Desain Konseptual Mesin Penangkap & Pengangkut TBS di ... · 1. Grafik elemen kerja yang paling...
76
DESAIN KONSEPTUAL MESIN PENANGKAP DAN PENGANGKUT TANDAN BUAH SAWIT DI DALAM KEBUN RUSNADI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2013
Transcript of Desain Konseptual Mesin Penangkap & Pengangkut TBS di ... · 1. Grafik elemen kerja yang paling...
DESAIN KONSEPTUAL MESIN PENANGKAP DAN
PENGANGKUT TANDAN BUAH SAWIT DI DALAM KEBUN
RUSNADI
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Desain Konseptual
Mesin Penangkap dan Pengangkut Tandan Buah Sawit di dalam Kebun 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 disertasi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Agustus 2013
Rusnadi
NIM F14090063
ABSTRAK
RUSNADI. Desain Konseptual Mesin Penangkap dan Pengangkut Tandan Buah
Sawit di dalam Kebun. Dibimbing oleh WAWAN HERMAWAN.
Dalam pemanenan kelapa sawit, tandan buah jatuh memiliki energi
potensial yang cukup besar, yang dapat ditangkap dan digunakan untuk daya
pengangkutan tandan buah. Penelitian ini dilakukan untuk mengukur koefisien
tahanan gelinding roda angkong di lahan sawit, menganalisis energi potensial
jatuhnya buah sawit dan pemanfaatannya sebagai sumber energi untuk
mengevakuasi tandan buah sawit dari dalam kebun menuju tempat pengumpulan
hasil, serta untuk merancang sebuah konsep mesin penangkap dan pengangkut
tandan buah sawit di dalam kebun. Pengukuran tahanan gelinding dan tahanan
penetrasi dilakukan pada lintasan evakuasi TBS. Pengukuran energi potensial
dilakukan pada ketinggian buah sekitar 3, 8, 9 dan 15 m. Hasilnya menunjukkan
bahwa mobilitas roda mesin (angkong) di lahan sawit sangat baik dan tidak
mengalami amblas. Tahanan penetrasi tanah (kedalaman 0-5 cm) pada beberapa
daerah yang biasa dilintasi angkong berkisar antara 16.44 hingga 22.10 kgf/cm2.
Nilai koefisien tahanan gelinding roda angkong pada lintasannya di kebun rata-
rata 0.159. Energi potensial dari jatuhnya TBS berkisar antara 0.44-4.44 kJ.
Energi tersebut mampu menggerakkan perpindahan teoritis mesin pengangkut
TBS sejauh 2.27-22.98 m. Sebuah desain konseptual dari mesin penangkap dan
pengangkut TBS telah dirancang dengan mengkombinasikan mekanisme lengan
ayun, roda gigi, rantai dan sproket, mekanisme ratchet, mekanisme ”watch
spacement”, gear box serta mekanisme pegas.
Kata kunci: kelapa sawit, pemanenan, angkong, energi potensial, desain konseptual
ABSTRACT
RUSNADI. Conceptual Design of Catchment Flatform and Evacuation Machine
for Oil Palm Fruit Bunches. Supervised by WAWAN HERMAWAN.
In oil palm harvesting, falling fruit bunches have a considerable potential
energy, which can be captured and used to power the wheelbarrow in evacuating
the fruit bunches. This study was conducted to measure the coefficient of rolling
resistance of a wheel barrow, analyze the potential energy of falling fresh fruit
bunch, design a conceptual design of the catchment platform and evacuation
machine. Measurement of wheel rolling resistance and soil penetration resistance
were conducted at the evacuation track in the field. The energy potential of the
falling fruit bunches was measured during harvesting, with variations of the fruit
height of approximately 3 m, 8 m, 9 m and 15 m. The results showed that machine
mobility in the field was very good. Soil penetration resistance was in the range of
16.44-22.10 kgf/cm2. Average coefficient of rolling resistance of the wheels was
0.159. Potential energy of falling fruit bunches were in the range of 0.44-4.44 kJ.
Theoretical traveling distance of the wheel barrow using the captured potential
energy was in the range of 2.27 m - 22.98 m. A conceptual design of catchment
flatform and evacuation machine was designed.
Keywords: oil palm, harvesting, wheelbarrow, potential energy, conceptual design
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknologi Pertanian
pada
Departemen Teknik Mesin dan Biosistem
DESAIN KONSEPTUAL MESIN PENANGKAP DAN
PENGANGKUT TANDAN BUAH SAWIT DI DALAM KEBUN
RUSNADI
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
Judul Skripsi : Desain Konseptual Mesin Pynangkap dan Pengangkut Tandan Buah Sawit di dalam Kebun
Nama :Rusnadi NIM : F14090063
Disetujui oleh
Dr Ir W an Hermawan MS imbing Akademik
Tanggal Lulus: 2 3 AUG 2013
Judul Skripsi : Desain Konseptual Mesin Penangkap dan Pengangkut Tandan
Buah Sawit di dalam Kebun
Nama : Rusnadi
NIM : F14090063
Disetujui oleh
Dr Ir Wawan Hermawan, MS
Pembimbing Akademik
Diketahui oleh
Dr Ir Desrial, MEng
Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT. karena
atas rahmat dan karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul
“Desain Konseptual Mesin Penangkap dan Pengangkut Tandan Buah Sawit di
dalam Kebun”.
Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada Dr Ir Wawan Hermawan,
MS selaku dosen Pembimbing Akademik yang senantiasa memberikan bimbingan
dan arahan kepada penulis. Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada
Dr Ir Gatot Pramuhadi, MSi dan Dr Ir Radite Praeko AS, MAgrselaku dosen
penguji yang telah banyak memberikan saran serta masukan terhadap skripsi ini.
Tak lupa juga ucapan terima kasih penulis berikan kepada seluruh pihak yang
telah membantu penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan pembuatan skripsi
ini.
Penelitian berawal dari permasalahan pada saat melakukan praktik lapangan
di Perkebunan Kelapa Sawit PT SOCFINDO Seumanyam-Tripa Aceh.
Permasalahan yang ditemukan adalah proses pengangkutan tandan buah sawit
(TBS) hasil pemanenan masih dilakukan secara manual.Hal tersebutberpotensi
terjadinya kerusakan fisik pada TBS yang cukup tinggi. Kerusakan fisik yang
terjadi pada TBS akan sangat mempengaruhi mutu buah dan kualitas ekstraksi
CPO yang akan dihasilkan. Selain itu, proses pengangkutan TBS dari dalam
kebun menuju tempat pengumpulan hasil (TPH) masih dilakukan dengan cara
konvensional sehingga masih ditemukan kelemahan pada sisi penggunaan daya
pengangkutan yang masih sangat besar, waktu yang cukup lama dalam proses
pengutipan berondolan buah sawit serta proses loading TBS ke dalam alat
pengangkut (angkong) secara manual dengan menggunakan alat “gancu”.
Penulis berharap semoga tulisan ini bermanfaat dan memberikan kontribusi
yang nyata terhadap perkembangan ilmu pengetahuan di bidang teknologi
pertanian.
Bogor, Agustus 2013
Rusnadi
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI vi
DAFTAR GAMBAR vii
DAFTAR TABEL vii
DAFTAR LAMPIRAN viii
PENDAHULUAN
Latar Belakang 1
Tujuan 3
Lingkup Pengukuran 3
TINJAUAN PUSTAKA
Tanaman Kelapa Sawit 4
Tandan Buah Kelapa Sawit 4
Pemanenan Tandan Buah Sawit (TBS) 5
Energi Potensial Gravitasi 6
Energi Potensial Pegas 7
Antropometri 7
Pesawat Sederhana (Tuas) 8
Pegas 9
METODOLOGI PENELITIAN
Waktu dan Tempat Penelitian 10
Bahan dan Alat 10
Tahapan Penelitian 14
Kriteria Desain 18
Konsep Rancangan 19
HASIL DAN PEMBAHASAN
Mobilitas dan Koefisiens Tahanan Gelinding Roda Angkong di Lahan Kebun
Kelapa Sawit 20
Potensi Energi Potensial TBS sebagai Energi untuk Pengangkutan TBS ke
TPH 22
Konsep Mesin Penangkap dan Pengangkut TBS 25
SIMPULAN DAN SARAN 51
DAFTAR PUSTAKA 52
LAMPIRAN 54
DAFTAR GAMBAR
1. Grafik elemen kerja yang paling melelahkan dalam pemanenan kelapa
sawit 1
2. Grafik elemen kerja yang membutuhkan waktu paling lama dalam
pemanenan kelapa sawit 2
3. Kondisi lahan tanaman kelapa sawit 4
4. Bentuk tandan buah sawit di tempat pengumpulan hasil (TPH) 5
5. Posisi operator saat pemanenan TBS 5
6. Usaha gravitasi w pada waktu gerak lurus suatu benda dari suatu titik ke
titik lain dalam suatu medan gravitasi 6
7. Gaya bekerja terhadap pegas memperpanjangnya sebesar x, akan timbul
gaya pemulih F di dalam pegas dimana F = kx 7
8. Pengungkit jenis ke-II 8
9. Aplikasi tuas jenis ke-II 8
10. Beberapa bentuk pegas helix 9
11. Contoh skema pengukuran karakteristik teknik pemanenan TBS di lapangan 10
12. Contoh skema pengukuran dimensi TBS 12
13. Skema pengujian beberapa jenis bahan landasan penangkap TBS 12
14. Pengukuran mobilitas gelinding roda angkong di lahan kebun 13
15. Pengambilan sampel tanah dan pengukuran tahanan penetrasi di lahan sawit 14
16. Diagram alir konsep desain mesin penangkap dan pengangkut TBS 15
17. Tahapan kegiatan penelitian 16
18. Skema pemanfaatan energi potensial sebagai daya pengerak roda angkong 19
19. Luas kontak area roda traksi pada tire type 21
20. Mobilitas angkong dengan kapasitas maksimum 22
21. Energi potensial darijatuhnya tandanbuah sawitsaatpemanenan 23
22. Jarak tempuh teoritis mesin yang dihasilkan oleh energi potensial dari
jatuhnya TBS 24
23. Salah satu contoh konsep penangkap TBS 25
24. Salah satu konsep komponen penampung TBS 26
25. Salah satu konsep komponen roda penggerak 26
26. Konsep penangkapan TBS dengan sistem tali penarik 26
27. Konsep penangkapan TBS dengan sistem penampang tekan 27
28. Konsep A unit penangkap TBS 28
29. Konsep B unit penangkap TBS 28
30. Konsep C unit penangkap TBS 29
31. Konsep D unit penangkap TBS 29
32. Kondisi dan bentuk daerah piringan pokok sawit 30
33. Pola sebaran mengenai peluang area titik jatuhnya TBS dan berondolan
buah di dalam pringan pokok sawit 31
34. Analisis bentuk dan dimensi penampang penangkap TBS 32
35. Bentuk dan dimensi umum dari penampang penangkap TBS 32
36. Struktur dasar komponen penangkap TBS 33
37. Frame dasar komponen penangkap TBS 34
38. Batang penyangga depan komponen penangkap TBS 34
39. Komponen peredam unit penangkap TBS 35
40. Konsep A unit penampung 36
41. Konsep B unit penampung 36
42. Konsep C unit penampung 37
43. Konsep D unit penampung 37
44. Bentuk unit penampung TBS 38
45. Mekanisme umum konsep kerja unit roda traksi dan daya penggerak 39
46. Beberapa bentuk pegas yang dapat digunakan sebagai komponen
penyimpan energi potensial jatuhnya TBS 40
47. Konsep komponen daya penggerak roda 41
48. Mekanisme penyimpanan energi potensial TBS ke pegas utama 42
49. Mekanisme pengeluaran energi potensial pegas untuk menggerakan roda
traksi 42
50. Rancangan bentuk kopling yang digunakan 43
51. Susunan gear pada unit gear box dengan rasio 1:16 44
52. Komponen pengatur gerakan release dari regangan pegas 44
53. Data simulasi penentuan titik center of gravity 45
54. Ilustrasi bentuk umum konsep unit rangka dan stang kemudi 46
55. Konsep unit rangka dan stang kemudi 46
56. Konsep mesin penangkap dan pengangkut TBS 47
57. Posisi mesin saat pemotongan TBS 48
58. Ilustrasi batang penyangga komponen penangkap TBS saat pemotongan
TBS 48
59. Posisi mesin saat evakuasi TBS 49
60. Posisi tuas kontrol pada stang kemudi 49
61. Grafik hasil simulasi pembebanan mekanis pada komponen mesin 50
DAFTAR TABEL
1. Tingkat kematangan buah sawit 6 6
2. Pengukuran dan Pengamatan Karakteristik Teknik Pemanenan TBS 11
3. Pengujian beberapa jenis bahan landasan penangkap TBS 12
4. Pengukuran mobilitas dan tanahan gelinding roda angkong di lahan sawit 13
5. Tahanan penetrasi tanah rata-rata di lahan sawit pada kedalaman 0-5 cm 20
6. Dry bulkdensity tanah rata-rata di lahan sawit pada kedalaman 0-10 cm 21
7. Koefisien tahanan gelinding roda angkong di lahan sawit 22
8. Seleksi konsep unit penangkap TBS melalui faktor pembobotan 30
9. Radius titik jatuh TBS dan berondolan buah saat pemanenan 30
10. Seleksi material penangkap TBS 33
11. Seleksi konsep unit penampung TBS melalui faktor pembobotan 37
12. Karakteristik tandan sawit 59
13. Data antropometri posisi berdiri operator pemanen sawit di Indonesia 60
14. Data antropometri posisi duduk operator pemanen sawit di Indonesia 61
DAFTAR LAMPIRAN
1. Perhitungan pemilihan bahan dan kekutatan bahan yang digunakan 54
2. Prosedur umum operasional pemanenan TBS di Indonesia 58
3. Tabel karakteristik tandan sawit 59
4. Tabel data antropometri posisi berdiri operator pemanen sawit di Indonesia 60
5. Tabel data antropometri posisi duduk operator pemanen sawit di Indonesia 61
6. Gambar teknik konsep mesin penangkap dan pengangkut TBS 62
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Pemanenan dan pengangkutan kelapa sawit merupakan kegiatan yang
paling intensive dilakukan di perkebunan kepala sawit. Sementara, di perkebuan-
perkebuan sawit di Indonesia pada umumnya, pemanenan dan pengangkutan
kelapa sawit masih dilakukan secara manual.Kegiatan pemanenan dan
pengangkutan kelapa sawit secara manual akan berpotensi terjadinya kerusakan
buah (Zulfahrizal 2005). Kerusakan fisik yang terjadi pada tandan buah sawit
(TBS) akan sangat mempengaruhi mutu buah dan kualitas ekstraksi CPO yang
akan dihasilkan. Menurut Pahan (2006), selama kegiatan panen dan
pengangkutan tandan, asam lemak bebas (ALB) dapat naik dengan cepat. Salah
satu upaya untuk menghindari terbentuknya ALB adalah pengangkutan buah
dari kebun ke pabrik harus dilakukan secepatnya dan menggunakan alat/mesin
angkut yang baik (Djoehana 2006).
