APPLICATION OF PULP MODIFICATION FOR AUTOMOTIVE BRAKE LINING
BRAKE SHOE 2
4. HASIL PENELITIAN
4.3. Desain pegas ulir kereta api 1. Pembebanan pada bogi
Pada satu gerbong terdapat 8 pasang pegas ulir bogie, yang setiap pasangnya terdiri atas satu pegas ulir bogie dalam dan satu pegas ulir bogie luar (Tabel 6).
Tabel 6. Data Pegas Ulir Pada Bogie Kereta
Data Pegas Ulir Pegas ulir luar Pegas ulir dalam
Diameter ulir 226 mm 140 mm
Diameter material 35 mm 23 mm
Tinggi pegas 296 mm 296 mm
Jumlah ulir 5,25 7.50
Adapun data pembebanan yang diterima oleh bogi kereta secara detai dapat digambarkan sebagai berikut, (Tabel 7):
Tabel 7. Data Pembebanan Bogi Kereta
Jenis beban Beban
Gerbong kosong 30 000 kg
Penumpang (64 tempat duduk) 65 kg x 64 = 4160 kg
Barang/bagasi 20 kg x 64 = 1280 kg
Jumlah beban 35440 kg
Safety factor = 1,2 42528 kg
Dari Tabel 7 tersebut diatas dapat diketahui bahwa total berat yang diterima bogi atau 8 pasang pegas adalah 42.528 kg, sehingga beban (W) yang diterima oleh tiap pasang pegas yaitu 5322,75. Sedangkan baban untuk pegas ulir luar (W1) dan beban untuk pegas ulir dalam (W2) dapat diturunkan dari persamaan defleksi sebagai berikut:
Perbandingan antara beban pegas ulir luar (W1) dan pegas ulir dalam (W2) dihasilkan persamaan sebagai berikut:
156
Dengan data beban yang diterima oleh pegas ulir luar W1= 3435,92 kg kemudian dilakukan pemilihan materila yaitu Baja SUP 9 dan dilakukan perhitungan dengan bantuan
software dengan hasil seperti Gambar 8 dan 9 sebagai berikut:
Gambar 8. Perhitungan Pegas
Gambar 9. Simulasi Pembebanan Pegas Dengan Software Scan&Solve™
Dari perhitungan diatas bahwa material pegas SUP 9 mampu menahan beban Wmax = 3520 kg, sedangkan beban yang diterima pegas (W1) = 3435,92 kg, sehingga secara hitungan material SUP 9 mampu digunakan sebagai bahan pegas ulir luar pada kereta api. 4.4. Hasil pengujian performance
4.4.1. Pembuatan prototipe pegas ulir
Setelah didapatkan rancangan desain dan material untuk pegas ulir luar kereta api, selanjutnya dilakukan pembuatan prototipe pegas dengan mengkombinasikan proses
finishing dengan penyempurnaan proses heat treatment. Sehingga dari temua tentang
kegagalan pegas ulir luar yang cenderung pada bentuk kegagalan patah getas dapat ditingkatkan atau diperbaiki. Adapun proses pembuatan prototipe dilakukan di Balai Yasa Manggarai (Gambar 10).
157
Gambar 10. Proses Pembuatan Prototipe Pegas Ulir Luar 4.5. Hasil pengujian prototipe pegas ulir kereta api
Pengujian kekerasan material setelah mengalami proses perlakuan panas melalui cara pemanasan material hingga temperatur 850 0C kemudian di
quenching dengan media oli Sabana dan ditempering pada suhu konstan 4500C dengan variasi waktu penahanan 15, 30, 45, 60, 90 dan 180 menit. pada Tabel 8 berikut ini:
Tabel 8. Hasil Uji Kekerasan Material Pegas Setelah Perlakuan Panas Tahap Tempering
(HRC)
Kelompok spesimen Kekerasan setelah tempering (HRC)
15 mnt 30 mnt 45mnt 60 mnt 90mnt 180mnt
1. 46,0 44,5 45,0 43,0 42,7 41,8
2. 46,5 45,0 45,9 44,5 43,6 41,8
3. 47,7 45,0 46,2 43,5 44,0 42,0
Hasil pengujian foto struktur mikro terhadap pegas hasil perlakuan panas adalah sebagai berikut Gambar 11.
Gambar 11. Struktur Mikro Pegas JIS G 4801 SUP 9 Setelah Dilakukan Temper pada Suhu 4500C dan Waktu Tahan 15 Menit dengan Pembesaran 200X
Untuk menguji kekuatan pegas dilakukan uji tekan. Pada tekan ini pegas ditest sesuai petunjuk dan toleransi maksimum 18 mm, langkah pengujian 1). Po: Tinggi pegas tanpa beban yaitu 286 mm. 2). P1: Tinggi pegas setelah dibebani dengan beban uji sebesar 10 ton, yaitu 183,75 cm, dan 3). P2: Tinggi pegas ketika dibebani dengan beban percobaan, yaitu sebesar 5,25 ton, benda mengalami perubahan yaitu dari 286 mm menjadi 183,75 mm. Pegas yang memenuhi syarat kelulusan pada saat pemberian beban adalah pegas yang
158
mampu kembali kebentuk seperti semula dan tidak melewati batas maksimum toleransi yaitu 18 mm. Dari pengujian prototipe pegas ulir tidak ada yang melampaui batas toleransi 18 mm. 5. KESIMPULAN
Hasil studi pembuatan prototipe pegas ulir luar kereta api dapat disimpulkan beberapa hal seperti:
a. Ditemukan bentuk patahan yang kecenderungan masuk dalam kategori bentuk patahan tipe getas. Setelah dilakukan analisis, diperoleh beberapa sampel yaitu pegas ulir luar yang memiliki kekerasan diatas standar (35 – 45 HRC).
