RANCANG BANGUN PROTOTIPE DINAMOMETER UJI PENGEREMAN KERETA API
Oleh :
Rizal Akhmad Bukhori I0413045
PERNYATAAN INTEGRITAS PENULIS
Dengan ini saya menyatakan dengan sesungguhnya dalam skripsi ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan disuatu perguruan tinggi dan sepanjang sepengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka. Jika terdapat hal-hal yang tidak sesuai dengan ini, maka saya bersedia dikenai sanksi dengan peraturan yang berlaku.
Surakarta, 19 Oktober 2017
HALAMAN PERSEMBAHAN
Syukur Alhamdulillah, segala puji bagi Allah SWT atas segala nikmat cahya ilmu pengetahuan kemudahan serta petunjuk yang diberikan sehingga terseleseikan tugas akhir ini. Dengan segala kerendahan hati seraya mengucapkan syukur dan terima kasih, penulis persembahkan tulisan ini kepada:
1. Allah SWT, pemilik segala keagungan, kemuliaan, kekuatan, dan kesempurnaan. Segala puji hanya bagi-Mu ya Allah, pemilik alam semester, tempat bergantung segala sesuatu, tempat memohon pertolongan.
2. Kedua orang tua penulis yang telah memberikan doa restu, dan dukungannya.
3. Mbak Atifah Nur lailati & Muhammad Ridwan Alfarizi yang memberikan semangat dan dukungan.
4. Jesika Andilia Setya Wardani, atas penantian dan inspirasinya.
5. Dosen pembimbing, Bapak Dr. Eko Surojo, S. T., M. T. dan Bapak Dr. Nurul Muhayat, S. T., M.T. yang telah memberikan arahan dan bimbingan dalam menyelesaikan tugas akhir yang menjadi lebih baik.
6. Seluruh Dosen dan Asisten Laboratorium Program Studi Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret yang telah memberikan ilmunya dan menuntun penulis menjadi sarjana.
7. Universitas Sebelas Maret yang menjadi tempat penulis mendapatkan banyak ilmu pengetahuan dan pengalaman yang berharga.
8. Negara Indonesia ku tercinta agar selalu menjadi Negara yang dinamis dan harmonis untuk kehidupan di dunia ini.
MOTTO
ِميِحَّرلا ِنمْحَّرلا ِللها ِمْسِب
Dengan nama Allah yang maha pengasih, maha penyayang
٨٢:٣١ ُبوُلُقْلا نِئَم ْطَت َِاللّ ِرْكِذِب َلَأ
“hanya dengan mengingat kepada Allah-lah, hati akan menjadi tenteram” [ar Ra’d ayat 28].
َكِنيِد ىَلَع ىِبْلَق ْتِّبَث ِبوُلُقْلا َبِّلَقُم اَي
“Wahai yang membolak-balikkan hati, teguhkanlah hatiku di atas agama-Mu.”
HR Ahmad 4/302
Bersyukurlah karena keadaan yang kamu keluhkan bisa jadi adalah keadaan yang diinginkan orang lain
RANCANG BANGUN PROTOTIPE DINAMOMETER UJI PENGEREMAN KERETA API
Rizal Akhmad Bukhori
Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta, Indonesia
Email: [email protected]
ABSTRAK
Blok rem merupakan komponen pada sistem pengereman kereta api yang berguna untuk mengurangi laju atau menghentikan gerak kereta api. Dalam pengembangan material blok rem kereta api memerlukan sebuah alat yang mampu menguji karakteristik material blok rem. Salah satu karakteristik material blok rem yang penting adalah karakteristik gesek. Metode pengujian karakteristik gesek blok rem yang ada saat ini diantaranya yaitu menggunakan metode pin on disc, pengujian langsung pada kereta api dan menggunakan dinamometer skala penuh. Dinamometer skala penuh memiliki keunggulan dibanding metode yang lain karena dapat menguji spesimen sesuai kondisi pengereman kereta api sebenarnya dalam waktu singkat dan persiapan yang tidak terlalu rumit. Akan tetapi dengan ukuran spesimen yang sama dengan aslinya membuat biaya pembuatan spesimen dan dinamometer sekala penuh menjadi mahal. Oleh karena itu untuk mengurangi biaya pembuatan alat dan spesimen uji maka dalam penelitian ini akan dirancang dinamometer pengujian blok rem skala kecil. Pada makalah ini digunakan metode perancangan Pahl dan Beitz yang membagi perancangan menjadi empat tahap yaitu clarification of the task, conceptual design, embodiment design, dan detail
design. Dinamometer ini didisain dengan memperhitungkan perancangan fungsi,