Salah satu faktor kritis dalam produksi crude palm oil (CPO) adalah proses
pemanenan TBS yang harus dilakukan dengan cara yang tepat dan proses yang
benar. Jika dinding sel buah sawit pecah atau rusak karena proses pembusukan
atau karena pelukaan mekanik, tergores atau memar karena benturan, enzim
akan bersinggungan dengan minyak dan reaksi hidrolisis akan berlangsung
dengan cepat sehingga membentuk gliserol dan asam lemak bebasnya (Ponten
1994). Buah kelapa sawit yang sudah matang dan masih segar hanya
mengandung 0.1 % ALB, tetapi buah-buah yang sudah memar atau pecah dapat
mengandung ALB sampai 50 % hanya dalam waktu beberapa jam saja. Apabila
buah dibiarkan begitu saja tanpa perlakuan khusus, dalam waktu 24 jam
kandungan ALB dapat mencapai 67 % (Ponten 1994).
Menurut Putrianti (2013) aktivitas pemanenan kelapa sawit merupakan
pekerjaan yang berat sehingga dapat menyebabkan tejadinya fenomena rasa sakit
yang timbul akibat kerja berlebihan pada otot atau yang sering disebut muscular
fatigue. Putranti (2013) pun menjelaskan bahwa terdapat beberapa elemen
pekerjaan yang melelahkan dan membutuhkan waktu yang paling lama dalam
pemanenan kelapa sawit. Data mengenai hal tersebut disajikan pada Gambar 1
dan Gambar 2.
Gambar 1 Grafik elemen kerja yang paling melelahkan dalam
pemanenan kelapa sawit (Putranti 2013)
(orang)
2
Dari Gambar 1 dan Gambar 2 tersebut, menjelaskan bahwa pekerjaan memungut
berondolan dan mengangkong merupakan kegiatan yang paling
melelahkan.Khusus untuk pekerjaan memungut berondolan, pekerjaan ini juga
tergolong ke dalam pekerjaan dengan waktu pekerjaan yang paling lama.
Pekerjaan memungut berondolan sangat banyak dikeluhkan oleh pemanen
karena dapat menyebabkan rasa sakit pada kaki dan pinggang pemanen. Untuk
mengatasi hal tersebut perlu adanya alat bantu untuk memungut berondolan
tersebut tanpa harus membungkuk atatupun berjongkong (Putianti 2013).
Berdasarkan uraian di atas maka fokus permasalahan yang akan
diselsaikan dalam penelitian ini yang pertama adalah mengenai pengurangan
potensi kerusakan fisik buah sawit akibat kegiatan pemanenanserta efektivitas
pengangkutan TBS saat pemanenan. Sedangkan masalah yang kedua adalah
masalah penanganan kegiatan pemungutan berondolan dan mengangkong agar
kegiatan tersebut tidak termasuk ke dalam pekerjaan yang paling melelahkan
serta tidak membutuhkan waktu kerja yang paling lama.Peningkatan efektivitas
waktu pemanenan dapat dilakukan dengan cara mengurangi/mempercepat waktu
pemindahan TBS ke dalam “angkong”, mempercepat proses pengutipan
berondolan buah sawit yang tercecer serta peningkatan volume “angkong” agar
dapat memuat TBS dengan kapasitas yang lebih banyak.
Tindakan untuk menghasilkan output yang maksimal dalam pemanenan
TBS adalah dengan menerapkan teknologi, diantaranya pada alat/mesin
pengangkut TBS di dalam kebun yang mampu mengurangi kerusakan fisik pada
TBS, sehingga penurunan kualitas CPO dapat diminimalisir. Penerapan
teknologi pada alat/mesin pengangkut TBS di dalam kebun diharapkan dapat
meningkatkan efektivitas kegiatan evakuasi TBS dari dalam kebun menuju
tempat pengumpulan hasil (TPH). Selain itu, perancangan alat/mesin penangkap
jatuhnya TBS dan berondolan buah dibutuhkan untuk mengatasi masalah
kelelahan pemanen dan penggunaan waktu kerja yang lama dari kegiatan
memungut berondolan secara manual.
Masalah dari kegiatan mengangkong akan diatasi dengan perancangan
desain alat/mesin pengangkut yang tidak membutuhkan tenaga yang besar dan
atau merancang sebuah konsep sumber daya tambahan. Penerapan
teknologiyang prespektif untuk daya penggerak tambahan pada alat/mesin
pengangkut TBSadalah dengan memanfaatkan energi potensial jatuhnya TBS.
Menurut Nazzamudin (2013), besarnya energi potensial dari jatuhnya TBS
berkisar pada 0.45-4.45 kJ. Potensi tersebut diharapkan dapat memberikan daya
Gambar 2 Grafik elemen kerja yang membutuhkan waktu paling
lama dalam pemanenan .kelapa sawit (Putranti 2013)
(orang)
3
tambahan untuk menggerakan alat/mesin pengangkut TBS. Hal tersebut
dilakukan agar pekerjaan mengangkong tidak tergolong ke dalam salah satu
pekerjaan paling melelahkan pada kegiatan pemanenan TBS.
Penjelasan di atas menjelaskan bahwa sangat dibutuhkannya perancangan
sebuah konsep desain mesin yang mampu menangkap dan mengangkut TBS,
yakni dengan memanfaatkan energi potensial jatuhnya TBS sebagai daya
penggerak tambahan mesin tersebut. Konsep desain yang dikembangkan
bertujuan agar kegiatan pemungutan berondolan buah dan TBS ke dalam bak
pengangkut tidak dilakukan lagi secara manual dan satu per satu. Pemanen
dirancang untuk tidak lagi melakukan kegitan pemungutan berondolan buah
sehingga efektivitas pengangkutan TBS ke TPH dapat lebih cepat dan maksimal.
Oleh sebab itu, dibutuhkannya sebuah penelitian mengenai rancangan konsep
desain mesin yang dapat menyelsaikan masalah penangkapan dan pengangkutan
TBS di dalam kebun. Kegiatan tersebut diharapkan mampu menyelsaikan
masalah kerusakan mekanis buah sawit akibat pemanenan secara manual,
kelelahan pemanen akibat pemungutan berondolan secara manual serta masalah
dibutuhkannya energi operator pemanen untuk mengoperasikan unit pengangkut
TBS menuju TPH.
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah mengukur mobilitas roda angkong dan
koefisien tahanan gelinding roda angkong di lahan kebun kelapa
sawit,menganalisis potensi energi potensial jatuhnya TBS dan pemanfaatannya
sebagai sumber energi untuk pengangkutan TBS ke TPH serta merancang
sebuah konsep desain mesin penangkap dan pengangkut TBS di dalam kebun
berdasarkan pemanfaatan energi potensial jatuhnya TBS saat pemanenan.
Lingkup Pengukuran
Lingkup pengukuran pada penelitian ini yakni kondisi lahan yang diamati
dibatasi pada daerah lintasan (yang sering dilewati) oleh angkong saat proses
evakuasi TBS dari dalam kebun menuju TPH. Selain itu, kondisi lahan kebun
kelapa sawit yang diamati adalah kondisi lahan yang memiliki kontur datar dan
bukan merupakan lahan gambut.
4
Gambar 3 Kondisi lahan tanaman kelapa sawit
TINJAUAN PUSTAKA
Tanaman Kelapa Sawit
Kelapa sawit memiliki batang kelapa sawit yang tumbuh tegak ke atas
dengan diameter batang sekitar 60 cm. Pohon kelapa sawit hanya memiliki satu
titik terminal ujung batang berbentuk kerucut diselimuti oleh daun-daun muda
yang masih kecil dan lembut (Mangoensoekarjo dan Semangun 2008). Menurut
Fauzi et al. (2008) pertambahan tinggi batang baru terlihat secara jelas sesudah
tanaman berumur empat tahun. Pertambahan tinggi tanaman kelapa sawit dapat
mencapai 45 cm per tahun. Menurut Mangoensoekarjo dan Semangun (2008),
daun kelapa sawit membentuk susunan daun majemuk, bersirip genap dan
bertulang daun sejajar. Panjang pelepah daun dapat mencapai 7.5-9 m jumlah
anak daun perpelepah adalah 250-400 helai. Pertumbuhan pelepah daun
mempunyai filotaksi 1/8, yang artinya setiap satu kali berputar melingkari
batang terdapat 8 pelepah daun. Produksi daun per tahun tanaman dewasa dapat
mencapai 20-24 helai.
Tandan Buah Kelapa Sawit
Buah kelapa sawit termasuk jenis buah keras (drupe), menempel dan
bergerombol pada tandan buah. Jumlah buah per tandan dapat mencapai 1-600
buah, berbentuk lonjong sampai membulat. Panjang buah berkisar 2-5 cm dan
beratnya sampai 30 gram. Bagian-bagian buah terdiri atas eksokarp (kulit buah),
mesokarp (sabut), dan biji. Eksokarp dan mesokarp disebut perikarp sedangkan
biji terdiri atas endokarp (cangkang) dan inti (kernel). Inti (kernel) terdiri atas
endosperm (putih lembaga) dan embrio. Bagian-bagian buah yang menghasilkan
minyak adalah mesokarp dan inti. Buah kelapa sawit mencapai kematangan (siap
untuk panen) sekitar 5-6 bulan setelah terjadinya penyerbukan. Warna buah
bergantung pada varietas dan umurnya (Mangoensoekarjo dan Semangun 2008).
5
Gambar 4 Bentuk tandan buah sawit di tempat pengumpulan hasil (TPH)
Pemanenan Tandan Buah Sawit (TBS)
Sistem panen terdiri dari dua, yaitu ancak tetap dan ancak giring. Ancak
tetap adalah setiap pemanen diberi ancak panen yang sama dengan luasan
tertentu dan harus selesai pada hari itu. Ancak giring adalah setiap pemanen
diberikan ancak per baris tanaman dan digiring bersama-sama (Koedadiri et al.
2005).
Gambar 5 Posisi operator saat pemanenan TBS
6
Energi Potensial Gravitasi
Energi potensial merupakan suatu bentuk energi yang tersimpan, yang
dapat dimunculkan dan diubah sepenuhnya menjadi tenaga kinetik. Tenaga
potensial tidak dapat dikaitkan dengan gaya tak konservatif seperti gaya gesekan,
karena tenaga kinetik dalam sistem demikian tidak kembali ke harga semula
ketika sistem mencapai konfigurasi mula – mula. Pada suatu sistem ada yang
dikenal dengan tenaga potensial dan tenaga kinetik dan ini dikenal dalam sistem
konservatif. Tenaga potensial sendiri merupakan tenaga yang belum dikeluarkan
dan masih tersimpan (Suryadi 2012).
Gambar 6 Usaha Gravitasi w pada waktu gerak lurus suatu benda dari suatu
titik ke titik lain dalam suatu medan gravitasi (Suryadi 2012)
Sebuah benda bermassa m (dan beratnya w = mg) bergerak vertikal seperti
Gambar 6 dari sebuah titik dimana pusat beratnya ada pada ketinggian y1 di atas
suatu bidang yang dipilih sembarang menuju sebuah titik yang tingginya y2.
Disini akan dibicarakan perpindahan di dekat bumi saja, sehingga perbedaan
gaya gravitasi akibat perbedaan jarak benda ke pusat bumi dapat diabaikan.
Gaya gravitasi ke bawah terhadap benda nilainya konstan (sebesar w). Andaikan
P adalah resultan semua gaya lainnya yang bekerja terhadap benda itu, dan
Tabel 1 Tingkat kematangan buah sawit
Fraksi Jumlah Brondrolan yang Jatuh Kematangan
00 Tidak ada buah berwarna hitam Sangat mentah
0 Satu brondolan s.d. 12.5% buah segar Mentah
1 12.5-25% buah luar Kurang matang
2 25-50% buah luar Matang I
3 50-75% buah luar Matang II
4 75-100% buah luar Lewat matang I
5 Buah dalam ikut membrodol Lewat matang II
Sumber: Semangun (2003).
7
andaikan pula W’ adalah usaha gaya – gaya ini. Arah gaya gravitasi w
berlawanan dengan perpindahan ke atas dan usaha gaya ini adalah
( ) ( )
Dapat dikatakan bahwa usaha gaya gravitasi adalah ( ) , tidak memperhatikan apakah benda itu bergerak naik atau turun.
Energi Potensial Pegas
Pada Gambar 7 dapat dilihat sebuah benda bermassa m di atas sebuah
permukaan datar. Salah satu ujung pegas direkatkan pada benda tersebut dan
ujung lainnya diikat tetap. Kemudian ditentukan pangkal koordinat benda
tersebut pada saat pegas tidak regang seperti pada Gambar 7 (a). Suatu gaya luar
P menarik pegas tersebut sampai meregang. Begitu gaya P menarik, ada suatu
gaya F yang ada dalam pegas tersebut berlawanan arahnya terhadap
pertambahan panjang x dan berlawanan terhadap gaya tarik P. Gaya F ini
dinamakan gaya elastik. Kalau gaya P diperkecil atau dibuat nol, gaya elastik ini
akan memulihkan pegas kembali bentuk semula (tidak meregang). (Suryadi
2012)
Gambar 7 Gaya bekerja terhadap pegas memperpanjangnya sebesar x, akan
timbul gaya pemulih F di dalam pegas dimana F = kx (Suryadi
2012)
Robert Hooke pada tahun 1678 mengamati bahwa apabila perpanjangan x
sebuah pegas tidak begitu besar sehingga tidak terjadi cacat permanen pada
pegas itu sehingga gaya tersebut berbanding langsung dengan perpanjangan dan
dapat ditulis
( )
yang merupakan persamaan Hooke. Konstanta perbandingan k disebut
konstanta gaya atau koefisien (angka) kekakuan. Besaran ⁄ , yaitu
setengah kali konstanta gaya dengan kuadrat koordinat benda disebut energi
potensial elastik, EP, benda tersebut (Suryadi 2012).
