MODUL 2:

SUKU KOMPONEN DAN ELEMEN MESIN PERTANIAN

Kompetensi Khusus: Setelah mempelajari Modul 2, mahasiswa diharapkan dapat menjelaskan suku komponen dan elemen mesin pertanian.

 

Pendahuluan

Kekuatan, keawetan, dan fungsi alsintan bergantung kepada macam dan kualitas bahan yang digunakan dalam pembuatannya. Hal ini menjadi penting karena cara pemindahan daya dari sumbernya ke tempat yang akan digunakan merupakan persoalan terbesar dalam perancangan alsintan. Sebagai contoh, persoalannya relatif sederhana bagi mesin yang stationer (tetap) atau bila suatu traktor digunakan untuk pengoperasian perontok stationer atau penggiling pakan. Tetapi persoalannya menjadi berlipat pada sebuah mesin pemanen terpadu (combine) yang bergerak sendiri, yang sumberdayanya adalah sebuah motor yang dipasang pada mseinnya sendiri (Daywin, Sitompul, dan Hidayat 1999).

Bermacam-macam suku (komponen) mesin dirakit menjadi satu dengan memakai berbagai baut dan mur. Oleh karena itu, perlu untuk mempelajari unit-unit ini untuk memperoleh pengertian tentang penggunannya dalam perancangan dan pembuatan peralatan usahatani. Di samping itu, diperlukan sejumlah pengetahuan tentang mekanika gerak agar dapat diketahui dengan pasti daya, kapasitas terpasang, dan prinsip kerja secara umum.

Mekanika

Mekanika adalah ilmu yang mempelajari tentang gaya dan pengaruhnya, yang mencakup gaya itu sendiri, usaha, daya, energi, dan pengaruhnya terhadap sebuah mesin sederhana.

1.       Gaya

Gaya merupakan aksi benda terhadap benda lain yang cenderung untuk menghasilkan atau menghilangkan gerakan benda lain yang dipengaruhi. Gaya berbeda dalam ukuran dan penggunaannya. Secara umum, gaya selalu dikaitkan dengan kerja otot, namun ia juga sering dikaitkan dengan lingkup dan aksi gaya, aliran arus listrik, pembekuan cairan, dan penyulutan bahan peledak yang dapat pula menghasilkan gaya itu sendiri. Agar yang berbeda-beda dapat dibandingkan, semua harus dinyatakan dalam satuan yang salah satu paling umum adalah ‘bobot pon’ (pound weight).

2.       Usaha

Usaha dinyatakan sebagai satuan hasil kali gaya dengan jarak perpindahan benda dan dapat dinyatakan dalam berbagai kombinasi satuan bobot (gaya) dengan jarak, seperti pon inci atau pon kaki. Satu pon kaki usaha telah dilakukan jika suatu benda dipindahkan sejauh satu kaki dengan gaya sebesar satu pon. Persamaannya sebagai berikut:

Usaha =   gaya x jarak atau

W        =   F x D (W = work = usaha; F = force = gaya; D = distance =jarak).

Misalnya: satu karung beras seberat 50 pon diangkat setinggi 5 kaki, maka jumlah kerja yang diperlukan adalah:

Usaha (W) = F x D = 50 pon x 4 kaki = 200 pon kaki.

Bilamana suatu gaya bergerak dalam lingkungan yang menghasilkan gerakan berputar (pilin/twist) disebut gaya putar atau torque. Misalnya, sebuah sabuk yang memutar katrol yang meneruskan daya melalui sumbu, memberikan kepada sumbu itu suatu tenaga putaran atau suatu “torque”. Gaya tarik sumbu (dalam pon) dikalikan dengan jari-jari katrol akan sama besarnya dengan besarnya “torque”, yang dinyatakan sebagai pon kaki (ft.lb) atau gram sentimeter (g.cm).

Momen suatu gaya pada suatu titik merupakan hasil kali gaya dgn jarak tegak lurus yang ditentukan ke arah gaya. Jadi, momen merupakan ukuran kecenderungan gaya untuk menghasilkan putaran pada titik tertentu (pusat momen).

3.       Daya

Daya adalah laju pelaksanaan usaha. Untuk menentukan daya yang digunakan atau diteruskan oleh suatu mesin, perlu terlebih dahulu diukur gaya dan jarak yang ditempuh oleh gaya beserta lama waktu yang diperlukan gaya untuk bekerja sepanjang jarak itu. Satuan daya yang lazim digunakan di AS adalah pon kaki/detik, pon kaki/menit = 1 daya kuda (horse power/paarden kracht), pon kaki/detik, laju satu kaki per detik perlu gaya 1 pon atau daya kuda (horse power/paarden kracht).

Bila suatu benda digerakkan dengan laju satu kaki per detik dengan memerlukan gaya sebesar 1 pon, maka laju pelaksanaan usaha adalah 1 pon kaki/detik. Bila benda itu berpindah sejauh 1 kaki/menit, maka laju pelaksanaan usaha adalah pon kaki/menit. Bilamana benda berpindah sedemikian rupa sehingga dilaksanakan usaha sebesar 33.000 pon kaki/menit, maka daya yang diperlukan adalah sebesar 1 daya kuda (horse power/paarden kracht). Satuan daya itu didasarkan atas laju kerja kuda berbobot 1500 lb. Bila kuda tersebut menarik beban 150 pon, atau 10 % berat badan, sejauh 220 kaki (67,1 m)/menit atau 2,5 mil/jam = 4,0 km/jam), kuda tersebut akan melakukan usaha sebesar 33.000 pon-kaki/menit atau sama dengan =   150 pon x 220 kaki/menit = satu daya kuda. Catatan: 1 HP/horse power = 1 PK/paarden kracht » 764 W (watts = laju pemanfaatan energi) » 182,51 kal/detik » 0,000052 WD² (1 kal/detik » 4,186 watts; W = kecepatan, mile; D = luas, inch).

