal computer (PC), software gambar SolidWorks 2012, kertas, alat tulis, dan
kalkulator.

Tahapan Penelitian
Pembuatan konseptual gambar dan simulasi pembebanan dilakukan dengan
menggunakan software SolidWorks 2012. Ergonomika mesin hanya dilakukan
pada ukuran tempat duduk operator dan area kerja operator. Tahapan penelitian
secara mendetail terdiri dari identifikasi masalah, pengembangan dan perumusan
ide, penetapan mekanisme, konseptual gambar, analisis rancangan, dan gambar
teknik dan simulasi (Gambar 3).

3

Gambar 3 Tahapan penelitian
Identifikasi Masalah
Pemeliharaan tanaman kelapa sawit meliputi penyulaman, penanaman
tanaman penutup tanah, pembentukan piringan, pemupukan, pemangkasan daun,
dan pemberantasan hama, penyakit, dan gulma. Pemupukan berpengaruh besar
terhadap pertumbuhan dan produksi tanaman. Kegiatan pemupukan dilakukan pada
pembibitan, tanaman belum menghasilkan (TBM), dan tanaman menghasilkan
(TM). Terdapat dua cara pengaplikasian pemupukan yakni cara tabur dan cara
benam (pocket). Pengusahaan budi daya kelapa sawit pada dasarnya dilakukan pada
lahan mineral. Perluasan lahan yang mendukung pembangunan pertanian perlu
dilakukan untuk meningkatkan produksi pertanian. Oleh karena keterbatasan
ketersediaan lahan, penggunaan lahan seperti gambut menjadi salah satu pilihan.
Permasalahan yang muncul saat pemupukan adalah saat pupuk disebar di sekitar
tanaman, pupuk tidak sengaja jatuh di ketiak pelepah daun terutama pada TBM
sehingga menurunkan produktivitas tanaman. Permasalahan lain adalah kesulitan

4
pengoperasian mesin. Kondisi lahan yang memiliki daya dukung rendah
menyebabkan mesin dikhawatirkan akan terperosok masuk ke dalam tanah.
Karakteristik lahan tempat mesin akan beroperasi menjadi faktor pembatas
untuk merancang mesin. Pada umumnya, karakteristik lahan gambut meliputi (1)
memiliki ketebalan 40 sampai 70 cm dan akan terus mengalami penurunan muka
tanah (subsidence) sehingga lahan memiliki topografi yang beragam, (2) terdapat
saluran air dengan lebar berkisar 0.6 sampai 1.7 meter dengan kedalaman 1 sampai
1.5 meter, dan (3) topografi yang beragam merupakan gambaran dari perkebunan
kelapa sawit (Gambar 4). Kemiringan lereng lahan yang dianjurkan berkisar 0o
sampai 12o (12%), kemiringan lereng 13o sampai 25o (46%) kurang baik, sedangkan
kemiringan lereng lebih besar dari 25o tidak dianjurkan karena akan menyulitkan
pengangkutan buah pada saat panen dan bahaya erosi (PT Perkebunan Nusantara X
1993).

Gambar 4 Topografi perkebunan kelapa
Survei lapang dilakukan untuk mengetahui karakteristik yang lebih spesifik
dari lahan tempat mesin akan beroperasi. Survei lapang dilakukan di kebun kelapa
sawit PT Eka Dura Indonesia (EDI), Riau. Hasil survei lapang menunjukkan bahwa
lahan memiliki daya dukung lahan (bearing capacity) kendaraan maksimum
sebesar 90 kPa. Kontur teras yang dibuat pada perusahaan ini memiliki lebar 250
sampai 340 cm dari tanaman pokok (B) dan jarak tanam tanaman dengan kontur
sebelumnya 80 sampai 110 cm (A) (Gambar 5). Sedangkan beberapa karakteristik
dari tanaman berdasarkan hasil survei lapang antara lain (1) panjang rata-rata
pelepah daun TBM1 1.5 m, TBM2 2.35 m, dan TBM3 2.96 m, (2) diameter tanaman
berkisar antara 35 sampai 85 cm, dan (3) ketinggian pelepah yang terletak di bagian
paling bawah sebesar 40 cm dari permukaan tanah (Gambar 6). Ketinggian TBM
dapat mencapai 220 cm.

Gambar 5 Kontur teras perkebunan kelapa
sawit
Berdasarkan tahanan lentur pelepah hasil survei lapang (Lampiran 1), pelepah
lebih aman diberi gaya secara vertikal (diangkat) dibandingkan diberi gaya secara

5
horizontal (didorong). Besar tahanan lentur rata-rata secara vertikal dan horizontal
berturut-turut adalah 8.27 dan 9.03 kg.