Antropometri
Antropometri adalah cabang dari lmu manusia yang berhubungan dengan
pengukuran tubuh, terutama dengan pengukuran ukuran tubuh, bentuk tubuh,
kekuatan tubuh dan kapasitas kerja tubuh Pheasant (2003). Data antropometri
dibedakan berdasarkan selang usia dan jenis kelamin. Data pengukuran
(1)
(2)
(3)
8
antropometri manusia sangat diperlukan dalam perhitungan desain berbagai alat
kendali mesin, perlengkapan kerja dan dimensi ruang kerja agar tercapai
kenyamanan,keamanan dan efisiensi kerja bagi operator.
Pesawat Sederhana (Tuas)
Pengungkit/tuas adalah pesawat sederhana yang berbentuk batang keras
yang dapat memutari suatu titik (Ikhlasul 2012).
Gambar 8 Pengungkit jenis ke-II (Ikhlasul 2012)
Keterangan:
U = titik upaya (tempat gaya bekerja)
B = titik beban
T = titik tumpu
db (lengan beban) = jarak B–T
du (lengan upaya) = jarak A–T
Fb = gaya beban
Fu = gaya upaya
maka
Prisnsip kerja tuas adalah dengan memperbesar gaya, artinya dengan gaya
yang kecil dapat mengangkat atau memindahkan beban yang berat atau
memindahkan benda lebih jauh. Pada tuas berlaku hubungan berikut:
(Fb x db) = (Fu x du )
Keterangan:
Fb = berat beban
Fu = gaya upaya
Gambar 9 Aplikasi tuas jenis ke-II (www.imzaroncikgusains.blogspot.com)
(4)
(5)
9
Pegas
Pegas adalah elemen mesin flexibel yang digunakan untuk memberikan
gaya,torsi, dan juga untuk menyimpan atau melepaskan energi. Energi disimpan
pada bendapadat dalam bentuk twist, stretch, atau kompresi. Energi di-recover
dari sifat elastis material yang telah terdistorsi. Pegas haruslah memiliki
kemampuan untuk mengalami defleksi elastis yang besar. Beban yang bekerja
pada pegas dapat berbentuk gaya tarik,gaya tekan, atau torsi (twist force). Pegas
umumnya beroperasi dengan “high working stresses” dan beban yang bervariasi
secara terus menerus. Beberapa contoh spesifik aplikasi pegas adalah :
1. untuk menyimpan dan mengembalikan energi potensial, seperti misalnya
pada “gun recoil mechanism”,
2. untuk memberikan gaya dengan nilai tertentu,
3. untuk meredam getaran dan beban kejut,
4. untuk indikator/kontrol beban, contohnya pada timbangan,
5. untuk mengembalikan komponen pada posisi semula, contonya pada “brake
pedal”.
Pegas dapat diklasifikasikan berdasarkan jenis fungsi dan beban yang
bekerja yaitu pegas tarik, pegas tekan, pegas torsi, dan pegas penyimpan energi.
Tetapi klasifikasi yang lebih umum adalah diberdasarkan bentuk fisiknya.
Klasifikasi berdasarkan bentuk fisik adalah :
1. Pegas kawat(Wire form spring),
2. Pegas cincin(Spring washers),
3. Pegas daun(Flat spring),
4. Pegas volut(Flat wound spring).
Gambar 10 Beberapa bentuk pegas helix (Masmukti 2011)
10
METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan menjadi 2 tahap penelitian, yakni penelitian
pendahuluan dan penelitian lanjutan. Penelitian pendahuluan meliputi kegiatan
identifikasi kebutuhan hingga proses pembuatan model 3 dimensi dari mesin yang
dirancang. Penelitian lanjutan meliputi kegiatan pembuatan prototipe mesin,
proses pengujian kinerja mesin hingga proses perbaikan kinerja mesin. Kegiatan
penelitian pendahuluan tersebut dilakukan pada tingkat Strata 1 (S1) sedangkan
untuk kegiatan penelitian lanjutan akan dilakukan pada tingkat Magister (S2).
Penelititan yang dilakukan pada tingkat S1 ini fokus pada kegiatan
penelitian pendahuluan. Berikut ini merupakan penjelasan mengenai jenis
kegiatan, waktu pelaksanaan dan tempat pelaksanaan penelitian pendahuluan.
Kegiatan identifikasi kebutuhan dan pengambilan data penelitian di lapangan
dilaksanakan di Medan, tepatnya di perkebunan kelapa sawit Tanah Gambus PT
Socfin Indonesia pada 27 Maret 2013 hingga 2 April 2013. Proses perancangan
konsep desain dilakukan pada 3 April 2013 hingga 15 Juli 2013 di Laboratorium
Engineering Design Studio (EDS) Departemen Teknik Mesin dan Biosistem,
Institut Pertanian Bogor (IPB).
Bahan dan Alat
Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini akan dikelompokan ke
dalam beberapa tahap, yakni tahap perencanaan dan pengukuran, tahap
pembuatan konsep desain serta tahap pengujian desain. Penjelasan secara
lengkapnya akan dijelaskan pada tiap-tiap tahapan penelitian tersebut.
Pada tahap perencanaan dan pengukuran bahan yang digunakan adalah
kertas, tandan buah sawit (TBS), tanaman kelapa sawit, egrek, angkong, serta
beberapa perlengkapan panen manual TBS. Alat yang digunakan dalam tahap ini
adalah alat tulis dan beberapa peralatan instumen pengukuran untuk mengetahui
dimensi dan berat dari bahan penelitian yang akan diukur serta untuk mengetahui
besaran-besaran lainnya yang dibutuhkan dalam pembuatan konseptualisasi desain
(seperti instrumen pengukur beban kerja, gaya, dan waktu). Rincian dari
instrumen yang akan digunakan tersebut akan disajikan ke dalam tabel-tabel
berikut ini.
Gambar 11 Contoh skema pengukuran karakteristik teknik pemanenan TBS di lapangan
Tinggi Buah
Jarak Operator Titik Jatuh TBS
11
Tabel 2 Pengukuran dan pengamatan karakteristik teknik pemanenan TBS
Pengukuran/Pengamatan
Peralatan
yang
digunakan
Metode
Tinggi buah sawit yang
dipanen
Meteran,
galah egrek
Mengukur tinggi buah (posisi
tandan) dari permukaan tanah
menggunakan galah egrek, lalu
diukur panjangnya.
Posisi pemanen Meteran Mengukur jarak berdiri pemanen
dari pohon sawit
Posisi jatuhnya buah
sawit
Meteran,
kamera
video
Jatuhnya TBS direkam dengan
kamera video, jarak posisi jatuh
buah dari pohon sawit diukur dengan
meteran
Bobot dan ukuran buah
Timbangan
digital,
meteran
Bobot buah ditimbang dengan
timbangan digital. Ukuran buah
diukur pada dua posisi: panjang
(arah tandan), diameter TBS (arah
melintang)
Sudut penarikan egrek
()
Meteran,
kamera
Sudut penarikan dihitung
menggunakan data tinggi buah dan
jarak pemanen ke pohon sawit. Hasil
perhitungan divalidasi dengan foto
Gambar 12 Contoh skema pengukuran dimensi TBS
12
Tabel 3 Pengujian beberapa jenis bahan landasan penangkap TBS
Pengukuran/Pengamatan
Peralatan
yang
digunakan
Metode
Kekuatan bahan
landasan penangkap TBS
Kamera Bentuk bahan landasan penangkap
TBS setelah mengalami impact force
dengan TBS didokumentasikan
menggunakan kamera foto.
Efek kerusakan fisik
buah sawit
Kamera,
timbangan
digital
Bobot buah yang memberondol dari
tandan ditimbang menggunakan
timbangan digital. Bentuk kerusakan
fisik yang terjadi pada buah akan
didokumentasikan kedalam bentuk foto
sebagai bahan pembanding.
Perilaku tandan buah
sawit saat mengalami
benturan fisik dengan
landasan penangkap
Meteran,
kamera video
Jarak pantulan buah dan radius daerah
tercecernya buah sawit akan diukur
menggunakan meteran. Perilaku
pergerakan dan tumbukan buah serta
lepasnya buah sawit akan direkam
menggunakan kamera video.
Gambar 13 Skema pengujian beberapa jenis bahan landasan penangkap TBS
13
Tabel 4 Pengukuran mobilitas dan tanahan gelinding roda angkong di lahan sawit
Pengukuran/Pengamatan
Peralatan
yang
digunakan
Metode
Bentuk permukaan tanah
dan kondisi fisik lahan
sawit
Kamera Mengidentifikasi beberapa jenis dan
kondisi permukaan tanah dari lahan
sawit. Gambaran menganai
bentuk/kondisi fisik lahan sawit
didokumntasikan dalam bentuk foto.
Tahanan penetrasi tanah
dan bulk density tanah
Penetrometer,
ring sample,
timbangan
digital, oven,
janka sorong,
stopwatch
Tahanan penetrasi pada beberapa
kondisi tanah dilakukan dengan
menggunakan penetrometer.
Pengambilan sampel tanah dilakukan
dengan metode alur menggunakan ring
sample sebanyak 5 buah untuk setiap
kondisi tanah. Pengukuran bulk density
tanah dilakukan dengan
membandingkan berat basah tanah dan
berat kering tanah (setelah di oven
selama 24 jam dengan suhu 105oC).
Berat tanah diukur dengan
menggunakan timbangan digital.
Volume ring sample diukur dengan
menggunakan jangka sorong.
Koefisien tahanan
gelinding roda angkong
(CRR)
Timbangan
digital
Berat total beban kerja meliputi berat
angkong kosong ditambah berat TBS
yang dimuat dan diukur menggunakan
timbangan digital. Gaya tarik yang
dibutuhkan oleh angkong akan diukur
menggunakan timbangan digital. CRR
dapat diperoleh dari perbandingan gaya
penarikan angkong terhadap berat total
beban kerja pada angkong.
Gambar 14 Pengukuran mobilitas gelinding roda angkong di lahan kebun
14
Gambar 15 Pengambilan sampel tanah dan pengukuran tahanan
penetrasi di lahan sawit
Pada tahap pembuatan konsep desain, bahan yang digunakan adalah salah
satu software computer aided desain (CAD) yaitu “SolidWorks Premium 2012”.
Peralatan yang yang digunakan adalah alat tulis, mesin hitung, software
“Microsoft Excel 2010”, seperangkat komputer dan mesin cetak (printer).
Tahap pengujian hasil konsep desain akan menggunakan software
“SolidWorks Premium 2012”, yakni digunakan untuk menganalisis stress dan
strain dari konsep desain yang telah dibuat serta untuk proses simulasi gerakan
operasi dari model alat yang akan dibuat. Selain itu, peralatan lain yang yang
digunakan adalah alat tulis, mesin hitung, software “Microsoft Excel 2010”,
seperangkat komputer dan mesin cetak (printer).
Tahapan Penelitian
Penelitian ini merupakan suatu rangkaian penelitian yang besar, yakni
mencakup tahapan koseptualisasi desain, pembuatan prototipe hingga pengujian
kinerja. Pada tingkat S1 ini, penelitian dilakukan untuk pembuatan konsep desain
dari mesin penangkap dan transporter TBS di dalam kebun. Oleh sebab itu,
kegiatan yang dilakukan dalam penelitian ini adalah kegiatan pembuatan
konseptualisasi desain hingga menjadi sebuah model gambar 3D dari rancangan
mesin yang akan dibuat serta kegiatan pengujian model 3D mesin yang telah
dibuat.
Penelitian ini dibagi ke dalam beberapa kegiatan besar (lihat Gambar 17).
Kegiatan yang dilakukan dalam penelitian ini adalah meliputi pengukuran
mobilitas tahanan gelinding roda angkong hingga perancangan konsep mesin
penangkap dan pengangkut TBS. Sedangkan pelaksanaan penelitian merujuk pada
15
Mulai
Perumusan dan penyempurnaan
konsep desain mesin penangkap dan
transpoter TBS di dalam kebun
Uji fungsional model 3D mesin
Uji kinerja model 3D mesin
Selesai
Modifikasi
Data dan informasi
penunjang
Pembuatan beberapa alternatif konsep desain
Uji seleksi
konsep desain
Ya
Tidak
Tidak
Ya
Analisis teknik/perhitungan
perancangan desain mesin
Identifikasi masalah pengangkutan TBS
di dalam kebun
,,
Pembuatan model 3D alat
Berhasil
Lolos
diagram alir konsep desain mesin penangkap dan pengangkut TBS di dalam
kebun yang disajikan pada Gambar 16.
Gambar 16 Diagram alir konsep desain mesin penagkap dan pengangkut TBS
16
Gambar 17 Tahapan kegiatan penelitian
Berikut ini merupakan penjelasan lebih rinci menganai tahapan-tahapan
penelitian yang dilakukan:
a. Identifikasi Masalah
Tahapan penelitian ini adalah melakukan identifikasi kondisi lapangan
dan pencarian data lapangan terkait dengan beberapa data yang digunakan
dalam proses desain. Uraian dari kegiatan tersebut adalah mencakup beberapa
hal, yakni identifikasi kebutuhan dan masalah pengangkutan TBS di dalam
kebun yang dihadapi oleh pemanen (users), pengamatan pada beberapa
potensi lapangan yang bisa dimanfaatkan untuk memecahkan masalah
mengenai pengangkutan TBS dan pengumpulan data lapangan (kebun sawit),
mempelajari cara pengangkutan TBS secara manual, mengumpulkan literatur
alat atau mesin pengangkut TBS serta penentuan batasan-batasan desain atau
spesifikasi (karakteristik dari mesin yang akan dirancang) bardasarkan
kebutuhan calon pengguna (users).
Beberapa data dari tanaman kelapa sawit yang dikumpulkan adalah data-
data menganai tinggi tanaman sawit, jarak antar tanaman sawit, jumlah rata-
rata tandan buah tiap pohon tanaman sawit dan letak tandan pada batang
tanaman sawit, dimensi dan berat rata-rata tandan buah sawit, bentuk dan
tekstur TBS, posisi tandan dan pelepah daun sawit, serta beberapa data
pendukung lainnya.
Kegiatan pengamatan yang dilakukan pada proses pengangkutan TBS
secara manual di dalam kebun adalah (1) mempelajari prosedur kegiatan
pemanenan TBS, (2) mengamati pola gerakan jatuhnya TBS dari batang
tanaman sawit, (3) mengamati sebaran titik jatuhnya TBS di atas piringan
tanaman sawit, (4) mengamati bentuk kerusakan fisik yang dialami oleh TBS
saat mengenai permukaan tahan, (5) mempelajari mekanisme pengangkutan
17
TBS dan berondolan TBS ke dalam mesin transportasi di dalam kebun
(angkong), (6) mempelajari prosedur pengangkutan TBS dari dalam kebun
menuju tempat pengumpulan hasil (TPH).
