METODE PENELITIAN Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Teknik Mesin Budidaya Pertanian, Jurusan Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Penelitian berlangsung selarna delapan bulan, yaitu rnulai bulan Mei sampai dengan . .
November 200 1.
Tahapan Penelitian Penelitian ini dilakukan dalam beberapa tahapan sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 8.
ANALISIS MEKANISME PEMOTONGAN 1. LINTASAN REEL DAN I3EDKNIFE 2. JUMLAH TlTIK POTONG 3. GAYA PEMOTONGAN 4. MODEL MATEMATIK TORSI PEMOTONGAN
t
1
4 I
PENANAMAN RUMPUT BERMUDA SECARA SODDING
PENGUJIAN UNTUK VALIDASI
t
1 PENGUKURAN TORSI PEMOTONGAN I VALUDASI MODEL MATEMATIK,
SELESAl
Gainbar S Tahapan keglatan penelltian
I
Metode Analisis Mekanisme Pemotongan Mekanisme pemotongan dari pisau pemotong rumput tipe reel didekati melalui analisis kine~natikadan dinamika. Analisis kine~natikadigunakan untuk menentukan pola lintasan pisau (reel blude dan bedknije). Sedangkan analisis dinamika digunakan untuk menentukan gaya-gaya yang bekerja pada pisau reel dan gerakan yang diakibatkan oleh gaya tersebut. Keseragaman (rata tidaknya) hasil pemotongan dari pisau tipe ini, secara teoritis dapat didekati melalui hubungan antara clip of 111e reel
dan tinggi
pemotongan (YI.). Secara geometrik hubungan antara C> dan YI> tersebut dapat digambarkan dalain bentuk segitiga (lihat Gambar 9), di mana bagian alas dari segitiga ini merepresentasikan besarnya CR,sedangkan tinggi segitiga menunjukkan
Yp.Adapun sisi lainnya merupakan tinggi sebagian ru~nputsetelah dipotong (&). Fenomena marcelling atau munculnya restirution /7eig/7/ (I?//) dapat dihitung melalui selisih antara YS dan Y,,(RII=
YS --Yp). Y
w
4k-Rh
PISAU (REEI. BlADE)
RUMPUT SETEIAH DIPOTONG
GROUND
. O
I I .
Gainbar 9. Mekanisme pelnotongan rumput tipe reel dan parameter yang relevan.
....
,.
Lintasan Reel dan Bedknife Beberapa asumsi berikut ini digunakan untuk meiakukan analisis gerakan pisau (reel blade dan bedknife) pada mekanisme pemotongan rumput tipe reel. 1. Reel berputar pada porosnya dengan kecepatan putar tetap.
2. Pisau pemotong yang terdiri atas reel blade dan bedknife bergerak maju dengan jalur lurus di atas permukaan rumput datar pada kecepatan konstan. 3. Antara reel blade dan bedknife tidak tejadi gesekan.
4. Rumput terpotong hanya pada posisi tejepit antara reel blade dan bedknife. 5. Rumput yan'g dipotong pada satu kotak rumput adalah seragam, baik varietas,
densitas, maupun kadar aimya. Jalur lintasan dari sebuah titik pada satu pisau reel yang memiliki gerak iroclzoidal, dapat digambarkan dalam bidang dua dimensi dengan cara menentukan besarnya koordinat X dan Y. Jika titik tersebut bergerak dari posisi awal X=O dan Y=
Y p (Gambar 9), maka nilai koordinat dari jalur gerakannya dapat ditentukan dengan persamaan umum berikut: Vi - R sin w i
(6)
Y=R(l-cos m i ) + Yp
(7)
A'
=
Apabila reel tersebut memiliki pisau bejumlah k pisau, dimana pisau ke-1 dimulai dari posisi X=O dan Y=Yp, kemudian pisau ke-2 dan seterusnya dihitung berdasarkan arah yang berlawanan dengan jarurn jam, inaka koordinat jalur gerakan dari pisau ke-i dengan i = 1 sampai k dapat ditentukan dengan persamaan ini:
Bedknge yang bergerak linier dan relatif terhadap pennukaan tanah,
mempunyai bentuk lintasan berupa garis lurus. Persamaan lintasan dari bedknfe dapat ditentukan melalui persamaan berikut:
x= Vt
(10)
Y= Yp
(11)
Selanjutnya, untuk memperoleh pola lintasan dari pisau tipe ini dilakukan ,
melalui simulasi komputer berdasarkan persamaan (8), (9), ( l o ) , dan ( 1 1).
Jumlah Titik Potong Jumlah titik potong setiap saat ( J T ~ dari ) pisau ini ditentukan melalui pendekatan terhadap pisau reel yang dibentangkan. Hal ini berdasarkan pada kecepatan linier dari pisau reel yang berputar, sama dengan kecepatan linier apabila pisau tersebut bergerak maju secara kontinyu. Dalam bentangan pisau reel tersebut terdapat beberapa parameter yang menentukan J p , di antaranya adalah: panjang reel
(L), diameter reel (D), sudut potong pisau reel ( a ) ,dan jumlah pisau yang terdapat pada reel (k).