b. Dari simulasi desain dan pembebanan menunjukkan bahwa material yang biasa digunakan untuk pegas ulir luar kereta api memenuhi standar dan material requirement, yaitu beban pegas 3435,92 kg dan kemampuan material SUP 9 adalah 3520 kg.
c. Dengan modifikasi perlakuan panas yaitu pemanasan material hingga temperatur 850 0C kemudian diquenching dengan media oli Sabana dan ditempering pada suhu konstan 4500C dengan variasi waktu penahanan 15, 30, 45, 60, 90 dan 180 menit, diperoleh tingkat kekerasan material yang cenderung sesuai dengan standar material pegas yaitu
(35 – 45 HRC). Hasil ini diperkuat dengan hasil pengamatan struktur mikro yang
menunjukkan bahwa dengan perlakuan panas tersebut menyebabkan berdifusinya atom karbon (C) menjadi fasa sementit, sehingga menyebabkan fasa martensit berkurang. Berkurangnya fasa martensit menjadikan baja pegas JIS G 4801 SUP 9 menjadi ulet dan tangguh.
d. Dari pengujian prototipe pegas ulir tidak ada yang melampaui batas toleransi 18 mm, sehingga dapat disimpulkan perlakuan panas yang dilakukan mampu memperbaiki keuletan pegas ulir luar.
UCAPAN TERIMAKASIH
Terima kasih kepada Danar Susilo Wijayanto, M.Eng, (Pendidikan Teknik Mesin, Universitas Sebelas Maret) yang telah memberi kritik dan saran perbaikan makalah ini. Trimakasih kepada Pimpinan Balai Yasa Maggarai Jakarta atas ijin penelitian yang diberikan dan terimakasih kepada Pimpinan Kopertis VI Jawa Tengah atas Hibah penelitian yang diberikan kepada peneliti.
PUSTAKA
Frédéric, R., et. al., 2010. Multi-Objective Optimization of a Composite Material Spring Design Using an Evolutionary Algorithm. Canada.
Froehlke, et. al., 2003. Innovative Induction Heating Process Line For Hardening and Tempering Spring Steel Wire. http://www.ate.it/pdf/ATE07_new.pdf, diakses tanggal
12 April 2011.
Gopinath K. dan.Mayuram M. 2006. Mechanical Springs. Indian Institute of Technology Madras.
Komite Nasional Keselamatan Transportasi, 2003. Laporan Kecelakaan Kereta Api Anjlok Ka 1365 di Km 344 + 418 Emplasemen Karanggandul, Purwokerto, Jawa Tengah. Jakarta.
Min, S., H.T.U.N, et. al. 2008-2009. Effect of Heat Treatment on Microstructures and Mechanical Properties of Spring Steel. Journal of Metals, Materials and Minerals, 18(2):191-197.
Nasrul, 1998. Sifat-Sifat Mekanik Baja Pegas Akibat Proses Tempering.
Prawoto, Y., et. al., 2008, Failure Analysis of Automotive Suspension Coil Springs. NHK Spring Co. Ltd., Yokohama, Japan.
Sugimoto. et. al, 2002. Journal De Physique Colloque C5, supplgment au n '10, Tome 42. Shinichi, N. and Tadashi, S., 2009. Reverse Engineering Based Coil Spring Design Method.
159
Shinichi, N. dan Tadashi, S. 2003. Reverse Engineering Based Coil Spring Design Method
NHK International Corp., 50706 Varsity Court, Wixom, MI 48393, USA.
Slingsby,R.G., 2003. A new heat-treatment process overcomes temperature relaxation problems for spring users.
Surdia, T & Saito, S.,1992. Pengetahuan Bahan Teknik. (edisi kedua). Pradnya Paramita, Jakarta.
Undang-Undang RI No.23 Tahun 2007 tentang Perkeretaapian.
Yamada, Y., 2007. Materials of Springs. (Translated from the Japanese original edition published by JSSE). Springer, Berlin Heidelberg New York.
Wahl, A.W. , 2009. Mechanical Springs. 2nd Edition. (SMI)
Webster’s Dictionary Online, 2012.
http://www.websters-dictionary-online.com/definitions/bogie (Diakses 19 Mei 2011).
Zain, Nasrul, ... Sifat-Sifat Mekanik Baja Pegas Akibat Pengaruh Tempering. Tesis.
Universitas Indonesia.
http://www.lontar.ui.ac.id/opac/themes/libri2/detail.jsp?id=81457&lokasi=lokal (Diakses, 1 Mei 2011)
160