Perancangan Kampas Rem Beralur dalam Usaha Meningkatkan

Kinerja serta Umur dari Kampas Rem

L u b i

Jurusan Teknik Mesin FTI-ITS Surabaya

Abstrak

Kendaraan adalah merupakan salah satu media atau sarana transportasi bagi manusia dan

barang. Keamanan merupakan faktor terpenting bagi keselamatan penumpang, dimana

pengereman adalah salah satu hal yang mendukung keamanan pengendara.

Kampas rem sebagai salah satu komponen dalam sistem rem secara keseluruhan

.memegangperanan penting, hal ini disebabkan kampas rem itulah yang secara langsung

bergesekan dengan bagian yang berputar dalam hal ini drum (dalam sistem tromol) atau disk

(dalam sistem cakram).

Secara umum, kampas rem yang ada di pasaran tidak diberikan alur. Sehingga studi ini

dilakukan untuk melihat pengaruh penambahan alur pada kampas rem 'brake shoe' (sistem tromol),

dimana penambahan alur tersebut dimaksudkan agar permukaan perpindahan panas menjadi

bertambah (sebagai 'fins’) disamping memungkinkan adanya aliran udara melalui alur.

Metode yang dipakai adalah uji 'comparative', dimana hasil pengamatan unluk kampas polos

dibandingkan dengan hasil pengamatan kampas modifilkasi. Sedangkan pengujian dilakukan

berdasarkan prosedur SAE J 108a.

Basilpengamatan menunjukkan bahwa kampas modifikasi mempunyai beberapa kelebihan,

yaitu pendinginan kampas lebih baik; kampas tidak cepat mengalami fading' dan kemampuan

pengereman dalam kondisi basah lebih baik.

Kata Kunci : Kampas Beralur, Kampas Modifikasi, 'Fading'.

Pendahuluan

Kendaraan merupakan alat angkut barang

dan manusia. Keamanan bagi pengendara

merupakan hal yang sangat penting, dimana

pengereman bagi kendaraan merupakan salah

satu bagian kendaraan yang mempengaruhi

keamanan. Meskipun pengereman

dikendalikan oleh pengendara, sistem

pengereman juga akan mempengaruhi dan

membantu pengendara untuk mengurangi

resiko kecelakaan karena sistem rem tidak

berfungsi dengan baik.

Sifat-sifat pengereman dipengaruhi oleh

beberapa hal seperti : kondisi jalan; koefisien

gesek ban dan jalan; koefisien gesek kampas

serta besar gaya pengereman. Karakteristik

dari kampas rem dipengaruhi oleh beberapa

hal, yaitu temperatur dan kondisi kampas itu

sendiri dimana pada temperatur yang cukup

tinggi, kampas rem dapat mengalami

penurunan dalam hal kemampuan pengereman

yang disebabkan oleh temperatur atau yang

lebih dikenal dengan istilah fade (pudar) dan

hal ini tidak diharapkan terjadi, untuk itu

terlihat adanya peluang untuk memodifikasi

salah satu elemen sistem pengereman pada

kendaraan, dalam hal ini kampas rem pada

sepeda motor, yang mana salah satunya adalah

dengan menambahkan alur pada permukaan

kampas dengan harapan adanya peningkatan.

minimal mencakup dua kriteria, yaitu ; • Kemampuan untuk menyerap energi

menjadi panas.

• Kemampuan untuk membuang/melepas

panas tersebut.

Sehingga dari studi ini diharapkan adanya

peningkatan dalam hal kemampuan

pengereman dan kemampuan untuk

membuang panas hasil gesekan antara drum

dengan kampas rem, yang tercermin dari

kenaikan temperatur kampas.

Karakteristik Pengereman

Material Kampas Persyaratan bahan untuk kampas rem,

baik untuk drum ataupun disk sangatlah sulit.

21

Jurnal Teknik Mesin, Volume 1, Nomor 1, Mei 2001 22

Disamping agar dapat memberikan koefisien

gesek yang tinggi, juga diharapkan tidak

terpengaruh oleh temperatur; tekanan;

kecepatan gesek; air; oli dan secara mekanis

harus mampu di keling atau di lem pada

sepatunya, tidak menimbulkan suara (noise)

akibat pengereman, berharga murah dan

mempunyai umur pakai yang lama. Bahan dasar kampas secara umum adalah

asbestos, dilengkapi dengan bahan inorganik

seperti: logam oksida; sulphat; dan silikat.

