Upload
truonganh
View
214
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
67
BAB V
ANALISIS PENGEMBANGAN MATERIAL DAN
DESAIN BLOK REM KOMPOSIT
Analisis dilakukan dengan membandingkan parameter komposisi modifikasi
material terhadap kekuatan mekanik dari spesimen serta koefisien gesek dari hasil
pengujian. Selain itu, analisis juga dilakukan dengan membandingkan parameter
perbedaan waktu curing terhadap kekuatan mekanik spesimen. Hal ini dilakukan
agar didapat lama waktu curing optimum berdasarkan pengujian. Kemudian,
analisis dilakukan pada desain blok rem komposit dengan atau tanpa center
groove dengan menggunakan perangkat lunak ANSYS 10. Kemudian hasil
analisis tersebut dibandingkan satu sama lain.
V.1 Analisis Modifikasi Reinforcement
Berikut ini hasil pengujian dari modifikasi reinforcement:
Tabel 5. 1 Hasil pengujian bending modifikasi reinforcement
KODE Komposisi Bahan Kekuatan Bending
(MPa) R1‐243‐1
R1 10.56
R1‐243‐2 6.65 R1‐243‐3 10.33 R2‐243‐1
R2 10.01
R2‐243‐2 10.37 R2‐243‐3 10.32 R3‐243‐1
R3 25.19
R3‐243‐2 23.12 R3‐243‐3 20.87 R4‐243‐1
R4 24.07
R4‐243‐2 21.15 R4‐243‐3 23.67 R5‐243‐1
R5
14.28
R5‐243‐2 19.64
R5‐243‐3 23.43
68
Tabel 5. 2 Hasil pengujian tekan modifikasi reinforcement
KODE Komposisi Bahan
Kekuatan Tekan (MPa)
R1‐243‐1 R1
23.41 R1‐243‐2 15.38 R1‐243‐3 22.66 R2‐243‐1
R2 17.79
R2‐243‐2 23.81 R2‐243‐3 24.57 R3‐243‐1
R3 37.92
R3‐243‐2 47.38 R3‐243‐3 38.66 R4‐243‐1
R4 38.86
R4‐243‐2 37.29 R4‐243‐3 47.32 R5‐243‐1
R5
41.59
R5‐243‐2 41.64
R5‐243‐3 54.30
Tabel 5. 3 Hasil pengujian gesek modifikasi reinforcement
KODE Komposisi Bahan μ
R1-243-1 R1
0.33 R1-243-2 0.31 R1-243-3 0.36 R2-243-1
R2 0.29
R2-243-2 0.30 R2-243-3 0.34 R3-243-1
R3 0.35
R3-243-2 0.31 R3-243-3 0.31 R4-243-1
R4 0.32
R4-243-2 0.33 R4-243-3 0.34 R5-243-1
R5 0.29
R5-243-2 0.32
R5-243-3 0.32
69
Analisis dilakukan dengan membandingkan hasil pengujian terhadap
persentase komposisi modifikasi reinforcement. Modifikasi reinforcement berupa
penggantian persentase material serat gelas dengan serabut kelapa.
