teknonlogi laser inspeksi jalan rel

76
LAPORAN AKHIR PENERAPAN TEKNOLOGf LASER UNTUK fNSPEKSf REL KERETA API PROGRAM INSENTIF RISET TERAPAN Fokus Bidang Prioritas: Teknologi Dan Manajemen Transportasi ... _ .. -- .. 'E EE RS?!2 \' ' ''ss Il"tl I nnltl1\; hT :;ilfh 'j; 't PUSAT TEKNOLOGIINDUSTRI DAN SISTEM TRANSPORTASI (PTIST) DEPUTI BIDANG TEKNOLOGIINDUSTRI RANCANG BANGUN DAN REKAYASA BADAN PENGKAJIAN DAN PENERAPAN TEKNOLOGI Tahun 2010

Upload: agus-erianto

Post on 03-Feb-2016

124 views

Category:

Documents


38 download

DESCRIPTION

pengecekan permukaan rel

TRANSCRIPT

Page 1: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

LAPORAN AKHIR

PENERAPAN TEKNOLOGf LASER UNTUK fNSPEKSf REL KERETA API

PROGRAM INSENTIF RISET TERAPAN

Fokus Bidang Prioritas: Teknologi Dan Manajemen Transportasi

... _.. -- .. F' ~Wlf t: 'EEE 13'~':'

RS?!2

H~ql

\' C :~\'1 '''ss

VI ~-.Jj Il"tl ~ I nnltl1\; hT

rll ~, l '''''''' ''>:'(W~ I I:- :;ilfh 'j; ' t

PUSAT TEKNOLOGIINDUSTRI DAN SISTEM TRANSPORTASI (PTIST)

DEPUTI BIDANG TEKNOLOGIINDUSTRI RANCANG BANGUN DAN

REKAYASA

BADAN PENGKAJIAN DAN PENERAPAN TEKNOLOGI

Tahun 2010

Page 2: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

DAFTAR 151

LEMBAR IDENTITAS DAN PENGESAHAN

RINGKASAN ii

PRAKATA III

DAFTAR lS I iv

DAFTAR TABEL V

DAFTAR GAMBAR vi

BABI . PENDAHULUAN 1-1

1.1. Latar Belakang 1-1

1.2. Maksud dan Tujuan 1-1

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA 11-1

2.1. Jalan Rei 11-2

2.2. Kereta Inspeksi 11-22

2.3. Pengkajian Pengujian Jalan Rei 11-27

BAB fl' . TUJUAN DAN MANFAAT If1-1

3.1. Tujuan 111-1

3.2. Manfaat 111-1

BAB IV. METODOLOGI IV-1

4.1 . Metode Penelitian IV-1

4.2. Lingkup Penefitian IV-3

BAB V. HASIL DAN PEMBAHASAN

5.1. Pengkajian Teknologi Laser Scanner V-1

5.2. Konfigurasi Sistem V-9

5.3. GPS Untuk Pencatatan Lokasi V-11

5.4. Integrasi Pada Kereta Inspeksi V-12

BAB VI. KESIMPULAN DAN SARAN

4.1. Kesimpulan VI-1

4.2. Saran VI-2

DAFTAR PUSTAKA

IV

Page 3: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

DAFTAR TABEL

11-3

TabeI2.2. Karakteristik Rei 11-3

TabeI2 .1. Tipe Rei Yang Digunakan Pada Jalan Rei Kereta Api

TabeI2 .3. Kadar C dan Mn Dalam Rei 11-5

Tabel 2.4. Panjang minimum rei panjang 11-6

TabeI2.5 . Pelebaran Sepur Sesuai Jari-Jari Lengkung Horisontal 11-19

TabeI2 .6. Perlebaran Sepur yang Digunakan oleh P.T. Kereta Api (persero) 11-19

TabeI 2.7. Toleransi Lebar Sepur di Tikungan 11-20

TabeI2 .8. Dimensi dan Sistem 11-26

TabeI2.9. Kinerja Kereta Inspeksi 11-27

Table 2.10. Kemampuan sensor eddy-current dalam mendeteksi

berbagai cacat permukaan 11-38

v

Page 4: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Gaya-gaya Yang Bekerja Pad a Rei 11-1

Gambar 2.10. Kedudukan Kereta/Gerbong/Lokomotif Pada Saat

Gambar 2.25. Multiple ultrasonik transduser diposisikan pada berbagai sudut untuk meningkatkan secara

Gambar 2.29. Sistem Pemeriksaan Rei Otomatis EMAT Pada Kereta Hi-Rei (Tektrend). /1-32

Gambar 2.30. Foto Dari Kereta Hi-Rail Berikut System Pemeriksaan

Gambar 2.2. Macam-macam Bentuk Rei 11-1

Gambar 2.3. Penampang melintang Rei 11-4

Gambar 2.4. Kedudukan Roda Pad a Rei 11-8

Gambar 2.5. Kedudukan Roda Pada sa at Salah Satu Flens Merapat Pada Rei 11-9

Gambar 2.6. Kedudukan Roda Pada Saat Melewati Lengkungrrikungan 11-10

Gambar 2.7 Rei Dipasang Miring ke Arah Dalam 11-10 .

Gambar 2.8. Lebar Sepur 11-11

Gambar 2.9. Lengkung Horisontal 11-11

Melalui Lengkung Horisontal 11-12

Gambar 2.11. Diagram Kelengkungan Lengkung Transisi 11-13

Gambar 2.12. Lengkung Transisi Bentuk Cubic Parabola 11-14

Gambar 2.13. Bentuk Lengkung S 11-15

Gambar 2.14. Posisi Roda dan Gandar Teguh Pada Saat Kereta Melalui Lengkung 11-16

Gambar 2.15. Ukuran Gandar Teguh Yang Digunakan di Indonesia 11-16

Gam bar 2.16. Gandar Teguh dan Rei Pada Posisi 2 11-17

Gambar 2.17. Penyederhanaan Posisi Roda Pada Waktu Melintasi Lengkung 11-17

Gambar 2.18. Kon~ruksi Rei Penahan 11-20

Garnbar 2.19. Skema Keausan Profil Rei Jerman Barat 11-21

Gambar 2.20. Skema Keausan Profil Rei Austria dan Italia 11-22

Gambar 2.21. Pandangan Sam ping dan Atas Kereta Inspeksi 11-23

Gambar 2.22. Pandangan Samping, Depan dan Belakang Kereta Inspeksi 11-24

Gambar 2.23. Risiko kegagalan karena perambatan retak di reI. 11-28

Gambar 2.24. Typical lokasi cacat pada reI. 11-28

keseluruhan kemampuan system deteksi. 11-30

Gambar 2.26. Skema prinsip pemeriksaan MFL 11-31

Gambar 2.27. Pembawa probe dengan sensor eddy current yang digunakan oleh DB untuk mendeteksi retak RCF. 11-31

Gambar 2.28. Tongkat jalan ACFM (a) dan Bagian Bawah Sisi Tongkat Jalan 11-32

Long Range Ultrasonic Untuk Pemeriksaan Retakan Melintang. 11-33

Gambar 2.31. Unit Portable Pemeriksaan Rei Ultrasonik (Sperry Stick) . 11-34

VI

Page 5: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

Gambar 2.32 . Sebuah kereta luncur lima pengaturan diangkat dari reI. Beberapa sleds termasuk dua probe yang memungkinkan untuk penggunaan total tujuh ultrasonik probe. 11-35

Gambar 2.35. Elektromagnet Pada Satu As Roda Bogie Pengukuran (Solusi

Gambar 2.44. Generasi ULTRASONIC Menggunakan a) Dampak Laser Titik

Gambar 5.17. Lokasi Lubang Baut Untuk Pemasangan Scanner

Gambar 2.33. Bentuk Elektro Magnetik U (Solusi Lama) 11-36 Gambar 2.34. Elektromagnet Pad a Rangka Bogie Pengukuran (Solusi

Baru Versi Pertama). Kerugiannya Medan Magnet Kecil. 11-37

Baru Versi Kedua) . Keuntungannya Medan Magnet Besar. 11-37 Gambar 2.36. Sensor EC Untuk Mendeteksi Keretakan Pada Rei RCF 1/-37

Gambar 2.37. Pemeriksaan Rei Manual Dengan Sensor Eddy Current 11-39 Gambar 2.38. Definisi Arah Bidang Dan Sistem Koordinat Yang

Digunakan Dalam ACFM20. 11-40

Gambar 2.39. Prinsip Elektromagnetik Generasi Akustik 11-41

Gambar 2.40. Rancangan Kereta Dan Pemegang Transduser 11-42

Gambar 2.41. Coil digunakan untuk generasi gelombang shear-vertikal. 11-43

Gambar 2.42. Rei Trek Pemeriksaan Visual Dengan Menggunakan Kamera 11-45

Gambar 2.43. The Technogamma Laser TTCI-Ultrasonics Hi-Rail Vehicle. 11-46

dan b) Dampak Laser Garis. 11-46

Gambar 4.1. Alur Pikir Kegiatan IV-2

Gambar 5.1. Gundukan (bead) dan Cekungan (groove) V-1

Gambar 5.2. Prisip Pengkuran Laser Scanner. V-1

Gambar 5.3. Posisi sensor laser terhadap rei yang diukur V-3

Gambar 5.4. Dua sensor membaca dari kedua sisi kepala rei V-3

Gambar 5.5. Instalasi Dapat Ditumpangkan pada Kereta Biasa V-3

Gambar 5.6. Dua Scanner Profil Yang Tersinkronisasi Untuk Membaca Bentuk Profil Lintasan Dalam Menentukan Keasusan V-4

Gambar 5.7. Macam Permukaan yang dapat Dibaca Laser V-5

Gambar 5.8 . Sinar dipantulkan ke Obyek & ditangkap sensor Cahaya V-5

Gambar 5.9. Penentuan Koordinat 3-Dimensi (X, Z untuk bentuk Profil) V-6

Gambar 5.10. Visualisasi Data yg terbaca oleh Sensor V-6

Gambar 5.11 . Titik Jangkar (Anchor Point) Untuk Profil V-8

Gambar 5.12. Garis Referensi V-8

Gambar 5.13. Hasil Pengukuran Yang Merupakan Output Dari Sensor Laser V-9

Gambar 5.14. Konfigurasi utama dari alat pengukur profil rei dengan laser V-9

Gambar 5.15. Tampilan Antarmuka bagi Kontroler V-11

Gambar 5.16 Relative Displacement Vs Lokasi V-12

Pad a Dudukannya V-12

Gambar 5.18. Bogie RUK yang dipakai pada FUDIKA V-13

Gambar 5.19. Bagian dalam rak I/O FUDIKA V-13

Gambar 5.20. CPU , system akuisisi FUDIKA. V-14

Gambar 5.21. Sistem analisa FUDIKA V-14

Gambar 5.22. Sistem Monitor FUDIKA V-15

Vll

Page 6: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

BAB1.PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Perkeretaapian sebagai salah satu moda transportasi memiliki karakteristik dan keunggulan khusus yang memerlukan peningkatan peran dalam upaya pengembangan sistem transportasi nasional secara terpadu .

Penyelenggaraan perkeretaapian yang dimu/ai dari pengadaan, pengoperasian ,

perawatan , dan pengusahaan per/u diatur dengan sebaik-baiknya sehingga dapat terselenggara angkutan kereta api yang menjamin keselamatan, aman, nyaman, cepat , tepat, tertib , efisien, serta terpadu dengan moda transportasi lain .

Pelayanan jasa angkutan perkeretaapian dalam kurun waktu 2005-2008 menunjukan angka peningkatan , angkutan penumpang meningkat dari 0,99% pada tahun 2005

menjadi 17, 58% pada tahun 2008 , dan angkutan barang meningkat dari -0 ,72% pada tahun 2005 menjadi 16,24% pada tahun 2008.

Peningkatan kinerja pelayanan yang baik tidak dibarengi dengan upaya untuk menekan angka kecelakaan kereta api. Dalam kurun waktu 2005-2008, tingkat kecelakaan re/atif masih cukup tinggi.Tota/ kece/akaan meningkat dari 91 kasus kecelakaan menjadi 117 kejadian kecelakaan . Jenis kecelakaan pada tahun 2008 adalah tabarakan KA-KA 3 kejadian , tabrakan KA-Ranmor 19 kejadian , dan kereta anjlog 95 kejadian. Berdasarkan investigasi KNKT terhadap beberapa kejadian kecelakaan kereta api pada tahun 2007 ditemukan beberapa faktor yang berpengaruh diantaranya kereta anjlok disebabkan oleh kondisi ja/an KA dan roda kereta yang tidak sesuai dengan ketentuan .

Dalam roadmap kese/amatan kereta api , upaya untuk peningkatan keselamatan transportasi kereta api da/am bidang prasarana dan sarana kereta api ada/ah rehabilitasi jalan rei dan jembatan, rehabilitasi kereta, lokomotif, mesin pemeliharaan jalan rei , KRL, KRD/KRDE dan sinyal Telkom dan Iistrik.

Sebagai bentuk dukungan untuk rehabilitasi mesin pemeliharaan jalan rei dalam upaya peningkatan keselamatan transportasi kereta api , perlu dilakukan pengkajian teknologi untuk kereta inspeksi jalan rei kereta api yang mampu memeriksa kondisi jalan rei secara cepat dan akurat. Kegiatan dilakukan bekerjasama dengan PT INKA dan PT. KA yang hasilnya untuk mendukung pengembangan produk yang dibuat oleh PT INKA dan dimanfaatkan oleh PT KA dalam upaya meningkatkan kual itas pelayanan dan keselamatan operasi kereta api di Indonesia.

1.2. Maksud dan Tujuan

Maksud dilakukannya kegiatan ini adalah membantu industri perkeretaapian nasional dalam mengembangkan produk berupa kereta inspeksi untuk mengevaluasi kondisi

BAB 1- 1

Page 7: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

keausan jalan rei secara cepat dan akurat dengan memanfaatkan teknologi laser yang

terus berkembang saat ini.

Tujuan kegiatan adalah mengkaji teknologi laser untuk diterapkan pada sistem inspeksi jalan rei dalam rangka pengembangan kereta inspeksi rei kereta api yang mampu mendeteksi kondisi rei secara akurat dan cepat untuk meningkatkan keselamatan

operasi .

BAB I - 2

Page 8: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Jalan Rei

Rei mempunyai fungsi sebagai pijakan menggelindingnya roda kereta api dan untuk meneruskan beban dari roda kereta api kepada bantalan. Rei diturnpu oleh bantalan­bantalan , sehingga rei merupakan batang yang ditumpu oleh penumpu-penumpu. Pad a sistem tumpuan yang sedemikian, tekanan tegak lurus dari roda menyebabkan momen lentur pada rei di antara bantalan-bantalan. Selain itu, gaya arah horisontal yang disebabkan oleh gaya angin , goyangan kereta api dan gaya sentrifugal (pada rei sebelah luar) menyebabkan terjadinya momen lentur arah horisontal. Untuk lebih jelasnya lihat Gambar 2.1.

Gambar 2.1. Gaya-gaya Yang Sekerja Pad a Rei

Agar rei dapat menahan momen-momen tersebut , maka rei dibuat sebagai batang dengan bentuk dasar profil I. Pengembangan dari bentuk dasar profil I tersebut terdapat tiga macam bentuk rei, yaitu (Gambar 2.2)

KEPA LA

BAOA N

KAKJ

( c )(a) ( b )

(a) Rei berkepala dua (b) Rei alur (c) Rei Vignola

Gambar 2.2. Macam-macam Sentuk Rei

BAB II - 1

Page 9: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

Rei Vignola (ditemukan pertama kali oleh Charles Vignola tahun 1836) merupakan bentuk rei yang umum digunakan pada jalan rei, termasuk di Indonesia. Pada uraian selanjutnya yang akan dibahas adalah rei bentuk Vignola. Rei bentuk Vignola terdiri atas tiga bagian rei , yaitu kepala, badan dan kaki. Dengan bentuk yang seperti itu, rei bentuk Vignola mempunyai keunggulan-keunggulan sebagai berikut :

a. momen perlawanan cukup besar (bentuk seperti profil I), tetapi relatif mudah untuk dibentuk lengkung horisontal.

b. kaki yang lebar dengan sisi bawah datar, menjadikan rei mudah diletakkan dan ditambatkan pada bantalan, serta lebih stabil kedudukannya .

c. kepala rei sesuai dengan bentuk kasut roda.

Keausan rei terutama terjadi pada bagian kepala, oleh karenanya untuk mendapatkan umur rei yang lebih panjang , bagian kepala diperbesar. Selain hal tersebut (untuk ketahanan terhadap aus) , diperbesarnya kepala rei adalah karena kepala rei merupakan tempat tumpuan roda kereta .

2.1.1. Potongan Melintang Rei

Untuk memenuhi kebutuhan teknik dan memenuhi pertiimbangan ekonomi maka prinsip dasar perencanaan potongan melintang rei ialah mempunyai berat baja optimum, memenuhi kekakuan, kekuatan dan durabilitas yang diperlukan agar supaya dapat memberikan kedudukan permukaan yang rata dan menerus, dan memberikan "bimbingan" yang mencukupi bagi roda kereta api untuk menggelinding di atasnya. Sentuk kepala rei dirancang sedemikian sehingga cocok dengan bentuk permukaan kasut roda kereta api , yang dengan demikian dapat diperoleh kombinasi antara kualitas perjalanan yang baik dan tegangan kontak yang minimum. Ketebalan dan kekuatan badan rei dirancang untuk dapat menghasilkan kuat geser yang cukup untuk melindungi terhadap kerusakan, terutama di sekitar lubang sambungan reI. Pertemuan antara permukaan badan rei dengan permukaan bawah kepala rei dan permukaan atas kaki rei perlu dibuat lengkung transisi. Lengkung transisi tersebut diperlukan untuk mengatasi besarnya tegangan yang timbul pada pertemuan antara permukaan-permukaan tersebut akibat dari kedudukan roda dan rei yang miring (Iihat Gambar 2.6) . Mundrey (2000) , menyebutkan bahwa gaya yang terjadi pad a pertemuan permukaan-permukaan tersebut di atas (disebut sebagai curving forces), dapat mencapai 35 % dari beban gandar. Lebar kaki rei harus mencukupi untuk memberikan kestabilan terhadap guling (overturning) dan bidang yang cukup luas bagi penambat rei untuk menjepitnya secara efektif. Permukaan bawah kaki rei dibuat rata agar dapat mendistribusikan beban dari roda kepada bantalan secara merata. Sedangkan permukaan atas kaki rei dibuat rata (tidak melengkung) agar supaya tegangan kontak antara penambat rei dan rei dapat minimal.

