PERANCANGAN ULANG MESIN PERONTOK PADI PORTABLE Bustami Ibrahim1, Ady Fadli2 (1) Dosen Jur. Teknik Perancangan Manufaktur, Politeknik Manufaktur Negeri Bandung, Jl. Kanayakan 21 Bandung 40135, email:
[email protected] (2) Mahasiswa D4 Polman Jur. Teknik Rekayasa dan Pengembangan Produk email:
[email protected]
Abstrak Permintaan dari beberapa petani (kelompok tani kecil) di daerah Sumedang-Jawa Barat yang membutuhkan mesin perontok padi yang berukuran kecil atau yang mudah untuk dibawa ke area persawahan yang memiliki akses jalan untuk menuju ke daerah pertanian sulit (area yang dilewati naik turun dan akses jalan kecil berupa pematang sawah) permintaan tersebut diajukan kepada pimpinan CV. Anemato Guna Sadaya di Sumedang. Tujuan dilakukannya penelitian ini adalah untuk menghasilkan mesin perontok padi portable. Yaitu mesin perontok padi yang dapat dibawa kemanamana dengan mudah dan dapat dibawa dengan satu orang. Metode perancangan yang digunakan adalah metode VDI 2222. Cara merancang ini dibuat oleh Persatuan Insinyur Jerman (Verein Deutcher Ingenieure) berisi pendekatan sistimatik untuk mengkonsep produk teknis. Metoda ini terdiri dari empat fase yaitu analisis, pembuatan konsep, merancang dan penyelesaian. Untuk memastikan rancangan mesin tersebut dapat berjalan dengan baik maka dilakukan perhitungan kekuatan dan kemampuan mesin. Kemudian perhitungan tersebut akan disimulasikan dengan software agar kekuatan dan kemampuan mesin dapat tervalidasi dengan benar. Dari hasil perancangan ulang yang telah dilaksanakan diperoleh kesimpulan mesin perontok padi portable memiliki berat dan dimensi yang lebih kecil dari mesin sebelumnya serta dapat dengan mudah dibawa oleh satu orang ke area persawahan yang memiliki akses jalan sempit dan curam (pematang sawah). Kata kunci: perancangan, mesin, perontok, padi, portable, pematang sawah, VDI 2222 1.
Pendahuluan
1.1
Latar Belakang
Beras merupakan komoditas strategis nasional dan dikonsumsi oleh sebagian besar penduduk Indonesia. Konsumsi beras terus bertambah seiring dengan pertumbuhan penduduk. Oleh karena itu, produksi padi harus juga meningkat menyesuaikan dengan permintaan akan kebutuhan padi. Untuk meningkatkan produksi padi salah satunya adalah dengan mempercepat proses produksi padi. Salah satu proses produksi padi adalah proses perontokan padi. Proses perontokan padi dilakukan secara manual yaitu dengan cara dibantingkan. Proses secara manual membutuhkan waktu lama, karena sangat mengandalkan tenaga orang. Seiring dengan perkembangan teknologi maka dibuat mesin
perontok padi. Dengan bantuan mesin proses perontokan padi bisa lebih cepat. Mesin perontok padi yang ada di pasaran saat ini memiliki spesifikasi yang besar, sehingga ukuran dan berat mesin besar juga. Contohnya seperti mesin perontok padi (Power Thresher) berikut:
Gambar 1.1 Mesin Power Thresher
Dengan spesifikasi sebagai berikut:
Tabel 1.2 SpesifikasiThresher tipeStripping Raspbar
Tabel 1.1 Spesifikasi Mesin Power Thresher
SpesifikasiThresher tipeStripping Raspbar 1 Dimensi (900×1120×1300) mm (P×L×T) 2 Penggerak Enjin 2 tak, 2 HP/ 6500 rpm 3 Berat termasuk 36 kg motor 4 Kapasitas kerja 200 kg/ jam (padi) 5 Putaran drum 300 rpm (silinder) 6 Kontruksi Dapat dilipat rangka 7 Konsumsi 0,25 liter/jam (Bensin BBM Campur) 8 Harga Rp 3.500.000,- (tahun 2006) Namun setelah diidentifikasi, penulis menemukan beberapa sistem atau bagian yang menurut penulis sendiri dapat dimodifikasi sehingga kinerjamesin tersebut lebih baik atau lebih optimal dari sebelumnya. Beberapa spesifikasi yang dapat dioptimalkan lagi adalah sistem rangka, berat mesin dan system transmisi (poros).
