ANALISA KEKUATAN KONSTRUKSI SUSPENSI BOGIE NT 11 (K5) PADA GERBONG KERETA API

TUGAS METODOLOGI PENELITIAN PROPOSAL PENELITIAN “ANALISA KEKUATAN KONSTRUKSI SUSPENSI BOGIE  NT 11 (K5) PADA PADA GERBONG KERETA API”

Disusun oleh:  Nama

: Andar Kusuma Zulyanto

 NPM

: (3331090619)

Jurusan

: Teknik Mesin

Dosen

: DR, Ni Ketut Caturwati, ST., MT

JURUSAN JURUSAN MESIN MESIN - FAKULTAS FAKULTAS TEKNIK  TEKNIK  UNIVERSITAS SULTAN AGENG TIRTAYASA CILEGON-BANTEN 2012 0

ABSTRAK 

Dalam perkembangannya ada beberapa jenis konstruksi suspensi kereta api atau disebut boogie kenyamanan penumpang dan keselamatan kereta banyak  dipengaruhi oleh konstruksi suspensi baik pada gerbong maupun lokomotif. Pada dasarnya suspensi kereta dapat menggunakan suspensi berupa pegas keong maupun  pegas daun, ada beberapa jenis boogie yang banyak banyak digunakan, yaitu:

1) Bogie Pennsylvania (K2) 2) Bogie Cradle (K3) 3) Bogie SIG atau NT.504 (K4) 4. Bogie NT 11 (K5) 5. Bogie Ferrostahl (K6) 6. Bogie Gorlitz (K7) 7. Bogie NT 60 (K8) 8. Bogie Bolsterless (K9)

Boogie NT11 (K5), adalah boogie yang paling banyak digunakan oleh kereta api di indonesia, hal ini yang menarik penulis untuk nelakukan penelitian mengenai kostruksi suspensi dari boogie tersebut. Karena tentu PT KAI, sebagai operator  tunggal kereta api di Indonesia, memiliki alasan mengapa lebih banyak armada kereta yang menggu menggunakan nakan boogie boogie tipe ini. Tentu konstruk konstruksi si boogie harus harus memenuhi memenuhi  persyaratan kelayakan dan keamanan, yang meliputi kekuatan konstruksi, suspensi, maupun, kecocokan spesifikasi disesuaikan dengan tipe rel yang ada di Indonesia Dari hasil penelitian maka dapat disimpulkan berapa kekuatan konstruksi  boogie dan suspensinya, s uspensinya, umur pakai ideal, efektifitas produksi dan perawatan, serta kondisi ideal operasionalnya, dari hal tersebut maka dapat disimpulkan apakah  boogie tersebut memang layak digunakan di Indonesia Indonesia atau tidak.

1

PENDAHULUAN 1. Lata Latarr Bel Belak akan ang g Kereta api adalah salah satu moda angkutan massal yang paling populer di seluruh penjuru dunia, bahkan di eropa moda transportasi ini menjadi moda trasportasi trasportasi favorit favorit

selain transportasi transportasi penerbangan penerbangan,, karena kemampuannya kemampuannya yang

dapat mengangkut penumpang dalam jumlah besar dengan waktu tempuh yang relatif singkat. Salah satu komponen penting dari kereta adalah boogie, atau konstruksi suspensi dan roda kereta, ada berbagai macam boogie yang digunakan oleh kereta api, tetapi yang menjadi obyek penelitian adalah boogie tipe NT 11 (K5), karena lebih dari separuh populasi kereta di Indonesia, menggunakan boogie tipe ini, tentu ada alasan kuat mengapa PT KAI, selaku operator tunggal kereta api di Indonesia, memilih menggunakan boogie tipe ini, baik dari sisi kekuatan konstruksi, suspensi, maupun efektivitas dari sisi produksi produksi maupun perawatan.

2. Rumu Rumusa san n Masa Masala lah h Permasalahan yang akan diteliti meliputi 1. Kekuat Kekuatan an konst konstruk ruksi si boogi boogiee NT 11 11 (K5). (K5). 2. Desain Desain kostru kostruksi ksi suspens suspensii boogi boogie. e. 3. Proses Proses produk produksi si dan perawat perawatan. an. 4. Keku Kekuata atan n komp kompon onen en pega pegass dan por poros os.. 5. Kond Kondisi isi ope operas rasio iona nall ideal ideal.. 6. Kondis Kondisii oper operasio asional nal dilapa dilapanga ngan. n.