struktur, serta gaya yang disesuikan dengan tekanan kontak blok rem sesuai kondisi aslinya. Hasil yang didapatkan dari penelitian ini adalah gambar teknik, model, dan prototype dinamometer uji pengereman kereta api. Dinamometer yang dibuat mampu memvariasikan gaya tekan hingga 100 kgf, kecepatan putar hingga 1440 rpm serta mampu membaca gaya gesek hingga 50 kgf. Spesimen uji blok rem memiliki ukuran yang diperkecil dengan skala 1 : 4 dari ukuran aslinya. Keywords: blok rem kereta api, perancangan, dinamometer skala kecil
DESIGN AND DEVELOPMENT PROTOTYPE DINAMOMETER RAILS BRAKE TEST
Rizal Akhmad Bukhori
Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta, Indonesia
Email: [email protected]
ABSTRACT
The brake blocks are components of the railway braking system that are useful for reducing speed or stopping the railway. In the development of railway brake block material needs a device that capable of testing the characteristics of the brake block material. One of the important characteristics of the brake block material is the frictional characteristic. The method of testing the frictional characteristics of existing brake blocks include using the pin on disc method, direct testing on the railway and using a full-scale dynamometer. The full-scale dynamometer has advantages than other methods because it can test specimens according to the actual railway braking conditions in a short time and less preparations. However, with the same specimen size as the original, the cost of making the specimen and the full-scale dynamometer become expensive. Therefore, to reduce the cost of making device and test specimens, this study will design the dynamometer small-scale brake block testing. This paper use Pahl and Beitz design method which divides the design into four stages: clarification of the task, conceptual design, embodiment design, and detail design. This dynamometer is designed by considering function designs, structures, and forces that are adapted to the brake block contact pressure according to the original conditions. The results obtained from this research are engineering drawings, model and prototype dynamometer test of railway braking. Dynamometer made capable of varying the press force up to 100 kgf, rotational speed up to 1440 rpm and able to read friction up to 50 kgf. Brake block test specimens have a reduced size with a 1: 4 scale from their original size.
KATA PENGANTAR
Alhamdulillaah, segala puji bagi Allah SWT, Tuhan Semesta Alam, yang telah
memberikan Rahmat dan Hidayah-Nya kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan Skripsi yang berjudul “Rancang Bangun Prototipe Dinamometer Uji Pengereman Kereta Api” , sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Dalam kesempatan ini, penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah memberikan bantuan, doa, dukungan dan semangat, baik moril maupun materiil kepada :
1. Bapak Dr. Eko Surojo, ST. MT. selaku Pembimbing I tugas akhir, atas bimbingan, nasehat, kesabaran dan ilmu pengetahuan yang diajarkannya.
2. Bapak Dr. Nurul Muhayat, ST. MT. selaku Pembimbing II tugas akhir, atas bimbingan, kesabaran, nasehat dan ilmu pengetahuan yang diajarkannya.
3. Bapak Dr. Eng Syamsul Hadi, ST. MT., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin UNS. 4. Bapak Dr. Agung Tri Wijayanta, ST. MT. selaku Pembimbing Akademik atas saran dan
nasehatnya selama ini.
5. Bapak-bapak dosen dan staf karyawan di lingkungan Teknik Mesin UNS, atas didikan, nasehat, dan ilmu yang diajarkan.
6. Bapak dan Ibu, yang selalu mencintai, menyayangi, memperhatikan, melindungi, dan membimbingku dengan penuh kesabaran, keikhlasan, pengertian, pengorbanan dan selalu memenuhi kebutuhanku. Takkan pernah habis kata tuk haturkan terima kasih banyak.