Gambar 6 Ketinggian pelepah daun dari permukaan tanah
Pengembangan dan Perumusan Ide Desain
Konsep umum dari mesin yang dihasilkan adalah sebelum dilakukan
pemupukan, ketiak pelepah daun harus ditutup. Penutupan dapat dilakukan dengan
mengangkat pelepah pada bagian tengah atau ujung pelepah, sehingga sistem
pengangkat pelepah perlu ditambahkan pada mesin yang dirancang. Untuk roda
penggerak, pada umumnya terdapat dua macam roda penggerak kendaraan yakni
roda ban (wheel type) dan roda rantai (track type). Roda ban khususnya pada traktor
memiliki gaya tekan rata-rata ke tanah sebesar 75 kPa (Brixius dan Zoz 1976).
Sedangkan roda rantai biasanya digunakan pada kendaraan atau peralatan mekanis
yang harus beroperasi pada tanah yang memiliki bearing capacity rendah
(Rudiansyah 2012). Agar mesin mampu beroperasi pada lahan gambut, maka daya
tekan mesin ke tanah harus lebih rendah dari bearing capacity lahan gambut.
Selain itu, kebutuhan akan traksi dan tenaga tarik (drawbar power) yang besar
sehingga menghasilkan performasi kendali yang lebih baik dari roda pneumatik,
membuat roda rantai lebih sesuai pada kondisi lahan yang kurang mendukung
(Eshelman 1970). Roda rantai memiliki luas kontak yang lebih besar dibanding
roda ban (Gambar 7). Menurut Liljedahl et al (1989), roda rantai berbeda dengan
roda pneumatik dalam hal: (1) kemampuan tarik yang tinggi per berat unit
kendaraan, (2) koefisien tahanan gelinding rendah, (3) kecepatan maju lebih rendah,
(4) tenaga mesin rendah per berat unit traktor, (5) kemampuan tarik tinggi
sebanding dengan ukuran (panjang dan lebar), (6) bearing capacity yang lebih
rendah dengan kemampuan ketenggelaman (sinkage) yang lebih kecil, dan (7)
relatif tahan lama (umur pakai lebih panjang).

Gambar 7 Luas kontak roda rantai dan roda ban dengan
permukaan (Liljedahl 1989)

6
Penetapan Mekanisme
Mekanisme pengangkatan pelepah daun dilakukan oleh konveyor rantai yang
dilengkapi dengan pengait (attachement). Mekanisme pengangkatan pelepah yakni
saat mesin akan memupuk, konveyor pengangkat diaktifkan sehingga pelepah daun
yang berada di depannya terkait dan terangkat mengikuti arah konveyor, kemudian
disalurkan pada lintasan (rangka kabin) sehingga ketiak daun tertutup untuk
menghindari jatuhnya pupuk pada ketiak daun. Sumber penggerak konveyor
pengangkat adalah putaran PTO rotary gearbox dengan transmisi puli dan sabuk.
Sedangkan untuk menggerakkan mesin, daya dari engine ditransmisikan ke
gearbox melalui puli dan sabuk. Poros roda gearbox langsung dihubungkan dengan
sproket depan sistem penggerak. Sistem penggerak terdiri dari crawler, sproket,
dan rem kopling.
Aplikator pemupuk terletak pada bagian belakang mesin. Aplikator ini terdiri
hopper pemupuk, blower, dan saluran penebar pupuk. Mekanisme pemupukan
yakni ketika pelepah dilintaskan pada rangka kabin, sistem pemupukan akan
diaktifkan dan blower akan menghembuskan pupuk yang berada di aplikator pupuk
kemudian disebarkan menyamping di salah satu sisi mesin sehingga pupuk jatuh ke
permukaan tanah (Gambar 8).

Gambar 8 Posisi aplikator pupuk dan bagiannya
Konseptual Gambar
Tahap ini merupakan tahapan pembuatan bentuk gambar dari mekanisme
yang dipilih. Konseptual gambar dapat digunakan untuk menjelaskan rancangan
atau gambaran dari mesin, mekanisme kerja dari mesin, dan hubungan fungsi dari
setiap bagian dari mekanisme. Selain itu, konseptual gambar juga membantu
menjelaskan analisis-analisis apa saja yang harus dilakukan agar mesin dapat
berfungsi.
Analisis Rancangan
Perhitungan teknik dilakukan pada tahap ini untuk mendapatkan dimensi
setiap komponen, daya yang dibutuhkan, dan lainnya. Analisis rancangan terdiri
dari analisis fungsional dan analisis struktural. Analisis fungsional menjelaskan
mengenai fungsi setiap komponen pada mesin. Analisis struktural yang dilakukan
meliputi pemilihan bahan, analisis kekuatan bahan, analisis daya, analisis gaya dan
tenaga, analisis kemampuan beroperasi pada lahan, dan analisis jangkauan kemudi.

7
Gambar Teknik
Gambar teknik merupakan gambar kerja yang ukuran telah disesuaikan
dengan perhitungan pada analisis rancangan. Gambar teknik dapat digunakan
sebagai media komunikasi kepada pihak manufaktur jika alat atau komponen alat
akan dipabrikasi. Gambar teknik pada penelitian dibuat dengan menggunakan
software CAD (computer aided design) berupa SolidWorks 2012. Software ini
mampu merancang part permesinan atau susunan part permesinan yang berupa
assembling dengan tampilan 3D untuk merepresentasikan part sebelum real partnya dibuat atau tampilan 2D (drawing) untuk gambar proses permesinan.
Simulasi SolidWorks
Selain dapat digunakan untuk membuat gambar teknik, kegunaan lain dari
software SolidWorks adalah untuk simulasi. Salah satu simulasi yang tersedia
adalah simulasi beban statis. Simulasi beban statis dipilih karena komponen dalam
keadaan statis. Simulasi ini berguna untuk mendukung analisis teknik yang
dilakukan. Tahapan yang dilakukan yakni:
(1) Pembuatan gambar teknik komponen yang akan disimulasi.
(2) Penentuan jenis material dari komponen.
(3) Proses simulasi dilakukan dengan memilih tab menu Study Advisor (Gambar
9).
(4) Pendefinisian bagian-bagian yang dibutuhkan seperti bagian yang menjadi
tumpuan (fixed geometry), bagian yang dikenai gaya (force), dan pembentukan
jaring-jaring elemen (meshing).
(5) Pembebanan dilakukan sesuai dengan analisis teknik, sedangkan nilai dari
pembebanan yang diberikan sesuai dari perhitungan manual.

