analisis getaran pada bogie kereta api eksekutif

i

ANALISIS GETARAN PADA BOGIE KERETA API EKSEKUTIF

MENGGUNAKAN SOFTWARE MATLAB

TUGAS AKHIR

Diajukan Sebagai Salah Satu Persyaratan

Guna Memperoleh Gelar Sarjana Teknik (S.T)

Program Studi Teknik Mesin

Disusun Oleh:

BUDIUNTORO YOHANES

NIM: 165214102

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2020

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ii

VIBRATION ANALYSIS ON EXECUTIVE TRAIN BOGIIES

USING MATLAB SOFTWARE

FINAL PROJECT

Presented as Partial Fulfillment of The Requirment

to Obtain The Bachelor Degree in The Department

of Mechanical Engineering

Presented By:

BUDIUNTORO YOHANES

STUDENT NUMBER: 165214102

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2020


v

LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR

Dengan ini saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa Tugas Akhir dengan

judul:



Dibuat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Program Strata 1, Program

Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.

Sejauh yang saya ketahui, penelitian ini bukan merupakan tiruan dari tugas akhir

maupun penelitian yang sudah dipublikasikan Di Universitas Sanata Dharma atau

di perguruan tinggi manapun, kecuali bagian informasi yang dicantumkan dalam

daftar pustaka sebagaimana layaknya karya ilmiah.

Yogyakarta, 9 Juli 2020

Budiuntoro Yohanes


vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata

Dharma:

Nama : Budiuntoro Yohanes

Nomor Mahasiswa : 165214102

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada

perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah dengan judul :



Dengan demikian, saya memberikan hak kepada Perpustakaan Universitas

Sanata Dharma untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain,

mengelola dalam bentuk pangkalan data, mempublikasikan di internet atau media

lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta izin kepada saya selama

masih mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya.


Yang menyatakan,

Budiuntoro Yohanes


vii

MOTTO DAN HALAMAN PERSEMBAHAN

Dan apa saja yang kamu minta dalam doa dengan

penuh kepercayaan, kamu akan menerimanya.

(Matius 21:22)

Skripsi ini saya persembahkan kepada Tuhan yang

Maha Esa dan kedua orang tua saya, karena tanpa-

Nya saya tidak dapat melakukan apa-apa.


viii

INTISARI

Dengan meningkatnya peminat pengguna kereta api, perkeretaapian di

Indonesia masih harus dikembangkan di masa mendatang. Sebagai transportasi

dengan durasi perjalanan relatif panjang, kebutuhan akan keamanan dan

kenyamanan akibat getaran yang dihasilkan dari kereta api itu sendiri menjadi poin

penting untuk dibahas.

Dalam penelitian tugas akhir ini dilakukan pemodelan dan simulasi dari

parameter sistem seperempat kendaraan kereta api eksekutif dengan mengukur

seberapa besar getaran teredam yang akan terjadi pada suspensi primer pada kereta

api bila simulasi dilakukan dengan menggunakan software MATLAB dengan

input sinusoidal/ perpindahan maksimum sebesar 0,05 m.

Hasil penelitian dari sistem seperempat kendaraan kereta api eksekutif

dengan input sinusoidal sebesar 0,05 m didapatkan percepatan f1(0,92 Hz)= 1,6

m/s2 , f2(0,96 Hz)=1,26 m/s2 dan f3(0,98 Hz) = 1 m/s2 kenyamanan berkendara

dalam frekuensi ini masih dalam posisi nyaman karena belum menyentuh angka 1

Hz, percepatan f4(1 Hz)= 0,5 m/s2 dapat untuk perjalanan maksimal 2,5 jam dan

percepatan f5(1 Hz)= 0,3 m/s2 dapat untuk perjalanan maksimal 8 jam dan f6(1

Hz)= 0,2 m/s2 dapat digunakan dalam perjalanan lebih dari 8 jam. Dari grafik

Standar ISO:2631 parameter kenyamanan penumpang dilihat dari seberapa besar

percepatan kendaraan karena semakin besar percepatan maka durasi kenyamanan

yang dialami akan menjadi kecil.

Kata Kunci: Getaran, Percepatan, Sistem Seperempat Kereta Api,


ix

ABSTRACT

With the increasing interest in railroad users, railways in Indonesia must

still be developed in the future. As transportation with relatively long travel

duration, the need for safety and comfort due to vibrations generated from the train

itself becomes an important point to be discussed.

In this final project, modeling and simulation of the system parameters of a

quarter of executive railroad vehicles are measured by how much damped

vibrations will occur in the primary suspension of the train when the simulation is

performed using MATLAB software with sinusoidal input / maximum displacement

of 0.05 m.

The results of a quarter of the executive train vehicle system with a

sinusoidal input of 0.05 m obtained acceleration f1 (0.92 Hz) = 1.6 m / s2, f2 (0.96

Hz) = 1, 26 m / s2 and f3 (0.98 Hz) = 1 m / s2 driving comfort in this frequency is

still in a comfortable position because it has not touched 1 Hz, acceleration f4 (1

Hz) = 0.5 m / s2 can be for maximum travel 2.5 hours and the acceleration of f5 (1

Hz) = 0.3 m / s2 can travel for a maximum of 8 hours and f6 (1 Hz) = 0.2 m / s2 can

be used in trips of more than 8 hours. From the ISO Standard chart: 2631 passenger

comfort parameters can be seen from how big the acceleration of the vehicle is

because the greater the acceleration, the duration of comfort experienced will be

small.

Keywords: Vibration, Acceleration, Railway Quarter System,


x

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur saya ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat-

Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian Skripsi yang berjudul

“ANALISIS GETARAN PADA BOGIE KERETA API EKSEKUTIF

MENGGUNAKAN SOFTWARE MATLAB“ dapat diselesaikan dengan baik.

Penulisan Skripsi ini dilakukan sebagai salah satu syarat bagi mahasiswa

Program Studi Teknik Mesin di Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata

Dharma Yogyakarta untuk mendapat gelar Sarjana Teknik. Penyusunan Skripsi ini

tidak lepas dari bimbingan dan bantuan berbagai pihak, baik material maupun

spiritual. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima

kasih kepada:

1. Tuhan Yang Maha Esa, karena kuasa-Nya, saya dapat menyelesaikan

pendidikan di universitas ini.

2. Bapak Paulus Parman dan Ibu Lusia Tumiyem, kedua orangtua penulis yang

selalu memberikan perhatian, semangat, doa dan materi bagi penulis dalam

mendukung perkuliahan penulis sampai saat ini.

3. Bapak Sudi Mungkasi, S.Si, M.Math.Sc., Ph.D. selaku Dekan Fakultas

Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma beserta jajaran dekanat dan

kesekretariatan FST.

4. Bapak Budi Setyahandana, S.T.,M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik

Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

5. Bapak Budi Sugiharto, M.T., selaku dosen pembimbing skripsi yang telah

banyak meluangkan waktu dan tenaga untuk membantu, memberikan

bimbingan, dukungan, dan masukan kepada penulis, sehingga penulis dapat

menyelesaikan naskah skripsi ini.

6. Bapak Achilleus Hermawan Astyanto, S.T., M.Eng., selaku Dosen

Pembimbing Akademik yang telah banyak memberikan bimbingan, dan

dukungan kepada penulis.


xi

7. Prasetya Adi Nugraha, S.T. dan Dedy Kurniawan, S.T. selaku mentor

penulis di PT. INKA (Persero) yang telah membagi ilmunya dan banyak

membantu dalam proses pengambilan data demi kelancaran skripsi ini.

8. Yosua Pandunata, Zeffy Agung, Vian Ari, Risya Kristiana, Helga Patrisia,

MG Andika, Jesica Dwi, Laurensia Lintang, Elisabeth Dina, Wisnu Dwi,

Leonard Daniel, Bernardus Gandhang dan teman-teman yang lain, yang

telah membantu secara moril, memberikan motivasi untuk penulis sehingga

dapat menyelesaikan tugas akhir ini.

9. Segenap teman- teman Engine C, teman-teman angkatan dan keluarga besar

Teknik Mesin yang tidak dapat penulis tuliskan satu per satu.

10. Segenap dosen, dan laboran Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi,

Universitas Sanata Dharma Yogyakarta, yang telah membagikan

pengalaman, dan ilmu yang berharga selama perkuliahan.

11. Staff karyawan Sekertariat Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi

yang telah membantu memudahkan proses administrasi, dan kesuksesan

penulis.

12. Serta semua pihak dengan tidak mengurangi rasa terima kasih yang tidak

dapat disebutkan satu per satu.

Akhir kata penulis berharap kepada Tuhan Yang Maha Esa berkenan membalas

segala kebaikan semua pihak yang telah membantu dalam penyelesaian Tugas

Akhir ini. Semoga laporan Tugas Akhir ini dapat membawa manfaat bagi

pembangunan ilmu pengetahuan dan bagi pembaca.