4.       Energi

Energi didefinisikan sebagai kemampuan melakukan usaha. Bila suatu benda berbobot 1 pon (454 g) diangkat setinggi 1 kaki (30,48 cm) dikatakan bahwa benda tersebut Mempunyai energi potensial sebanyak 1 pon kaki (0,3048 m x 0,454 kg = 0,138 m.kg) lebih besar dibandingkan dengan pada posisi aslinya. Energi yang dimiliki suatu benda, misalnya traktor, akibat adanya gerakan disebut energi kinetik. Inersia adalah sifat suatu benda yang menyebabkan benda tersebut menunjukkan kecenderungan untuk terus dalam kedudukannya semula yang diam atau bergerak, kecuali bila padanya dikenakan suatu gaya, misalnya rem.

Mesin Sederhana

Mesin adalah peralatan yang memberikan keuntungan mekanik yang memudahkan dilakukan suatu usaha. Istilah ini biasanya dihubungan dengan alat seperti pengikat gandum, mesin perontok, mesin pemotong rumput, dan sebagainya. Mesin sebenarnya tersusun atas sejumlah mesin-mesin yang sederhana. Ada 6 (enam) mesin sederhana, yaitu: tuas, roda dan gandar, katrol, bidang miring, sekrup, dan pasak.

Setiap mesin sederhana mempunyai kemampuan untuk memindahkan usaha yang dilaksanakan olehnya ke benda lainnya. Keuntungan mekanik sebuah benda adalah perbandingan (nisbah) antara gaya yang diberikan mesin dan gaya yang diterimanya. Gaya yang menggerak mesin disebut gaya pakai. Efisiensi sebuah mesin adalah nisbah usaha yang dilakukan mesin dengan usaha yang terpakai oleh mesin. Bila efisiensi dapat mencapa 100 %, berarti terjadi gerak yang abadi. Mengingat selalu adanya kehilangan akibat terjadinya gesekan, maka efisiensi suatu mesin selalu di bawah 100 %.

1.       Tuas

Tuas adalah suatu batang yang tegar, lurus atau melengkung, yang berputar mengelilingi titik tetap (titik tumpu, fulcrum). Tuas tersebut mempunyai gaya penggerak dan penahan yang didefinisikan tepat sesuai dengan namanya. Lengan tuas yang berupa batang lurus merupakan bagian-bagian atau ujung pada kedua sisi titik tumpu bila gaya bekerja tegak lurus pada batang.

Keuntungan mekanik tuas adalah perbandingan panjang lengan tuas gaya penggerak dengan panjang lengan gaya penahan atau bobot x lengan bobot = gaya penggerak x lengan gaya.

Tuas dibedakan dalam 3 (tiga) golongan, yaitu: 1) golongan pertama: gaya penggerak terdapat pada salah satu ujung dan gaya penahan atau gaya yang ditimbulkan obyek yang harus dipindahkan terletak pada ujung yang lain; 2) golongan kedua: mempunyai gaya penggerak, titik tumpu terletak pada ujung yang lain, sedangkan gaya penahan terletak di antaranya; dan 3) golongan ketiga: mempunyai gaya penahan pada ujung dan titik tumpu pada ujung yang lain, sedangkan gaya penggeraknya terletak di antaranya.

2.       Roda dan gandar

Roda dan gandar merupakan modifikasi tuas dan bekerja dengan prinsip yang sama, tetapi dengan gaya yang bekerja dengan tetap. Titik pusat gandar dapat disamakan dengan titik tumpu, jari-jari gandar sesuai dengan lengan pendek, dan jari-jari roda sesuai dengan lengan panjang.

Keuntungan mekanik dinyatakan sebagai:

F x R = W x r

dimana:

F       =   gaya

W      =   bobot

R       =   jari-jari roda

r        =   jari-jari gandar.

3.       Katrol

Katrol terdiri atas roda beralur yang berputar dengan bebas pada rangka (blok) sehingga katrol merupakan tuas golongan pertama atau kedua. Ada beberapa penggunaan katrol yang berbeda-beda, tergantung pada cara merangkai katrol itu. Katrol tunggal yang tetap tidak memberikan keuntungan mekanik selain untuk mengubah arah gerakan. Bila sebuah katrol atau lebih yang tetap dan satu katrol atau lebih yang bergerak digabungkan pemakaiannya, maka akan terbentuk kerekan.

Keuntungan mekanik:

W x h = F x 3h

dimana:

W      =  bobot

h        =   jarak pindah beban

F       =   gaya terpakai

3        =   jumlah tali penopang beban.

4.       Bidang Miring

Bidang miring adalah bidang rata yang miring dengan sudut berapa saja yang terletak di antara bidang datar dan vertikal. Hukum atau gaya yang mengatur mekanika bidang miring adalah bahwa gaya yang digunakan meningkat sekian kali yang sebanding dengan selisih antara panjang bidang miring dengan ketinggian tertentu.

Keuntungan mekanik:

F x AC = W x CE

dimana:

F       =   gaya yang diberikan

AC    =   panjang sisi miring

W      =   bobot

CE    =   tinggi sisi tegak.

5.       Sekrup

Sekrup adalah penerapan atau modifikasi bidang miring yang digabungkan dengan tuas. Ulir yang melilit batang slinder mempunyai hubungan yang sama dengan memikul beban sebagai bidang miring seperti hubungan antara tangga yang melingkar dengan tangga yang lurus. Bila sekrup diputar dengan bantuan tuas atau roda gigi, ulir yang miring akan menyebabkan beban bergeser perlahan-lehan ke arah sumbu tegaknya. Jarak vertikal antarulir disebut jarak ulir (pitch) sekrup.

Keuntungan mekanik dihitung berdasark keadaan bahwa gaya yang digunakan bergerak sepanjang lintasan yang jaraknya sama dengan keliling lingkaran dengan jari-jari sama dengan panjang batang sekrup pengangkat (dongkrak) atau jari-jari roda gigi penggerak, sedangkan beban dipindahkan melintasi jarak yang sama dengan jarak alur sekrup.

6.       Pasak

Pasak merupakan modifikasi bidang miring. Sesungguhnya pasak terdiri atas dua bidang miring yang ditempatkan pada dasar. Gaya yang mendorong pasak masuk ke dalam benda, seperti misalnya kayu gelondongan, menyebabkan timbulnya gaya yang bekerja dengan arah tegak lurus pada masing-masing bidang miring pasak.