Gambar 9 Tampilan Study Advisor pada SolidWorks
Hasil simulasi pembebanan statis terdiri dari tegangan (von mises stress),
faktor keamanan (safety factor), dan displacement. Von mises stress menunjukkan
area tegangan material maksimum dan minimum yang diterima komponen terhadap
kondisi pembebanan. Faktor keamanan adalah faktor yang digunakan untuk
mengevaluasi agar perencanaan elemen mesin terjamin keamanannya dengan
dimensi yang minimum. Displacement menunjukkan pergeseran atau perubahan

8
bentuk komponen apabila dikenai gaya, displacement dinyatakan dalam satuan
milimeter (mm).
Sebaran tegangan dan displacement ditunjukkan dengan warna tertentu yang
nilainya dapat dibaca pada setiap indeks bar yang muncul pada hasil simulasi.
Indeks bar ini yang dapat membantu menunjukkan berapa nilai baik nilai tegangan
atau nilai displacement maksimum dan minimum. Pada umumnya, semakin merah
warna bagian komponen, maka semakin besar pula nilai tegangan dan displacement.
Sebaliknya, semakin biru warna bagian komponen, maka semakin kecil nilai
tegangan dan displacement. Jika warna berada di antara warna merah dan biru,
maka nilai tegangan dan displacement-nya pun berada di antara nilai yang
ditunjukkan warna merah dan biru. Contoh hasil pembebanan berupa tegangan
ditunjukkan pada Gambar 10. Pada gambar tersebut dapat dilihat bahwa nilai
tegangan maksimum 14083121 N/m2 dan minimum 2688.6 N/m2.

Gambar 10 Contoh hasil simulasi pembebanan statis dengan menggunakan
software gambar SolidWorks
Faktor keamanan didapat dengan membagi yield strength material dengan
besar tegangan pada indeks bar. Sebagai contoh pada Gambar 10 di atas
menunjukkan angka tegangan maksimum 14083121 N/m2 dan yield strength-nya
282685056 N/m2, (282685056/14083121 = 20.07), jadi faktor keamanannya adalah
20.07. Semakin tinggi faktor keamanan maka semakin aman komponen tersebut
dan sebaliknya. Nilai yang ditunjukkan pada indeks bar tergantung pada (1) jenis
material yang dipilih, (2) detail meshing density, (3) besar dan jenis gaya (tersebar
merata atau terpusat), (4) posisi tumpuan (fixed geometry), (5) bentuk komponen,
dan (6) dimensi komponen.

ANALISIS DESAIN
Kriteria Desain
Perancangan konseptual mesin penggerak aplikator pupuk butiran dengan
mekanisme pengangkat pelepah daun merupakan rancangan modifikasi pada mesin
pemupuk kelapa sawit yang sudah ada. Modifikasi dilakukan dengan

9
menambahkan sistem pengangkat pelepah daun kelapa sawit dan dimensi mesin
keseluruhan. Sistem pengangkat pelepah daun menggunakan attachement chain
yang dilengkapi dengan pengait. Agar dapat mengait pelepah, pengait harus
memiliki tinggi maksimal 40 cm dari permukaan tanah karena dari hasil survei
lapang menunjukkan tinggi pelepah daun paling rendah dari permukaan tanah
adalah 40 cm.
Dimensi mesin lebih kecil dari mesin pemupuk yang sudah ada agar mesin
mampu beroperasi baik di jalan utama, jalan sekunder, ataupun kontur teras.
Dimensi mesin ditentukan dengan memperhatikan beberapa faktor seperti jarak
antar tanaman, topografi lahan, dan area ruang gerak operator. Dari hasil survei
lapang, lebar mesin harus kurang dari 250 cm agar mesin dapat beroperasi pada
teras perkebunan dan tinggi mesin harus kurang dari 220 cm agar pelepah yang
terdapat di bagian paling bawah tanaman dapat dilintaskan pada rangka kabin dan
mesin dapat melewati TBM. Selain itu, mesin harus memiliki ruang kosong sebagai
tempat aplikator pemupuk yang akan diletakkan di bagian belakang. Bearing
capacity maksimum lahan untuk kendaraan yang diizinkan dari hasil survei adalah
90 kPa. Untuk membuat ground pressure mesin nilainya lebih rendah dari bearing
capacity lahan maka digunakan crawler.

Rancangan Fungsional
Fungsi utama yang diharapkan dari penelitian ini adalah sebagai kendaraan
penggerak (prime mover) pada proses pemupukan kelapa sawit khususnya pada
TBM. Fungsi tambahan yang diharapkan antara lain: (1) mampu mengangkat
pelepah sehingga saat proses pemupukan ketiak daun tertutup dan pupuk yang
disebar tidak jatuh di ketiak daun, (2) dapat membawa aplikator pupuk dengan
kapasitas 300 kg untuk sekali angkut, dan (3) mampu beroperasi di lahan dengan
daya dukung tanah kurang dari 90 kPa. Agar fungsi utama dapat tercapai, maka
diperlukan dukungan dari komponen-komponen mesin. Fungsi dari setiap
komponen tersaji pada Tabel 1.
Tabel 1 Fungsi komponen-komponen mesin
No.
Fungsi
1
Menghasilkan traksi bagi mesin dan menggerakkan
mesin
2
Membagi berat komponen yang berada di atasnya
dan mentransfer gaya tersebut ke trek.
3
Tempat komponen lain diletakkan, menahan beban
yang berada di atasnya, dan memberi bentuk mesin
4
Sumber penggerak mesin
5
Transmisi daya dari engine ke crawler
6
Mengendalikan dan mengatur kecepatan mesin
7
Tempat operator mengoperasikan mesin
8
Mengangkat pelepah daun kelapa sawit agar ketiak
daun tertutup saat pemupukan berlangsung
9
Tempat konveyor pengangkat dan sebagai lintasan
dan pengarah pelepah daun yang diangkat