2

3. Bata Batasa san n Masa Masala lah h Panelitian ini hanya akan meneliti tentang: 1. Gaya-g Gaya-gaya aya yang yang terjad terjadii pada pada boog boogie ie 2. Kekuat Kekuatan an materia materiall yang digu digunak nakan an pada pada boogie. boogie. 3. Perhitungan Perhitungan batas ketahana ketahanan n dan umur pakai ideal boogie boogie.. 4. Proses Proses produ produksi ksi dan dan peraw perawatan atan boogie boogie..

4. Tuju Tujuan an Pene Peneli liti tian an Tujuan penelitian ini adalah: 1. Menent Menentuka ukan n gaya-g gaya-gaya aya yang yang terjad terjadii pada pada boog boogie. ie. 2. Menent Menentuka ukan n batas batas ketah ketahana anan n dan dan umur umur pakai pakai boogie boogie.. 3. Memberikan Memberikan rekomen rekomendasi dasi dari dari hasil hasil penelitian penelitian untuk untuk diaplikasikan diaplikasikan..

3

LANDASAN TEORI 1. Fung Fungsi si Boo Boogie Bogie pada sarana perkeretaapian mempunyai fungsi masing-masing sesuai dengan kegunaannya, mulai dari angkutan penumpang, angkutan barang hingga waktu tempuh yang yang akan di capai oleh kereta tersebut. Berikut fungsi secara umum dari bogie. Meningkatkan kapasitas muat Suatu kereta/gerbong yang menggunakan  bogie mempunyai kapasitas muat 2 kali lipat atau lebih dibandingkan dengan kereta/gerbon kereta/gerbong g dua gandar. gandar. Dengan demikian demikian daya angkutanya angkutanya meningkat, meningkat, yaitu  jumlah penumpang untuk kereta dan tonase untuk gerbong barang. Terlebih lagi apabila apabila

digun digunakan akan

sistem sistem

duo duo

bogie bogie

[8

gandar gandar]. ].

Pada Pada

gerbong gerbong

barang barang

maka daya muatnya akan meningkat menjadi 4 kali lipat. Memudahkan perjalanan melalui tikungan. tikungan. Kebutuhan Kebutuhan angkutan angkutan penumpang penumpang memerllukan memerllukan kapasitas kapasitas tempat duduk yang besar pada kereta, KRL, dan KRD ; kebutuhan angkutan barang dengan volume besar serta meningkatnya daya pada lokomotif akan mengharuskan sarana tersebut dibuat lebih panjang. Dengan adanya konstruksi bogie, maka kendaraan yang panjang akan mudah pada waktu melalui tikungan, karena adanya sumbu tempat berputar antara bogie dan body, yang disebut pivot. Demikian juga pada waktu sarana melalui wesel untuk berpindah jalur bogie akan berputar terhadap body sesuai dengan radiuslengkung jalan rel yang di lewati. Meningkatkan kecepatan dan kenyamanan kendaraan. Konstruksi bogie memungkinkan pemakaian/pemasangan susunan susunan pegas yang lebih banyak banyak antara roda dan rangka bogie bogie serta antara bogie dengan body[badan] sarana kereta api. Dengan adanya pemasangan pegas yang lebih  banyak maka kenyamanan akan meningkat, dengan demikian kecepatan kereta api  juga dapat ditingkatkan. Pemegasan pada bogie. Pada umumnya sistem pemegasan sarana ber-bogie yang terdiri dari sistem pemegasan primer dari sistem pemegasan sekunder lebih sempurna dibandingkan dengan kendaraan rel tanpa bogie[bergandar  dua] yang hanya mempunyai satu tingkat pemegasan saja. Pemegasan yang dimaksud adalah terdiri dari pegas dan peredam. Pegas dapat berupa pegas ulir,  pegas daun [leaf spring], pegas torsi [torsion [ torsion spring], pegas karet [rubber spring] atau  pegas udara [air spring] sedangkan peredam dapat berupa peredam hidraulis atau  peredam gesek. 4

o Sistem pemegasan Primer Yang dimaksud dengan sistem pemegasan primer adalah  pemegasan antara perangkat roda dan rangka bogie. Fungsi dari sistem pemegasan  primer adalah untuk menampung kejutan-kejutan, gaya-gaya impak langsung akibat ketidak rataan rel, sambungan rel, wesel dan gangguan lain, karena perangkat roda adalah

bagian

yang

langsung

berinteraksi

dengan

jalan

rel[track].