Penulis,

Budiuntoro Yohanes


xii

DAFTAR ISI

HALAMAN MUKA SKRIPSI .............................................................................. i

TITLE PAGE ......................................................................................................... ii

LEMBAR PERSETUJUAN PEMBIMBING .................................................... iii

LEMBAR PENGESAHAN PENGUJI ............................................................... iv

LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ............................... v

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ............................ vi

MOTTO DAN HALAMAN PERSEMBAHAN ............................................... vii

INTISARI ........................................................................................................... viii

ABSTRACT ........................................................................................................... ix

KATA PENGANTAR ........................................................................................... x

DAFTAR ISI ........................................................................................................ xii

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xv

DAFTAR TABEL ............................................................................................. xvii

BAB I PENDAHULUAN ...................................................................................... 1

1.1 Latar Belakang Penelitian .......................................................................... 1

1.2 Rumusan Masalah ....................................................................................... 2

1.3 Tujuan Penelitian ........................................................................................ 2

1.4 Batasan Masalah .......................................................................................... 3

1.5 Manfaat Penelitian ...................................................................................... 3

1.5.1 Manfaat bagi Peneliti............................................................................ 3

1.5.2 Manfaat bagi Perusahaan .................................................................... 4

1.5.3 Manfaat bagi Pembaca ......................................................................... 4

BAB II DASAR TEORI ........................................................................................ 5


xiii

2.1 Kereta Api .................................................................................................... 5

2.2 Sistem Suspensi ............................................................................................ 8

2.3 Teori Getaran ............................................................................................ 11

2.3.1 Pengertian, Penyebab dan Akibat dari Getaran.............................. 11

2.3.1.1 Pengertian ......................................................................................... 11

2.3.1.2 Penyebab terjadinya getaran .......................................................... 13

2.3.1.3 Akibat dari getaran ......................................................................... 15

2.4 Teori Getaran Base Excitation ................................................................. 16

2.5 Kriteria Getaran ........................................................................................ 16

2.6 Pengaruh Percepatan Kendaraan terhadap Kenyamanan Penumpang

........................................................................................................................... 18

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ......................................................... 21

3.1 Metode Pengumpulan Data ...................................................................... 21

3.2 Alur Penelitian ........................................................................................... 22

3.3 Alur Pengolahan Data ............................................................................... 23

3.4 Pemodelan dari Sistem Seperempat Kendaraan Kereta Api ................ 24

3.6 Simulasi dari Sistem Kendaraan Kereta Api Menggunakan Software

Matlab ............................................................................................................... 27

3.6 Analisis Grafik dari Sistem Seperempat Kendaraan Kereta Api ......... 29

BAB IV DATA, ANALISIS DAN PEMBAHASAN ......................................... 30

4.1 Pemodelan Sistem Seperempat Kendaraan Kereta Api Eksekutif ....... 30

4.2 Parameter yang Digunakan ...................................................................... 31

4.3 Input yang Digunakan .............................................................................. 31

4.4 Perhitungan Frekuensi Getaran Sistem Seperempat Kendaraan Kereta

Api ..................................................................................................................... 32

4.5 Pemrograman Menggunakan Matlab .................................................... 33


xiv

4.6 Perhitungan RMS (Root Mean Square) Percepatan untuk Mengetahui

Tingkat Kenyamanan Penumpang ................................................................ 35

4.7 Perbandingan RMS Percepatan Variasi Sistem Seperempat Kendaraan

........................................................................................................................... 36

4.8 Pembahasan Hasil Simulasi Sistem Seperempat Kendaraan Kereta Api

........................................................................................................................... 38

BAB V PENUTUP ............................................................................................... 40

5.1 Kesimpulan ................................................................................................ 40

5.2 Saran ........................................................................................................... 40

DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 41


xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Gerbong Kereta Api Eksekutif ............................................................ 5

Gambar 2.2 Contoh Gerbong Kereta Eksekutif dengan Bogie Pegas Karet ........... 7

Gambar 2.3 Bogie dengan Suspensi Pegas Ulir ...................................................... 9

Gambar 2.4 Bogie dengan Suspensi Rubber Karet ............................................... 10

Gambar 2.5 Bogie dengan Suspensi Udara ........................................................... 11

Gambar 2.6 Skema dari Getaran Bebas tanpa Peredam ........................................ 12

Gambar 2.7 Skema dari Getaran Bebas dengan Redaman .................................... 13

Gambar 2.8 Base Excitation (A) Sistem Fisik Base Excitation (B) Free Body

Diagram untuk Sistem Base Excitation .......................................... 16

Gambar 2.9 Batas Tingkat Getaran Arah Longitudinal (az) dan Tingkat Getaran

Arah Transversal (ax, ay) Menurut ISO: 2631 ................................ 17

Gambar 2.10 Ketahanan Badan Manusia terhadap Percepatan Linier yang dapat

Diterima ........................................................................................... 19

Gambar 3.1 Skematik Alur Pelaksanaan Penelitian .............................................. 22

Gambar 3.2 Skematik Alur Pengolahan Data Penelitian Sistem Seperempat

Kendaraan Kereta Api Eksekutif ..................................................... 23

Gambar 3.3 Free Body Diagram Seperempat Kendaraan dari Kereta Api........... 24

Gambar 3.4 Free Body Diagram yang telah disederhanakan ............................... 25

Gambar 3.5 Diagram Alir Proses Analisis Getaran pada Software MATLAB dari

Sistem Seperempat Kendaraan Kereta Api Eksekutif ..................... 28

Gambar 4.1 Free Body Diagram Seperempat Kendaraan Kereta Api Eksekutif . 30

Gambar 4.2 Profil Jalan dengan Input Sinusoidal ................................................. 31

Gambar 4.3 Pemrograman Menggunakan Matlab dengan Parameter Sistem

Seperempat Kendaraan Kereta Api Eksekutif ................................. 34

Gambar 4.4 Grafik Respon Perpindahan Selama 5 detik ...................................... 34

Gambar 4.5 Grafik Respon Perpindahan Selama 10 detik .................................... 35

Gambar 4.6 Grafik Perbandingan Frekuensi Teredam dengan RMS Percepatan

Sistem Seperempat Kendaraan Kereta Api Eksekutif ..................... 37


xvi

Gambar 4.7 Grafik Perbandingan antara Percepatan Sistem Seperempat Kendaraan

Kereta Api dengan Standar ISO 2631 Arah Transversal ................. 38


xvii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Tipe-Tipe Bogie yang Ada pada Kereta Api di Indonesia ...................... 8

Tabel 2.2 Reaksi Kenyamanan Penumpang Terhadap Percepatan – ISO 2631 .... 20

Tabel 3.1 Data yang Diperoleh dari PT.INKA (Persero) ...................................... 27

Tabel 4.1 Parameter yang Digunakan untuk Simulasi Sistem Seperempat

Kendaraan Kereta Api Eksekutif .......................................................... 31

Tabel 4.2 Nilai Perbandingan Perpindahan Maksimum, Keceptan, Frekuensi dan

RMS Percepatan ................................................................................... 37


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Penelitian

Kereta api merupakan salah satu alat transportasi penumpang maupun

barang yang memiliki keunggulan terutama dalam hal kapasitas angkut, efisien,

aman, ramah lingkungan, serta kelancaran transportasi dibandingkan angkutan

lainnya. Sampai saat ini, kereta api masih menjadi pilihan alat transportasi darat

dan terus berkembang di berbagai wilayah di belahan dunia. Begitu pula di

Indonesia, kereta api juga cukup diminati. Berdasarkan data BPS (Badan Pusat

Statistik), dalam tahun 2019 PT. KAI berhasil mengangkut penumpang

sebanyak 428 juta orang dan 422 juta orang pada tahun sebelumnya. Dengan

meningkatnya peminat pengguna kereta api tersebut, perkeretaapian di

Indonesia masih harus dikembangkan di masa mendatang. Sebagai transportasi

dengan durasi perjalanan relatif panjang, kebutuhan akan keamanan dan

kenyamanan dari kereta api itu sendiri menjadi sangat penting.

Faktor penunjang keamanan dan kenyamanan yang utama adalah sistem

suspensi. Sistem suspensi adalah sistem yang memberikan keamanan dan

kenyamanan bagi penumpang yang terletak pada bagian bogie kereta. Pada

kereta api penumpang mempunyai 2 sistem suspensi, yaitu suspensi primer

(primary suspension) dan suspensi sekunder (secondary suspension) dimana

setiap sistem suspensi mempunyai fungsi masing-masing. Suspensi primer

merupakan pegas yang menghubungkan antara roda dengan bogie frame,

sedangkan suspensi sekunder menghubungkan antara bogie frame dengan badan

kereta.

Sistem suspensi memegang peranan yang sangat penting pada kereta api.

Hal tersebut terjadi karena rel dan roda kereta api terbuat dari besi baja. Sehingga

apabila terjadi goncangan, sistem suspensi sangat dibutuhkan untuk memberikan

redaman getaran pada kereta api yang mengakibatkan penumpang merasa


2

nyaman. Getaran juga menjadi sumber masalah yang dapat berpengaruh pada

aspek kesehatan.

