Analisis Kekuatan Struktur Berbagai Tipe Cakar pada Mesin Penyiang Gulma Menggunakan Metode Finite Element Analysis
DOI:
https://doi.org/10.61844/jemmtec.v5i02.1392Kata Kunci:
Desain Cakar, Mesin Penyiang Gulma, Tegangan von Mises, Faktor Keamanan, Finite Element Analysis (FEA).Abstrak
Cakar mesin penyiang gulma (cultivator) didesain untuk beroperasi pada medan lahan basah dinamis yang berpotensi menimbulkan gaya dorong berlebih dan risiko kegagalan struktural. Penelitian ini bertujuan untuk mengevaluasi distribusi tegangan ekuivalen von Mises dan faktor keamanan guna menentukan konfigurasi desain cakar yang paling aman dan handal. Analisis struktural dilakukan menggunakan metode Finite Element Analysis (FEA) berbasis Autodesk Fusion 360 dengan menerapkan kondisi pembebanan statis tunggal sebesar 200 N pada empat variasi geometri cakar, yaitu tipe C, tipe L, tipe vertikal, dan tipe horizontal. Hasil simulasi menunjukkan bahwa seluruh nilai tegangan berada di bawah batas luluh material mild steel (207 MPa) sehingga seluruh draf dinyatakan aman. Nilai tegangan von Mises maksimum dan faktor keamanan minimum secara berurutan adalah 45,618 MPa dan 4,538 untuk tipe C; 60,522 MPa dan 3,42 untuk tipe L; 39,33 MPa dan 5,263 untuk tipe vertikal; serta 48,43 MPa dan 5,699 untuk tipe horizontal. Proses validasi model mengonfirmasi akurasi tinggi dengan deviasi numerik analitis manual maksimal hanya sebesar 0,02% pada tipe C. Sebagai rekomendasi, cakar tipe vertikal ditetapkan sebagai desain yang paling optimal karena paling efektif dalam mereduksi konsentrasi tegangan lokal dan menghasilkan struktur dengan integritas tinggi terhadap risiko beban kejut.
Referensi
[1] H. S. Chaudhary, N. A. Chaudhary, R. V Bhabhor, A. Gora, dan R. N. Singh, “Design and development of a multi-crop power weeder,” Pharma Innov. J., vol. 12, no. 5, hal. 4691–4698, 2023.
[2] M. Telaumbanua, Witaningsih, B. Lanya, A. Haryanto, S. Suharyatun, dan F. K. Wisnu, “Performance Comparison of the Implementations of Single Row Power Weeder (Single Engine) and Multi-Row Power Weeder (Twin-Engine) in Rice Fields,” IOP Conf. Ser. Earth Environ. Sci., vol. 1038, no. 1, 2022, doi: 10.1088/1755-1315/1038/1/012061.
[3] A. J. Bennett, R. Yadav, dan P. Jha, “Using soybean chaff lining to manage waterhemp (Amaranthus tuberculatus) in a soybean–corn rotation,” Weed Sci., vol. 71, no. 4, hal. 395–402, 2023, doi: DOI: 10.1017/wsc.2023.34.
[4] S. S. Mohan, G. Sanjana, D. Avinash, M. Rohitha, dan D. A. Kumar, “Performance Evaluation of Power Weeder in Sugarcane Crop,” Curr. J. Appl. Sci. Technol., no. December, hal. 70–81, 2020, doi: 10.9734/cjast/2020/v39i3831097.
[5] A. Ranji, M. Gholami, dan D. Mohammad, “Evaluation of agronomic , technical , economic , and environmental issues by analytic hierarchy process for rice weeding machine,” Energy Reports, vol. 8, hal. 774–783, 2022, doi: 10.1016/j.egyr.2021.12.028.
[6] C. Liu et al., “Benefits of mechanical weeding for weed control, rice growth characteristics and yield in paddy fields,” F. Crop. Res., vol. 293, hal. 108852, 2023, doi: https://doi.org/10.1016/j.fcr.2023.108852.
[7] H. B. Prasad, D. Ganapathi, dan V. Balasundaram, “Development and Field Evaluation of Rotary Power Weeder for Dryland Crops,” Res. J. Agric. Sci., vol. 10, no. 2, hal. 349–352, 2019, [Daring]. Tersedia pada: www.rjas.org.