Pada pemegasan primer terdapat alas pembatas gerak[stooper]yang di usahakan dalam tingkat desain agar tidak saling bersentuhan. Namun bila terjadi gaya impak  yang berlebihan atau ketidakrataan yang berlebihan[overload]dari yang direncanakan maka alat pembatas bisa saling bersentuhan. o Sistem pemegasan Sekunder. Sistem pemegasan sekunder, adalah sistem  pemegasan antara badan kendaraan dengan rangka bogie. Pemegasan sekunder   berperan penting dalam menentukan kualitas kenyamanan sarana, disamping dilengkapi oleh pemegasan primer. Pada sistem pemegasan sekunder dilengkapi dengan peredam kejut baik pada arah vertikal maupun arah leteral. Gangguangangguan dari ketidakrataan rel, kejutan-kejutan, impak, gerakan, dan gaya-gaya di tikungan, serta gerakan sinusoida[snake motion] pada jalan lurus akan diredam oleh sistem pemegasan sekunder untuk kemudian baru dirasakan oleh badan kendaraan. Walaupun demikian, bila gaya impak atau ketidakrataa n rel yang dapat menimbulkan  beban berlebih[overload]

dari

yang direncanakan,

sehingga berakibat

alas

 pembatas[stooper baja] bersentuhan. Meskipun demikian menyentuhnya stooper  harus diusahakan sejarang mungkin. Selain dari sistem pemegasan, maka gangguan  juga dapat diatasi konstruksi ayunan, konstruksi pendulum atau konstruksi tilting

2. Jen Jenis – jeni jeniss bogi bogiee a.)

Bogie Pennsylvania (K2)

Bogie ini sudah hampir punah, pernah digunakan pada kereta kelas 3 (K3) dan kereta bagasi (B) yang dibuat sekitar tahun 1954. Bogie ini merupakan satu-satunya jenis bogie yang menggunakan batang penghubung antara periuk  gandar yang satu dengan yang lainnya. Pegas primer menggunakan pegas ulir  sedangkan pegas sekunder menggunakan pegas daun, tanpa dilengkapi  peredam kejut ( shock  shock absorber ) 5

b) Bogie Cradle (K3)

Bogie ini juga sudah hampir punah, masih ada pada kereta ukur DINW-1 atau U-25301 buatan tahun 1925 yang telah mengalami modifikasi dari plain  bearing menjadi menja di roller bearing , dan sekarang berada di BY MRI. Selain itu, KA Inspeksi Divre I Sumatra Utara juga menggunakan bogie Cradle. Pegas  primer dikombinasikan dengan pegas ulir, sedangkan pegas sekunder  menggunan

pegas

daun

tanpa

dilengkapi

peredam

kejut.

c) Bogie SIG atau NT.504 (K4)

Digunakan pada kereta penumpang kelas 3 (K3) dan populasinya tinggal sedikit, yaitu pada pada kereta buatan tahun 1963/1964. Pegas primer pada bogie ini adalah pegas ulir yang dilengkapi peredam kejut yang berfungsi juga sebagai

pengarah

gandar

(axle (a

guide),

sedangkan

pegas

sekunder 

menggunakan pegas torsi tanpa peredam kejut. d) Bogie NT 11 (K5)

Bogie NT 11 adalah bogie dengan populasi terbanyak di Indonesia, dan digunakan pada kereta eksekutif, bisnis dan ekonomi. Bogie ini mengunakan  pegas ulir sebagai primer maupun sekunder, yang dilengkapi dengan peredam kejut

arah

vertikal

pada

pemegasan

sekunder.