Gambar 5. 1 Serat gelas (a), serabut kelapa untuk memodifikasi serat gelas (b)
V.1.1 Perbandingan Kekuatan Bending
Berikut ini adalah grafik perbandingan kekuatan tekan terhadap persentase
komposisi serabut kelapa sebagai pengganti serat gelas:
Gambar 5. 2 Grafik perbandingan kekuatan bending terhadap persentase komposisi
serabut kelapa
Dari grafik di atas, dapat dilihat bahwa kecenderungan penggunaan serabut
kelapa akan membuat kekuatan bending dari spesimen meningkat. Peningkatan
0
5
10
15
20
25
30
0% 25% 50% 75% 100%
kekuatan bending (MPa)
persentase komposisi serabut kelapaterhadap serat gelas
Perbandingan Serabut Kelapa Terhadap Serat Gelas
30 menit 60 menit 120 menit
a b
70
yang signifikan terdapat di persentase 50% hingga 75% di semua variasi waktu
curing. Kekuatan bending spesimen dengan menggunakan serat gelas sebagai
reinforcement berkisar antara 5 - 10 MPa. Rata-rata dari kekuatan bending
tersebut adalah 9,18 MPa. Harga kekuatan bending ini masih jauh dibawah
spesimen rem komposit dengan persentase 50% yaitu berkisar 20 – 25 MPa
dengan rata-rata kekuatannya adalah 23,06 MPa. Sedangkan kekuatan bending
dengan persentase serabut kelapa 75% berkisar antara 21 – 24 MPa dengan rata-
rata 22,96 MPa. Dari data-data pengujian bending tersebut dapat disimpulkan
persentase serabut kelapa yang paling optimum adalah 50% – 75%.
Pada grafik waktu curing 30 menit dan komposisi serabut kelapa 100%
kekuatan bending spesimen turun drastis. Hal ini dapat disebabkan kesalahan
dalam proses produksi yang menyebabkan belum menyatunya bahan-bahan
penyusun rem komposit tersebut. Salah satu bahan penyusun rem komposit yang
membutuhkan waktu untuk menyatukan keseluruhan bahan-bahan penyusun rem
komposit adalah resin (binder). Fungsi dari resin ini adalah mengikat bahan-bahan
penyusun rem komposit. Jika terdapat kesalahan sehingga resin tidak bekerja
sepenuhnya sebagai binder, bahan-bahan penyusun rem komposit tersebut tidak
akan menyatu dengan sempurna. Hal tersebut akan menyebabkan kekuatan
mekanik dari spesimen akan menurun.
V.1.2 Perbandingan Kekuatan Tekan
Berikut ini adalah grafik perbandingan kekuatan tekan terhadap persentase
penggunaan serabut kelapa sebagai pengganti serat gelas pada modifikasi
reinforcement:
71
Gambar 5. 3 Grafik perbandingan kekuatan tekan terhadap persentase komposisi
serabut kelapa
Seperti pada grafik pengujian bending, terdapat kecenderungan kenaikan
kekuatan tekan terhadap modifikasi serat kaca dengan serabut kelapa. Pada grafik
kekuatan tekan, kenaikan terjadi hingga pada komposisi 100% serabut kelapa.
Sedangkan kenaikan drastis tetap terjadi pada persentase 50% - 75% yaitu dari 20
MPa menjadi 40 MPa. Rata-rata kekuatan tekan pada persentase 50% adalah
41,32 MPa, sedangkan pada persentase 75% adalah 41,16 MPa. Peningkatan
kekuatan tekan rata-rata terjadi hingga pada persentase 100% yaitu menjadi 45,85
MPa. Dari grafik dan data-data di atas, dapat disimpulkan bahwa persentase sabut
kelapa yang paling optimum adalah 50% hingga 100%.
V.1.3 Perbandingan Koefisien Gesek
Salah satu karakteristik yang sangat penting pada blok rem komposit adalah
koefisien gesek. Dari hasil pengujian gesek, didapatkan hasil yang bervariasi dari
setiap persentase komposisi serabut kelapa. Variasi dari koefisien gesek ini cukup
tinggi. Hal ini dapat dilihat pada Tabel 5.3 yang menampilkan harga koefisien
gesek secara keseluruhan yang berkisar 0,29 sampai 0,36. Dari hasil tersebut,
0
10
20
30
40
50
60
0% 25% 50% 75% 100%
kekuatan tekan (MPa)
persentase komposisi serabut kelapaterhadap serat gelas
Perbandingan Serabut Kelapa Terhadap Serat Gelas
30 menit 60 menit 120 menit
72
sebagian besar nilainya lebih tinggi dari blok rem komposit yang ada di pasaran.