[8] Irzal dan N. Erizon, “Untuk Gapoktan Tunas Sakato Desa Toboh Palabah Pariaman Innovation Of The Appropriate Technology Application For Rice Sugar,” VOMEK, vol. 2, no. 4, hal. 106–111, 2020, doi: https://doi.org/10.24036/vomek.v2i4.143.
[9] P. D. Soden, B. A. Adeyefa, Y. S. Wong, dan M. A. Millar, “Loads, Stresses, and deflections in Bicycle Frames,” J. Strain Anal. Eng. Des., vol. 21, no. 4, hal. 185–195, 1986, doi: 10.1243/03093247V214185.
[10] A. B. Prasetiyo dan K. A. Sekarjati, “Design engineering and analysis of the horizontal and vertical type of power weeder machine claw cultivator on the safety factor using the FEA method,” AIP Conf. Proc., vol. 2927, no. 1, 2024, doi: 10.1063/5.0194013.
[11] A. Muhammad, M. A. H. Ali, dan I. H. Shanono, “Finite Element Analysis of a connecting rod in ANSYS: An overview,” IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng., vol. 736, no. 2, 2020, doi: 10.1088/1757-899X/736/2/022119.
[12] A. B. Prasetiyo dan K. A. Sekarjati, “Desain dan Analisis Frekuensi Natural Rangka Mesin Penyiang Gulma Menggunakan Metode Finite Element Analysis Design and Analysis of Natural Frequency Weed Weeding Machine Frames Using the Finite Element Analysis Method,” J. Ris. Sains dan Teknol., vol. 6, no. 2, hal. 181–187, 2022, doi: 10.30595/jrst.v6i2.14428.
[13] M. J. Jweeg, H. A. Hamzah, M. Al-Waily, dan M. A. Al-Shammari, “A Finite Element Simulation of Nano Effects on Stress Distribution in a Below Knee Prosthetic,” IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng., vol. 1067, no. 1, hal. 012141, 2021, doi: 10.1088/1757-899x/1067/1/012141.
[14] R. I. Yaqin, A. B. Prasetiyo, P. Pritiansyah, M. H. Amrullah, dan B. M. T. Pakpahan, “Studi Numerik Umur Kelelahan (Fatigue Life) Pada Propeller Kapal Penangkap Ikan Dengan Kapasitas Mesin 24 Hp,” JTT (Jurnal Teknol. Ter., vol. 6, no. 1, hal. 8–17, 2020, doi: 10.31884/jtt.v6i1.245.
[15] A. B. Prasetiyo dan K. A. Sekarjati, “Finite Element Simulation of Power Weeder Machine Frame,” Indones. J. Comput. Eng. Des., vol. 4, no. 2, hal. 26–34, 2022, doi: https://doi.org/10.35806/ijoced.v4i2.291.
[16] A. B. Prasetiyo et al., “Finite Element Analysis (FEA) of blade weed design using Ansys workbench,” Sinergi, vol. 26, no. 3, hal. 371, 2022, doi: 10.22441/sinergi.2022.3.012.
[17] R. I. Yaqin, B. H. Priyambodo, A. B. Prasetiyo, dan M. L. Umar, “Penerapan Metode Elemen Hingga Dalam Pemilihan Bahan Pada Desain Pisau Mesin Pencacah Plastik,” Sci. J. Mech. Eng. Kinemat., vol. 6, no. 2, hal. 85–98, 2021, doi: 10.20527/sjmekinematika.v6i2.190.
[18] F. Arifin, M. S. Alaydrus, dan A. B. Prasetiyo, “Desain dan analisis Cassava Chopper Machine Desain dan Analisis Cassava Chopper Machine,” Angkasa J. Ilm. Bid. Teknol., vol. 15, no. 1, hal. 97–102, 2023, doi: 10.28989/angkasa.v15i1.1638.
[19] Q. Lai, Q. Yu, dan J. Dong, “Dynamic analysis of rotary tiller gearbox based on EDEM, ADAMS and ANSYS,” J. Intell. Fuzzy Syst., vol. 36, no. 2, hal. 1153–1160, 2019, doi: 10.3233/JIFS-169889.
[20] A. Kešner, R. Chotěborský, M. Linda, M. Hromasová, E. Katinas, dan H. Sutanto, “Stress distribution on a soil tillage machine frame segment with a chisel shank simulated using discrete element and finite element methods and validate by experiment,” Biosyst. Eng., vol. 209, hal. 125–138, 2021, doi: 10.1016/j.biosystemseng.2021.06.012.