Komponen
Crawler
Track roller
Rangka utama
dan dek
Engine
Gearbox
Sistem kendali
Tempat duduk
Konveyor
pengangkat
Rangka kabin

10
Rancangan Struktural
Distribusi Gaya
Distribusi gaya terjadi pada setiap komponen pada mesin. Perhitungannya
dimulai secara berurutan dimulai dari rangka kabin, berlanjut ke rangka dek, dan
selanjutnya pada rangka utama. Perhitungan distribusi pada rangka kabin dan
rangka dek terdapat pada Lampiran 2. Sedangkan perhitungan pada rangka utama
digunakan untuk menentukan letak pusat massa (center of gravity) mesin dan
melihat apakah rangka yang digunakan aman karena rangka utama merupakan
rangka yang mendapat beban terbesar dibandingkan rangka kabin dan rangka dek.
Distribusi beban yang ditumpu pada rangka utama ditunjukkan pada Tabel 2 dan
Gambar 11.
Tabel 2 Distribusi beban yang ditumpu pada rangka utama
Komponen
Distribusi beban tumpuan belakang rangka dek pada rangka utama (D')
Distribusi beban tumpuan tengah rangka dek pada rangka utama (D'')
Distribusi beban tumpuan depan rangka dek pada rangka utama (D''')
Pusat massa rangka utama (CG)
Distribusi beban engine beserta rangka dudukan engine (E)
Pusat massa rangka dek depan (F)
Distribusi beban pada bagian depan rangka utama (G)
Total

Bobot
(kg)
295.57
296.23
111.64
38.5
130.34
56.71
105.05
1034.04

Gambar 11 Distribusi gaya pada rangka utama
[Penyelesaian]
Besarnya masing-masing gaya:
Rdepan + Rbelakang
= 1034.04 kg .....................................................................(1)
ƩMRbelakang
= 0 .....................................................................................(2)
0 = –(302)(D’) + (411)(D’’) + (787.72)(CG) + (863)(D’’’) –
(1149)(Rdepan) + (1669.5)(E) + (1681.79)(F) +
(1935.29)(G)
Rdepan
= 587.85 kg
Rbelakang
= 1034.04 – 587.85 = 446.19 kg
Perhitungan Center of Gravity (COG) Mesin
Setelah dihitung distribusi gaya pada setiap titik komponen, diketahui beban
yang bekerja pada poros sproket belakang (Rbelakang) adalah 446.19 kg dan poros
sproket depan (Rdepan) adalah 587.85 kg. Massa mesin dan aplikator pemupuk tanpa

11
crawler dan track roller (W’) adalah 1034.04 kg. Maka letak COG saat mesin
membawa aplikator pemupuk (Gambar 12) dapat dihitung dengan:

Gambar 12 Besar beban pada poros belakang, depan,
dan letak center of gravity
Letak COG (x) dari poros belakang,
ƩMRbelakang
= 0 .....................................................................................(3)
0 = x.W’ – (1248.9)(Rdepan)
x = (1248.9)(587.85)/1248.9 = 709.99 mm
Perhitungan Poros Idler
Poros idler yang dihitung adalah poros idler pada sproket belakang. Poros ini
dilas pada dudukan rangka sehingga poros tidak mendapat beban puntir, namun
mendapat beban lentur murni. Besar beban yang bekerja pada poros adalah nilai
gaya pada poros sproket belakang (Rbelakang) sebesar 446.19 kg. Berdasarkan
perhitungan pada Lampiran 3, diameter yang dipilih adalah poros dengan diameter
40 mm dengan batas minimal 25.26 mm.
Rancangan Roller
Distribusi gaya pada crawler dan roller ditunjukkan pada Gambar 13. Beban
kritis yang diterima roller pada sisi kanan dan sisi kiri sama besar, sehingga satu
set roller menerima beban kritis ½ dari bobot total mesin (Setyawan 2005) yaitu
sebesar 802.775 kg. Terdapat 5 poros yang akan digunakan dalam satu set rangka
roller dengan jarak dan panjang total ditunjukkan pada Gambar 14. Berdasarkan
perhitungan pada Lampiran 4, maka diameter poros roller yang dipilih adalah 35
mm dengan batas minimum 23.38 mm.

Gambar 13 Distribusi gaya pada crawler dan roller
Gambar 13 Distribusi gaya pada crawler dan roller

12

Gambar 14 Dimensi rangka roller yang direncanakan
Kecepatan Maju Mesin
Kecepatan maju mesin dibutuhkan untuk mengatur kecepatan angkat sistem
pengangkat pelepah. Diketahui rpm engine (nengine) adalah 2400 rpm, diameter puli
engine (dengine) adalah 5 inci ≈ 127 mm, diameter puli gearbox (dgearbox) adalah 7
inci ≈ 177.8 mm. Perbandingan putaran antara poros puli gearbox dan poros roda
gearbox transmisi gigi satu 1:84, transmisi gigi dua 1:40, transmisi gigi tiga 1:12,
dan mundur 1:111. Skema kecepatan maju mesin dan kecepatan angkat sistem
pengangkat ditunjukkan pada Gambar 15.