Transmisi Daya

Cara pemindahan daya dalam hubungannya dengan peralatan usahatani adalah: 1) pemindahan langsung; 2) roda transmisi dan sabuk; 3) gigi jentera dan rantai; 4) roda gigi; 5) setang penggerak dan sambungan universal; 6) sistem hidraulik; dan 7) setang penggerak lentur (Daywin, Sitompul, dan Hidayat 1999).

Pemindahan langsung atau sambungan langsung terjadi bilamana sebuah mesin digerakkan langsung oleh setang penggerak motor atau motor bakar. Gilingan pakan dan air sentrifugal seringkali digerakkan dengan cara ini. Biasanya pada cara ini, antara sumberdaya dan mesin terdapat kopling atau sambungan yang lentur.

Sabuk dari bahan lentur yang merupakan ban yang bergerak melalui dua roda transmisi atau lebih merupakan cara sederhana dalam pemindahan daya pada peralatan usahatani. Sabuk atau ban penggerak dapat dipakai melalui beberapa roda transmisi pada sumbu-sumbu sejajar dengan pola yang sederhana atau rumit. Roda transmisi atau sabuk dapat berbentuk pipih atau V.

Sabuk pipih umumnya tersusun dari bahan kulit, karet alam atau buatan, atau kanvas. Pemakaian utama sabuk pipih pada peralatan lapangan adalah pada peluncur elevator yang memudahkan bahan hasil panen dari mesin pemanen ke ‘trailer’ (kereta gandeng). Sabuk penggerak untuk keperluan ini biasanya dibuat dari karet atau kanvas. Sabuk dari kulit harganya mahal dan harus dijaga agar tetap kering, dan jarang dipakai pada peralatan usahatani. Kecepatan baku sabuk untuk traktor pertanian hendaknya sekitar 100 kaki/menit dan 3100 kaki/menit. Untuk menyambung kedua ujung sabuk yang pipih pada umumnya digunakan penyambung yang dibuat dari logam.

Sabuk bentuk V atau trapezium dibuat serong supaya cocok dengan alur roda transmisi yang berbentuk V. Kontak gesekan terjadi antara sisi sabuk V dengan dinding alur menyebabkan berkurangnya kemungkinan selipnya sabuk penggerak dengan tegangan yang lebih kecil daripada sabuk yang pipih.

Suatu mesin dapat terdiri dari beberapa bagian yang dipakai untuk penyaluran daya. Penyaluran daya terutama dilakukan dengan as (shaft), puli dan sabuk (pulley and belt), sproket dan rantai (sprocket and chain), roda gigi (gear), coupling, dan clutch.

Puli adalah roda yang dipakai untuk menyalurkan daya yang menggunakan sabuk. Bila dua buah puli dihubungkan oleh sabuk, maka kecepatan perputarannya berbanding terbalik dengan garis tengah puli (dengan mengabaikan slip).

v_A = v_B

r_A ω_A = r_B ω_B

     2π n_A                 2π n_B

r_A             = r_A

      60                   60

r_A n_A = r_B n_B

D_A n_A = D_B n_B

Apabila dua buah puli dihubungkan oleh sebuah poros yang sama, maka hubungannya dapat dijelaskan sebagai berikut:

ω_A = ω_B

n_A = n_B

dimana:

v     :      kecepatan linier (m/s)

ω    :      kecepatan sudut puli (rad/s)

n     :      kecepatan putar puli (rpm = revolution per minute)

r      :      jari-jari puli (m)

D    :      diameter puli (m).

Sabuk dapat dibuat dari karet, kanvas, tenunan kapas atau kulit. Sewaktu menyalurkan daya sabuk lebih tegang pada satu sisi dari sisi yang lain.  Daya yang disalurkan dari sabuk karet diperkirakan dengan rumus:

HP         =          (p x w x v) / 2400

dimana:

v     :    kecepatan sabuk (feet per menit)

w    :    lebar sabuk (inci)

p     :    banyaknya lapisan (plies).

Cakera dan rantai. Rantai kait dan rantai gulung merupakan dua tipe rantai yang lazim digunakan untuk pemindahan daya pada peralatan usahatani. Cakera dirancang agar cocok dengan masing-masing tipe rantai.

Rantai kait dibuat dari besi tempa atau baja tekan, dipakai dimana tuntutan daya yang diperlukan kceil dan kecepatannya relatif rendah, seperti misalnya pada msein tanam. Rantai kait yang dibuat dari baja paling banyak digunakan. Dalam penggunaan rantai kait pada mata rantai hendaknya berjalan dengan bibir kait yang terbuka menjauhi cakera dan menghadap ke arah gerakan rantai.

Rantai gulung dibuat dari baja khusus bermutu tinggi, dipakai secara luas pada mesin-mesin usahatani. Rantai tersusun atas mata rantai gulung dan mata penyambung yang tersusun bergantian. Mata gulung berputar bebas bantalan yang ditekan ke keling pelat mata gulung. Pena dan mata pen tersusun di dalam bantalan dan berputar berputar bebas di dalamnya. Rakitan rantai gulung tersedia dalam dua macam, yaitu dengan pen pasak dan pen keling.

Bila sebuah mesin mempunyai susunan yang kompak dan letak poros saling berdekatan, untuk pemindahan daya dapat digunakan roda gigi. Pada penggunaan roda gigi sering terdapat kombinasi antara roda gigi lurus dan roda gigi kerucut dengan tipe lainnya. Jika daya dipindahkan sejajar dengan sumbu, digunakan roda gigi lurus atau roda gigi helikal (mengikuti spiral). Tetapi bilamana kedua poros membentuk sudut 90 derajat, harus digunakan roda gigi kerucut atau roda gigi cacing.

Roda gigi lurus mempunyai poros yang letaknya sejajar. Roda gigi kerucur mempunyai poros yang satu sama lain membentuk sudut tegak lurus atau hamper demikian. Bila dalam pemindahan daya harus dilalui suatu sudut atau belokan, harus menggunakan roda gigi kerucut. Roda gigi cacing terdiri atas sebuah poros yang disebut poros cacing yang berulir menyerupai baut yang mempunyai alur melingkar menyerupai spiral. Roda gigi miring dapat berbentuk sebagai roda gigi lurus atau roda gigi kerucut tetapi giginya tidak lurus. Gigi pada roda gigi miring berbentuk melengkung, sehingga giginya saling bertautan atau bersentuhan lebih lama dibandingkan dengan roda gigi yang bergigi lurus. Pinyon adalah roda gigi yang lebih kecil dari dua roda gigi yang saling bertautan. Pinyon dapat berupa roda gigi lurus, roda gigi kerucut atau roda gigi miring.

