Desain dan Kinerja Ditcher untuk Pembuatan Parit pada Budi Daya Kedelai Jenuh Air di Lahan Pasang Surut

Abstract

Budi daya jenuh air (BJA) merupakan suatu sistem budi daya yang dikembangkan di lahan pasang surut Indonesia yang terbukti meningkatkan produktivitas kedelai (Glycine max L. (Merr.)) dibandingkan dengan budi daya konvensional. Dengan BJA, air dipertahankan di dalam parit antar bedengan dari awal tanam sampai dengan tanaman dewasa. Kondisi sekarang pembuatan parit dilakukan dengan menggunakan cangkul dan sebagian ada yang menggunakan bajak singkal yang dioperasikan bolak-balik untuk satu alur parit. Kondisi di lapangan juga menunjukkan bahwa kualitas saluran (lebar dan kedalaman saluran, jumlah, serta letak saluran) belum sesuai dengan anjuran. BJA kedelai memerlukan suatu alat pembuat parit yang menghasilkan profil saluran yang sesuai dan dapat bekerja dengan baik di lahan rawa pasang surut. Hipotesis dari penelitian ini adalah bahwa terdapat kemungkinan untuk mendesain dan membangun suatu alat pembuat parit (ditcher) untuk BJA kedelai. Tujuan dari penelitian ini adalah mendesain dan menguji kinerja prototipe ditcher untuk budi daya kedelai jenuh air. Hasil penelitian ini dapat memberikan solusi kepada masyarakat khususnya petani yang berbudidaya kedelai jenuh air dalam upaya peningkatan produktivitas dan mekanisasi budi daya kedelai. Penelitian ini juga dapat memberikan masukan pada industri mesin pertanian berupa desain ditcher untuk pembuatan parit pada BJA kedelai. Tahapan penelitian yang dilakukan dimulai dengan identifikasi masalah. Dari hasil identifikasi masalah akan dimunculkan kriteria desain yang diterjemahkan ke dalam konsep desain. Selanjutnya dilakukan analisis desain untuk pembangunan beberapa prototipe. Prototipe-prototipe tersebut kemudian dievaluasi untuk mendapatkan prototipe terbaik dan diuji kinerjanya. Kriteria desain yang harus dipenuhi yaitu: (1) parit yang terbentuk berukuran lebar 30 cm dengan kedalaman 20 cm; (2) sumber tenaga penggerak berasal dari traktor 2- roda; (3) pembuatan alur parit dilakukan dalam satu kali lintasan. Data tanah telah diambil pada tanggal 20 Agustus 2016 di lahan budi daya kedelai jenuh air yang berlokasi di Jabung Timur, Jambi, Indonesia. Padi dan kedelai merupakan tanaman utama dengan pola tanaman rotasi padi-kedelai. Sampel tanah diambil menggunakan soil sample ring untuk menentukan kadar air dan kerapatan isi tanah. Tahanan penetrasi diukur menggunakan penetrometer, dan parameter tanah kohesi dan adhesi diukur menggunakan aparatus direct shear test. Karakteristik tanah pada lahan tersebut antara lain: kelas tekstur liat berdebu (liat, debu, pasir : 48%, 47%, 5%); batas plastis 35.1%; indeks plastisitas 32.1%; kadar air tanah 65.5 s.d. 68.1%.bk; bulk density tanah 12.7 s.d. 14.6 kN m-3; tahanan penetrasi 116 s.d. 137 kPa; kohesi 23.9 kPa; sudut gesakan dalam 37.2°; adhesi 7.3 kPa; sudut gesakan tanah baja 12.9°. Didapatkan tiga konsep desain yang direncanakan. Desain sayap pada ditcher I mirip dengan sayap bajak singkal. Desain ditcher II menggunakan desain seperti pada ditcher I dengan penambahan sayap bantu pada bagian sayap utama, sedangkan ditcher III menggunakan desain seperti pada ditcher II dengan penambahan ditcher kecil pada bagian depannya. Gaya draft yang