Abstrak—Lokomotif CC300 adalah sarana perkeretaapian yang berfungsi sebagai penarik kereta atau gerbong yang dibuat oleh PT. Industri Kereta Api (Persero) di Madiun, Jawa Timur. Pada lokomotif  tersebut,  dalam  sistem  perangkainya,  terdapat komponen draft gear sebagai penyerap energi dari pembebanan longitudinal, yang salah satu bagian pentingnya adalah rubber spring. Untuk perawatan rubber spring tersebut perlu diketahui umurnya.  Dalam  penelitian  ini  dilakukan  analisis  umur  fatik terhadap  rubber  spring  dengan  simulasi  FEM  dengan  ANSYS menggunakan structural tools dan fatigue tools. Nilai beban fatik didapatkan  dari  perhitungan  dengan  model  beban  siklik sinusoidal yang didapat dari pendekatan. Material rubber spring yang  merupakan  natural  rubber  memiliki  karakter  tegangan- regangan  yang  non-linear,  sehingga  digunakan  model  Neo- Hookean  untuk  memodelkannya.  Dilakukan  6  simulasi  yang masing-masing menghasilkan umur fatik akibat masing-masing variasi  kondisi  pembebanan  yang  berbeda,  yaitu  akselerasi, deselerasi, tanjakan, turunan, belokan, dan saat proses coupling atau  menggandeng.  Keenam  hasil  umur  fatik  tersebut kemudian  diakumulasikan  menggunakan  persamaan  Miner’s Rule. Didapatkan hasil umur fatik akibat beban kumulatif pada rubber  spring  adalah  sebanyak  8381,29  siklus  kumulatif,  atau jika  diaplikasikan  kondisi  tertentu  sama  dengan  45,8  tahun, atau 6.101.581,17km.
Kata  Kunci—Beban  Longitudinal  Kereta  Api,  Hyperelastic, Metode Elemen Hingga, Miner’s Rule, Umur Fatik.