No 1 2 3 4
Spesifikasi Keterangan Penggerak Motor bakar 5,5 HP Operator 2-3 orang Dimensi 760×950×1380 [mm] Berat total 105 kg Sedangkan yang dibutuhkan oleh customer adalah mesin yang mudah untuk dibawa kemana-mana. Hal ini berdasarkan permintaan dari beberapa petani (kelompok tani kecil) di daerah Sumedang-Jawa Barat yang membutuhkan mesin perontok padi yang berukuran kecil atau yang mudah untuk dibawa ke area persawahan yang memiliki akses jalan untuk menuju ke daerah pertaniannya sulit (area yang dilewati naik turun dan akses jalan kecil berupa pematang sawah). Permintaan tersebut diajukan kepada pimpinan CV. Anemato Guna Sadaya yang berada di daerah Sumedang. Berdasarkan hal tersebut, maka penulis membuat rancangan mesin perontok padi yang bisa memecahkan permasalahan tersebut yaitu mesin perontok padi portable. Adapun mesin perontok padi yang telah dibuat oleh pemerintah yang memiliki spesifikasi yang lebih kecil dari power thresher di atas, yaitu mesin perontok padi bermotor tipe lipat menggunakan drum gigi perontok tipe tipping raspbar.
1.2
Seperti telah dijelaskan pada latar belakang penelitian yang akan dilakukan, penulis tertarik untuk melakukan perancangan ulang mesin perontok padi portable. Pertanyaan penelitian berkenaan masalah yang akan dikaji diantaranya : 3.1Bagaimana cara mendapatkan berat rangka mesin yang kokoh dan mudah dibawa kemana-mana dengan berat yang minimum? 1.3
Gambar 1.2 Mesin Perontok Padi Bermotor Tipe Lipat Menggunakan Drum Gigi PerontokTipeTipping Raspbar
Mesin perontok padi bermoto tipe lipat menggunakan drum gigi perontok tipe tipping raspbar ini memiliki spesifikasi sebagai berikut:
Rumusan Masalah
Batasan Masalah
Batasan masalah dalam perancangan ulang mesin perontok padi portable ini adalah: 1. Kontruksi rangka mesin yang mudah untuk dibawa. 2. Berat mesin total dengan motor bakar terpasang yang lebih ringan dari 36 kg (berat mesin perontok tipe lipat). 3. Poros-poros transmisi yang lebih optimal.
Tujuan dilakukannya penelitian ini adalah untuk menghasilkan mesin perontok padi portable, yaitu mesin perontok padi yang dapat dibawa kemana-mana dengan mudah dan dapat dibawa dengan satu orang.
raspbar. Namun pada mesin ini memiliki kekurangan yaitu: a. Rangka mesin yang kurang kokoh, sehingga dapat menyebabkan getaran yang besar. b. Untuk membawa mesinnya suit, karena tidak disediakan bagian untuk mengangkat. c. Poros transmisi tidak kuat. Mengumpulkan data-data dari sumber terkait baik dari hasil studi pustaka atau pun wawancara.
1.5 Metode Pengumpulan Data
2.3 Tahap Mengkonsep
Secara umum metoda pencarian data yang dilakukanialah : 1) Wawancara dan berdiskusi dengan narasumber terkait. 2) Observasi dan pengamatan langsung. 3) Studi literature. 4) Konsultasi dengan pembimbing.
Proses pertama dalam tahap mengkonsep adalah membuat daftar tuntutan sebagai acuan pembuatan rancangan. Selanjutnya menentukan fungsi menyeluruh dari mesin perontok padi portable dengan metode black box yang nantinya akan menghasilkan struktur pada masing-masing fungsi bagian rancangan. Berikut adalah daftar tuntutan yang harus dipenuhi pada proses perancangan:
4. Tidak membahas kekakuan dan getaran mesin akibat penggerak (motor bakar). 5. Kapasitas mesin dan susut cecer padi tidak dibahas. 6. Tidak membahas nilai ekonomis produk. 1.4
2.
Tujuan Penulisan
Proses Perancangan
2.1 Metodologi Perancangan Metodologi yang digunakan untuk perancangang portable bridge adalah VDI 2222. Pada metodologi ini terdapat empat tahapan utama untuk menyelesaikan suatu rancangang yaitu tahap merencana, mengkonsep, merancang, dan menyelesaikan. 2.2 Tahap Merencana Mengidentifikasi masalah yaitu, faktor sulitnya medan yang dilalui petani menuju ke tempat panen menyebabkan sulitnya membawa mesin perontok padi langsung ke tempat panen. Sehingga mendorong CV. Anemato Guna Sadaya untuk membuat mesin perontok padi yang berukuran kecil dan tidak memiliki berat yang besar atau bisa disebut mesin perontok padi portable. Adapun mesin perontok padi yang dapat dibawa kemana-mana yang telah ada, yaitu mesin perontok padi bermotor tipe lipat menggunakan drum gigi perontok tipe tipping
Tabel 3.1 Daftar Tuntutan No Daftar Tuntutan 1 Tuntutan Utama A Penggerak B Panjang Silinder Perontok 2 Tuntutan ke-2 A Dimensi Mesin B Berat Mesin Termasuk Motor C Kapasitas Kerja 3 Keinginan A Mudah Dalam Pengoprasian
B
Mudah Dibawa
C
Maintenance Mudah
Keterangan Motor Bakar 400 mm ≤ 900×1120×1300 mm < 36 kg > 100 kg/jam Pengoperasian mesin dapat dilakukan oleh perempuan atau laki-laki (2 orang) Tidak menyulitkan pembawa meski medan yang dilalui cukup rumit/ terjal, dapat dibawa oleh 1 orang. Bongkar-pasang komponen mesin mudah, tidak memerlukan alat khusus.
