perancangan konsep alat uji gearbox rocking …

PRC-01

Seminar Nasional Mesin Dan Teknologi Kejuruan (SNMTK), 21 Mei 2014 157

PERANCANGAN KONSEP ALAT UJI GEARBOX ROCKING TERHADAP RODA PADA KERETA LISTRIK SERI 8000 & 8500

Yani Kurniawan*), Djoko W. Karmiadji*), Eko Prasetyo*), Susanto S*)

*) Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Pancasila Email:[email protected], [email protected]

ABSTRACT

Electric trains are an effective means ofland transportation andefficien trail-based path, because it hasa greater carrying capacity than other means of transportation. Electric train workshopin Indonesia check the gearbox rocking electric trains manually. The disadvantage of manual repairing process, arenotable todetermine thereplacement timeandthe levelof damage to thegearbox.The inspection processcanuse the rocking gearbox sensor technology.The design of the gearbox rocking test equipment, using the method of designing Ulrich.Components of rocking gearbox test equipment consists of three (3) main components, namely the skeleton, electric motors, and sensors. The framework serves as a holder axlebox, wheels and gearbox. The electric motor is used to rotate the gearbox and wheels. The sensors is used to detect the rocking gearbox.Dimension of the gearbox rocking test equipment is 1994x1260x1454 mm. Frame using canal iron c. sensorsusing infra-red kind. Frame can to get load 2000 kg. Strength calculation load draft maximum moment 3600 Nm, tension shifts 0,78 MPa and von misses maximum tension 51,73 MPa. electromotor meguna model k160m-4 3 phas. Keyword: train, gearbox rocking test equipment, gearbox, wheel, electromotor, sensors, balaiyasamanggarai

ABSTRAK

Kereta listrik adalah alat tranportasi darat efektif dan efisien berbasis jalan rel, karena memiliki daya angkut lebih besar dari alat transportasi lainnya.Bengkel kereta listrik di Indonesia memeriksa keolengan gearbox kereta listrik secara manual.Perbaikan secara manual memiliki kelemahan tidak dapat menentukan masa pergantian dan tingkat kerusakan pada gearbox. Proses pemeriksaan keolengan gearbox dapat menggunakan teknologi sensor.Perancangan konsep alat uji keolengan gearbox, menggunakan metode perancangan Ulrich.Komponen alat uji keolengan gearbox terdiri dari 3 (tiga) komponen utama, yaitu kerangka, motor listrik, dan sensor.Kerangka berfungsi sebagai dudukan axlebox, roda dan gearbox. Motor listrik berfungsi untuk memutar gearbox dan roda. Sensor berfungsi untuk mendeteksi keolengan gearbox.Alat uji keolengan gearbox berdimensi 1994x1260x1454 mm, menggunakan kerangka besi kanal C. Sensor memakai jenis inframerah.Kerangka mampu menerima beban 2000 kg. Perhitungan kekuatan rangka beban momen maksimum adalah 3600 Nm, Tegangan Geser adalah 0,78 Mpa, dan Von Misses tegangan maksimum adalah 51,73 MPa. Motor listrik megunakan Model K160M-4 3 phase.

Kata kunci : kereta, alat uji keolengan, gearbox, roda, motor listrik, sensor, balaiyasa manggarai 1. PENDAHULUAN

Di Indonesia beberapa bengkel kereta api sekarang ini masih banyak jenis pekerjaan yang dilakukan secara manual dapat dilihat pada Gambar 1,salah satu contohnya adalah dalam hal pemasangan gearbox pada roda kereta KRL, setelah gearbox terpasang pada roda sampai saat ini di Balaiyasa Manggarai belum ada alat untuk menguji keolengan gearbox tersebut terhadap roda, sehingga pemeriksaan keolengan gearbox tersebut masih dilakukan dengan cara manual. Keolengan gearboxakan menyebabkan beberapa kerusakan, diantaranya,

- Akan terjadi gesekan antara roda dengan gearbox karena jarak gearbox dengan roda hanya 20 mm (batas minimum jarak gearbox dengan roda 5 – 7 mm).

- Oli gearbox akan mudah bocor, disebabkan idak adanya balancing antara bull gear dengan gear pinion.

- Merusak bearinggear pinion dan komponen lainya yang ada didalam gearbox.

- Daya kerja traksi motor akan berat, sehingga akan terjadi kerusakan mekanik dan elektrik pada traksi motor, karena traksi motor adalah sumber penggerak tenaga putar gearbox.

- Putaran kereta akan goyang dan terjadi bunyi asing (bunyinya ngorok) pada saat kereta jalan.