BAB II - 2

Page 10: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

Tipe rei yang digunakan untuk jalan rei di Indonesia pada dasarnya adalah sesuai dengan kelas jalan relnya (Tabel 2.1).

Tabel 2.1. Tipe Rei Yang Digunakan Pad a Jalan Rei Kereta Api

Kelas Jalan ReI Tipe ReI

I R.60 I R.54

II R.54 I R.50

III R.54! R.50! R.42

IV R.54 I R.50 I R.42

V R.42

Sumber. Jalan ReI, Suryo Hapsoro Tn Utomo, Ir. Ph.D.

Tabel 2.2. Karakteristik Rei

Karakteristik Rei Tipe Rei

Karakteristik Notasi dan

Satuan R.42 R.50 R.54 R.60

Tinggi rei H (mm) 138,00 153,00 159,00 172,00

Lebar kaki B (mm) 110,00 127,00 140,00 150,00

Lebar kepala C (mm) 68,50 65,00 70,00 74,30

Lebar badan D (mm) 13,50 15,00 16,00 16,50

Tinggi kepala E (mm) 40,50 49,00 49,40 51 ,00

Tinggi kaki F (mm) 23,50 30,00 30,20 31,50

Jarak tepi bawah kaki rei ke garis horisontal dari pusat kelengkungan badan rei

G (mm) 72,00 76,00 74,97 80,95

Jari-jari kelengkungan badan rei R (mm) 320,00 500,00 508,00

139,34

120,00

76,86Luas penampang A (cm2 ) 54,26 64,20

Berat rei per meter W (kg/m) 42,59 50,40 54,43 60,34

Momen inersia thd sumbu X Ix (cm4) 1.369 1.960 2.346 3.055

Jarak tepi bawah kaki reI ke garis netral Yb(mm) 68,50 71,60 76,20 80,95 Sumber: Jalan ReI, Suryo Hapsoro Tn Utomo, Ir. Ph.D.

BAB II - 3

Page 11: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

y

x ------~~------~x

y

Gambar 2.3. Penampang melintang Rei

2.1.2. Bahan dan Kekuatan Rei

Agar supaya rei dapat mempunyai umur manfaat yang lebih panjang, maka yang digunakan adalah rei tahan aus dan tidak mudah retak. Dengan umur manfaat yang lebih panjang, maka siklus penggantian rei akan menjadi lebih panjang. Untuk mendapatkan rei yang tahan aus dan tidak mudah retak bahan dasar rei selain Fe sebagai bahan utama, juga mengandung C, dan Mn. Kandungan C diperlukan untuk mendapatkan sifat kuat dan keras, Mn diperlukan sebagai bahan deoxidasi dan sebagai bahan campuran . Mn akan mengikat 0 dan S menjadi MnO dan MnS yang tidak merugikan. Jika tidak terdapat Mn maka akan terbentukFeO dan FeS yang menjadikan rei getas dan mudah patah . Dengan pertimbangan perlunya rei yang kuat, keras, tahan terhadapaus, tidak getas dan tidak mudah patah, maka rei yang digunakan di Indonesia ialah jenis rei tahan aus yang sejenis dengan rei WR-A pada klasifikasi UIC.

Kekuatan rei diukur dengan kuat tarik. Rei yang digunakan harus mempunyai kekuatan tarik minimum sebesar 90 kg/mm2 , dengan perpanjangan minimum 19 %. Kekerasan kepala rei biasa , tidak boleh kurang dari 240 Brine!!. Kekerasan kepala rei dapat ditingkatkan dengan perlakuan panas (heat treatment), yang dengan perlakuan panas one dapat mencapai kekerasan sebesar 320 - 388 Brinel!. Dengan perlakuan panas umur rei dapat menjadi 2 hingga 3 kali lebih panjang dibandingkan umur rei biasa. Mengingat keausan rei luar pada lengkung/tikungan lebih cepat terjadi dibandingkan dengan yang terjadi pada sepur lurus, maka rei yang mendapat perlakuan panas (heat treatment rails) cocok digunakan untuk relluar dimaksud.

2.1.3. Macam Macam Rei

Terdapat tiga macam rei tahan aus (wear resistance - WR) menurut klasifikasi UIC (Union Internationale des Chemins de Fer), yaitu WR-A, WR-B, WR-C. Tabel 2.3

BAB II - 4

Page 12: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

menunjukkan kadar C dan Mn yang ada pada rei klasifikasi UIC dan rei yang digunakan di Indonesia oleh P.T. Kereta Api (persero).

Tabel 2.3. Kadar C dan Mn Dalam Rei

Macam Rei Kadar C (%) Kadar Mn (%)

WR-A 0,60- 0,75 0,80-1,30

WR-B 0,50 - 0,65 1,30 -1 ,70

WR-C 0,45-0,60 1,70-2, 10

Digunakan oleh P.T, KA (persero) 0,60-0,80 0,90 - 1,10

Sumber: Surya Hapsaro Tn Utama, Ja/an Rei.

Pada Tabel 2.3 tersebut di atas dapat dilihat bahwa rei yang digunakan di Indonesia okeh P.T. Kereta Api (persero) masuk dalam WR-A. Dilihat pada besarnya kadar C pada rei WR-A dan rei yang digunakan oleh P.T. Kereta Api (persero) , yaitu antara 0,60 - 0,80 %,

maka rei terse but masuk dalam katagori rei dengan kandungan karbon tinggi (high carbon rail)

Jenis rei menurut panjangnya, yaitu rei standar, rei pendek dan rei panjang. Rei standar mempunyai panjang 25 meter. Pada waktu yang lalu, panjang rei standar ialah 17 meter, tetapi sekarang P.T. Kereta Api (persero) menggunakan panjang 25 metyer untuk rei standar. Penggunaan panjang 25 meter sebagai pengganti panjang rei standar 17 meter mempunyai keuntungan sebagai berikut :

a) jumlah sambungan rei dapat dikurangi, dari 59 sambungan menjadi 40 sambungan . setiap km . Dengan pengurangan jumlah sambungan ini terdapat penghematan sambungan rei sebesar 32 %.

b) Berkurangnya jumlah sambungam rei akan meningkatkan kenyamanan perjalanan, karena getaran kereta akan meningkat pada saat roda melew~ti

sambungan reI.

Rei pendek dibuat dari beberapa rei standar yang disambung dengan las dan dikerjakan ditempat pengerjaan (balai yasa/depot dan sejenisnya). Pekerjaan pengelasan dilakukandengan proses flash welding , sehingga di beberapa negara dikenal sebagai welded rail. Rei pendek ini panjang maksimumnya 100 meter. Batasan panjang rei pendek yang disambung dengan cara pengelasan di tempat pengerjaan tersebut di atas adalah berdasarkan pada kemudahan pengangkutan ke lapangan dan pengangkatannya di lapangan.

Rei panjang dibuat dari beberapa rei pendek yang disambung dengan las di lapangan, dikenal pula sebagai Continous Welded Rail (CWR). Panjang minimum rei panjang tergantung pada jenis bantalan yang digunakan pada tipe rei, seperti yang tercantum pada Tabel 2.4.

BAB II - 5

Page 13: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

Tabel 2.4. Panjang minimum rei panjang

Jenis Bantalan Tipe Rei

R.42 R.50 R.54 R.60

Bantalan kayu 325 m 375 m 400 m 450 m

Bantalan beton 200m 225m 250m 275m Sumber: Suryo Hapsoro Tn Utomo, Jalan ReI.

Penentuan panjang minimum rei ialah berdasarkan pada pemuaian rei , gaya normal pada rei dan gaya lawan bantalan seperti uraian berikut ini.

Dilatasi pemuaian rei ialah :

~ L = L x A x ~T dengan: ~ L : pertambahan panjang (m), L : panjang rei A : koefisien muai panjang dan ~T : pertambahan temperatur (0 C) Menurut hukum Hooke, gaya yang terjadi pada batang rei ini ialah :

F= ~L xExA L

dengan : F : gaya yang terjadi pada batang rei , E : modulus elastisitas rei, dan A : luas penampang

Dengan mensubstitusi (1) ke (2) maka didapat :

F = E x A x AxAT

Diagram gaya normal pada rei dan rei diletakkan di atas bantalan maka diagram gaya lawan oleh banta Ian ialah seperti dibawah ini :

BAB II - 6

Page 14: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

L

F = ExAxAXL1T

a. diagram gaya normal pada rei

(1) : bag ian yang memuai dan menyusul (2) : bagian yang lelap

b. diagram gaya lawan terhadap rei

Gambar 2.4. Diagram Gaya Normal Pada Rei (a) dan Gaya Lawan Terhadap Rei (b) .

Gaya lawan bantalan pada rei dapat digambarkan dengan penyederhanaan sebagai berikut

o M M 0

F~ExAxAx"'T~rxl ~L3J I? Gambar 2.5. Penyederhanaan Gaya Lawan Bantalan Pada Rei

Panjang I dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :

I = OM = E x A x Ax ~ T r

dengan r =tg ~ =gay a lawan bantalan tiap satuan panjang

BAB II-7

Page 15: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

Untuk mendapatkan panjang minimum rei panjang digunakan batasan sebagai berikut:

L> 2 I

Nilai r bergantung pada jenis bantalannya , untuk bantalan kayu nilai r = 270 kg/m, untuk bantalan beton nilai r = 450 kg/m . Beberapa keuntungan yang dapat diperoleh pada penggunaan rei panjang dibandingkan dengan penggunaan jenis rei yang lain ialah :

a) kerusakan sepur (track) terjadi lebih lambat, b) Keausan dan kerusakan rei maupun komponen yang lainnya berkurang, c) Kereta api berjalan lebih tenang, goncangan yang terjadi Deometri lebih kecil , d) Kebisingan dan getaran yang terjadi berkurang dan e) Pemeliharaan dengan peralatan tidak mengalami hambatan.

Terdapat beberapa hal yang harus mendapatkan perhatian pad a penggunaan rei panjang, yaitu :

a) Kemungkinan terjadinya tekuk (buckling) pada rei panjang, b) kemungkinan terjadinya rei patah , dan c) Pemuaian dan penyusutan yang kemungkinan terjadi pada ujung-ujung rei perlu

mendapatkan perhatian.

Untuk mengatasi hal-hal tersebut di atas, berbagai peningkatan teknologi telah dan terus dilakukan, baik pada pengelasan, sambungan rei , maupun penambat relnya.

2.1.4. Kedudukan Roda Pada Rei Kedudukan roda kereta api pada rei adalah seperti yang digambarkan pada Gambar 2.4. Apabila jarak antara tepi dalam flens dibuat sama dengan lebar sepur, maka flens akan menggesek tepi kepala reI. Untuk menghindari terjadinya gesekan tersebut maka jarak antara tepi dalam flens kedua roda dibuat lebih kecil dibandingkan dengan lebar sepurnya. Bagian kasut roda dibuat konus dengan kemiringan tertentu )coning of wheel) . Hal ini dengan pertimbangan sebagai berikut:

rc

Gambar 2.4. Kedudukan Roda Pada Rei

BAB II - 8

Page 16: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

Apabila kasut roda dibuat datar akan terjadi gerakan kereta api arah lateral ke kiri danke kanan. Pada saat kereta api berjalan di jalur lurus, dapat terjadi salah satu flens rod a merapat pada reI. Oleh karena kedua roda dihubungkan dengan dan oleh poros, yang kerenanya kedua roda dan poros menjadi satu kesatuan , maka saat satu flens roda merapat pada rei , flens roda pasangannya akan menjauh dari reI.

Akibat yang lain dari menyatunya kedua roda dan poros adalah kedua roda akan berputar dengan kecepatan yang sama, dan karena jalannya lurus maka lingkaran roda yang menapak pada kepala rei (disebut sebagai lingkaran jalan) juga akan sama besamya. Karena bentuk kasut roda yang konus, untuk dapat memperoleh lingkaran Jalan yang sama besarnya (lihat 1, dan 12 pada Gambar 2.5), pasangan roda (yang menyatu dengan porosnya) yang merapat pada salah satu rei akan kembali ke tengah­tengah sepur.

Dengan demikian maka bergeraknya pasangan roda yang kadang-kadang merapat pada rei kiri kemudian ke kanan secara berganti-ganti dapat dikurangi dan kereta api dapat be~alan secara lebih tenang. Kasut roda yang berbentuk konus juga sangat besar manfaatnya pada saat kereta api melewati lengkung/tikungan. Pada saat melewati tikungan, flens roda akan merapat pada rei luar. Panjang rei luar lebih besar dibandingkan panjang rei dalam, dengan demikian maka roda yang menapak pada rei luar(disebut roda luar) menjalani lengkung yang lebih pqanjang dibandingkan roda yang menapak pad a rei dalam (disebut roda dalam).

Perbedaan panjang lengkung yang dijalani oleh roda ini akan mengakibatkan bergesernya salah satu roda di atas rei (slipping of wheel) yang dapat menyebabkan keausan, baik pada rei maupun pada kasut roda. Akan tetapi dengan kasut roda yang berbentuk konus ini lingkaran jalan roda luar yang merapat pada rei lebih besar bila dibandingkan dengan lingkaran roda dalam (Gambar 2.6), maka bergesernya salah satu roda menjadi berkurang.

Gambar 2.5. Kedudukan Roda Pada saat Salah Satu Flens Merapat Pada Rei

BAB II - 9

Page 17: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

Gambar 2.6. Kedudukan Roda Pada Saat Melewati LengkunglTikungan

Dari beberapa percobaan dapat diperoleh hasil bahwa kemiringan konus optimal yang dapat menghasilkan perjalanan kereta api yang tenang ialah 1 : 40. Agar dapat dicapai bidang kontak yang baik antara kepala rei dan kasut roda maka kedudukan rei disesuaikan dengan kemiringan kasut roda kereta sehingga kedudukan rei dibuat miring dengan kemiringan 1 : 40 seperti yang dilihat pada Gambar 2.7.

Gambar 2.7 Rei Dipasang Miring ke Arah Dalam

2.1.5. Geometri Jalan Rei Geometri jalan rei yang dimaksud ialah bentuk dan ukuran jalan rei, baik pada arah memanjang maupun arah melebar yang meliputi lebar sepur, kelandaian, lengkung horisontal, lengkung vertikal, peninggian rei dan pelebaran sepur. Geometri jalan rei harus direncanakan dan dirancang sedemikian rupa sehingga dapat mencapai hasil yang efisien, aman, nyaman, ekonomis. Uraian mengenai geometri jalan rei berikut terutama berdasarkan pada standar yang digunakan di Indonesia oleh P.T. Kereta Api (persero) dan ditambah bahan dari acuan yang lain.

Sebagaimana diketahui di Indonesia digunakan lebar sepur 1067 mm (3 feet 6 inches) yang tergolong pada sepur sempit. Yang dimaksud dengan lebar sepur ialah jarak terpendek antara kedua kepala rei , diukur dari sisi dalam kepala rei yang satu sampai sisi dalam kepala rei lainnya . Hubungan antara lebar sepur, ukuran dan posisi roda di atas kepala rei ialah sebagai berikut (lihat Gambar 2.8).

BAB II - 10

Page 18: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

- .. - - . - v-'- -'--' . ­/

/

I

S I

~ I ~~.;, I

j~ \ . • 0

Gambar 2.8. Lebar Sepur

S = r + 2.f + 2.c (14)

dengan : S : lebar sepur r: jarak antara bagian terdalam roda (mm) f : tebal f1ens (mm) c: celah antara tepi-dalam flens dengan kepala rei (mm)

Lebar sepur 1067 mm dan hubungan tersebut diatas ialah untuk jalur lurus dan besarnya tetap, tidak tergantung pada jenis serta dimensi rei yang digunakan. Sedangkan pada lengkung horisontal, lebar sepur memerlukan pelebaran yang tergantung pada jari-jari lengkung horisontalnya.

Lengkung Horisontal

Apabila dua bag ian lintas lurus perpanjangannya bertemu membentuk sudut, maka dua bag ian tersebut harus dihubungkan oleh suatu lengkung horisontal (lihat Gambar 2.9). Lengkung horisontal dimaksudkan untuk mendapatkan perubahan secara berangsur­angsur arah alinemen horisontal sepur.

rei l\Ja r

/

Gambar 2.9 Lengkung Horisontal

BAB II - 11

Page 19: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

----- --

Pad a saat kereta api berjalan melalui lengkung horisontal, timbul gaya sentrifugal kearah luar yang berakibat :

a) relluar mendapat tekanan yang lebih besar dibandingkan dengan rei dalam, b) keausan relluar akan lebih banyak dibandingkan dengan yang terjadi pada rei

dalam, dan c) bahaya tergulingnya kereta api

Untuk mencegah terjadinya akibat-akibat tersebut di atas, maka lengkung horisontal perlu diberi peninggian pada rei luarnya. Oleh karena itu maka perancangan lengkung horisontal berkaitan dengan peninggian reI. Terdapat tiga jenis lengkung horisontal, yaitu : lengkung lingkaran, lengkung transisi dan lengkung S. Ketiga jenis lengkung horisontal tersebut akan diuraikan berikut.

A. Lengkung lingkaran

Pad a saat kereta api melalui lengkung horisontal, kedudukan kereta/gerbongl lokomotif, gaya berat kereta, gaya sentrifugal yang timbul dan dukungan komponen struktur jalan rei, dapat digambarkan dengan Gambar 2.10.

~ ---'!CC!5o(

G!»lno( C (sino(

() coso< G

f<!l d:llam- ~ -\

R : jari-jari lengkung G : berat keretafgerbong/lokomotif D : dukungan komponen struktur jalan rell h : peninggian rei C : gaya sentrifugal w : jarak antara kedua titik kontak antara

roda dengan kepala rei Sumber: Suryo Hapsoro Tn Utomo, Jalan Rei.