Gaya Pemotongan Rumput Terdapat sejumlah gaya yang bekerja pada saat pemotongan nunput. Gaya-gaya tersebut di antaranya adalah gaya gesek rumput dengan pisau &), gaya untuk mendorong rumput hingga membengkok atau defleksi
( F d ) , dan
gaya akibat tahanan
potong rumput itu sendiri (F,). Ketiga gaya tersebut sudah tercakup ke dalaln gaya puncak pemotongan specifik (Fp). Dalam penelitian ini ITp yang digunakan adalah gaya puncak pemotongan spesifik arah tangensial (Fpr)pang besamya adalah 5,73 N.
Torsi Pemotongan Rumput Torsi pemotongan rumput (Tp) merupakan hasil kali antara gaya pemotongan ruinput total (17p) dan jari-jari reel (R). Fp merupakan aku~nulasidari gaya puncak pemotongan spesifik arah tangensial (I;,)dikalikan jumlah titik potong setiap saat
( J T ~ )dan , jumlah batang rumput yang dipotong setiap saat (JB).JB dapat ditentukan dari diameter rumput (4 dikalikan kerapatan (K,) dan luas lintasan titik potong ( L N ~ ) yang berbentuk jajaran genjang. Alas jajaran genjang ditentukan oleh jarak yang ditempuh titik potong arah sejajar poros pisau reel (Sy=Vmxt), sedangkan tingginya ditentukan oleh nilai dari clip of the reel (CR).Di mana CR merupakan jarak yang ditempuh oleh satu titik potong pada satu reel blade ke blade berikutnya. Secara matematis, torsi peinotongan rumput ( T p ) tersebut dapat diformulasikan dalam bentuk persamaan umum sebagai berikut: Tp = Fp x I-?
T,=l<,xJ,xJ,xR
Metode Percobaan Pemotongan Peubah Percobaan Percobaan ini melibatkan tiga peubah penjelas dan satu peubah respons. Peubah penjelas yang dimaksudkan adalah:
1. Kecepatan putar reel (n) terdiri atas tiga level yakni: 550 rpm (nl), 752 rpm (nz), dan 961 rpin (nj). 2. Kecepatan maju pemotongan (V) terdlri atas 0,5 mddetik (V,) dan 0,6 mldetik (Vz).
3. Juinlah pisau pada reel (k) dengan level 9 pisau (k,) dan 11 pisau (kz).
Sedangkan peubah respons atau peubah tak bebas (dependen/ vuriubel) dalam percobaan ini adalah torsi pemotongan rumput ( T p ) dalam N m.
Alat dan Bahan Percobaan Alat Percobaan. Peralatan yang digunakan dalam percobaan ini antara lain ,.
adalah (1) upparalus uji pemotongan rumput (turf bin tesl uppara/us) dan kelengkapannya, (2) instrumen pengukuran dan perekaman data yang terdiri atas sensor torsi berupa slruin gages (Kyowa, KFG-1-120-D16-11N l5C2), slip ring (Michigan S-4), bridge box (Kyowa, BD-120), strain amplrfier (DPM-603A), analog to digitul converler (ADC), komputer, dan (3) alat-alat pendukung lainnya seperti digiral luclzorneler (Shimpo, DT205B) slop walclz, rnultile.~ter(CE, DT830D). Pisau pada uppuralus uji pemotongan rumput ini terdiri atas reel dan hedknijk. Pisau reel yang digunakan terdiri atas 9 pisau dan 11 pisau. Kedua jenis pisau reel tersebut memiliki panjang pisau 53 cm, diameter reel 12,6 cm, diameter poros 2,425 cm, tebal pisau 0,5 cm, lebar pisau 2,O cm, sudut potong lo0, sudut ketajaman pisau 30°, dan rake angle sebesar 5". Bedknlfe mempunyai panjang 53 cm, lebar 6 cln, tebal 0,32 cm, dan sudut pelepasan (relief angle) sebesar 5".
Bahan Percobaan. Rumput yang digunakan sebagai bahan uji adalah rumput Bermuda (Cynodon duclilon) varietas irfwuy yang ditanam secara sodding pada 3 buah kotak rulnput
(tul:f
bin). Kotak rumput terbuat dari papan kayu dengan panjang
150 cm, lebar 65 cm, dan tinggi 9 cm. Bagian bawah kotak rumput tersebut dibuat dari triplek setebal 0,6 cni yang diberi lubang sebesar 0,scm untuk saluran drainase.