Besar frekuensi getaran yang ditimbulkan oleh kereta api akan

berdampak dan bereaksi bagi tubuh penumpang, dan hal ini juga telah diatur

dalam Surat Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup

No.KEP¬49/MENLH/11/1996., serta seberapa besar percepatan yang dihasilkan

oleh kereta api tersebut juga akan berdampak bagi kenyamanan penumpang di

dalamnya, hal ini juga telah diatur dalam Standar ISO:2631 tentang Mechanical

vibration and shock-Evaluation of human exposure to whole-body vibration.

Salah satu cara untuk meningkatkan performansi sistem suspensi dari

kereta api yaitu dengan mengganti jenis suspensi yang memiliki redaman yang

cukup terhadap getaran yang terjadi. Suspensi yang biasa digunakan di Indonesia

biasanya, Pegas primer menggunakan pegas ulir biasa atau bisa juga

menggunakan pegas karet yang biasa disebut sebagai Conical Rubber Bounded.

Sedangkan untuk pegas sekunder menggunakan pegas ulir atau menggunakan

pegas udara yang ditampung dalam wadah karet berbentuk bundar seperti ban

mobil.

1.2 Rumusan Masalah

Pada penelitian ini, penulis akan meneliti tentang getaran yang terjadi pada

kereta api, sehingga diperlukan perumusan masalah agar penelitian ini dapat

dilakukan secara terarah. Adapun perumusan masalah dalam penelitian ini

adalah:

a. Bagaimana cara menganalisis getaran yang terjadi pada kereta api?

b. Bagaimana jika getaran yang dihasilkan kereta tidak memenuhi nilai indeks

kenyamanan berkendara (comfort riding index)?

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian tentang analisis getaran pada kereta api ini adalah:

a. Mengetahui seberapa besar frekuensi getaran yang dihasilkan oleh kereta

api.


3

b. Mengetahui faktor apa saja yang mempengaruhi getaran pada kereta api.

c. Mengetahui dampak yang dihasilkan akibat getaran dari kereta api.

1.4 Batasan Masalah

Agar penelitian ini tidak menyimpang dari topik yang telah dipilih, maka

penulis memberikan batasan-batasan masalah sebagai berikut:

a. Pemodelan sistem suspensi pada bogie hanya menggunakan sistem

seperempat kendaraan.

b. Kecepatan kereta api bernilai konstan.

c. Profil jalan dimodelkan sebagai input sinusoidal.

d. Getaran yang dihitung merupakan getaran transversal dengan satu derajat

kebebasan.

e. Suspensi sekunder diabaikan dan hanya menggunakan suspensi primer.

f. Data perhitungan yang dipakai merupakan data aktual yang didapatkan dari

PT. INKA (Persero), Madiun.

1.5 Manfaat Penelitian

Penelitian yang dilakukan diharapkan dapat memberikan manfaat

pengetahuan bagi pihak-pihak yang secara langsung maupun tidak langsung

terlibat dalam bidang penelitian yang sama. Beberapa manfaat yang didapatkan

dari penelitian yang dilakukan, dituliskan sebagai berikut:

1.5.1 Manfaat bagi Peneliti

Manfaat yang didapatkan peneliti dalam penelitian tersebut adalah sebagai

berikut:

a. Pengalaman menangani permasalahan aktual yang terjadi di industri

khususnya industri transportasi.

b. Menambah ilmu dan pemahaman peneliti terhadap bidang teknik mesin

khususnya getaran mekanis dan teknik kendali.

c. Mendapatkan topik penelitian untuk dapat disusun sebagai tugas akhir guna

memenuhi persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Teknik program S-1.


4

1.5.2 Manfaat bagi Perusahaan

Manfaat yang didapatkan oleh PT. INKA (Persero) dalam penelitian

tersebut adalah sebagai berikut:

a. Kegiatan penelitian di perusahaan ini merupakan salah satu bentuk peran

perusahaan dalam mendukung kegiatan pendidikan di Indonesia.

b. Membantu menyelesaikan permasalahan yang terjadi di perusahaan.

c. Membangun relasi antara perusahaan dengan institusi atau universitas.

1.5.3 Manfaat bagi Pembaca

Manfaat yang didapatkan oleh pembaca penelitian tersebut adalah sebagai

berikut:

a. Menjadi batu tumpuan bagi adik tingkat untuk mencoba melakukan

penelitian yang bernuansa baru ini.

b. Membuka dan menemukan celah penelitian baru menggunakan perhitungan

dan metode analisis yang berbeda.

c. Dapat dijadikan sebagai landasan penelitian baru.


5

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Kereta Api

Kereta api adalah bentuk transportasi rel yang terdiri dari serangkaian

kendaraan yang ditarik sepanjang jalur kereta api untuk mengangkut kargo atau

penumpang. Gaya gerak disediakan oleh lokomotif yang terpisah atau motor

individu dalam beberapa unit. Meskipun propulsi historis mesin uap

mendominasi, bentuk-bentuk modern yang paling umum adalah mesin diesel

dan listrik lokomotif, yang disediakan oleh kabel overhead atau rel tambahan.

Sumber energi lain termasuk kuda, tali atau kawat, gravitasi, pneumatik,

baterai, dan turbin gas. Rel kereta api biasanya terdiri dari dua, tiga atau empat

rel, dengan sejumlah monorel dan guideways maglev dalam campuran. Kereta

modern semakin berkembang seiring dengan berkembangnya revolusi industri,

ekspansi dan perpindahan dari satu tempat ke tempat lain. Contoh produk kereta

api eksekutif yang dibuat PT. INKA (Persero) pada Gambar 2.1

Gambar 2.1 Gerbong Kereta Api Eksekutif

(Sumber: https://www.inka.co.id/product/list)


https://www.inka.co.id/product/list

6

Bagian-bagian dari kereta api:

a. Lokomotif

Lokomotif merupakan bagian dari rangkaian kereta api, dimana terdapat

mesin dan sistem kendali untuk menggerakan kereta api.

b. Gerbong kereta

Bagian dari kereta yang memuat penumpang.

c. Gerbong restorasi

Bagian dari kereta untuk memesan makanan dan tempat makan

d. Gerbong genset/ pembangkit

Bagian dari kereta untuk menyuplai kebutuhan listrik yang ada di dalam

rangkaian kereta. Biasanya terletak dibagian paling belakang.

e. Gerbong bagasi

Bagian kereta yang berfungsi untuk tempat barang/ logistik yang akan

diantarkan ke suatu tempat.

f. Bogie

Bogie adalah suatu konstruksi yang terdiri dari dua perangkat roda atau

lebih yang digabungkan oleh rangka yang dilengkapi dengan sistem

pemegasan, pengereman, dengan atau tanpa peralatan penggerak dan anti

selip, serta keseluruhan berfungsi sebagai pendukung rangka dasar dari

badan kereta. Bogie dapat di lepas dan dipasangkan kembali jika sedang

dilakukan perawatan. (Kristanto, Y. D., & Triwinarno, Y. 2012).

Fungsi utama bogie adalah menghasilkan fleksibilitas kereta terhadap

rel sehingga roda dapat tetap mengkuti arah rel saat melewati tikungan

(“curve”).

Selain fleksibilitas, bogie juga dapat meredam efek yang diakibatkan

oleh rel yang bergelombang naik turun. Titik tengah bogie yang disebut

“Center Pivot” akan membagi defleksi yang terjadi diantara 2 rodanya. Hal

ini akan menyebabkan kereta lebih stabil walau rel tidak rata /

bergelombang naik turun.


7

1) Bagian-bagian Bogie

Bogie Kereta Penumpang terdiri dari beberapa bagian utama antara

lain : Bogie Frame, Bolster, Perangkat Roda ( Wheel Set ), Pegas Primer,

Pegas Sekunder, Axle Box, Bearing, Sepatu Rem, Peralatan pengereman

serta peralatan pendukung.

Gambar 2.2 Contoh Gerbong Kereta Eksekutif dengan Bogie Pegas

Karet

(Sumber: https://keretaapikita.com/wp-content/uploads/2016/03/

Gambar-K1-New-Images-By-INK.jpg)

Gambar 2.2 merupakan contoh dari kereta api eksekutif menggunakan

bogie dengan pegas karet untuk suspensi primernya. Pada kereta

penumpang, bogie mempunyai 2 sistem pemegasan. Pegas primer

merupakan pegas yang menghubungkan antara roda dengan bogie frame,

sedangkan pegas sekunder menghubungkan antara bogie frame dengan

badan kereta. Tipe- tipe bogie yang ada pada kereta api di Indonesia ini

ditunjukan pada Tabel 2.1


https://keretaapikita.com/wp-content/uploads/2016/03/

8

Tabel 2.1 Tipe-Tipe Bogie yang Ada pada Kereta Api di Indonesia

Bogie kereta penumpang: Bogie gerbong barang:

1) Bogie Pensylvania ( K-2 )

2) Bogie Cradle ( K-3 )

3) Bogie SIG atau NT-504 ( K-4 )

4) Bogie NT-11 ( K-5 )

5) Bogie Ferrostahl ( K-6 )

6) Bogie Gorlitz ( K-7 )

7) Bogie NT-60 ( K-8 )

8) Bogie Bolsterless ( K-9 )

1) Bogie Kuda kepang

2) Bogie Ride Control

3) Bogie Barber

Sama seperti pada sarana kereta tak berpenggerak, Lokomotif dan

KRD/KRL ( Kereta Rel Diesel / Kereta Rel Listrik ) juga menggunakan

Bogie. Perbedaannya adalah adanya peralatan penggerak baik itu Motor

Traksi maupun Gearbox serta berbagai perlengkapan pendukungnya yang

terpasang pada bogie. Hal ini membuat Bogie untuk lokomotif dan

KRD/KRL menjadi lebih kompleks.

