Simulasi Kecepatan Kereta Api Babaranjang Terhadap Rasio Gaya Lateral dan Vertikal Saat Melewati Jalur Belok.
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XII (SNTTM XII)
Bandar Lampung, 22-23 Oktober
2013
[DOCUMENT TITLE]
[Document subtitle]
[DATE]
[COMPANY NAME]
[Company address]
0
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XII (SN
TTM XII)
Bandar Lampung, 23-24 Oktober 2013
KATA PENGANTAR
Dengan memanjatkan doa syukur kepada Allah SWT, telah diterbitkan Edisi Revisi
dari buku kumpulan abstrak Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin (SNTTM XII).
Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin (SNTTM XII) menyajikan makalah yang
berkualitas yang berasal dari tulisan peneliti di bidang Teknik Mesin dari seluruh Indonesia.
Makalah yang dipresentasikan dalam seminar ini meliputi lima konsentrasi Teknik Mesin
yaitu konversi energi, material, mekanika terapan, produksi dan pendidikan teknik mesin.
Pada Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin (SNTTM XII) terdapat makalah tambahan
berbahasa Inggris dari sesi Internasional yang pesertanya terdiri dari peserta Nasional dan
dari Japan Society of Mechanical Engineering (JSME). Adanya sesi Internasional ini
diharapkan akan menjadi sarana berbagi ilmu antara anggota Badan Kerjasama Teknik Mesin
Indonesia (BKSTM) dengan JSME.
Edisi Revisi ini merupakan penyempurnaan dari edisi sebelumnya. Perubahan yang
dilakukan diantaranya adalah memasukkan abstrak baru yang belum sempat dimuat pada
edisi sebelumnya, menyesuaikan kembali letak abstrak berdasarkan bidang konsentrasinya,
memperbaiki judul abstrak serta melakukan perbaikan lainnya. Dengan demikian akan
terjadi perubahan susunan dan penomoran halaman dari buku kumpulan abstrak ini. Edisi
Revisi diterbitkan bertujuan untuk mengakomodasi seluruh peserta agar dapat
mempergunakan buku kumpulan abstrak ini sesuai dengan keperluannya.
Kami ingin mengucapkan terima kasih kepada semua penulis yang telah
mengkontribusikan makalahnya dalam seminar ini. Terima kasih juga kepada para anggota
komite yang telah mencurahkan segala waktu dan usaha sehingga terselenggaranya seminar
dengan sukses. Lebih lanjut ucapan terima kasih atas dukungannya kepada civitas akademika
Fakultas Teknik UNILA pada khususnya dan UNILA pada umumnya.
Kami juga berterima kasih atas dukungan dari sponsor yaitu PT. Sugar Group, Autodesk
(Tekno+Logika), Esindo Karya Lestari, PT. Sahabat Motor, PT. Gunung Madu dan PT.
Kawan Lama.
Diharapkan buku kumpulan abstrak ini akan dapat memberikan manfaat bagi
kalangan akademisi, industri, praktisi dan seluruh masyarakat. Untuk para penulis agar
berkenan untuk terus mempublikasikan hasil penelitiannya pada seminar-seminar SNTTM
yang akan datang.
Bandar Lampung, 14 Januari 2014
Koordinator Pelaksana Seminar SNTTM XII
Dr.Eng.Shirley Savetlana,S.T., M.Met.
1
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XII (SN
TTM XII)
Bandar Lampung, 23-24 Oktober 2013
DAFTAR ISI
Halaman
Kata Pengantar
1
Daftar Isi
2
Sponsor dan Organisasi Pendukung
3
Panitia Pelaksana
4
Topik Seminar Nasional
7
Keynote Speakers
7
Tentang Lampung
17
Tentang Universitas Lampung (UNILA)
18
Informasi Ruang & Susunan Acara Seminar
19
Abstrak Kelompok Konversi Energi (KE)
20
Abstrak Kelompok Konstruksi dan Perancangan (KS)
72
Abstrak Kelompok Produksi (MAN)
103
Abstrak Kelompok Material (MAT)
122
Abstrak Kelompok Pendidikan Teknik Mesin (PTM)
152
Abstrak Kelompok JSME
154
Jadwal Sesi Paralel
177
2
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XII (SNTTM XII)
Bandar Lampung, 23-24 Oktober 2013
Simulasi Kecepatan Kereta Api Babaranjang Terhadap Rasio Gaya Lateral dan Vertikal Saat
Melewati Jalur Belok
I Made Parwata dan I Putu Lokantara
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Udayana
Kampus Bukit Jimbaran Bali 80364, Indonesia
E-mail: md_parwata@yahoo.co.uk
Abstrak
Perilaku KA ketika melewati belokan sangat sulit diamati. Padahal perilaku tersebut sangat bermanfaat untuk
menganalisa keausan pada roda dan rel, demikian pula untuk mengetahui kestabilan laju arah KA. Pada penelitian
ini, diamati kestabilan laju arah KA Babaranjang dengan menggunakan profil roda ORES 1002 dan Rel UIC 54.
KA Babaranjang dibuatkan model dinamika dengan bantuan software Universal Mechanism (UM). Model yang
dibuat adalah satu kendaraan rel melalui dan jalur belok. Selanjutnya, model ini disimulasikan dengan berbagai
kecepatan yaitu 10, 15, 20 dan 25 km/h. Massa yang digunakan dalam simulasi adalah 52 ton. Hasil simulasi
memperlihatkan rasio L/V sekitar 0,58 menurut kriteria Nadal. Nilai ini masih berada di bawah rasio L/V roda
dengan sudut kontak 70º dan koefisien gesek 0,5.