Berikut ini adalah perbandingan koefisien gesek terhadap persentase penggunaan
serabut kelapa dari hasil pengujian gesek:
Gambar 5. 4 Grafik perbandingan koefisien gesek terhadap persentase komposisi
serabut kelapa
Dari grafik di atas, secara keseluruhan dapat dilihat bahwa tidak ada
kecenderungan hubungan koefisien gesek dengan modifikasi serabut kelapa pada
material komposit tersebut. Garis grafik pada setiap persentase komposisi
memiliki bentuk yang bervariasi. Dari data dan grafik tersebut dapat disimpulkan
modifikasi reinforcement berupa penggantian serat gelas dengan serabut kelapa
tidak berpengaruh secara signifikan terhadap koefisien gesek yang ada.
Tingginya harga koefisien gesek hasil pengujian dapat disebabkan oleh
adanya fenomena perubahan koefisien gesek akibat peningkatan temperatur saat
pengujian. Tingginya temperatur spesimen akan menyebabkan struktur material
rem komposit berubah. Perubahan tersebut akan menyebabkan kenaikan koefisien
gesek.
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
0% 25% 50% 75% 100%
koefisien gesek
persentase komposisi serabut kelapaterhadap serat gelas
Perbandingan Serabut Kelapa Terhadap Serat Gelas
30 menit 60 menit 120 menit
73
V.1.4 Pengaruh Temperatur Curing
Selain variasi parameter persentase komposisi serabut kelapa, dilakukan
juga analisis pengaruh waktu curing terhadap kekuatan bending dan tekan. Hal ini
dilakukan agar dapat diketahui waktu curing optimum dari material rem komposit
dengan modifikasi reinforcement. Berikut ini adalah grafik kekuatan bending dan
tekan terhadap waktu curing:
Gambar 5. 5 Grafik perbandingan kekuatan bending terhadap waktu curing pada
modifikasi reinforcement
Dari grafik di atas, terdapat beberapa kecenderungan perubahan kekuatan
bending dan tekan terhadap waktu curing. Pada grafik tersebut, kecenderungan
dari sebagian besar garis tidak mengalami kenaikan dan penurunan. Data garis
grafik tersebut yaitu persentase 0%, 25%, dan 75%. Sedangkan pada persentase
serabut kelapa 50%, kekuatan bending mengalami penurunan jika waktu curing
dinaikkan. Hal ini bertolak belakang dengan grafik persentase 100% yang
mempunyai kecenderungan kenaikan kekuatan bending. Dari data-data dan grafik
tersebut masih belum dapat disimpulkan waktu curing paling optimum.
0
5
10
15
20
25
30
0 30 60 90 120 150
kekuatan bending (MPa)
waktu curing (menit)
Perbandingan Kekuatan Bending terhadap Waktu Curing
0% 25% 50% 75% 100%
74
Gambar 5. 6 Grafik perbandingan kekuatan tekan terhadap waktu curing pada
modifikasi reinforcement
Pada grafik di atas, terdapat beberapa garis grafik yang tidak menunjukkan
pengaruh waktu curing terhadap kekuatan. Garis grafik tersebut adalah garis
persentase 0%, 50% dan 100%. Sedangkan kedua garis dengan persentase 25%
dan 75% mengalami kecenderungan peningkatan kekuatan tekan material
komposit terhadap peningkatan waktu curing. Salah satu faktor yang berpengaruh
pada naiknya kekuatan tekan ini adalah tepolarisasinya resin sebagai binder pada
material penyusun rem komposit. Dengan meningkatnya waktu curing, maka
resin lebih mempunyai banyak waktu untuk mengikat material penyusun lain agar
struktur dari rem komposit tersebut menjadi lebih kuat. Dari data-data dan grafik
di atas, waktu curing paling optimum pada proses produksi rem komposit adalah
120 menit.