Kereta-kereta

yang

menggunakan bogie NT 11 diproduksi oleh berbagai pabrik Yugoslavia, Hongaria, Jepang, PT. INKA (Indonesia). Selama ini dinilai bahwa bogie NT 11 merupakan jenis bogie yang paling sesuai dengan kondisi jalan rel di Indonesia. Kereta-kereta baru dari PT INKA seperti Gajayana, Harina, Argo Gede, dan kereta kelas 3 mengggunakan bogie K5 yang sepenuhnya dirancang dan dibat PT INKA yaitu TB 398 ( Triler Bogie desain K3 tahun 1998).

6

e) Bogie Ferrostahl (K6)

Bogie Ferrostahl digunakan pada kereta kelas 3 dan kereta makan kelas 3 (KM 3) dengan populasi tinggal sedikit, dibuat pada 1965/1966 di Jerman. Pegas primer pada bogie ini menggunakan pegas ulir dan pegas sekunder  adalah pegas daun tanpa dilengkapi peredam kejut.

f) Bogie Gorlitz (K7)

Bogie Gorlitz digunakan pada kereta eksekutif, bisnis, maupun ekonomi dengan populasinya yang tidak begitu banyak. Pegas primer aupun sekunder  menggunakan pegas ulir dan dilengkapi dengan peredam kejut arah vertikal dan lateral. Bogie Gorlitz merupakan bogie yang tidak mengunakan pelat gesek sebagai pengarah pengarah periuk periuk gandar. g) Bogie NT 60 (K8) (K8)

Bogie NT 60 adalah bogie generasi baru yang dibuat PT INKA untuk kereta kelas eksekutif, bisnis, dan ekonomi. Pegas primer menggunakan pegas karet (connical rubber bonded ) dan pegas sekunder menggunakan pegas ulir yang dilengkapi peredam kejut. Bogie NT 60 merupakan bogie pertama, tanpa menggunakan pelat gesek pada pengarah gandar maupun batang ayun. h) Bogie Bolsterless (K9)

Bogie Bolsterless adalah bogie generasi terbaru pada kereta penumpang yang dibuat pada tahun 1997 untuk kelas eksekutif Kereta pada KA Argo Bromo Anggrek, Argo Muria, dan Argo Sindoro. Pada bogie ini digunakan pegas karet konus sebagai primer dan pegas udara (Air Spring) sebagai pegas sekunder dilengkap dengan peredam kejut dan anti roll device.

7

Gambar 1. Bogie tipe NT11 (K5)

Gambar 2. Bogie K5 terpasang pada gerbong penumpang

8

Dari data spesifikasi pegas ulir bogie luar:



Keting Ketinggian gian pegas pegas tersebu tersebutt dalam dalam keadaa keadaan n tanpa tanpa beban, beban, lo yaitu yaitu 361 mm atau sama sama

dengan dengan tinggi pegas diblok, diblok, lb ditambah ditambah defleksi maksimum, maksimum, f ditambah ditambah jarak antar  lilitan pagas yang berdekatan (0,1 dikali jumlah total lilitan pegas ,n’ dikurangi satu). 

Ketinggian pada saat pemas emasan ang gan pada ada bogie kereta eta, lp atau tau diseb sebut pula tinggi

 presetting adalah sebesar 285 mm dengan beban presetting 2280 Kg, Pemberian  beban presetting ini dapat meningkatkan batas elastis sehingga akan meningkatkan  pula kapasitas beban yang dapat diterimanya. Ketinggian Keti nggian pegas ulir bogie luar yang diizinkan diizinkan pada saat operasi kerjanya, kerjanya, li adalah 259 mm dengan beban maksimum maksimum yang diizinkan 3078 Kg. 

Keting Ketinggian gian jika jika antar antar lilitan lilitan pegas pegas tersebu tersebutt saling bersen bersentuh tuhan an atau disebu disebutt tinggi

diblok, lb adalah 205,2 mm atau sama dengan diameter kawat pegas,d dikali jumlah total lilitan pegas, n’ , dengan beban 4672 Kg.



Kons Konstan tanta ta pega pegasn snya ya,, C2 yaitu yaitu sebesa sebesarr 30 Kg/m Kg/mm m yang yang merup merupak akan an nilai nilai dari

 perbandingan beban, F terhadap defleksi, f .



