DAFTAR PUSTAKA
1. Ashby, Michael F., ”Materials Selection in Mechanical Design: Third Edition”. Butterworth Heinemann, Oxford. 2005. 2. Budiarko, Andriadi, "Pengembangan Desain dan Material Komposit Partikulat untuk Blok Rem Kereta Api," Tugas Akhir, Teknik Mesin, Institut Teknologi Bandung, Indonesia, 2006. 3. Callister, W.D., “Materials Science and Engineering”, John Wiley & Sons Inc., 1994. 4. Dieter, G. E., “Metalurgi Mekanik”, edisi ketiga, Penerbit Erlangga, 1987. 5. Dieter, G. E. “Engineering Design”. McGraw-Hill: Singapore. 2000. 6. G. Nicholson. Facts About Friction. P&W Price Enterprises, Inc. 1995. 7. Hay, WH. 1982. “Railroad Engineering, 2nd ed”. Singapore: Wiley Interscience. 8. Jones, Robert M., “Mechanics of Composite Materials”, New York: Hemisphere Publishing Corporation. 1975. 9. Judawisastra, Hermawan, “Pengujian Mekanik”, Catatan kuliah Material Teknik, Departemen Teknik Mesin, Institut Teknologi Bandung. Semester I, 2004. 10. Laporan
Riset
Fakultas,
“Pengembangan
Desain
untuk
Meningkatkan
Performansi Blok Rem Komposit dengan Memanfaatkan Limbah Tempurung Kelapa”, Laboratorium Perancangan ITB. 2006. 11. PT. Kereta Api, “Analisa Kegagalan Pecahnya Roda Ka-84 Kamandanu 1 Agustus 2003“, Agustus 2003. 12. PT. INKA, “Railbus Transportasi Pengumpan”, 2007. 13. Robert L. Norton, “Machine Design”, Prentice-Hall International, Inc., 1996. 14. Shigley, Joseph Edward & Charles R Mischke. Mechanical Engineering Design. McGraw-Hill Book Company.5th edition. 1989. 15. Stolarski Tadeusz, “Tribology in Machine Design”, Butterworth Heinemann, Oxford. 1990.
91
16. www.astm.com 17. www.cord.edu 18. www.freepatensonline.com 19. www.wikipedia.com 20. www.inka
92
LAMPIRAN SPESIFIKASI TEKNIK PT. KAI.
93
94
95
PERHITUNGAN GAYA PENEKANAN BLOK REM Proses Pengereman
Parameter-parameter utama dalam proses pengereman meliputi kecepatan
awal, v0, jarak pengereman Ss, perlambatan, β, tekanan pada sepatu/blok rem, p dan koefisien gesek, μ. Selain itu, terdapat kondisi operasi yang berbeda, misalnya pengereman untuk memperlambat laju kereta dari kecepatan awal tertentu, atau pengereman untuk mempertahankan laju kereta yang konstan pada penurunan. Dalam menganalisis parameter pengereman, terdapat dua pendekatan yang akan digunakan, yaitu pendekatan teoretik dan pendekatan empirik seperti diterapkan dalam penghitungan rem oleh Nabco.
Arah gerak
mα f fR W
θ
Gambar 1 Diagram benda bebas gerak kereta pada turunan
Secara umum, berdasarkan diagram mekanika gerakan kereta pada turunan (‰), perlambatan kereta akibat proses pengereman dapat diwakili oleh hubungan berikut,
β=
1 ( f + f R − 1000mgθ ) m
(1)
dengan, β
= perlambatan, m/det2
m
= Massa kereta, kg
f
= Gaya gesek akibat pengereman, N
96
= μp
μ
= koefisien gesek
p
= gaya tekanan permukaan pada sepatu rem, N
fR
= Gaya tahanan akibat rolling roda dll., N
g
= koefisien percepatan gravitasi, m/det2
θ
= slope penurunan track, ‰
Gaya tahanan gerak maju kereta fR, dihitung dengan mempertimbangkan
rolling resistance, gaya gesek dan gaya tahanan udara, berdasarkan hubungan empirik Schmidt-Illinois {Hay, 1982}, seperti diekspresikan dalam persamaan berikut, dalam satuan pounds,
f R = 1,3 +
29 C ⋅ A ⋅ v2 + B⋅v + mkereta mkereta ⋅ naxle
(2)
dengan, mkereta = Massa kereta, ton naxle
= Jumlah gandar
B
= koefisien empirik yang berhubungan dengan gesekan, untuk kereta penumpang = 0,03
C
= Koefisien tahanan udara, untuk kereta penumpang = 0,00034
v
= Kecepatan kereta, mil
A
= Luas penampang kereta, ft2
Dengan menggunakan pendekatan empirik, perlambatan diwakili oleh
hubungan berikut {Nabco},
β'=
g ( Pμ − GW + R) W +W '
(3)
dengan, β’
= perlambatan, m/s2
g
= percepatan gravitasi, 9,8 m/s2
97
W
= massa kereta dan penumpang, 43.320 kg
W’
= massa inersia, 3.516 kg
P
= cylinder pressure, kg
µ
= koefisien gesek antara roda dan sepatu rem; 0,16
G
= gradien, ‰
R
= tahanan gelinding, kg
Saat terjadi pengereman, terdapat kemungkinan terjadi skidding, yaitu slip
antara roda kereta/gerbong dengan rel. Hal ini terjadi jika momen pengereman melampaui momen gesek statik antara roda dan rel, yang dapat disederhanakan dengan diagram benda bebas pada Gambar 2 dan persamaan 4 berikut ini,
Arah gerak translasi roda
Fbrake × μbrake
Fbrake × μbrake
Nr × μs
Gambar 2 Diagram Benda Bebas roda berputar dengan pengereman
2 Fshoe μbrake < N r μ s
(4)
Fshoe
= Gaya tekan pada blok rem pada full-brake (pcyl = 2,8 kg/cm2)
µbrake = Koefisien gesek antara rem dengan roda Nr
= Gaya normal oleh rel terhadap roda (=Wcoach / 8)
98
µs
= Koefisien gesek statik antara roda dengan rel
Analisis Gaya Pengereman
Pengereman pada kereta terjadi melalui mekanisme berupa batang
penghubung (link) yang menghantarkan gaya dari brake cylinder. Gambar 3 menunjukkan secara sederhana mekanisme pengereman pada satu kereta api. Gambar detail jaringan batang-batang (leverage) pada satu roda dan penyederhanaannya
ditampilkan
dalam
Gambar
3.