V.2 Analisis Modifikasi Friction Modifier
Berikut ini hasil pengujian pada spesimen modifikasi friction modifier
dalam bentuk tabel:
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 30 60 90 120 150
kekuatan tekan (MPa)
waktu curing (menit)
Perbandingan Kekuatan Tekan terhadap Waktu Curing
0% 25% 50% 75% 100%
75
Tabel 5. 4 Hasil pengujian bending modifikasi friction modifier
KODE Komposisi Bahan Kekuatan Bending
(MPa) FM1-243-1
FM1 22.52
FM1-243-2 13.05 FM1-243-3 15.16 FM2-243-1
FM2 11.11
FM2-243-2 11.17 FM2-243-3 13.94 FM3-243-1
FM3 9.89
FM3-243-2 15.33 FM3-243-3 13.58 FM4-243-1
FM4 7.97
FM4-243-2 5.65 FM4-243-3 10.10 FM5-243-1
FM5 9.70
FM5-243-2 7.51 FM5-243-3 11.39
Tabel 5. 5 Hasil pengujian tekan modifikasi friction modifier
KODE Komposisi Bahan
Kekuatan Tekan (MPa)
FM1-243-1 FM1
39.57 FM1-243-2 35.45 FM1-243-3 37.94 FM2-243-1
FM2 29.23
FM2-243-2 29.56 FM2-243-3 17.68 FM3-243-1
FM3 21.69
FM3-243-2 41.07 FM3-243-3 36.32 FM4-243-1
FM4 31.22
FM4-243-2 40.59 FM4-243-3 41.75 FM5-243-1
FM5 9.69
FM5-243-2 22.07 FM5-243-3 27.51
76
Tabel 5. 6 Hasil pengujian gesek modifikasi friction modifier
KODE Komposisi Bahan μ
FM1-243-1 FM1
0.34 FM1-243-2 0.35 FM1-243-3 0.32 FM2-243-1
FM2 0.30
FM2-243-2 0.29 FM2-243-3 0.33 FM3-243-1
FM3 0.30
FM3-243-2 0.32 FM3-243-3 0.32 FM4-243-1
FM4 0.33
FM4-243-2 0.28 FM4-243-3 0.27 FM5-243-1
FM5 0.30
FM5-243-2 0.33 FM5-243-3 0.32
Dari data di atas, analisis dilakukan dengan membandingkan hasil pengujian
terhadap persentase modifikasi material yang telah dilakukan. Kemudian, hasil
analisis tersebut dianalisis kembali untuk mengetahui persentase komposisi
modifikasi friction modifier yang paling optimum. Modifikasi friction modifier
yang dilakukan adalah penggantian grafit dengan arang tempurung kelapa.
Gambar 5. 7 Grafit (a), arang tempurung kelapa untuk menggantikan grafit (b)
a b
77
V.2.1 Perbandingan Kekuatan Bending
Berikut ini adalah grafik perbandingan kekuatan bending hasil pengujian
terhadap presentase komposisi arang tempurung kelapa sebagai modifikasi
friction modifier:
Gambar 5. 8 Grafik perbandingan kekuatan bending terhadap persentase komposisi
arang tempurung kelapa
Dari grafik di atas dapat dilihat bahwa modifikasi friction modifier pada rem
komposit memiliki kecenderungan untuk menurunkan kekuatan bending. Hal ini
dapat dilihat dari kecenderungan garis grafik yang menurun pada setiap parameter
waktu curing. Pada garis grafik waktu curing 30 menit dan 120 menit,
kecenderungan penurunan terlihat sangat jelas. Sedangkan pada parameter waktu
curing 60 menit, hasil yang didapatkan agak bervariasi. Akan tetapi,
kecenderungan dari grafik tersebut tetap terjadi penurunan kekuatan bending
dengan penambahan arang tempurung kelapa. Dari data-data di atas, dapat
disimpulkan bahwa penggunaan arang tempurung kelapa untuk menggantikan
grafit sebagai friction modifier akan menurunkan kekuatan bending dari material
rem komposit.
