Pendahuluan
Pengertian transportasi berasal dari kata latin transportare, dimana trans adalah seberang dan portare adalah membawa/mengangkut. Jadi
transportasi berarti membawa sesuatu dari satu tempat ke tempat lain (Kadir, 2006). Transportasi darat merupakan sarana angkutan penumpang umum
yang memegang peranan penting dalam menunjang aktifitas dan mobilitas
mayarakat. Tanpa
sarana angkutan umum, masyarakat akan menggunakan angkutan pribadi yang akan
membuat kemacetan lalu lintas akan sangat parah (Wibowo,
2020). Salah satunya adalah
transportasi perkeretaapian, bicara
transportasi perkeretaapian di Indonesia saat ini terus berkembang pesat.
Terlihat dari munculnya operator kereta baru di Indonesia, khususnya kereta
dalam kota. PT MRT Jakarta selaku operator kereta dalam kota yang bertugas
menyediakan pelayanan jasa transportasi kereta yang aman dan nyaman dengan
standar internasional. Oleh karena itu MRT Jakarta menggunakan infrakstruktur
yang baru diterapkan di Indonesia khususnya Sarana Kerata Rel Listrk. Kereta
digunakan sebagai transportasi massal untuk memudahkan manusia dan/atau objek
benda pindah dari suatu tempat ke tempat lain dengan waktu yang cepat, tepat
waktu, aman dan selamat (Sukmana & Rahardjo,
2014). Untuk
proses perpindahan tersebut dibutuhkannya komponen roda, dimana roda termasuk
komponen penting dalam kereta untuk dapat berjalan di jalan rel. Roda kereta
memiliki spesifikasi bentuk dan material yang berbeda dari kendaraan
transportasi jalan raya, sehingga desain roda kereta dibuat sedemikian rupa
berdasar standar yang ada untuk dapat berjalan di jalan rel. Roda kereta
memiliki karakteristik antara lain kekuatan, tahan aus, retak akibat
temperature, dan kebisingan dari kontak roda-rel maupun roda-kampas rem/brake
shoe. Roda kereta merupakan salah satu komponen yang penting, dimana
berperan dalam keselamatan operasi perkeretaapian. Roda kereta berperan menumpu
berat dari kereta dan penerima gaya mekanik dari motor penggerak oleh karena
itu perlu dilakukan perawatan pada komponen tersebut (Iwnicki, 2006). Perawatan kereta MRT dilakukan berkala untuk menjaga
keandalan sarana dan mendapatkan kelayakan operasi, dimana perawatan tersebut
mengacu pada peraturan kereta dan manual perawatan dari manufaktur (Alfaris, Muhardono, &
Ryanto, 2013). Dari
proses perawatan kereta yang telah dilakukan telah diketahui adanya keausan
roda yang janggal yang dinamakan grooved wear. Grooved wear adalah
terkikisnya permukaan roda yang membentuk sebuah alur, terjadi di ujung dari
kontak roda dengan kampas rem/brake shoe. Penyebab terjadinya grooved
wear adalah mengerasnya kampas rem/brake shoe yang mengakibatkan
pengikisan pada roda. Karena interaksi dengan rel dan brake shoe selama pengereman, roda rel mengalami keausan dengan
tingkat yang bervariasi tergantung pada beberapa parameter. Sepasang roda/bahan
brake
shoe merupakan faktor penting dalam kerusakan dan
keausan roda (Gerlici, Lack, & Haru�inec, 2014). Langkah lanjutan yang dilakukan oleh pihak teknisi sebatas
pengamatan. Langkah tersebut baru dilakukan 3 bulan terakhir, hasil dari
pengamatan tersebut telah terjadi kasus grooved wear pada roda hampir di
seluruh rangkaian kereta, Perubahan bentuk profile dipicu oleh keausan yang bervariasi,
oleh sebab itu profile roda diperbaiki secara berkala dengan cara pembubutan yang berdampak
pada pengurangan diameter dan umur roda. Oleh karena itu keinginan untuk
mengurangi frekuensi pembubutan agar tercapai life
time yang lama
(Auciello, Ignesti, Malvezzi, Meli,
& Rindi, 2012). Penulis mengangkat kasus tersebut sebagai bahan
penelitian. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh brake shoe terhadap
kerusakan grooved wear pada roda, sehingga dapat dilakukan langkah
lanjutan agar tidak terjadi kasus serupa. Diharapkan
dari penelitian tersebut dapat memperpanjang life time dari roda dan
tidak menggangu operasi kereta MRT Jakarta.