Pada gambar 2.1 terdapat penjabaran tentang isi black box untuk perancangan mesin perontok padi portable.
Gambar 2.1 Konsep Black Box
Setelah black box terdefinisi kemudian dibuat struktur fungsi bagian. Struktur fungsi bagian dibuat pada rancangan mesin perontok padi portable. MESIN PERONTOK PADI PORTABLE SUB FUNGSI RANGKA
SUB FUNGSI PENGGERAK
SUB FUNGSI TRANSMISI
SUB FUNGSI PERONTOK
Gambar 2.2 Diagram Penguraian Fungsi
Setelah proses pembuatan alternatif dari masing-masing fungsi bagian dan menghasilkan beberapa konsep dari rancangan mesin perontok padi portable maka didapatkanlah konsep terpilih melalui proses pemilihan konsep berdasarkan VDI 2222. Berikut merupakan konsep terpilih untuk rancangan mesin perontok padi portable.
3. Perhitungan Rancangan 3.1 Dimensi Silinder Perontok Perontok padi yang dirancang ini merupakan perontok padi tipe mesin dengan cara pengumpanan menggunakan sistem holdon, dimana pada proses perontokannya padi masih dipegag oleh tangan operatornya. Ukuran silinder perontok ini mempengaruhi besarnya kapasitas perontokan dari alat perontok ini. Untuk menentukan besarnya diameter silinder perontok, maka digunakan pendekatan rumus sebagai berikut: 𝜔 = 2𝜋. 𝑛 𝑣 = 𝜔. 𝑟 𝑣 = 2𝜋. 𝑛. 𝑟 𝑣 𝑟= 2𝜋. 𝑁 Dimana kecepatan linier dari silinder perontok adalah 10-20 m/detik untuk alat perontok padi yang digerakkan dengan tenaga motor. Kecepatan linier yang terlalu besar akan mengakibatkan presentase keretakan gabah meningkat karena efek pemukulan terhadap butiran gabah keras. Untuk menghindari hal tersebut, kecepatan linier pada ujung silinder perontok diperkecil yaitu 5-8 m/detik, sedangkan kecepatan putarannya 350 rpm untuk tipe pedal dan untuk pemutar menggunakan motor adalah 550-600 rpm (Araulo et.al, 1976). Besarnya diameter silinder = 255 mm dengan panjang 400 mm.
Gaya
pada
masing-masing
gigi
perontok yaitu gaya total dibagi jumlah gigi. Didapat gaya sebesar 12,6 N. Maka dimensi gigi perontok dapat Gambar 2.3 Alternatif Konsep yang Terpilih
Alternatif fungsi keseluruhan 3, rangka mesin dibuat dari besi profil dengan sambungan (pengikatan) menggunakan las sehingga rigiditas tinggi tetapi rangka agak berat. Fungsi pemutar menggunakan engine 2 tak. Fungsi transmisi menggunakan puli dan sabuk. Fungsi perontok menggunakan perontok silinder tipe terbuka.