0
5
10
15
20
25
0% 25% 50% 75% 100%
kekuatan bending (MPa)
persentase komposisi arang kelapa terhadapgrafit
Perbandingan Arang Kelapa Terhadap Grafit
30 menit 60 menit 120 menit
78
V.2.2 Perbandingan Kekuatan Tekan
Berikut ini adalah grafik perbandingan kekuatan tekan dari hasil pengujian
terhadap persentase komposisi arang tempurung kelapa:
Gambar 5. 9 Grafik perbandingan kekuatan tekan terhadap persentase komposisi
arang tempurung kelapa
Dari grafik di atas dapat dilihat bahwa terdapat kecenderungan garis grafik
yang menurun pada komposisi arang tempurung kelapa rendah. Kemudian
kecenderungan tersebut naik pada persentase 50% hingga 75%. Akan tetapi
kecenderungan tersebut mulai turun pada persentase 100%. Jika dilihat secara
keseluruhan, kecenderungan kekuatan tekan dari semua garis tersebut menurun.
Hal ini dapat disebabkan penambahan komposisi arang tempurung kelapa
menyebabkan ikatan antar struktur komposisi menjadi relatif kurang stabil yang
menyebabkan kekuatan tekan menjadi turun.
Dari data-data dan grafik di atas, dapat disimpulkan bahwa persentase
paling optimum dari komposisi arang tempurung kelapa adalah 0% atau hanya
menggunakan grafit saja.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0% 25% 50% 75% 100%
kekuatan tekan (MPa)
persentase komposisi arang kelapa terhadap grafit
Perbandingan Arang Kelapa Terhadap Grafit
30 menit 60 menit 120 menit
79
V.2.3 Perbandingan Koefisien Gesek
Berikut ini adalah grafik perbandingan koefisien gesek dari pengujian
terhadap persentase komposisi arang tempurung kelapa pada modifikasi friction
modifier:
Gambar 5. 10 Grafik perbandingan koefisien gesek terhadap persentase komposisi
arang tempurung kelapa
Hasil koefisien gesek dari pengujian tersebut termasuk tinggi. Hal ini dapat
dikarenakan peningkatan temperatur saat pengujian. Selain itu, dapat disebabkan
faktor teknis saat pengujian gesek seperti piringan putar yang kurang simetris,
tidak rata, dan lain-lain. Faktor teknis ini cukup sulit dihilangkan karena
merupakan keadaan awal dari mesin uji geseknya.
Grafik di atas menunjukkan kecenderungan penurunan koefisien gesek
terhadap penambahan persentase komposisi arang tempurung kelapa walaupun
cukup kecil yaitu sekitar 0,03. Dari grafik dapat dilihat bahwa penurunan
koefisien gesek terdapat pada persentase komposisi arang tempurung kelapa 25%,
50%, dan 75%. Sedangkan pada persentase 100% sedikit meningkat daripada
persentase sebelumnya. Secara umum dapat disimpulkan bahwa penggunaan
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
0% 25% 50% 75% 100%
koefisien gesek
persentase komposisi arang kelapa terhadap grafit
Perbandingan Arang Kelapa Terhadap Grafit
30 menit 60 menit 120 menit
80
arang tempurung kelapa dapat menurunkan koefisien gesek dari rem komposit.
Persentase komposisi arang kelapa paling optimum terhadap hasil pengujian gesek
di atas adalah 50% hingga 75%.