99
X
Gambar 3
Mekanisme rem pada 1 kereta, terdiri dari 8 roda, 16 blok rem
100
(a)
(b) mbar 4 Gam
Jaringan baatang penghuubung yang melayani m satuu pasang rod da (kanan-kiri), a) dari gam mbar teknik dan, d b) pemoodelan sederhanan nya
101
Dari gambar teknik kereta api, juga didapatkan data-data dimensi, fisik
maupun operasional kereta api seperti pada tabel di bawah ini: Tabel.1 Data-data perancangan kereta api (Diambil dari Gambar Teknik: Brake Diagram and Calculation, PT KA) Data awal Massa kereta (m) Cylinder pressure (Pcyl)
37880 kg 2
3,8 kg/cm
Diameter brake cylinder (dcyl) Gaya pegas penahan (Fspr)
SI 0,3724 MPa 30 cm
140 kg
1372 N
Panjang batang-batang penghubung*
*
a
475 mm
b
355 mm
c
170 mm
d
170 mm
e
190 mm
f
190 mm
g
170 mm
h
170 mm
i
150 mm
j
150 mm
) Lihat Gambar 3 untuk notasi batang-batang penghubung
Dari model hubungan antar batang, berikut adalah penurunan sederhana untuk mencari hubungan antara gaya pengereman di setiap sepatu/blok rem, Fshoe, dan gaya hidrolik yang diterapkan oleh brake cylinder, Fcyl. Gaya pada silinder (Fcyl ) dicari dengan persamaan sebagai berikut (Gambar Teknik: Brake Diagram and Calculation, PT KA): Fcyl = [Acyl x P] – return spring force (Fspr) dengan: A = π ×
0,32 = 0,070687 m2 4
p = 0,3724 Mpa Fspr = 1372 N 102
maka Fcyl = ( 0, 070687 × 0,3724.106 ) − 1372 = 24951,8 N (2546,1 kg )
Berikut ini langkah-langkah untuk mencari gaya pada masing-masing sepatu
rem. Tinjau batang CD:
∑ MO = 0 F .c = F1.d
F1 =
c F d
Tinjau batang CD dan EF
∑ MO = 0 F ( c + a ) = FI d
103
FI = F
(c + d ) d
FI e = F2 ( e + f )
F2 =
e F (e + f ) 1
F2 =
e (c + d ) F (e + f ) d
Tinjau batang EF dan GH
∑ MO = 0 FII ( e + f ) = FI f
FII =
(c + d ) d
f F (e + f )
FII g = F3 h
F3 =
g FII h
F3 =
g (c + d ) f F h d (e + f )
104
Tinjau batang GH dan IJ
∑ MO = 0 FII ( g + h ) = FIII h
FIII =
( g + h) (c + d ) h
d
FIII i = F4 ( i + j )
i F ( i + j ) III
F4 =
F4 =
f F (e + f )
i ( g + h) (c + d ) f F d (e + f ) (i + j ) h
Ftotal = F1 + F2 + F3 + F4
Ftotal =
c e (c + d ) g (c + d ) f i ( g + h) (c + d ) f F+ F+ F+ F d h d (e + f ) d (e + f ) (e + f ) d (i + j ) h
Ftotal = F + ( 0,5 × 2 ) F + (1× 2 × 0,5 ) F + ( 0,5 × 2 × 2 × 0,5 ) F Ftotal = 4 F
105
sehingga, F1 = F2 = F3 = F4 = Fshoe
Pada setiap bogie kereta penumpang terdapat delapan blok rem sehingga total gaya pengereman yang diperlukan adalah 8 × Fshoe. Dengan adanya batang penghubung ab maka untuk mencari Fshoe digunakan persamaan momen.
8Fshoe × b = Fcyl × a Fshoe =
=
a Fcyl 8× b
475 × 24951,8 N 8 × 355
Fshoe = 4173,3 N ( 425,85kg )
Jadi, untuk kondisi pengereman full brake (pcyl = 3,8 kg/cm2), diperoleh gaya pengereman pada masing-masing sepatu rem sebesar 425,85 kg. Dengan efisiensi pneumatik sebesar 0,95 maka gaya pengereman sebenarnya adalah 404,56 kg.
106