Keywords: Simulasi, dinamika, KA Babaranjang, Jalur Belok
Pendahuluan
Tingginya laju keausan merupakan masalah utama
yang dihadapi pada dunia perkeretaapian. Masalah
ini tidak hanya terjadi di luar negeri tetapi juga
terjadi di Indonesia. Hasil pengolahan data
menunjukkan bahwa laju keausan yang terjadi pada
KA Babaranjang adalah 1,73 mm per bulan
(Parwata, 2012). Keausan ini tergolong tinggi.
Demikian pula hasil penelitian yang dilakukan oleh
Haryanto (2007) menyatakan bahwa apabila jarak
tempuh kuang dari 600.000 km, roda sudah
mencapai batas minimum diameter maka disebut
keausan berlebih. Umur roda KKBW di Sumatera
Selatan adalah sekitar 3 tahun atau ±450.000 km
sehingga dapat digolongkan mengalami keausan
berlebih (Excessive). Hasil uji laboratorium juga
memperlihatkan bahwa laju keausan KA
Babaranjang adalah 22,6 μg/m/mm2 untuk rel dan
16,3 μg/m/mm2 untuk roda (Parwata, dkk., 2012).
Pengujian ini menggunakan twin disc sebagai
model roda dan rel.
Usaha untuk mengurangi laju keausan pada
roda dan rel sudah banyak dilakukan oleh peneliti.
Optimasi terhadap profil roda dilakukan oleh
Magel, dkk. (2005). Profil roda yang dihasilkan
dapat mengurangi keausan flens sebesar 25% dari
profil roda yang telah ada. Selanjutnya, Viáfara,
dkk. (2005) mengembangkan material rel dengan
ISBN 978 979 8510 61 8
menggunakan baja bainitik. Jin, dkk. (2007)
mendapatkan hubungan antara besarnya radius lintasan
dengan laju keausan. Lu, dkk. (2006) meneliti tentang
unjuk kerja lapisan PTFE (polytetraflouroethylene)
termasuk transfer lapisan tipis dan sifat aliran material.
Penelitian ini melalui eksperimen disc on disc dimana
disc ini dilapisi dengan PTFE. Selanjutya, hubungan
antara jumlah siklus dan koefisian gesek didapatkan.
Budiwantoro, dkk. (2013) telah mendapatkan pasangan
radius 22 mm dan 13 mm. Pasangan radius ini didapatkan
melalui uji twin disc. Pada uji ini pasangan radius disc 22
dan 13 mm memiliki laju keausan yang sangat rendah. Uji
ini merupakan pemodelan terhadap kondisi kontak flens
roda dan rel. Radius flens roda adalah radius 22 mm dan
radius gage corner rel adalah 13 mm. Selama ini
pasangan radius flens roda yang digunakan adalah 20 mm
dan rel 13 mm.
Penelitian ini merupakan kelanjutan dari penelitian
untuk mendapatkan profil roda yang optimum. Profil ini
diharapkan dapat mengurangi laju keausan. Untuk
menguji unjuk kerja radius flens yang baru perlu diawali
dengan pengujian terhadap unjuk kerja radius flens profil
roda yang dipakai saat ini. Unjuk kerja yang dimaksudkan
adalah kestabilan laju kendaraan rel ketika melewati jalur
belok. Hal ini ditunjukkan dengan perbandingan antara
gaya lateral dan gaya vertikal sesuai dengan kriteria
Nadal. Kriteria Nadal mengindikasikan apakah roda akan
keluar dari rel atau tidak Iwnicki (2006).
810
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XII (SNTTM XII)
Bandar Lampung, 23-24 Oktober 2013
Kriteria Nadal
Fenomena keluarnya roda dari rel (derailment)
telah diamati lebih dari 100 tahun. Ada tujuh
kriteria keamanan keluarnya flens roda dari rel
(Iwnicki, 2006). Sebagian besar dari kriteria
tersebut menyertakan perbandingan gaya lateral
(L) dan gaya vertikal (V) dari masing-masing roda.
Namun pada penelitian ini hanya diuji
berdasarkan kriteria Nadal. Nadal menyatakan
pembatasan perbandingan L/V yang diharapkan
dapat
meminimalkan
derailment.
Nadal
mengasumsikan roda mengalami dua titik kontak
dimana kontak pada flens mendahului daripada
kontak pada tread roda. Nadal menyimpulkan
bahwa kontak roda pada flens cenderung bergerak
ke bawah (arah rel) akibat berputarnya roda pada
tread roda. Teori selanjutnya menyatakan roda
keluar rel terjadi bila gerakan ke bawah berhenti
dengan terpenuhinya gaya gesekan pada titik
kontak. Keseimbangan antara gaya-gaya pada
roda dan rel pada kontak flens diperlihatkan dalam
Gambar 1.
satu gerobak dan dua buah bogie (Gambar 2). Komponen
utama bogie disusun oleh dua buah wheelset, satu bolster ,
dua side frame dan empat wedge (Gambar 3).
Masing-masing komponen ini dianggap sebagai sebuah
massa dan dihubungkan dengan sistem pegas damper
tanpa massa.