V.2.4 Pengaruh Temperatur Curing
Seperti yang telah dilakukan pada modifikasi reinforcement, analisis
pengaruh temperatur curing juga dilakukan pada spesimen modifikasi friction
modifier. Analisis ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh temperatur curing
terhadap kekuatan mekanik dari material komposit dengan modifikasi friction
modifier. Berikut ini adalah grafik kekuatan bending terhadap variasi waktu
curing:
Gambar 5. 11 Grafik perbandingan kekuatan bending terhadap waktu curing pada
modifikasi friction modifier
Grafik di atas menunjukkan kecenderungan peningkatan kekuatan bending
seiring dengan meningkatnya waktu curing. Hanya terdapat satu garis grafik yang
memiliki kecenderungan kekuatan bending yang menurun yaitu pada persentase
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
0 30 60 90 120 150
kekuatan bending (MPa)
waktu curing (menit)
Perbandingan Kekuatan Bending terhadap Waktu Curing
0% 25% 50% 75% 100%
81
arang tempurung kelapa 0%. Sedangkan persentase arang tempurung kelapa yang
lain mengalami kenaikan kekuatan bending. Hal ini menunjukkan penambahan
waktu curing cukup mempengaruhi kekuatan bending dari material komposit
tersebut karena dengan meningkatkan waktu curing, resin (binder) lebih
mempunyai banyak waktu untuk mengikat bahan lain. Jika resin mengikat lebih
kuat, maka kekuatan mekanik material komposit secara keseluruhan akan
meningkat. Waktu curing paling optimum untuk proses produksi rem komposit
berdasarkan pengujian bending spesimen modifikasi friction modifier adalah 120
menit.
Gambar 5. 12 Grafik perbandingan kekuatan tekan terhadap waktu curing pada
modifikasi friction modifier
Dari grafik di atas dapat dilihat bahwa terdapat kecenderungan kekuatan
tekan naik dan turun. Pada garis grafik persentase arang tempurung kelapa 0% dan
25%, terjadi penurunan kekuatan tekan terhadap naiknya waktu curing.
Sedangkan garis grafik persentase lainnya mengalami kenaikan kekuatan tekan
jika waktu curing dinaikkan. Seperti pada analisis yang telah dilakukan
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
35.00
40.00
45.00
0 30 60 90 120 150
kekuatan tekan (MPa)
waktu curing (menit)
Perbandingan Kekuatan Tekan terhadap Waktu Curing
0% 25% 50% 75% 100%
82
sebelumnya, hal ini dapat disebabkan oleh material binder dari komposisi
komposit tersebut yang mengikat material lain dengan lebih kuat jika waktu
curing dinaikkan. Jika waktu curing dinaikkan, material binder mempunyai waktu
lebih lama untuk mengikat material lainnya sehingga kekuatan mekanik dari
komposit tersebut meningkat. Waktu curing paling optimum untuk proses
produksi rem komposit berdasarkan hasil pengujian tekan adalah 120 menit.
V.3 Analisis Modifikasi Desain Blok Rem Komposit
Pada desain blok rem komposit yang diinginkan konsumen dalam hal ini
PT. KAI, terdapat beberapa kelemahan yang cukup menonjol. Salah satunya
adalah adanya center groove. Menurut PT. KAI, center groove ini berfungsi untuk
membuang geram dan sebagai pendingin konveksi.
Dari penelitian dan pengujian lapangan yang telah dilakukan sebelumnya,
diketahui bahwa tingkat keausan blok rem komposit sangat rendah. Dengan
tingkat keausan yang sangat rendah, fungsi center groove sebagai tempat
pembuangan geram tersebut dirasa kurang tepat. Pembuangan geram tidak perlu
melewati center groove.
Keberadaan center groove pada blok rem komposit akan mengakibatkan
berkurangnya luas permukaan kontak antara blok rem dengan roda kereta api.
Dengan berkurangnya luas permukaan kontak blok rem, maka berkurang juga
kemampuan rem untuk menyerap panas yang dihasilkan dari gesekan saat
pengereman. Dengan demikian, temperatur akan menjadi lebih tinggi dibanding
dengan blok rem yang tidak menggunakan center groove.
83
Gambar 5. 13 Desain blok rem komposit sesuai dengan spesifikasi
teknik PT KAI.