Tahap selanjutnya adalah kegiatan pengumpulan informasi dari beberapa
literatur tentang mesin atau mesin pengangkut TBS yang telah. Dari beberapa
informasi yang diperoleh akan dikembangkan untuk proses penentuan
beberapa spesifikasi (karakteristik dari mesin yang dapat dirancang).
b. Perumusan dan Penyempurnaan Konsep Desain
Tahap penelitian ini adalah tahapan pembuatan konsep desain yang
dilakuakan untuk menyelsaikan masalah transportasi TBS dari dalam kebun
menuju TPH. Spesifikasi dari konsep desain dirumuskan berdasarkan kondisi
aktual lapangan dan batasan spesifikasi mesin yang diinginkan oleh operator
pemanen TBS (users).
Masalah yang coba diselesaikan dari penelitian ini adalah masalah pada
proses pengangkutan TBS ke dalam angkong menuju TPH membutuhkan
tenaga yang cukup besar apabila dilakukan secara manual, selain itu proses
pemungutan berondolan buah sawit yang tercecer di sekitar piringan tanaman
sawit membutuhkan waktu yang cukup lama. Dari permasalahan tersebut
telah dirumuskan ke dalam sebuah konsep desain mesin penangkap dan
transpoter TBS dari dalam kebun menuju TPH yang memiliki efisiensi lebih
tinggi bila dibandingkan dengan alat/mesin pengangkutan TBS yang
konvensional (sudah ada saat ini).
Dari perumusan masalah kebutuhan rancangan tersebut, dilakukan proses
pengembangan desain fungsional mesin yang sesuai untuk memenuhi
kebutuhan rancangan mesin penangkap dan transpoter TBS. Selanjutnya
dilakukan perancangan desain struktural dari komponen-komponen mesin
yang akan dibuat.
Data hasil pengamatan dan pengukuran di lapangan dianalisis untuk
menentukan besarnya gaya mekanis dan beban kerja mekanis yang
dibutuhkan dalam kegiatan penangkapan TBS dan pengangkutan TBS dari
dalam kebun menuju TPH. Analisis teknik dan perhitungan rancangan
dilakukan untuk menentukan secara akurat dari bentuk, ukuran, bahan, dan
cara pembuatan mesin yang akan dirancang. Analisis tersebut juga dilakukan
untuk menentukan mekanisme rancangan mesin yang sesuai dengan
spesifikasi desain. Hasil analisis teknik digunakan untuk menentukan dimensi
dari desain konstruksi mesin penangkap dan transpoter TBS yang akan
dimodelkan dengan menggunakan Computer Aided Desain (CAD).
Rancangan fungsional dan srtuktural selanjutnya disajikan ke dalam beberapa
bentuk desain mesin yang memungkinkan untuk dibuat.
c. Uji Optimasi Konsep Desain
Tahap ini dilakukan proses seleksi dari beberapa desain konsep rancangan
mesin yang telah dimodelkan dalam CAD. Tahap ini dilakukan pemilihan
perangkat lunak yang dapat memodelkan proses seleksi konsep desain mesin
secara mudah dan tepat. Perangkat lunak yang dipilih selanjutnya dibuat
format bahasa pemrograman yang digunakan untuk menjalankan instruksi
pada proses seleksi konsep desain. Parameter seleksi konsep desain
diterjemahkan ke dalam bahasa pemrograman sebagai bentuk kodingan
proses simulasi seleksi konsep desain.
18
Kriteria seleksi lebih ditekankan kepada unjuk kerja rancangan mesin
yang dibuat dan kesesuaian konsep desain terhadap spesifikasi desain dan
kondisi lapangan tanaman kelapa sawit. Beberapa parameter yang digunakan
sebagai kriteria seleksi desain adalah kemudahan operasi, kemudahan
pembuatan, biaya pembuatan, kelincahan gerak dan kesesuaian mekanisme.
Parameter tersebut akan digunakan sebagai kriterian untuk proses go/no-go
screening dari konsep desain yang akan dirancang.
d. Pembuatan Model 3 Dimensi (3D)
Tahap ini dilakukan proses pemodelan konsep desain hasil dari proses
seleksi desain rancangan mesin ke dalam bentuk gambar 3D menggunakan
software “SolidWorks Premium 2012”. Hasil dari pemodelan ini sebagai
bentuk visualisasi rancangan struktural dari mesin yang akan dibuat.
e. Uji Kinerja dari Model 3D Mesin Hasil Rancangan
Proses uji kinerja model 3D mesin dilakukan dengan memanfaatkan
fasilitas simulasi analisis gaya dan pembebanan mekanis yang disediakan
pada software “SolidWorks Premium 2012”. Hasil dari pemodelan gambar 3D
digunakan sebagai bahan pengujian analisis pergerakan mesin dan analisis
penyebaran gaya.
Kriteria Desain
Konsep mesin penangkap dan pengangkut TBS dirancang dengan
mempertimbangkan kondisi aktual di lahan kebun kelapa sawit, kriteria
desain/masukan dari para operator pemanen TBS di lapangan serta pertimbangan
aspek ergonomika (antropometri) dari para pemanen. Bentuk dan dimensi
rancangan mesin akan disesuaikan dengan data antropometri operator pemanen
sawit di Indonesia.
Konsep desain mesin yang dirancang diharapkan dapat meningkatkan
efektivitas waktu pengangkutan TBS dari dalam kebun menuju TPH. Hal tersebut
dapat dilakukan dengan cara membuat mesin yang didesain mampu
mempersingkat waktu serta tenaga kerja saat pemanenan. Konsep mesin
dirancang agar mesin dapat memanfaatkan energi jatuh bebasnya TBS untuk
menggerakan roda mesin pengangkut. Dengan hal tersebut, pemanfaatan energi
potensial dari jatuhnya buah diharapkan mampu mengurangi tenaga
pengoperasian mesin. Jatuhnya TBS dan berondolan buah akan langsung
ditangkap oleh unit penangkap sehingga pemanen tidak lagi memungut
berondolan buah dan TBS secara manual. Hal tersebut diharapkan dapat
mengurangi waktu untuk kegiatan loading TBS dan pemungutan berondolan buah
ke dalam unit pengangkut. Energi potensial dari proses tumbukan buah sawit
dengan unit penangkap akan dikonversi sebagai tenaga penggerak roda
pengangkut melalui mekanisme penyimpanan dan pengubahan energi pada sebuah
unit konverter.
19
Konsep Rancangan
Konsep rancangan desain mesin yang dibuat adalah dengan memanfaatkan
energi potensial dari gerakan jatuh bebas TBS yang akan dikonversi ke dalam
bentuk energi kinetik sebagai daya penggerak pada roda mesin pengangkut TBS.
Konsep tersebut diterapkan untuk mengurangi penggunaan daya operator
pemanen (users) saat mengoperasikan mesin. Ilustrasi untuk menjelaskan masalah
pemanfaatan energi potensial menjadi energi kinetik dari gerakan jatuhnya TBS
disajikan dalam Gambar 18. Masalah tercecernya berondolan buah sawit akibat
gaya impact TBS dengan permukaan tanah akan diselesaikan dengan suatu
rancangan komponen untuk menangkap/merangkap TBS yang jatuh. Komponen
penangkap TBS tersebut didesain untuk mengurangi waktu kerja dalam
pemungutan berondolan buah sawit serta menjaga mutu buah sawit yang dipanen
agar tidak mengalami kerusakan fisik yang besar.
Gambar 18 Skema pemanfaatan energi potensial sebagai daya penggerak
roda .angkong
20
HASIL DAN PEMBAHASAN
Mobilitas dan Koefisien Tahanan Gelinding Roda Angkong
di Lahan Kebun Kelapa Sawit
Mobilisasi mesin dalam mengangkut TBS di dalam kebun akan
dipengaruhi oleh faktor dari kondisi tanah, kondisi mesin, dan kondisi iklim
kebun sawit. Pada penelitian ini lebih menganalisis kemampuan mobilitas
angkong untuk melintasi lahan kebun sawit berdasarkan faktor tanah dan mesin.
Faktor dari tanah yang mempengaruhi mobilisasi agkong adalah tekstur tanah,
struktur tanah, kadar air tanah, densitas tanah, tahanan penetrasi tanah, konsistensi
tanah, serta kuat geser tanah. Faktor dari mesin (angkong) yang mempengaruhi
mobilisasinya adalah gaya penekanan terhadap tanah dan luas permukaan kontak
antara bagian traksi dan permukaan tanah.
Kemampuan mobilitas yang dimaksud dalam penelitian ini adalah
kemampuan roda angkong untuk melintasi lahan sawit pada kondisi kering
dengan kontur yang cukup datar dan bukan termasuk lahan gambut. Parameter
yang digunakan untuk menentukan mobilitas angkong (kereta sorong) di dalam
kebun adalah tahanan penetrasi tanah pada beberapa daerah lintasan roda angkong
serta koefisien tahanan gelinding roda angkong di lahan sawit. Pada Tabel 5
merupakan hasil pengukuran pada beberapa daerah lintasan roda angkong di
dalam kebun kelapa sawit. Pengukuran tahanan penetrasi dilakukan hanya pada
kedalaman 0-5 cm saja. Hal tersebut dikarenakan pada kedalam 5-10 cm, besarnya
tahanan penetrasi telah melebihi batas skala pada penetrometer yang digunakan.
Tabel 5 Tahanan penetrasi tanah rata-rata di lahan sawit pada kedalaman 0-5 cm
Kedalaman
Penetrasi
Tahanan Penetrasi Rata-rata (kgf/cm2)
Daerah
Piringan
Daerah
JalurLintasan
Roda
Angkong
Daerah
Rumpukan
Daerah
TPH
0-5 cm 18.83 22.10 16.44 20.22
Dari data hasil pengukuran tahanan penetrasi tanah, daerah jalurlintasan
roda angkongmemiliki tahanan penetrasi yang paling tinggi. Hal tersebut
dikarenakan pada daerah tersebut memiliki kerapatan tanah yang padat. Kerapatan
tanah yang padat terjadi karena intensitas mobilitas angkong yang tinggi pada
jalur lintasan tersebut sehingga terbentuk efek pemadatan tanah. Berbeda pada
daerah rumpukan, daerah rumpukan merupakan daerah untuk menumpukan sisa-
sisa material organik tanaman sawit yang membuat tanah relatif gembur sehingga
tahanan penetrasi yang dimiliki pun paling kecil dibandingkan dengan daerah
lainnya.
21
Tabel 6 Dry bulkdensity tanah rata-rata di lahan sawit pada kedalaman 0-10 cm
Kedalaman Dry Bulk Density Tanah Rata-rata (gram/cm
3)
Daerah
Piringan
JalurLintasan
Roda Angkong
Daerah
Rumpukan
Daerah
TPH
0-5 0.855 0.902 0.833 0.880
5-10 0.962 0.994 0.950 0.980
Pengukuran dry bulkdensity tanah dilakukan pada kedalaman 0-10 cm.
Hasil pengukuran pada Tabel 6 menunjukan adanya korelasi antara dry
bulkdensity terhadap tahanan penetrasi tanah. Semakin besar dry bulkdensity tanah
maka semakin besar pula tahanan penetrasi yang diperoleh. Untuk karakteristik
tanah pada lahan sawit (kedalam 0-10 cm) menunjukan bahwa semakin dalam
tanah maka tanah akan semakin bulky.
Gambar 19 Luas kontak area roda traksi pada tire type (Bekker 1955)
Nilai ground pressure mesin dipengaruhi oleh besarnya bobot total statis
mesin dan luas kontak roda mesin terhadap permukaan tanah. Bila diasumsikan
luas kontak permukaan roda traksi terhadap tanah = 0.78 (5)(7) = 27.3 cm2. Bobot
statis mesin yang dirancang diasumsikan sebesar 55 kg dan bobot muatan
maksimum sebesar 15 TBS x 15 kg/TBS (lihat Gambar 20) maka bobot total statis
mesin dan muatannya diperoleh sebesar 280 kgf. Dari bobot total statis mesin dan
luasan kontak roda angkong terhadap tanah yang ada tersebut maka diperoleh nilai
ground pressure mesin. Ground pressure mesin diperoleh sebesar = 280 kgf/27.3
cm2= 10.56 kgf/cm
2.
Mobilitas roda angkong yang melintasi permukaan tanah kering (bukan
lahan rawa) di lahan sawit akan cenderung tidak mengalami amblas. Hal tersebut
dikarenakan tahanan penetrasi tanah pada beberapa daerah jalur lintasan roda
angkonglebih besar dari pada nilai ground pressure mesin yang ada. Analisis
mobilitas roda angkong pada penelitian ini dibatasi hanya pada kondisi lahan
sawit yang memiliki kontur datar dan pada lahan kering (bukan lahan rawa). Nilai
rata-rata tahan penetrasi tanah pada lahan sawit berkisar pada 16.44-22.10
kgf/cm2. Nilai tersebut menunjukan bahwa dengan ground pressure sebesar
22
10.56.kgf/cm2, mobilitas roda angkong yang melintasi lahan sawit tersebut akan
stabil. Hal tersebut dikarenakan dengan nilai tahanan penetrasi tanah yang lebih
besar dari pada ground pressure mesin maka roda angkong tidak amblas, sehingga
mobilitas roda angkong di dalam lahan sawit akan stabil.
Gambar 20Mobilitas angkong dengan kapasitas maksimum
Selain tahanan penetrasi tanah dan dry bulk density tanah, koefisien
rolling resistance (Crr) juga berpengaruh pada kinerja mobilitas mesin
(angkong) di lahan sawit. Pengukuran Crr dilakukan pada kondisi lahan dengan
kemiringan 0o. Crr pada tanah yang sedikit berpasir akan lebih besar bila
dibandingkan dengan pada tanah keras tidak berpasir. Hal tersebut dikarenakan
pada tanah sedikit berpasir roda angkong akan mengalami sedikit amblas
(sinkage) sehingga akan menggambat laju dari roda angkong tersebut. Melihat
data Crr yang ada maka mobilitas mesin akan memiliki performa yang cukup
baik karena gaya yang dibutukan untuk menggerakan/mendorong mesin (mesin)
angkong berkisar 15.9 % - 17.2% dari berat total mesin dan muatannya.