## I. PENDAHULUAN
ERETA api merupakan alat transportasi dengan tingkat efisiensi yang tinggi. Kereta api memiliki daya angkut baik  untuk  barang  maupun  penumpang  yang  relatif  besar dengan  konsumsi  energi  yang  rendah  [1].  Kereta  api  juga memiliki rolling  resistance yang  rendah  dibandingkan dengan kendaraan darat yang lain walaupun dapat mencapai kecepatan rata-rata perjalanan yang tinggi [2]. Kereta api juga merupakan sektor industri yang penting di Inodnesia. Dalam Rencana  Induk  Perkeretaapian  Nasional  2030  disebutkan bahwa  dalam  10  tahun  ke  depan  perkembangan  di  bidang kereta  api  ditargetkan  akan  membutuhkan  ribuan  sarana perkeretaapian baru termasuk di dalamnya lokomotif.
PT INKA (Persero) sebagai perusahaan manufaktur sarana perkeretaapian di Indonesia tentunya memiliki peran penting dalam  pemenuhan  rencana  tersebut.  PT.  INKA  telah membuat  lokomotif  untuk  pertama  kali,  yaitu  lokomotif CC300.  Lokomotif  itu  dirancang  sebagai  lokomotif  multi- guna yang dapat digunakan untuk menarik kereta penumpang maupun  gerbong  barang,  dilengkapi  dengan  penggerak berupa  mesin  diesel  dengan  tenaga  2200HP  dan  transmisi hidrolik.  Lokomotif  yang  mampu  mencapai  kecepatan 120km/h ini telah diproduksi sebanyak 8 unit, dengan 5 unit di operasikan oleh KEMENHUB RI, dan 3 unit diekspor ke Filipina.
Sistem  perangkai  pada  sarana  kereta  api  berfungsi  untuk menyambungkan  sarana  kereta  api  menjadi  satu  rangkaian, mentransmisikan gaya traktif dan pengereman dari lokomotif atau  kereta  berpenggerak  kepada  kereta  atau  gerbong  lain, serta  menyerap  energi  sehingga  dapat  melindungi  badan sarana kereta api agar tidak rusak ketika terkena beban yang besar  akibat  gaya  traktif  atau  pengereman.  Untuk  fungsi penyambungan sarana perkeretaapian, terdapat coupler yang berfungsi  untuk  mengunci  sambungan  antar  sarana perkeretaapian.  Terdapat  pula draft  gear yang  merupakan bagian dari sistem perangkai yang berfungsi untuk menyerap energi  dari  pembebanan  tiba-tiba  yang  diterima  sarana  saat bergerak,  akselerasi,  deselerasi,  atau  berhenti  untuk melindungi body kereta dari beban yang besar saat kondisi- kondisi tersebut. Draft gear terletak di dalam suatu struktur yang bernama yoke , di mana kepala coupler juga tersambung oleh pin dengan  struktur  tersebut.  Draft  gear  akan bersinggungan  dengan  bagian body kereta  yaitu front dan back  plate .  Gambar  sistem  perangkai  dapat  dilihat  pada gambar 1 di bawah ini.
Cara kerja draft gear adalah dengan menyerap energi dari gaya tekan maupun tarik yang diterima oleh coupler . Seperti dapat  dilihat  pada  gambar  2a,  saat  terjadi  gaya  tarik  pada coupler , struktur yoke beserta draft gear akan ikut tertarik dan tertahan oleh bagian front plate, yang merupakan bagian dari body  kereta, sehingga  terjadi  kompresi  pada draft  gear . Sedangkan  seperti  pada  gambar  2b,  saat  terjadi  gaya  tekan pada coupler , struktur yoke dan draft gear akan tertekan dan tertahan oleh back plate sehingga terjadi kompresi pada draft gear .  Terjadinya  kompresi  berulang-ulang  dalam  jumlah pengulangan  yang  sangat  banyak,  dapat  menyebabkan kegagalan  fatik  pada rubber  spring .  Hal  tersebut  dapat berakibat  mengurangi  kenyamanan  perjalanan  hingga menyebabkan kecelakaan fatal.
Untuk mencegah kegagalan fatik pada rubber spring, perlu dilakukan  perawatan  berupa  penggantian  atau  peremajaan terhadap komponen rubber spring di saat sebelum terjadinya kegagalan.  PT.  INKA  sebagai  produsen  lokomotif  perlu memberikan rekomendasi waktu yang tepat untuk melakukan pengecekan  pada  komponen  sebelum  terjadinya  kegagalan kepada  operator  kereta  api  sebagai  pelanggannya.  Untuk mengetahui  waktu  yang  tepat  untuk  melakukan  perawatan tersebut  dapat  dilakukan  analisis  menggunakan  metode elemen  hingga  untuk  mengetahui  umur  fatik  atau  umur  di mana komponen tidak mengalami kerusakan akibat fatik atau kelelahan. Dengan memanfaatkan teknologi software Ansys , dapat dilakukan pengujian terhadap model 3D rubber spring dengan  metode  elemen  hingga  untuk  mengetahui  jumlah siklus yang akan menyebabkan kegagalan pada rubber spring tersebut.

## Analisis Umur Fatigue Rubber Spring pada Draft Gear Lokomotif CC300
Muhammad Naufal  Fariza, dan Julendra Bambang Ariatedja Departemen Teknik Mesin, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
e-mail: ariatedja@me.its.ac.id
K
Material  penyusun rubber  spring adalah natural  rubber. Material  tersebut  merupakan  material  yang  bersifat elastomer,  yaitu  material  yang  akan  kembali  ke  bentuk  dan dimensi  awal  secara  cepat  setelah  terjadi  deformasi  karena menerima tegangan maupun melepas tegangan [3]. Material tersebut memiliki sifat elastisitas yang disebut hyperelastic , yang  berbeda  dari  material  lain  pada  umumnya.  Material tersebut  memiliki  karakter  tegangan-regangan  yang  tidak linear, sehingga untuk memodelkannya di Ansys, perlu model tersendiri.  Terdapat  beberapa  model  yang  dapat  digunakan untuk menyimulasikan objek dengan material hyperelastic, di antaranya adalah Neo Hookean, Mooney-Rivlin, Ogden, dan berbagai  macam  lainnya.  Permodelan  tersebut  diturunkan dari persamaan fungsi densitas energi regangan.