Gambar 2.10. Kedudukan Kereta/Gerbong/Lokomotif Pad a Saat Melalui Lengkung Horisontal

B. Lengkung transisi

Untuk mengurangi pengaruh perubahan gaya sentrifugal sehingga penumpang kereta api tidak terganggu kenyamanannya, dapat digunakan lengkung transisi (transition curve). Panjang lengkung transisi tergantung pada perubahan gaya

BAB II - 12

Page 20: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

sentrifugal tiap satuan waktu, kecepatan dan jari-jari lengkung lingkaran . Untuk mendapatkan panjang lengkung transisi dapat dijelaskan berikut :

Gaya sentrifugal = m.a = V2 R

Apabila t adalah waktu yang diperlukan untuk berjalan melintasi lengkung transisi,

maka: t = LN

dengan: L : panjang lengkung transisi,

V : kecepatan kereta api

012Dengan digunakan amaksimum = 0,0478xg dan persamaan h = 5,95 IR), diperoleh: L = 0,01 .hV

Oleh karena itu, maka panjang minimum lengkung transisi yang diperlukan ialah : Lh = 0,01 . h. V

dengan : Lh =panjang minimum lengkung transisi (m),

h =peninggian rei pada lengkung lingkaran (mm), V =kecepatan perancangan km/jam, R =jari-jari lengkung lingkaran (m)

Salah satu bentuk lengkung transisi ialah Cubic Parabola (parabola pangkat tiga) . Diagram kelengkungan pada lengkung transisi ialah seperti gambar berikut.

Kelengkungan dari 0 ke 1/R

J x ... .~.: ,... lurlis :«: ~en9'".....!f1 !rn.~ ..'Wi ! ~n;'i<Ui'ij t5"qkiicin

Sumber: Surya Hapsaro Tri Utama, Jalan Rei.

Gambar 2.11. Diagram Kelengkungan Lengkung Transisi

Persamaan cubic parabola ialah sebagai berikut :

X3y = 6.R.L.

BAB II - 13

Page 21: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

Berdasar pada persamaan pangkat tiga tersebut di atas, dengan Gambar 2.12 dapat ditunjukkan gambar sebagian bentuk lengkung transisi dengan lengkung lingkarannya. Pad a gambar tersebut juga dapat dilihat letak lengkung transisi dan lengkung lingkaran beserta titik-titik / bag ian-bag ian pentingnya.

I( k

Sumber: Suryo Hapsoro Tri Utomo, Ja/an ReI.

Gambar 2.12. Lengkung Transisi Sentuk Cubic Parabola

Pad a gam bar 2.12 di atas dapat dilihat bahwa : TS: titik pertemuan antara bag ian lurus dengan lengkung transisi, SC : titik pertemuan antara lengkung transisi dengan lengkung lingkaran.

p :: U2 - R. Sin a

k :: L - R. Sin a

q:: ~ + R. cos a - R 6.R

dengan L adalah panjang lengkung pemilihan (Lh). Sedangkan lengkung transisi berbentuk parabola dari TS melalui A hingga titik SC. Mulai SC didapatkan lengkung lingkaran. Dengan lengkung transisi seperti tersebut di atas terjadi pergeseran letak lengkung, yaitu dari letak lengkung semula (original curve) karena menggunakan lengkung transisi.

c. Lengkung S Pada dua lengkung dari suatu lintas yang berbeda arah lengkungnya terletak bersambungan, maka akan membentuk suatu lengkung membalik (reverse curve) dengan bentuk huruf S, sehingga dikenal sebagai "Iengkung S". Antara kedua lengkung yang berbeda arah sehingga membentuk huruf S ini harus diberi bag ian

BAB II - 14

Page 22: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

lurus minimum 20 meter diluar lengkung transisi, seperti yang digambarkan dengan Gambar 2.13.

K lurus ~

Gambar 2.13 Bentuk Lengkung S

3.1.6. Pelebaran Sepur Analisis perlebaran sepur didasarkan pada kereta/gerbong yang menggunakan dua gandar. Dua gandar tersebut yaitu gandar depan dan gandar belakang merupakan satu kesatuan yang teguh, sehingga disebut sebagai gandar teguh (rigid wheel base). Karena merupakan satu kesatuan yang teguh itu maka gandar belakang akan tetap sejajar dengan gandar depan, sehingga pada waktu kereta dengan gandar teguh melalui suatu lengkung, akan terdapat 4 kemungkinan posisi, yaitu sebagai berikut, lihat Gambar 2.14.

a). posisi 1: gandar depan mencapai rei luar, gandar belakang pada posisi bebas di antara rei dalam dan rei luar. Posisi seperti ini disebut sebagai jalan bebas,

b) . posisi 2: gandar depan mencapai rei luar, gandar belakang menempel pad a rei dalam tetapi tidak menekan, dan gandar belakang posisinya radial terhadap pusat lengkung horisontal.

c). posisi 3: gandar depan menempel pad a rei luar, gandar belakang menempel dan menekan rei dalam. Baik gandar depan maupun gandar belakang tidak pad a posisi radial terhadap pusat lengkung horisontal, dan

d). posisi 4: gandar depan dan gandar belakang menempel pada rei luar. Posisi ini dapat te~adi pada kereta/gerbong dengan kecepatan yang tinggi. Posisi 4 ini disebut Jalan Tali Busur.

Gaya tekan yang timbul akibat terjepitnya roda kereta/gerbong akan mengakibatkan keausan rei dan roda menjadi lebih cepat. Untuk mengurangi percepatan keausan rei dan roda tersebut, perlu dibuat pelebarab sepur. Ukuran pelebaran sepur dimaksud dipengaruhi oleh :

a). jari-jari lengkung horisontal b). jarak gandar depan dan gandar belakang pada gandar teguh, c). kondisi keausan roda kereta dan reI. menekan, dan gandar belakang

posisinya radial terhadap pusat lengkung horisontal.

BAB II - 15

Page 23: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

------~t::­~-.- ..t- - -- ---1

- --V Posis i 2

~\.

Gambar 2.14. Posisi Roda dan Gandar Teguh Pada Saat Kereta Melalui Lengkung

Karena beragamnya ukuran lebar sepur dan gandar teguh yang digunakan oleh tiap-tiap negara, maka terdapat perbedaan pendekatan dalam penetapan besarnya pelebaran sepur. P.T. Kereta Api (Persero) dalam PO No. 10 menggunakan ukuran-ukuran sebagai berikut (lihat Gambar 2.15) :