Gambar 2. Gerobak KA Babaranjang (INKA, 2012)
V
L
N
fs
θ
Sudut flens
Gambar 1. Gaya pada titik kontak roda dan rel
(Iwnicki, 2006)
Gambar 3. Three piece bogie
(1)
{
(2)
⁄
⁄
Pemodelan dilakukan dengan menggunakan bantuan
software Universal Mechanism (UM). Model kendaraan
diperlihatkan
pada Gambar 4 dan model bogie
}
diperlihatkan pada
Gambar 5
(3)
Kriteria batas Nadal dikenal dengan persamaan
(4)
Persamaan ini memperlihatkan hubungan antara
sudut kontak dengan pembatasan perbandingan
L/V masing-masing roda. Untuk sudut kontak 70º
dan koefisien 0.5 memberikan rasio L/V sebesar
0,9 (Iwnicki, 2006). Sehingga agar tidak terjadi
derailment maka rasio L/V harus dibawah 0,9.
Pemodelan
Pemodelan KA Babaranjang diwakili oleh satu
buah kendaraan rel. Kendaraan rel ini terdiri dari
ISBN 978 979 8510 61 8
Gambar 4. Model kendaraan rel pada UM
811
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XII (SNTTM XII)
Bandar Lampung, 23-24 Oktober 2013
Rel
asi
Lok atan
ga m
n
e
p
R el
dala
ar
Kelu an
k
belo
m
R
suk
Ma kan
belo
Gambar 6. Skematik kendaraan dan lintasan belok
Pada kecepatan 10 m/s, rasio L/V yang paling tinggi
adalah 0,58. Rasio ini dicapai oleh roda 1KR dan yang
paling rendah adalah 2KR (Gambar 7).
Pada kecepatan 15 m/s, rasio L/V paling tinggi adalah
0,56. Rasio ini dicapai oleh roda 1KR. Rasio L/V untuk
roda 1KR mengalami penurunan karena adanya
perpindahan beban ke roda yang lain. Roda yang paling
rendah rasio L/V adalah 4KN. Sedangkan roda 2KR
mengalami peningkatan rasio L/V.
Demikian pula pada kecepatan 20 dan 25 m/s terlihat
fenomena yang serupa dimana roda 1KR memiliki rasio
L/V paling tinggi dan yang paling rendah adalah 4KN.
Roda yang mengalami peningkatan rasio L/V adalah roda
2KR namun masih dibawah kriteria kritis derailment
0.7
0.6
1KR
0.5
1KN
L/V
Parameter yang digunakan pada penelitian ini
adalah kecepatan kendaraan. Kecepatan kendaraan
divariasikan mulai dari kecepatan 10, 15, 20, dan
25 km/h, sedangkan massa kendaraan digunakan
52 ton.
r
Jalu s
luru
r
Jalu s
luru
Gambar 5. Model bogie pada UM
Kendaraan rel memasuki jalur belok ke arah
kanan. Kendaraan memasuki jalur belok terlebih
dahulu melewati jalur lurus, jalur transisi, dan jalur
lengkung, kemudian keluar jalur belok melalui
jalur transisi dan jalur lurus. Kendaraan melewati
jalur lurus sepanjang 10 m, kemudian memasuki
jalur transisi sepanjang 30 m, dan jalur lengkung
sepanjang 250 m. Radius kelengkungan adalah 200
m dan super elevation antara rel luar dan dalam
adalah 0,01 m seperti yang diperlihatkan pada
Gambar 6.
r
Jalu isi
s
tran
r
r
Jalu ng
gku
len
r
Jalu isi
s
tran
Gambar skematik kendaraan dan jalur KA
diperlihatkan pada Gambar 6. Penomeran dimulai
dari roda depan sebelah kiri kemudian diikuti roda
sebelah kanan pada wheelset yang sama, yaitu roda
1KR, roda 1KN dst., yang mana berarti roda dari
wheelset 1 sebelah kiri dan roda dari wheelset
sebelah kanan. Bogie diberikan nomor B1 untuk
bogie depan dan B2 untuk bogie belakang. Tipe
profil roda yang digunakan adalah ORES 1002 dan
profil rel adalah UIC 54.
lua
0.4
2KR
0.3
2KN
3KR
0.2
3KN
0.1
4KR
4KN
0
0
Hasil-Hasil Penelitian
2
4
6
8
10
-0.1
-0.2
Waktu (s)
Gambar 7. Perbandingan L/V pada kecepatan 10 km/h
0.6
1KR
0.5
1KN
0.4
2KR
2KN
0.3
L/V
Hasil eksekusi program model dinamika kendaraan
rel dan jalur belok ditunjukkan pada Gambar 7, 8,
9, 10. Perbandingan gaya lateral dan gaya vertikal
ditunjukkan oleh sumbu vertikal sedangkan waktu
ditunjukkan
oleh
sumbu
horizontal.
Masing-masing garis merupakan unjuk kerja dari
tiap-tiap roda. Pada penelitian ini garis-garis
tersebut dibedakan dengan perbedaan warna garis.
3KR
0.2
3KN
0.1
4KR
R
1K
R
2K
4KN
0
V
R
Y
3K
-0.1
B1
R
4K
B2
N
3K
N
2K X
N
1K
-0.2
0
2
4
6
8
10
4
Waktu (s)
Gambar 8. Perbandingan L/V pada kecepatan 15 km/h
ISBN 978 979 8510 61 8
812
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XII (SNTTM XII)
Bandar Lampung, 23-24 Oktober 2013
0.6
1KR
0.5
1KN
2KR
0.4
2KN
0.3
L/V
3KR
0.2
3KN
0.1
4KR
0
4KN
-0.1
0
2
4
6
8
10
-0.2
Waktu (s)
Gambar 9. Perbandingan L/V pada kecepatan 20
km/h
L/V
Kesimpulan
0.5
1KR
0.4
1KN
0.3
2KR
0.2
2KN
0.1
3KR
Penelitian selanjutnya
Untuk mengurangi resiko terjadinya derailment, perlu
dilakukan simulasi dengan menggunakan kecepatan
yang lebih tinggi. Selanjutnya, dilakukan pengujian
terhadap unjuk kerja profil roda yang baru.