Tipe-tipe bogie lokomotif yang masih beroperasi di Indonesia:

1) Bogie Lokomotif Eropa

2) Bogie Lokomotif Amerika

3) Bogie Lokomotif Indonesia

Tipe-tipe bogie KRL/KRD yang masih beroperasi di Indonesia:

1) Bogie dengan Bolster

2) Bogie Bolsterless

2.2 Sistem Suspensi

Suspensi adalah kumpulan komponen tertentu yang berfungsi meredam

kejutan, getaran yang terjadi pada kendaraan akibat permukaan jalan yang tidak


9

rata yang dapat meningkatkan kenyamanan berkendara dan pengendalian

kendaraan. Sistem suspensi kendaraan terletak di antara bodi (kerangka) dengan

roda. Ada dua jenis utama suspensi yaitu :

a. Sistem suspensi dependen atau sistem suspensi poros kaku (rigid)

Roda dalam satu poros dihubungkan dengan poros kaku (rigid), poros

kaku tersebut dihubungkan ke bodi dengan menggunakan pegas, peredam

kejut dan lengan kontrol (control arm). Awalnya semua kendaraan

menggunakan sistem ini. Sampai sekarang sebagian besar kendaraan berat

seperti truk, masih menggunakan sistem ini, sedangkan kendaraan niaga

umumnya menggunakan sistem ini pada roda belakang.

b. Sistem suspensi independen atau sistem suspensi bebas.

Antara roda dalam satu poros tidak terhubung secara langsung, masing-

masing roda (roda kiri dan kanan) terhubung ke bodi atau rangka dengan

lengan suspensi (suspension arm), pegas dan peredam kejut. Goncangan

atau getaran pada salah satu roda tidak memengaruhi roda yang lain.

Berikut merupakan beberapa jenis sistem suspensi yang terdapat pada kereta api

yaitu :

a. Sistem Suspensi Pegas (spring suspension)

Gambar 2.3 Bogie dengan Suspensi Pegas Ulir

(Sumber: https://www.inka.co.id/kcfinder/upload/images/bogie

%20k7.png)


https://www.inka.co.id/kcfinder/upload/images/bogie

10

Gambar 2.3 merupakan suspensi pegas terbuat dari pegas baja

sehingga dikenal dengan spring suspension. Suspensi pegas (spring

suspension) memiliki stabilitas yang baik dan cukup reliable, akan tetapi

cukup berat dan memerlukan maintenance yang teratur karena sifatnya

yang bisa berkarat.

b. Sistem Suspensi Karet (rubber suspension)

Pada abad ke 19 suspensi karet seperti pada Gambar 2.4 mulai

dipakai dikombinasikan dengan suspensi pegas. Baru pada tahun 1950an,

beberapa kereta mulai memakai suspensi karet penuh, baik pada suspensi

primer maupun sekundernya karena karet cukup kuat dan mampu

memberikan fungsi yang sama dengan sping suspension.

Gambar 2.4 Bogie dengan Suspensi Rubber Karet

(Sumber: https://www.inka.co.id/kcfinder/upload/images/bogie%

20k8.png)

c. Sistem Suspensi Udara (air suspension)

Suspensi udara biasanya hanya dipakai pada suspensi sekunder,

sedangkan suspensi primer memakai spring atau karet. Suspensi udara

mampu mempertahan tinggi kereta terhadap permukaan rel yang hampir

konstan ketika terjadi perubahan jumlah beban/ penumpang di kereta karena


https://www.inka.co.id/kcfinder/upload/images/bogie%25

11

mampu mendeteksi beban pada kereta dan mampu menyesuiakan tingkat

suspensi yang diperlukan seperti pada Gambar 2.5

Gambar 2.5 Bogie dengan Suspensi Udara

(Sumber: https://www.inka.co.id/kcfinder/upload/images/bogie%

20bolsterless(1).png)

2.3 Teori Getaran

2.3.1 Pengertian, Penyebab dan Akibat dari Getaran

2.3.1.1 Pengertian

Getaran adalah gerakan bolak-balik suatu massa melalui keadaan setimbang

terhadap suatu titik acuan, Kesetimbangan di sini maksudnya adalah keadaan

di mana suatu benda berada pada posisi diam jika tidak ada gaya yang bekerja

pada benda tersebut. Getaran mempunyai amplitudo (jarak simpangan terjauh

dengan titik tengah) yang sama.

Sedangkan yang dimaksud dengan getaran mekanik adalah getaran yang

ditimbulkan oleh sarana dan peralatan kegiatan manusia (Keputusan Menteri

Negara Lingkungan Hidup Nomor KEP-49/MENLH/1 1/1996).

Pengertian lain menyebutkan bahwa getaran ialah gerakan

ossillatory/bolak-balik suatu massa melalui keadaan setimbang terhadap suatu

titik tertentu. Dalam kesehatan kerja, getaran yang terjadi secara mekanis serta



12

terbagi atas getaran seluruh badan dan getaran tangan-lengan (Buku saku

Kesehatan dan Keselamatan Kerja dari Sucofindo, 2002).

Jenis getaran:

a. Getaran bebas

terjadi bila sistem mekanis dimulai dengan gaya awal, lalu dibiarkan

bergetar secara bebas.

b. Getaran paksa

Ialah suatu getaran yang terjadi ketika gerakan bolak-balik karena adanya

gaya luar yang secara paksa menciptakan getaran pada sistem.

c. Getaran bebas tanpa peredam.

Pada model yang paling sederhana redaman dianggap dapat diabaikan, dan

tidak ada gaya luar yang memengaruhi massa (getaran bebas). Skema dari

getaran bebas tanpa peredam ditunjukan pada Gambar 2.6

Gambar 2.6 Skema dari Getaran Bebas tanpa Peredam

(Sumber: https://id.wikipedia .org/wiki/Getaran)

Dalam keadaan ini gaya yang berlaku pada pegas Fs sebanding

dengan panjang peregangan x, sesuai dengan hukum Hooke, atau bila

dirumuskan secara matematis: 𝐹𝑠 = −𝑘𝑥

d. Getaran bebas dengan redaman

Bila peredaman diperhitungkan, berarti gaya peredam juga berlaku pada

massa selain gaya yang disebabkan oleh peregangan pegas seperti yang


13

ditunjukan pada Gambar 2.7. Bila bergerak dalam fluida benda akan

mendapatkan peredaman karena kekentalan fluida. Gaya akibat kekentalan

ini sebanding dengan kecepatan benda. Konstanta akibat kekentalan

(viskositas) c ini dinamakan koefisien peredam, dengan satuan N s/m (SI)

Gambar 2.7 Skema dari Getaran Bebas dengan Redaman

(Sumber: https://id.wikipedia .org/wiki/Getaran)

Getaran teredam dapat ditemukan menggunakan rumus:

𝑓𝑑 = √1 − 𝜁2 𝑓𝑛

2.3.1.2 Penyebab terjadinya getaran

Vibrasi atau getaran yang ditimbulkan oleh peralatan yang berputar

semisal motor, pompa, fan dan sejenisnya akan memberikan petunjuk tentang

kondisi dari peralatan tersebut, apakah berada dalam kondisi yang baik ataukah

sebaliknya. Sehingga dengan adanya fenomena ini melalui peralatan yang

disebut dengan vibrometer maka akan dapat diketahui detail penyebab

terjadinya anomali getaran, tentunya setelah dilakukan analisa gelombang pada

data yang telah ditangkap oleh vibrometer. Secara umum penyebab terjadinya

anomali getaran pada sebuah peralatan yang berputar adalah sebagai berikut :


14

a. Unbalance atau imbalance

Unbalance adalah terjadinya pergeseran titik pusat massa dari titik

pusat putarnya sehingga akan menimbulkan getaran yang tinggi.

b. Misalignment

Vibrasi yang disebabkan oleh penyambungan poros yang tidak

simetris dan besarannya tergantung dari ketidaksimetrisan

penyambunganya, semakin tidak simetris penyambungan poros pada

sebuah peralatan maka menyebabkan vibrasi akan semakin tinggi.

c. Variasi beban

d. Clearance

Kelonggaran clearance (over clearance) mempunyai karakter

penampilan vibrasi yang khusus.

e. Resonansi

Natural frekuensi yang sama besar dengan putaran mesin, maka

vibrasi akan menjadi tinggi.

f. Mechanical looseness

Disebabkan oleh kerenggangan pada suatu mesin.

g. Kerusakan pada bearing

h. Masalah pada kelistrikan

Disebabkan oleh ketidakmerataan gaya medan magnet yang bekerja

pada rotor atau stator.

i. Gaya Aerodinamis dan Hidrolik

Vibrasi yang disebabkan oleh gaya hidrolik terjadi pada aliran fluida

cair seperti pada peralatan pompa, pipa, katup dan sebagainya. Sama seperti

pada vibrasi Aerodinamik, vibrasi jenis ini dapat menjadi serius apabila

disertai adanya resonansi pada peralatan yang dilalui fluida atau kesalahan

desain.

j. Oil whirl dan oil whip

Vibrasi ini terjadi pada journal bearing yaitu pada mesin-mesin

dengan sistem pelumasan minyak bertekanan, serta mesin putaran tinggi

(di atas putaran kritis pertama).