Jarak antar lubang tersebut sebesar 10 cm. Selanjutnya kotak rumput tersebut diisi pasir halus berdiameter 0,5 cm sebagai media tanam. Sebelum ditanani rumput, media tanam tersebut disiram dan dipupuk. Setelah lf: 6 hari, lempengan rumput yang berukuran 30 x 30 cm ditempelkan pada media pasir tersebut, yang kemudian dilakukan rolling agar akar rumput dapat masuk ke media tanam. Sebelum digunakan untuk pengujian rurnput tersebut dirawat dan dipangkas 2-3 kali setiap minggu. Kondisi rumput pada saat pemotongan adalah berdiameter 0,8 mm, diukur menggunakan jangka sorong. Kerapatan mmput dihitung berdasarkan jumlah batang rumput per 25 cm2, yang kemudian dikonversikan ke dalam jumlah batang per m2. Berdasarkan ha1 tersebut, kerapatan rumput pada kotak mmput ke-1 adalah 30.000 batang/m2, kotak rumput ke-2 adalah 48.000 batang/m2, dan kotak rumput ke- 3 adalah 47.200 batang/m2. Tinggi rumput sebelum dipotong diukur dari pangkal rumput pada permukaan media tanam hingga bagian ujung rumput menggunakan jangka sorong atau mistar. Rumput tersebut mempunyai tinggi 20-25 mm, dan kadar air saat pemotongan rata-rata 64%.
Rancangan Percobaan Rancangan percobaan yang di-makan dalam pengukuran torsi pemotongan rumput adalah rancangan percobaan faktorial, yang merupakan kombinasi dari beberapa faktor. Terdapat 12 kombinasi perlakuan dalam percobaan ini (Tabel 2). Kombinasi perlakuan tersebut disusun dari 3 faktor, yakni kecepatan putar reel (n) yang terdiri atas 3 level (nl=550 rpm, nf=752 rpm, dan n3=964 rpm), kecepatan maju pelnotongan (V) terd~riatas V1=0,5 mldetik dan V2=0,6 mddetik, dan jurnlah pisau reel (k) yang terdiri atas kl= 9 pisau dan k ~ = l pisau l
Tabel 2. Kombinasi perlakuan dalain pengukuran torsi pemotongan
Metode Pengukuran dan Sistem Perekaman Data Pengukuran torsi pemotongan dilakukan menggunakan alat percobaan pelnotongan rumput (turf bin test apparatus) yang telah dibuat (lihat Gainbar 10). Pada poros pisau reel dipasang sensor berupa 4 buah strain gages untuk mengukur torsi yang terjadi pada saat pengukuran (pemotongan rumput). Persamaan hasil kalibrasi sensor torsi pada range pengukuran 10 x 100 p& pada struin amplrfier adalah:
di inana:
T = torsi ( N m) V, = tegangan keluaran (Volt)
PERSONAL COMPUTER
MOTOR LISTRIK
PULI PENGGERAK
PENGENCANG
BEARING PENAHAN
I
MOTOR LISTRIX
I
PULI PENGGEXAK TURF BIN
SPROCKET
. \
RANGKA UTAMA
Gambar 10. Skema alat percobaan pernotong rulnput tipe reel.
A,VALOGl~IGI7~1. CONVERTER (ADC)
Proses pengukuraan dimulai dengan digerakkannya pisau reel oleh motor penggerak. Selang beberapa saat (2-5 detik) motor khusus penggerak turf bin dihidupkan untuk menarik turf bin yang telah diisi rumput percobaan dengan setting kecepatan maju yang telah ditetapkan. Pada saat rumput pada turf bin tersebut menyentuh pisau pernotong (reel dan bedknife), maka proses pemotongan mulai terjadi. Pen,&uran torsi di1akuk;tn secara berkelanjutan dari sebelurn pemotongan, selama pemotongan, dan setelah pemotongan dengan periode pengambilan data 10 mili detik (samp[ingfreguency sebesar 100 Hz). Kelebihan dari pengukuran torsi pemotongan rumput menggunakan turfbin test ini adalah bahwa pen,&uran
dilakukan pada rumput dalam bentuk bulk atau
hamparan.
Analisis Data Data torsi pemotongan diperoleh melalui substitusi tegangan keluaran hasil pengukuran ke dalam persamaan hasil kalibrasi (persamaan 13). Torsi pemotongan rumput (Tp) adalah torsi keseluruhan pada saat pemotongan berlangsung ( T p ) dikurangi torsi untuk mengatasi gesekan dan beban pelnutaran pisau reel sebelun pemotongan berlangsung (TsP). Kemudian data Tp dari hasil pengukuran tersebut ditentukan nilai rataannya. Selanjutnya nilai rata-rata tersebut digunakan sebagai pembanding (validasi) terhadap besamya Tp yang diperoleh dari model maternatik hasil pendekatan teoritis. Secara matematik torsi tersebut dapat dituliskan: Tp
=
TKP- Tsp
(14)