Roda gigi memungkinkan dua as bekerja dekat satu sama lain. Penyaluran tenaga dengan cara ini sangat efisien. Dengan pelumasan yang baik, kehilangan daya hanya berkisar sekitar 1%. Perbandingan kecepatan dari dua roda gigi sebanding dengan jumlah gerigi. Jadi dua buah roda gigi yang masing-masing terdiri dari 32 dan 16 gigi bila dihubungkan mempunyai perbandingan kecepatan 1 : 2.

 ω_A               k_A

            =

 ω_B               k_B

dimana:

k_A  :    jumlah gigi A

k_B  :    jumlah gigi B

Sabuk dan Puli

Sabuk banyak digunakan dalam mesin-mesin pertanian karena rasio kecepatan yang tepat tidak pernah dipertahankan. Jika desain ini memadai, selip yang terjadi tidak lebih dari 1-20 % dan efisiensi penyaluran daya (dengan mengabaikan kehilangan daya pada bantalan shaft) berkisar 97-99 % (Daywin, Sitompul, dan Hidayat 1999). Keuntungan penggunaan sabuk antara lain: dapat meredam beban mendadak, tidak memerluka pelumasan, tidak berisik, dan dapat dioperasikan pada kecepatan linier ³ 5000 fpm (feet per menit). Namun, sabuk tidak cocok untuk beban yang berat dengan kecepatan rendah.

Beberapa faktor penting pada sistem sabuk yang perlu diperhatikan adalah adanya sejumlah tegangan yang bersumber dari: 1) tarikan efektif untuk beban daya (beda antara sisi longgar-kencang); 2) tegangan yang dibutuhkan untuk mempertahankan agar sabuk tetap kencang, yang dinyatakan oleh toleransi rasio maksimum yang diizinkan antara sisi longgar dan sisi kencang; 3) tegangan akibat gaya sentrifugal; dan 4) tegangan akibat melengkungnya sabuk di sekitar pulli.

Besar daya yang disalurkan oleh suatu sabuk adalah:

S (T₁-T₂)

Daya (HP)  =

33000

dimana            :

T₁    :    tegangan sisi kencang dalam lbs (tanpa tegangan karena gaya sentrifugal)

T₂    :    tegangan sisi longgar dalam lbs (tanpa tegangan karena gaya sentrifugal)

S     :    kecepatan sabuk dalam f.p.m.

Tarikan efektif sabuk yang diizinkan berkaitan dengan ketiga terakhir sumber tegangan tersebut. Hubungan antara tegangan yang dikirimkan dan kekuatan sabuk sesungguhnya ditentukan terutama oleh tipe beban (rata, bergejolak, kejutan besar, dan sebagainya), dan umur sabuk yang diinginkan, dalam pengertian siklus tegangan.

Rasio tegangan (tension ratio). Maksimum rasio tegangan yang diizinkan (sisi kencang dan sisi longgar) adalah:

                        e ^{k q}

R    =    T₁

                        T₂

dimana            :

R    :      rasio tegangan;

S     :      kecepatan sabuk dalam fpm;

e     :      bilangan pokok log Napir = 2,7183;

q     :      busur kontak dalam radian;

k     :      koefisien gesekan sabuk datar (sabuk V, k cakup efek bidang miring sabuk dan reaksi gaya kompleks).

Semakin besar selip (1,5-2%), semakin tinggi koefisien gesekan, tetapi selip tidak boleh lebih dari 1,5-2 %. Untuk sabuk karet pada pulli baja atau besi tuang, harga k berkisar antara 0,25-0,30 sehingga Rp (rasio tegangan untuk kontak busur) = 2,2-2,6. Dalam mendesain penyaluran daya dengan sabuk V, rasio tegangan, Rp = 5 adalah yang biasa digunakan (k = 0,51). Walaupun rasio tegangan yang lebih besar mungkin memuaskan untuk dilihat dari segi selip pada sisi longgar, penyaluran daya mungkin tidak stabil karena rendahnya tegangan pada sisi longgar, jika R lebih besar dari 8. Jika rasio tegangan lebih kecil dari harga maksimum yang diizinkan, kapasitas sabuk untuk tegangan (stress) yang diizinkan akan menurun.

Faktor koreksi busur. Biasanya pabrik menetapkan kemampuan sabuk dalam menyalurkan daya yang didasarkan pada kontak busur 180^o, dengan factor koreksi pengurangan beban kontak busur yang lebih kecil. Ini merupakan kompensasi untuk pengurangan harga T₁/T₂ yang diizinkan, dan akibat pengurangan tarikan efektif untuk harga T₁ tertentu.

Faktor koreksi busur ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut:

                  (e ^{k q}-1) e ^{k p}

C       =

                  (e ^{k p}-1) e ^{k q}

Tegangan sentrifugal. Tegangan sentrifugal adalah tegangan yang diakibatkan oleh gaya sentrifugal yang dapat dinyatakan sebagai berikut:

T_c      =   8,63 * 10^-6 w²

dimana            :

T_c    :    tegangan sentrifugal

W   :    berat sabuk dalam pounds per foot panjang sabuk.

Tegangan sentrifugal merupakan faktor pembatas kecepatan maksimum operasi suatu sabuk, tetapi pada kecepatan rendah, tegangan ini dapat diabaikan. Untuk kebanyakan mesin-mesin pertanian, umumnya kecepatan sabuk di bawah 2000 fpm, sehingga tegangan ini bukan merupakan pembatas.

