BAB III KARAKTERISTIK MATERIAL BLOK REM KOMPOSIT III.1 Karakteristik Blok Rem Komposit Sub bab ini akan membahas karakteristik material komposit dari blok rem yang dipakai pada kereta api di Indonesia. Kemudian akan dibahas desain blok rem komposit berdasarkan spesifikasi teknik PT. Kereta Api. Karakteristik material blok rem yang akan dibahas adalah komposisi material penyusun dan koefisien gesek dari material komposit blok rem dari hasil pengujian yang telah dilakukan. Pengujian dilakukan untuk mengetahui komposisi material penyusun blok rem komposit serta harga koefisien gesek yang telah dilakukan pada penelitian sebelumnya. III.1.1 Pengujian SEM dan EDS Blok rem komposit yang akan diuji untuk mengetahui komposisinya adalah: Rem komposit Futuris Rem komposit Marquis Berikut ini adalah gambar dari rem komposit Futuris dan Marquis yang akan diuji komposisi material penyusun dan kemudian akan diuji gesek. Data ini didapatkan dari pengujian yang telah dilakukan sebelumnya. Untuk mengetahui komposisi material penyusun komposit, maka dilakukan pengujian dengan menggunakan SEM dan EDS. 35
Gambar 3. 1 Blok rem komposit Futuris (a), Marquis (b) Dari kedua rem komposit tersebut, diambil masing-masing spesimen berukuran 1cm x 1cm x 1cm yang kemudian permukaannya dihaluskan dan dilapisi dengan emas dengan mesin pelapis emas SCD 400. Setelah dilapisi dengan emas, spesimen uji dari kedua jenis blok rem tersebut kemudian diuji dengan menggunakan SEM-EDS. Gambar 3. 2 Mesin pelapis emas SCD 400 (a), Spesimen yang telah dilapisi emas (b) [2] 36
Gambar 3. 3 Mesin uji komposisi SDM-EDS EDAX Z ZAF [2] Setelah dilakukan pengujian SEM, maka didapat hasil yang dapat dilihat pada tabel dibawah ini: Tabel 3. 1 Komposisi unsur hasil uji SEM: a) Futuris dan b) Marquis [2] Futuris Marquis Kemudian dilakukan pengamatan terhadap struktur material rem komposit dengan melihat permukaan spesimen material komposit. Spesimen material komposit diamati dengan perbesaran 250 kali. 37
Gambar 3. 4 Hasil pengujian SEM pada spesimen rem futuris [2] Gambar 3. 5 Hasil pengujian SEM pada spesimen rem marquis [2] Hasil pengujian EDS pada kedua buah spesimen menunjukkan hasil yang tidak jauh berbeda. Unsur karbon mendominasi komposisi kedua spesimen rem komposit. Unsur karbon dapat banyak terkandung pada friction modifier seperti grafit dan karbon hitam. Hasil SEM spesimen menunjukkan bahwa spesimen 38
marquis menggunakan fiber glass sebagai serat penguat. Serat penguat ini tidak ditemukan pada spesimen futuris. Spesimen futuris memiliki tingkat kehomogenan yang lebih tinggi dibandingkan marquis. III.1.2 Pengujian XR-F Material Rem Komposit Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui komposisi material penyusun rem komposit seperti pada pengujian SEM dan EDS. Perbedaannya adalah hasil yang didapat dari pengujian XR-F lebih detil sampai jenis senyawa penyusun. Sedangkan pada pengujian SEM dan EDS hanya dapat mengetahui komposisi material penyusun pada tingkat atom penyusun. Sama seperti pengujian SEM dan EDS, pengujian ini juga telah dilakukan pada penelitian sebelumnya. Pengujian XR-F dilakukan di Geological Research and Development Center Bandung. Keterbatasan akses menuju ruang pengujian menyebabkan dokumentasi proses dan alat pengujian tidak bisa dilaksanakan dengan baik. Berikut ini data dan analisa hasil pengujian XR-F yang dilakukan: Tabel 3. 2 Hasil pengujian XR-F spesimen futuris [2] 39
Kemudian, tabel dibawah ini adalah hasil pengujian XR-F dari spesimen marquis. Tabel 3. 3 Hasil pengujian XR-F spesimen marquis [2] Pada spesimen futuris, kandungan Al 2 O 3 (alumina) relatif lebih besar dibandingkan material futuris. Alumina dapat ditambahkan pada komposisi rem komposit sebagai material abrasif. Selain alumina, kandungan SiO 2 pada kedua spesimen yang diuji cukup besar. Pada spesimen futuris, terdapat calcium oxide (CaO) dalam jumlah yang cukup besar. Limestone atau batu kapur merupakan material filler komposit partikulat rem. Kandungan CaO memberikan indikasi bahwa futuris menggunakan limestone sebagai material filler karena CaCO 3 yang terkandung pada spesimen pengujian terbakar pada saat proses pengujian XR-F. Limestone pada umumnya mengandung oksida aluminium (alumina), magnesium oksida (MgO) dan oksida besi (Wikipedia, 2006). III.1.3 Pengujian Gesek Pengujian gesek ini dilakukan untuk mengetahui nilai koefisien gesek kinetik material rem komposit. Pengujian ini dilakukan pada skala laboratorium atau skala spesimen. Blok rem komposit dipotong dan diambil sampel spesimen 40