r

~~~------~~~*f K rI ~

d = 3 m dan 4 m, f = 30 mm r=1000mm. t=130mm

Gambar 2.15. Ukuran Gandar Teguh Yang Oigunakan di Indonesia

Berikut ini disampaikan pendekatan perhitungan pelebaran sepur yang digunakan di Indonesia. Lihat Gambar 2.14, agar supaya posisi 3 tidak sering terjadi, maka perlu dibuat pelebaran sepur (p) yang ukurannya sedemikian sehingga dapat dicapai posisi 1 atau posisi 2. Pada Gambar 2.14 dapat dilihat bahwa gandar belakang mempunyai posisi radial terhadap pusat lengkung horisontal, sehingga pada waktu roda melintasi lengkung horizontal dapat disederhanakan seperti pada Gambar 2.16..

Keterangan untuk Gambar 2.16: u : jarak antara titik sentuh flens roda dengan tengah-tengah gandar, d : jarak gandar

BAB II - 16

Page 24: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

c : kelonggaran flens terhadap tepi rei pada sepur lurus, R ; jari-jari lengkung , P : penebaran sepur Ru : jari-jari lengkung luar.

d U .

5= ~ :+p .-lk==========::::~Jk~~,1 _._ . _ . I 'f _.

POSISI 2

Gambar 2.16. Gandar Teguh dan Rei Pada Posisi 2

Dengan penyederhanaan seperti pada Gambar 2.17 dapat diperoleh pendekatan matematis berikut ini.

I( d + LJ ) I

S: 2c t- J '" I - -- - T -- - /

/ 1 I / / / I / v ;' V~ ! I ! I ! I ! . ; 1 ;

Gambar 2.17. Penyederhanaan Posisi Roda Pada Waktu Melintasi Lengkung

( d + U )2 = Ru2 - ( Ru - s) 2

( d + u ) = 2. Ru. s - S2

Karena : a). Nilai S2 sangat kecil dibandingkan nilai Ru

b). Nilai u sangat kecil dibandingkan dengan nilai d, maka persamaan di atas disederhanakan menjadi :

s = ------------- atau 2c + p = --------­2.Ru 2. Ru

BAB II - 17

Page 25: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

Bila Ru = R, maka

p = - 2.c 2. R

Pad a persamaan di atas terlihat bahwa besarnya pelebaran sepur (p) dipengaruhi oleh :

a). jarak gandar depan dan gandar belakang

b). kelonggaran flens roda kereta terhadap tepi kepala rei pada sepur lurus

c) . jari-jari lengkung horizontal.

Untuk lebar sepur 1067 mm. P.T. Kereta Api (persero) menggunakan c = 4 mm. Dengan .

digunakannya R dalam satuan m, maka apabila jarak gandar depan terhadap gandar

belakang (d) = 3 meter (3000 mm), diperoleh :

4500 p = - 8

R

Dan apabila jarak gandar depan terhadap gandar belakang = 4 meter (4000 mm),

diperoleh: 8000

p - --------- - 8 R

dengan: p : pelebaran sepur (mm)

R : jari-jari lengkung tikungan (m)

Berdasarkan pada kedua persamaan tersebut dapat disajikan Tabel 2.5 yang berisi

pelebaran sepur untuk beberapa jari-jari lengkung horizontal dan jarak gandar. Mengingat

adanya pembatasan perlebaran sepur maksimum, maka tidak semua angka pada Tabel 2.5 dimaksud dapat digunakan. 8esarnya perlebaran sepur yang dapat digunakan dapat

dilihat pada Tabel 2.6.

Perlebaran sepur dibuat dengan cara menggeser rel-dalam kearah dalam (kearah pusat

lengkung). Seperti halnya pada peninggian rei, perlebaran sepur dicapai dan dihilangkan

tidak secara mendadak tetapi secara berangsur-angsur sepanjang lengkung transisi atau "panjang transisi".

Pada lengkung horizontal, untuk mengurangi gaya tekan roda keretalgerbong/lokomotif pada rei luar dan untuk menjaga terhadap bahaya keluarnya roda dari rei (deraillement),

pada rei dalam dipasang Rei Penahan (anti deraillement). Subarkah (1981) menyatakan bahwa lebar celah antara rei dalam dan rei penahan ialah sebagai berikut :

a). 65 mm untuk jari-jari lengkung horisontal sebesar 150 meter,

b). 60 rnm untuk jari-jari lengkung horisontal sebesar 200 meter.

BAB II - 18

Page 26: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

Tabel 2.5. Pelebaran Sepur Sesuai Jari-Jari Lengkung Horisontal

Jari-jari (m) Perlebaran Sepur Menurut Perhitungan (mm)

Jarak Gandar =4 m Jarak Gandar =3 m 1000 0

900 0,89

800 2,00

750 2,67

700 3,43

650 4,31

600 5,33

550 6,54 0,20

500 8,00 1,00

450 9,78 2,00

400 12,00 3,25

350 148,6 4,86

300 18,67 7,00

259 24,00 10,00 Sumber: Surya Hapsaro Tn Utama, Ja/an ReI.

Agar supaya pada saat roda melewati lengkung horisontal masih terdapat tapak roda yang cukup lebar menapak di atas kepala rei, maka P.T. Kereta Api (persero) menggunakan batasan perlebaran sepur maksimum ( p maks ) ialah 20 mm, sehingga perlebaran sepur sesuai dengan jari-jari lengkung horisontal yang digunakan ialah seperti yang tertuang pada Tabel 2.6.

Tabel 2.6. Perlebaran Sepur yang Digunakan oleh P.T. Kereta Api (persero)

Jari-jari Lengkung Horisontal (Meter)

Perlebaran Sepur (mm)

Lebar sepur Menjadi (mm)

R> 850 0 1067 550 > R < 850 5 1072 400 > R < 550 10 1077 350 > R < 400 15 1082 100 > R < 350 20 1087

BAB II - 19

Page 27: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

i I b:mlnlan ___ _ ____--4111--_____ _

( 0 ) t b i

( e)

Gambar 2.18. Konstruksi Rei Penahan

2.1.7. Batas Toleransi Terhadap Geometri dan Ukuran Rei

Didalam melaksanakan inspeksi terhadap ukuran rei setelah mengalami keausan ada beberapa pedoman yang dipergunakan sebagai aeuan untuk menilai dan menetapkan apakah kondisi dan ukuran rei masih didalam keadaan baik, yaitu sebagai berikut :

" Untuk sepur lurus, dengan ukuran standar lebar sepur sebesar 1067 mm masih dapat dipergunakan hingga batas keausan maksimum meneapai 2 em atau 1 em untuk satu sisi reI.

" Untuk sepur lengkung (tikungan) dengan pelebaran rei seperti dapat dilihat pad a Tabel 2.6, sedangkan batas toleransi pelebaran sepur untuk masing-masing radius tikungan dapat dilihat pada Tabel 2.7. berikut ini.

Tabel 2.7. Toleransi Lebar Sepur di Tikungan

Pelebaran Sepur Batas Ukuran (m) (mm)

R > 600 0

550 :s R < 600 5

400 :s R < 550 10

350 :s R < 400 15

100 :s R < 350 20

Sumber: P. T. Kereta Api (persero) 2010

Untuk menjamin keselamatan dilakukan pembatasan keausan maksimum bagi flens bandasi roda dan reI. PJKA sebelumnya telah menetapkan batas aus maksimum pad a

BAB II - 20

Page 28: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

flens bandasi sebesar 8 mm. Berarti apabila sudah mencapai aus sebesar 8 mm maka bandasi tersebut harus dibubut kembali sesuai dengan bentuk profil yang baru . Namun demikian apabila ketebalan bandasi tinggal sebesar 17 mm, maka bandasi tersebut

harus diganti dengan yang baru.

Oleh karena keausan tidak hanya diderita oleh bandasi roda saja tetapi juga dialami oleh rei, maka dilakukan pula pembatasan aus maksimum untuk rei, terutama pada bagian rei luar pada lengkungan. Beberapa ketentuan tentang batasan keausan pada beberapa Negara adalah sebagai berikut:

a. Jerman Barat (German Federal Railways) Untuk rail dengan berat lebih besar dan sarna dengan 48 kg maka ketentuan batasan keausan adalah sebagai berikut:

a = 18 mm

~=7mm

a + ~ = 25 mm

"

I

" I ~~-.---

Sumber: M. Subyanto, Dinamika Kendaraan ReI.

Gambar 2.19. Skema Keausan Profil Rei Jerman Barat

b. Austria (Austrian Federal Railways) Ketentuan batasan keausan rei berdasarkan berat rei sebagai berikut:

~ rail> 38 kg : a =0,52 h - 4 ~ rail < 38 kg : a = 0,52 h - 5

(chamfer = 60°)

BAB II - 21

Page 29: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

Sumber: M. Subyanto, Dinamika Kendaraan ReI.

Gambar 2.20. Skema Keausan Profil Rei Austria dan Italia

c. Italia (Italian Railways) Ketentuan batasan keausan rei berdasarkan lebar kepala rei sebagai berikut:

~ lebar kepala rei lebih besar dan sama dengan 65 mm, keausan "a" =15 mm.

~ lebar kepala rei kurang dari 65 mm, keausan "a" =12 mm.

2.2. Kereta Inspeksi

Direktorat Jenderal Perkeretaapian memerlukan fasilitas untuk inspeksi kondisi prasarana dan sarana perkeretaapian serta operasional di daerah dalam melaksanakan tugasnya sebagai regulator. PT Industri Kereta Api (PT INKA) pada tahun 2009 telah merancang dan membangun kereta inspeksi yang dilengkapi dengan tenaga penggerak sehingga dapat berjalan sendiri tanpa ditarik lokomotif. Kereta inspeksi ini telah diuji oleh Tim Penguji Dirjen Perkeretaapian.

BAB II - 22

Page 30: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

---0J

I _ r ,.,.. ~ ~I I ~

0-2

L-

) •

B I e§]

I

I I I

I I

U

II

i :e

I ,I ~ ;j

~

~ ,. t-

I 1 , I i

... TTa 'l ~ I

·t •

I ·

I, i

G) I· I !l)

3 · I 0­!l)..., I'V I'V -->.

"U !l) ::J 0. !l) ::J

CO !l) ::J

(J) !l) ~ 3 B"0 ~

5 ' ~ CO 0. !l) ::J

»-!l) , ! (J>

/\CD ,..., CD !l) -::J (J>

"0 CD A l'

L~, r-

I~

II

"

O ~

,I ~ ~

. ,..1 .' . '

Ii I i r ',! I! : I

,

·

I I

." ' I ,',,:.1" .I~l j' ~I ~ I

• . , ! : I~ · 1" §.1 i.

III

i i liI

I ~

~

§

II I , ~

r ~ i

~

I

I I

I

I

Page 31: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

-~ ..n~:..A~1 .;o..co..A T'n.u' ­~":"'['T..I\;.? ..non~OI'Sn = , I:>'.:I.'TU ,·,.__.cm

I

I nil

IuaII

l

.. !."

c-..'4';"J~-.:t cctaT

<:I~.\''\ Tn&>. A-A ~r.t't;\T IM'O(JA'H~~

'A.~Q,\.;W~ ~

:lO.....

.....

i J

~

fGt ~ .

I-C:·\I,) I J.H(;>

Gambar 2.22. Pandangan Samping, Depan dan Belakang Kereta Inspeksi

BAB II - 24

Page 32: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

2.2.1. Spesifikasi Teknis

Kereta inspeksi yang dibuat oleh PT INKA bekerja sama dengan Direktorat Jenderal Perkeretaapian dirancang dengan mengacu pada desain Kereta Rei Diesel Indonesia (KRDI) dengan dimensi panjang 20 meter, lebar 2,9 meter dan tinggi 3,5 meter, berat kosong 46 ton dari kapasitas angkut sebanyak 30 orang, mempunyai fasilitas ruang inspeksi , ruang rapat, ruang petugas dan kabin masinis pada kedua sisinya sehingga dapat bergerak pada kedua arah tanpa memerlukan pemutaran.

Pada ujung 1 kabin masinis dilengkapi dengan 2 tempat duduk untuk masinis dan asisten masinis, sedangkan pada ujung 2 kabin masinis selain 2 tempat duduk untuk masinis dan asisten masinis, juga dilengkapi dengan pintu penghubung apabila kereta inspeksi ini digandengkan dengan kereta inspeksi lain atau dengan kereta.

Untuk menjamin kualitas pengendaraanya, kereta inpeksi ini menggunakan bogie tanpa bolster (bolsterless bogie) dengan suspensi udara untuk suspensi sekunder dan peg as ulir (coil spring) untuk suspensi primernya. Dengan bogie bolsterless diharapkan penumpang kereta inspeksi merasa nyaman berada didalam kereta. Tenaga penggerak utama menggunakan Motor Diesel Caterpillar Engine CAT C11 berdaya 336 kW dan dilengkapi dengan turbocharge, serta memenuhi standar Euro III. Daya dari motor diesel diteruskan melalui transmisi hidromekanik Caterpillar

Transmission CAT 234 untuk menggerakkan roda pada bogie ujung 2. Dalam operasionalnya dapat menggunakan transmisi otomatis atau manual dengan 4 tingkat kecepatan.

Pada kabin masinis dilengkapi layar monitor untuk melihat tingkat kecepatan transmisi , kecepatan, putaran motor diesel, dan suhu air radiator. Kereta inspeksi juga dilengkapi generator dengan daya 30 kVA yang diletakkan pada ruang generator dibelakang kursi asisten masinis ujung 2. Generator tersebut untuk memenuhi kebutuhan listrik fasilitas didalam kereta, diantaranya adalah lampu penerangan, dan audio visual.

Kereta inspeksi dilengkapi pula ruang inspeksi dengan dua kursi yang menghadap kedepan (ujung 1) kapasitas 8 orang. Dari ruang inspeksi terse but dapat memantau kondisi jalan rei yang dilalui. Selain ruang inspeksi terdapat pula ruang rapat yang dapat menampung 15 orang.

Fasilitas inspeksi yang ada adalah 2 buah kamera pad a kedua ujung kereta yang dapat memantau kondisi jalan rei di depan dan di belakang kereta inspeksi yang selanjutnya dapat dipantau melalui perangkat televise di ruang rapat dan televisi monitor di kedua kabin masinis.

Gambar jalan rei dapat direkam oleh computer yang dapat dipergunakan untuk data kondisi jalan rei yang dilewati sebagai bahan untuk melakukan evaluasi dalam rangka pembangunan atau rehabilitasi jalan rei tersebut. Disamping itu juga dilengkapi fasilitas GPS untuk mengetahui posisi dan kecepatan kereta. Untuk fasilitas komunikasi pada ruang rapat dilengkapi dengan web cam yang dapat dipergunakan untuk melakukan rapat jarak jauh (tele conference) dengan tempat lain, misalnya kantor Kementerian Perhubungan.

BAB II - 25

Page 33: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

Sesuai dengan persyaratan teknis yang ditetapkan, kecepatan desain maksimum adalah 100 km/jam dengan kemampuan percepatan minimum 0,3 m/detik2 dan perlambatan 1 m/detik2, dan dapat berjalan pad a tanjakan 38 permil.

TabeI2.8. Dimensi dan Sistem

No. Dimensi & Sistem

1 Dimensi panjang 20 meter, lebar 2,9 meter dan tinggi 3,5 meter

2 Bogie Boolsterless bogie dengan suspensi udara untuk suspense sekunder dan coil spring untuk suspensi primer

3 Interior

4 Sistem propulsi Diesel engine dengan transmisi otomatis dilengkapi dengan deadman system dan propulsion control system

5 Mesin penggerak Caterpillar Engine CAT C11, 336 kW, turbocharge, Euro III comply

6 transmisi Caterpillar Transmission CAT 234 xmsn transmission, 4 speed stage, hidromekanik, electronic control

7 Sistem pengereman Failsafe system, full mechanic, ada tiga tipe yang dipasang, yaitu service brake, emergency brake, parking brake

8 Sistem pengkondisian udara 130.000 BTU, reciprocating compressor, direct drived engine

9 Sistem supply kelistrikan Generator set 30 kVA silent type

10 Sistem audio video 37 LCD", public address system, HiFi Audio System

11 Sistem monitoring

Outdoor CCTV camera dengan infrared 2 unit dimasing masing ujung, Mini server CPU untuk penyimpanan data, GPS tracking, WiFi Wireless Router, Webcam untuk video conference

12 Sistem Alat Perangkai Sliding automatic coupler di ujung 1 dan fixed automatic coupler di ujung 2

Sumber: PT INKA

2.2.2. Kemampuan Operasional

Kereta inspeksi yang dibuat oleh PT INKA tersebut telah dilakukan pengujian oleh Tim Penguji Direktorat Jenderal Perkeretaapian. Pengujian dilaksanakan dimulai dari Stasiun Gambir ke Cikampek, Purwakarta, Padalarang, Cipatat. Pada lintas Cipatat-Padalarang, kereta inspeksi dapat melalui tanjakan tertinggi sebesar 38,8 permil dengan kecepatan 25 km/jam.

BAB II - 26

Page 34: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

Pengujian untuk mengetahui kecepatan kecepatan maksimum, jarak pengereman, fungsi deadman pedal, dan juga telah dilakukan uji coba terhadap fasilitas yang ada, diantaranya adalah fasilitas GPS dan teleconference.

Tabel 2.9. Kinerja Kereta Inspeksi

No Kinerja

1 Kecepatan Operasional Maksimum 100 km/jam

2 Percepatan minimum 0,3 m/detik2

3 Perlambatan 1 m/detik2

4 Radius Minimum 80 meter

5 Kemampuan tanjakanl gradeability 380100

6 Kapasitas penumpang total 30 orang

7 Berat kosong maksimum 46 ton

Sumber: PT INKA

2.3. Pengkajian Pengujian Jalan Rei

Saat ini, jaringan rei di seluruh dunia semakin sibuk dengan pe~alanan kereta api pada kecepatan yang lebih tinggi dan membawa penumpang dan beban as roda yang lebih berat daripada sebelumnya. Kombinasi faktor-faktor ini telah menempatkan banyak tekanan pada infrastruktur yang ada saat ini, mengakibatkan peningkatan tuntutan dalam pemeriksaan dan pemeliharaan reI. Biaya pengeluaran untuk pemeriksaan dan pemeliharaan kemudian tumbuh terus dalam beberapa tahun terakhir tanpa diikuti oleh peningkatan yang signifikan dari catatan keselamatan industri. Sebagai konsekuensi langsung tantangan utama yang dihadapi oleh industri rei adalah:

a) peningkatan keselamatan sistem kereta api, b) pengembangan kereta api baru untuk mengakomodasi pertumbuhan

permintaan yang terus menerus dan c) memberikan kontribusi untuk kereta api yang lebih berkelanjutan, baik

dalam lingkungan maupun keuangan, dengan memberikan efisiensi yang lebih baik dan pemanfaatan teknologi innovation.

Pendeteksian cacat rei memiliki peranan penting dalam memastikan keselamatan dunia perkereta apian. Kehandalan maksimum jaringan kereta api baru dapat dicapai setelah melalui pemeriksaan yang cukup dan dapat diandalkan serta pemeliharaan jaringan reI. Gambar 2.23. menampilkan risiko kegagalan akibat propagasi (perambatan) dari satu keretakan/celah di kepala reI.

BAB II - 27

Page 35: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

~ail H.od

/

Gambar 2.23. Risiko kegagalan karena perambatan retak di reI.

Baru-baru ini kecelakaan karena rei patah, seperti yang terjadi di Hatfield pada Oktober 2000, telah memfokuskan perhatian industri pada teknologi yang memungkinkan untuk mendeteksi cacat di reI. Kebutuhan untuk lebih andal dan lebih baik sistem deteksi cacat rei kereta api telah meningkat lebih jauh karena persyaratan pemeliharaan yang dikenakan oleh manajer infrastruktur (atau institusi pemerintah mereka ).

Gambar 2.23. menunjukkan bagaimana tipikal cacat rei dapat terjadi. Terlepas dan kenyataan bahwa deteksi dini cacat rei sangatlah penting untuk keamanan dan keandalan operasi jaringan rei di seluruh dunia, teknologi NDE rei tidak pernah menerima dana yang diperlukan untuk mengatasi kesalahan fatik pada reI. Tampaknya hanya bila terjadi kecelakaan serius dana menjadi lebih mudah tersedia. Penggunaan yang sesuai pada dana yang terbatas menjadi sangat penting , dan upaya penelitian harus diarahkan untuk pengembangan teknologi pengujian rei baru dalam bentuk yang koheren.

Head

Rail

Foo t

Gambar 2.24. Typicallokasi cacat pada reI.

BAB II - 28

Page 36: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

Perlu dicatat bahwa Gambar 2.23 dan Gambar 2.24 menunjukkan kemungkinan lokasi retak di rei dan bukan arah retak sesungguhnya.

Masalah utama dalam pemeriksaan rei dari sudut pandang industri adalah untuk mengembangkan metode pemeriksaan yang lebih baik melalui peningkatan sensitivitas dan resolusi terhadap cacat sejalan dengan peningkatan kecepatan pemeriksaan. Oisisi lain, kurangnya insinyur NOT berkualitas dalam teknologi NOT yang lain diluar standar teknologi Ultrasonics membuat industri rei kereta lebih ragu-ragu dalam mengambil langkah untuk menggunakan teknologi NOT yang lain.

Kekurangan metodologi NOT saat ini telah diakui oleh sebagian industri rei melalui manfaat umum dari kereta Grinding khusus untuk pemeliharaan reI. Kereta grinding bekerja secara sistematis dan mekanis menghilangkan kerusakan permukaan rei dalam tahap awal dan memastikan geometri reI. Namun demikian, jenis praktek ini menyebabkan pengurangan umur operational rei dan tidak menghapuskan kebutuhan untuk pemeriksaan NOT. Oengan alasan itu, cukup banyak penelitian sedang berlangsung saat ini untuk mengembangkan baja baru pada tingkat yang lebih baik untuk pembuatan rei kereta api yang mempunyai toleransi kerusakan permukaan yang lebih baik.