Ucapan Terima Kasih
3KN
0
-0.1 0
Kesimpulan yang dapat diambil dari pembahasan
hasil-hasil penelitian diatas adalah rasio L/V yang paling
tinggi untuk simulasi kecepatan antara 10 km/h sampai 25
km/h adalah 0,58. Berdasarkan kriteria Nadal rasio ini
masih di bawah 0,9 dengan menganggap jalur dalam
keadaan rata, tidak ada turunan maupun tanjakan, dan
tidak ada percepatan maupun perlambatan akibat
pengereman.
2
4
6
8
10
4KR
4KN
-0.2
-0.3
-0.4
Waktu (s)
Gambar 10. Perbandingan L/V pada kecepatan 25
km/h
Pembahasan
Apabila dibandingkan keempat buah grafik diatas
maka rasio L/V yang paling tinggi adalah 0,58
yang dicapai oleh roda 1KR. Sedangkan yang
paling rendah adalah roda 4KN. Tetapi, yang perlu
diamati lebih cermat adalah roda 2KR dimana roda
ini mengalami peningkatan yang cukup tinggi
seiring meningkatnya kecepatan.
Pencapaian rasio L/V sebesar 0,58 menunjukkan
bahwa kecepatan antara 10 km/h sampai 25 km/h
masih berada dibawah rasio maksimum yang
diperbolehkan agar tidak terjadi derailment. Tetapi
simulasi yang dilakukan pada penelitian ini
menganggap bahwa jalur rel rata, tidak ada turunan
maupun tanjakan, tidak ada percepatan maupun
perlambatan akibat pengereman.
Pengaruh kecepatan kendaraan terhadap rasio L/V
adalah kecepatan meningkat maka waktu yang
diperlukan untuk mencapai rasio maksimum L/V
semakin kecil. Hasil ini terjadi pada saat awal
memasuki jalur transisi. Fenomena yang sama juga
terlihat pada penelitian yang dilakukan oleh
Ghazavi danTaki (2008). Pada penelitian tersebut
rasio L/V tiap-tiap wheelset digunakan sebagai
kriteria derailment. Ghazavi danTaki (2008)
melakukan simulasi dengan menggunakan
software MATLAB dan ADAMS/Rail.
ISBN 978 979 8510 61 8
Ucapan terimakasih disampaikan kepada Direktorat
Jenderal DIKTI atas pembiayaan penelitian ini melalui
Hibah Unggulan Perguruan Tinggi dengan No. Kontrak
175A.5/UN14.2/PNL.01.03.00/2013. Terima kasih juga
disampaikan kepada PT. INKA atas pemberian ijin
pemakaian software Universal Mechanism.
Daftar Pustaka
Budiwantoro, B., I. M. Parwata, W. Puja dan S.
Soemantri (2013). "Optimum Lateral Railway Wheel
Flange Radius WithMinimum Wear Rate: Twin Disc
Simulation." Journal of Solid Mechanics and Materials
Engineering 7(4): 496-506.
Ghazavi, M. R. dan M. Taki (2008). "Dynamic
simulations of the freight three-piece bogie motion in
curve." Vehicle System Dynamics 46(10): 955-973.
Haryanto, D. (2007), Optimasi Bentuk Profil Roda
Gerbong KKBW di Divisi Regional III Sumatera Selatan
PT. Kereta Api (Persero) Untuk Mengurangi Tingkat
Keausan Flens Roda Akibat Kontak Roda Dan Rel,
Teknik Mesin, ITB, Thesis Program Magister.
INKA (2012). "Produk Kereta Api." Retrieved 27
Februari,
2012,
from
http://www.inka.co.id/?page_id=1586.
Iwnicki, S. (2006). Handbook of Raiway Vehicle
Dynamics. London, CRC Press.
Jin, X., Z. Wen, X. Xiao dan Z. Zhou (2007). "A
numerical method for prediction of curved rail wear."
Springer Science+Business Media B.V. 18: 531–557.
Lu, X., K. C. Wong, P. C. Wong, K. A. R. Mitchell, J.
Cotter dan D. T. Eadie (2006). "Surface characterization
of polytetrafluoroethylene (PTFE) transfer films during
813
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XII (SNTTM XII)
Bandar Lampung, 23-24 Oktober 2013
rolling–sliding tribology tests using X-ray
photoelectron spectroscopy." Wear 261: 1155–
1162.
Magel, E., J. Kalousek dan R. Caldwell (2005). "A
numerical simulation of wheel wear." Wear
258(7–8): 1245-1254.
Parwata, I. M. (2012), Keausan Berlebih Pada
Roda Kereta Api Saat Melewati Belokan, Teknik
Mesin, ITB, Disertasi.
Parwata, I. M., B. Budiwantoro, S. S.
Brodjonegoro dan I. G. W. Puja (2012). Keausan
Excessive Roda Rel Kereta Api Babaranjang Jalur
Tajungenim ke Tarahan. Seminar Nasional Energi
Terbarukan dan Produksi Bersih, Universitas
Lampung.
Viáfara, C. C., M. I. Castro, J. M. Vélez dan A.
Toro (2005). "Unlubricated sliding wear of
pearlitic and bainitic steels." Wear 259(1–6):
405-411.