-

Gambar 1. Pemeriksaan keolengan Gearbox pada

Roda Kereta

Untuk itu, supaya mempermudah pemeriksaan keolengan gearbox terhadap roda maka diperlukan

PRC-01


alat uji keolengan gaerbox.Maka dari itu perlu dilakukan penelitian dengan judul perancangan konsep Alat Uji Gearbox Rocking. 2. LANDASAN TEORI

- Perancangan Pada dasarnya dalam sebuah perancangan

dan pembuatan suatu alat diperlukan konsep perancangan dan pengembangan produk agar dalam pembuatan alat tersebut bisa menghasilkan suatu produk sesuai dengan yang diinginkan dan mempunyai nilai tambah.Pembuatan suatu alat tersebut bisa menjadi lebih mudah bila kita mempunyai konsep perancangan dan pengembangan produk yang benar.Dalam pembuatan alat uji keolengan gearbox yang saya kerjakan menggunakan konsep perancangan dan pengembangan produk menurut Karl.T Ulrich dan Steven D. Eppinger.

- Material ST 37

Baja ST 37 adalah jenis baja yang penggunaanya sangat luas, karena mempunyai keunggulan-keunggulan utama yang dimiliki, misalnya mudah diperoleh dipasaran, sifat mampu bentuk untuk berbagai kontruksi, dan harga relatif murah. ST 37 adalah singkatan yang artinya dari ST itu sendiri adalah singkatan dari Steel (baja), sedangkan angka 37 berarti menunjukan batas minimum untuk kekuatan tarik 37 kg/mm2. [5].

Tabel 1. Properties ST 37

Decription Value

Units

Elastic modulus

190-210

GPa

Poisson’s ratio

0.27-0.30

Shear modulus

85000

N/mm

Mass density 7850

Kg/m

Tensile strength

370

MPa

Yield strength 205

MPa

Thermal expansion conductivity

16-17

e-6/K

Thermal conductivity

42.7

W/m-K

Specific heat 500

J/Kg.K

Density (x1000kg/m3)

7.7-8.03

Kg/m3

Hardness 335

- Von Mises

Teori kegagalan yang diperkenalkan oleh Huber pada tahun 1904 dan kemudian disempurnakan melalui kontibusi Von mises dan Hecky. “Kegagalan diprediksi terjadi pada keadaan tegangan multiaksial bila mana energi distorsi per unit volume sama atau lebih besar dari energi distorsi per unit volume pada saat terjadinya kegagalan dalam pengujian tegangan uniaksial sederhana terhadap specimen dari matrial yang sama”. Metode Von Misses memiliki keakuratan prediksi lebih tepat dibandingkan dengan lain. Tegangan Von Msises merupakan kriteria kegagalan untuk jenis material yang ulet. Untuk dinyatakan aman atau tidaknya suatu material ialah jika tegangan Von Mises lebih kecil dari yield strength material yang digunakan, maka kekuatan matrial struktur tersebut dinyatakan aman untuk digunakan.

Keadaan tegangan yang dialami material merupakan akibat dari gaya-gaya eksternal yang diterima dan pada umumnya bersifat kompleks atau lebih dari satu sumbu (multiaksial). Berbagai cara dilakukan untuk untuk mempermudah penggambaran keadaan tegangan tersebut, salah satu metode yang paling banyak digunakan untuk penggambaran keadaan tegangan adalah menggunakan lingkaran Mohr, yang dikembangkan oleh Otto Mohr [6].

Gambar 2. Lingkaran Mohr

Dari gambar 2.4 diatas dapat digunakan untuk menggambarkan keadaan tegangan yang terjadi. Maka dari gambar lingkaran Mohr ini dapat mendapatkan tegangan Von misses maksimum dan tegangan Von misses minimum. Persamaan tegangan Von misses maksimum dan Von misses minimum adalah [2] ;

Von Mises tegangan maksimum

σmax= 𝜎𝜎𝑥𝑥+ 𝜎𝜎𝜎𝜎2

+ ��𝜎𝜎𝑥𝑥+𝜎𝜎𝜎𝜎 2

�2

+ �𝜏𝜏𝑥𝑥𝜎𝜎 �2

(1)

Von Mises tegangan minimum

PRC-01


σmin = 𝜎𝜎𝑥𝑥− 𝜎𝜎𝜎𝜎2

− ��𝜎𝜎𝑥𝑥−𝜎𝜎𝜎𝜎 2

�2


(2)

Dimana : σmax = Tegangan normal maksimum

yang bekerja σmin = Tegangan normal minimum yang

bekerja σx = Tegangan yang bekera sepanjang

sumbu x σy = Tegangan yang bekerja sepanjang

sumbu y τxy = Tegangan geser

- Motor Listrik Motor listrik adalah elemen mesin yang

berfungsi sebagai tenaga penggerak. Pengguanaan motor elektrik disesuaikan dengan kebutuhan daya mesin. Motor elektrik pada umumnya berbentuk silinder dan dibagian bawah terdapat dudukan yang berfungsi sebagai lubang baut supaya motor listrik dapat dirangkai dengan rangka mesin atau konstruksi mesin yang lain. Poros penggerak terdapat di salah satu ujung motor listrik dan tepat di tengah-tengahnya.