Mayoritas pengembangan teknologi deteksi cacat pada rei di AS saat ini sedang dilakukan oleh suppliers layanan pengujian reI. Oengan cara yang sama ini tampaknya menjadi kasus di Jepang, Israel, Australia dan Kanada. Namun demikian, di Eropa situasinya sedikit berbeda, karena operator jaringan kereta api terbesar di Eropa, yaitu Societe Nationale des Chemins de fer Franl):ais (SNCF), Deutsche Bahn (DB) dan Network Rail (NR), dapat menunjukkan keterlibatan aktif dalam pemeriksaan rei dan penelitian yang dipimpin oleh para akademisi dan pemasok layanan pengujian rei kereta api.

Operator jaringan rei terbesar telah membeli kereta uji mereka sendiri dalam rangka untuk melakukan pemeriksaan reI. Meskipun demikian, sejumlah besar operator masih subkontrak untuk pemeriksaan jaringan rei mereka kepada penyedia jasa pengujian rei kereta api. Kereta uji rei saat ini mencapai kecepatan antara 40 kilometer/jam - 100 km /jam, namum saat kecepatan meningkat system kepekaan dan resolusi memburuk secara signifikan.

2.3.1. Metode evaluasi Non-destruktif untuk rei Rei secara sistematis diperiksa untuk cacat internal dan cacat permukaan dengan menggunakan berbagai teknik NOE. Selama proses pembuatan rei diperiksa secara visual untuk segala kerusakan permukaan, sementara adanya cacat internal dinilai terutama melalui pemeriksaan ultrasonik. Hal yang sama, peralatan pengujian ultrasonik telah telah banyak digunakan oleh industri rei untuk pemeriksaan rei dalam operasionalnya.

Oalam kebanyakan kasus pemeriksaan rei dilakukan dengan menggunakan probe ultrasonik khusus yang dipasang di bag ian bawah dari kereta uji. Sliding plate sleds atau roda probe ultrasonik berisii cairan adalah metode umum yang digunakan untuk

BAB II - 29

Page 37: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

mengggabungkan piezoelektrik transduser ke reI. Sensor ultrasonik standard memiliki kemampuan deteksi yang lemah saat digunakan pada retak permukaan atau cacat dekat permukaan. Oleh karena itu, beberapa transduser perlu untuk digunakan di berbagai sudut untuk melakukan deteksi retak permukaan dan cacat dekat permukaan seperti yang ditampilkan pada Gambar 2.25.

c::::J

! II I I !

Gambar 2.25. Multiple ultrasonik transduser diposisikan pad a berbagai sudut untuk meningkatkan secara keseluruhan kemampuan system deteksi.

Pengujian dengan Magnetic Flux Leakage (MFL) biasanya digunakan di model Sperry (100 dan 900 series) untuk pendeteksian cacat dekat-permukaan sebagai teknik pelengkap pengujian ultrasonik.

Skema pada Gambar 2.26. menunjukkan prinsip pemeriksaan MFL. Penggunaan teknik ini dibatasi pada kecepatan di bawah 35 km/jam karena kinerjanya memburuk secara signifikan pada kecepatan yang lebih tinggi. Baru-baru ini, sistem hibrid berbasis manfaat simultan dari sensor eddy current (EC) dan probe pengujian ultrasonik konvensional telah diperkenalkan di Jerman, Belanda dan dilain tempat untuk pemeriksaan rail tracks berkecepatan tinggi. Sensor gelombang EC memiliki kinerja yang unggul dibandingkan dengan pengujian probe ultrasonik ketika memeriksa cacat dekat-permukaan atau keretakan permukaan, seperti Rolling Kontak Kelelahan (RCF), spa lis dan wheelburns. Gelombang sensor eddy current nampak memberikan proporsi yang lebih baik dari pada probe MFL karena mereka lebih peka terhadap cacat dekat permukaan dan cacat permukaan dan dapat bekerja pada kecepatan yang lebih tinggi secara signifikan (pemeriksaan kecepatan hingga 100 km/jam mungkin).

BAB II - 30

Page 38: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

men

Motional .V Oiredioo

500

Suriace [A:fect

Gambar 2.26. Skema prinsip pemeriksaan MFL

Namun, sensor eddy current sang at dipengaruhi oleh variasi lift-off dan kemudian perlu diposisikan sedekat mung kin dan pada jarak konstan dari permukaan kepala reI. Gambar 2.27 menampilkan pembawa probe eddy current yang digunakan pada kereta uji DB.

Gambar 2.27. Pembawa probe dengan sensor eddy current yang digunakan oleh DB untuk mendeteksi retak RCF (foto courtesy Deutsch Bahn).

Teknik NDE lain yang saat ini sedang diselidiki untuk pemeriksaan rei kecepatan tinggi termasuk laserultrasonics, elektromagnetik Acoustic Transducers (EMATs), alternating current field measurement sensor (ACFM), camera kecepatan tinggi , Sensor eddy current multi frekuensi, Field Gradien Imaging (FGI), high-resolution ultrasonic probes, ultrasonic phased arrays, dan long range ultrasonics.

Sebagian besar teknik ini sudah dikembangkan dalam portable sistem untuk pemeriksaan rei pada kecepatan yang lebih rendah . Gambar 2.28 menunjukkan sistem manual ACFM yang digunakan untuk deteksi dan kuantifikasi otomatis retak RCF pada reI. Sensor ini dido rang oleh operator dengan kecepatan konstan sepanjang kepala rei untuk mencari setiap perubahan sinyal yang disebabkan oleh adanya RCF retak.

BAB II - 31

Page 39: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

(a) (b)

Gambar 2.28. Tongkat jalan ACFM (a) dan Bagian Bawah Sisi Tongkat Jalan.

Dalam beberapa kasus, probe ultrasonik resolusi tinggi, laser ultrasonik dan EMATs telah ditempatkan pada hi-rei berbasis kereta yang dapat mencapai kecepatan pemeriksaan antara 20 km/jam dan 35 km/jam. Gambar 2.29 menunjukkan sistem pemeriksaan EMAT yang dipasang pada kereta hi-rei oleh Tektrend (sekarang NDTOlympus) untuk pemeriksaan rei otomatis.

Gambar 2.29. Sistem Pemeriksaan Rei Otomatis EMAT Pad a Kereta Hi-Rei (Tektrend).

Beberapa peneliti telah menyarankan kemungkinan penggunaan Ultrasonics jarak jauh (pengantar gelombang) untuk pemeriksaan rei kereta api, walaupun demikian, hal ini masih diragukan apakah teknik ini akan memperoleh penerapan yang luas dalam industri reI. Metode Long range ultrasonic pada awalnya dikembangkan untuk mendeteksi korosi dan retakan besar pada ruas pipa panjang (hingga 100m). Prinsip teknik ini didasarkan

BAB II - 32

Page 40: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

pad a deteksi gelombang pantul. Sensitivitas sistem ultrasonik jarak jauh masih rendah karena hanya dapat mendeteksi cacat melintang yang relatif besar.

Meskipun, ada penelitian significant yang sedang berlangsung saat ini di bidang pengantar gelombang, upaya penelitian ini difokuskan terutama pada penerapan teknik untuk pemeriksaan pipa , struktur lepas pantai, dan turbin-angin. Gambar 2.30 menampilkan sebuah kereta hi-rei Waveinsolids yang menggunakan Long range ultrasonic untuk mendeteksi cacat transversal di United States.

Gambar 2.30. Foto Dari Kereta Hi-Rail Berikut System Pemeriksaan Long Range Ultrasonic Untuk Pemeriksaan Retakan Melintang.

2.3.2. Pemeriksaan rei menggunakan Ultrasonics

Selama pemeriksaan rei menggunakan probe Ultrasonics konvensional seberkas energi Ultrasonic ditransmisikan kedalam reI. Energy yang terpantul atau terpencar dari sinar transmisi kemudian dideteksi menggunakan koleksi transduser. Amplitudo dari setiap refleksi bersama-sama dengan saat ketika terjadi dapat memberikan informasi berharga tentang kondisi dari reI.

Karena cacat yang tidak sepenuhnya dapat diprediksi, energi ditransmisikan di beberapa sudut insiden yang berbeda untuk memaksimalkan Probabilitas Detecion (PoD) dari setiap sifat negative/ abnormal pada reI. Sudut bias yang digunakan umumnya 0, 37 atau 45 dan 70° . Lebih dari itu, transduser juga diposisikan untuk melihat kepala rei mengenai cacat longitudinal seperti terputusnya kepala rei dan cacat robek seperti ditampilkan sebelumnya pada gambar 2.27.

Di banyak negara, teknik ini biasanya digunakan pada kereta Sperry (model UTU1 dan UTU2). Adanya cacat yang terdeteksi oleh kereta Sperry UTU1 dan UTU2 dikonfirmasikan melalui unit pemeriksaan ultrasonik portabel yang dikenal sebagai Sticks Sperry. Gambar 2.31 menampilkan jenis unit portable pemeriksaan reI.

BAB II - 33

Page 41: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

Gambar 2.31 . Unit Portable Pemeriksaan Rei Ultrasonik (Sperry Stick).

Salah satu masalah riil yang dihadapi dengan UTU1 adalah terlalu banyak "kesalahan" dalam pembacaan, masing-masing harus diperiksa sehingga memakan waktu yang cukup berarti. Hal ini sebagian telah diatasi dengan pengaturan batas deteksi yang realistis dan oleh sebuah program untuk membandingkan hasil dari kereta uji dengan hasil dari system manual dalam rangka menyempurnakan kriteria deteksi. UTU2 memiliki array probe yang lebih besar yang memungkinkan mempunyai cakupan Ultrasonic lebih luas.

Probe array, terdiri dari 9 transduser terpisah, yang terkandung dalam ban berisi cairan , yang dikenal sebagai Roller Search Unit (RSU). UTU2 memiliki dua unit untuk memastikan pengujian dapat terus berlangsung sekali meskipun satu RSU gagal berfungsi dengan benar. Hal ini diperlukan karena procedure pengujian yang terbatas karena tuntutan pada sistem.

Tongkat Sperry adalah versi RSU yang dioperasikan dengan tangan dan digunakan dengan metode manual untuk memeriksa output dari kedua kereta ultrasonik. Perbandingan hasil dari unit UTU2 dengan Tongkat Sperry menunjukkan 90-95% tingkat keberhasilan identifikasi cacat. Hasil yang lebih baik dengan alat ini telah dicapai di US dan penyempurnaan lebih jauh pada sistem ini sedang berlangsung di UK guna memperbaiki tingkat keberhasilannya. UTU2 dapat dijalankan pada kecepatan hingga 65 km/jam, namun untuk keamanan dan ketepatan probe perlu melakukan pengukuran cacat 4 kali dan seterusnya dalam praktek mereka dioperasikan pada kecepatan 45 km/jam . Peralatan di kereta Utu tidak mengukur cacat. Saat ini jarak rata-rata yang diselesaikan dalam satu malam adalah antara 150 dan 210 km. Masalah yang dihadapi oleh kereta Utu meliputi:

~ Cuaca yang sangat dingin di mana es mengganggu pengujian ~ Kerusakan rei dapat mengiris atau menusuk ban yang terjadi rata-rata seminggu

sekali.

BAB II - 34

Page 42: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

~ Tonjolan cetakan, yang secara drastis mempengaruhi sensitivitas probe. ~ Sandite dapat menjadi masalah karena menghasilkan gangguan interface. ~ Penggunaan pelumas yang berat dapat mempengaruhi hasil sampai 100 m dari

sebuah unit pelumasan jalur track, dan juga menghasilkan inteface. >- Identifikasi cacat vertikal / transversal.

Kereta uji Eurailscout (Belanda, Jerman, dll) dan Scanmaster (Israel) menggunakan sliding plate sleds untuk menempatkan probe ultrasonik seperti yang ditampilkan pada Gambar 2.32. Kereta uji Eurailscout dapat menggabungkan probe eddy current dalam rangka untuk meningkatkan kemampuan sistim deteksi. Kereta ini beroperasi dengan kecepatan 72 km/jam (kecepatan pemeriksaan hingga 100 km/jam dinyatakan mungkin).

Gambar 2.32. Sebuah kereta luncur lima pengaturan yang ditampilkan diangkat dari reI. Beberapa sleds termasuk dua probe yang memungkinkan untuk penggunaan total tujuh ultrasonik probe. Empat probe sensor eddy current (tidak ditampilkan) dapat juga dipasang.

2.3.3. Pemeriksaan rei menggunakan Magnetic Flux Leakage (MFL)

Metode magnetic flux leakage (MFL) secara luas digunakan untuk NDE komponen struktur di bidang petrokimia , rei, industri energi dan logam. Dalam MFL, magnit permanen atau DC elektromagnet digunakan untuk menghasilkan suatu medan magnet yang kuat untuk magnetise ferromagnetic spesimen di bawah pemeriksaan saturasi.

Garis fluks magnet digabungkan ke dalam spesimen menggunakan 'sikat' logam. Jika ada anomali atau inklusi, garis-garis fluks magnetik akan bocor di fuar spesimen dekat dengan anomali dan sensor atau array sensor akan mendeteksi kebocoran medan magnet, yang mengandung informasi berkaitan dengan anomali atau inklusi seperti korosi dan retak.

Menurut distribusi garis fluks magnet digabungkan ke dalam spesimen, sistem MFL yang terdiri dari magnetiser dan sensor atau sensor array dikategorikan menjadi dua jenis:

(1) MFL keliling, unggul dalam deteksi dan ukuran cacat longitudinal;

BAB II - 35

Page 43: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

(2) MFL aksial, yang cenderung untuk kerusakan volumetrik atau pengurangan material sebatas keliling atau lebar.

Kedua metode tidak diuntungkan oleh pengaruh kecepatan probe dari sinyal MFL. Telah dilaporkan bahwa efek kecepatan dari MFL keliling lebih signifikan dari pada MFL aksial dan kecepatan yang mempengaruhi kecepatan pemeriksaan MFL keliling jauh lebih rendah daripada yang untuk MFL aksial.

Dalam pemeriksaan rei menggunakan MFL, kumparan pendeteksi dipasang pada jarak konstan dari rei, digunakan untuk mendeteksi setiap perubahan dalam medan magnet yang dihasilkan oleh sebuah DC elektromagnet di sekitar reI. Di daerah di mana terdapat cacat dekat permukaan atau cacat permukaan melintang di rei, ferromagnetic baja tidak akan mendukung magnetik fluks dan beberapa fluks dipaksa keluar dari bag ian. Kumparan sensor mendeteksi setiap perubahan dalam medan magnet dan Indikasi cacat kemudian dicatat.

Sayangnya, retakan melintang bukan satu-satunya jenis cacat yang ditemukan di reI. Cacat yang berasal dari manufaktur dan berhubungan dengan pelayanan dapat berupa antara lain inklusi, jahitan, mengupas, dan korosi. Retak kelelahan dapat berawal dari cacat ini, serta sifat normal rei seperti lubang baut reI. Jika cacat ini berlangsung tak terdeteksi, mereka dapat menyebabkan kepala dan web rei terpisah . Banyak cacat seperti ini tidak terdeteksi dengan metode kebocoran fluks karena flaws (cacat) yang terjadi parallel terhadap garis flux magnetic atau cacat terlalu jauh dari coil sensor untuk mendeteksi. Metode MFL digunakan terutama oleh hi-rei dan kereta tertentu sebagai railbound Sperry sebagai teknik pelengkap untuk pemeriksaan ultrasonik. Kecepatan maksimum yang dicapai untuk kombinasi system Ultrasonic dan MFL biasanya 35 km/jam. Dalam praktek solusi berikut juga telah dilakukan:

A ,' +

Gambar 2.33. Bentuk Elektro Magnetik U (Solusi Lama)

BAB II - 36

Page 44: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

Gambar 2.34. Elektromagnet Pad a Rangka Bogie Pengukuran (Solusi Baru Versi Pertama). Kerugiannya Medan Magnet Kecil.

Gambar 2.35. Elektromagnet Pad a Satu As Roda Bogie Pengukuran (Solusi Baru Versi Kedua). Keuntungannya Medan Magnet Besar.

Selama beberapa tahun, penerapan teknologi eddy current terbatas untuk pemeriksaan las pada rei individual. Baru-baru ini, sistem eddy current dikembangkan untuk melakukan pemeriksaan di atas rei dengan kecepatan beberapa meter per men it untuk mendeteksi retakan akibat kelelahan Rolling Contact Fatique (RCF).

Gambar 2.36. memperlihatkan sebuah sistim eddy current manual yang digunakan untuk mendeteksi keretakan RCF pada rei dan wheelburns. Sensor didorong oleh operator sepanjang kepala rei mencari perubahan sinyal yang disebabkan oleh adanya retakan RCF atau wheelburn.

Gambar 2.36. Sensor EC Untuk Mendeteksi Keretakan Pada Rei RCF (Hocking NOT).

BAB II - 37

Page 45: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

Seperti disebutkan sebelumnya, sensor Ultrasonics standar mempunyai kemampuan deteksi yang rendah untuk mendeteksi retak permukaan ataupun cacat de kat permukaan. Sensor eddy current memiliki kemampuan yang jauh lebih baik dalam mendeteksi cacat jenis ini. Hampir semua cacat yang berhubungan dengan cacat permukaan atau dekat permukaan dapat dideteksi dengan menggunakan pemeriksaan eddy current. Meskipun demikian, perhatian perlu diberikan untuk memberikan variasi selama pemeriksaan eddy current. Tabel 2.10 memberikan ikhtisar kemampuan deteksi (detectability) dari sensor eddy current.

Table 2.10. Kemampuan sensor eddy-current dalam mendeteksi berbagai cacat permukaan.

Category Detectability Statement

Head checking Very good Quantity, location , depth Indentures Very good Quantity, location, period Wheel-burns Very good Location, extent Grinding marks Very good Quantity, location, period Rail joint Very good Location, kind BelGroSpi's Good Quantity, location Squats Good Quantity, location Short/long pitch corrugation Good Location, period Welds Good Location, kind, lack of fusi

Perkembangan yang signifikan dalam pemeriksaan rei menggunakan teknologi eddy current telah dilaporkan oleh Federal Jerman Institute for Materials Research and Testing (BAM).

Laporan peralatan yang dikembangkan secara khusus untuk mendeteksi retakan ReF dan memberikan informasi mengenai posisi dan kedalaman cacat. Sekarang sistem ini digunakan di beberapa kereta uji rei dan sistim pengujian rei manual di Belanda, Jerman dan di tempat lain oleh Eurailscout. Untuk mencari posisi yang spesifik dari cacat, alat Global Positioning System (GPS) digunakan untuk alur data yang dikirim oleh kereta. Koordinat-koordinat akan disimpan sebagai bagian dari jaringan tetap dengan data terukur.

Sangat penting untuk memandu probe eddy current sehingga sinyal tidak terpengaruh dan sensitivitas tidak berfluktuasi disebabkan jarak ketinggian probe dari permukaan uji. Kondisi pengujian pemeriksaan rei sangat kompleks, karena probe harus diposisikan pad a sudut relative terhadap permukaan. Kesuksesan pertama Pengujian pad a kecepatan tinggi berlangsung dalam daerah tertentu antara Magdeburg's dan Eilsleben di Jerman (1999) dimana ada beberapa daerah dijumpai ada keretakan ReF. Oekat statsiun utama, indikasi keretakan ReF dijumpai kurang lebih 800 mm memanjang pada rei bawah tanah. Tanda-tanda tersebut terdeteksi oleh kereta uji Eurailscout dan dikonfirmasi dengan jelas selama pemeriksaan manual dengan sebuah troli pemeriksaan

BAB II - 38

Page 46: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

eddy current yang ditampilkan pada Gambar 2.37. Perkembangan system eddy current telah berhasil dipadukan diatas kereta grinding untuk menilai kualitas grinding reI.

Gambar 2.37. Pemeriksaan Rei Manual Dengan Sensor Eddy Current

2.3.4. Pemeriksaan Menggunakan Alternating Current Field Measurement ACFM