ISBN 978 979 8510 61 8
814
Bandar Lampung, 22-23 Oktober
2013
[DOCUMENT TITLE]
[Document subtitle]
[DATE]
[COMPANY NAME]
[Company address]
0
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XII (SN
TTM XII)
Bandar Lampung, 23-24 Oktober 2013
KATA PENGANTAR
Dengan memanjatkan doa syukur kepada Allah SWT, telah diterbitkan Edisi Revisi
dari buku kumpulan abstrak Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin (SNTTM XII).
Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin (SNTTM XII) menyajikan makalah yang
berkualitas yang berasal dari tulisan peneliti di bidang Teknik Mesin dari seluruh Indonesia.
Makalah yang dipresentasikan dalam seminar ini meliputi lima konsentrasi Teknik Mesin
yaitu konversi energi, material, mekanika terapan, produksi dan pendidikan teknik mesin.
Pada Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin (SNTTM XII) terdapat makalah tambahan
berbahasa Inggris dari sesi Internasional yang pesertanya terdiri dari peserta Nasional dan
dari Japan Society of Mechanical Engineering (JSME). Adanya sesi Internasional ini
diharapkan akan menjadi sarana berbagi ilmu antara anggota Badan Kerjasama Teknik Mesin
Indonesia (BKSTM) dengan JSME.
Edisi Revisi ini merupakan penyempurnaan dari edisi sebelumnya. Perubahan yang
dilakukan diantaranya adalah memasukkan abstrak baru yang belum sempat dimuat pada
edisi sebelumnya, menyesuaikan kembali letak abstrak berdasarkan bidang konsentrasinya,
memperbaiki judul abstrak serta melakukan perbaikan lainnya. Dengan demikian akan
terjadi perubahan susunan dan penomoran halaman dari buku kumpulan abstrak ini. Edisi
Revisi diterbitkan bertujuan untuk mengakomodasi seluruh peserta agar dapat
mempergunakan buku kumpulan abstrak ini sesuai dengan keperluannya.
Kami ingin mengucapkan terima kasih kepada semua penulis yang telah
mengkontribusikan makalahnya dalam seminar ini. Terima kasih juga kepada para anggota
komite yang telah mencurahkan segala waktu dan usaha sehingga terselenggaranya seminar
dengan sukses. Lebih lanjut ucapan terima kasih atas dukungannya kepada civitas akademika
Fakultas Teknik UNILA pada khususnya dan UNILA pada umumnya.
Kami juga berterima kasih atas dukungan dari sponsor yaitu PT. Sugar Group, Autodesk
(Tekno+Logika), Esindo Karya Lestari, PT. Sahabat Motor, PT. Gunung Madu dan PT.
Kawan Lama.
Diharapkan buku kumpulan abstrak ini akan dapat memberikan manfaat bagi
kalangan akademisi, industri, praktisi dan seluruh masyarakat. Untuk para penulis agar
berkenan untuk terus mempublikasikan hasil penelitiannya pada seminar-seminar SNTTM
yang akan datang.
Bandar Lampung, 14 Januari 2014
Koordinator Pelaksana Seminar SNTTM XII
Dr.Eng.Shirley Savetlana,S.T., M.Met.
1
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XII (SN
TTM XII)
Bandar Lampung, 23-24 Oktober 2013
DAFTAR ISI
Halaman
Kata Pengantar
1
Daftar Isi
2
Sponsor dan Organisasi Pendukung
3
Panitia Pelaksana
4
Topik Seminar Nasional
7
Keynote Speakers
7
Tentang Lampung
17
Tentang Universitas Lampung (UNILA)
18
Informasi Ruang & Susunan Acara Seminar
19
Abstrak Kelompok Konversi Energi (KE)
20
Abstrak Kelompok Konstruksi dan Perancangan (KS)
72
Abstrak Kelompok Produksi (MAN)
103
Abstrak Kelompok Material (MAT)
122
Abstrak Kelompok Pendidikan Teknik Mesin (PTM)
152
Abstrak Kelompok JSME
154
Jadwal Sesi Paralel
177
2
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XII (SNTTM XII)
Bandar Lampung, 23-24 Oktober 2013
Simulasi Kecepatan Kereta Api Babaranjang Terhadap Rasio Gaya Lateral dan Vertikal Saat
Melewati Jalur Belok
I Made Parwata dan I Putu Lokantara
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Udayana
Kampus Bukit Jimbaran Bali 80364, Indonesia
E-mail: md_parwata@yahoo.co.uk
Abstrak
Perilaku KA ketika melewati belokan sangat sulit diamati. Padahal perilaku tersebut sangat bermanfaat untuk
menganalisa keausan pada roda dan rel, demikian pula untuk mengetahui kestabilan laju arah KA. Pada penelitian
ini, diamati kestabilan laju arah KA Babaranjang dengan menggunakan profil roda ORES 1002 dan Rel UIC 54.
KA Babaranjang dibuatkan model dinamika dengan bantuan software Universal Mechanism (UM). Model yang
dibuat adalah satu kendaraan rel melalui dan jalur belok. Selanjutnya, model ini disimulasikan dengan berbagai
kecepatan yaitu 10, 15, 20 dan 25 km/h. Massa yang digunakan dalam simulasi adalah 52 ton. Hasil simulasi
memperlihatkan rasio L/V sekitar 0,58 menurut kriteria Nadal. Nilai ini masih berada di bawah rasio L/V roda
dengan sudut kontak 70º dan koefisien gesek 0,5.