dihitung
dengan cara sebagai berikut
G
Keterangan: l = panjang sisir perontok = 50 mm FG = pengganti gaya merata pada gigi perontok = 12,6 N
Bahan gigi perontok menggunakan besi St.37 yang memiliki Re = 240 N/mm2. Makan diameter gigi perontok adalah: 3 32. 𝐹𝐺 . 𝑙 𝑑≥ � 𝜋. 𝑅𝑒
𝑑 ≥ 2,99 𝑚𝑚 maka diambil diameter gigi perontok yaitu 5 mm. 3.2 Daya yang Dibutuhkan Untuk Memutarkan Silinder Perontok
Gambar 3.1 Skets system transmisi
3.4 Poros Transmisi Poros-poros transmisi dicari diameter rencananya kemudian dikontrol pada potongan kritisnya. Jika aman maka dilakukan validasi dengan menggunakan software FEM (Finite Element Method). 3.5 Analisis Software
Diketahui: - FG = 12,6 N - r = 127.5 mm - nout = 600 rpm Jumlah gigi yang bekerja adalah 15 buah, jadi gaya perontokannya dikalikan 15. Torsi yang terjadi:
Kekuatan
Rangka
dengan
Hasil dari analisis software adalah sebagai berikut: 1) Tegangan yang terjadi pada rangka
𝑇 = 15𝐹𝐺 × 𝑟 = 24097,5 𝑁𝑚𝑚 ≈ 24,0975 𝑁𝑚 Daya yang dibutuhkan: 𝑇 × 𝑛𝑜𝑢𝑡 == 1,5 𝑘𝑊 𝑃= 9550
Motor yang dipakai Honda GXH50 dengan daya 1,6 kW dan putaran 4200-7000rpm. 3.3 Perhitungan Elemen Transmisi (Sabuk dan Puli) Gambar 3.2 Hasil analisis tegangan pada rangka
Daya motor (Pm)= 1,6 kW; Faktor Kerja (KA) = 1,5 (dari buku rollof/matek TB 3-5); nin = 4200 rpm nout = 600 rpm Rasio total: 𝑛𝑖𝑛 =7 𝑖𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑛𝑜𝑢𝑡
Pada kontruksi rangka seperti di atas terjadi tegangan maksimal sebesar 238,43 N/mm2. Dimana batas tegangan harus lebih kecil dari Re material rangka yaitu 240 N/mm2 (bahan st.37). Maka berdasarkan hasil analisis kontruksi rangka terhadap tegangan yang terjadi adalah aman.
2) Factor of safety statis rangka
Gambar 4.1 Hasil analisis factor of safety statis pada rangka
Pada kontruksi rangka seperti di atas memiliki factor of safety statis terkecil sebesar 1,94. Dimana batas minimal factor of safety adalah 1,5 (berdasarkan rollof/matek, 2007). Maka berdasarkan hasil analisis kontruksi rangka terhadap factor of safety yang terjadi adalah aman. 4.
Kesimpulan
Dari hasil perancangan ulang yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa mesin perontok padi portable memiliki berat total dan dimensi yang lebih kecil dari pada mesin perontok padi yang telah ada sebelumnya. Mesin perontok padi portable yang dirancang ulang memiliki berat total termasuk motor bakar sebesar 32,27 kg dengan kapasitas kerja 206 kg/jam. Mesin perontok padi portable yang dirancang kontruksi rangka dibuat dengan tambahan penggendong sehingga dapat dengan mudah dibawa oleh satu orang ke area persawahan yang memiliki akses jalan sempit dan curam (pematang sawah).
[2] Hakim, A R., 2005, Kekuatan Bahan Dasar, Politeknik Manufaktur Negeri Bandung, Bandung. [3] Ruswandi, Ayi, 2004, Metode Perancangan I, Bandung : Politeknik Manufaktur Bandung. [4] Schmidtke, Heinz und Iwona JastrzebskaFraczek, 2013, Ergonomie Daten zur Systemgestaltung und Begriffsbestimmungen, Carl Hanser Verlag, München. [5] Araulo, E. V., D. B. D. Padua dan M. Graham. 1976. Rice Post Harvest Technology. International Development Research Center. Ottawa, Canada. [6] Sularso, Kiyoktsu Suga. 2008. Dasar Perencaanaan dan Pemilihan Elemen Mesin. Jakarta : Pradnya Paramita [7] Koes, Sulistiadji. 2007. Buku Alat dan Mesin (Alsin) Panen dan Perontok Padi di Indonesia. Balai Besar Pengembangan Mekanisme Pertanian. [8] Hanafie, Ahmad dan Saripuddin M, Muh. Fadhli, Oktober 2011, Perancangan mesin perontok padi (combine harverter) Yang ergonomis dengan pendekatan antropometri, Jurnal ILTEK,Volume 6, Nomor 12. [9] Sulistiadjie, Koes, Rosmeika dan Andri Gunanto, Oktober 2008, Rancang Bangun Mesin Perontok Padi Tipe Lipat Menggunakan Drum Gigi Perontok Tipe Stripping Respbar, Volume 6, No. 2, [10] Balai Besar Pengembangan Mekanisasi Pertanian. 2006. Perontok Padi Model Lipat Mengurangi Susut Panen Padi. Warta Penelitian dan Pengembangan Pertanian Volume 28 No. 3 tahun 2006. [11] Deptan. 2008. Perontok Padi untuk Varietas Unggul Tipe Baru Fatmawati. www.deptan.go.id (Juni 2014) [12] http://us.misumi-ec.com (Agustus 2014)
Daftar Pustaka [1] Wittel, H., Muhs, D., Jannasch, D., Voβiek, J., 2007. Roloff/Matek Maschinenelemente: Normung, Berechnung, Gestaltung 21. Auflage. Springer Vieweg. Deutschland.