7. Teman-teman yang senantiasa memberi semangat untuk segera menyelesaikan skripsi ini.
8. Semua pihak yang belum sempat disebutkan, yang telah membantu penyusunan laporan tugas akhir ini.
Penulis menyadari akan masih banyaknya kekurangan dalam penulisan laporan Skripsi ini. Oleh karena itu, penulis sangat berharap akan adanya kritik, saran, maupun
DAFTAR ISI
Halaman Judul ... i
Surat Penugasan……… ii
Halaman Pengesahan ... iii
Motto ... iv
Abstrak ... v
Kata Pengantar ... vii
Daftar isi ... ix
Daftar Tabel ... xi
Daftar Gambar ... xii
Daftar Notasi ... xiv
Daftar Lampiran ……… xvi
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah ... 1
1.2 Perumusan Masalah ... 2
1.3 Batasan Masalah ... 2
1.4 Tujuan ... 2
1.5 Manfaat... 2
1.6 Sistematika Penulisan ... 3
BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Tinjauan Pustaka ... 4
2.2 Sistem Pengereman Kereta Api... 5
2.2.1 Roda Kereta Api... 6 8 2.2.2 Blok Rem... 7
2.2.3 Koefisien Gesek Pada Blok Rem... 8
2.3 Jenis-jenis Dinamometer... 9
2.3.1 Prony Brake Dynamometer………..………... 9
2.3.1 Rope Brake Dynamometer………..……….... 10
2.4 Metode Perancangan ... 12
BAB III PERANCANGAN ALAT 3.1 Tahapan Perancangan... 13
3.2 Identifikasi Permasalahan... 14
3.3 Konsep Desain... 19
3.4 Perancangan Bentuk (Embodiment Design)... 22
3.4.1 Bagian pemutar roda... 22
3.4.2 Bagian penekan... 32
3.4.3 Bagian Rangka... 43
3.4.4 Rangkaian Elektrik Dinamometer... 47
BAB IV PENGUJIAN ALAT GERINDA SILINDER DAN ANALISA
4.1 Pengujian Alat …... 66
4.2 Pengujian Fungsi Mekanis Dinamometer... 67
4.3 Kalibrasi Loadcell... 68
4.3.1 Data Hasil Kalibrasi... 70
4.3.2 Data Hasil Kalibrasi... 72
4.4 Ujicoba Pengoperasian Dinamometer... 77
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ... 80
5.2 Saran ... 80
DAFTAR PUSTAKA ... .... xvii LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Proses manufaktur komponen pemutar roda ... 54
Tabel 3.2 Proses manufaktur komponen penekan blok rem ... 55
Tabel 3.3 Proses manufaktur komponen rangka ... 60
Tabel 4.1 Hasil kalibrasi loadcell pengukur gaya gesek ... 70
Tabel 4.2 Hasil kalibrasi loadcell pengukur gaya tekan ... 71
Tabel 4.3 Data perhitungan linearity error loadcell pengukur gaya gesek ... 72
Tabel 4.4 Data perhitungan linearity error loadcell pengukur gaya tekan ... 73
Tabel 4.5 Data perhitungan histerisis loadcell pengukur gaya gesek ... 74
Tabel 4.6 Data perhitungan histerisis loadcell pengukur gaya tekan ... 74
Tabel 4.7 Data perhitungan repeatability loadcell pengukur gaya gesek... 75
Tabel 4.8 Data perhitungan repeatability loadcell pengukur gaya tekan ... 76
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Roda kereta api ... 6
Gambar 2.2 Blok rem ... 7
Gambar 2.3. Beban pada roda dan rel ... 8
Gambar 2.4. Diagram benda bebas roda saat pengereman ... 8
Gambar 2.5. Dinamometer prony brake ... 10
Gambar 2.5. Dinamometer rope brake ... 11
Gambar 3.1 Diagram alir perancangan ... 13
Gambar 3.2 Gaya dorong piston di silinder rem ... 14
Gambar 3.3 Kecepatan tangensial roda ... 16
