91  

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.

92  

16. www.astm.com

17. www.cord.edu

18. www.freepatensonline.com

19. www.wikipedia.com

20. www.inka

  93

LAMPIRAN

SPESIFIKASI TEKNIK PT. KAI.

  94

  95

 

  96

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.

 

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,

1 ( 1000 )Rf f mgm

β θ= + − (1)

dengan, 

β  = perlambatan, m/det2 

m  = Massa kereta, kg 

f  = Gaya gesek akibat pengereman, N

θ

ffR

W

mαArah gerak

θ

ffR

W

mαArah gerak

  97

  = 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,

2

kereta kereta axle

291,3RC A vf B v

m m n⋅ ⋅

= + + ⋅ +⋅

(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},

(3)

dengan,

β’ = perlambatan, m/s2

g = percepatan gravitasi, 9,8 m/s2

' ( )'

g P GW RW W

β μ= − ++

  98

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,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gambar 2 Diagram Benda Bebas roda berputar dengan pengereman

  

srbrakeshoe NF μμ <2 (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)

Nr × μs

Fbrake  ×  μbrake  Fbrake  ×  μbrake 

Arah gerak translasi roda

  99

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.

  100 

 

 

Gambar 3 Mekanisme rem pada 1 kereta, terdiri dari 8 roda, 16 blok rem

X

 

Gam

 

mbar 4 Jaringan ba

(kanan-kiri

sederhanan

atang penghu

), a) dari gam

nya

 (a) 

(b) 

ubung yang m

mbar teknik d

melayani satu

dan, b) pemo

u pasang rod

odelan

101 

 

 

da

 

102  

  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 SI

Massa kereta (m) 37880 kg

Cylinder pressure (Pcyl) 3,8 kg/cm2 0,3724 MPa

Diameter brake cylinder (dcyl) 30 cm

Gaya pegas penahan (Fspr) 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 × = 0,070687 m2

p = 0,3724 Mpa

Fspr = 1372 N

20,34

103  

maka

  Berikut ini langkah-langkah untuk mencari gaya pada masing-masing sepatu

rem. Tinjau batang CD:

 

Tinjau batang CD dan EF

 

( )6= 0,070687 0,3724.10 1372 24951,8 (2546,1 )× − =cylF N kg

0OM∑ =

1. .F c F d=

1cF Fd

=

0OM∑ =

( ) IF c a F d+ =

104  

Tinjau batang EF dan GH

 

( )I

c dF F

d+

=

( )2IF e F e f= +

( )2 1eF F

e f=

+

( )( ) F

ddc

feeF ++

=2

0OM∑ =

( )II IF e f F f+ =

( )( )II

c d fF Fd e f+

=+

3IIF g F h=

3 IIgF Fh

=

( )( )3

c dg fF Fh d e f

+=

+

105  

Tinjau batang GH dan IJ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0OM∑ =

( )II IIIF g h F h+ =

( ) ( )( )III

g h c d fF Fh d e f+ +

=+

( )4IIIF i F i j= +

( )4 IIIiF F

i j=

+

( )( ) ( )

( )4

g h c di fF Fi j h d e f

+ +=

+ +

1 2 3 4totalF F F F F= + + +

( )( ) ( )

( ) ( )( ) ( )

( )total

c d c d g h c dc e g f i fF F F F Fd e f d h d e f i j h d e f

+ + + += + + +

+ + + +

( ) ( ) ( )0,5 2 1 2 0,5 0,5 2 2 0,54

total

total

F F F F FF F

= + × + × × + × × ×

=

106  

sehingga,

 

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.

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.

1 2 3 4 shoeF F F F F= = = =

8 shoe cylF b F a× = ×

8shoe cylaF F

b=

×

475 24951,88 355

N= ××

( )4173,3 425,85shoeF N kg=