Tabel 7 Koefisien tahanan gelinding roda angkong di lahan sawit
Kondisi Lahan Sawit Crr
Tanah Sedikit Berpasir 0.172
Tanah Keras (Tidak Berpasir) 0.159
Potensi Energi Potensial TBS sebagai Energi
untuk Pengangkutan TBS ke TPH
Energi dari gerak jatuh bebas TBS setelah pemotongan merupakan salah
satu bentuk energi potensial dan sangat dipengaruhi oleh ketinggian posisi buah
serta massa TBS. Potensi energi dari jatuhnya TBS secara teoritis berkisar pada
0.44 kJ hingga 4.44 kJ. Besarnya nilai tersebut pada dasarnya akan dipengaruhi
juga oleh varietas pokok sawit. Varietas tersebut akan menentukan tingkat
produktifitas dan perkembahan buah sawit. Dapat dikatakan bahwa pada
ketinggian posisi buah yang sama maka pada pokok yang memiliki berat jenis
23
rata-rata (BJR) tandan lebih besar akan menghasilkan energi potensial yang lebih
besar pula. Data hasil pengukuran karakteristik energi potensial pada beberapa
ketinggian buah disajikan pada Gambar 21.
Gambar21Energi potensial darijatuhnya tandanbuah sawitsaatpemanenan
Perhitunganenergi potensial darijatuhnya tandanbuahsetelah
pemotongan,menghasilkanrata-rataenergi potensialpada ketinggianbuah3 m, 9 m,
dan15 madalah0.6kJ, 2.0kJ, dan 3.6kJ, masing-masing.Energi potensialsetinggi itu,
jikaditangkap, disimpandan dimanfaatkan, dapatdigunakan untuk menggerakkan
angkongdalam mengevakuasiTBS. Besarnya jarak teoritis traveling distance
angkong dihitung dengan menggunakan persamaan berikut ini :
EP = m g h = F s
s = (mb g h) / (mt x Crr x g)
dimana,
EP : energi potensial TBS (kJ),
mb : massa TBS (kg),
g : kecepatan gravitasi (kgm/s2),
h : posisi ketinggian TBS (m),
mt : massa total angkong dan muatan (kg),
Crr : koefisien roliing resistance roda angkong,
s : traveling distance teorotis angkong (m).
Dengan mengasumsikanbahwa beratstatis mesin adalah 55 kg, berat muatan
rata-rataadalah(3 TBS x 23 kg/TBS), dankoefisienrolling resistancedari
rodaangkongadalah 0.159,potensijaraktempuhteoritis mesin pengangkutsarat
dengan muatantigatandanakan menjadi dikisaran2.27 sampai 22.98m(lihat
Gambar 22). Jarak minimum antarapohonadalah9 m, potensi energi yang
dihasilkanharus cukup untukmemindahkangerobakyang berisi muatan TBS dari
pohonke pohon lain minimal sejauh 9 m.
Dari persaman y = 1.349x - 0.9793 pada Gambar 25, dapat digunakan
untuk menentukan rekomendasi ketinggian buah minimum yang dapat
mengerakan angkong sejauh 9 m. Dengan memasukan nilai y = 9 m, nilai x
(ketinggian posisi buah) minumum yang dianjurkan adalah sebesar 7.4 m. Oleh
y = 0.2606x - 0.1892 R² = 0.9232
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00
Ener
gi
Po
tensi
al (
kJ)
Tinggi Buah (m)
(6)
24
sebab itu, konsep pemanfaatan energi potensial jatuhnya TBS akan efektif bila
dilakukan pada tanaman sawit dengan posisi ketinggian buah minimal sebesar 5.3
m.
Gambar22Jarak tempuh teoritismesinyang dihasilkan olehenergi potensial
darijatuhnya TBS
Hasil analisis pada Gambar 22 menunjukan bahwa tinggi buah yang
kurang dari 7.4 m akan menghasilkan potensi traveling distance kurang dari 9 m.
Pemanfaatan energi potensial ini tidak direkomendasikan pada ketinggian buah
yang kurang dari 7.4m. Hal tersebut disebabkan oleh efektifitas pemanfaatannya.
Mekanisme pemanfaatan energi potensial ini tentunya akan mengakibatkan
bertambahnya komponen dan bobot mesin pengangkut. Jika pemanfaatan
dilakakukan pada ketinggian yang tidak direkomendasikan maka berpotensi
mengakibatkan bobot mesin dari pemanfaatan tersebut akan lebih dominan dari
pada traveling distance yang dihasilkan. Hal tersebut diduga akan bepotensi
mengakibatkan beban kerja yang tidak efektif.
Daya yang dibutuhkan operator untuk mendorong mesin pengangkut(tanpa
menggunakan daya penggerak roda traksi dari komponen pegas) dengan bobot
muatan tertentu akan dipengaruhi oleh besarnya nilai koefisien tahanan gelinding
roda di lahan sawit, gaya untuk mendorong mesin serta kecepatan maju operator.
Kecepatan maju operator ketika mendorong angkong diasumsikan sebesar 0.5 m/s
atau setara dengan 1.8 km/jam. Kecepatan tersebut diasumsikan bahwa kecepatan
jalan operator pemanen saat mengoperasikan mesin lebih rendah dari pada
kecepatan jalan manusia rata-rata sebesar 2.5 km/jam. Dengan asumsi kecepatan
maju tersebut, daya yang dibutuhkan untuk mendorong mesin pengangkut
diperkirakan sebesar = (0.5m/s)(205 kg x 0.159 x 9.8 m/s2) =159.72 Watt = 0.21
HP. Daya tersebut merupakan daya yang dibutuhkan operator untuk mendorong
mesin pengangkut dengan kapasitas pengangkutan, yakni 10 TBS (BJR = 15
kg/TBS). Daya sebesar 0.21 HP hampir setara dengan daya yang dihasilkan oleh 2
orang laki-laki dewasa (0.1 HP/orang). Besarnya daya yang ada diperlukan ketika
daya yang berasal dari komponen pegas telah habis atau tidak lagi kuat untuk
menggerakan roda traksi. Jika daya dari komponen pegas masih sanggup untuk
menggerakan roda traksi maka daya yang dibutuhkan operator untuk
y = 1.349x - 0.9793 R² = 0.9232
0
5
10
15
20
25
0.00 5.00 10.00 15.00 20.00
Tra
veli
ng D
ista
nce
Teo
riti
s (m
)
Tinggi Posisi TBS (m)
25
mengoperasikan mesin tersebut hanya sebesar daya untuk menyeimbangkan stang
kemudi mesin tersebut.
Konsep Mesin Penangkap dan Pengangkut TBS
Konsep rancangan akan dijabarkan ke dalam beberapa perumusan
alternatif konsep dari setiap unit komponen utama. Komponen utama tersebut
dibagi ke dalam 4 unit, yaitu unit penangkap, unit penampung, unit traksi dan
daya penggerak serta unit rangka dan stang kemudi. Berikut ini adalah penjabaran
dari beberapa alternatif konsep bentuk dan mekanisme masing-masing komponen
mesin yang diajukan.
Rancangan Fungsional Mesin
Konsep rancangan mesin yang didesain memiliki beberapa fungsi utama,
yakni menangkap tandan buah sawit yang jatuh dari pohon tanaman sawit,
menampung TBS ke dalam bak pengangkut dan mengangkut TBS dari dalam
kebun menuju tempat pengumpulan hasil (TPH). Untuk mendukung fungsi
tersebut dibutuhkan beberapa mekanisme pendukung kinerja komponen
fungsional dari rancangan mesin pengangkut TBS yang dirancang.
Berikut ini adalah penjelasan secara umum mengenai konsep rancangan
fungsional mesin penangkap dan transpoter TBS yang didesain :
a. Fungsi menagkap TBS dan berondolan buah sawit
Fungsi ini didukung oleh beberapa batang penyangga dan
penampang/jaring penangkap TBS. Komponen tersebut dikombinasikan
dengan engsel dan dudukan batang sebagai titik tumpu batang penyangga.
Komponen penangkap TBS ini akan diletakan pada daerah titik jatuhnya TBS
dan dilengkapi dengan kaki-kaki penyangga komponen penangkap TBS
terhadap permukaan tanah.
Gambar 23 Salah satu contoh konsep komponen penangkap TBS
b. Menampung TBS Hasil Pemanenan
Fungsi ini didukung oleh komponen bak penampung TBS dan jaring-
jaring penyangga dinding bak penampung. Proses penyaluran TBS dari jaring
perangkap menuju bak penampung dilakukan dengan memasang komponen
penyalur TBS dengan kemiringan tertentu ke arah bak. Komponen bak
penampung ini ditempatkan dan menempel di atas rangka dasar.
Ftekan TBS ∆
s
Ɵ
Posisi
Awal
Posisi
Akhir
26
Gambar 24 Salah satu contoh konsep komponen penampung TBS
c. Mengangkut TBS Hasil dari dalam Kebun Menuju TPH
Fungsi ini didukung oleh komponen roda dan tuas kendali operator. Roda
tersebut akan digerakan dengan 2 buah sumber tenaga penggerak, yaitu tenaga
dorong operator langsung dan tenaga putar dari komponen pegas yang telah
dikonversi dalam bentuk energi kinetik.
Gambar 25Salah satu konsep komponen roda penggerak
Mekanisme Penangkapan TBS
Terdapat 2 konsep umum menganai cara penangkapan dan pemanfaatan
energi jatuh bebasnya TBS dari pangkal pokok. Ilusrasi mengenai kedua konsep
tersebut disajikan pada Gambar 26 dan 27.
Gambar 26 Konsep penangkapan TBS dengan sistem tali penarik
Volume
Angkong
Roda
Komponen
Penggerak
Vmaju angkong
27
Gambar 27 Konsep penangkapan TBS dengan sistem penampang tekan
Dari 2 konsep mekanisme penangkapan TBS yang ada, masing-masing memiliki
kekurangan dan kelebihan. Konsep pada Gambar 26 memiliki beberapa
kelemahan yakni berondolan yang jatuh tidak semuanya dapat tertampung,
dibutuhkannya sistem pengait tali penarik pegas dan batang tumpu yang tinggi
dan sangat kuat serta sistem pengoperasiannya tidak sesuai dengan prosedur
pemanenan pada umumnya karena buah yang jatuh perlu dikaitkan terlebih dahulu
pada talik penarik pegas. Keunggulan dari mekanisme pada Gambar 26 adalah
tidak dibutuhkannya penampang penangkap TBS yang besar dan memiliki
dimensi panjang total mesin yang tidak terlalu panjang dan lebar. Untuk
mekanisme pada Gambar 27 merupakan mekanisme yang lebih mendekati faktor-
faktor batasan desain di lapangan. Karakteristik jatuhnya TBS yang sulit
ditentukan sangat cocok untuk mekanisme pada Gambar 27. Selain itu,
berondolan yang jatuh saat proses pemotongan TBS akan langsung tertampung
oleh penampang penangkap TBS. Namun, mekanisme pada Gambar 27
membutuhkan dimensi ukuran penampang penangkap jatuhnya TBS yang cukup
besar sehingga dimensi ukuran mesin total akan lebih besar dibandingkan dengan
mekanisme pada Gambar 26. Oleh sebab itu, dengan menganalisis kekurangan
dan kelebihan masing-masing mekanisme tersebut maka dipilih mekanisme pada
Gambar 26sebagai mekanisme yang dikembangkan dalam penelitian ini.
Konsep Unit Penangkap TBS
Unit penangkap yang didesain harus mampu menangkap dan meredam
jatuhnya TBS serta berondolan buah yang kemudian disalurkan menuju bak
penampung. Terdapat beberapa faktor atau batasan dari desain bentuk unit
penangkap, yakni :
1. bentuk pokok sawit,
2. posisi buah matang di pokok sawit,
3. dimensi dan bentuk piringan pokok,
28
4. karakteristik sebaran jatuhnya TBS,
5. jarak operator pemanen terhadap pokok, serta
6. tahanan penetrasi tanah di daerah piringan pokok.
Unit penangkap TBS secara umum tersusun dari beberapa bagian, yakni :
1. frame dan penampang penangkap TBS,
2. batang dan alas penyangga penagkap TBS, serta
3. peredam tumbukan TBS dengan unit penangkap TBS.
Berikut ini adalah beberapa bentuk konsep dari komponen penangkap TBS dan
berondolan yang dapat diajukan :
Gambar 28 Konsep A penangkap TBS
Gambar 29 Konsep B penangkap TBS
29
Gambar 30 Konsep C penangkap TBS
Gambar 31 Konsep D penangkap TBS
Dari keempat konsep tersebut akan dipilih satu konsep unit penagkap TBS
berdasarkan beberapa faktor seleksi, yakni :
1. kesesuaian konsep terhadap kondisi jatuhnya TBS dan berondolan buah
yang sulit untuk diprediksi pada satu titik jatuh TBS (FS1),
2. kesetimbangan mesin dan unit penangkap saat dikenai impact force dari
jatuhnya TBS (FS2), serta
3. kesesuaian dengan bentuk dan dimensi piringan pokok sawit (FS3).
Berikut ini adalah simulasi seleksi konsep desain unit penangkap menggunakan
faktor pembobotan yang disajikan pada Tabel 8.
30
Tabel 8 Seleksi konsep unit penangkap TBS melalui
faktor pembobotan
Faktor FS1 FS2 FS3 Skor
Total Konsep (0.50) (0.33) (0.17)
A 1 1 4 1.50
B 3 2 2 2.50
C 3 2 4 2.83
D 4 3 2 3.33
Hasil simulasi seleksi dengan metode pembobotan menunjukan bahwa konsep D
memiliki skor total yang tertinggi sehingga peluang untuk dipilih semakin besar.
Oleh sebab itu, rancangan konsep untuk bentuk unit penangkap TBS akan
menggunakan dan mengembangkan konsep D.
Perumusan mengenai bentuk luasan penampang unit penagkap TBS didekati
dengan menganalisis daerah sebaran jatuhnya TBS di daerah piringan pokok sawit.
Dari data penelitian pendahuluan yang telah dilakukan mengenai karakteristik
jatuhnya TBS saat pemotongan, diperoleh beberapa data mengenai jarak jatuhnya
TBS yang disajikan pada Tabel 9.
Tabel 9 Radius titik jatuh TBS dan berondolan buah saat pemanenan
Parameter Mean Max
(m) (m)
Jarak operator terhadap sisi luar pokok. 2 3
Radius titik jatuh TBS terhadap sisi luar pokok. 0.96 1.4
Radius sebaran berondolan terhadap sisi luar
pokok. 1.94 2.6
Secara umum, jatuhnya TBS dan berondolan buah saat pemanenan akan
cenderung berada di dalam daerah piringan pokok. Dari data pada Tabel 9 tersebut
dibuat pola sebaran mengenai peluang area titik jatuhnya TBS dan berondolan
buah di dalam piringan pokok sawit dan disajikan ke dalam Gambar 33. Gambar
33 digunakan untuk menganalisis bentuk dan ukuran dari penampang penangkap
TBS yang sesuai dengan kondisi lapangan yang ada.