Gambar 15 Skema kecepatan maju dan kecepatan angkat mesin pemupuk
[Penyelesaian]
Kecepatan putar pada gearbox utama (ngearbox)
ngearbox = nengine(dengine/dgearbox)...................................................................(4)
= (2400)(127/177.8) = 1714.286 rpm
Kecepatan putaran poros roda gearbox (sproket depan mesin) pada setiap transmisi:
transmisi satu = 1714.286/84 = 20.408 rpm
transmisi dua = 1714.286/40 = 42.857 rpm
transmisi tiga = 1714.286/12 = 142.857 rpm
mundur
= 1714.286/111 = 15.444 rpm
Maka kecepatan jalan mesin teoritis (v) dapat dihitung dengan persamaan,
v = (2.π.n.r)/(6 x 104).................................................................................(5)
dengan jari-jari sproket (r) adalah 150 mm, yakni;
transmisi satu = 0.32 m/s
transmisi dua = 0.673 m/s
transmisi tiga = 2.243 m/s
mundur
= 0.242 m/s

13
Jika diasumsikan kecepatan maju kendaraan saat proses pemupukan pada transmisi
dua, dengan sudut kemiringan pengangkat daun (α) adalah 53.45˚, maka kecepatan
pengangkat daun adalah:
vangkat = 0.673/cos 53.45˚ = 1.13 m/s
Kecepatan putar dari sistem pengangkat, dengan jari-jari pengangkat (rangkat) adalah
79.1 mm yakni
nangkat = (vangkat.60)/(2.π.rangkat/1000)........................................................(6)
= (1.13)(60)/(2 x 3.14 x 7.91/1000) = 136.47 rpm ≈ 2.28 rps
Mekanisme Transmisi Sistem Pengangkat dan Perhitungan Diameter Puli
Sistem pengangkat pelepah akan digerakkan melalui transmisi sabuk dan puli
bersumber dari PTO rotary (Gambar 16). Posisi transmisi yang akan digunakan saat
pemupukan adalah transmisi dua dan PTO pada posisi low. Perbandingan putaran
gearbox dan putaran PTO pada posisi low adalah 5:2.

Gambar 16 Sistem transmisi daya putar PTO–pengangkat
Perhitungan diameter puli antara lain:
Kecepatan putar engine (nengine)
= 2400 rpm
Kecepatan putar angkat (nangkat)
= 136.47 rpm
5
Kecepatan gearbox (ngearbox)
= 2400 x = 1714.3 rpm
7

2

Kecepatan PTO rotary low (nPTO)
= 1714.3 x = 685.7 rpm
5
Diameter puli PTO (dPTO)
= 3 inci ≈ 76.2 mm
Diameter puli 1 (d1)
= 5 inci ≈ 127 mm
Diameter puli pengangkat (dangkat) = 7 inci ≈ 177.8 mm
76.2
Kecepatan putar poros transmisi (nporos transmisi) = 685.7 x
= 411.43 rpm
136.47

127

= 58.98 mm ≈ 2.32 inci ≈ 2 inci
Diameter puli 2 (d2) = 177.8 x
411.43
Jumlah 1 set mata rantai (Lp), jumlah gigi pada sproket (Z1 dan Z2) sebanyak 10
buah, dapat dihitung dengan persamaan,
Lp =
Lp =

Z1 + Z2
2
10 + 10
2

+ 2 x Cp + [

Z2 – Z1 2

+ 2 x 45 + [

] /Cp ......................................................................(7)

6.28
10 – 10 2
6.28

] /45 = 100 buah mata rantai

14
Kebutuhan Daya untuk Menggerakkan Roda
Besarnya daya untuk menggerakkan roda kendaraan dapat dihitung dengan
persamaan,
Crr x W x v3 x 9.8
........................................................................................(8)
P
=
dengan: P
= daya (kW)
Crr
= koefisien rolling resistance
W
= berat mesin dengan sistem pemupuk (kg)
v3
= kecepatan jalan posisi transmisi tiga (m/s)
0.12 x 1605.55 x 2.243 x 9.81
P=
= 4.239 kW
1000
Sedangkan jika diasumsikan mesin beroperasi pada jalan dengan kemiringan
45°, maka kebutuhan daya menjadi,
Crr x W x cos θ x v3 x 9.8
Crr x W x sin θ x v3 x 9.8
+
............................................(9)
P
=
P
= (0.12 x (1605.55 x cos (45°)) x 2.243 x 9.81)/1000 + (0.12 x (1605.55 x
sin (45°)) x 2.243 x 9.81)/1000 = 5.995 kW
Kebutuhan Daya Angkat Pelepah Daun
Diketahui:
Massa konveyor (mkonveyor) = 30.15 kg
Tahanan lentur pelepah maksimal arah vertikal (Lampiran 1) (mpelepah) = 14.1 kg
Asumsi satu kali proses angkat terdapat 3 pelepah. Percepatan gravitasi (g) =
9.81 m/s2
[Penyelesaian]
mtotal = mkonveyor + mpelepah x jumlah pelepah.......................................................(10)
= 30.15 + 14.1 x 3 = 72.45 kg
Gaya angkat arah vertikal (Fangkat) = (mtotal )(g)...............................................(11)
= (72.45)(9.81) = 710.735 N
Gaya angkat sejajar kemiringan sistem pengangkat pelepah
Fangkat’
= Fangkat/sin 53.45˚........................................................................(12)
= 710.735/sin 53.45˚ = 884.727 N
Gaya gesek pada bearing (Fbearing) = (884.727)(0.5) = 442.364 N
Torsi untuk memutar konveyor, dengan jari-jari sproket pengangkat (rsproket angkat)
sebesar 61.69 mm, maka
Tkonveyor
= (Fangkat’)(rsproket angkat/1000) .......................................................(13)
= (884.727)(61.69/1000) = 54.579 N m
Torsi akibat gesekan bearing, dengan jari-jari bearing (rbearing) sebesar 24 mm,
maka
Tbearing
= (Fbearing)(rbearing/1000)...............................................................(14)
= (442.364)(24/1000) = 10.617 N m
Torsi total sistem pengangkat (Ttotal) = Tkonveyor + Tbearing ...................................(15)
= 54.579 + 10.617 = 65.196 N m
Daya pengangkat pelepah (Pangkat) = 2 x π x nangkat x Ttotal .............................(16)
= 2 x 3.14 x 2.28 x 65.196
= 933.49 W ≈ 1.25 hp