Kereta MRT menggunakan pengereman yang tidak bebas dari
keausan. System ini menggunakan rem blok tunggal, dimana
rem blok tunggal merupakan jenis rem yang terdiri dari satu blok rem yang diberi tekanan
ke benda yang berputar, dalam hal ini adalah roda. Blok rem tersebut memiliki
permukaan gesek yang dipasang lapisan
rem atau bidang gesek yang dapat diganti apabila sudah aus (Khurmi & Gupta, 2005). Kampas rem merupakan salah satu komponen yang terdapat
dalam setiap kendaraan yang berfungsi memperlambat dan menghentikan laju
kendaraaan (Aminur, Hasbi, & Gunawan,
2015). Brake shoe atau Kampas rem merupakan komponen habis pakai pada
sistem pengereman. Banyak jenis brake shoe yang digunakan dalam industri
kereta, baik besi tuang ataupun komposit. Standar baru dan peraturan baru untuk
mengganti brake shoe besi tuang dengan brake shoe komposit yang pada saat
ini sedang
dikembangkan. Dalam penelitian eksperimental terbaru
perbandingan
antara brake shoe besi tuang dengan brake shoe komposit (Olofsson,
2011). Gesekan antara brake shoe komposit dan roda kereta termasuk keausan abrasif, dimana keausan abraasif merupakan keausan yang
terbentuk oleh permukaan benda yang keras bergesek satu sama lain (Hossein Nia, Casanueva,
& Stichel, 2015). Perlu diingat keausan roda
meningkat diakibatkan frekuensi interaksi pengereman yang sering. Dari
interaksi tersebut material roda mengalami thermomechanical bracking contact.
Dalam investigasi di lapangan terdapat banyak permukaan roda kereta mengalami
keausan yang diakibatkan karena pengeraman (Wang
et al., 2015).
Kontak roda dengan kampas rem merupakan syarat terjadinya
rem gesek. Kontak antara dua benda tersebut menimbulkan gaya gesekan dan
perpindahan kalor. Untuk kontak roda dengan rel ataupun brake shoe menimbulkan
thermal loading. Beban yang dinamakan�
thermal loading tersebut dapat menyebabkan tegangan tarik tinggi
yang disebabkan pendinginan yang tidak merata, perubahan mikrostruktur yang
signifikan didekat permukaan kontak tergantung pada tingkat pemanasan dan
pendinginan, profile roda yang tidak diinginkan karena aus (Faccoli, Ghidini, &
Mazz�, 2019). Semua efek diatas dapat mengakibatkan nukleasi retakan pada permukaan
roda, sebagian besar dapat dihilangkan melalui pemakaian (Handa, Kimura, &
Mishima, 2010). Pada penelitian lain kampas rem berbahan komposit menghasilkan temperature
yang tinggi, lebih sedikit menimbulkan kerusakan dan tegangan sisa. Kampas
berbahan diharapkan mengurangi kerusakan pada permukaan roda (Hamdaoui & Jaddi, 2018).
Tujuan akhir yang diharapkan dalam penelitian ini adalah menganalisa
pengaruh material kampas rem/brake shoe
terhadap grooved wear
Metode Penelitian
Metode yang digunakan dalam penelitian ini berupa eksperimental terhadap brake shoe. Kegiatan ini dilakukan
bertujuan untuk mengetahui penyebab dari grooved
wear. Tahapan kegiatan yang akan dilakukan pada penelitian ini terdapat
beberapa tahapan. Keterkaitan antar masing-masing tahapan yang telah terlaksana
bertujuan agar mencapainya penelitian yang ditetapkan, berikut tahapan kegiatan
yang dilakukan pada Gambar 1.