Semuanya dilekatkan bersama dengan berbagai

resin organik, karet dan lain-lain. Namun saat

ini banyak digunakan material sintetis dimana

semua bahan dicampur jadi satu termasuk

asbestos fibres; kawat seng dan kuningan

dengan menambahkan resin bahan pengikat.

Sehingga dengan demikian lebih mudah untuk

ditambahkan bahan lain guna meningkatkan

kemampuan dari kampas rem, yang kemudian

dikenal dengan tipe cetak (moulded tjpe).

Perilaku kampas rem terhadap temperatur

dapat menunjukkan kemampuan dari kampas

rem itu sendiri dan harga koefisien gesek (g)

yang stabil pada rentang temperatur kerjanya

merupakan suatu hal yang ideal.

Penurunan yang besar dari harga

koefisien gesek (g) pada temperatur tinggi

dapat mengakibatkan fade (pudar) dan ini

dapat menurunkan daya pengereman. Dibawah

ini dapat dilihat hubungan antara koefisien

gesek dengan temperatur kampas saat

pengereman, juga hubungan antara temperatur

dengan laju keausan. Sebagaimana tampak

pada gambar 1

Kenaikan temperatur kampas Pengereman merupakan salah satu bentuk

perubahan energi kinetik menjadi energi panas

yang tercemin dari adanya kenaikan

temperatur, baik pada kampas maupun pada

drum. Pada proses pengereman terjadi gesekan

antara kampas rem dan drum karena kedua

elemen tersebut berada pada putaran yang

berbeda, energi yang diserap dalam bentuk

panas menyebabkan adanya kenaikan

temperatur baik pada kampas atau pada drum.

Sebuah obyek yang mempunyai temperatur T1

mengalami pendinginan oleh udara sekeliling

yang mempunyai temperatur Ta, maka akan

mengikuti hubungan suatu fungsi eksponensial

sebagai berikut:

Ta-Ti = (Ta-Ti). et

mC

AU

−

( 1 )

Ta-Ti = (Ta-Ti). et

mC

AU

−

+ Ta ( 2 )

Pada gambar 3 dapat dilihat kurva yang

menggambarkan efek pengereman terhadap

kenaikan temperatur, dimana pada saat tA,

dengan temperatur Ta mengalami kenaikan

menjadi T1 akibat pengereman.

Walaupun kenaikan temperatur

memerlukan selang waktu tertentu, namun hal

tersebut diasumsikan terjadi secara singkat.

Temperatur kemudian turun mengikuti garis

ABC jika rem dilepas kecuali diikuti kembali

oleh pengereman yang berikutnya, sehingga

pada pengereman yang kedua pada saat t = tB

temperatur kembali mengalami kenaikan

Gambar 1. Hubungan Koefisien gesek dan

temperatur saat pengereman

Gambar 2. Hubungan laju keausan dengan

temeperatur

Lubi, Perancangan Kampas Rem 23

menjadi T2 dan kembali akan menurun secara

eksponensial seperti sebelumnya jika tidak

dilakukan pengereman kembali.

Efisiensi pengereman

Untuk mengetahui karakteristik dari

kemampuan pengereman pada kendaraan,

seringkali digunakan perhitungan efisiensi

pengereman. Efisiensi pengereman (breaking

efficiency) ηb adalah didefinisikan sebagai

perbandingan dari perlambatan maksimum

yang dapat dicapai dalam unit gravitasi g

sebelum terjadinya lock pada ban dengan

koefisien adhesi dari jalan µ, dan dirumuskan

sebagai berikut

ηb =µ

ga / (3)

Efisiensi pengereman mengindentifikasikan

tingkat sampai sejauh mana kendaraan

tersebut memanfaatkan koefisien adhesi jalan

yang tersedia selama pengereman.

Stopping distance Stopping distance adalah salah satu

parameter lain yang digunakan secara luas

untuk mengevaluasi kemampuan pengereman

secara keseluruhan dari kendaraan. Untuk

memperkirakan stopping distance, digunakan

prinsip-prinsip dasar dalam dinamika.

Perumusan yang menghubungkan antara

stopping distance, gaya pengereman, massa

kendaraan dan kecepatan kendaraan, dalam

bentuk persamaan differensial adalah

sebagai berikut:

Dikarenakan pada saat pengereman

dilakukan. kecenderungan pengendara adalah

menginjak kopling sehingga kopling menjadi

netral maka harga γb yang dapat didekati

dengan harga γm yang secara umum untuk

kendaraan otomotif konvensional didekati

dengan harga 1,04.