Gambar 32 Kondisi dan bentuk daerah piringan pokok sawit
31
Gambar 33 Pola sebaran mengenai peluang area titik jatuhnya TBS dan
berondolan buah di dalam pringan pokok sawit
Daerah A, B dan C pada Gambar 33 menunjukan area yang berpotensi
sebagai titik jatuhnya TBS dan sebaran berondolan buah pada saat proses
pemanenan. Bentuk dan luasan daerah arsiran tersebut akan digunakan untuk
menentukan ukuran penampang penangkap TBS yang ideal. Daerah A merupakan
daerah yang cenderung memeiliki peluang lebih besar untuk jatuhnya TBS dan
berondolan buah dibandingkan dengan daerah B dan C. Untuk daerah C
merupakan daerah yang berpeluang lebih rendah untuk jatuhnya TBS dan
berondolan buah dibandingkan dengan daerah A dan B.Hasil dari analisis tersebut
disajikan pada Gambar 34. Dan untuk bentuk dan dimensi umum dari penampang
penangkap disajikan pada Gambar 35.
32
Gambar 34 Analisis bentuk dan dimensi penampang penangkap TBS
Gambar 35 Bentuk dan dimensi umum dari penampang penangkap TBS
33
Gambar 36 Struktur dasar komponen penangkap TBS
Rancangan struktur dasar komponen penangkap TBS secara umum
ditampilkan pada Gambar 36. Perhitungan mengenai pemilihan material dan
ukuran bahan perlu dilakukan agar frame, kaki penyangga dan landasan dasar dari
struktur komponen dapat kuat menahan beban mekanis yang ada di lapangan.
Berikut ini ilustrasi mengenai pemilihan jenis bahan yang digunakan sebagai
rangka dasar komponen penangkap TBS. Alternatif bahan yang tersedia
dipasaran :
1. besi hollow(50 x 50 mm),
2. pipa SCH 40,
3. besi INP.
Faktor seleksi yang digunakan adalah :
1. kekuatan bahan (FSa),
2. dimensi bahan (FSb), dan
3. bobot bahan (FSc).
Simulasi mengenai seleksi material bahan yang digunakan, dilakukan melalui
seleksi pemilihan bahan dengan metode pembobotan dan disajikan pada Tabel 10.
Tabel 10 Seleksi material penangkap TBS
Bahan FSa FSb FSc Skor
Total (0.50) (0.17) (0.33)
1 2 2 3 2.33
2 2 3 2 2.17
3 3 1 1 2.00
Dari skor total yang ada pada Tabel 10, dipilih bahan dengan jenis material
berupa besi hollow 50mm x 50 mm dengan tebal 2.5 mm. Bentuk struktur dari
rancangan frame penangkap TBS yang didesain dissajikan ke dalam Gambar 37.
34
Gambar 37Frame dasar komponen penangkap TBS
Komponen penangkap berondolan buah dan TBS didukung oleh beberapa
bagian, yakni frame utama, batang penekan pegas, poros engsel, landasan
permukaan dan sisi penyangga samping. Frame utama dan batang penekan pegas
berfungsi sebagai material yang menekan komponen pegas dan menahan impact
force dari jatuhnya TBS ke komponen penangkap. Gerakan ayunan komponen
penangkap akan disangga oleh poros engsel dengan diameter 35 mm. Untuk
perhitungan dimensi dan pemilihan bahan komponen penangkap TBS disajikan
pada Lampiran 1.
Beberapa bahan yang tersedia di pasaran sebagai material landasan
komponen penangkap TBS adalah :
1. plat besi,
2. wire mesh,
3. extended plat, dan
4. anyaman kawat baja.
Berdasarkan tingkat kemudahan dibentuk kekuatan dan bobot bahan maka
digunakan anyaman kawat baja diameter kawat baja yang digunakan adalah 6
mm.Untuk menjaga berondolan buah tidak tercecer maka digunakan alas berupa
lapisan karet dengan ketebalan 5 mm agar berondolan buah tidak terlalu memar.
Gambar 38 Batang penyangga depan komponen penangkap TBS
Pillow block&Bearing
Batang penyangga utama
Engsel batang hubung
frame utama
batang penekan
pegas
poros engsel
sisi penyangga
samping
35
Batang penyangga komponen penangkap TBS terdiri atas batang penyang
depan (lihat Gambar 38) dan batang penyangga belakang (yang menyatu pada
rangka dasar angkong). Masing-masing terdiri atas 2 buah batang penyangga
sehingga total batang penyangga adalah 4 buah. Batang penyangga komponen
penangkap TBS ini berfungsi sebagai kaki-kaki penyangga dan penyeimbang
beban mekanis pada komponen penangkap TBS. Pada batang penyangga bagian
belakang terdapat komponen peredam unit penangkap TBS. Komponen tersebut
berfungsi untuk meredam getaran dan menjaga posisi ketinggian komponen
penangkap TBS setelah mengayun akibat beban mekanis. Komponen tersebut
dirancang agar ayunan batang penekan pegas dari komponen penangkap TBS
dapat mengayun sejauh 30 cm. Komponen tersebut tersusun ataspegas peredam
dan tabung pegas peredam berdiameter 114 mm. Komponen batang penyangga
didesain agar dapat dibongkar pasang dari bagian mesin dengan mudah, sehingga
operator dapat menggunakan mesin pada tanaman sawit muda (ketinggian buah di
bawah 3 m)
Gambar 39 Komponen peredam unit penangkap TBS
Mempertimbangkan kondisi permukaan tanah pada lahan sawit yang tidak
rata maka komponen batang penyangga disarankan untuk dibuat dengan 3 batang
penyangga. Penggunaan 4 batang panyangga akan mempunyai peluangtidak
semua batang penyangga dapat menyentuh tanah yang cukup besar.
Konsep Unit Penampung
Unit penampung yang didesain harus mampu menampung TBS dengan
kapasitas tertentu serta mampu melakukan proses loading dan unloading bahan
dengan mudah. Beberapa faktor yang memepengaruhi dari desain unit penampung
adalah :
1. bentuk dan dimensi buah sawit,
2. perkiraan rata-rata persen masak buah dalam satu jalur pengangkutan, serta
3. kemampuan tenaga operator untuk mengangkut/mengangkong suatu beban.
Secara umum unit penampung TBS terdiri atas bak penampung serta pintu/jalur
loading dan unloading buah sawit.Beberapa alternatif konsep dari bentuk unit
penampung akan disajikan pada Gambar 40 hingga Gambar 43. Secara umum
konsep yang diajukan merupakan modifikasi sederhana dari bentuk angkong yang
sudah beredar di pasaran. Dalam penyajiannya, konsep ditampilkan dengan
mengilustrasikan penampang samping 2 dimensi dari bentuk angkong yang akan
dirancang.
Pegas peredam
Tabung pegas
peredam
Defleksi 30 cm
36
Gambar 40 Konsep A unit penampung
Konsep A menyerupai penampang samping dari bentuk bak penampang
samping dumb truck pengangkut batu bara. Dari bentuk geometri tersebut, akan
menimbulkan peluang area volume pada bagian bawah yang cukup besar untuk
tidak termanfaatkan. Dari segi kemudahan loading dan unloading, konsep A
memiliki keunggulan dalam kemudahan prosesnya dimana bak penampung
ssangat memungkinkan untuk didesain dengan kemiringan yang sesuai untuk
buah sawit. Namun, hal tersebut tentunya akan menimbulkan pengurangan
volume pada bak penampung.
Gambar 41 Konsep B unit penampung
Konsep B memiliki bentuk geometri yang cukup sulit untuk proses
unloading, terkecuali jika pada jalur unloading diberikan pintu atau engsel agar
buah dapat keluar dengan mudah. Dari sisi titik berat, pada konsep B akan
cenderung menjauhi poros roda (fulkrum) yang berpotensi untuk menimbulkan
distribusi gaya semakin jauh dari titik tumpu beban (poros roda). Tinggi dasar bak
penampung terhadap tanah (Z) cenderung lebih tinggi (minimal sama dengan
diameter roda), maka hal tersebut akan menimbulkan peluang area volume yang
tidak termanfaatkan akan semakin tinggi.
37
Gambar 42 Konsep C unit penampung
Pada konsep C ini hampir menyeruapi penampang samping dari bentuk
angkong di pasaran. Geometri yang seperti ini akan lebih mudah untuk mengatur
konsentrasi titik berat bak penampung (gaya pembebanan) agar mendekati titik
tumpuan bebab (fulkrum). Dari sisi kapasitas, bentuk seperti ini dapat didesain
dengan kapasitas yang cukup besar. Selain itu, konsep C ini memiliki tingkat
kemudahan operasi loading dan uloading yang lebih mudah bila dibandingkan
dengan konsep B dan konsep D.
Gambar 43 Konsep D unit penampung
Konsep C memiliki bentuk geometri yang cukup sulit untuk proses
loading dan unloading, karena bentuknya tidak dapat didesain agar sesuai dengan
kemiringan optimal untuk buah sawit.. Dari sisi titik berat, pada konsep C akan
cenderung menjauhi poros roda (fulkrum) yang berpotensi untuk menimbulkan
distribusi gaya semakin jauh dari titik tumpu beban (poros roda). Tinggi dasar bak
penampung terhadap tanah (Z) cenderung lebih tinggi (minimal sama dengan
diameter roda), maka hal tersebut akan menimbulkan peluang area volume yang
tidak termanfaatkan akan semakin tinggi.
Proses seleksi dari keempat konsep unit penampung yang diajukan akan
dilakukan dengan metode pembobotan. Dalam proses seleksi, terdapat beberapa
batasan atau faktor seleksi dari konsep yang diajukan. Berikut ini adalah beberapa
faktor seleksi tersebut :
1. kapasitas muatan (FSa),
2. kemudahan pengaturan titik pembebanan untuk mendekati titik tumpu
(fulkrum) (FSb), serta
3. kemudahan proses loading dan unloading bahan (FSc).
38
Berikut ini adalah simulasi seleksi konsep desain unit penangkap menggunakan
faktor pembobotan yang disajikan pada Tabel 11.
Tabel 11 Seleksi konsep unit penampung TBS melalui
faktor pembobotan
Faktor FSa FSb FSc Skor
Total Konsep (0.33) (0.50) (0.17)
A 2 3 3 2.67
B 1 2 2 1.67
C 3 3 3 3.00
D 1 1 1 1.00
Dari hasil seleksi konsep pada Tabel 11maka konsep yang dipilih dan
dikembangkan dalam desain ini adalah dengan menggunakan konsep C.
Berikut ini merupakan konsep rancangan struktural dari unit penampung.
Unit penampung terdiri dari bak penampung dan penyangga samping bak
penampung. Penggunaan penyangga samping ini adalah untuk menambah
kapasitas muatan dan mengurangi bobot material bak penampung. Bak
penampung didesain untuk dpat memuat 15 TBS dengan BJR 15 kg/tandan.
Dimensi dari unit penampung ini memiliki panjang 130 cm, lebar 90 cm dan
tinggi 80 cm. Material yang digunakan adalah plat besi 2 mm, besi cor diameter
15 mm dan besi hollow (20x20) mm.
Gambar 44 Bentuk unit penampung TBS
Penyangga samping Bak penampung
39
Konsep Unit Daya Penggerak dan Traksi
Konsep yang akan dikembangkan untuk komponen daya penggerak dan
traksi harus mampu :
1. menyimpan energi potensial dari jatuhnya TBS,
2. mampu mengubah energi potensial tersebut menjadi sumber daya
penggerak roda mesin pengangkut, serta
3. mampu menggerakan mesin dengan hingga jarak tertentu.
Beberapa faktor yang mempengaruhi dari desain unit ini adalah :
1. potensi energi yang terkandung dari jatuh bebasnya TBS,
2. efisiensi dari mekanisme penyimpanan dan konversi energi yang dilakukan,
dan
3. koefisien tahanan gelinding (Crr) dari roda mesin pengangkut di lahan sawit.
Secara umum unit daya penggerak dan traksi ini terdiri atas beberapa komponen,
yakni unit penarik komponen pegas, unit transmisi, unit penyimpan energi (unit
pegas), kopling, gear box dan roda (lihat Gambar 45).
Gambar 45 Mekanisme umum konsep kerja unit roda traksi dan daya
penggerak
Konsep umum dari mekanisme kerja kompoenen daya penggerak adalah
momentum tumbukan yang timbul akibat jatuhnya TBS terhadap unit penangkap
TBS akan menekan unit pegas. Besarnya energi yang tersimpan pada unit pegas
akan membuat defleksi pada pegas yang sebanding dengan gaya yang
mengenainya. Pemilihan pegas sebagai unit penyimpan disebabkan oleh sifat
pegas yang mampu meredam/menyimpan aksi gaya yang bekerja terhadapnya
40
yang mampu ditranformasi menjadi suatu bentuk gaya reaksi dari gaya yang
mengenainya. Besarnya gaya reaksi yang keluar dari unit pegas akan diatur oleh
sebuah mekanisme ratchet. Gaya reaksi tersebut diteruskan menuju gear box agar
terjadi penggandaan putaran. Putaran yang dihasilkan akan diatur oleh sebuah
kopling dan ditransmisikan menuju roda traksi menggunakan rantai dan sproket.
Konsep yang lebih dikembangkan pada unit ini adalah konsep untuk
penyimpan energi serta mekanisme pentransmisian daya. Berikut ini adalah
beberapa tipe pegas yang dapat digunakan sebagai unit penyimpan enegi (lihat
Gambar 46).
(a) (b)
(c) (d)
Gambar 46Beberapa bentuk pegasyang dapat digunakan sebagai
komponen penyimpan energi potensial jatuhnya TBS
Dari segi kemudahan dan ketersediaan bahan baku dalam proses pembuatan maka
pegas Gambar 46(c) lebih cocok untuk dipilih. Konsep penyimpanan energi yang
digunakan adalah dengan memanfaatkan sifat kompresi dan regangan dari pegas.
Impact force dari TBS pada komponen penangkap buah akan menekan pegas dan
gaya reaksi pegas untuk kembali ke posisi semula akan ditransmisikan sebagai
sumber daya penggerak roda mesin.
Mekanisme komponen ini didukung oleh pegas utama, batang tekan, gear,
gearbox, clutch serta mekanisme ratchet. Melihat dimensi yang tersedia cukup
sempit untuk komponen penggerak, sehingga tidak memungkinkan untuk
diaplikasikannya komponenen fly wheel sebagai balancer pada komponen
41
penggerak tersebut.Ilustrasi mengenai komponen penggerak disajikan pada
Gambar 47.