Gambar 3.4 Gaya gesek yang bekerja pada rem ... 17
Gambar 3.5 Torsi poros roda ... 18
Gambar 3.6 Black box dinamometer ... 19
Gambar 3.7 Sub fungsi dinamometer ... 19
Gambar 3.8 Konsep pemutar roda ... 20
Gambar 3.9 Konsep penekan blok rem ... 21
Gambar 3.10 Konsep pembaca gaya ... 21
Gambar 3.11 Perancangan bentuk bagian pemurat roda ... 22
Gambar 3.12 Roda ... 23
Gambar 3.13 Poros ... 23
Gambar 3.14 Mur poros ... 24
Gambar 3.15 Taper bearing... 25
Gambar 3.16 Housing poros ... 25
Gambar 3.17 Kopling ... 26
Gambar 3.18 Pasak... 26
Gambar 3.19 Motor listrik... 27
Gambar 3.20 Gaya pada bagian pemurat roda ... 27
Gambar 3.21 Tegangan pada roda ... 28
Gambar 3.22 Tegangan pada poros ... 28
Gambar 3.23 Tegangan pada kopling poros ... 29
Gambar 3.24 Tegangan pada kopling motor ... 29
Gambar 3.25 Tegangan pada bantalan kopling ... 30
Gambar 3.26 Tegangan pada pasak ... 31
Gambar 3.27 Tegangan pada housing ... 31
Gambar 3.28 Komponen bagian penekan ... 32
Gambar 3.29 Plat engsel ... 32
Gambar 3.30 Engsel ... 33
Gambar 3.31 Clamp engsel ... 33
Gambar 3.32 Penahan loadcell samping ... 34
Gambar 3.33 Lengan beban ... 34
Gambar 3.42 Tegangan pada lengan beban ... 39
Gambar 3.43 Tegangan pada penekan blok rem ... 40
Gambar 3.44 Tegangan pada holder load cell samping ... 40
Gambar 3.45 Tegangan pada adjuster load cell samping ... 41
Gambar 3.46 Tegangan pada engsel ... 46
Gambar 3.47 Tegangan pada Holder load cell atas... 42
Gambar 3.48 Tegangan pada adjuster load cell atas ... 42
Gambar 3.49 Tegangan pada lengan bandul pemberat ... 43
Gambar 3.50 Bagian rangka ... 43
Gambar 3.51 Rangka ... 44
Gambar 3.52 Penopang panel kontrol ... 44
Gambar 3.53 Plat penopang ... 45
Gambar 3.54 Plat mesin ... 45
Gambar 3.55 Gaya pada bagian rangka ... 46
Gambar 3.56 Tegangan pada rangka ... 47
Gambar 3.57 Tegangan pada penopang panel kontrol ... 47
Gambar 3.58 Rangkaian elektrik dinamometer ... 48
Gambar 3.59 Strain gauge ... 48
Gambar 3.60 Keseimbangan jembatan wheatstone ... 49
Gambar 3.61 Load cell ... 49
Gambar 3.62 kaki pin IC AD620 ... 50
Gambar 3.63 Hardware akuisisi data Adventech USB-4716 ... 50
Gambar 3.64 Input output Adventech USB-4716 ... 51
Gambar 3.65 Task designer software PCLS-ADAMVIEW32 ... 51
Gambar 3.66 Display software PCLS-ADAMVIEW32 ... 52
Gambar 3.67 Skema elektrik dinamometer ... 52
Gambar 3.68 Model lengkap dinamometer ... 53
Gambar 3.69 Susunan komponen pemutar roda ... 63
Gambar 3.70 Susunan komponen penekan rem ... 63
Gambar 3.71 Susunan komponen rangka... 64
Gambar 3.72 Susunan komponen dinamometer ... 64
Gambar 4.1. Diagram alir pengujian dinamometer ... 66
Gambar 4.2 Spesimen pengujian... 67
Gambar 4.3 Dinamometer uji pengereman kereta api ... 67
Gambar 4.4 Skema kalirasi loadcell pengukur gaya gesek ... 68
Gambar 4.5 Skema kalirasi loadcell pengukur gaya tekan ... 68
Gambar 4.6 Alat ukur pembanding ... 69
Gambar 4.7 Grafik pembebanan loadcell pengukur gaya gesek ... 70
Gambar 4.8 Grafik pembebanan loadcell pengukur gaya tekan ... 71