Jika 1n (rpm) adalah putaran dari poros motor listrik dan T (kg.mm) adalah torsi pada poros motor listrik, maka besarnya daya P (kW) yang diperlukan untuk menggerakkan sistem adalah :

(3)

maka,

151074,9nTP

×=

(4)

Dengan :

P = Daya motor listrik (kW)

T = Torsi (kg.mm)

- Software Pro-Engineering

Pro Engineer Wildfire merupakan software yang dibuat oleh PTC (Parametic Technology Corporation ) tepatnya diciptakan oleh Dr. Samuel P. Geisberg pada pertengahan tahun 1980, dan memiliki pendekatan desain yang sangat kaya. Program ini menyediakan sistem pengarahan desain, simulasi, dan analisa toleransi. Biasanya, paket produk Pro Engineer dibuat dalam beberapa modul yang berbeda, dan dirangkai untuk kebutuhan konsumen yang

beragam dan spesifik. Pro Engineer tersedia dalam paket yang menyediakan 3D, CAD, CAE, Surfacing Assembly, Sheet Metal, Interoperability, Manajemen Data, dan beberapa kemampuan yang lain dan masih berhubungan.

Gambar 3. Contoh hasil analisa dengan CAE

3. METODE PENELITIAN

Metode penelitian dapat dilihat dari flowchart dibawah ini :

4. HASIL PENELITIAN

- Identifikasi Identifikasi Masalah dilakukan secara pasif

dengan mengumpulkan data dari internet dan pengamatan langsung di bengkel kereta listrik. Hasil dari pengumpulan data tersebut menunjukan bahwa memeriksa keolengan gearbox masih dilakukan dengan metode-metode tradisional. alat uji keolengan gearbox belum ada di setiap bengkel kereta listrik di Indonesia, sehingga memunculkan ide untuk membuat alat uji keolengan gearbox terhadap roda pada kereta listrik (KRL).

102)60/2)(1000/( 1nTP π

=

PRC-01


- Konsep desain

Tabel 2. Kombinasi Konsep

Keterangan :

Kombinasi konsep 1 Kombinasi konsep 2 Kombinasi konsep 3

Kombinasi konsep 1 : Alat pemeriksa keolengan gearbox menggunakan penggerak menggunakan motor listrik, kerangka menggunakan besi kanal, pendeteksi keolengan dengan sensor inframerah dan memakai indicator alarm untuk menandai terjadinya keolengan pada gearbox.

Gambar 4. Kombinasi konsep 1

Kombinasi konsep 2 : Alat pemeriksa

keolengan gearbox menggunakan penggerak menggunakan motor listrik, kerangka menggunakan besi hollow rectangle, pendeteksi keolengan dengan sensor inframerah dan memakai indicator layar display dengan tulisan “error” untuk menandai terjadinya keolengan pada gearbox.


Kombinasi konsep 3 : Alat pemeriksa

keolengan gearbox menggunakan penggerak menggunakan motor listrik, kerangka menggunakan besi H beam, pendeteksi keolengan dengan sensor inframerah dan memakai indicator layar display dengan tulisan “error” untuk menandai terjadinya keolengan pada gearbox.


- Seleksi Konsep Berdasarkan kombinasi konsep yang sudah

dibuat dapat disimpulkan sumber energy untuk alat uji keolengan gearbox adalah Sumber energi sepenuhnya berasal dari Motor listrik.

Selain itu penyaringan konsep dapat dilakukan dengan cara mempertimbangkan hasil dari identifikasi konsumen yang telah diterjemaahkan ke dalam Tabel Peringkat Kepentingan dan setelah diasumsikan maka dipilih 7 (tujuh) kepentingan sebagai berikut:

a) Hasil pengujian keolengan yang akurat b) Alat uji keolengan gearbox mudah

dirawat

PRC-01


c) Alat uji keolengan gearboxmudah dioperasikan

d) Alat uji keolengan gearboxaman saat dioperasikan

e) Umur pakai komponen tahan lebih dari 5 tahun

f) Kemudahan dalam manufakturing g) Kemudahan dalam perakitan

Maka berdasarkan alternatif dan ke-tujuh

kepentingan di atas, diperoleh beberapa alternatif konsep produk sebagai berikut:

Tabel 3. Seleksi konsep

Sehingga dapat disimpulkan kombinasi konsep 1 yang akan dirancang untuk lebih lanjut.