Gambar 1.
Diagram alir
A.
Pengambilan Data Roda
Dalam pengambilan
data di lapangan dilakukan pada permukaan roda kereta yang mengalami grooved
wear di Depo MRT Lebak Bulus, Jakarta. Pengambilan dilakukan pada 3 roda
yang berbeda pada Train Set 9 (TS 9) sebagai perwakilan. Dari dua sampai
tiga kali pengambilan data tersebut dapat dilihat pengurangan tapak roda
B.
Penentuan Kekerasan Spesimen Uji
Dalam penelitian ini diukur tingkat kekerasan pada spesimen uji. Pengambilan data pengujian kekerasan pada brake shoe sebagai
spesimen uji dilakukan
dengan menggunakan alat uji kekerasan microhardness
vickers model
FM-310 dan pada beban 200 gf dan menggunakan indentor type pyramid� berdasar
ASTM E92. Menentukan kekerasan penentuan kekerasan dengan metode identasi adalah
mengukur tahanan plastis dari permukaan suatu spesimen uji terhadap penetrator.
Penelitian ini menggunakan pengujian metode vickers
Nilai kekerasan Vickers (VHN) diperoleh dari beban F dibagi
dengan luas permukaan lekukan. Ditulis dengan rumus (Dieter,
2011).
Jadi
- Pengambilan Struktur Mikro
Data pengujian struktur mikro
pada brake shoe dilakukan dengan menggunakan alat uji microhardness
tester dan dilakukan 11 pengujian pada 10 spesimen yang berbeda.
A.
Analisa grooved wear pada roda kereta MRT Jakarta
Proses pengambilan data di
lapangan terhadap permukaan roda kereta yang mengalami grooved wear bertujuan untuk mengetahui riwayat keausan
yang terjadi pada roda kereta. Dari dua sampai tiga kali pengambilan
data tersebut dapat dilihat pengurangan tapak roda, berikut data pengukuran
beberapa pengukuran roda kereta MRT.
Tabel 1 Hasil
Pengukuran Profile Roda
|
Identitas
roda |
Kedalaman
grooved wear per bulan (mm) |
||
|
Roda
4 kereta 4 |
2,673 |
2,690 |
2,769 |
|
Roda
5 kereta 4 |
- |
1,805 |
2,114 |
|
Roda
5 kereta 5 |
- |
1,959 |
2,204 |
Terdapat penambahan keausan pada
roda kereta, kedalaman grooved wear dalam waktu tertentu. Kedalaman grooved wear pada roda kereta semakin
lama semakin meningkat, dikhawatirkan terjadi hal yang tidak diinginkan. Dari data tersebut membuktikan adanya keausan
roda yang tidak wajar di titik yang sama, dimana titik tersebut merupakan
kontak antara roda dengan ujung dari komposit brake shoe. Berikut
merupakan gambar brake shoe baru (A) dibandingkan dengan brake shoe
yang menyebabkan grooved wear (B).
Gambar 2. Brake Shoe
B. Hasil Perhitungan Pengujian Kekerasan
Berikut ini hasil
dari perhitungan kekerasan pada brake shoe.