15

k. Gesekan (rubbing)

Gesekan antara bagian yang berputar dengan bagian yang tetap

disebut rubbing. Gesekan ini bisa terjadi secara terputus-putus (intermitent)

atau secara terus menerus (continue) selama berputar.

2.3.1.3 Akibat dari getaran

Besaran getaran dinyatakan dalam akar rata-rata kuadrat percepatan dalam

satuan meter per detik (m/s2 rms). Frekuensi getaran dinyatakan sebagai

putaran per detik (Hz). Getaran seluruh tubuh biasanya dalam rentang 0,5 – 4,0

Hz dan tangan-lengan 8-1000 Hz. Sedangkan efek getaran terhadap tubuh

tergantung besar kecilnya frekuensi yang mengenai tubuh. (Angraini, A. 2005).

a. 3 — 9 Hz, akan timbul resonansi pada dada dan perut.

b. 6 — 10 Hz, dengan intensitas 0,6 gram, tekanan darah, denyut jantung,

pemakaian O2 dan volume per denyut sedikit berubah. Pada intensitas 1,2

gram terlihat banyak perubahan sistem peredaran darah.

c. 10 Hz, leher, kepala, pinggul, kesatuan otot dan tulang akan beresonansi.

d. 13 — 15 Hz, tenggorokan akan mengalami resonansi.

e. > 20 Hz, tonus otot akan meningkat, akibat kontraksi statis ini otot menjadi

lemah, rasa tidak enak dan kurang ada perhatian.

Beberapa jenis getaran dan akibatnya pada kesehatan, antara lain meliputi

getaran pada seluruh tubuh dan getaran pada lengan. Getaran seluruh tubuh

biasanya dialami pengemudi kendaraan dengan akibat yang timbul tergantung

kepada jaringan manusia, seperti pada getaran 3 — 6 Hz untuk bagian thorax

(dada dan perut), pada getaran 20-30 Hz untuk bagian kepala, dan pada getaran

100-150 Hz untuk rahang. Selain berakibat pada rasa tidak nyaman efek

getaran pada organ tubuh yang berlangsung lama, menurut beberapa penelitian

dapat menyebabkan orteoartritis tulang belakang. Getaran tangan-lengan,

dapat menyebabkan antara lain timbulnya kelainan pada peredaran darah dan

persyarafan, serta kerusakan pada persendian dan tulang-tulang.


16

Penentuan baku tingkat getaran diatur sesuai Surat Keputusan Menteri

Negara Lingkungan Hidup No.KEP¬49/MENLH/11/1996. Baku tingkat

getaran adalah batas maksimal tingkat getaran yang diperbolehkan dari usaha

atau kegiatan pada media padat sehingga tidak menimbulkan gangguan

terhadap kenyamanan dan kesehatan.

2.4 Teori Getaran Base Excitation

Akibat adanya eksitasi input y(t), memungkinkan suatu sistem pegas-

massa-peredam mengalami gerak harmonik seperti yang ditunjukkan pada

Gambar 2.8 (A). Eksitasi input y(t) menyatakan perpindahan dari base, dan x(t)

menyatakan perpindahan massa dari posisi kesetimbangan statis pada waktu t.

Sehingga perpanjangan dari pegas adalah (x-y) dan kecepatan relatif antara

kedua ujung damper adalah (�̇�-�̇�). Dari free body diagram yang ditunjukkan

pada Gambar 2.8 (B), didapatkan persamaan gerak:

(A) (B)

Gambar 2.8 Base Excitation (A) Sistem Fisik Base Excitation (B) Free

Body Diagram untuk Sistem Base Excitation

(Sumber: https://www.slideserve.com/justis/2-4-base-excitation)

2.5 Kriteria Getaran

Getaran yang terjadi pada kereta api akan terpapar ke seluruh tubuh para

penumpang baik itu yang berdiri di lantai atau penumpang yang duduk dikursi.


17

Oleh karena itu getaran jenis ini disebut ”whole body vibration”. Sejauh ini di

Indonesia masih belum ada ketetapan nilai ambang batas getaran keseluruh

tubuh manusia. Namun ada kriteria yang dipakai secara internasional untuk

menetapkan nilai ambang batas getaran jenis ini, yaitu standar

ISO2631/I(1985):“Guide for the evaluation of human exposure to whole body

vibration” .

Standar ini mendefinisikan dan memberi angka-angka batasan pemaparan

getaran yang dipancarkan oleh permukaan padat kepada tubuh manusia dalam

rentang frekuensi:1Hz-80Hz. Pada kenyataannya ada empat faktor yang paling

utama dalam menetapkan respon manusia terhadap getaran, yaitu intensitas

getaran, frekuensi getaran, arah getaran dan waktu pemaparan getaran. Gambar

2.9 menunjukan batas tingkat getaran yang berkaitan dengan tingkat

kenyamanan (reduced comport boundary) yang didefinisikan oleh standar ISO

2631I (1985). (Suwandi, A., dkk 2009).

Gambar 2.9 Batas Tingkat Getaran Arah Longitudinal (az) dan Tingkat

Getaran Arah Transversal (ax, ay)

(Sumber: Standar ISO: 2631)


18

2.6 Pengaruh Percepatan Kendaraan terhadap Kenyamanan Penumpang

Gerakan utama yang dialami penumpang selama berada dalam kereta adalah

berupa percepatan, perlambatan dan getaran. Unit dasar yang digunakan

sebagai ukuran dari percepatan yang dialami manusia adalah berbasis pada

gaya gravitasi yang diringkas G. Seseorang yang jatuh bebas dimana

percepatan jatuhnya adalah 9,81 m/s2 dikatakan mengalami percepatan sebesar

1 G.

Toleransi manusia terhadap percepatan ditunjukan pada Gambar 2.10

Gambar tersebut menunjukan level percepatan rata-rata untuk bermacam arah

gerakan yang mampu ditahan oleh tubuh manusia. Informasi ketahanan badan

manusia terhadap percepatan merupakan hal yang sangat penting sebagai

referensi dalam perancangan ketahanan bodi kendaraan terhadap impact. Jika

pada saat kendaraan mengalami impact dimana pengemudi atau penumpang

mendapat percepatan atau perlambatan melebihi yang mampu didukung oleh

badan, maka akan dapat membahayakan pengemudi dan penumpang kendaraan

tersebut. (Zahro, D. R. 2017).


19

Gambar 2.10 Ketahanan Badan Manusia terhadap Percepatan Linier yang dapat

Diterima

(Sumber: Zahro, D. R. 2017)

Untuk kriteria kenyamanan berdasarkan besar percepatan menurut Standar

ISO:2631, ditampilkan pada Tabel 2.2 tetapi reaksi kenyamanan pada suatu

pecepatan juga masih ditentukan dengan durasi yang sudah ada pada Standar

ISO:2631. (Olviani, C., & Gutur, H. L. 2014).


20

Tabel 2.2 Reaksi Kenyamanan Penumpang Terhadap Percepatan – ISO 2631

No. Percepatan (m/s2) Keterangan

1 a < 0,315 Tidak ada keluhan

2 0,315 < a < 0,63 Sedikit tidak nyaman

3 0,5 < a < 1 Agak tidak nyaman

4 0,8 < a < 1,6 Tidak nyaman

5 1,25 < a < 2,5 Sangat tidak nyaman

6 a > 2 Amat sangat tidak nyaman

Selain berdasarkan kenyamanan, acuan baik tidaknya suspensi kendaraan

juga dilihat berdasarkan kenyamanan. Ditinjau dari segi keamanan, suspensi

dikatakan relatif aman jika roda dan permukaan jalan melekat dengan baik atau

diusahakan defleksi pada roda seminimal mungkin. (Gangadharan dkk 2004,

January)


21

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Metode Pengumpulan Data

Dalam menyelesaikan penelitian ini diperlukan beberapa metode

pengumpulan data dan referensi penulisan, maka penulis memilih metode

pengumpulan data sebagai berikut:

a. Studi Literatur

Studi literatur merupakan metode pengumpulan data atau informasi

yang didapatkan dengan membaca buku, jurnal, skripsi lain, dan studi

pustaka lainnya.

b. Koleksi Dokumen

Koleksi dokumen merupakan proses pengumpulan data yang

bersumber dari berkas-berkas resmi perusahaan. Berkas tersebut bisa

berupa data spesifikasi, manual book atau berkas yang dapat memperkuat

sumber data penelitian.

c. Wawancara

Merupakan metode pengumpulan data dengan melakukan komunikasi

langsung maupun tidak langsung dengan narasumber yang dianggap

menjadi ahli dalam bidangnya. Dalam hal ini penulis melakukan wawancara

dengan mentor di perusahaan, dan juga pegawai yang ahli dalam bidang

bogie dan gerbong di PT. INKA (Persero).