Sabuk datar. Biasanya penggunaan sabuk datar paling menguntungkan, lebih-lebih untuk tenaga yang besar dan jarak yang jauh. Dengan menggunakan idler sebagai kopling, sabuk dilonggarkan dari pulli. Bahan sabuk datar biasanya terbuat dari kulit sehingga lebih tahan terhadap cuaca. Dengan selip sektor 1 %, formula untuk menghitung fungsi sabuk datar sebagai berikut:

                          W P S

Daya (HP)  =

                          2400

dimana            :

W   :    lebar sabuk dalam inci

P     :    jumlah lapisan dari sabuk.

Formula di atas harus dikoreksi jika kontak busur < 180^O dan harus dikurangi jika diameter pulli kecil (< 8 dan 1 inci untuk sabuk masing-masing 3 dan 4 lapisan).

Sabuk V. Karena aksi bidang miring antara sabuk dan sheaves, maka sabuk V dapat dioperasikan dengan kontak busur yang kecil dan rasio kecepatan as yang besar. Sabuk V dapat dioperasikan secara tunggal atau banyak. Dalam keadaa tertentu, dapat digunakan pulli datar dengan diameter besar dan pully sheaved dengan diameter kecil, yang dikenal dengan ‘V-flat drive’. Dalam hal ini, busur kontak untuk sheaves 130^o dan untuk pulli datar 230^o.

Standar Sabuk V dari ASAE. Spesifikasi dimensi sabuk V untuk mesin-mesin pertanian telah distandarkan oleh ASAE. Sabuk V untuk pertanian dibedakan dari sabuk V untuk industry dengan adanya huruf H di depan (ukuran HA-HE). Sabuk V ganda untuk pertanian digunakan jika daya harus disalurkan pada “grooved sheaved” baik dari sisi dalam maupun dari sisi luar (serpentine drives) dan ditandai dengan ukuran HAA, HBB, HCC, dan HDD. Prosedur standard dalam mengukur panjangnya sabuk juga terdapat dalam buku standar ASAE. Begitu juga dengan metode untuk menentukan panjangnya sabuk, toleransi dalam instalasi sabuk, dan lain-lain.

Kapasitas sabuk V pertanian. Pabrik memperkirakan ketahanan sabuk V untuk industri, harus dapat dipakai untuk beberapa tahun. Berbeda dengan sabuk V untuk industri, yang mungkin hanya dipakai beberapa jam selama setahun, maka sabuk V untuk pertanian harus lebih mampu menyalurkan daya yang lebih besar dibandingkan untuk industri.

Sebuah sistem untuk mendesain sabuk V mesin-mesin pertanian berdasarkan tegangan puncak dan umur kelelahan (fatigue life), dalam pengertian siklus tegangan telah diciptakan oleh Gates Rubber Company. Dalam metode ini, pemlihan sabuk dan sheaves atau pulli datar, didasarkan pada geometeri dan kebutuhan penyaluran daya yang nyata dengan mempertimbangkan semua daya yang telah dibicarakan sebelumnya.

Faktor-faktor yang dipertimbangkan sebagai berikut: 1) jumlah pulli (grooved/ flat); 2) efek setiap diameter pada tegangan (stress); 3) kecepatan sabuk; 4) panjang sabuk; 5) beban yang harus disalurkan setiap pulli dari urutan pulli berbeban dalam sistem; 6) kontak busur setiap pulli berbeban; dan 7) lokasi dari idlers.

Perubahan rasio kecepatan putar. Dalam penyaluran daya putar, untuk ubah rasio kecepatan antara dua as digunakan sabuk V (lebih sederhana) dan sistem hidrolik. Disbanding dengan system hidrolik, sistem sabuk V lebih sderhana, tetapi perubahan rasio kecepatan yang diperoleh terbatas. Perubahan kecepatan ini dilakukan dengan sedikit penyetelan atau kontrol, sementara seluruh sistem tetap berjalan dengan menyalurkan beban.

Gigi dan rantai. Gigi dan rantai menyalurkan daya dengan rasio kecepatan konstan, dimana gigi cacah untuk jarak ousat yang dekat, dapat menyalurkan tenaga secara menyilang sedang rantai sesuai untuk as yang sejajar dengan jarak pusat sedang. Biasanya gigi-gigi ditempatkan pada ruang tertutup dan diberi pelumas, sedang rantai-rantai biasanya dioperasikan secara terbuka dan jarang diberi pelumas

Rantai dispesifikasikan dengan pitch, yaitu panjang efektif dari satu link. Standar pitch roller chain, double pitch roller chain, dan detoch able-link chain adalah yang umum digunakan pada mesin-mesin pertanian. Gigi untuk pasangan rantai disebut spracket, yang mempunyai jumlah bervariasi antara 6-18 gigi, sekitar 5 %. Tidak dianjurkan menggunakan < 17 buah untuk kecepatan tinggi.

Shaft dan universal joint. Shaft sering mengalami gaya punter, tekuk tekanan, dan tegangan aksial. Proses dari desain yang rinci akan dilengkapi dengan pertimbangan-pertimbangan tentang akibat dari gaya-gaya di atas, fungsi dari alat yang dibuat, bahan as, dan lain-lain. Akan tetapi, perkiraan tenaga yang didapat dihasilkan oleh suatu as massif yang dapat diperoleh dari persamaan berikut:

                           D³ N

Daya (HP)  =

                            K

dimana            :

D    :    diameter

N    :    kecepatan as dalam rpm

K    :    konstanta, besarnya tergantung sifat beban, bahan as, dan sebagainya.

Universal joint yang paling umum digunakan untuk mesin pertanian adalah hooke joint. Bearing dan trunions dapat lebih kecil jika menggunakan roller bearing daripada plain bearing. Roller bearing joint mempunya sudut < 15^o dengan efisiensi 99 %, bergerak dingin, jarang memakai pelumas, dibanding plain bearing. Plain bearing mempunyai efisiensi sekitar 60 %. Roller bearing joint disukai untuk aplikasi gigi kemudi karena gerakan mundur tiba-tiba kecil.

Suku Komponen Mesin

1.       Kam (Cam)

Kam/bubungan (cam) merupakan alat untuk menghasilkan gerakan terputus-putus atau gerakan khusus ke suku mesin disebut pengikut. Bila sebuah benda dalam sebagian waktu bergerak dan berhenti di antara gerakan-gerakannya, gerakan itu disebut disebut gerakan terputus-putus. Kam dapat dipertelakan sebagai cakram yang salah satu sisinya berupa cuping (semacam telinga). Bagian yang menonjol disebut hidung cuping. Apa saja yang bersandar pada kam akan digeser hanya bilamana hidung cuping menyentuhnya, bila tidak maka benda tadi akan tetap diam.

