0

TUGAS METODOLOGI PENELITIAN

PROPOSAL PENELITIAN

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

Disusun oleh:

Nama : Andar Kusuma Zulyanto

NPM : (3331090619)

Jurusan : Teknik Mesin

Dosen : DR, Ni Ketut Caturwati, ST., MT

JURUSAN MESIN - FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SULTAN AGENG TIRTAYASA

CILEGON-BANTEN

2012

1

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 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 menggunakan boogie tipe ini. Tentu konstruksi boogie harus 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, 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 atau tidak.

2

PENDAHULUAN

1. Latar Belakang

Kereta api adalah salah satu moda angkutan massal yang paling populer di

seluruh penjuru dunia, bahkan di eropa moda transportasi ini menjadi moda

trasportasi favorit selain transportasi penerbangan, karena 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 maupun perawatan.

2. Rumusan Masalah

Permasalahan yang akan diteliti meliputi

1. Kekuatan konstruksi boogie NT 11 (K5).

2. Desain kostruksi suspensi boogie.

3. Proses produksi dan perawatan.

4. Kekuatan komponen pegas dan poros.

5. Kondisi operasional ideal.

6. Kondisi operasional dilapangan.

3

3. Batasan Masalah

Panelitian ini hanya akan meneliti tentang:

1. Gaya-gaya yang terjadi pada boogie

2. Kekuatan material yang digunakan pada boogie.

3. Perhitungan batas ketahanan dan umur pakai ideal boogie.

4. Proses produksi dan perawatan boogie.

4. Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah:

1. Menentukan gaya-gaya yang terjadi pada boogie.

2. Menentukan batas ketahanan dan umur pakai boogie.

3. Memberikan rekomendasi dari hasil penelitian untuk diaplikasikan.

4

LANDASAN TEORI

1. Fungsi Boogie

Bogie pada sarana perkeretaapian mempunyai fungsi masing-masing sesuai

dengan kegunaannya, mulai dari angkutan penumpang, angkutan barang hingga

waktu tempuh 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/gerbong dua gandar. Dengan demikian daya angkutanya meningkat, yaitu

jumlah penumpang untuk kereta dan tonase untuk gerbong barang. Terlebih lagi

apabila digunakan sistem duo bogie [8 gandar]. Pada gerbong barang

maka daya muatnya akan meningkat menjadi 4 kali lipat. Memudahkan perjalanan

melalui tikungan. Kebutuhan angkutan penumpang memerllukan 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 pegas yang lebih banyak antara roda dan rangka 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 spring], pegas karet [rubber spring] atau

pegas udara [air spring] sedangkan peredam dapat berupa peredam hidraulis atau

peredam gesek.

5

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. Gangguan-

gangguan 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 ketidakrataan 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. Jenis – jenis bogie

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 absorber)

6

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 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 kereta buatan tahun 1963/1964. Pegas primer pada bogie

ini adalah pegas ulir yang dilengkapi peredam kejut yang berfungsi juga

sebagai pengarah gandar (axle 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).

7

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 periuk gandar.

g) Bogie NT 60 (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.

8

Gambar 1. Bogie tipe NT11 (K5)

Gambar 2. Bogie K5 terpasang pada gerbong penumpang

9

Dari data spesifikasi pegas ulir bogie luar:

� Ketinggian pegas tersebut dalam keadaan tanpa beban, lo yaitu 361 mm atau sama

dengan tinggi pegas diblok, lb ditambah defleksi maksimum, f ditambah jarak antar

lilitan pagas yang berdekatan (0,1 dikali jumlah total lilitan pegas ,n’ dikurangi satu).

� Ketinggian pada saat pemasangan pada bogie kereta, lp atau disebut 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 pegas ulir bogie luar yang

diizinkan pada saat operasi kerjanya, li adalah 259 mm dengan beban maksimum

yang diizinkan 3078 Kg.

� Ketinggian jika antar lilitan pegas tersebut saling bersentuhan atau disebut tinggi

diblok, lb adalah 205,2 mm atau sama dengan diameter kawat pegas,d dikali jumlah

total lilitan pegas, n’ , dengan beban 4672 Kg.

� Konstanta pegasnya, C2 yaitu sebesar 30 Kg/mm yang merupakan nilai dari

perbandingan beban, F terhadap defleksi, f .

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

σy sebesar 165 Kg/mm2.

� Tegangan 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 )

10

dimana, m adalah indeks pegas atau perbandingan diameter rata-rata lilitan pegas, D

dan diameter kawat pegas, d .

� Indeks pegas, m dari pegas ulir bogie luar tersebut adalah sebesar 6,1 nilai indekspegas tersebut akan sangat berhubungan dengan nilai faktor koreksi tegangan Wahl, yaitu: k = 4m-1 / 4m-4 + 0,615 / msehingga, tegangan geser yang bekerja pada pegas ulir dapat ditulis:

τ = 8FD / Π d. kpersamaan diatas telah memperhitungkan efek tegangan geser langsung yang terjadi pada kedua sisi lilitan pegas. Selain dari pada itu, indeks pegas akan berhubungan pula dengan tahapan proses dalam pembuatan pegas tersebut.

Gambar 3. Pegas kompresi pada bogie

Gambar 4. Diagram gaya saat kereta menikung

11

Contoh perhitungan poros

12

METODOLOGI

Tahapan penelitian yang akan dilakukan adalah:

1. Pengumpulan data meliputi:

a. Studi pustaka, yaitu mencari bahan rujukan yang sesuai dengan 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. Wawancara maupun diskusi dengan dosen maupun tenaga ahli yang lebih

mengetahui tentang judul yang sedang diteliti.

2. Pengolahan data meliputi:

a. Melakukan kalkulasi dari data teknis yang telah didapat sebelumnya, 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 data hasil penelitian dan menyimpulkan poin-poin penting yang

didapat, serta memberikan rekomendasi yang sesuai dengan hasil penelitian.

3. Publikasi hasil penelitian

13

JADWAL KEGIATAN

kegiatan

Pengumpulan data

Pengolahan data

Penyusunan kesimpulan dan pemeriksaan kembali

publikasi

waktu Minggu 1 Minggu 2 Minggu 3 Minggu 4 Minggu 5

14

DAFTAR PUSTAKA

E.P,Popov, Mekanika Teknik, Jakarta: Erlangga, 1989

www.gm-marka.web.id

www.inka.co.id

http://riandito.wordpress.com/