15
Kebutuhan Daya Total
Daya untuk menggerakkan roda saat melintasi lintasan miring (Proda) = 5.995 kW
Daya angkat pelepah (Ppelepah) = 0.934 kW
Daya total mesin
(Pmesin) = 5.995 + 0.934 = 6.929 kW
Daya sebesar 6.929 kW belum termasuk daya untuk mengoperasikan unit pemupuk
dengan asumsi 0.735 sampai 1.103 kW, sehingga untuk mengantisipasi kebutuhan
daya total, maka dipilih engine dengan daya sebesar 8.58 kW atau 11.5 hp.
Ground Pressure
Analisis gaya tekan mesin ke tanah berguna untuk menyesuaikan luas bidang
kontak pada lahan yang memiliki daya dukung yang rendah. Ground pressure
mesin yang dihasilkan harus lebih rendah dari bearing capacity yaitu 90 kPa.
F
Ῥ
= ..........................................................................................................(17)
A
dengan: Ῥ = ground pressure mesin (kPa)
F = berat total mesin (kN), F = (1605.55 x 9.81)/1000 = 15.75 kN
A = luas bidang kontak crawler (m2), A = 2 x 1.34 x 0.3 = 0.804 m2
15.75
Ῥ
= 0.8 4 = 19.59 kPa < 90 kPa, Baik
Dari hasil analisis, ground pressure mesin yang dihasilkan sebesar 19.59 kPa.
Beban dan Tenaga
Berat mesin (W)
= 1605.55 kg
Koefisien traksi (Ct)
= 0.6
Koefisien tahanan gelinding (Crr)
= 0.15
Daya engine (Pengine)
= 11.5 hp ≈ 8.58 kW
Daya tarik
= Pengine.Ct.1000...........................................................................(18)
= (8.58)(0.6)(1000) = 5148 W
daya tarik
Traksi mesin
=
.........................................................................(19)
v
transmisi satu = 16549.02 N
transmisi dua = 7880.48 N
transmisi tiga = 2364.15 N
mundur
= 21868.34 N
Perhitungan Reaksi Tumpuan pada Rangka Utama
Rangka utama merupakan bagian yang menumpu beban tertinggi dengan
asumsi beban kanan dan kiri sama besar (Tabel 3). Perhitungan distribusi diambil
pada sisi kiri dan dapat dilihat pada Gambar 17. Perhitungan kekuatan rangka
dihitung dengan asumsi sumbu depan dan sumbu belakang adalah tumpuan
sederhana (simple beam).

16
Tabel 3 Distribusi beban yang ditumpu pada salah satu sisi rangka utama (sisi
kiri)
Komponen
Beban pada D', nilainya ½ dari D'
Beban pada D'', nilainya ½ dari D''
Beban pada D''', nilainya ½ dari D'''
Beban pada CG, nilainya ½ dari CG
Beban pada E, nilainya ½ dari E
Beban pada F, nilainya ½ dari F
Beban pada G, nilainya ½ dari G

Bobot (kg)
147.785
148.115
55.82
19.25
65.17
28.355
52.525

Gambar 17 Distribusi gaya pada rangka utama
Dari perhitungan momen lentur pada Lampiran 5, diperoleh bahwa poros
roda depan memiliki momen lentur terbesar (Gambar 18) sebesar 90327.3 kg mm.

Gambar 18 Diagram gaya geser dan momen lentur rangka utama
Ditinjau dari Tegangan Geser
Rangka terbuat dari besi kanal UNP 10, luas penampang rangka dapat dilihat
pada Gambar 19.

17

Gambar 19 Luas penampang rangka utama
Bahan yang digunakan S45C, b = 58 kg/mm2
58
Angka keamanan
= 8, izin = = 7.25 kg/mm2
8
Tegangan geser izin bahan ( g) = 0.8 x izin (Sularso 2002).................................(20)
= 0.8 x 7.25 = 5.8 kg/mm2
= 56.898 N/mm2 = 5.6898 x 107 N/m2
�
= ...........................................................................................................(21)
�
=

293.925 x 9.81

50 x 5 x 2 + (90 x 5)

= 3.035 N/mm2

= 3.035 x 106 < 56.898 x 106 N/m2, Baik
Ditinjau dari Tegangan Bengkok
Mxc
, dengan M = Mrangka utama = 90327.34 kg mm
=
I

Irangka utama

=
=

rangka utama

=

1
12
1

(BH3 – bh3)............................................................................(22)
(50 x 1003 – 45 x 903) = 1432916.67 mm4

12
1
Mx xH
2

x g.................................................................................(23)

I
1
90327.34 x x 100

2
= 1432916.67
x 9.81= 30.92 N/mm2
= 3.092 x 107 < 5.6898 x 107 N/m2, Baik

Perhitungan Reaksi Tumpuan pada Rangka Kabin
Rangka kabin terbuat dari besi hollow 50 x 50 x 4 mm (Gambar 20). Besarnya
beban disajikan pada Tabel 4 dan distribusinya ditunjukkan pada Gambar 21.
Perhitungan kekuatan rangka kabin dihitung dengan asumsi tumpuan sederhana
(simple beam).