2.       Bantalan

Bantalan dalam peralatan usahatani diperlukan untuk menahan berbagai suku pemindah daya tetap di tempatnya. Bantalan yang tepat untuk digunakan ditentukan oleh besarnya keausan, kecepatan putar poros, beban yang harus didukung, dan besarnya daya dorong akhir. Bantalan dibedakan atas dua macam, yaitu bantalan luncur dan bantalan gulung.

Bantalan luncur memiliki poros yang berputar/ditumpu dan bersentuhan secara langsung oleh permukaan bantalan yang tetap. Oleh karena itu, gesekan yang terjadi tinggi dan bantalan ini perlu pelumasan. Logam bantalan dapat dibuat dari besi tuang, babit, perunggu, atau bahan lain.

Bantalan gulung mempunyai bola atau peluru yang terletak antara poros dan penumpu bantalan, dengan demikian akan memgurangi gesekan. Oleh karena itu, bantalan ini disebut juga bantalan anti-gesekan. Pelumasan bantalan bola atau batalan gulung berguna untuk memelihara permukaan halus dari bahaya korosi, bekerja sebagai bahan pendingin, dan untuk melindungi permukaan gosokan peluru-peluru itu sendiri.

3.       Baut

Baut sangat bervariasi dalam penggunaan untuk konstruksi mesin usahatani, dan secara umum diklasifikasi sebagai berikut: baut mesin, kereta, tungku, dan bajak. Kebanyakan baut dispesifikasikan untuk jangka panjang, diameter, dan tipe macam ulir, yaitu halus (N.F. = national fine) atau kasar (N.T. = national coarse).

Baut mesin digunakan untuk menahan dua potong logam menjadi satu. Baut ini mempunyai kepala bentuk persegi empat atau segi enam (heksagonal) dengan batang baut yang terpasang pada kepalanya tanpa ada perubahan diameter.

Baut kereta mempunyai kepala dengan permukaan bundar atau jorong (oval) dengan bahu persegi empat panjang sepanjang sekitar 0,5 inci.

Baut bajak dapat mempunyai berbagai macam kepala tetapi praktis semua baut bajak mempunyai satu hingga empat bahu yang pas masuk ke dalam alur yang memang dipersiapkan sebagai tempat duduknya dalam bahan apapun yang digunakan. Sisi bawah kepala baut selalu terbenam sehingga kepala baut dapat masuk cukup dalam sampai pas rata dengan permukaan. Baut demikian dipakai untuk memasang mata bajak.

Baut tungku agak pendek dan biasanya berdiameter kurang dari 0,25 inci (0,6 cm). ulir baut ini sampai dekat kepala baut yang berbentuk rata atau bundar. Hamper semua baut tungku pada kepalanya mempunyai alur, sehingga obeng dapat digunakan untuk menahan putaran baut. Tipe baut ini digunakan untuk menggandeng logam tipis menjadi satu.

4.       Mur

Tipe mur yang paling umum digunakan pada mesin usahatani. Bentuk persegi empat digunakan pada mesin-mesin yang lebih murah, sedangkan yang berbentuk segi enam untuk mesin-mesin yang berkelas tinggi. Mur dengan peninggian seperti menara dipakai bilamana getaran mungkin dapat menyebabkan kendornya mur. Mur bersayap digunakan bilamana suatu bagian perlu sering dilepas. Mur kunci dibuat sedemikian rupa sehingga secara otomatis mengunci sendiri di tempat.

5.       Sekrup

Sekrup dapat diklasifikasikan sebagai sekrup pengencang, sekrup tutup, sekrup paku, dan sekrup kayu. Sekrup pengencang mungkin mempunyai beberapa ujung. Sekrup ini disebut demikian karena sekrup itu memanjang sampai bagian lehernya, yang memungkinkan ujungnya bersentuhan dengan poros sehingga poros dan leher terikat dengan erat menjadi satu dan berputar sebagai satu unit. Sekrup ini juga dipakai denga cara yang sama untuk berbagai suku tidak bergeser dari tempatnya.

Sekrup penutup dapat mempunyai kepala berbentuk segi empat, segi enam, rata, atau seperti kancing. Sekrup demikian sangat mirip baut mesin, selain tidak adanya mur pada ujungnya yang berulir; sebagai gantinya ujungnya dapat menembus apa saja atau masuk ke dalam lubang berulir yang juga berfungsi sebagai mur, seperti misalnya pada kepala silinder mesin mobil atau traktor.

Sekrup paku mempunyai kepala seperti baut mesin, sedang ujung yang lain bersifat runcing. Ulir sekrup ini kasar dan menyerupai sekrup kayu biasa. Sekrup ini digunakan untuk memasang mesin di lantai atau pada balok. Bila telah dimulai, ulir yang kasar akan menarik sekrup masuk ke dalam kayu, ketika sekrup diputar dengan kunci.

Sekrup kayu berbeda dengan sekrup paku, berukruan lebih kecil dan pada kepalanya terdapat alur (celah) sehingga dapat digunakan sebuah obeng untuk memaksa sekrup masuk ke dalam kayu.

6.       Cincin

Cincin dapat dipasang pada ujung atau di bawah kepala baut atau di bawah mur. Variasi cincin: cincin dari besi lunak yang dapat ditempa, besi tuang, besi tempa, dan cincin kunci pegas. Antara cincin besi lunak yang dapat ditempa dan cincin besi tuang hanya terdapat perbedaan sedikit, keduanya agak tebal, seringkali 0,5 inci (1,25 cm) dan dipakai di tempat di mana terjadi keausan yang cukup besar.

Cincin besi tempa berbentuk cakram bulat dengan lubang di tengah untuk memungkinkan cincin dipasang di bawah mur. Tipe cincin kunci pegas konvensional dibuat dari baja pegas dengan salah satu sisi dibelah dari tepi ke tengah lubang. Ujung bagian yang terbelah ditempatkan sedemikian rupa sehingga cincin memungkinkan mur dapat diputar dengan mudah, tetapi akan memakan setiap usaha untuk melepas mur.