bekerja pada ditcher didekati dengan rumus model prediksi gaya yang bekerja pada bajak singkal dari Godwin & O’Dogherty. Telah dibangun kalkulator untuk menghitung prediksi draft dan kebutuhan daya dari ditcher. Kondisi pengoperasian saat perhitungan antara lain:  = 13.43 kN m-3, ϕ = 37.18°, δ = 12.90°, c = 23.91 kN m-2, dp = 0.03 m, ds = 0.17 m, wp = 0.0075 m, ws = 0.1425 m, αp = αs = α =30°, β = 35°, θ = 30°, v = 0.5 m s-1, g = 9.81 m s-2. Gaya draft dan kebutuhan daya dari ditcher masing-masing didapatkan 1.75 kN dan 0.87 kW. Sumber tenaga tarik ditetapkan traktor 2-roda beroda sirip dengan daya 8.5 HP. Dari perhitungan kebutuhan minimum daya bersih enjin didapatkan daya sebesar 1.58 hp. Telah diperhitungkan kekuatan bahan pada komponen kritis yaitu kaki, pin dan ulir penyetel. Hasil simulasi menggunakan SolidWorks Simulation menunjukkan komponen-komponen tersebut aman. Telah dibangun tiga prototipe ditcher dari konsep yang sudah dirancang. Ketiga prototipe ditcher telah memenuhi kriteria mutlak bahwa prototipe dapat digandengkan dan ditarik dengan traktor 2-roda. Hasil pengujian di lapangan, prototipe I menunjukan bahwa parit dapat terbentuk tetapi tanah hasil pemtongan jatuh kembali ke alur parit. Pada prototipe II, parit yang terbentuk cukup memuaskan karena tanah hasil pemotongan tidak jatuh kembali ke alur parit. Pada prototipe III, tanah hasil pemotongan tidak mengalir dengan lancar sehingga operasional traktor menjadi berat. Kedalaman dan lebar parit yang terbentuk oleh prototipe I, II dan III masing-masing adalah 17.6 cm, 32.3 cm; 18.1 cm, 32.5 cm; dan 16.1 cm, 34.4 cm. Kriteria relatif yang telah ditentukan yaitu: kedalaman parit, lebar parit, bentuk parit, massa alat, lebar alat, kemudahan perakitan, dan biaya pembuatan. Perhitungan faktor pembobotan kriteria relatif menggunakan metode logika digital. Jumlah keputusan positif pada masing-masing atribut kriteria relatif tersebut secara berurutan yaitu 5, 4, 6, 1, 1, 3 dan 1. Faktor pembobotnya secara berurutan menjadi 0.24, 0.19, 0.29, 0.05, 0.05, 0.14 dan 0.05. Evaluasi terhadap prototipe I, II dan III menghasilkan nilai indeks kinerja berbobot masing-masing 87, 93 dan 76. Prototipe II memperoleh nilai indeks kinerja tertinggi maka terpilih sebagai konsep desain ditcher terbaik dengan parameter desain dticher: lebar potong alat 30 cm, tinggi dan lebar operasi alat 35 cm dan 90 cm, sudut angkat pisau 30°, sudut perpotongan pisau pada permukaan horizontal terhadap arah maju alat 35°, sudut tengah sayap terhadap arah maju alat 30°, dan sudut sayap bantu terhadap tengah sayap utama 40°. Hasil pengukuran rata-rata lebar dan kedalaman parit hampir mendekati target yang diinginkan yaitu masing-masing 32.6 cm dan 18.3 cm. Uji kinerja lapangan pada prototipe II menghasilkan slip 28.7% dengan kecepatan maju 0.51 m s-1, kapasitas lapangan teoritis 0.74 ha jam-1, dan konsumsi bbm 1.07 l jam-1. Parameter tanah terganggu yang terukur antara lain: jarak maksimum lemparan tanah 135.0 cm; jarak antar puncak gundukan tanah 85.1 cm; jarak maksimum lemparan tanah pada satu sisi 51.2 cm; tinggi gundukan 18.6 cm; kedalaman setelah operasi 18.3 cm; dan lebar 32.6 cm. Terdapat tanah yang ikut terbongkar pada pinggiran alur parit. Fenomena ini telah dijelaskan dengan faktor stabilitas slope.