- Perancangan

Daya motor

Dari hasil penelitian yang dilakukan di bengkel kereta balaiyasa manggarai motor listrik yang akan digunaka untuk memutar gearbox kereta listrik memerlukan torsi sebesar 25x105 kg.mm dan putaran roda 1400 rpm, dengan maka dari data diatas dapat dihitung daya motor yang menggunakan rumus persamaan 4 :

151074,9nTP

×=

14001074,9

25000005×

=P

= 3593,429 Watt = 4,8 HP

Dari hasil penelitian yang dilakukan di

bengkel kereta listrik balaiyasa manggarai, serta

berdikusi dengan pegawai bagian gearbox mengenai hasil perhitungan diatas, telah disepakati motor yang akan dipakai adalah motor listrik 3 phase dengan spesifikasi motor listriknya sepertiberikut :

Tabel 4. Spesifikasi motor listrik

Von Mises Hasil perhitungan kerangka struktur

σx =0 σy =42.85 MPa τxy =0.78 MPa

Von Mises tegangan maksimum

σmax= 𝜎𝜎𝑥𝑥+ 𝜎𝜎𝜎𝜎2

+ ��𝜎𝜎𝑥𝑥+𝜎𝜎𝜎𝜎 2

�2


= 51,73 Mpa

Von Mises tegangan minimum

σmin = 𝜎𝜎𝑥𝑥− 𝜎𝜎𝜎𝜎2

− ��𝜎𝜎𝑥𝑥−𝜎𝜎𝜎𝜎 2

�2


= - 51,73 Mpa

- Pembuatan Gambar 3D -

Gambar 7. Bentuk 3D alat uji

PRC-01


- Analisis

Analisis dilakukan untuk memeriksa kekuatan kerangka keseluruhan aman atau tidah jika digunakan menggunakan Software Pro-Engineering

Gambar 8. Hasil analisa dengan

Pro-E

Gambar 9. Grafik Hasil analisis

Dari analisa diatas dapat kita lihat bahwa

von mises maksimum yang diterima oleh kerangka tersebut sebesar 60 N/mm2, sedangkan dari kekuatan bahan ST37 sendiri mempunyai Yield strength sebesar 205 Mpa, itu artinya menyatakan bahwa rancangan kekuatan material itu dianggap aman karena harga von mises lebih kecil dari Yield strength yang dimiliki oleh material tersebut.

Von Misses<Yield strength(rancangan aman)

60 N/mm2< 205 Mpa 60 Mpa < 205 Mpa (rancangan

aman)

5. KESIMPULAN

Dari perancangan yang telah dibuat maka dapat disimpulkan yaitu :

- Dari ketiga varian tersebut maka dipilihlah varian no 1 dengan menggunakan penggerak menggunakan motor listrik, kerangka menggunakan besi kanal C, pendeteksi keolengan dengan sensor inframerah dan memakai indicator alarm untuk menandai terjadinya keolengan pada gearbox.

- Dimensi alat uji keolengan gearbox adalah 1994 mm x 1260 mm x 1454 mm

- Kerangka alat aman digunakankarena mampu menerimabeban 2000 kg dengan besarnya hasil perhitungan kekuatan rangka besarnya beban momen maksimum adalah 3600000 Nmm, dan Tegangan Geser adalah 0,78 Mpa,sehingga Von Misses tegangan maksimum adalah 51,73 Mpa

- Motor yang digunakan Model K160M-4 3 phase, mempunyai spesifikasi Kuat arus 22,5 ampare, putaran 1460 rpm, tegangan 380 V, daya listrik 11 KW, effisiensi 88,4%

REFERENSI

[1] Ulrich dan Eppinger. Perancangan dan Pengembangan Produk. SalembaTeknika. Jakarta.2001.

[2] Djoko W Karmiadji. Statika Struktur. UniversitasPancasila (UP-PRESS). Jakarta.

[3] Sularso, Kiyokatsu Suga. Dasar Perancangan dan pemilihan Elemen Mesin. PradnyaParamita, Bandung.2004.

[4] Hasan Hariri, Wina L, Risky. Desain teknologi Pengawetan Tahu Ramah Lingkungan Untuk usaha kecil Menengah. 49-59. Jurnal Nasional SNMI7 UNTAR no 4.Jakarta.2012.

[5] https://www.efunda.com/materials/st37aisitype36. Diakses hari selasa, 10-12-2013

[6] http://ft.unsada.ac.id/wp-content/uploads/2010/09/mekanika_mtrl.pdf. Diaksesharikamis, 17-10-2013 jam 09.00 WIB

https://www.efunda.com/materials/st37aisitype36

https://www.efunda.com/materials/st37aisitype36

http://ft.unsada.ac.id/wp-content/uploads/2010/09/mekanika_mtrl.pdf



perancangan konsep alat uji gearbox rocking …

Documents