Cincin pengunci lainnya mencakup tipe-tipe cincin bergigi luar dan cincin bergigi dalam. Saat ini, telah tersedia cairan bahan plastik yang digunakan sebagai cincin pengunci cair pada mur dan baut.

7.       Pengunci

Ada beberapa cara yang diterapkan pada mesin usahatani untuk menjamin atau memastikan bahwa roda gigi dan roda transmisi terpasang dengan erat pada poros putar dan menjamin bahwa komponen mesin lainnya memungkinkan suku-suku dirakit atau dibongkar tanpa memerlukan perkakas atau peralatan khusus.

Alat pengunci biasa digunakan untuk mengunci roda putar dan roda gigi pada poros. Pen, seperti misalnya pen baja berongga atau pen yang meruncing, juga banyak dipakai. Pen berongga juga dipakai sebagai poros kecil pada sambungan-sambungan pengontrol.

Kedua tipe pen tersebut dirancang supaya pas masuk ke dalam lubang yang dibor yang berdiameter lebih kecil daripada pennya sendiri agar supaya pen seperti pasak. Pasak atau pen pengunci belah umumnya dipakai sebagai sarana pengaman yang menjamin bahwa mur terpasang erat pada baut dan poros putar. Pen ‘rambut’ itu digunakan untuk mengamankan suku-suku yang sering harus dilepas dan dipasang. Cincin penahan digunakan untuk menjaga agar suatu komponen pada poros tidak bergeser dan untuk mengencangkan suku-suku lain dengan ruang yang terbatas.

8.       Pegas

Pegas memainkan peran sebagai suku yang penting dalam pengoperasian mesin usahatani. Pegas tarik membantu pada pengangkatan dan pengaturan peralatan berat. Pegas tekan dan pegas untir memudahkan pengoperasian suku-suku tertentu pada sebuah mesin.

Konstruksi dan Fungsi Bagian

Terdapat kecenderungan konstruksi peralatan untuk meniadakan sebanyak mungkin baja tuangan dan diganti dengan baja tekan atau baja cetak. Bilamana hal ini dilakukan, biaya membuat mesin dalam jumlah besar dari segi materil akan sangat berkurang. Mesin akan semakin ringan tetapi kekuatan dan keawetannya dipertahakna, bahkan sering dapat ditingkatkan. Keberhasilan atau kegagalan suatu alat sering sekali tergantung pada bahan yang dipakai untuk pembuatannya. Bahan yang digunakan dalam pembuatan peralatan usahatani dapat diklasifikasikan dalam logam dan bukan logam, yang secara lengkap dapat dilihat pada Tabel 8. (Daywin, Sitompul, dan Hidayat 1999).

Tabel 8. Bahan-bahan konstruksi untuk mesin-mesin pertanian.

Bahan	Jenis	Uraian
Bukan logam	Kayu	Tidak awet, langka
	Karet	Getah pohon/sintetik; ban luar/dalam, sabuk, isolasi kabel motor kontak, ganjal (paking) untuk yang gerak dan getar, cakram untuk menjepit tanaman,
	Plastik	Polimerasi bahan organik padat; termoplastik: lunak dan lentur pada suhu normal, keras bila dingin (akrilik, polietilen, polivinil klorida, PVC); termoseting: bentuk/bangun tetap saat dipanaskan dan dibentuk (epoksi, fenolik, poliuretan, silikon).
	Kulit dan serat nabati	Kulit untuk bahan sabuk; serat nabati untuk sikat, kain dan pembungkus bahan pengisi.
Logam
Bukan besi	Logam campuran
	Tembaga	Hantar listrik dan panas; kawat.
	Kuningan	Tembaga + seng + timah hitam/putih/besi; radiator, pipa, dan sebagainya
	Perunggu	Tembaga + timah putih; pegas, sambungan pipa, bantalan.
	Babit	Timah putih + tembaga + antimonium; bantalan mesin mobil.
	Solder (patri)	Timah + timbal, sambung kuningan, tembaga, timah, baja, besi tuang.
	Alumunium	Logam putih kebiru-biruan, tahan korosi, campuran besi dan tembaga; bahan pelapis tangki bahan kimia.
	Seng	Logam putih kebiru-biruan, hablur, rapuh pada suhu dingin, dapat ditempa pada suhu 110-210 oC; pelapis besi terhapa korosi.
	Besi tuang
	Besi tuang kelabu	Beri besi cair pada cetakan dingin pd suhu alami; tahan terhapa gaya tekan dan keausan tapi tidak ertahap gaya tarik dan relatif rapuh.
	Besi tuang putih	Beri besi cair pada cetakan dingin pada suhu alami; tahan terhapa gaya tekan dan keausan tapi tidak terhapa gaya tarik dan relatif rapuh.
	Besi tuang dingin	Sifat idem; singkal dan mata bajak, bantalan, gigi rantai.

Bahan	Jenis	Uraian
	Besi tuang tempa	Hasil pemanasan sampai 1600 oF, didinginkan secara perlahan; dapat ditempa, keras, kuat; mirip baja dengan karbon kadar rendah; perisai mesin pemotong rumput, pelat penyangga, pedal pengendali, dan rantai.
Besi	Besi tuang liat	Kualitas tinggi, hilangkan belerang, pengganti karbon; gigi jantera, roda gigi, mata bajak dingin, perisai mesin pemotong rumput, dan sebagainya.
	Besi tempa	Besi hampir murni, mudah dilas, sedikit karbon, maha; paku, baut, mur, kawat, rantai, dan sebagainya.
	Baja campuran	Campuran dua/lebih logam; bahan: borium, mangan, nikel, vanadium, tungsten, krom.
	Baja	Kandungan karbon (kekerasan) rendah.
	Baja karbon	Campuran besi + karbon; mudah ditempa/dipotong/dilas; bantalan peluru, bantalan gulung, alat potong.
	Baja campuran	Borium, mangan, nikel, tungsten, krom.
	Baja perkakas	Berkadar karbon tinggi, sangat keras.
	Baja berpusat lunak	Lapisan nikel, inkonel, monel.