Keywords: Simulasi, dinamika, KA Babaranjang, Jalur Belok
Pendahuluan
Tingginya laju keausan merupakan masalah utama
yang dihadapi pada dunia perkeretaapian. Masalah
ini tidak hanya terjadi di luar negeri tetapi juga
terjadi di Indonesia. Hasil pengolahan data
menunjukkan bahwa laju keausan yang terjadi pada
KA Babaranjang adalah 1,73 mm per bulan
(Parwata, 2012). Keausan ini tergolong tinggi.
Demikian pula hasil penelitian yang dilakukan oleh
Haryanto (2007) menyatakan bahwa apabila jarak
tempuh kuang dari 600.000 km, roda sudah
mencapai batas minimum diameter maka disebut
keausan berlebih. Umur roda KKBW di Sumatera
Selatan adalah sekitar 3 tahun atau ±450.000 km
sehingga dapat digolongkan mengalami keausan
berlebih (Excessive). Hasil uji laboratorium juga
memperlihatkan bahwa laju keausan KA
Babaranjang adalah 22,6 μg/m/mm2 untuk rel dan
16,3 μg/m/mm2 untuk roda (Parwata, dkk., 2012).
Pengujian ini menggunakan twin disc sebagai
model roda dan rel.
Usaha untuk mengurangi laju keausan pada
roda dan rel sudah banyak dilakukan oleh peneliti.
Optimasi terhadap profil roda dilakukan oleh
Magel, dkk. (2005). Profil roda yang dihasilkan
dapat mengurangi keausan flens sebesar 25% dari
profil roda yang telah ada. Selanjutnya, Viáfara,
dkk. (2005) mengembangkan material rel dengan
ISBN 978 979 8510 61 8
menggunakan baja bainitik. Jin, dkk. (2007)
mendapatkan hubungan antara besarnya radius lintasan
dengan laju keausan. Lu, dkk. (2006) meneliti tentang
unjuk kerja lapisan PTFE (polytetraflouroethylene)
termasuk transfer lapisan tipis dan sifat aliran material.
Penelitian ini melalui eksperimen disc on disc dimana
disc ini dilapisi dengan PTFE. Selanjutya, hubungan
antara jumlah siklus dan koefisian gesek didapatkan.
Budiwantoro, dkk. (2013) telah mendapatkan pasangan
radius 22 mm dan 13 mm. Pasangan radius ini didapatkan
melalui uji twin disc. Pada uji ini pasangan radius disc 22
dan 13 mm memiliki laju keausan yang sangat rendah. Uji
ini merupakan pemodelan terhadap kondisi kontak flens
roda dan rel. Radius flens roda adalah radius 22 mm dan
radius gage corner rel adalah 13 mm. Selama ini
pasangan radius flens roda yang digunakan adalah 20 mm
dan rel 13 mm.
Penelitian ini merupakan kelanjutan dari penelitian
untuk mendapatkan profil roda yang optimum. Profil ini
diharapkan dapat mengurangi laju keausan. Untuk
menguji unjuk kerja radius flens yang baru perlu diawali
dengan pengujian terhadap unjuk kerja radius flens profil
roda yang dipakai saat ini. Unjuk kerja yang dimaksudkan
adalah kestabilan laju kendaraan rel ketika melewati jalur
belok. Hal ini ditunjukkan dengan perbandingan antara
gaya lateral dan gaya vertikal sesuai dengan kriteria
Nadal. Kriteria Nadal mengindikasikan apakah roda akan
keluar dari rel atau tidak Iwnicki (2006).
810
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XII (SNTTM XII)
Bandar Lampung, 23-24 Oktober 2013
Kriteria Nadal
Fenomena keluarnya roda dari rel (derailment)
telah diamati lebih dari 100 tahun. Ada tujuh
kriteria keamanan keluarnya flens roda dari rel
(Iwnicki, 2006). Sebagian besar dari kriteria
tersebut menyertakan perbandingan gaya lateral
(L) dan gaya vertikal (V) dari masing-masing roda.
Namun pada penelitian ini hanya diuji
berdasarkan kriteria Nadal. Nadal menyatakan
pembatasan perbandingan L/V yang diharapkan
dapat
meminimalkan
derailment.
Nadal
mengasumsikan roda mengalami dua titik kontak
dimana kontak pada flens mendahului daripada
kontak pada tread roda. Nadal menyimpulkan
bahwa kontak roda pada flens cenderung bergerak
ke bawah (arah rel) akibat berputarnya roda pada
tread roda. Teori selanjutnya menyatakan roda
keluar rel terjadi bila gerakan ke bawah berhenti
dengan terpenuhinya gaya gesekan pada titik
kontak. Keseimbangan antara gaya-gaya pada
roda dan rel pada kontak flens diperlihatkan dalam
Gambar 1.
satu gerobak dan dua buah bogie (Gambar 2). Komponen
utama bogie disusun oleh dua buah wheelset, satu bolster ,
dua side frame dan empat wedge (Gambar 3).
Masing-masing komponen ini dianggap sebagai sebuah
massa dan dihubungkan dengan sistem pegas damper
tanpa massa.