Alternating Current Field Measurement (ACFM) adalah metode pemeriksaan elektromagnetik yang sekarang secara luas diterima sebagai sebuah alternatif untuk pemeriksaan partikel magnetik di Industri Minyak dan Gas Bumi, baik di atas dan di bawah air. Walaupun telah dikembangkan dan dipatenkan oleh sistem Pemeriksaan TSC yang awalnya bertujuan untuk pemeriksaan rutin las pada struktur, teknologi ini telah dikembangkan untuk aplikasi yang lebih luas di berbagai industri. Gambar 2.38 menunjukkan teori pengoperasian ACFM sensor. Peningkatan kecepatan pemeriksaan (dari beberapa sentimeter per menit hingga beberapa meter per menit), aplikasi terhadap morfologi keretakan non-planar dan perluasan dari ukura model untuk mengatasi berbagai tipe keretakan, semuanya telah dicapai.

Teknik ini didasarkan pada prinsip bahwa arus bolak-balik (AC) dapat diinduksikan untuk mengalir dalam lapisan yang tipis dekat permukaan setiap konduktor. Dengan memperkenalkan arus uniform kedalam daerah komponen yang diuji, ketika tidak ada cacat arus listrik tidak akan terganggu. Jika ada retak, arus uniform terganggu dan aliran listrik berada disekitar ujung-ujung dan dibawah permukaan retak. Dikarenakan arus listrik merupakan arus bolak-balik maka arus tersebut akan mengalir kedalam lapisan yang tipis dekat permukaan dan tidak dipengaruhi oleh bentuk geometri komponen uji.

Berbeda dengan sensor eddy current yang memerlukan penempatan pada jarak dekat «2mm) dan berjarak constant dari permukaan yang diperiksa, jarak maksimum pengangkatan 5 mm masih memungkinkan tanpa kehilangan sinyal yang berarti ketika menggunakan probes ACFM. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa kekuatan sinyal berkurang dengan kuadrat jarak lift-offnya dari permukaan, namun bukan dengan pangkat tiga jarak lift-offnya yang merupakan masalah untuk sensor eddy current. Hal ini memungkinkan teknik ACFM dapat mengatasi jarak pengangkatan yang jauh lebih besar

BAB II - 39

Page 47: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

dan mengatasi lapisan non conductive yang lebih tebal. Untuk cacat yang lebih besar, pengoperasian lift-off> 5mm dapat dimungkinkan.

C lock".. i5e 110wI B z ~---- g i ,.-es Hz p e-nk

/,VC,"'.,,' _~lt i-clock.-v~:i s e fIo \,.v gi\-~$ Hz tl·oug:h

Gambar 2.38 Definisi Arah Bidang Dan Sistem Koordinat Yang Digunakan Dalam ACFM20.

Probe ACFM tersedia dalam bentuk probe pensil standar dan probe array multi-elemen. Probe ini dapat disesuaikan untuk mengoptimalkan pemeriksaan komponen struktural tertentu dan memaksimalkan Probabilitas Detection (PoD) dari cacat berukuran kritist. Pensil probe ACFM dapat mendeteksi retak cacat permukaan dalam berbagai sudut. Meskipun demikian, untuk ukuran cacat, mereka harus terletak antara 0°-30° dan 60°-90° ke arah laju probe. Kekurangan ini diatasi oleh array ACFM dengan menggabungkan berbagai bidang inducers untuk memungkinkan ditampilkan kedalam permukaan periksa dalam orientasi yang berbeda. Ini terutama bermanfaat dalam situasi di mana orientasi retak tidak diketahui atau bervariasi.

Dalam hal ini, sensor tambahan, juga dimasukkan dalam rangka mengambil manfaat yang optimal dari petunjuk input tambahan . Pada tahun 2000, TSC dengan dukungan dari Bombardier Transportasi, mulai mengembangkan suatu sistem ACFM yang maju untuk aplikasi di industri reI. Tujuan dari upaya ini adalah untuk mengembangkan Sistem ACFM portable, dengan user interface yang ramah mampu mendeteksi, mengukur secara otomatis, dan pernbatasan ambang cacat untuk pemeriksaan sarana roda kereta api. Selama pengujian awal pada as roda kereta api yang sebelumnya telah ditolak dikarenakan kegagalan pad a saat pemeriksaan partikel magnetic (MPI) atau karena korosi permukaan yang berlebihan, kemajuan sistim ACFM mencapai PoD 84% dibandingkan dengan 44% PoD untuk MPI. Setelah melalui kerja eksperimental pada as roda kereta api, menjadi jelas bahwa suatu sistem ACFM dapat digunakan baik untuk mendeteksi dan mengukur keretakan RCF pada reI. Hal ini menyebabkan terbentuknya tong kat ACFM yang dioperasikan dengan berjalan kaki seperti yang ditampilkan

BAB II - 40

Page 48: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

sebelumnya. Ini adalah sebuah perangkat yang bersifat operasional mandiri atau individu dan mampu beroperasi independent selama 8 jam.

ACFM telah dibentuk untuk menyesuaikan diri dengan bentuk kepala reI. Ini memungkin penerapan sistem ACFM pada rei baru maupun usang. Pemeriksaan di kepala rei dilakukan melalui pemindaian oleh sekelompok sensor secara berurutan yang memungkinkan pemeriksaan rei menjadi tanpa gangguan. Berdasarkan data yang diperoleh melalui kerja yang ekstensive secara metalografi di atas rei dengan retak RCF , Paket software yang telah disesuaikan dengan pengukuran cacat secara algorithms telah di kembangkan untuk memungkinkan pengukuran otomatis keretakan RCF yang dideteksi dengan tong kat jalan. Dengan meningkatkan sampling ke 50 kHz sistim tong kat mencapai kecepatan scanning 0.75 Mis (sekitar 2-3 km dari rei dapat diperiksa dalam waktu satu jam). Harus ditekankan bahwa data yang memadai harus dikumpulkan tidak hanya untuk mendeteksi cacat, tetapi juga untuk menentukan beratnya. Percobaan lebih jauh saat ini sedang berlangsung dalam upaya membangun sistim pemindai ACFM kecepatan tinggi untuk deteksi dan kuantifikasi RCF pada rei bekerjasama dengan University of Birmingham.

2.3.5. Pemeriksaan rei menggunakan electromagnetic acoustic transducers

Elektromagnetik acoustic transducer (EMATs) dapat digunakan untuk menghasilkan dan mendeteksi Ultrasound dalam penghantar listrik ataupun bahan magnetik. Hal ini diperoleh dengan melewatkan arus yang besar melalui koil induksi dekat ke permukaan uji dalam medan maknit statis yang kuat, yang dihasilkan dari magnet permanen. Orientasi medan magnet, geometri kumparan dan sifat-sifat fisik dan elektrik materi yang diteliti memiliki pengaruh kuat pada Ultrasound yang dihasilkan dalam sampel. EMATs memiliki keuntungan bahwa mereka beroperasi tanpa memerlukan coupling fisik atau kecocokan akustik karena merupakan mekanisme coupling elektromagnetik yang menghasilkan Ultrasound di kedalaman kulit sampel. Ini juga berarti bahwa gangguan coupling fisik tidak signifikan, dan memugkinkan pengoperasian pada temperatur tinggi. Oleh karena itu EMATs cocok untuk pemeriksaan reI. Gambar 2.39 menunjukkan prinsip EMAT.

Coil

000 ®~dyrurrent5 ~ fi ~::..KJ~~ ), \

,/'""' Forces

Gambar 2.39. Prinsip Elektromagnetik Generasi Akustik

BAB II - 41

Page 49: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

Sebuah kereta pemeriksaan hi-rei komersial menggunakan sistem EMA T telah dikembangkan oleh Tektrend (sekarang NOT Olympus) di Canada EMAT menyelidiki fungsi sistem dalam pulse-echo mode atau gabungan pulse-echo mode dan pitch-catch mode. Gambar 2.40. menunjukkan mekanisme penggunaan sensor EMA T.

Gambar 2.40. Rancangan Kereta Dan Pemegang Transduser

Penempatan transduser dalam modul ini sedang diselidiki untuk menentukan desain trade-off yang diperlukan untuk mengoptimalkan jarak antar transduser dari pasangan pitch and catch terhadap kemampuan deteksi , dan untuk menyeimbang kan kekuatan magnet probe EMA T. Pitch and catch mode memerlukan jarak pemisahan yang tetap antara receiver dan emitor. Sistem bermuatan dua tandem pitch-dan-catch, pasangan Gelombang Rayleigh dan pasangan gelombang herisontal dan vertical 90 0 (SH-wave) digunakan untuk memeriksa kepala rei , jarak pemisahan adalah 12" sebagai yang paling efektif. Sebuah EMAT pada alat pemeriksaan digunakan untuk menghasilkan sebuah gelombang SH-70° dan sebuah gelombang SH-90°.

Probe EMAT yang sama dirancang untuk menghasilkan gelombang SH-90° dikonfigurasikan untuk menginduksi gelombang SH-70° di kepala reI. Dua EMAT yang lain, gelombang SH-O° terpolarisasi secara radial dan gelombang melintang (shear wave) 35° bekerja secara independen. Namun, transduser dipisahkan dari yang lain untuk menyeimbangkan kekuatan daya tarik magnetis antara rei dan transduser, juga untuk menghindari terjadinya tumpang tindih gema yang memasuki gerbang penerima (receiver).

Setiap probe EMAT mengandung kumparan datar (digulung atau pada lembar Kapton) dan satu atau serangkaian magnet permanen terbuat dari Sintered Neodymium-Iron­Boron (NdFeB) ditumpuk di atas kumparan seperti yang ditampilkan pada Gambar 2.41. Magnet dilindungi dari kumparan dengan foil tembaga yang disisipkan antara kumparan dan magnet.

Sebuah lapisan bahan busa juga disisipkan untuk memungkinkan kumparan mengikuti permukaan kepala rei yang tidak teratur. Oengan pita polimer, PCB material dan busa, terangkatnya maknit (lift-off) berada pada kisaran 2.5 mm dari reI. Ketika kumparan

BAB II - 42

Page 50: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

tercetak pada bagian sisi bawah material PCB, terangkatnya kumparan sesuai dengan ketebalan pita polimer 0.2 mm.

Sistem akuisisi data telah dirancang untuk mendukung 12 saluran akuisisi real-time. Setiap saluran mewakili gelombang nada berkekuatan tinggi/kartu penerima dengan output tegangan yang dapat disesuaikan (400-1800 Vpeakpeak). Unit penerima pada sistem memiliki linearitas yang sangat baik, pemulihan yang cepat atas beban berlebih, dan rasio sinyal terhadap noise baik. Filter juga dirancang dan dibuat untuk mengurangi kebisingan dan membatasi sinyal response tinggi.

Gambar 2.41 . Coil digunakan untuk generasi gelombang shear-vertikal.

Kemampuan deteksi sistem itu diuji diatas trek evaluasi dengan panjang 45 m di CN Taschereau Yard di Montreal. Trek ini secara khusus dibuat untuk mengkalibrasi sistem pengujian dan telah disiapkan untuk cacat dari berbagai jenis, termasuk split horizontal kepala rei , lubang baut retak, split vertical kepala rei , cacat las, dan split weblbadan reI. Selama tes ini, konfigurasi EMAT yang berbeda digunakan untuk mengevaluasi kinerja pendeteksian mereka dari 10 kml jam hingga 15 km/jam.

Usaha yang relevan dalam pengembangan sensor EMA T untuk pemeriksaan rei kecepatan tinggi saat ini sedang berlangsung di Inggris. Upaya penelitian ini dipimpin oleh lembaga akademik (Universitas Warwick, Birmingham dan Bristol) dan didukung oleh NR. University of Warwick bersama-sama dengan University of Newcastle telah juga menyelidiki kemungkinan penerapan sistem hibrid yang melibatkan manfaat sensor EMA T dan probe gelombang EC untuk meningkatkan sensitivitas keseluruhan sistem pada retakan dangkal. Penelitian yang relevan juga telah berlangsung di Rusia oleh NPP VIGOR31.

2.3.6. Pemeriksaan rei dengan menggunakan kamera visual

Hingga saat ini , pemeriksaan visual hanya dilakukan oleh personil yang berpengalaman dengan be~alan di sepanjang rei kereta api dan mencari cacat fisiko Kenyataan yang berbahaya ini, walaupun sebagian besar tidak dapat diterima karena melibatkan tingkat subjektivitas, masih saja digunakan oleh manajer infrastruktur. Selama beberapa tahun terakhir, berbagai sistem berbasis kamera visual untuk aplikasi rei kereta api telah

BAB II - 43

Page 51: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

diimplementasikan. Ini dapat diklasifikasikan menu rut fungsi mereka ke dalam empat kelompok utama:

a) sistem pemeriksaan trek, b) sistem pemeriksaan kereta, c) sistem untuk pemeliharaan dan operasional, dan d) sistem yang berkaitan dengan penumpang.

Konsep sistem visual otomatis didasarkan pada penggunaan kamera berkecepatan tinggi yang mampu menangkap gambar video dari jalur rei kereta api saat kereta bergerak di atasnya. Foto yang diambil kemudian diana lisa secara otomatis dengan menggunakan perangkat lunak untuk analisa gam bar. Analisa software didasarkan pada identifikasi objek atau cacat yang dideteksi dengan menggunakan teknik korelasi silang sedangkan data diklasifikasi menggunakan skema pembelajaran yang diawasi.

Pengenalan obyek dengan menggunakan teknik pembelajaran sampel yang berkaitan dengan masalah komputasi. Untuk mencapai kine~a secara real-time, waktu komputasi untuk mengklasifikasikan pola harus kecil. Ketika mencoba untuk mendeteksi benda­benda kecil seperti cacat rei pada permukaan trek, resolusi gam bar video yang tertangkap harus lebih tinggi agar dapat memberikan data yang dapat diandalkan untuk analisa. Namun , ketika resolusi gambar meningkat, demikian juga dengan jumlah data yang diperoleh, maka waktu komputasi untuk menyelesaikan suatu analisa diperlukan lebih banyak. Akibatnya kecepatan pemeriksaan perlu disesuaikan dengan kecepatan untuk analisa data. Sistem otomatis pemeriksaan trek secara visual dapat digunakan untuk mengukur profil kepala rei dan persentase keausan, jarak antar rei, pergerakan memanjang, tidak adanya pemberat, kondisi pelat dasar dengan tidak adanya pemberat, posisi penjepit, baut hilang dan kerusakan permukaan, termasuk RCF dan rei bergelombang. Kecepatan pengoperasian sistem ini dapat bervariasi dari 60 kml jam sampai 320 km/jam, tergantung pada jenis pemeriksaan yang dilakukan dan resolusi yang dibutuhkan. Sebagai contoh, pemeriksaan untuk mendeteksi kerut atau rei yang bergelombang dapat dilakukan jauh lebih cepat dari pada untuk mendeteksi keretakan RCF.

Sayangnya, sistem visual otomasi tidak memberikan informasi yang berhubungan dengan keberadaan cacat internal dan karenanya tidak dapat digunakan untuk menggantikan pemeriksaan ultrasonik. Khususnya pada SNCF, mengoperasikan kamera pemeriksaan yang berkecepatan tinggi pada jaringan rei kereta api dari kereta barunya IRIS 320 yang dapat mencapai kecepatan hingga 320 km/jam. Pemeriksaan ini dilakukan setiap 15 hari untuk mendeteksi cacat permukaan secara visual pada jalur kecepatan tinggi serta jalur utama dengan standar yang tinggi (kecepatan 160 km I jam). Gambar 2.42 menunjukkan prinsip pemeriksaan visual jalur kereta api.

BAB II - 44

Page 52: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

Gambar 2.42. Rei Trek Pemeriksaan Visual Dengan Menggunakan Kamera

2.3.7. Pemeriksaan rei menggunakan laser Ultrasonics.

Pengujian ultrasonik laser menggabungkan sensitivitas pemeriksaan ultrasonik dengan fleksibilitas sistem optik dalam menghadapi problema pemeriksaan yang kompleks. Hal ini berjalan baik dalam pengujian logam, material komposit, keramik, dan cairan. Posisi yang jauh memungkinkan pemeriksaan cepat pada permukaan lengkung benda yang tetap maupun bergerak. Alat ini dapat untuk mengukur bag ian lingkungan yang tidak teratur atau pada suhu lingkungan jauh di atas yang dapat ditoleransi dengan menggunakan teknik yang sudah ada. Keakuratan dan fleksibilitas telah membuatnya menjadi salah satu pilihan baru yang menarik di pasar pengujian non-destructive.

Laser berbasis Ultrasonics adalah implementasi sistim pemeriksaan ultrasonik konvensional yang biasanya menggunakan transduser kontak, squirter transduser, atau sistem pencelupan. Sistem laser ultrasonik beroperasi dengan pertama-tama menghasilkan Ultrasound dalam sebuah sampel yang menggunakan gelombang laser. Ketika gelombang laser mengenai sampel, gelombang ultrasonik dihasilkan melalui proses thermoelastic atau ablasi. Seperti ditampilkan pada Gambar di bawah ini, Pelengkap gelombang (kompresi, vertical/shear, permukaan, dan plate) dapat dihasilkan dengan laser. Ketika gelombang ultrasonik ini mencapai permukaan sam pel, hasil segmentasi permukaan diukur dengan laser Ultrasonic receiver berdasarkan interferometer adaptif.

Pusat Teknologi Transportasi Inc (TICI) bersama-sama dengan Technogamma di US mengembangkan sistim Ultrasonic laser pertama untuk pemeriksaan reI. Pengujian awal menunjukkan bahwa perkembangan sistim laser ultrasonik dapat digunakan untuk memeriksa penampang rei secara keseluruhan termasuk kepala, badan, dan dasar reI. Sistem ini ditempatkan di atas kereta hi-rei (ditampilkan pada Gambar 2.43) dan saat ini dapat beroperasi dengan kecepatan sampai 32 km/jam. Namun kecepatan laju pemeriksaan yang optimum telah ditemukan antara 8 km/jam dan 15km/jam.

BAB II - 45

Page 53: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

Gambar 2.43. The Technogamma Laser TICI-Ultrasonics Hi-Rail Vehicle.

Karena sifat berbahaya dari penggunaan laser ,Nominal Hazard Zone (NHZ) Perlu dibuat sebelum dilakukan pemeriksaan. The NHZ bervariasi dari 0.07 M ke 0.55 M. Selama pengujian, dua teknik yang berbeda digunakan untuk menyuntikkan gelombang ultrasonik dalam rei, a) point generation dan b) line generation seperti yang ditampilkan pada Gambar 2.44.

a) Laser Impact Point b

Flaw T

A •

L"'>Cf Impact Lint'

Gambar 2.44. Generasi ULTRASONIC Menggunakan a) Dampak Laser Titik Dan b) Dampak Laser Garis.

Ditemukan bahwa generasi Ultrasound menggunakan garis dampak laser meningkatkan kepekaan dan mengoptimalkan sinyal penerimaan. Walaupun demikian, masih belum jelas seberapa efisien sistem ini dan nampak masih banyak diperlukan pengembangan.

2.3.8. Pemeriksaan rei menggunakan ultrasonic phased arrays

Ultrasonic phased array adalah sebuah teknik evaluasi non-destruktif untuk komponen struktur. Disamping transduser dan sinar tunggal, phased array menggunakan beberapa elemen ultrasonik dan penundaan waktu elektronik untuk menciptakan sinar melalui gangguan konstruktif dan destraktif. Dengan demikian, phased array memberikan

BAB II - 46

Page 54: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

keuntungan teknis yang significan untuk pengujian las pada Ultrasonic konvensional. Sinar array dapat dikendalikan , dihilangkan, dan dipusatkan secara elektronik. Beam steering dapat mengkondisikan sinar dengan sudut tertentu yang dioptimalkan secara Ultrasonic dengan mengorientasikan mereka tegak lurus terhadap perkiraan diskontinuitas, misalnya kurangnya fusi di Welding otomatis.

Pemindaian elektronik memberikan liputan pada komponen dengan sangat cepat, khususnya sebuah sekumpulan system transduser lebih cepat dari pada satu sistem mekanis transduser. Beam steering (biasanya disebut sektoral atau azimuthal scanning) dapat digunakan untuk pemetaan komponen pada sudut yang tepat untuk mengoptimalkan probabilitas deteksi diskontinuitas. Pemindaian sektoral juga berguna ketika hanya memungkinkan suatu minimal footprint.