Persamaan 4 diatas dapat diintegrasikan

untuk menghitung stopping distance S dari

kecepatan awal V1, hingga kecepatan V2 yang

menghasilkan persamaan dibawah ini :

(5)

Dengan mensubtitusikan persamaan 3 ke

persamaan 5 diatas dan mengabaikan

transmition resistance, sehingga didapat :

(6)

Dengan mengganti Ra dengan Cac,V2, maka

akan didapatkan ;

dan untuk kecepatan akhir V2 = 0, maka

persamaan diatas dapat disederhanakan

menjadi :

Dimana dalam hal ini torsi pengereman yang

dihasilkan oleh sistem, rem sudah mencakup

bagian-bagian yang berputar yang

dihubungkan terhadap roda, sehingga

pengereman maksimum yang terjadi pada

bidang kontak antara ban dan jalan digunakan

Gambar 3. Pengaruh pengereman

terhadap kenaikan temperatur

(4)

(7)

(8)

Jurnal Teknik Mesin, Volume 1, Nomor 1, Mei 2001 24

untuk memperlambat/menghambat efek inersia

dalam arah translasi. Maka faktor massa γb

berharga 1 dan stopping distance minimum

Smin, dapat dirumuskan :

Prosedur Dan Hasil Pengujian

Kampas rem uji Pengujian ini dilakukan baik terhadap

kampas standar (polos) maupun kampas

modifikasi, dimana dalam hal ini dicobakan 4

buah modifikasi sebagai mana tampak pada

gambar 3. Adapun kampas rem standar dan

modifikasi ini mempunyai spesifikasi yang

sama, dalam artian bahwa kampas tersebut

berasal dari pabrik yang sama. Pada kampas modifikasi mempunyai

luasan yang lebih besar atau dengan kata lain

alur dapat dianggap sebagai fin yang sekaligus

dapat memberikan kontribusi berupa

memungkinkannya aliran udara melewati

permukaan kampas melalui alur tersebut,

dimana hal ini dapat menaikkan kemampuan

membuang panas sehingga kenaikan

temperatur kampas akibat pengereman relatif

lebih kecil. Hal ini dapat tercermin dari hasil

pengamatan yang tersajikan pada gambar -

gambar dan grafik.

Prosedur percobaan dan hasil pengujian Dengan mengacu pada prosedur standar

pengujian berdasarkan SAE J 108a yang secara

umum bertujuan untuk menguji kemampuan

sistem pengereman, disamping untuk melihat :

1. Hubungan antara perlambatan atau

stopping dengan gaya input akibat

kecepatan kendaman, temperatur kampas

clan pemakaian.

2. Karakteristik kampas rem.

3. Karakteristik drum.

Gambar 3. Modifikasi kampas rem

(9)

Lubi, Perancangan Kampas Rem 25

Ada beberapa hal yang perlu diperhatikan

dalam pengujian ini antara lain, adalah bahwa

pada setiap langkah pengujian

(diaplikasikannya gaya input pada pedal rem),

kopling harus netral atau tidak terhubungkan

dengan mesin (disengaged). Parameter yang

dicatat di dalam pengukuran adalah:

� Temperatur akhir kampas setiap

pegamatan.

� Waktu henti setiap pengamatan.

� Temperatur udara sekeliling. � Jarak henti atau stopping distance

Adapun urutan pengujian tersebut adalah

sebagai berikut :

1. Uji efektivitas pertama

Pada langkah ini bertujuan untuk

mendapatkan hubungan antara gaya input dengan perlambatan atau stopping distance

pada masing-masing kecepatan awal, dimana

kondisinya adalah

• Kecepatan awal: 30; 40; 50; 60;70

km/jam.

• Temperatur awal kampas 370 - 80

0C

2. Uji kikis

Pada uji kikis dilakukan dengan

pembebanan yang konstan dan dilakukan

hingga 100 kali, dimana dalam hal ini

pencatatan dilakukan setiap 10 kali yang yang

meliputi :

• Stopping distance.

• Temperatur awal kampas rem

• Kecepatan awal pada uji ini 50 km/jam

dengan gaya input pada pedal rem sebesar

8 kg.

a) model polos

Modifikasi 1

Modifikasi 2

Gambar 4 . Hasil uji efektifitas pertama,

kecepatan awal versus perlambatan

b) model modifikasi

Jurnal Teknik Mesin, Volume 1, Nomor 1, Mei 2001 26

3. Uji efektivitas kedua

Pada uji ini prosedurnya sama dengan uji

efektivitas pertama sehingga hal ini merupakan

pengulangan dari uji efektivitas pertama.