[21] A. B. Prasetiyo, F. Fauzun, A. A. Azmi, dan R. I. Yaqin, “Studi Numerik Kontur Pola Aliran Fluida Pendinginan Pada Mold Injeksi Molding,” Infotekmesin, vol. 12, no. 1, hal. 104–109, 2021, doi: 10.35970/infotekmesin.v12i1.493.
[22] A. B. Prasetiyo, F. Fauzun, A. A. Azmi, dan S. H. Yaqin, Rizqi Ilmal, Pranoto, “Simultaneous Cooling Analysis of Injection Molding Plastic Products with Cooling System Variations,” J. Penelit. Saintek, vol. 25, no. 2, hal. 173–183, 2020, doi: 10.21831/jps.v25i2.34574.
[23] F. Anggara, D. Romahadi, A. L. Avicenna, dan Y. H. Irawan, “Numerical analysis of the vortex flow effect on the thermal-hydraulic performance of spray dryer,” Sinergi, vol. 26, no. 1, hal. 23, 2022, doi: 10.22441/sinergi.2022.1.004.
[24] A. B. Prasetiyo, K. A. Sekarjati, dan I. R. Putra, “Analisis Numerik Frekuensi Natural dan Mode Bentuk Rangka Mesin Pengaduk Gula Aren Menggunakan Metode Elemen Hingga,” J. Energy, Mater. Manuf. Technol., vol. 4, no. 1, hal. 1–9, 2025, doi: https://doi.org/10.61844/jemmtec.v4i01.970.
[25] A. B. Prasetiyo, A. A. Azmi, D. S. Pamuji, dan R. Yaqin, “Pengaruh Perbedaan Mesh Terstruktur dan Mesh Tidak Terstruktur Pada Simulasi Sistem Pendinginan Mold Injeksi Produk Plastik,” Pros. Nas. Rekayasa Teknol. Ind. dan Inf. XIV Tahun 2019, vol. 2019, no. November, hal. 400–406, 2019.
[26] A. B. Prasetiyo dan K. A. Sekarjati, “Analisis Struktur Desain Pisau Pengupas Tempurung Kelapa Menggunakan ANSYS 19.2,” Semin. Nas. Ris. Inov. Teknol., vol. 1, no. 1, hal. 417–423, 2022.
[27] A. B. Prasetiyo, K. A. Sekarjati, dan Sutrisna, “Numerical analysis of the influence iron type on Von Mises Stress and safety parameters for compost processing machine frame construction,” IOP Conf. Ser. Earth Environ. Sci., vol. 1151, no. 1, 2023, doi: 10.1088/1755-1315/1151/1/012058.
[28] A. B. Prasetiyo dan F. Fauzun, “Numerical study of effect of cooling channel configuration and size on the product cooling effectiveness in the plastic injection molding,” MATEC Web Conf., vol. 197, hal. 8–11, 2018, doi: 10.1051/matecconf/201819708019.
[29] A. B. Prasetiyo, K. A. Sekarjati, dan S. Haryo, “Design And Analysis of The Effect of Variation Ofcompression Force on Allen Key Using Finite Element Analysis Method,” SJME Kinemat., vol. 7, no. 1, hal. 39–52, 2022, doi: 10.20527/sjmekinematika.v7i.
[30] A. B. Prasetiyo, “Analisis Numerik Perpindahan Panas Pada Saluran Pendingin Plastik Injeksi Molding Menggunakan Polyhedral Mesh,” Teknol. manufaktur, vol. 11, no. 02, hal. 70–79, 2019, doi: https://doi.org/10.33504/manutech.v11i02.113.
[31] K. A. Sekarjati, T. Rusianto, A. A. P. Susatriawan, dan A. B. Prasetiyo, “Analisis Variasi Desain Beriket Towing Bar Menggunakan Metode Elemen Hingga Terhadap Nilai Keamanan Desain,” J. Energy, Mater. Manuf. Technol., vol. 3, no. 2, hal. 22–28, 2024, doi: https://doi.org/10.61844/jemmtec.v3i02.776.
[32] W. A. B. T.-F. of M. C. D. Altabey, Chapter 2 - Load and stress analysis. Elsevier, 2024.
[33] L. A. N. Wibawa, “Pengaruh diameter baut terhadap kekuatan rangka main landing gear pesawat UAV menggunakan metode elemen hingga,” J. Polimesin, vol. 17, no. 01, hal. 26–32, 2019, [Daring]. Tersedia pada: http://e-jurnal.pnl.ac.id/index.php/polimesin/article/view/828.