yang kemudian dilakukan uji gesek pada spesimen tersebut. Alat uji gesek spesimen rem komposit dan skemanya dapat dilihat pada gambar di bawah ini. Gambar 3. 6 Alat uji gesek spesimen rem komposit Gambar 3. 7 Skema alat uji gesek Parameter gesekan dari spesimen uji gesek ini didapat dari mekanisme gesekan yang ditimbulkan oleh penekanan spesimen tersebut ke piringan baja karbon yang diputar pada kecepatan konstan, 1 putaran/detik. Gaya gesek didapat dengan mengukur gaya horisontal akibat gesekan dengan seperangkat pengukur 41
beban, yang meliputi strain gauge, strain amplifier, dan voltmeter. Dengan kalibrasi sebelum pengujian, diperoleh hubungan antara beda voltase dan beban horisontal pada strain gauge. Koefisien gesek dihitung sebagai perbandingan antara beban tahanan gesek (horisontal) dengan beban vertikal yang dikenakan pada spesimen uji. Pengujian gesek µ 0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00 futuris marquis 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 jarak pengereman, s(m) Gambar 3. 8 Grafik hasil pengujian gesek [2] Koefisien gesek blok rem komposit impor futuris dan marquis tidak memenuhi spesifikasi teknis yang diinginkan oleh PT.Kereta Api sebagai pengguna. Koefisien gesek rata-rata kedua blok rem tersebut di atas 0,25. Penggunaan blok rem komposit dengan koefisien yang terlalu tinggi dapat menyebabkan beban termal yang timbul akibat proses pengereman dapat terlalu tinggi. III.2 Studi Paten Blok Rem Kereta Api Studi paten dilakukan untuk mempelajari lebih mendalam tentang aspekaspek desain geometri blok rem komposit dan menghindari digunakannya desain yang telah dipatenkan sebelumnya. Paten ini didapat dari situs www.freepatensonline.com. Berikut ini adalah beberapa paten mengenai blok rem yang digunakan di kereta api: 42
1. US Patent No. 6.581.732 Paten ini diajukan oleh westinghouse air brake technology corporation. Bentuk blok rem yang diklaim dapat dilihat pada gambar dibawah ini. Blok rem yang diklaim merupakan blok rem komposit yang dapat dipasang pada brake head tanpa menggunakan key atau kunci. Gambar 3. 9 Keyless brake pad [18] 2. US Patent No. 5.595.267 Paten ini diajukan oleh Westinghouse Air Brake Technology Corporation. Bentuk rem yang diklaim dapat dilihat pada gambar dibawah ini. Blok rem yang diklaim merupakan blok rem komposit dengan keybridge yang diisi oleh material komposit untuk memperkuat bagian keybridge. Gambar 3. 10 Blok rem dengan key bridge terisi material komposit [18] 43
3. US Patent No. 6.241.858 Patent ini diajukan oleh Westinghouse Air Brake Company. Blok rem komposit yang diklaim oleh paten ini dapat dilihat pada dibawah ini. Blok rem komposit ini merupakan blok rem dengan tambahan material abrasif yang terpisah dari komposisi kompositnya. Blok rem ini digunakan untuk rekondisi roda kereta api yang permukaan rodanya telah berubah karena aus. Gambar 3. 11 Blok rem komposit untuk rekondisi roda kereta api [18] III.3 Desain Blok Rem Komposit Sebelumnya Gambar desain rem dibawah ini menunjukkan bagian-bagian blok rem komposit kereta api sesuai dengan spesifikasi yang diinginkan PT. Kereta Api sebagai pengguna produk ini. Secara detail mengenai dimensi dan spesifikasi teknik yang diinginkan oleh PT.Kereta Api dapat dilihat pada lampiran. Center groove Fillet Key Bridge Back Gambar 3. 12 Desain blok rem komposit sesuai dengan spesifikasi teknik PT KA [2] 44
Blok rem komposit selanjutnya akan dipasang pada brake head dan dikontakkan pada roda pada saat pengereman seperti yang terlihat pada dibawah ini: F shoe Gambar 3. 13 Posisi blok rem komposit terhadap break head dan roda kereta 45