Gambar 47 Konsep komponen daya penggerak roda
Mekanisme Penyimpanan dan Pengeluaran Energi Penggerak Mesin
Mekanisme penyimpanan energi potensial dari TBS menuju pegas adalah
dengan memanfaatkan ayunan komponen penangkap TBS untuk menekan pegas
peredammaksimal sejauh 30 cm. Gerakan penekanan tersebut akan memutar gear
penggerak atas sebanyak 1.5 putaran (searah jarum jam). Putaran dari gear
penggerak atas menuju gear penggerak batang penekan pegas utama akan
dihungkan menggunakan rantai dan sproket. Putaran dari gear penggerak atas
akan langsung memutar 1.5 putaran gear penekan batang penekan pegas utama
sejauh 15 cm. Penekanan tersebut akan menimbulkan defleksi pegas utamasejauh
20 cm. Agar defleksi pada pegas utama dapat disimpan/dipertahankan maka gaya
reaksi pegas untuk kembali meregang ke posisi semula akan diatur oleh
komponen ratcher dan gear. Ilustrasi mengenai penyimpanan energi potensial
TBS ke dalam komponen pegas utama disajikan pada Gambar 48.
42
Gambar 48 Mekanisme penyimpanan energi potensial TBS ke pegas utama
Mekanisme pengeluaran energi potensial dari pegas untuk menggerakan
roda adalah dengan memanfaatkan gaya reaksi pegas untuk meregang kembali
menuju posisi seimbang pegas. Pengeluaran energi potensial dari pegas diatur
oleh ratchet. Gaya reaksi dari pegas akan kembali mendorong batang penekan
pegas sejauh 20 cm. Gerakan tersebut akan langsung memutar 1.5 putaran (searah
jarum jam) gear poros penggerak gear box. Putaran yang terjadi akan digandakan
oleh gear box dengan rasio 1:16. Output putaran gear box akan langsung
menggerakan poros pemutar sproket pemutar roda traksi. Putaran pada poros
pemutar sproket tersebut akan dijembatani oleh sepasang plat kopling. Kopling
akan berfungsi untuk mengatur hubungan putaran dari gear box menuju sproket
pemutar roda traksi. Saat plat kopling saling terhubung maka putaran dari gear
box akan langsung memutar rantai dan sproket penggerak roda traksi. Ilustrasi
mengenai penyimpanan energi potensial TBS ke dalam komponen pegas utama
disajikan pada Gambar 49.
(tampak depan) (tampak atas)
Gambar 49 Mekanisme pengeluaran energi potensial pegas untuk menggerakan
roda traksi
Penekanan
Defleksi
(200 mm)
Meregang
(200 mm)
43
Gambar 50 Rancangan bentuk kopling yang digunakan
Konsep Rancangan Transmisi Komponen Penggerak Roda Traksi
Rancangan roda traksi menggunakan roda dengan diameter total sebesar 54
cm. Jika slip yang terjadi adalah 35% maka satu putaran roda hanya akan
menempuh jarak sejauh 110.27 cm. Kebutuhan kecepatan putar roda traksi per
detik (rps) jika kecepatan jalan operator saat mengangkong adalah 0.5 m/s, maka
dapat dihitung sebagai berikut :
Putaran sproket penggerak roda traksi (nb) akan sama dengan putaran roda traksi
per detik. Jika rasio jumlah mata gear antara sproket a dan sproket b adalah 40:15
maka putaran sproket a (na) adalah :
Jika minimum traveling distance adalah 9 m, maka perhitungan rasio gear
boxyang digunakan adalah :
( )
( )
Jika defleksi sejauh 20 cm pada pegas utama dapat memutar gear poros
penggerak gear box sebanyak 1.5 putaran, maka rasio minumum gear box yang
digunakan adalah 1:16.
Per kopling
Plat kopling
Poros in
Poros out
(7)
(8)
44
Mekanisme penggandaan putaran yang dilakukan gear box menggunakan
gear dan gear. Untuk menghasilkan penggandaan putaran sebanyak 16 kali maka
susunangeardi dalam gear box adalah seperti pada Gambar 51.
Gambar 51Susunan gear pada unit gear box dengan rasio 1:16
Susunan gear di atas berfungsi untuk mentransformasikan defleksi pegas utama
sejauh 2000 mm menjadi 16 putaran poros penggerak sproket pemutar roda traksi.
Gaya reaksi pegas (regangan) akan bersifat mengejutkan/spontan sehingga perlu
dilengkapi dengan mekanisme pengatur release regangan pegas. Mekanisme ini
secara umum diatur melalui mekanisme “watch spacement”. Jumlah gear
spacementdirancang agar proses release regangan pegas dilakukan setiap ruas
mata gear r. Setiap satu ruas gear spacement akan menggerakan roda traksi sejauh
0.5 m dalam waktu 1 detik atau sebesar 0.45 putaran roda traksi per detik. Oleh
sebab itu, jumlah ruas gear ratchet dirancang sebanyak 13 buah agar regangan
pegas sebesar 200 mm dapat memutar roda sejauh 9 m. Bentuk rancangan
mekanisme“watch spacement” yang digunakan disajikan pada Gambar 52.
Gambar 52Komponen pengatur gerakan release dari regangan pegas
Gear 1
(8 mata gear)
Gear 3
(32 mata gear) Gear 4
(8 mata gear)
Gear 2
(32 mata gear)
Input
(1 putaran searah jarum jam)
Output
(16 putaran searah jarum jam)
13 mata gear
45
Konsep Unit Rangka dan Stang Kemudi
Konsep dari unit rangka dan stang kemudi didesain agar mampu
menyangga seluruh bobot komponen mesinserta memudahkan operator untuk
mengontrol dan mengendalikan laju mesin pengangkut. Bentuk rangka dan stang
kemudi akan disesuaikan berdasarkan bentuk konsep dari unit penangkap dan
penampung yang dipilih. Secara umum beberapa faktor yang menjadi
pertimbangan dalam mendesain bentuk rangka dan stang kemudi
adalahkemampuan operator untuk mengangkong dan data antropometri mengenai
radius jangkauan/lebar genggaman tangan operator, tinggi posisi genggaman
tangan operator.
Unit rangka dan stang kemudi secara umum terdiri atas komponen rangka
dasar, komponen penyangga, lengan stang kemudi dan tuas kendali kopling. Unit
ini didesain dengan menganalisis faktor center of gravityserta kesetimbangan
momen dari unit penangkap TBS dan unit penampung TBS agar mendekati titik
fulkrum (poros as roda mesin pengangkut).
Analisis center of gravity dari beban yang ada pada bak penampung
dilakukan dengan memanfaatkan data dari software “SolidWorks Premium 2012”
mengenai data posisi pusat titik berat dari beban pada komponen rangka mesin.
Data mengenai hal tersebut disajikan pada Gambar 53.
Gambar 53 Data simulasi penentuan titik center of gravity
Posisi titik pusat massa dari beban pada bak penampung berada pada (x = 152 mm,
y = 306). Dari data tersebut maka perhitungan kesetimbangan momen dapat
dihitung sebagai berikut :
2744 N x 155 mm = Fa x 1475 mm
Fa = 288.35 N = 29.42 kg
Stuktur rangka mesin dibuat dengan memperhitungka prinsip keseimbangan
momen dan menghasilkan gaya angkat sebesar 288.35 N operator untuk
mengangkat/mengoperasikan mesin dengan muatan (15 TBS x 15 kg/TBS) dan
berat total mesin yang mencapai 55 kg. Rangka didesain agar operator hanya
menerima beban sebesar 10.5% dari beban total mesin yang ada.
(9)
46
Gambar54 Ilustrasi bentuk umum konsep unit rangka dan stang kemudi
Gambar55 Konsep unit rangka dan stang kemudi
Rangka dibuat dari pipa dengan diameter 33 mm dan ketebalan 3 mm.
Untuk desain lebar stang kemudi, menggunakan data antropometri jarak
genggaman stang kemudi operator pemanen sawit. Jarak lebar stang kemudi
didesain dengan lebar sebesar 63 cm dengan ketinggian awal terhadap tanah
sebesar 55 cm. Panjang total lengan kemudi menuju fulkrum adalah sebesar 147.5
cm. Rangka dasar ini merupakan komponen dasar untuk melekatnya komponen-
komponen utama lainnya saat proses assembly.
Berat total mesin (tanpa muatan) adalah 55 kg. Dengan panjang, lebar dan
tinggi total mesin adalah 2.5 m, 2.1 m dan 1.3 m. Konsep assembly mesin secara
umum disajikan pada Gambar 56.
Stang kemudi
Rangka utama
Batang penyangga
belakang
Box gear
penggerak atas
Bantalan poros
roda traksi
47
Gambar 56 Konsep mesin penangkap dan pengangkut TBS
Mekanisme pengoperasian mesin
Pengoperasian mesin disesuaikan dengan prosedur umum dari proses
pemanenan TBS di dalam kebun. Pemanen akan melakukan proses identifikasi
buah yang layak untuk dipanen sambil membawa mesin. Setelah pemanen
menemukan TBS, pemanen akan meletakan mesin tepat di bawah pokok tersebut.
Komponen batang penangkap TBS harus diposisikan pada posisi batang
penyangga utama menyentuh permukaan tanah (lihat Gambar 57). TBS yang
jatuh saat pemotongan akan langsung mengarah menuju komponen penangkap
TBS. Impact force yang terjadi akibat tumbukan TBS dengan komponen
penangkap TBS akan menggerakan batang tekan pegas utama (sejauh ∆Y) untuk
menyimpan energi dari tumbukan TBS tersebut. TBS dan berondolan yang jatuh
akan langsung ditangkap dan selanjutnya akan dialirkan menuju bak penampung
oleh operator. Mesin ini didesain agar pemanen tidak melakukan pekerjaan
pemungutan berondolan buah dan TBS secara manual.
Komponen penangkap TBS
Bak penampung
Stang kemudi & tuas kendali
Komponen penggerak
Batang penyangga
Roda traksi
48
Gambar 57 Posisi mesin saat pemotongan TBS
Gambar 58 Ilustrasi batang penyangga komponen penangkap TBS saat
pemotongan TBS
∆Y
Penangkap TBS
Tabung batang
penekan pegas
utama
Batang
penyangga
penangkap TBS
Komponen
penangkap TBS
49
∆h
15o
Setelah TBS hasil pemotongan telah berada pada bak panampung, pemanen
akan berpindah menuju pokok sawit berikutnya. Saat mesin dioperasikan untuk
mengevakuasi TBS/berpindah dari satu titik menuju titik lain, operator harus
mengangkat batang penyangga komponen TBS pada posisi tertentu (lihat Gambar
59). Daya yang digunakan untuk mendorong mesin bisa bersumber dari energi
yang tersimpan dalam pegas atau daya dari dorogan operator tersebut. Mekanisme
penggunaan energi yang tersimpan pada pegas dilakukan dengan menekan tuas
kontrol pada stang kemudi. Terdapat 2 tuas kontrol, tuas pertama (sebelah kiri)
merupakan tuas clutch dan tuas kedua (sebelah kanan) adalah tuas ratchet.
Operator harus menarik tuas clutch apabila operator ingin menggunakan energi
yang tersimpan pada pegas untuk menggerakan roda mesin. Jika energi yang
tersimpan di dalam pegas sudah habis maka operator harus melepas tuas clutch
tersebut agar putaran roda tidak terhambat oleh sistem transmisi pada mesin.
Besarnya energi dari pegas yang digunakan untuk memutar roda diatur oleh tuas
ratchet. Tuas ratchet tersebut bersifat seperti tuas gas pada sepeda motor.
Gambar 59 Posisi mesin saat evakuasi TBS
Gambar 60 Posisi tuas kontrol pada stang kemudi
Titik tumpu
linkage bar
Linkage bar
Tuas ratchet
Tuas clutch
50
Hasil Simulasi Pembebanan pada Komponen Mesin
Proses uji kinerja model 3D mesin dilakukan dengan memanfaatkan
fasilitas simulasi analisis gaya dan pembebanan mekanis yang disediakan pada
software “SolidWorks Premium 2012”. Pembebanan dilakukan dengan
memberikan beban mekanis akibat impact force jatuhnya TBS dari ketinggian 15
dengan massa TBS sebesar 45 kg. Pembenanan tersebut setara dengan 7722 N.
Hasil dari grafik stress dan strain menunjukan bahwa seluruh komponen utama
mesin, terutama rangka dan frame penangkap TBS berada dalam batas aman dan
tidak melebihi batas titik plastis komponen. Hasil dari analisis penyebaran gaya
akibat pembebanan mekanis disajikan pada Gambar 61.
Gambar 61 Grafik hasil simulasi pembebanan mekanis pada komponen rangka
mesin
51
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
1. Mobilitas roda mesin (angkong) di lahan sawit sangat baik dan tidak
mengalami amblas. Tahanan penetrasi tanah (kedalaman 0-5 cm) pada
beberapa daerah yang biasa dilintasi angkong berkisar antara 16.44 hingga
22.10 kgf/cm2.
2. Nilai koefisien tahanan gelinding roda angkong pada lintasannya di kebun
rata-rata 0.159.
3. Energi potensial dari jatuhnya TBS berkisar antara 0.44-4.44 kJ. Energi
tersebut mampu menggerakkan perpindahan teoritis mesin pengangkut TBS
sejauh 2.27-22.98 m.
4. Sebuah desain konseptual dari mesin penangkap dan pengangkut TBS yang
memanfaatkan energi potensial jatuhnya TBS telah dirancang dengan
mengkombinasikan mekanisme lengan ayun, roda gigi, rantai dan sproket,
mekanisme ratchet, mekanisme ”watch spacement”, gear box serta
mekanisme pegas.
Saran
Perlu dikembangkan lagi mengenai alternatif konsep penangkap jatuhnya
TBS dan berondolan buah agar desain unit penangkap yang dirancang tidak
memiliki dimensi yang terlalu besar. Dibutuhkan pengembangan lebih lanjut
terhadap efisiensi dari mekanisme penyimpanan energi potensial pada pegas untuk
menggerakan roda mesin.Penggunaan pegas tipe spiral sangat dianjurkan dengan
alasan kemudahan untuk mengatur proses release gaya pegas untuk memutar roda
yang seimbang dengan kecepatan maju operator. Selain itu, konsep batang
penyangga komponen penangkap TBS disarankan menggunakan prinsip 3 batang
penyangga. Hal tersebut dilakukan untuk mempermudah keseimbangan
komponen penangkap TBS di lahan sawit yang cenderung tidak datar. Dari desain
yang telah dilakukan, kebutuhan daya untuk mendorong mesin pengangkut secara
manual yakni sebesar 0.21 HP sehingga ke depannya desain mesin harus
dirancang dengan daya yang lebih kecil. Kendala utama dari masalah tersebut
adalah kapasitas muatan dan bobot statis mesin yang tinggi sehingga gaya yang
dibutuhkan untuk menggerakan mesin tersebut menjadi besar. Agar tujuan untuk
meringankan beban kerja pemanen terpenuhi maka kapasitas muatan TBS
hendaknya disesuaikan dengan kemampuan operator di lapangan.