Gambar 20 Luas penampang rangka kabin

18
Tabel 4 Distribusi beban yang ditumpu pada salah satu sisi rangka kabin (sisi
kiri)
Komponen
Berat pada titik C4 (K1)
Berat A' ditambah B2 (K2)
Berat hollow 1 (K3)
Berat A' (K4)
Berat A' (K5)
Berat penutup kanopi (K6)
Berat pada titik C2 dikurangi berat (5.254+5.33) (K7)
Berat hollow 2 (K8)
Berat C1 dikurang berat (5.78/2 + 4.63) (K9)

Massa (kg)
45.75
19.859
8.24
15.81
15.81
5.595
31.526
9.1
3.28

Gambar 21 Distribusi gaya pada rangka kabin
Dari perhitungan momen lentur pada Lampiran 6, diperoleh bahwa bagian
ujung atas rangka kabin yang memiliki momen lentur tertinggi (Gambar 22) sebesar
8129.91 kg mm.

Gambar 22 Diagram gaya geser dan momen lentur rangka kabin

19
Ditinjau dari Tegangan Geser
Bahan yang digunakan S45C, b = 58 kg/mm2
58
Angka keamanan
= 8, izin = = 7.25 kg/mm2
8
Tegangan geser izin bahan ( g) = 0.8 x izin (Sularso 2002).................................(24)
= 0.8 x 7.25 = 5.8 kg/mm2
= 56.898 N/mm2 = 5.6898 x 107 N/m2
�
= ...........................................................................................................(25)
�
=

45.75 x 9.81

50 x 50 – (42 x 42)

= 0.61 N/mm2

= 6.1 x 105 < 568.98 x 105 N/m2, Baik
Ditinjau dari Tegangan Bengkok
�x
=
, dengan M = Mrangka kabin = 8129.91 kg mm
�

Irangka kabin

=

=
rangka kabin

=

1

12
1

(BH3 – bh3)............................................................................(26)
(50 x 503 – 42 x 423) = 261525.33 mm4

12
1
Mx xH
2

x g................................................................................(27)

I
1
8129.91 x x 50

2
=
x 9.81
261525.33
2
= 7.62 N/mm < 56.898 N/mm2, Baik

Perhitungan Diameter Poros Pengangkat Daun
Daya untuk mengangkat sistem pengangkat pelepah daun adalah 1.25 hp.
Kecepatan putar yang dibutuhkan sebesar 136.47 rpm. Bahan poros yang dipilih
adalah S45C. Diperkirakan selain beban puntir, poros juga akan mengalami beban
lentur sehingga dibutuhkan alur pasak. Berdasarkan perhitungan pada Lampiran 7,
maka diameter poros yang dibutuhkan sebesar 28 mm.
Analisis Kemampuan Beroperasi pada Kemiringan Lahan
Berdasarkan hasil gambar teknik yang telah dibuat, ketinggian rangka dek
depan dengan permukaan tanah sebesar 342.96 mm dan jarak poros sproket depan
dengan ujung rangka dek depan sebesar 780.175 mm (Gambar 23). Sudut
kemiringan jalan (θ) maksimal lahan yang berubah secara drastis mesin dapat
melintas adalah:
tan θ = 342.96/780.175
θ
= 23.73o
Dari Gambar 23 juga dapat diketahui bahwa mesin memiliki ground
clearance sebesar 87.64 mm.

Gambar 23 Sudut kemiringan (θ) maksimal dan ground clearance mesin

20
Analisis Jangkauan Kemudi
Alat kendali mesin dioperasikan oleh tangan dan kaki. Beberapa tuas yang
dioperasikan dengan tangan yakni tuas pengatur kecepatan, tuas PTO, tuas kopling
utama, dan tuas pembelok. Sedangkan pedal kopling dioperasikan dengan kaki.
Agar mesin dapat dioperasikan, tuas dan pedal harus berada pada area jangkauan
operator. Data antropometri dibutuhkan untuk menentukan letak alat kendali seperti
jangkauan ke depan saat menggenggam, lebar bahu, dan panjang siku ke
genggaman tangan. Jangkauan operator dapat berupa jangkauan normal dan
jangkauan maksimum. Jangkauan normal merupakan radius dari jarak siku tangan
sampai ujung jari tangan. Jangkauan maksimum merupakan radius jangkauan ke
depan. Dari data antropometri pada Lampiran 8, nilai jangkauan normal operator
sebesar 31.29 cm, nilai jangkauan maksimum operator sebesar 63.81 cm, dan lebar
bahu operator sebesar 38.91 cm. Gambar 24 menunjukkan letak alat kendali masih
pada jangkauan operator.

Gambar 24 Area jangkauan operator

HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil rancangan konseptual mesin penggerak aplikator pupuk butiran dengan
mekanisme pengangkat pelepah daun dapat dilihat pada Gambar 25. Mesin
dioperasikan oleh satu operator. Berat total dari mesin tanpa operator adalah
1605.55 kg (asumsi berat aplikator pemupuk 400 kg). Mesin memiliki panjang 2730
mm, lebar 1412.6 mm, dan tinggi kabin bagian teratas ke permukaan tanah sebesar
1749 mm. Mesin yang dihasilkan telah memenuhi kriteria desain karena (1) nilai
gaya tekan mesin terhadap tanah kurang dari bearing capacity (19.59 < 90 kPa), (2)
lebar mesin kurang dari lebar teras lahan (1412.6 < 2500 mm), (3) tinggi mesin
kurang dari tinggi rata-rata TBM 4 tahun (1749 < 2200 mm), (4) ground clearance
sebesar 87.64 mm, dan (5) dapat beroperasi pada kemiringan maksimal 23.73o.