Pemfokusan electronic memberikan bentuk dan ukuran sinar yang optimal pada daerah diskontinuitas yang diharapkan, serta mengoptimalkan probabilitas deteksi. Secara keseluruhan, penggunaan phased array memberikan diskontinuitas yang optimal sementara disisi lain meminimalkan waktu pengujian.

Riset di bidang pemeriksaan rei dengan menggunakan menggunakan Ultrasonic phased array saat ini sedang berlangsung di Amerika Serikat (TICI dan Iowa State University) , Inggris (Universitas Bristol , Warwick dan Birmingham dan 1W1 Ltd) dan Perancis (Socomate).

Sejauh belum ada sistem praktis yang melibatkan Ultrasonics phased array dikembangkan untuk pemeriksaan rei berkecepatan tinggi karena masalah-masalah yang muncul dari sejumlah besar data yang perlu dianalisa. Kecepatan maksimum pemeriksaan saat ini yang bisa dicapai dengan ultrasonik phased array adalah sekitar 5km/jam .

Suatu konsep baru dalam analisa paralel (yang dikenal sebagai the Fast Automated Angle Scan Technique atau FAAST) telah dikembangkan baru-baru ini oleh Socomate untuk mengatasi masalah pemrosesan. Kemajuan sistem 128 saluran mampu mengolah data yang diperoleh probe multi elemen secara real time, untuk mendeteksi dan menggolongkan semua refiektor di dalam bidang suara akustik dari probe kedalam satu sinar. Sistem dapat mencapai kecepatan pemeriksaan sampai dengan 100 km / jam dan memiliki kontrol pitch 4mm. Sudut pemeriksaan utama adalah -70° ; -35°; 0°; 35°; +70°.

Baru-baru ini, SNCF bekerjasama dengan CEA mengembangkan sebuah sistem phased array untuk memeriksa perbaikan pengelasan busur. Sistem ini akan digunakan untuk memeriksa beberapa ratus perbaikan pengelasan busur pada jaringan jalur kecepatan tinggi SNCF sampai akhir tahun 2007.

2.3.9. Pemeriksaan rei menggunakan long range ultrasonics (guided waves)

Long range ultrasonic adalah teknik pengujian ultasonics (UT) melalui pemancaran gelombang ultrasound sebagai gelombang volumetrik sepanjang struktur seperti misal rei

BAB II -47

Page 55: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

kereta api. Long range ultrasonic dapat menggunakan berbagai mode gelombang antara lain (Iamb, Plate , Rayleigh) namun sudah menjadi lazim dikenal

sebagai teknik pemandu gelombang UT. Transduser dirancang dan ditempatkan sedemikian rupa sehingga mode gelombang yang sesuai dapat dipicu dan ditransmisikan kedalam struktur. Refleksi dari titik acuan yang tetap, seperti ketebalan las, dapat dideteksi demikian pula dengan perubahan yang terjadi dalam penampang melintang, seperti retak atau korosi. Refleksi ini dicatat dan dianalisa untuk menghasilkan informasi mengenai probabilitas, perkiraan ukuran dan lokasi dari refleksi. Analisa ini memerlukan perangkat lunak selain personil yang terlatih dan pengalaman.

Long range ultrasonic bisa efektif sampai jarak lebih dari 180 meter dari sensor array. Namun, berbagai faktor dapat melemahkan sinyal secara signifikan dalam beberapa . kasus sehingga jarak efektif hanya menjadi beberapa meter. Mode /bentuk dan frekuensi gelombang tertentu menentukan jarak pemeriksaan yang paling efektif. Beberapa teknik secara umum sensitif terhadap perubahan luas penampang melintang dari komponen. Misalkan diperlukan 5% perubahan luas penampang struktur yang diperiksa untuk menghasilkan indikasi respon yang dapat diinterpretasikan.

Penelitian di bidang pemeriksaan rei dengan menggunakan Long range ultrasonic saat ini sedang berlangsung di Amerika Serikat, (The Pennsylvania State University) , Korea Selatan (Seoul National University of Technology) dan Inggris (TWI) . Sebuah kereta hi­rail komersial , yang dikenal sebagai Prism, telah dihasilkan oleh Wavesinsolids LLC US.

2.3.10. Pemeriksaan rei menggunakan multi-frequency eddy current sensors

Penelitian di bidang eddy current multi frekuensi untuk pemeriksaan rei yang telah dilakukan oleh Universitas Manchester dan Birmingham masih dalam tahap awal serta pengujian yang terbatas. Namun, hasil awal eksperimen menunjukkan bahwa teknik ini memiliki potensi yang kuat digunakan untuk mendeteksi dan menghitung cacat pada daerah dekat permukaan dan retak pada permukaan pada kecepatan tinggi.

2.3.11. Pemeriksaan menggunakan magnetic anisotropy and permeability systems

Sebagian besar teknologi pemeriksaan rei mengandalkan pada pendeteksian kelelahan dari kontak rolling pada tahap awal propagasi. Teknologi sistem Magnetic anisotropi dan Permeabilitas (MAPS) yang dikembangkan oleh AEA di Inggris dapat digunakan untuk mengukur tegangan sisa di mahkota rei yang mempunyai pengaruh signifikan pada proses awal dan evolusi terjadinya sudut keretakan. Dengan menggunakan teknologi ini, penelitian tegangan sisa di rei kereta api dapat diukur dan dimonitor. Ini akan memberikan indikasi awal permulaan retak dan dengan demikian tindakan preventif perbaikan seperti penggerindaan pada rei dapat dilakukan. MAPS adalah suatu sistem portabel dengan probe manual yang dapat dikendalikan di atas rei dengan penetrasi yang dapat dikontrol dari 0.1 turun hingga 5 mm.

BAB II - 48

Page 56: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

BAB III. TUJUAN DAN MANFAAT

3.1. Tujuan

Tujuan dari kegiatan ini adalah mengkaji teknologi laser untuk diterapkan pada sistem inspeksi jalan rei dalam rangka pengembangan kereta inspeksi rei kereta api yang mampu mendeteksi kondisi rei secara akurat dan cepat untuk meningkatkan keselamatan operasi.

Sasaran kegiatan adalah menghasilkan desain sistem inspeksi jalan rei menggunakan teknologi laser yang mampu mendeteksi kondisi rei secara akurat dan cepat sehingga menghemat waktu dan biaya dalam upaya meningkatkan keselamatan operasi kereta api.

Kegiatan Penerapan Teknologi Laser Untuk Inspeksi Rei Kereta Api direncanakan akan dilakukan dalam jangka waktu dua tahun. Target hasil kegiatan pada tahun pertama (2010) adalah

a. Menyusun DR & 0 sistem inspeksi rei kereta api b. Membuat basic desain sistem inspeksi rei kereta api menggunakan

teknologi laser

3.2. Manfaat

Hasil kegiatan ini dapat dimanfaatkan untuk diintegrasikan pada kereta inspeksi yang telah dibuat oleh PT INKA atau diintegrasikan dengan kereta FUDIKA sehingga memiliki kemampuan untuk mendeteksi keausan rei kereta api yang melebihi batasan yang diijinkan secara akurat dan cepat, sehingga dapat dicegah te~adinya derailment untuk keselamatan operasi kereta api.

BAB III - 1

Page 57: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

BAB IV. METODOLOGI

Lintas kereta api direncanakan untuk melewatkan berbagai jumlah angkutan barang dan/ atau penumpang dalam suatu jangka waktu tertentu . Perencanaan konstruksi jalan rei harus direncanakan sedemikian rupa sehingga dapat dipertanggungjawabkan secara teknis dan ekonomis.

Secara teknis diartikan konstruksi jalan rei tersebut harus dapat dilalui oleh kendaraan rei dengan aman dengan tingkat kenyamanan tertentu selama umur konstruksinya. Secara eknomis diharapkan agar pembangunan dan pemeliharaan konstruksi tersebut dapat diselenggarakan dengan biaya yang sekecil mungkin dimana masih memungkinkan terjaminnya keamanan dan tingkat kenyamanan.

Perencanaan konstruksi jalan rei diperngaruhi oleh jumlah beban, kecepatan maksimum, beban gandar dan pola operasi. Atas dasar ini diadakan klasifikasi jalan rei, sehingga perencanaan dapat dibuat secara tepat guna.

4.1. Metode Penelitian

Berdasarkan hasil investigasi terhadap beberapa kejadian kecelakaan kereta api ditemukan bahwa kereta anjlok disebabkan oleh kondisi jalan rei kereta api dan roda kereta yang tidak sesuai dengan ketentuan. Kondisi jalan rei kereta api yang tidak sesuai ketentuan tersebut te~adi karena dukungan mesin perawatan jalan rei kurang memadai untuk melakukan pemeriksaan.

Pemeriksaan kondisi jalan rei saat ini dilakukan secara visual sehingga kurang akurat dan membutuhkan waktu lama, sehingga kinerja kereta inspeksi jalan rei kurang bagus yang dapat berdampak kereta keluar dari jalan rei (derailment) karena melewati jalan rei yang tidak sesuai ketentuan. Untuk meningkatkan akurasi dan kecepatan pemeriksaan kondisi jalan rei perlu perlu peralatan yang mampu meningkatkan kinerja kereta inspeksi jalan rei yang ada saat ini sehingga bekerja lebih akurat dan cepat.

Menjamin keselamatan dan kenyamanan operasi kereta api ketika mengangkut orang­orang atau barang-barang saat ini merupakan tuntutan penting dalam penyediaan jasa transportasi. Untuk mendukung hal tersebut kondisi jalan rei sang at penting sekali untuk diperhatikan.

Jumlah muatan yang semakin meningkat dan kecepatan kereta baru yang cenderung terus meningkat mengarah kepada semakin besarnya tekanan roda terhadap jalan reI. Kondisi jalan rei harus diperiksa secara teratur untuk mencegah peristiwa-peristiwa yang berakibat menimbulkan kerugian besar material dan non materi. Keausan kepala rei kereta api adalah sebuah parameter yang penting dalam memperkirakan kondisi jalan reI.

BAB IV - 1

Page 58: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

Jika keausan terlalu tinggi, dapat menyebabkan te~adinya hal buruk yaitu kereta keluar dari reI.

Metoda-metoda inspeksi konvensional didasarkan pad a inspeksi-inspeksi manual visual. Prosedur ini sang at lambat dan tidak akurat dan oleh karena itu tidak efisien. Solusi alternative untuk mengetahui kondisi jalan rei kereta api adalah melakukan scanning profil jalan rei kereta api. Saat ini telah banyak teknologi scanning menggunakan laser tersedia di pasar.

8erbagai teknologi terse but perlu dikaji kemampuannya cahaya yang berbeda dari rei-rei jalan kereta metalik dan juga berkarat dalam beberapa tempat-tempat.

beapi

rkaitan yang

dengan pantulan berupa kilauan

Penggunaan teknologi laser untuk mengetahui kondisi profil jalan rei kereta api, pengukuran terjadi tanpa kontak sehingga tidak ada keausan pad a jalan rei maupun alat ujinya. Untuk mampu memperoleh kondisi keseluruhan profil dari kepala kereta api dua scanner diperlukan, sehingga setiap kereta inspeksi terdapat empat scanner.

Oi dalam computer disimpan sebuah profil ideal yang secara terus menerus dibandingkan dengan profil yang diukur. Jika batas toleransi yang ditetapkan telah terlewati, rei terse but diklasifikan sebagai rei yang tidak aman dan ditandai.

Oengan mengacu pad a latar belakang, tujuan dan sasaran sebagaimana dijelaskan di atas, maka secara garis besar alur pikir kegiatan ini dapat dijelaskan melalui bagan berikut ini.

Analisa desain sistem Desain kereta Kajian teknologi laser Persiapan inspeksi jalan rei inspeksidan standar jalan rei kegiatan

Desain kerela diskusi teknis

• Koordinasi & • Desain sistem inspeksi jalan• Kajian standar dan inspeksi jalan rei dengan leknologi

toleransi dimensi jalan rei rei dengan teknologi laser.

• Pengumpulan • Analisa desain integrasi sistem• Kajian peralatan sistem laserinspeksi jalan rei inspeksi jalan rei pada kereta

inspeksi. data dan literatur

• Kajian teknologi laser untuk inspeksi jalan rei

Gambar 4.1 . Alur Pikir Kegiatan

Oalam bagan alur kegiatan diatas digambarkan bahwa hasil akhir dari kegiatan ini adalah desain dasar kereta inspeksi jalan rei dengan teknologi laser. Untuk mencapai hasil tersebut dilakukan analisa desain sistem inspeksi jalan rei berdasarkan kajian teknologi laser dan standar jalan reI.

BAB IV-2

Page 59: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

Dalam melakukan kajian teknologi laser dan standar jalan rei perlu dilakukan diskusi dengan instansi terkait, terutama menyangkut regulasi dan standar yang digunakan. Oleh karena itu perlu masukan dari Di~en Perkeretaapian sebagai regulator dan PT KA sebagai operator.

PT INKA sebagai industri kereta api nasional diharapkan memberikan masukan dalam mengintegrasikan peralatan sistem inspeksi jalan rei dengan kereta yang digunakan. Dengan melibatkan instansi yang terkait tersebut diharapkan hasil kegiatan merupakan produk inovasi yang bermanfaat bagi industri perkeretaapian nasional.

Keausan kepala rei kereta api adalah sebuah parameter yang penting dalam memperkirakan kondisi jalan reI. Jika keausan terlalu tinggi , ini dapat menyebabkan terjadinya hal buruk yaitu kereta keluar dari reI.

Metoda-metoda inspeksi konvensional didasarkan pada inspeksi-inspeksi manual visual. Prosedur ini sangat lambat dan tidak akurat dan oleh karena itu tidak efisien. Solusi alternative untuk mengetahui kondisi jalan rei kereta api adalah melakukan scanning profil jalan rei kereta api. Saat ini telah banyak teknologi scan menggunakan laser tersedia di pasar yang memberi peluang inspeksi jalan rei dapat dilakukan secara cepat dan akurat.

Berbagai teknologi tersebut perlu dikaji kemampuannya untuk diterapkan sebagai peralatan inspeksi profil jalan rei kereta berkaitan dengan pantulan cahaya yang berbeda dari rei-rei jalan kereta api yang berupa kilauan metalik dan juga berka rat dalam beberapa tempat-tempat.

4.2. Lingkup Penelitian

Untuk meningkatkan kinerja kereta inspeksi jalan rei, teknologi laser mempunyai potensi untuk diterapkan dalam melakukan scanning profit jalan rei dengan hasH yang lebih akurat dan cepat. Teknologi laser tersebut dipadu dengan sistem data akuisisi menggunakan peralatan komputer, diharapkan mampu mempercepat proses inspeksi jalan rei kereta api dengan akurasi yang tinggi.

Kajian ini akan dilaksanakan selama 10 (sepuluh) bulan pada tahun anggaran tahun 2010. Substansi yang akan dikaji dalam kegiatan ini, meliputi :

a. Kajian standar dan toleransi dimensi jalan rei b. Kajian peralatan sistem inspeksi jalan rei c. Kajian teknologi laser untuk inspeksi jalan rei d. Desain sistem inspeksi jalan rei dengan teknologi laser. e. Analisa desain integrasi sistem inspeksi jalan rei pada kereta inspeksi.

BAB IV - 3

Page 60: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

BAB V. HASIL DAN PEMBAHASAN

5.1. Pengkajian Teknologi Laser Scanner

Laser scanner mendeteksi cekungan (groove) dan gundukan (bead) lalu menghitung karakteristik dimensinya pada kontroler yang berada didalamnya. Sistem melakukan evaluasi ukuran dan memberi sinyal kontrol melalui keluaran analog dan digital. Titik tertinggi gundukan mempunyai nilai jarak terkecil pada "sumbu z" karena ditinjau dari sensor. Dan untuk cekungan, jarak dalam "sumbu z" mempunyai nilai maksimum.

Bead Groove

Gambar 5.1 . Gundukan (bead) dan Cekungan (groove)

Laser scanner menggunakan prinsip pengukuran trigonometri untuk akuisisi sebuah profile dua dimensi pad a berbagai target permukaan. Tidak seperti sensor laser titik, sebuah garis laser statik diarahkan pada permukaan obyek yang akan diukur. Sistem yang menggunakan kamera optik kualitas tinggi memfokuskan sebaran pantulan cahaya dari laser garis ini pada sebuah CMOS array.

Kontroller menghitung data profil dari gam bar kamera dan keluarannya dikalibrasikan pada koordinat ukuran xJz. Data ukuran gundukan atau cekungan dihitung oleh kontroller dan ditransfer menjadi keluaran .

~ ---- ------ _----.- CMOS- 2.";1 iight source

z-<!xis 2'1.-... _ . _.~ ----·re C2 rver

._--.

Gambar 5.2. Prisip Pengkuran Laser Scanner.

Karena kecepatan pengukuran tingginya sampai 256.000 titik pengukuran per detik, sebuah peningkatan yang signifikan terhadap siklus waktu dicapai dalam pemeriksaan kualitas secara langsung (real time) atau pengarah proses online. Tergantung pada

BAB V-I

Page 61: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

resolusi dan ukuran dari range pengukuran, frekuensi profil sampai 4.000 profil per detik dapat diperoleh.

ScanCONTROL 2810 memanfaatkan prinsip triangulasi untuk dua dimensi akuisisi profil pada berbagai permukaan sasaran. Hal ini berbeda dengan sensor laser titik, dimana sebuah garis laser statis diproyeksikan ke permukaan objek pengukuran. Kamera berkualitas tinggi memfokuskan sistem optik untuk memantulkan cahaya dari lini laser ke sebuah array CMOS. Data profil dari gam bar kamera dihitung oleh Controller dan menghasilkan output kordinat pengukuran xJz yang sudah terkalibrasi. Selain itu dimensi lain dari lengkungan atau cekungan dihitung oleh controller dan dipindahkan ke output.

Dengan kemampuan tersebut Scan Control 2810 dapat digunakan untuk memantau atau mengispeksi kondisi jalan rei dalam usaha perawatan dan pemeliharaan jalan reI.

5.1.1. Pengukuran Profil Rei

Pengukuran profil rei diperlukan untuk membuat klasifikasi kondisi keausan kepala rei (rail head) dan evaluasi kebutuhan pekerjaan perawatan. Pengukuran profil rei secara konvensional dilakukan dengan inspeksi secara manual dengan visual. Cara seperti ini memiliki banyak kekurangan: terlalu memakan waktu pengerjaan, hasil yang kurang akurat (tidak dapat diperoleh data yang bersifat kuantitatif dengan akurasi tinggi), dan tidak efisien.

Teknologi pengukuran profil rei dengan menggunakan laser sudah dimungkinkan. Sensor laser pembaca terse but di pasaran juga mulai banyak ditemukan dengan harga yang relatif semakin te~angkau . Untuk pengukuran dengan menggunakan laser, kendaraan pengukur dilengkapi dengan sensor laser minimal dua buah untuk tiap sisi rei, sehingga dibutuhkan empat untuk pengukuran sepasang reI.

Pengukuran dengan laser memberikan banyak tawaran keuntungan dibanding cara manual yang masih dilakukan hingga sekarang. Dengan menggunakan laser memungkinkan dilakukan tanpa melakukan kontak antara alat pengukurlsensor dan rei yang akan diukur. Selain itu dengan teknologi laser dapat diperoleh data yang lebih presisi dibandingkan dengan metode manual yang hanya dapat ditentukan apakah suatu ruas rei memenuhi batas tertentu sesuai standar keselamatan. Kecepatan pengerjaan juga merupakan keuntungan yang dapat diperoleh dengan alat elektronik ini berupa hasil yang lebih cepat dibanding metode manual misalnya menggunakan pola.