Selain itu, keberadaan center groove juga akan membuat ketahanan blok
rem komposit terhadap beban bending menjadi rendah. Hal ini disebabkan oleh
karena adanya konsentrasi tegangan yang terjadi di center groove. Untuk
mengetahui konsentrasi tegangan yang terjadi pada center groove, maka
dilakukan pemodelan elemen hingga dengan perangkat lunak ANSYS 10.
Modifikasi yang dilakukan terhadap desain blok rem komposit adalah
dengan menghilangkan center groove. Hal ini dilakukan karena dengan
menghilangkan center groove, luas permukaan kontak dari blok rem terhadap roda
kereta menjadi lebih besar. Akibatnya, temperatur pada saat pengereman akan
lebih rendah dibandingkan desain lama.
Gambar 5. 14 Modeling blok rem komposit dengan perangkat lunak ANSYS 10
Back guide
Key Bridge
Center groove
Fillet
84
Pemodelan dilakukan untuk mengetahui konsenstrasi tegangan pada center
groove terhadap beban pengereman. Beban pengereman didapatkan dari
perhitungan batang penghubung dari silinder pneumatik hingga blok rem.
Perhitungan secara detail dapat dilihat pada lampiran. Kemudian, hasil dari
pemodelan dibandingkan dengan blok rem yang tidak menggunakan center
groove dengan beban yang sama.
Beban pengereman pada pemodelan diaplikasikan pada dua kasus. Pertama
adalah pengereman normal dan yang kedua adalah kasus kesalahan pemasangan
blok rem. Perbedaan dari kedua kasus tersebut adalah pada pengereman normal,
batasan (constraint) yang diaplikasikan keseluruhan bagian belakang. Sedangkan
pada kasus kesalahan pemasangan blok rem, batasan yang diaplikasikan hanya
pada bagian key bridge sehingga blok rem mengalami beban bending. Pada
kondisi kenyataannya, hal ini sering terjadi pada blok rem komposit dengan center
groove yang banyak mengalami kegagalan akibat beban bending. Berikut ini
adalah gambar pembebanan yang dilakukan pada kasus pertama dan kedua:
Gambar 5. 15 Pemodelan pada kasus pertama
fixed constraint fixed constraint
Gaya Pengereman
85
Gambar 5. 16 Pemodelan pada kasus kedua
Kemudian, analisis dilakukan dengan menentukan safety factor dari blok
rem tersebut akibat pembebanan yang terjadi. Dari spesifikasi teknik PT. KAI,
cross bending strength minimum yang diperbolehkan untuk digunakan di kereta
api adalah 480 N/cm2 atau 4,8 MPa. Dari literatur tersebut, dapat ditentukan faktor
keamanan dari blok rem pada saat pengereman penuh. Berikut ini adalah contoh-
contoh blok rem komposit yang mengalami kegagalan akibat beban bending:
Gambar 5. 17 Kegagalan blok rem akibat beban bending
Berikut ini adalah hasil pemodelan dan analisis yang telah dilakukan:
V.3.1 Pemodelan Blok Rem Komposit dengan Center Groove
1. Pemodelan Kasus Pertama
Beban pengereman penuh adalah:
Tekanan silinder : 3,8 kg/cm2
Gaya tekan rem : 3965 N
Faktor dinamik : 1,4
Gaya Tekan Pemodelan : 5551 N
Sedangkan kekuatan material terhadap beban bending adalah:
fixed constraint
Gaya Pengereman
86
Cross breaking strength : 4,8 MPa
Pembebanan yang diaplikasikan ke blok rem komposit seperti yang telah
dijelaskan sebelumnya yaitu bagian belakang dari blok rem diberi fixed constrain.
Hasil yang didapatkan dari pemodelan dengan perangkat lunak ANSYS 10 dapat
dilihat pada gambar di bawah ini:
Gambar 5. 18 Hasil pemodelan kasus pertama pada blok rem dengan center
groove
Dari pemodelan didapatkan tegangan maksimum sebesar 0,46 MPa. Dari
tegangan maksimum akibat beban pengereman penuh tersebut, faktor
keamanannya adalah 10,43. Faktor keamanan tersebut sangat tinggi sehingga pada
kasus ini jika dilakukan beban pengereman penuh, blok rem komposit tidak akan
mengalami kegagalan.