Kekuata Kekuatan n geser geser luluh, luluh, τ y sebesar 82,5 Kg/mm2 atau mempunyai kekuatan luluh,

σy



sebesar 165 Kg/mm2.

Tegang Tegangan an geser, geser, τ yang bekerja pada pegas ulir tersebut

 pada berbagai ketinggian pegas. Tegangan geser tersebut merupakan tegangan geser  total dari penjumlahan tegangan geser yang ditimbulkan akibat momen puntir yang  bekerja pada pegas ulir tersebut, τ 1 ditambah tegangan geser yang ditimbulkan akibat pembebanan, τ 2 τ = τ1+ τ 2

= 8FD3 / Πd3+ 4F /

Πd

= 8FD / Π d3 ( 1 + d / 2D ) = 8FD / Π d3( 1 + 1 / 2m )

9

dimana, m adalah indeks pegas atau perbandingan diameter rata-rata lilitan pegas, D dan diameter kawat pegas, d . 

Indek ndekss pega pegas, s, m dari dari pega pegass ulir ulir bogi bogiee luar luar ters terseb ebut ut adal adalah ah sebe sebesa sarr 6,1 6,1 nila nilaii inde indeks ks  pegas tersebut akan sangat berhubungan dengan nilai nilai faktor koreksi tegangan Wahl, yaitu: k = 4m-1 / 4m-4 + 0,615 / m sehingga, tegangan geser yang bekerja pada pegas ulir dapat ditulis: τ = 8FD / Π d. k 

 persamaan diatas telah memperhitungkan efek tegangan geser langsung yang terjadi  pada kedua sisi lilitan pegas. Selain dari pada itu, indeks pegas akan berhubungan berhubungan  pula dengan tahapan proses dalam pembuatan pegas tersebut.

Gambar 3. Pegas kompresi pada bogie

Gambar 4. Diagram gaya saat kereta menikung 10

Contoh perhitungan poros

11

METODOLOGI

Tahapan penelitian penelitian yang akan dilakukan dilakukan adalah: 1. Peng Pengum umpu pulan lan data data melip meliput uti: i: a.

Studi Studi pustaka, pustaka, yaitu yaitu mencari mencari bahan rujukan rujukan yang yang sesuai dengan dengan obyek  obyek   penelitian yaitu tentang konstruksi susupensi bogie kereta api.

 b.

Riset lapangan, meliputi pengambilan data langsung dapat dilakukan di PT KAI, sebagai operator, maupun di PT INKA, sebagai produsen bogie jenis  NT11 (K5)

c.

Wawanca Wawancara ra maupun maupun disk diskusi usi denga dengan n dosen dosen maupun maupun tenag tenagaa ahli yang yang lebih lebih mengetahui tentang judul yang sedang diteliti.

2. Peng Pengol olah ahan an dat dataa melip meliput uti: i: a. Melakukan Melakukan kalkula kalkulasi si dari data data teknis teknis yang telah didapat didapat sebelumny sebelumnya, a, meliputi meliputi kalkulasi sistem pegas, kekuatan material, gaya-gaya yang terjadi dan faktor  keamanan serta keselamatan yang patut dicermati.  b. Konsultasi dengan dosen maupun tenaga ahli. c. Menganalisis Menganalisis data hasil hasil penelitian penelitian dan dan menyimpulk menyimpulkan an poin-p poin-poin oin penting penting yang yang didapat, serta memberikan rekomendasi yang sesuai dengan hasil penelitian. 3. Publ Publik ikas asii hasil hasil pen peneli elitia tian n

12

JADWAL KEGIATAN

kegiatan Pengumpulan data Pengolahan data Penyusunan kesimpulan dan  pemeriksaan kembali  publikasi waktu

Minggu 1

Minggu 2

13

Minggu 3

Minggu 4

Minggu 5

DAFTAR PUSTAKA

E.P,Popov, Mekanika E.P,Popov, Mekanika Teknik , Jakarta: Erlangga, 1989 www.gm-marka.web.id www.inka.co.id http://riandito.wordpress.com/

14