21

Gambar 25 Hasil rancangan
Kecepatan mesin pada transmisi satu, dua, tiga, dan mundur berturut-turut
adalah 0.32, 0.673, 2.243, dan 0.242 m/s. Berdasarkan validasi, mesin memiliki slip
maju rata-rata 14.94% (Lampiran 9). Traksi mesin dengan daya engine sebesar 8.58
kW dan percepatan gravitasi 9.81 m/s2 pada gigi transmisi satu, dua, tiga, dan
mundur berturut-turut adalah 16549.02, 7880.48, 2364.15, dan 21868.34 N.
Besarnya daya untuk menggerakkan roda kendaraan pada jalan datar dan miring
berturut-turut sebesar 4.239 kW dan 5.995 kW. Titik berat mesin berada di tengah
mesin (709.99 mm dari poros sproket belakang), sehingga mesin aman dan tidak
terbalik.
Jika kecepatan putar engine yang digunakan sebesar 2400 rpm, maka sebaran
pupuk diasumsikan optimal apabila mesin dioperasikan pada kecepatan gigi dua.
Sumber penggerak sistem pengangkat pelepah adalah poros PTO pada posisi low
sebesar 685.7 rpm. Sistem transmisi yang digunakan dari poros PTO ke sistem
pengangkat adalah sabuk dan puli. Penurunan kecepatan putar dari PTO perlukan
dilakukan agar kecepatan angkat sistem pengangkat sesuai dengan kebutuhan.
Berdasarkan perhitungan yang telah dilakukan, kecepatan putar yang dibutuhkan
pada puli pengangkat sebesar 136.47 rpm. Penurunan kecepatan dari PTO ke sistem
pengangkat dilakukan sebanyak dua tahapan. Hal ini dikarenakan letak puli PTO
yang terletak di sisi kanan mesin tidak sejajar dengan puli pengangkat pelepah yang
berada di sisi kiri mesin (Gambar 26).
Penurunan kecepatan putar tahap pertama terjadi antara PTO dengan puli 1.
Diameter puli PTO yang digunakan adalah 3 inci, sedangkan diameter puli 1 adalah
5 inci sehingga kecepatan putar puli 1 sebesar 411.43 rpm. Selanjutnya, daya putar
ini ditransmisikan ke puli 2 yang berada di sisi kiri mesin. Karena puli 1 dan puli 2
berada pada satu poros, maka kecepatan putar puli 1 dan puli 2 sama besar yakni
411.43 rpm. Diameter puli 2 sebesar 2 inci, sedangkan diameter puli pengangkat
daun sebesar 7 inci. Dari perbandingan kedua puli tersebut, maka kecepatan putar
pengangkat pelepah sudah sesuai dengan kebutuhan yakni 136.47 rpm dan ini
merupakan penurunan kecepatan tahap dua.

22

Gambar 26 Posisi puli transmisi daya putar dari PTO ke sistem pengangkat.
Tinggi pengait 40 cm dari permukaan tanah, sedangkan tinggi pelepah ratarata 1 m dari pokok pada TBM 1, 2, dan 3 berturut-turut adalah 69.33, 73, dan 98
cm dan tinggi ujung berturut-turut 71.33, 47.5, dan 39.5 cm. Hal ini menunjukkan
bahwa pengait dapat mengangkat pelepah daun kelapa sawit. Pengangkat pelepah
dipasang miring 53.45o karena pelepah lebih aman diangkat (vertikal) daripada
didorong (horizontal), tetapi jika dipasang dengan sudut 90o maka pelepah akan
tertabrak sehingga sama saja dengan didorong. Perbandingan kecepatan maju
dengan kecepatan angkat adalah 1:1.68. Dari data validasi (Lampiran 9)
menunjukkan mesin sudah berfungsi sesuai kriteria.
Mekanisme pengangkatan pelepah ditunjukkan pada Gambar 27. Saat proses
pemupukan akan dilakukan, sistem pengangkat diaktifkan (tuas PTO pada posisi
low). Kecepatan maju mesin saat pemupukan adalah 0.673 m/s2 (kecepatan maju
gigi dua dan engine dioperasikan pada 2400 rpm), sedangkan kecepatan angkat
pelepah adalah 1.13 m/s2 atau 1.168 kali kecepatan maju mesin (A). Ketika pengait
pelepah menyentuh bagian pelepah, pelepah akan terkait dan ketiak pelepah
tersebut akan tertutup dikarenakan ada bagian pelepah yang terangkat mengikuti
arah konveyor pengangkat pelepah (B). Penutupan ini bertujuan agar pupuk yang
hendak disebar diharapkan tidak terjatuh pada ketiak pelepah (B). Saat proses
pemupukan berlangsung, rangka kabin akan menahan pelepah agar tidak terjatuh
sehingga ketiak pelepah masih dalam keadaan tertutup. Rangka kabin dibuat miring
agar pelepah tidak mengalami hempasan yang terlalu kuat saat kembali ke posisi
semula sehingga tidak merusak pelepah tersebut (C).
Pengoperasian mesin dilakukan dengan tangan dan kaki. Peletakan alat
kendali disesuaikan dengan jangkauan operator. Berdasarkan analisis jangkauan
kemudi, alat kendali masih dalam jangkauan operator. Tuas pembelok dan pedal
kopling diletakkan 480 mm dari ujung depan tempat duduk. Sedangkan tuas
pengatur kecepatan, tuas PTO, dan tuas kopling utama sudah terletak pada gearbox
dan masih dalam jangkauan operator. Dimensi area ruang kerja tersaji pada Gambar
28.

23

Gambar 27 Mekanisme pengangkatan pelepah saat proses pemupukan

Gambar 28 Dimensi area kerja operator

24
Bagian-Bagian Mesin Pemupuk
a. Rangka Bagian Bawah
Rangka merupakan bagian utama yang berfungsi memberikan bentuk pada
rancangan, sebagai tempat komponen, dan menahan beban dari komponen di
atasnya. Rancangan rangka ditunjukkan pada Gambar 29. Rangka t