4. Uji pudar dan pulih pertama

Pada uji pudar ini bertujuan untuk melihat

adanya penurunan efektivitas pengereman

sementara akibat kenaikan temperatur pada

kampas rem, dimana pengamatan dilakukan

sebanyak 10 kali dengan kondisi sebagai

berikut:

• Kecepatan awal 70 km/jam.

• Temperatur awal kampas (pengamatan 1) :

650C.

• Gaya input (untuk memberikan a = 4,5

m/det2.) : 9 kg.

Setelah melakukan uji pudar diatas kemudian

kendaraan dipakai sejauh 1,6 km. Untuk

pendinginan, yang kemudian dilanjutkan

dengan uji pulih.

Pada uji pulih ini, kondisi pengujian

sama dengan uji pudar. Hanya pengamatan

dilakukan sebanyak 12 kali dan parameter yang

diamati sama, yaitu : stopping distance dan

temperatur akhir pada setiap henti. Disamping

itu juga dicatat temperatur udara sekeliling dan

waktu henti setiap pengamatan.

Gambar 6. Hasil perbandingan uji

pudar pertama

Gambar 7. Grafik perbandingan hasil uji pulih

pertama

Gambar 5. Grafik uji kikis

Lubi, Perancangan Kampas Rem 27

5. Uji kikis ulang pertama

Pada uji kikis ulang pertama ini kondisi

pengujian sama dengan uji kikis, tetapi jumlah

pengamatan yang dilakukan sebanyak 35 kali

dan parameter yang diamati sama dengan uji

kikis.

6. Uji pudar dan pulih kedua

Pada uji ini kondisi pengujian sama

dengan uji pudar dan uji pulih pertama.

7. Uji Kikis ulang kedua

Kondisi pengujian sama dengan uji kikis

ulang pertama.

8. Uji efektifitas akhir

Kondisi pengujian sama dengan uji

efektifitas pertama dan kedua

Gambar 8. Hasil perbandingan uji pudar

kedua

Gambar 10. Perbandingan Perlambatan yang

dihasilkan

Gambar 9. Hasil perbandingan uji pulih

kedua

Jurnal Teknik Mesin, Volume 1, Nomor 1, Mei 2001 28

9. Uji pulih air

Pada uji pulih air ini bertujuan untuk

mengamati efektivitas pengereman pada saat

kampas rem basah, dimana terlebih dahulu rem

dibasahi dengan air kemudian dilakukan

pengamatan dengan kondisi sebagai berikut :

• Jumlah pengamatan : 15 kali

• Kecepatan awal :40 km/jam

• Gaya input (untuk memberikan a =2,5

m/dee.) : 7 kg

5. Kesimpulan

Dari hasil pengamatan dari beberapa

Pengamatan diperoleh bahwa:

1. Penambahan alur pada kampas rem

mempunyai pengarufl yang lebih baik

terhadap karakteristik kampas, terutama

pada uji pudar dan uji pulih air, dan terjadi

penurunan pada uji efektivitas.

2. Kenaikan temperatur kampas modifikasi

relatif lebih rendah dibanding kampas

polos (standar).

3. Pada uji modifikasi 3 dan modifikasi 4

mempunyai perbedaan yang cukup berarti,

sedangkan pada uji pulih air semua

modifikasi mengalami kenaikan dimana

modifikasi 4 mengalami kenaikan

terbesar.

Referensi

[1] SAE Handbook, 1979, “Society of

Automotive Engineers Inc. 400

Commonwealth Drive”, Warrendale, Pa.

15096.

[2] Giles, J.G. “Vehicle Equipment,

Automotive Technology Series”, Vol.5.

[3] Wong LY, “Theory of Ground Vehicle”,

A.Willey Interscience Publication, John

Willey & Sons.

[4] Robinson, John, 1994, “Motorcycle

Tuning : Casis”, Second Edition, British

Library Cataloguing in Publication Data.

[5] Shigley, Joseph Edward, 1997,

“Mechanical Engineering Design”, First

Edition Mc. Graw-Hill Book Company.

[6] Deutschman, Aaron D, 1975, “Machine

Design Theory and Practice”, Macmillan

Publishing Co. Inc., New York.

Gambar 11. Perbandingan hasil uji

pulih air