Gambar 2. Gerobak KA Babaranjang (INKA, 2012)
V
L
N
fs
θ
Sudut flens
Gambar 1. Gaya pada titik kontak roda dan rel
(Iwnicki, 2006)
Gambar 3. Three piece bogie
(1)
{
(2)
⁄
⁄
Pemodelan dilakukan dengan menggunakan bantuan
software Universal Mechanism (UM). Model kendaraan
diperlihatkan
pada Gambar 4 dan model bogie
}
diperlihatkan pada
Gambar 5
(3)
Kriteria batas Nadal dikenal dengan persamaan
(4)
Persamaan ini memperlihatkan hubungan antara
sudut kontak dengan pembatasan perbandingan
L/V masing-masing roda. Untuk sudut kontak 70º
dan koefisien 0.5 memberikan rasio L/V sebesar
0,9 (Iwnicki, 2006). Sehingga agar tidak terjadi
derailment maka rasio L/V harus dibawah 0,9.
Pemodelan
Pemodelan KA Babaranjang diwakili oleh satu
buah kendaraan rel. Kendaraan rel ini terdiri dari
ISBN 978 979 8510 61 8
Gambar 4. Model kendaraan rel pada UM
811
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XII (SNTTM XII)
Bandar Lampung, 23-24 Oktober 2013
Rel
asi
Lok atan
ga m
n
e
p
R el
dala
ar
Kelu an
k
belo
m
R
suk
Ma kan
belo
Gambar 6. Skematik kendaraan dan lintasan belok
Pada kecepatan 10 m/s, rasio L/V yang paling tinggi
adalah 0,58. Rasio ini dicapai oleh roda 1KR dan yang
paling rendah adalah 2KR (Gambar 7).
Pada kecepatan 15 m/s, rasio L/V paling tinggi adalah
0,56. Rasio ini dicapai oleh roda 1KR. Rasio L/V untuk
roda 1KR mengalami penurunan karena adanya
perpindahan beban ke roda yang lain. Roda yang paling
rendah rasio L/V adalah 4KN. Sedangkan roda 2KR
mengalami peningkatan rasio L/V.
Demikian pula pada kecepatan 20 dan 25 m/s terlihat
fenomena yang serupa dimana roda 1KR memiliki rasio
L/V paling tinggi dan yang paling rendah adalah 4KN.
Roda yang mengalami peningkatan rasio L/V adalah roda
2KR namun masih dibawah kriteria kritis derailment
0.7
0.6
1KR
0.5
1KN
L/V
Parameter yang digunakan pada penelitian ini
adalah kecepatan kendaraan. Kecepatan kendaraan
divariasikan mulai dari kecepatan 10, 15, 20, dan
25 km/h, sedangkan massa kendaraan digunakan
52 ton.
r
Jalu s
luru
r
Jalu s
luru
Gambar 5. Model bogie pada UM
Kendaraan rel memasuki jalur belok ke arah
kanan. Kendaraan memasuki jalur belok terlebih
dahulu melewati jalur lurus, jalur transisi, dan jalur
lengkung, kemudian keluar jalur belok melalui
jalur transisi dan jalur lurus. Kendaraan melewati
jalur lurus sepanjang 10 m, kemudian memasuki
jalur transisi sepanjang 30 m, dan jalur lengkung
sepanjang 250 m. Radius kelengkungan adalah 200
m dan super elevation antara rel luar dan dalam
adalah 0,01 m seperti yang diperlihatkan pada
Gambar 6.
r
Jalu isi
s
tran
r
r
Jalu ng
gku
len
r
Jalu isi
s
tran
Gambar skematik kendaraan dan jalur KA
diperlihatkan pada Gambar 6. Penomeran dimulai
dari roda depan sebelah kiri kemudian diikuti roda
sebelah kanan pada wheelset yang sama, yaitu roda
1KR, roda 1KN dst., yang mana berarti roda dari
wheelset 1 sebelah kiri dan roda dari wheelset
sebelah kanan. Bogie diberikan nomor B1 untuk
bogie depan dan B2 untuk bogie belakang. Tipe
profil roda yang digunakan adalah ORES 1002 dan
profil rel adalah UIC 54.
lua
0.4
2KR
0.3
2KN
3KR
0.2
3KN
0.1
4KR
4KN
0
0
Hasil-Hasil Penelitian
2
4
6
8
10
-0.1
-0.2
Waktu (s)
Gambar 7. Perbandingan L/V pada kecepatan 10 km/h
0.6
1KR
0.5
1KN
0.4
2KR
2KN
0.3
L/V
Hasil eksekusi program model dinamika kendaraan
rel dan jalur belok ditunjukkan pada Gambar 7, 8,
9, 10. Perbandingan gaya lateral dan gaya vertikal
ditunjukkan oleh sumbu vertikal sedangkan waktu
ditunjukkan
oleh
sumbu
horizontal.
Masing-masing garis merupakan unjuk kerja dari
tiap-tiap roda. Pada penelitian ini garis-garis
tersebut dibedakan dengan perbedaan warna garis.
3KR
0.2
3KN
0.1
4KR
R
1K
R
2K
4KN
0
V
R
Y
3K
-0.1
B1
R
4K
B2
N
3K
N
2K X
N
1K
-0.2
0
2
4
6
8
10
4
Waktu (s)
Gambar 8. Perbandingan L/V pada kecepatan 15 km/h
ISBN 978 979 8510 61 8
812
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XII (SNTTM XII)
Bandar Lampung, 23-24 Oktober 2013
0.6
1KR
0.5
1KN
2KR
0.4
2KN
0.3
L/V
3KR
0.2
3KN
0.1
4KR
0
4KN
-0.1
0
2
4
6
8
10
-0.2
Waktu (s)
Gambar 9. Perbandingan L/V pada kecepatan 20
km/h
L/V
Kesimpulan
0.5
1KR
0.4
1KN
0.3
2KR
0.2
2KN
0.1
3KR
Penelitian selanjutnya
Untuk mengurangi resiko terjadinya derailment, perlu
dilakukan simulasi dengan menggunakan kecepatan
yang lebih tinggi. Selanjutnya, dilakukan pengujian
terhadap unjuk kerja profil roda yang baru.