[34] K. Z. V. Dobrovolsky, Machine Elements : a textbook. Moscow: Peace, 1973.
[35] H. L. Huang, Finite Element Simulations with ANSYS Workbench 2021. Taiwan: SDC Publications, 2021.
[36] B. Silwal dan P. Sergeant, “Thermally induced mechanical stress in the stator windings of electrical machines,” Energies, vol. 11, no. 8, 2018, doi: 10.3390/en11082113.
[37] F. A. Arifin, M. S. Alaydrus, dan A. B. Prasetiyo, “Desain dan analisis Cassava Chopper Machine,” Angkasa J. Ilm. Bid. Teknol., vol. 15, no. 1, hal. 85, 2023, doi: 10.28989/angkasa.v15i1.1638.
[38] S. Sutrisna, A. B. Prasetiyo, dan F. R. A. Juniar, “Design and Analysis of the Komatsu Pc400 Excavator’S Tooth Bucket Thickness Using the Finite Element Method,” Int. J. Mech. Eng. Technol. Appl., vol. 5, no. 2, hal. 130–138, 2024, doi: 10.21776/mechta.2024.005.02.2.
[39] B. Purnama, M. Darmayani, dan A. B. Prasetiyo, “Numerical Study of the Effect of Notch Geometry ( Standard , Elliptical , Diamond ) on Excavator Bucket Tooth Strength Based on Finite Element Analysis,” Infotekmesin, vol. 17, no. 01, hal. 74–81, 2026, doi: 10.35970/infotekmesin.v17i1.3032.
[40] A. Niesłony, “A critical analysis of the Mises stress criterion used in frequency domain fatigue life prediction,” Frat. ed Integrita Strutt., vol. 10, no. 38, hal. 177–183, 2016, doi: 10.3221/IGF-ESIS.38.24.
[41] A. B. Prasetiyo, K. A. Sekarjati, dan Sutrisna, “Numerical analysis of the influence iron type on Von Mises Stress and safety parameters for compost processing machine frame construction,” IOP Conf. Ser. Earth Environ. Sci., vol. 1151, no. 1, 2023, doi: 10.1088/1755-1315/1151/1/012058.
[42] R. Patel et al., “A Transdisciplinary Approach for Analyzing Stress Flow Patterns in Biostructures,” Math. Comput. Appl., vol. 24, no. 2, hal. 47, 2019, doi: 10.3390/mca24020047.
[43] R. I. Yaqin, M. L. Umar, S. H. Pranoto, A. B. Prasetiyo, dan B. H. Priyambodo, “Studi Perancangan Pisau Pada Mesin Pencacah Plastik Menggunakan Finite Element Analysis,” JTT (Jurnal Teknol. Ter., vol. 7, no. 1, hal. 44, 2021, doi: 10.31884/jtt.v7i1.320.
[44] R. G. Karmankar, “Analysis of Von- Mises-Stress for Interference Fit and Pull- Out States By Using Finite Element Method,” Int. Res. J. Eng. Technol., vol. 4, no. 11, hal. 1367–1374, 2017, doi: 10.13140/RG.2.2.26447.79520.
[45] F. Beer, E. R. Jr. Johnston, J. DeWolf, dan D. Mazurek, Mechanics of Materials. McGraw-Hill Education, 2011.
[46] L. D. Shigley, J. E. ; Mitchell, Perencanaan Teknik Mesin, 4 th. Jakarta: Erlangga, 1999.
[47] M. Matsuo dan A. Asoka, “A Statistical Study on A Conventional ‘Safety Factor Method,’” Chem. Pharm. Bull., vol. 20, no. 10, hal. 2278–2281, 1972.
[48] A. J. Asmara, I. Nadiansyah, A. J. Magmadian, A. A. Dhombo, H. Sraun, dan A. B. Prasetiyo, “Desain dan Analisis Tegangan Double Crane Hook Kapasitas 5 Ton Menggunakan Metode Elemen Hingga,” in Prosiding Nasional Rekayasa Teknologi Industri dan Informasi XVIII Tahun 2023 (ReTII), 2023, vol. 2023, no. November, hal. 121–125.
[49] F. Anggara, “Validasi Nilai Simulasi Faktor Keamanan Pada Putaran Kritis Poros ST41,” Quantum Tek. J. Tek. Mesin Terap., vol. 2, no. 1, hal. 32–37, 2020, doi: 10.18196/jqt.020120.