2. Pemodelan Kasus Kedua
Beban pengereman penuh adalah:
Tekanan silinder : 3,8 kg/cm2
Gaya tekan rem : 3965 N
Faktor dinamik : 1,4
Gaya Tekan Pemodelan : 5551 N
Sedangkan kekuatan material terhadap beban bending adalah:
Cross breaking strength : 4,8 MPa
Beban pengereman diaplikasikan seperti yang telah dijelaskan sebelumnya
yaitu bagian yang menumpu fixed hanya di bagian key bridge. Hasil dari
pemodelan dapat dilihat pada gambar di bawah ini:
87
Gambar 5. 19 Hasil pemodelan kasus kedua pada blok rem dengan center
groove
Dari pemodelah yang telah dilakukan, didapatkan tegangan maksimum
12,28 MPa. Faktor keamanan berdasarkan tegangan maksimal yang terjadi adalah
0,39. Berdasarkan faktor keamanan tersebut, rem akan mengalami kegagalan jika
blok rem menerima beban pengereman dengan seperti kasus kedua.
V.3.2 Pemodelan Blok Rem Komposit tanpa Center Groove
Selain pemodelan yang dilakukan pada blok rem dengan center groove,
pemodelan juga dilakukan pada blok rem tanpa center groove. Hal ini dilakukan
agar dapat diketahui tingkat keamanan dari desain tanpa center groove jika
dibandingkan dengan desain yang sesuai spesifikasi teknik PT. KAI.
Gambar 5. 20 Desain blok rem tanpa center groove
1. Pemodelan Kasus Pertama
Beban pengereman penuh adalah:
Tekanan silinder : 3,8 kg/cm2
88
Gaya tekan rem : 3965 N
Faktor dinamik : 1,4
Gaya Tekan Pemodelan : 5551 N
Sedangkan kekuatan material terhadap beban bending adalah:
Cross breaking strength : 4,8 MPa
Pemodelan dilakukan sama seperti pada blok rem tanpa center groove. Blok
rem komposit diberi beban dan fixed constrain. Berikut ini adalah hasil
pemodelannya:
Gambar 5. 21 Hasil pemodelan kasus pertama pada blok rem tanpa
center groove
Dari pemodelan yang telah dilakukan, didapat tegangan maksimum yang
terjadi pada blok rem tanpa center groove sebesar 0,56 MPa. Faktor keamanan
yang didapat adalah 8,57. Faktor keamanan ini sangat besar sehingga jika blok
rem mendapatkan pembebanan penuh kasus pertama, blok rem tidak akan gagal.
2. Pemodelan Kasus Kedua
Beban pengereman penuh adalah:
Tekanan silinder : 3,8 kg/cm2
Gaya tekan rem : 3965 N
Faktor dinamik : 1,4
Gaya Tekan Pemodelan : 5551 N
Sedangkan kekuatan material terhadap beban bending adalah:
Cross breaking strength : 4,8 MPa
89
Beban yang diaplikasikan adalah beban bending akibat kesalahan
pemasangan sehingga bagian ujung dari rem tidak menumpu dengan sempurna.
Hasil pemodelan dapat dilihat pada gambar di bawah ini:
Gambar 5. 22 Hasil pemodelan kasus kedua pada blok rem tanpa center
groove
Dari pemodelan yang telah dilakukan, kemudian didapatkan harga tegangan
maksimum yang terjadi adalah 2,25 MPa. Faktor keamanan yang didapatkan dari
perhitungan adalah 2.13. Berdasarkan faktor keamanan tersebut, blok rem tanpa
center groove masih aman ketika mendapatkan beban bending pada kasus kedua.