Pengukuran dilakukan dengan menjalankan kereta pengukur hingga dapat mencapai 100 km/h , dengan nilai hasil pengukuran diambil tiap 20 cm. Hasil pengukuran yang dibaca oleh sensor tersebut dikirim ke komputer kontroller yang ikut bersama dalam satu rangkaian kereta dengan sensor untuk dicatat. Di komputer kontroller sebelumnya telah disimpan nilai ideal profil rei yang digunakan sebagai pembanding untuk membuat klasifikasi (pengelompokan) atau penilaian atas nilai yang didapat dari pengukuran. Terhadap perubahan jarak akibat pergerakan yang disebabkan oleh goyangan kereta pengukur terhadap objek yang diukur pada kereta dapat dilakukan perbaikan atau koreksi secara matematis (image post-processing) oleh komputer.

BAB V - 2

Page 62: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

Gambar 5.3. Posisi sensor laser terhadap rei yang diukur

Gambar 5.4. Dua sensor membaca dari kedua sisi kepala rei

Gambar 5.5. Instalasi Dapat Ditumpangkan pada Kereta Biasa

5.1.2. Prosedur Pengukuran Rei Kereta Api

Untuk dapat mendapatkan keseluruhan profil dari kepala rei (rail head) dibutuhkan dua

buah sensor laser LL T. Dengan demikian untuk sebuah kereta inspeksi (inspection car) dibutuhkan empat sistem sensor yang dapat dilakukan dengan waktu yang dapat saling dipadukan (synchronized). Pengukuran dapat dilakukan hingga kereta inspeksi mencapai kecepatan hingga 100 km/h.

Alat sensor laser tersebut dihubungkan dengan sebuah komputer pengendali (controller) yang didalamnya disimpan profil ideal yang digunakan menjadi rujukan. Saat pengukuran

te~adi, profil yang dibaca oleh sensor laser dibandingkan secara terus menerus oleh

BAB V - 3

Page 63: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

komputer pengendali dengan profil ideal yang telah ditentukan sebelumnya. Jika nilai toleransi yang telah ditentukan terlewati, maka posisi titik pada rei tersebut diklasifikasikan sebagai tidak aman (unsafe) , dan ditandai di dalam PC.

Measurement system requirements : Measurement range X = 125 mm Measurement range Z =50 mm Base distance 230 mm ; Sensor with modified focusing distance. Dynamic response: 2000 profiles/s each with 128 measurement points Laser: 50 mW, class 3 B

Setup sistem Minimum: 1. Tiap rei 2 x sensor laser, i.e. 4 sistem sensor per kereta ukur. 2. Measurement computer dan evaluation software.

scan ....\0

~ @'")

f.: ­'f'

Gambar 5.6. Dua Scanner Profil Yang Tersinkronisasi Untuk Membaca Bentuk Profil Lintasan Dalam Menentukan Keasusan

BAB V - 4

Page 64: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

5.1.3. Prinsip Pengukuran Koordinat 3 Dimensi

Sensor profil laser-garis (laser-line) menggunakan prinsip segitiga (triangulation principle)

dalam mendapatkan profil 2 dimensi untuk hampir segala macam permukaan yang menjadi target pengukuran.

Edge detection Coplanarily Weldin.g seam inspe: PositIOning Deformation Glue bead i!lspechor Heigh! piofile Lead posrtlon Profile IT'onitoring

Gambar 5.7. Macam Permukaan yang dapat Dibaca Laser

Berbeda dengan sensor profil menggunakan laser-titik (point laser) yang hingga saat ini banyak digunakan, sistem optikal garis (line optical system) memproyeksikan garis laser pada permukaan objek yang akan diukur. Sinar yang memantul dari objek pengukuran rei yang menggambarkan profil permukaan obyek akan ditangkap oleh penerima (receiver) dan akan diteruskan ke sistem optikal pad a barisan sensor cahaya CMOS untuk dibaca dan diterjemahkan ke dalam bentuk data digital. Data ini akan disimpan oleh komputer kontroler.

Gambar 5.8. Sinar dipantulkan ke Obyek & ditangkap sensor Cahaya

BAB V - 5

Page 65: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

Proses ini akan berulang sesuai jumlah frekuensi profil per satuan waktu yang dibaca oleh sensor. Untuk satu kali proses pembacaan tersebut dapat diambil beberapa data titik sesuai jumlah titik per profil yang dibaca.

7-axis

Gambar 5.9. Penentuan Koordinat 3-Dimensi (X, Z untuk bentuk Profil)

Komputer kontroler menghitung informasi jarak antara sumber laser dengan objek yang diukur (nilai ini dinyatakan dalam sumbu Z). Bersamaan dengan menghitung sumbu Z, kontroler juga menghitung jarak sepanjang garis yang mengenai objek pengukuran (nilai ini dinyatakan dalam sumbu X) dengan menggunakan image gambar yang ditangkap oleh sensor CMOS. Hasil kedua nilai tersebut dikeluarkan oleh kontroler dalam bentuk data digital berupa koordinat dua dimensi (X dan Z) yang telah dikalibrasi. Objek pengukuran atau alat pengukur yang bergerak akan memberikan nilai tiga dimensi pad a koordinat tersebut dengan manbahkan nilai sumbu Y. Selain itu , data tonjolan dan lekukan berupa koordinat juga dihasilkan oleh kontroler.

Groove

Gambar 5.10. Visualisasi Data yg terbaca oleh Sensor

BAB V - 6

Page 66: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

5.1.4. Penentuan Jumlah Titik Baca & Frekwensinya

Jumlah data yang dapat diperoleh dari sensor bergantung pada kapasitas sensor (measuring rate) yang digunakan. Kapasitas yang ada dapat diatur pembagiannya dengan memperhitungkan jumlah data profil yang dapat direkam per satuan waktu (profil/detik) dan jumlah titik yang diambil untuk tiap profil yang direkam oleh sensor (titiklprofil).

Tergantung pada penggunaannya, jumlah data yang diproses (data processing rate) maupun jumlah resolusi pixel yang akan ditangkap oleh sensor diatur besar kecilnya dengan perbandingan terbalik. Misalnya dengan kapasitas alat tiap detik direkam 256 ribu titik, maka bisa diatur kombinasi seperti pada tabel di bawah in i:

Tabel 5.1 . Frekwensi dan jumlah profil pembacaan dengan kapasitas sama

Jumlah data yang diproses/Frekwensi profil (profil/detik)

Jumlah Resolusi Pixel yang akan direkam (titik/profil)

4000 64

2000 128

1000 256

500 512

250 1024

Parameter frekwensi profil/detik yang tinggi diperlukan untuk dapat mengetahui data pengukuran profil dengan kerapatan yang tinggi atau jika pengukuran dilakukan dengan kecepatan yang tinggi. Frekwensi yang tinggi mengakibatkan semakin banyak data profil yang diambil untuk satu satuan panjang.

Sementara resolusi pixel (titiklpixel) yang tinggi dibutuhkan jika kita ingin mengetahui profil permukaan rei secara lebih detail/rapat sehingga diperoleh profil yang lebih bersifat continuous/smooth. Hal ini menghasilkan hasil pengukuran profil yang mendekati profil yang sebenarnya.

Selain dari jumlah titik profil pengukuran dan kecepatan proses, tinggi dan lebar wilayah pengukuran juga dapat diatur, misalnya 512 titik untuk wilayah pengukuran yang sempit, atau 256 titik untuk wilayah pengukuran yang lebar untuk aplikasi kecepatan tinggi.

5.1.5. Tracking Otomatis Melalui Titik Jangkar

Agar dapat mendeteksi perubahan posisi (sumbu X dan Z) pada daerah yang kita pantau, diperlukan satu titik jangkar (anchor point) untuk profil. Titik jangkar ini juga berfungsi sebagai fasilitas referensi mutlak (absolute reference) untuk menentukan arah yang pasti dari target pengukuran. Fitur ini memberikan kemudahan inspeksi terutama untuk parts dengan bermacam radius atau material dengan dasar yang sangat tidak rata . Dengan demikian pemilihan titik jangkar dapat diadaptasikan sesuai tug as yang dibutuhkan.

BAB V-7

Page 67: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

- -

Gambar 5.11. Titik Jangkar (Anchor Point) Untuk Profil

Berikut ini titik-titik yang dapat digunakan sebagai titik jangkar: 1. Titik pertama/terakhir dan profile

Titik pertama/terakhir dapat berupa pinggir awal/akhir dari permukaan. 2. Titik tertinggi

Ini direkomendasikan jika titik tertinggi telah diketahui sebelumnya. Biasanya pada area berbentuk datar (flat).

3. Titik terendah Jika posisi yang menjadi perhatian adalah di pinggir lekukan.

Garis Referensi untuk Penghitungan Profil

Setelah ditentukan titik jangkarnya (anchor point), satu atau dua garis ditentukan dalam bagian profil yang berfungsi sebagai basis referensi untuk pengukuran. Bagian/seksion ini dapat ditentukan secara dinamis pada tingkat yang bermacam-macam. Ini memberikan keunggulan terutama jika kualitas permukaan berubah-ubah sepanjang pengukuran

Possible types of reference lines

. One line (leN or right )

-- Two lines

Gambar 5.12. Garis Referensi

Bersamaan dengan informasi lainnya, berikut Inl contoh hasil pengukuran yang merupakan output dari sensor laser.

BAB V - 8

Page 68: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

/j~ cd ····· ..··..···· ,' X and Zvalues 01 various prominenl Conlroi SlljrJilllor exceeding pOinls or compuled ~alues 01 high or lOw limils

Gambar 5.13. Hasil Pengukuran Yang Merupakan Output Dari Sensor Laser

5.2. Konfigurasi Sistem

Konfigurasi utama dari alat pengukur profil rei dengan laser adalah terdiri dan sensor laser dan sebuah kontroler yang keduanya dihubungkan dengan kabel dengan panjang yang bervariasi sesuai kebutuhan . Kontroler mengeluarkan output dalam bentuk data dasar (raw data) yang dihitung dari kedua sumbu (standard) dan juga nilai relatifnya.

',:'1:: .. 1 rll r:r :l!lU~lq nl ( 1]:.1--: '1'-.;111'1t I ~ 'lO[[W3r

Possible configurations

" An;:log ' : ','ii dl~

AnzlUtJ 2' Hei~ ":

Swli C" " :., CJlOut ' G Je r----'------, hr ~f. Ilrt;:;r.r :

0"11 fe" pa(.3 rn·~ [.t;· ~l3hon . machine

control

Gambar 5,14. Konfigurasi utama dari alat pengukur profil rei dengan laser

BAB V - 9

Page 69: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

Pada Gambar 5.14 terlihat konfigurasi system scanner jalan rei menggunakan scan control 2180, yang terdiri atas:

• Scanner, yang berfungsi menscan permukaan sepasang rei dengan menggunakan sinar lanser yang akan dipantulkan kembali oleh permukaan jalan rei tersebut Scanner tersebut dikendalikan oleh satu unit controller.

• Controller, yang berfungsi mengendalikan scanner yang bisa dilakukan secara manual , maupun dengan sinyal dari PC . Disamping itu controller juga berfungsi melakukan kalkulasi dasar tentang dimensi permukaan yang discan.

• Akuisisi, yang berfungsi mengolah lebih lanjut data hasil kalkulasi controller dengan software standar yang sudah dikembangkan untuk ditampilkan seperti terl ihat pad a gambar berikut in i.

• Sistem Anal isis, yang dikembangkan lebih lanjut pada suatu PC atau semacamnya untuk menganalisa dan mengevaluasi hasil scanning berdasarkan bank data yang disimpan pada system analisis tersebut

Penggunaan interface berkecepatan tinggi seperti FireWire memungkinkan kontroler dapat dikendalikan secara penuh dari PC atau notebook, dengan tetap dapat menjaga kecepatan data (data rates) yang dimungkinkan oleh kartu PCI. Melalui PC ini (setelah dilengkapi software) data hasil pengukuran dapat disimpan, diproses, dan ditampilkan visualisasinya secara realtime meski dengan data rate yang tinggi. PC ini dapat digunakan juga sebagai alat kendali realtime, dan berfungsi sebagai line PLC.

Antarmuka Grafts untuk Kontroler Untuk memudahkan pengendalian saat pengukuran, diperlukan software untuk menentukan nitai parameter yang diukur, sehingga dapat memberikan fleksibilitas pengubahan sesuai dengan bermacam kriteria pengukuran dan kondisi yang diinginkan.

Perubahan seting ini langsung dapat disimpan di dalam kontroler. Setting ini dilakukan melalui kabel interface seperti FireWire yang menghubungkan kontroler dengan PC atau notebook. Kemudahan pengaturan setting ini dapat membantu mengurangi waktu saat pengukuran di lapangan yang sering membutuhkan banyak adjustment dan memerlukan banyak kriteria pengukuran. Penggunaan interface FireWire juga memungkinkan digunakannya satu PC sebagai pengendali bagi beberapa kontroler. Hal ini dibutuhkan mengingat sensor laser yang digunakan untuk pengukuran berjumlah lebih dari satu, yang mana semuanya harus dilakukan sinkronisasi.

BAB V - 10

Page 70: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

Gambar 5.15. Tampilan Antarmuka bagi Kontroler

5.3. GPS untuk Pencatatan Lokasi

Mengingat kecepatan pengukuran yang dapat diperoleh dengan teknologi laser, dibutuhkan juga teknologi yang dapat dengan cepat mencatat posisi geografis atas objek yang diukur. Salah satu alternatif teknologi untuk mengetahui posisi titik yang sedang diukur secara cepat dan otomatis tersebut, dimungkinkan digunakan Global Positioning System sebagai modul tambahan yang merekam lokasi saat data diambil secara realtime pada saat pencatatan data.

Tampilan Hasil Pengukuran Dengan sistem GPS, kita mengetahui lokasi geografi pengukuran dengan bantuan sate lit yang tersedia secara bebas dan gratis. Informasi ini dapat ditambahkan kepada informasi

BAB V-II

Page 71: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

odometer, waktu , dan kecepatan. Dengan dernikian diperoleh data seperti gambar di bawah ini dimana di tiap lokasi yang dilakukan pengukuran, kita memiliki 3 dimensi data profil yaitu profil 2 dimensi nilai profil pengukuran rei sepanjang jalur pengukuran, dan satunya lagi dimensi lokasi. Jika data tersebut ditumpangkan (over imposed) terhadap peta lokasi pengukuran, maka kita akan dapati pet a kondisi profil rei secara geografis. Dengan kecepatan pengukuran laser dan pengolahaan data oleh kontrolier, maka data tersebut dimungkinkan ditampilkan secara real time saat pengukuran.

'.4 <l ".

Gambar 5.16 Relative Displacement Vs Lokasi

5.4. Integrasi Pada Kereta Inspeksi

Scanner, yang berfungsi menscan permukaan sepasang rei dengan menggunakan sinar lanser yang akan dipantulkan kembali oleh permukaan jalan rei tersebut diusahakan agar geraknya seiring dengan gerak roda yang langsung berhubungan dengan reI. Serdasarkan hal tersebut maka scanner sebaiknya dipasang pada bogie.

I 3 x M4 Threaded I hole

::, X MLl Threaded '1ole

Gambar 5.17. Lokasi Lubang Saut Untuk Pemasangan Scanner Pada Dudukannya

BAB V - 12

Page 72: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

Gambar 5.18. Bogie RUK yang dipakai pada FUDIKA

Pada Gambar 5.18. terlihat Bogie RUK yang dipakai FUDIKA, pada rangka Bogie tersebut dapat didesain suatu platform sebagai wadah tempat mounting scancontrol 2180, sehingga persis berada di atas rei yang akan diispeksi.

Controller, yang berfungsi mengendalikan scanner yang bisa dilakukan secara manual, maupun dengan sinyal dari PC. Disamping itu controller juga berfungsi melakukan kalkulasi dasar tentang dimensi permukaan yang di-scan. Controller terse but tersambung ke scanner maupun akuisisi melalui kabel sehingga penempatannya sangat fleksibel. Sehingga sesuai dengan fungsinya dapat ditempatkan pada rak 110 FUDIKA apabila FUDIKA dijadikan platformnya.

Gambar 5.19. Bagian dalam rak 1/0 FUDIKA

BAB V - 13

Page 73: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

Sistem akuisisi, yang berfungsi mengolah lebih lanjut data hasil kalkulasi controller dengan software standar yang sudah dikembangkan untuk ditampilkan. Sesuai dengan fungsinya bisa ditempatkan bersama CPU system akuisisi FUDIKA.

Gambar 5.20. CPU, system akuisisi FUDIKA.

Sistem Analisis, yang dikembangkan lebih lanjut pada suatu PC atau semacamnya untuk menganalisa dan mengevaluasi hasil scanning berdasarkan bank data yang disimpan pada system analisis tersebut. Perangkat lunak untuk ana lisa tersebut bisa digabung dengan system analisa FUDIKA.

Gambar 5.21 . Sistem analisa FUDIKA

BAB V - 14

Page 74: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

Adapun tampilan sedehana hasil akuisisi system scanner dapat ditampilkan pad a system monitor FUDIKA.

Gambar 5.22. Sistem Monitor FUDIKA

BAB V - 15

Page 75: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

BAB VI. KESIMPULAN DAN SARAN

4.1 . Kesimpulan

Untuk menjamin keselamatan dilakukan pembatasan keausan maksimum bagi flens bandasi roda dan reI. PJKA sebelumnya telah menetapkan batas aus maksimum pada flens bandasi sebesar 8 mm. Berarti apabila sudah mencapai aus sebesar 8 mm maka bandasi terse but harus dibubut kembali sesuai dengan bentuk profil yang baru. Namun demikian apabila ketebalan bandasi tinggal sebesar 17 mm, maka bandasi tersebut harus diganti dengan yang baru.

Jumlah data yang dapat diperoleh dari sensor bergantung pada kapasitas sensor (measuring rate) yang digunakan. Kapasitas yang ada dapat diatur pembagiannya dengan memperhitungkan jumlah data profil yang dapat direkam per satuan waktu (profil/detik) dan jumlah titik yang diambil untuk tiap profil yang direkam oleh sensor (titiklprofil).

Untuk dapat mendapatkan keseluruhan profil dari kepala rei (rail head) dibutuhkan dua buah sensor laser LLT. Dengan demikian untuk sebuah kereta inspeksi (inspection car) dibutuhkan empat sistem sensor yang dapat dilakukan dengan waktu yang dapat saling dipadukan (synchronized) . Pengukuran dapat dilakukan hingga kereta inspeksi mencapai kecepatan hingga 100 km/h.

Mengingat kecepatan pengukuran yang dapat diperoleh dengan teknologi laser, dibutuhkan juga teknologi yang dapat dengan cepat mencatat posisi geografis atas objek yang diukur. Salah satu alternatif teknologi untuk mengetahui posisi titik yang sedang diukur secara cepat dan otomatis tersebut, dimungkinkan digunakan Global Positioning System sebagai modul tambahan yang merekam lokasi saat data diambil secara realtime pada saat pencatatan data.

Scanner, yang berfungsi menscan permukaan sepasang rei dengan menggunakan sinar lanser yang akan dipantulkan kembali oleh permukaan jalan rei tersebut diusahakan agar geraknya seiring dengan gerak roda yang langsung berhubungan dengan reI. Berdasarkan hal terse but maka scanner sebaiknya dipasang pada bogie.

Controller, yang berfungsi mengendalikan scanner yang bisa dilakukan secara manual, maupun dengan sinyal dari PC. tersambung ke scanner maupun akuisisi melalui kabel penempatannya sangat f1eksibel, sehingga sesuai dengan fungsinya dapat ditempatkan pada rak 1/0 FUDIKA apabila FUDIKA dUadikan platformnya.

BAB VI - 1

Page 76: Teknonlogi Laser Inspeksi Jalan Rel

4.2. Saran

Aplikasi laser untuk inspeksi jalan rei dapat dilakukan dengan kecepatan tinggi sehingga dapat diintegrasikan dengan kereta inspeksi yang dibuat oleh Departemen Perhubungan maupun pada kereta FUDIKA yang mempunyai spesifikasi kecepatan mencapai 100 km/jam.

Pada kereta FUDIKA seharusnya dilengkapi dengan fasilitas inspeksi jalan rei dengan teknologi laser sehingga hasil pengukuran dinamika kereta dapat dianalisa dengan melakukan komparasi terhadap kondisi jalan reI.

BAB VI - 2