22

3.2 Alur Penelitian

Penelitian yang dilakukan mengikuti alur diagram dalam Gambar 3.1

Gambar 3.1 Skematik Alur Pelaksanaan Penelitian

Pengolahan data

Menetapkan Batasan Masalah

Penelitian

Disetujui

Konsultasi hasil penelitian dan penyusunan

laporan

Disetujui

Selesai

Tidak

Seminar Hasil

Tidak

Mulai Mencari, Menemukan dan Memilih

Kasus Penelitian

Konsultasi dan Persetujuan Dosen

Pembimbing

Melakukan metode pengumpulan data


23

3.3 Alur Pengolahan Data

Proses pengolahan data merupakan serangkaian tahapan dalam penelitian

ini untuk menyelesaikan permasalahan seperti pada Gambar 3.2

Gambar 3.2 Skematik Alur Pengolahan Data Penelitian Sistem Seperempat

Kendaraan Kereta Api Eksekutif

Mulai

Studi Literatur

Studi Lapangan

Data Spesifikasi yang Dibutuhkan

untuk Perhitungan

Simulasi Besar Getaran Sistem Seperempat

Kendaraan Kereta Api dengan Amplitudo

Perpindahan Menggunakan Matlab

Tidak

Pembahasan dan Kesimpulan

Selesai

Hasilnya Memenuhi

Spesifikasi yang diizinkan


24

3.4 Pemodelan dari Sistem Seperempat Kendaraan Kereta Api

Permodelan yang digunakan dalam tugas akhir ini adalah model seperempat

kendaraan untuk kereta api dengan satu degree of freedom (DOF) dengan

menghitung besar frekuensi getaran ke arah transversal (naik-turun). Permodelan

sistem ini ditunjukkan dengan Gambar 3.3 di bawah yang meliputi m1 adalah massa

bogie dan m2 adalah massa carbody. Sedangkan k1 dan k2 adalah konstanta

kekakuan dari suspensi primer, c1 dan c2 adalah koefisien redaman dari suspensi

primer, redaman dari tipe kereta api eksekutif sendiri menggunakan rubber karet

dengan catatan penelitian ini mengabaikan suspensi sekunder yang berada diantara

carbody dan bogie.

Gambar 3.3 Free Body Diagram Seperempat Kendaraan dari Kereta Api

Dengan mengetahui y merupakan input sinusoidal, maka FBD dapat

disederhanakan seperti ditunjukan pada Gambar 3.4


25

Gambar 3.4 Free Body Diagram yang telah disederhanakan

Dari Pemodelan di atas diubah ke dalam persamaan sebagai berikut:

𝐹𝑑 = −𝑐𝑣 = −𝑐�̇� = −𝑐𝑑𝑥

𝑑𝑡 (1)

𝑚�̈� + 𝑐(�̇�) + 𝑘(�̇�) = 0 (2)

Solusi persamaan ini tergantung pada besarnya redaman. Bila redaman

cukup kecil, sistem masih akan bergetar, namun pada akhirnya akan berhenti.

Keadaan ini disebut kurang redam, dan merupakan kasus yang paling mendapatkan

perhatian dalam analisis vibrasi. Bila peredaman diperbesar sehingga mencapai titik

saat sistem tidak lagi berosilasi, kita mencapai titik redaman kritis. Bila peredaman

ditambahkan melewati titik kritis ini sistem disebut dalam keadaan lewat redam.

Nilai koefisien redaman yang diperlukan untuk mencapai titik redaman

kritis pada model massa-pegas peredam adalah:

𝑐𝑐 = 2√𝑘𝑚

Untuk mengkarakterisasi jumlah peredaman dalam sistem digunakan nisbah

yang dinamakan nisbah redaman. Nisbah ini adalah perbandingan antara

peredaman sebenarnya terhadap jumlah peredaman yang diperlukan untuk

mencapai titik redaman kritis. Rumus untuk nisbah redaman (𝜁) adalah :


26

𝜁 =𝑐

2√𝑘𝑚

Maka untuk pemodelan di atas digunakan rumus sebagai berikut:

𝑥(𝑡) = 𝑒𝜁𝜔𝑛𝑡 cos (√1 − 𝜁2𝜔𝑛𝑡 − ∅). 𝜔𝑛 = 2𝜋𝑓𝑛 (3)

𝜔𝑛 =𝑘

𝑚;

𝜁 =𝑐

𝑐𝑐 ;

∅ = 𝑡𝑎𝑛−1 (𝑐𝜔

𝑘 − 𝑚𝜔𝑛²) ;

Keterangan:

m1 = Massa bogie (kg)

m2 = Massa carbody (kg)

m = Massa keseluruhan (kg)

k = Konstanta kekakuan keseluruhan (N/m)

x = Displacement (m)

c = Koefisien damping keseluruhan (Ns/m)

𝜔𝑛 = Frekuensi pribadi (Hz)


27

3.6 Simulasi dari Sistem Kendaraan Kereta Api Menggunakan Software

Matlab

Setelah mendapatkan persamaan gerak dari sistem seperempat kendaraan,

selanjutnya membuat simulasi untuk sistem seperempat kendaraan kereta api

menggunakan MATLAB. Input yang digunakan adalah input sinusoidal. Setelah

melakukan simulasi, hasil yang keluar berupa grafik karakteristik dinamis sistem

seperempat kendaraan. Data yang diperoleh dari PT.INKA (Persero) pada Tanggal

9-10 Desember 2019 untuk Simulasi Sistem Kendaraan Kereta Api Eksekutif (Argo

Wilis) ditunjukan pada Tabel 3.1. Diagram alir pembuatan blok diagram

seperempat kendaraan dapat dilihat pada Gambar 3.5.

Tabel 3.1 Data yang Diperoleh dari PT.INKA (Persero)

No. Bagian Kereta Api Nilai Keterangan

1 Massa Bogie 4213 kg (m1)

2 Massa Carbody 38311 kg (m2)

3 Kekakuan Pegas (4 set per bogie):

Outer

Inner

26500,2 kg/m

14000,9 kg/m

(k)

4 Displacement pegas:

Bogie only (Outer & Inner)

Tare Car Body (Outer & Inner)

Normal

Max.

Solid:Outer:

Inner:

324 mm

238 mm

232,38 mm

226,51 mm

188,10 mm

201,02 mm

(x)

5 Jarak antar roda kanan-kiri

Jarak antar roda depan-belakang

1590 mm

2200 mm

(l)

6 Sudut rolling suspensi primer 3° (𝜃)


28

Gambar 3.5 Diagram Alir Proses Analisis Getaran pada Software MATLAB dari

Sistem Seperempat Kendaraan Kereta Api Eksekutif

Membuat rumus pengerjaan persamaan

gerak dan memasukan data sistem

seperempat kendaraan kereta api di

Software Matlab

Selesai

Mulai

Parameter dan persamaan gerak

sistem seperempat kendaraan

kereta api

Input sinusoidal

Membuat M-file untuk sistem tersebut

Menjalankan M-file

Grafik dan karakteristik dinamis

sistem seperempat Kendaraan

Kereta Api

Perbandingan grafik yang

dihasilkan dengan standar

ISO yang berlaku


29

3.6 Analisis Grafik dari Sistem Seperempat Kendaraan Kereta Api

Dari simulasi yang telah dilakukan untuk sistem kendaraan dan sistem

kendaraan dengan nilai amplitudo yang digunakan, didapatkan grafik karakteristik

dinamis yang berupa respon perpindahan, kecepatan, dan percepatan yang dialami

oleh kendaraan terhadap waktu. Kemudian grafik karakteristik tersebut dianalisis

dan diambil keputusan, kemudian nilai RMS percepatan yang telah disimulasikan

akan diplot pada grafik ketahanan dan kenyamanan ISO:2631 untuk menganalisis

ketahanan kendaraan yang digunakan.