52
DAFTAR PUSTAKA
Arisandy, IR. 2013. Studi Antropometri dan Gerak Kerja Pemanen Kelapa Sawit
serta Aplikasinya untuk Penyempurnaan Desain Alat Panen (Egrek dan
Dodos) [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Bekker, M.G. 1955. A Proposed System of Physical and Geometrical Terrain
Values for the Determination of Vehicle Performance and Soil Trafficability.
Makalah pada Interservice Vehicle Mobility Symposium, Stevens Institute
of Technology, April 18 – 20.
Djoehana S. 2006. Kelapa Sawit Teknik Budidaya, Panen dan Pengolahan.
Yogyakarta (ID): Penerbit Kanisius.
Fauzi Y, Widyastuti YE, Satyawibawa I, Hartono R. 2008. Kelapa Sawit.
Jakarta (ID): Penebar Swadaya.
Hendra, Rahardjo S. 2009. Risiko ergonomi dan keluhan musculoskeletal
disorders (MSDs) pada pekerja panen kelapa sawit. Makalah pada Seminar
Nasional Ergonomi IX, 17-18 November 2009, Semarang (ID).
Ikhlasul. 2012. Pesawat Sederhana [internet]. [diacu 2013 Januari 22]. Tersedia
dari:rwww.ebookbrowse.com/diktat-kuliah-fisika-kerja-dan-pesawat
sederhana-0-pdf-d420200104.
Koedadiri AD, Sutarta ES, Darmosarkoro W, Purba P, Fadli L dan Rahutomo S.
2005. Panen, hal 8.1 – 8.8 Dalam L. Buana, D. Siahaan dan S. Adiputra,
(Eds). Kultur Teknis Kelapa Sawit. Pusat Penelitian Kelapa Sawit. Medan.
Sumatera Utara (ID).
Lubis AU. 1992. Kelapa Sawit (Elaeis Guineensis Jacq) di Indonesia. Pusat
Penelitian Perkebunan Marihat. Pematang Siantar. Sumatera Utara.
Mangoensoekarjo S, Semangun H. 2008. Manajemen Agrobisnis Kelapa Sawit.
Yogyakarta (ID): Gadjah Mada University Press.
Masmukti. 2011. Pegas [internet]. [diacu 2013 Januari 22]. Tersedia dari:
www.wordpress.com.
Nazzamudin MI. 2013. Karakteristik Pemanenan Buah Sawit dan Analisis
Pemanfaatan Energi Potensial Buah Sawit untuk Pengangkutan TBS ke
TPH [skripsi]. Bogor (ID): Isntitut Pertanian Bogor.
Pheasant, S. 2003. Bodyspace Anthropometry, Ergonomics and the Design of
Work. London (UK): Taylor & Francis L.td.
Ponten, M. 1994. Studi Karakteristik Minyak Sawit Dan Minyak Inti Sawit. (ID):
PDII-umu.
Prabowo IHS. 2009. Pengelolaan Kelapa Sawit (Elaeis guineensis Jacq.) dI PT
Eramitra Agro Lestari, Bakrie Sumatera Plantation, Jambi (dengan Aspek
Khusus Pemanenan). [laporan praktik lapangan]. Bogor (ID): Institut
Pertanian Bogor.
Purianti KA. 2013. Studi waktu (time study) pada aktivitas pemanenan kelapa
sawit di Perkebunan Sari Lembah Subur, Riau [skripsi]. Bogor (ID): Institut
Pertanian Bogor.
Semangun SHM. 2003. Manajemen Agribisnis Kelapa Sawit. Yogyakarta (ID):
Gajah Mada University Press.
Sularso, Suga K. 1987. Dasar perencanaan dan pemilihan elemen mesin. Jakarta
(ID): PT Pradnya Paramita.
53
Suryadi. 2012. Energi Potensial [internet]. [diacu 2013 Januari 21]. Tersedia dari:
www.scribd.com/doc/88860556/Energi-Potensial.
Zulfahrizal. 2005. Konsep Desain Lengan Mesin Pemanen Tandan Sawit (Elaeis
Guineensis Jacq). Dan Simulasi Cara Kerjanya [tesis]. Bogor (ID): Program
Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor.
54
Lampiran 1 Perhitungan pemilihan bahan dan kekutatan bahan yang digunakan
Uji kekuatan bahan :
( )
( )
( )
( )( )
( )( )
Impact force jatuhnya TBS : m = 45 kg
h = 15 m
V1 = 20 m/s
√ ( )( )
⁄
( ) ( )
⁄
⁄
Penentuan dimensi bahan komponen frame penangkap TBS:
( )( ( ))
⁄
⁄
⁄
( )
Maka bahan yang dipilih adalah besi hollow (50x50) mm dengan ketebalan 2.3
mm.
55
Analisis defleksi pada bahan :
M=p/2x (untuk 0<x<L/2)
(untuk 0<x<L/2)
⁄
⁄
(
)
(
)
( )
( ⁄ ( )
√
√( ) ( )( )
Perhitungan diameter kawat baja untuk penampang komponen penangkap TBS :
( )
(
)
( )
( )
⁄
( bahan layak)
56
Pemilihan bahan batang penyangga frame penangkap TBS :
( )( )
P < Pcr (maka batang penyangga layak)
Perhitungan unit pegasperedam komponen penangkap TBS:
Beban awal =
( )
√ ( )( ) ⁄
√ ( )( ) ⁄
m1 = 10 kg
( )( ) ( )( )
⁄
Ftekan defleksi awal = 26.33 kg
Beban 34.73 kg
D = 90 mm d = 7mm
Lendutan = 527 mm
Misalkan
K = 1.11
( )( )
⁄
⁄
⁄
⁄
( ) ( )
( ) ( )
n=49.98 50
57
Diameter kawat pegas = 12 mm; Diameter pegas = 100 mm,
Panjang pegas : 50 cm; n = 10
Bahan kawat pegas yang digunakan adalah baja pegas (SUP)
( )( )
( )( )
⁄
Hf = 787 mm
Hs = 760 mm
Wo = (787-760)x 0.0066 = 8.58 kg
= 527-130 = 397 mm H1 = 760 – 397 = 363 mm
Hc = (n+1.5)d = (50+1.5)7 = 360.5 mm
Perhitungan pemilihan bahan poros engsel :
F=772.2 kg
⁄
( )( )
D = 23.85 mm
Jika Sf dipilih 0.8 =>
Untuk keamanan dipilih Ø 35 mm
Bearing dan pillow block : ucp207 kekuatan 25700 N = 2.6 ton
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )( )
Perhitungan pegas layak karena khitungan> k.
58
Lampiran 2 Prosedur umum operasional pemanenan TBS di Indonesia
Berikut ini adalah prosedur operasional kegiatan pemanenan yang secara
umum dilakukan oleh beberapa pekebunan kelapa sawit di Indonesia (Prabowo
2009) :
1. Pemanen berjalan di daerah pasar pikul sambil mengamati dan memeriksa
buah masak dengan cara mengelilingi pohon. Panen buah dengan cara
memotong tandan buah menurut kriteria matang panen. setelah itu potong
tangkai buah serapat mungkin (maksimal 3 cm).
2. Pemanen memotong pelepah sampai menyisakan 2 pelepah di bawah
tandan paling bawah (songgo dua).
3. Semua brondolan dibersihkan dari ketiak pelepah dengan mencungkil
menggunakan egrek.
4. Pelepah yang terpotong disusun di gawangan mati, tidak boleh dibuang di
pasar pikul.
5. Tandan buah dan brondolan dikeluarkan dari piringan ke TPH
menggunakan angkong. Brondolan harus bersih dari segala macam
sampah dan kotoran.
6. Tandan buah di TPH disusun dengan teratur dengan susunan 5 – 10 baris
gagang di sebelah atas supaya mudah dalam perhitungan. Selain itu nomor
potong pemanen dituliskan pada gagang tandan buah.
7. Brondolan yang terkutip dan sudah bersih diletakkan disebelah susunan
tandan buah di TPH.
59
Lampiran 3 Tabel karakteristik tandan sawit
Tabel 12 Karakteristik tandan sawit
Karakteristik Uraian
Berat tandan 3-42 kg
Keliling tandan 120-140 cm
Panjang dan lebar tandan 44-56 cm dan 43-49 cm
Panjang tangkai tandan 35-40 cm
Keliling dan diameter tangkai tandan 19-24 cm dan 5-7 cm
Ruang potong tangkai tandan 6-9.5 cm
Bentuk penampang tangkai tandan Bulat-elips
Jumlah tandan per pohon Maksimum 8 tandan dan bisa 3-4
tandan sekali panen
Tempat tumbuh Pada ketiak pelepah
Posisi 30-50% tertutup pelepah,
kemiringan maks. 45º
Jarak jatuh sewaktu dipanen Maksimum 0.75 m dari batang
pohon
Sumber: Zulfahrizal (2005).
60
Lampiran 4 Tabel data antropometri posisi berdiri operator pemanen sawit di
Indonesia
Tabel 13 Data antropometri posisi berdiri operator pemanen sawit di Indonesia
Pengukuran Percentile
5
Percentile
50
Percentile
95
(Posisi Berdiri) (dalam cm)
1. Berat badan 46.00 55.00 71.00
2. Tinggi badan 149.50 160.00 170.00
3. Tinggi mata 137.40 149.10 160.00
4. Tinggi bahu 123.00 133.50 141.20
5. Tinggi siku tangan 91.20 99.50 109.00
6. Tinggi pinggang 83.50 93.50 103.50
7. Tinggi pinggul 77.60 86.00 95.00
8. Tinggi genggaman tangan (knuckle) 60.00 68.10 76.00
9. Tinggi ujung tangan 51.50 57.90 63.00
10. Jangkauan tangan keatas terbuka 187.80 202.00 217.80
11. Jangkauan tangan keatas
menggenggam 178.00 192.00 208.00
12. Jangkauan tangan kedepan terbuka 66.50 77.00 85.00
13. Jangkauan tangan kedepan
menggenggam 57.70 66.00 73.50
14. Jengkal 2 tangan kesamping terbuka 152.50 167.30 178.00
15. Jengkal 2 tangan kesamping
menggenggam 135.50 147.00 157.90
16. Jengkal 2 siku 73.00 84.60 93.00
17. Panjang telapak kaki 22.00 24.40 26.50
18. Lebar telapak kaki 9.30 10.50 11.50 Sumber: Arisandy (2013).
Pecentile 5 merupakan data antropometri yang kurang dari atau sama dengan 5%
dari jumlah populasi yang ada. Pecentile 50 merupakan data antropometri yang
kurang dari atau sama dengan 50% dari jumlah populasi yang ada. Pecentile 95
merupakan data antropometri yang kurang dari atau sama dengan 95% dari jumlah
populasi yang ada.
61
Lampiran 5 Tabel data antropometri posisi duduk operator pemanen sawit di
Indonesia
Tabel 14 Data antropometri posisi duduk operator pemanen sawit di Indonesia
Pengukuran Percentile
5
Percentile
50
Percentile
95
(Posisi Duduk) (dalam cm)
1. Lebar telapak tangan 8.10 9.10 11.10
2. Diameter genggaman tangan
(antara ibu jari dan jari tengah) 5.50 7.40 8.50
3. Panjang telapak tangan 16.40 18.00 20.00
4. Keliling genggaman tangan
(antara ibu jari dan jari tengah) 23.60 27.00 29.20
5. Panjang ibu jari 5.60 6.20 7.20
6. Panjang jari telunjuk 6.60 8.80 9.90
7. Panjang jari tengah 7.20 9.80 11.20
8. Panjang jari manis 6.80 9.00 10.50
9. Panjang jari kelingking 5.20 7.00 8.50
10. Panjang jengkal tangan 17.50 20.50 23.00
11. Tinggi duduk 76.00 82.30 88.20
12. Tinggi mata 64.00 71.20 77.00
13. Tinggi bahu 50.40 56.10 60.80
14. Tinggi siku tangan 16.70 21.00 26.00
15. Jangkauan tangan ke atas terbuka 114.20 125.40 135.60
16. Jangkauan tangan ke atas
menggenggam 105.00 114.30 126.80
17. Jangkauan tangan ke bawah
terbuka 67.20 73.70 79.00
18. Jangkauan tangan ke bawah
menggenggam 56.00 62.00 69.20
19. Panjang lengan atas 26.00 31.00 35.00
20. Panjang lengan bawah terbuka 39.40 44.00 48.00
21. Panjang lengan bawah
tergenggam 30.00 34.00 39.30
22. Jarak pantat lutut 48.10 53.50 58.00
23. Jarak pantat lipatan lutut dalam 37.90 43.40 49.00
24. Panjang kepala 16.60 18.00 20.00
25. Lebar bahu (biacromial) 23.00 31.40 35.50
26. Lebar bahu (bideltoid) 38.50 42.90 48.00
27. Lebar pinggul 28.00 32.00 35.90
28. Tebal dada 17.60 20.30 24.00
29. Tinggi dudukan paha 10.16 26.50 53.50
30. Panjang lengan 46.70 55.50 80.00 Sumber: Arisandy (2013).
69
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Indramayu, Jawa Barat pada tanggal 26Agustus 1991 dari
pasangan Darsa dan Ruminah. Penulis adalah putra pertama dari dua bersaudara. Tahun
2009 penulis lulus dari SMA Negeri 1 Sindang Indramayu dan pada tahun yang sama
penulis lulus seleksi masuk Institut Pertanian Bogor melalui jalur Undangan Seleksi
Masuk IPB dan diterima di Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi
Pertanian. Selama mengikuti perkuliahan penulis pernah aktif sebagai beberapa kegiatan
organisasi seperti jurnalis Koran Kampus IPB, pengurus dan badan pengawas organisasi
Ikatan Keluarga dan Mahasiswa Indramayu (IKADA Bogor), ketua umum Himpunan
Mahasiswa Teknik Pertanian IPB (Himateta IPB 2011-2012) serta pengurus Engineering
Design Club (EDS TMB-IPB). Bulan Juni – Agustus 2012 penulis melakukan Praktik
Lapangan di PT Socfin Indonesia, Perkebunan Seumanyam-Tripa Aceh dengan judul
Aplikasi Mesin dalam Budidaya, Pemanenan dan Pengolahan Kelapa Sawit di PT Socfin
Indonesia, Seumanyam-Tripa Aceh.