Soal Latihan dan Jawaban

1.      Jelaskan mengapa macam/jenis dan kualitas bahan yang digunakan dalam pembuatan peralatan usahatani penting untuk diperhatikan!

Jawaban:

Karena kekuatan, keawetan, dan fungsi alsintan bergantung kepada macam dan kualitas bahan yang digunakan dalam pembuatannya. Hal ini menjadi penting karena cara pemindahan daya dari sumbernya ke tempat yang akan digunakan merupakan persoalan terbesar dalam perancangan alsintan.

2.      Jelaskan perbedaan antara gaya dan daya!

Jawaban:

Gaya merupakan aksi benda terhadap benda lain yang cenderung untuk menghasilkan atau menghilangkan gerakan benda lain yang dipengaruhi. Gaya berbeda dalam ukuran dan penggunaannya. Secara umum, gaya selalu dikaitkan dengan kerja otot, namun ia juga sering dikaitkan dengan lingkup dan aksi gaya, aliran arus listrik, pembekuan cairan, dan penyulutan bahan peledak yang dapat pula menghasilkan gaya itu sendiri. Agar yang berbeda-beda dapat dibandingkan, semua harus dinyatakan dalam satuan yang salah satu paling umum adalah ‘(bobot pon’ (pound weight).

Sedangkan daya adalah laju pelaksanaan usaha. Untuk menentukan daya yang digunakan atau diteruskan oleh suatu mesin, perlu terlebih dahulu diukur gaya dan jarak yang ditempuh oleh gaya beserta lama waktu yang diperlukan gaya untuk bekerja sepanjang jarak itu. Satuan daya yang lazim digunakan di AS adalah pon kaki/detik, pon kaki/menit = 1 daya kuda (horse power/paarden kracht), pon kaki/detik, laju satu kaki per detik perlu gaya 1 pon atau daya kuda (horse power/paarden kracht).

3.      Jelaskan perbedaan ketahanan sabuk V untuk industri dan pertanian!

Jawaban:

Dari segi ketahanan sabuk, ketahanan sabuk V untuk industri harus dapat dipakai untuk beberapa tahun. Berbeda dengan sabuk V untuk industri, yang mungkin hanya dipakai beberapa jam selama setahun, maka sabuk V untuk pertanian harus lebih mampu menyalurkan daya yang lebih besar dibandingkan untuk industri.

4.      Apa yang anda ketahui mengenai shaft dan universal joint, jelaskan secara singkat!

Jawaban:

Shaft sering mengalami gaya punter, tekuk tekanan, dan tegangan aksial. Proses dari desain yang rinci akan dilengkapi dengan pertimbangan-pertimbangan tentang akibat dari gaya-gaya di atas, fungsi dari alat yang dibuat, bahan as, dan lain-lain.

Universal joint yang paling umum digunakan untuk mesin pertanian adalah hooke joint. Bearing dan trunions dapat lebih kecil jika menggunakan roller bearing daripada plain bearing. Roller bearing joint mempunya sudut < 15^o dengan efisiensi 99 %, bergerak dingin, jarang memakai pelumas, dibanding plain bearing. Plain bearing mempunyai efisiensi sekitar 60 %. Roller bearing joint disukai untuk aplikasi gigi kemudi karena gerakan mundur tiba-tiba kecil.

5.      Sebutkan suku-suku komponen utama mesin-mesin pertanian!

Jawaban:

Suku-suku komponen utama mesin-mesin pertanian adalah kam (Cam), bantalan, baut, mur, sekrup, cincin, pengunci, dan pegas.

6.      Sebutkan bahan-bahan utama yang digunakan dalam konstruksi peralatan dan mesin usahatani!

Jawaban:

Bahan-bahan utama yang digunakan dalam konstruksi peralatan dan mesin usahatani adalah bukan logam dan logam yang terdiri atas bukan besi dan besi. Bukan logam mencakup kayu, karet, plastik, dan kulit dan serat nabat.

Logam-besi mencakup besi tuang liat, besi tempa, baja campuran, baja (baja karbon dan baja campuran), baja perkakas, dan baja berpusat lunak.

Sedangkan logam-bukan besi mencakup: 1) logam campuran (tembaga, kuningan, perunggu, babit, solder/patri, alumunium, dan seng; 2) besi tuang: besi tuang kelabu, besi tuang putih, besi tuang dingin, dan besi tuang tempa.

7.      Jelaskan dan buktikan bahwa faktor waktu dan gerak sangat berperanan dalam desain alat dan mesin pertanian. Berikan contoh!

Jawaban:

Faktor waktu sangat berkaitan erat dengan laju kerja sebuah alat pertanian dengan tujuan agar alat tersebut benar-benar efisien dan efektif. Buktinya: satuan yang digunakan adalah jarak/waktu, misalnya, mil/jam, km/jam, m/dt, dan sebagainya.

Daftar Pustaka

Daywin, F. J., R. G. Sitompul, dan I. Hidayat, 1999. Mesin-mesin budidaya pertanian di lahan kering. Bogor, Jawa Barat: Academic Development of the Graduate Program, The Faculty of Agricultural Engineering and Technology, Institut Pertanian Bogor. JICA-DGHE/IPB Project/ADAET: JTA: 9a(132).

Faktor-faktor yang mempengaruhi kapasitas lapang. http://teknoperta.wordpress.com/2008/ 09/15/faktor-faktor-yang-mempengaruhi-kapasitas-lapang-2/. Diakses pada tanggal 30 November 2010.

Kapasitas lapang dan efisiensi peralatan. http://teknoperta.wordpress.com / 2 0 0 8/0 9/1 5/ faktor-faktor-yang-mempengaruhi-kapasitas-lapang-2/

Smith, H. P. dan L. H. Wilkes, 1996. Mesin dan peralatan usaha tani. Edisi keenam, cetakan kedua. T. Purwadi, penerjemah. G. Tjitrosoepomo, editor.  Judl asli: Farm machinery and equipment. Sixth edition (Harris Pearson Smith, 1976). Yogyakarta: Gadjah Mada University Press (Anggota IKAPI).