30

BAB IV

DATA, ANALISIS DAN PEMBAHASAN

4.1 Pemodelan Sistem Seperempat Kendaraan Kereta Api Eksekutif

Pemodelan dari sistem seperempat kendaraan kereta api akan digambar

menjadi Free Body Diagram seperti pada Gambar 4.1

Gambar 4.1 Free Body Diagram Seperempat Kendaraan Kereta Api Eksekutif

Keterangan:

m1 : Massa bogie (kg)

m2 : Massa carbody (kg)

k1 : Konstanta kekakuan dari suspensi primer 1 (N)

k2 : Konstanta kekakuan dari suspensi primer 2 (N)

c1 : Konstanta redaman dari suspensi primer 1 (N)

c2 : Konstanta redaman dari suspensi primer 2 (N)

y : Displacement suspensi dari jalan ke roda (m)

x : Displacement suspensi dari roda ke body (m)


31

4.2 Parameter yang Digunakan

Adapun data-data yang telah diperoleh kemudian disusun, dan yang dipakai

hanya beberapa dalam penelitian ini seperti yang ditunjukan pada Tabel 4.1

Tabel 4.1 Parameter yang Digunakan untuk Simulasi Sistem Seperempat

Kendaraan Kereta Api Eksekutif

No. Bagian Kereta Api Nilai Keterangan

1 Massa Bogie 1053,25 kg (m1)

2 Massa Carbody 9577,75 kg (m2)

3 Kekakuan Pegas (2 set):

Outer

Inner

26500,2 kg/m

14000,9 kg/m

(k)

4.3 Input yang Digunakan

Pada tugas akhir ini akan dilakukan simulasi untuk sistem seperempat

kendaraan kereta api menggunakan input sinusoidal yang akan menghasilkan

respon steady state. (Graa, M., dkk 2014, December). Persamaan dari input tersebut

akan dituliskan sebagai berikut dan menghasilkan grafik seperti yang ditunjukan

pada Gambar 4.2:

𝑦(𝑡) = 𝐴. 𝑠𝑖𝑛(𝜔𝑡)

Gambar 4.2 Contoh Profil Jalan dengan Input Sinusoidal


32

Pada persamaan gerak, nilai A merupakan amplitudo yang digunakan, yaitu

sebesar 0,05 m. Besar frekuensi akan divariasikan dengan panjang gelombang (λ)

sebesar 10 m. Pada Gambar 4.2 tersebut frekuensi kecepatan menggunakan rumus

𝜔 = 2𝜋𝑣

𝜆 dalam satuan rad/s. Semakin besar kecepatannya, maka panjang

gelombang yang dihasilkan semakin banyak.

4.4 Perhitungan Frekuensi Getaran Sistem Seperempat Kendaraan Kereta

Api

Diketahui:

k = 26500,2 + 14000,9 = 40501,1 kg/m =397315,79 x 2= 794631,58 N/m

m = 1053,25 + 9577,75 = 10631 kg

asumsi perpindahan:

x1 = 0,1 m

x2 = 0,05 m

Jawab:

a) Frekuensi Pribadi (𝜔𝑛)

𝜔𝑛 = √𝑘

𝑚

= √794631,58

10631

= 8,65 𝑟𝑎𝑑/𝑠

𝜔𝑛 = 2𝜋𝑓

𝑓 = 𝜔𝑛

2𝜋

𝑓 = 8,65

2𝜋

𝑓 = 1,38 𝐻𝑧


33

b) Pengurangan Logaritma (𝛿)

𝛿 = 𝑙𝑛𝑥1

𝑥2

𝛿 = 𝑙𝑛0,1

0,05 = 0,693

c) Rasio Redaman (𝜁)

𝜁 = 𝛿

2𝜋

𝜁 = 0,693

2𝜋= 0,110

d) Koefisien Redaman (𝑐)

𝑐 = 𝜁 𝑐𝑐 = 2𝜁√𝑘𝑚

𝑐 = 2 𝑥 0,110 𝑥√794631,58 𝑥 10631

𝑐 = 20220,53 Ns/m (untuk 2 peredam)

e) Frekuensi Pribadi Teredam (𝜔𝐷)

𝜔𝐷 = √(1 − (𝜁2𝑥 𝜔𝑛

2𝜋))

𝜔𝐷 = √(1 − (0,1102𝑥 8,65

2𝜋)) = 0,91 𝐻𝑧

4.5 Pemrograman Menggunakan Matlab

Selanjutnya rumus yang didapatkan untuk mencari getaran dalam sistem ini

akan dibuat pemrograman menggunakan matlab, seperti yang ditunjukan pada

Gambar 4.3


34

Gambar 4.3 Pemrograman Menggunakan Matlab dengan Parameter Sistem

Seperempat Kendaraan Kereta Api Eksekutif

Dengan memasukan parameter yang tersedia seperti konstanta kekakuan

pegas, massa kendaraan, koefisien redaman, dan juga input yang digunakan serta

menggunakan rumus yang diperoleh (Karyasa, T. B. 2011) maka akan mendapatkan

grafik seperti yang ditunjukan oleh Gambar 4.4

Gambar 4.4 Grafik Respon Perpindahan Selama 5 detik


35

Gambar 4.4 adalah grafik respon perpindahan dengan perpindahan awal

sebesar 0,05 meter terhadap waktu selama 5 detik. Pada grafik tersebut nilai

perpindahan maksimum dari 0,026 m, 0,016 m, 0,00115 m, 0,0090 m, 0,0075 m,

0,0065 m dst.

Dari hasil tersebut sistem suspensi yang ada pada kereta api tersebut sudah

baik karena dapat kembali ke kondisi semula dalam waktu yang cepat.

Gambar 4.5 Grafik Respon Perpindahan Selama 10 detik

Dari Gambar 4.5 terlihat bahwa waktu yang dibutuhkan untuk kembali

normal adalah 6 detik.

4.6 Perhitungan RMS (Root Mean Square) Percepatan untuk Mengetahui

Tingkat Kenyamanan Penumpang

Setelah diketahui seberapa besar respon perpindahan kereta api terhadap

getaran yang terjadi, selanjutnya langkah yang dilakukan yaitu dengan mencari

RMS Percepatan.


36

Sebelumnya kecepatan yang terjadi pada kereta api juga dapat dihitung

dengan rumus sebagai berikut:

𝑣 = 𝐴. 𝜔. cos (𝜔𝑡 − 𝑏𝑧)

Lalu diturunkan untuk mencari RMS Percepatan, dan dihasilkan rumus

sebagai berikut:

𝑎 = −𝐴. 𝜔2. sin (𝜔𝑡 − 𝑏𝑧)

Keterangan:

𝑣 = kecepatan (m/s)

𝑎 = percepatan (m/s2)

𝐴 = amplitudo

𝑡 = waktu (s)

𝜔 = kecepatan sudut (2𝜋/𝑇)

𝜔𝑡 = simpangan sudut ((2𝜋/𝑇)𝑡)

𝑏 = bilangan gelombang (2𝜋/𝜆)

𝑧 = panjang rambat (𝜆(𝑡/𝑇))

4.7 Perbandingan RMS Percepatan Variasi Sistem Seperempat Kendaraan

Pada simulasi ini digunakan standar kenyamanan ISO 2631 untuk

menganalisis optimalisasi sistem suspensi primer dalam ketahanan berkendara

akibat eksitasi sinusoidal yang terjadi. Dengan menggunakan standar tersebut dapat

diketahui lama ketahanan saat berkendara. (Amalia, N., & Gutur, H. L. 2014).

Selanjutnya akan dilakukan variasi dari grafik yang telah didapatkan yaitu

mencari nilai frekuensi dan RMS Percepatan seperti yang ditunjukan pada Tabel

4.2 dan akan diplot pada grafik kenyamanan ISO 2631.


37

Tabel 4.2 Nilai Perbandingan Perpindahan Maksimum, Kecepatan, Frekuensi dan

RMS Percepatan

No. Perpindahan

Maksimum (m)

Kecepatan

(m/s)

Frekuensi

(Hz)

RMS Percepatan

(m/s2)

1 0,0260 0,80 0,92 1,6

2 0,0165 0,63 0,96 1,26

3 0,0115 0,50 0,98 1

4 0,0090 0,25 1,00 0,5

5 0,0075 0,15 1,00 0,3

6 0,0065 0,10 1,00 0,2

Grafik yang dihasilkan dari perbandingan antara RMS percepatan dengan

frekuensi teredam yang dihasilkan akan terlihat seperti pada Gambar 4.6

Gambar 4.6 Grafik Perbandingan Frekuensi Teredam dengan RMS Percepatan

Sistem Seperempat Kendaraan Kereta Api Eksekutif

1,6

1,26

1

0,5

0,30,2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

0,9 0,92 0,94 0,96 0,98 1 1,02

RM

S P

erce

pat

an (

m/s

2)

Frekuensi (Hz)


38

Kemudian bentuk grafik yang telah didapatkan akan dibandingkan langsung

pada Standar ISO:2631 untuk mengetahui tingkat kenyamanan dan durasi yang

disarankan akibat getaran yang dihasilkan, seperti yang ditunjukan pada Gambar

4.7

Gambar 4.7 Grafik Perbandingan antara Percepatan Sistem Seperempat

Kendaraan Kereta Api dengan Standar ISO 2631 Arah Transversal

(Sumber: Standar ISO: 2631)

4.8 Pembahasan Hasil Simulasi Sistem Seperempat Kendaraan Kereta Api

Dari data yang didapatkan dari percobaan sistem dari kendaraan kereta api

eksekutif dengan input sinusoidal atau initial condition perpindahan 0,05 m

dihasilkan percepatan f1(0,92 Hz)= 1,6 m/s2 , f2(0,96 Hz)=1,26 m/s2 dan f3(0,98 Hz)

= 1 m/s2 kenyamanan berkendara dalam frekuensi ini masih dalam posisi nyaman

karena belum menyentuh angka 1 Hz, percepatan f4(1 Hz)= 0,5 m/s2 dapat untuk

perjalanan maksimal 2,5 jam dan percepatan f5(1 Hz)= 0,3 m/s2 dapat untuk


39

perjalanan maksimal 8 jam dan f6(1 Hz)= 0,2 m/s2 dapat digunakan dalam

perjalanan lebih dari 8 jam. Dari grafik Standar ISO:2631 terlihat bahwa parameter

kenyamanan penumpang dilihat dari seberapa besar percepatan kendaraan karena

semakin besar percepatan maka durasi kenyamanan yang dialami akan menjadi

kecil.

