RANCANG BANGUN PROTOTIPE DINAMOMETER UJI

PENGEREMAN KERETA API

Oleh :

Rizal Akhmad Bukhori

I0413045

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

2017

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

Rizal Akhmad Bukhori

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

بسم اهلل الرحمن الرحيم

Dengan nama Allah yang maha pengasih, maha penyayang

أل بذكر للا تطمئن القلوب ٨٢:٣١

“hanya dengan mengingat kepada Allah-lah, hati akan menjadi tenteram”

[ar Ra’d ayat 28].

ت قلبى على دينك يا مقلب القلوب ثب

“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: rizal.akhmed@gmail.com

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: rizal.akhmed@gmail.com

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.

Keywords: railway brake blocks, design, small-scale dynamometer

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

masukkan yang sifatnya membangun demi kesempurnaan laporan Skripsi ini.

Semoga laporan Skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Aamiin.

Surakarta, September 2017

Penulis

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

3.5 Perancangan Rinci (Detail Design)................................................. 52

3.5.1 Proses Produksi................................................................... 53

3.5.2 Proses Assembly................................................................. 63

3.5.3 Analisa Biaya Pembuatan Dinamometer............................ 65

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

Tabel 4.9 Lembar data kalibrasi loadcell .............................................................. 77

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 3.34 Adjuster loadcell ........................................................................ 35

Gambar 3.35 Dudukan loadcell atas ................................................................ 35

Gambar 3.36 Dudukan loadcell samping ......................................................... 36

Gambar 3.37 Beban pemberat .......................................................................... 36

Gambar 3.38 Blok rem holder .......................................................................... 37

Gambar 3.39 Blok rem ..................................................................................... 37

Gambar 3.40 Load cell ..................................................................................... 38

Gambar 3.41 Gaya pada bagian penekan ......................................................... 38

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

Gambar 4.9 Display hasil pengukuran ............................................................. 78