Ucapan Terima Kasih
3KN
0
-0.1 0
Kesimpulan yang dapat diambil dari pembahasan
hasil-hasil penelitian diatas adalah rasio L/V yang paling
tinggi untuk simulasi kecepatan antara 10 km/h sampai 25
km/h adalah 0,58. Berdasarkan kriteria Nadal rasio ini
masih di bawah 0,9 dengan menganggap jalur dalam
keadaan rata, tidak ada turunan maupun tanjakan, dan
tidak ada percepatan maupun perlambatan akibat
pengereman.
2
4
6
8
10
4KR
4KN
-0.2
-0.3
-0.4
Waktu (s)
Gambar 10. Perbandingan L/V pada kecepatan 25
km/h
Pembahasan
Apabila dibandingkan keempat buah grafik diatas
maka rasio L/V yang paling tinggi adalah 0,58
yang dicapai oleh roda 1KR. Sedangkan yang
paling rendah adalah roda 4KN. Tetapi, yang perlu
diamati lebih cermat adalah roda 2KR dimana roda
ini mengalami peningkatan yang cukup tinggi
seiring meningkatnya kecepatan.
Pencapaian rasio L/V sebesar 0,58 menunjukkan
bahwa kecepatan antara 10 km/h sampai 25 km/h
masih berada dibawah rasio maksimum yang
diperbolehkan agar tidak terjadi derailment. Tetapi
simulasi yang dilakukan pada penelitian ini
menganggap bahwa jalur rel rata, tidak ada turunan
maupun tanjakan, tidak ada percepatan maupun
perlambatan akibat pengereman.
Pengaruh kecepatan kendaraan terhadap rasio L/V
adalah kecepatan meningkat maka waktu yang
diperlukan untuk mencapai rasio maksimum L/V
semakin kecil. Hasil ini terjadi pada saat awal
memasuki jalur transisi. Fenomena yang sama juga
terlihat pada penelitian yang dilakukan oleh
Ghazavi danTaki (2008). Pada penelitian tersebut
rasio L/V tiap-tiap wheelset digunakan sebagai
kriteria derailment. Ghazavi danTaki (2008)
melakukan simulasi dengan menggunakan
software MATLAB dan ADAMS/Rail.
ISBN 978 979 8510 61 8
Ucapan terimakasih disampaikan kepada Direktorat
Jenderal DIKTI atas pembiayaan penelitian ini melalui
Hibah Unggulan Perguruan Tinggi dengan No. Kontrak
175A.5/UN14.2/PNL.01.03.00/2013. Terima kasih juga
disampaikan kepada PT. INKA atas pemberian ijin
pemakaian software Universal Mechanism.
Daftar Pustaka
Budiwantoro, B., I. M. Parwata, W. Puja dan S.
Soemantri (2013). "Optimum Lateral Railway Wheel
Flange Radius WithMinimum Wear Rate: Twin Disc
Simulation." Journal of Solid Mechanics and Materials
Engineering 7(4): 496-506.
Ghazavi, M. R. dan M. Taki (2008). "Dynamic
simulations of the freight three-piece bogie motion in
curve." Vehicle System Dynamics 46(10): 955-973.
Haryanto, D. (2007), Optimasi Bentuk Profil Roda
Gerbong KKBW di Divisi Regional III Sumatera Selatan
PT. Kereta Api (Persero) Untuk Mengurangi Tingkat
Keausan Flens Roda Akibat Kontak Roda Dan Rel,
Teknik Mesin, ITB, Thesis Program Magister.
INKA (2012). "Produk Kereta Api." Retrieved 27
Februari,
2012,
from
http://www.inka.co.id/?page_id=1586.
Iwnicki, S. (2006). Handbook of Raiway Vehicle
Dynamics. London, CRC Press.
Jin, X., Z. Wen, X. Xiao dan Z. Zhou (2007). "A
numerical method for prediction of curved rail wear."
Springer Science+Business Media B.V. 18: 531–557.
Lu, X., K. C. Wong, P. C. Wong, K. A. R. Mitchell, J.
Cotter dan D. T. Eadie (2006). "Surface characterization
of polytetrafluoroethylene (PTFE) transfer films during
813
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XII (SNTTM XII)
Bandar Lampung, 23-24 Oktober 2013
rolling–sliding tribology tests using X-ray
photoelectron spectroscopy." Wear 261: 1155–
1162.
Magel, E., J. Kalousek dan R. Caldwell (2005). "A
numerical simulation of wheel wear." Wear
258(7–8): 1245-1254.
Parwata, I. M. (2012), Keausan Berlebih Pada
Roda Kereta Api Saat Melewati Belokan, Teknik
Mesin, ITB, Disertasi.
Parwata, I. M., B. Budiwantoro, S. S.
Brodjonegoro dan I. G. W. Puja (2012). Keausan
Excessive Roda Rel Kereta Api Babaranjang Jalur
Tajungenim ke Tarahan. Seminar Nasional Energi
Terbarukan dan Produksi Bersih, Universitas
Lampung.
Viáfara, C. C., M. I. Castro, J. M. Vélez dan A.
Toro (2005). "Unlubricated sliding wear of
pearlitic and bainitic steels." Wear 259(1–6):
405-411.
ISBN 978 979 8510 61 8
814