Dengan menggunakan rumus perhitungan VHN seperti diatas hasil
dari pengujian beberapa spesimen dengan menggunakan alat uji kekerasan vickers
dapat dilihat pada tabel 2
Tabel 2 Hasil Pengujian Vickers Hardness
|
No |
Spesimen
Uji |
Temperature (�C) |
Waktu
(menit) |
(P)
Beban |
d1(μmm) |
d2
(μmm) |
VHN |
|
1 |
1 |
200 |
1 |
0,2 |
36,23 |
36,33 |
281,77 |
|
2 |
2 |
200 |
2 |
0,2 |
35,88 |
35,74 |
289,22 |
|
3 |
3 |
200 |
3 |
0,2 |
35,12 |
35,31 |
299,07 |
|
4 |
1� |
400 |
1 |
0,2 |
31,13 |
30,33 |
392,74 |
|
5 |
2� |
400 |
2 |
0,2 |
29,64 |
29,97 |
417,50 |
|
6 |
3� |
400 |
3 |
0,2 |
29,12 |
28,92 |
440,39 |
|
7 |
1� |
600 |
1 |
0,2 |
27,14 |
26,74 |
511,02 |
|
8 |
2� |
600 |
2 |
0,2 |
26,55 |
26,14 |
534,36 |
|
9 |
3� |
600 |
3 |
0,2 |
26,11 |
25,64 |
553,95 |
|
10 |
T1 |
Tanpa
pemanasan |
- |
0,2 |
20,25 |
20,54 |
891,63 |
|
11 |
T2 |
Tanpa
pemanasan |
- |
0,2 |
39,41 |
38,62 |
243,65 |
Dari Tabel 2 diatas, variabel pertama yang digunakan adalah
temperature sebesar 200�C dengan
dipanaskan dengan rentan waktu 1 menit, 2 menit dan 3 menit. Hasil spesimen
menunjukkan semakin lama waktu pemanasan maka semakin besar VHN.
Terlihat dari waktu pemanasan 1 menit menghasilkan kekerasan sebesar 281,77VHN, 2 menit menghasilkan 289,22VHN,
dan 3 menit menghasilkan 299,07VHN. Waktu pemanasan berpengaruh pada VHN,
semakin lama waktu pemanasan semakin besar pula kekerasan spesimen. Hal
tersebut berlaku pada variabel temperature, semakin besar temperature
yang diberi akan menghasilkan VHN yang semakin besar. Kekerasan pada material dapat mempengaruhi ketahanan aus suatu komponen yang saling bergesekan, dalam hal ini
roda dengan brake shoe. Material Roda yang keras seharusnya memiliki ketahan aus yang lebih baik dari pada material brake shoe yang lunak.
C. Hasil Uji Struktur Mikro
Berikut daftar hasil pengujian
struktur mikro pada table 3
Tabel
3 Hasil Pengujian Struktur Mikro
|
Temperature |
Waktu (menit) |
Struktur Mikro |
|
200�C |
1 |
|
|
2 |
|
|
|
3 |
|
|
|
400�C |
1 |
|
|
2 |
|
|
|
3 |
|
|
|
600�C |
1 |
|
|
2 |
|
|
|
3 |
|
|
|
Tanpa Dilakukan pemanasan |
|
|
Struktur mikro yang diperoleh dari hasil pemotretan menghasilkan batas butir yang jelas. Pada struktur mikro brake shoe terlihat serpihan graphite yang berwarna gelap dan tersebar merata dari gambar diatas. Semakin banyak graphite yang terdapat pada brake shoe semakin lunak komponen tersebut. Sedangkan iron terlihat seperti gambar diatas. Iron yang terdapat pada brake shoe berfungsi untuk meratakan keausan keausan yang terjadi pada roda.
Berdasarkan dari hasil analisa data serta
kajian pada brake shoe kereta MRT
Jakarta maka dapat disimpulkan:
Struktur mikro yang
diperoleh dari hasil pemotretan menghasilkan batas butir yang jelas. Pada
struktur mikro brake shoe terlihat serpihan graphite yang
berwarna gelap jelas dan tersebar merata. graphite berpengaruh terhadap
kekerasan pada material brake shoe tersebut. Terdapat keausan pada roda kereta MRT Jakarta atau grooved wear dari
bulan November � Januari mengalami pengurangan maksimal 0,309 mm. Dari data tersebut membuktikan adanya keausan
roda yang tidak wajar di titik yang sama, dimana titik tersebut merupakan
kontak antara permukaan roda dengan ujung dari komposit brake shoe. Akibat
dari grooved wear pada roda dapat memperpendek umur dari roda dan
keselamatan jalan dari kereta jadi tidak aman.
Temperature dan lama waktu pemanasan
berpengaruh terhadap kekerasan benda. Terlihat
dari waktu pemanasan 1 menit menghasilkan kekerasan sebesar 281,77VHN, 2 menit menghasilkan 289,22VHN, dan 3 menit
menghasilkan 299,07VHN, dan titik pengujian pada posisi ujung dari brake
shoe lebih besar kekerasannya dari pada sisi tengah.