Dari simulasi di atas menghasilkan faktor- faktor yang menjadi penyebab

getaran pada kereta api antara lain yaitu kerataan rel atau perbedaan permukaan

(base) secara tiba-tiba, kecepatan dan percepatan kereta juga berpengaruh dalam

terhadap getaran yang dihasilkan, juga faktor dari kereta api sendiri seperti seberapa

besar kekakuan pegas, koefisien damper dan juga massa kendaraan yang akan

berpengaruh pada rasio redaman dan frekuensi teredam yang dihasilkan.

Getaran yang dihasilkan dari simulasi tersebut memiliki rentang dari 0,92 –

1 Hz, menurut Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor KEP-

49/MENLH/1 1/1996 getaran tersebut belum menimbulkan efek bagi tubuh.


40

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Dari penelitian dan data yang diperoleh dari simulasi sistem seperempat

kendaraan kereta api eksekutif ini, maka beberapa hal dapat disimpulkan sebagai

berikut:

1. Frekuensi getaran yang dihasilkan dari simulasi sistem seperempat

kendaraan kereta api eksekutif dengan amplitudo awal sebesar 0,05 m

memiliki rentang dari 0,92 – 1 Hz.

2. Ada banyak faktor yang mempengaruhi getaran pada kereta api, salah

satunya adalah perpindahan tiba-tiba seperti pada simulasi ini, perpindahan

sebesar 0,05 m akan berdampak menjadi getaran yang berdurasi hampir 6

detik.

3. Parameter dari kereta api eksekutif ini adalah percepatan yang dihasilkan

adalah 1,6-0,2 m/s2. Sehingga masih nyaman bagi penumpang dalam jangka

waktu 2,5 jam sampai lebih dari 8 jam menurut Standar ISO 2631.

5.2 Saran

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, saran untuk pengembangan

dalam penelitian selanjutnya adalah sebagai berikut:

Disarankan pada penelitian selanjutnya untuk dapat mencoba simulasi

dengan variasi jenis kereta api lainnya atau proses simulasi dapat menggunakan

input yang berbeda, seperti kecepatan dll. dan juga variasi dari alat atau software

lain agar dapat menambah referensi penelitian.


41

DAFTAR PUSTAKA

Amalia, N., & Gutur, H. L. (2014). Analisa Kenyamanan Kendaraan Angkut

Massal dengan Pemodelan Pengemudi sebagai Sistem Multi-DOF. Jurnal

Teknik ITS, 3(2), E61-E65.

Angraini, A. (2005). Perbedaan Tekanan Darah Tenaga Kerja pada Tingkat

Getaran yang Berbeda. Universitas Negeri Semarang. Semarang. hal, 29-32.

Gangadharan, K. V., Sujatha, C., & Ramamurti, V. (2004, January). Experimental

and Analytical Ride Comfort Evaluation of A Railway Coach. In SEM ORG

IMAC XXII Conf (pp. 1-15).

Graa, M., Nejlaoui, M., Houidi, A., Affi, Z., & Romdhane, L. (2014, December).

Modeling and Simulation for Vertical Rail Vehicle Dynamic Vibration with

Comfort Evaluation. In Conference on Multiphysics Modelling and

Simulation for Systems Design (pp. 47-57). Springer, Cham.

Karyasa, T. B. (2011). Dasar-Dasar Getaran Mekanis. Yogyakarta: Penerbit Andi.

Kristanto, Y. D., & Triwinarno, Y. (2012). Pemodelan dan Analisa dinamika

Energi Terdisipasi pada Gerak Vertikal Suspensi Bogie dan Suspensi

Gerbong Kereta Api. Surabaya: Institut Teknologi.

Olviani, C., & Gutur, H. L. (2014). Analisa Kenyamanan Kendaraan Roda Dua

dengan Pemodelan Pengendara sebagai Sistem Multi DOF, Jurnal Teknik

ITS, 3(2), E57-E60.

Suwandi, A., Wahono, D. R., & Hermawanto, D. (2009). Analisis Karakteristik

Getaran pada Kereta Api Rel Listrik dan Kereta Api Rel Diesel, Jurnal

Standardisasi, 11(2), 98-105.

Zahro, D. R. (2017). Analisis Pengaruh Variasi Nilai Koefisien Redaman Terhadap

Respon Dinamis Suspensi Primer dan Perancangan Ulang Diameter Orifice

pada Shock Absorber Kereta Api Tipe Ekonomi, Surabaya: Institut Teknologi

Sepuluh Nopember.


42

Data Statistik Penumpang Kereta. https://www.bps.go.id/linkTableDinamis/view

/id/815 (diakses 26 April 2020 pukul 19.00)

Bagian-bagian kereta api. https://muhamadperdana.wordpress.com/2013/03/1 2/

macam- macam-istilah-dalam-kereta-api-bagian-1/ (diakses 6 Agustus

2019 pukul 16.45)

Informasi Bogie. https://www.inka.co.id/berita/58 (diakses 9 Agustus 2019 pukul

08.30)

Tipe-tipe Bogie. https://www.inka.co.id/berita/533 (diakses 9 Agustus2019 pukul

08.40)

KRD/KRL. https://www.inka.co.id/berita/390 (diakses 9 Agustus 2019 pukul

08.53)

Pengertian Getaran. https://id.wikipedia.org/wiki/Getaran (diakses 9 Agustus 2019

pukul 09.02)

Jenis-Jenis Getaran. https://www.gurupendidikan.co.id/getaran-pengertian-jenis-

dan-rumus-beserta-contoh-soalnya-lengkap/ (diakses 9 Agustus 2019

pukul 09.06)

Penyebab Terjadinya Getaran. https://berbagienergi.com/2015/12/14/penyebab-

terjadinya-vibrasi/ (diakses 9 Agustus 2019 pukul 10.01)

Akibat dari Getaran. http://dinkes.lumajangkab.go.id/pengaruh-getaran-terhadap-

kesehatan/ (diakses 9 Agustus 2019 pukul 10.12)

Gambar Gerbong Kereta Api Eksekutif. https://www.inka.co.id/product/list

(diakses 30 Oktober 2019 pukul 20.42)

Gambar Gerbong K1. https://keretaapikita.com/wp-content/uploads/2016/03/

Gambar-K1-New-Images-By-INK.jpg (diakses 24 April 2020 pukul 13.34)

Gambar Suspensi Spring. https://www.inka.co.id/kcfinder/upload/images/bogie

%20k7.png (diakses 1 November 2019 pukul 19.26)


https://www.bps.go.id/linkTableDinamis/view%20/id/815

https://www.bps.go.id/linkTableDinamis/view%20/id/815

https://muhamadperdana.wordpress.com/2013/03/1%202/

https://keretaapikita.com/wp-content/uploads/2016/03/

https://www.inka.co.id/kcfinder/upload/images/bogie

43

Gambar Suspensi Karet. https://www.inka.co.id/kcfinder/upload/images/bogie%

20k8.png (diakses 1 November 2019 pukul 19.28)

Gambar Suspensi Udara. https://www.inka.co.id/kcfinder/upload/images/bogie%

20bolsterless(1).png (diakses 1 November 2019 pukul 19.29)

Gambar Skema Getaran Tanpa Peredam dan Dengan Redaman. https://id.wikipedia

.org/wiki/Getaran (diakses 9 Agustus 2019 pukul 09.02)

Gambar Base Excitation. https://www.slideserve.com/justis/2-4-base-excitation

(diakses 24 Juni 2020 pukul 11.24)

Gambar ISO 2631. https://www.researchgate.net/figure/e-Maximum-continuous-

exposure-time-from-ISO-2631-1_fig11_277478148/download (diakses 4

Maret 2020 pukul. 09.07)




https://www.slideserve.com/justis/2-4-base-excitation

analisis getaran pada bogie kereta api eksekutif

Documents