Bibliografi
Alfaris, A., Muhardono, & Ryanto, A. H. (2013).
Pengoptimalan Perawatan Kereta Untuk Meminimalkan Keterlambatan Perawatan di
Balai Yasa Manggarai. Journal of Chemical Information and Modeling, 53(9),
1689�1699. https://doi.org/10.1017/CBO9781107415324.004
Aminur, Hasbi, M., & Gunawan, Y. (2015). Proses
Pembuatan Biokomposit Polimer Serat Untuk Aplikasi Kampas Rem. Seminar
Nasional Sains Dan Teknologi, (November 2015), 1�7.
Auciello, J., Ignesti, M., Malvezzi, M., Meli, E.,
& Rindi, A. (2012). Development and validation of a wear model for the
analysis of the wheel profile evolution in railway vehicles. Vehicle System
Dynamics, 50(11), 1707�1734.
https://doi.org/10.1080/00423114.2012.695021
Dieter, G. E. (2011). Mechanical metallurgy. In Mechanical
metallurgy. https://doi.org/10.5962/bhl.title.35895
Faccoli, M., Ghidini, A., & Mazz�, A. (2019).
Changes in the Microstructure and Mechanical Properties of Railway Wheel Steels
as a Result of the Thermal Load Caused by Shoe Braking. Metallurgical and
Materials Transactions A: Physical Metallurgy and Materials Science, 50(4),
1701�1714. https://doi.org/10.1007/s11661-019-05135-x
Gerlici, J., Lack, T., & Haru�inec, J. (2014).
Rail Vehicles Wheels and Brake Blocks. Prace Naukowe Politechniki
Warszawskiej, 101(2), 21�32.
Hamdaoui, A., & Jaddi, E. H. (2018). Effects of
the brake shoe friction material on the railway wheel damage. MATEC Web of
Conferences, 149, 1�4.
https://doi.org/10.1051/matecconf/201714901090
Handa, K., Kimura, Y., & Mishima, Y. (2010).
Surface cracks initiation on carbon steel railway wheels under concurrent load
of continuous rolling contact and cyclic frictional heat. Wear, 268(1),
50�58. https://doi.org/10.1016/j.wear.2009.06.029
Hossein Nia, S., Casanueva, C., & Stichel, S.
(2015). Prediction of RCF and wear evolution of iron-ore locomotive wheels. Wear,
338�339, 62�72. https://doi.org/10.1016/j.wear.2015.05.015
Iwnicki, S. (2006). Handbook of railway vehicle
dynamics. In Handbook of Railway Vehicle Dynamics.
https://doi.org/10.1201/9781420004892
Kadir, A. (2006). Tranportasi : Peran dan
Dampaknya Dalam Pertumbuhan Ekonomi Nasional. Jurnal Perencanaan Dan
Pengembangan Wilayah Wahana Hijau, 1(3), 121�131.
Khurmi, R. S., & Gupta, J. K. (2005). A Textbook
of Machine Design (S.I. Units). In Eurasia Publishing House (PVT.) LTD.
https://doi.org/10.1111/j.1537-2995.2005.00659.x
Olofsson, U. (2011). A study of airborne wear
particles generated from the train traffic-Block braking simulation in a
pin-on-disc machine. Wear, 271(1�2), 86�91. https://doi.org/10.1016/j.wear.2010.10.016
Sukmana, A. D., & Rahardjo, B. (2014). Perencanaan
jalur ganda kereta api surabaya - krian. 1(1), 1�5.
Wang, W. J., Wang, F., Gu, K. K., Ding, H. H., Wang,
H. Y., Guo, J., � Zhu, M. H. (2015). Investigation on braking tribological
properties of metro brake shoe materials. Wear, 330�331,
498�506. https://doi.org/10.1016/j.wear.2015.01.057
Wibowo, A. N. F. A. (2020). Collaborative Governance
Dalam Pelayanan Transportasi Publik (Study BRT Trans Semarang). Syntax
Literate; Jurnal Ilmiah Indonesia, 5(3), 1�18.