## II. URAIAN PENELITIAN

## A. Gaya Longitudinal yang Bekerja pada Kereta Api
Terdapat  beberapa  gaya  longitudinal  yang  bekerja  pada kereta api, namun secara garis besar dibagi menjadi 2, yaitu tractive  effort (gaya  traktif)  dan  gaya  resistansi.  Gaya resistansi adalah gaya yang menghambat laju kereta api saat berjalan,  memiliki  besaran  dengan  arah  berlawanan  dengan arah gerak kereta api. Terdapat 3 jenis gaya resistansi, yaitu.
Gaya  resistansi  yang  pertama  adalah  gaya rolling resistance  (Rr) yang  merupakan  gaya  hambat  akibat perputaran roda kereta api yang bergesekan dengan rel. Pada umumnya, rolling resistance juga mencakup hambatan akibat gesekan pada bearing, gaya aerodinamis, dll. Berikut adalah
rolling resistance dari lokomotif CC300 yang disediakan oleh dokumen PT. INKA (Persero).
𝑅𝑟 = ((3,5 + 𝑠). 𝑚 𝑎𝑑ℎ .0,00981) + (0,0003 . 10 . 𝑣 2 100 ) +((1,1 + 𝑠 + (0,0002. 𝑣 2 )) ∗ 𝑚𝑤 ∗ 0,00981)) (1)
di mana m adh adalah masa adhesif lokomotif (ton), s adalah gradien  tanjakan  ( 0 ), v adalah  kecepatan  kereta  api  (km/h), dan mw adalah massa total kereta api (ton).
Pada  sumber  lain  menjelaskan  persamaan rolling resistance yang  hanya  akibat  gesekan  pada  roda  sebagai berikut [4]:
𝑅𝑟 = 𝑎 𝑟 𝑁 (2)
di mana a adalah koefisien resistansi (mm), r adalah radius roda (mm), dan N adalah gaya normal kereta (kN).
Curve Resistance ( Rc ) adalah gaya resistansi akibat adanya kelengkungan pada jalur kereta api yang dilewati [5]. Dengan gaya normal kereta N (kN), dan radius kelengkungan r (m), maka curve resistance secara teoritis dapat dituliskan sebagai berikut:
𝑅𝑐 = 6116 𝑟 𝑁 (3)
Gradient  Resistance ( Rg )  adalah  gaya  resistansi  akibat adanya  gradien  (slope)  baik  tanjakan  maupun  turunan  pada jalur kereta api yang dilewati, dengan massa kereta M (ton),
Gambar 1.  Sistem perangkai pada lokomotif CC300.
(a) (b) Gambar 2. Cara kerja draft gear (a) saat terjadi gaya tarik pada coupler , (b) saat terjadi gaya tekan pada coupler.
Gambar 3.  FBD perhitungan pembebanan gaya kopler.
Gambar  4.  Satu  buah  siklus  kompresi  pada  draft  gear  akibat  kondisi menanjak. (a) ( b) (c)
Gambar  5.  Pembebanan  tanjakan  pada  (a)  kondisi  sebenarnya,  (b) asumsi tidak ada rentang waktu antar tanjakan, (c) model pembebanan yang digunakan dalam simulasi.
percepatan  gravitasi g (m/s 2 ),  dan  gradien  jalur α ( 0 ),  maka gradient  resistance secara  teoritis  dapat  dituliskan  sebagai berikut:
𝑅𝑔 = 𝑀. 𝑔. 𝑠𝑖𝑛𝛼 (4)
Sedangkan, gaya traktif merupakan gaya yang dikeluarkan oleh sistem propulsi kereta api dan disalurkan ke roda untuk dapat membuat kereta api bergerak. Gaya traktif harus selalu lebih  besar  dari  total  gaya  resistansi  agar  kereta  api  dapat melaju,  sehingga  secara  teoritis,  gaya  traktif  ( Ft )  dapat dituliskan  dengan  persamaan  hukum  newton  II  sebagai berikut:
𝐹𝑡 = 𝑚𝑤. 𝑎 + (𝑅𝑟 + 𝑅𝑐 + 𝑅𝑔) (5)

## B. Perhitungan Pembebanan
Perhitungan  pembebanan  dilakukan  untuk  menentukan nilai  pembebanan  yang  akan  digunakan  dalam  simulasi. Perhitungan  pembebanan  dilakukan  untuk  6  kondisi,  yaitu saat  percepatan  (berangkat  dari  stasiun),  perlambatan (berhenti  di  stasiun),  melalui  tanjakan,  melalui  turunan, melalui  belokan,  dan  saat  proses  penggandengan  dengan sarana kereta api lain ( coupling ). Rangkaian kereta api yang digunakan  dalam  kereta  api  ini  adalah  1  buah  lokomotif CC300 dengan 20 unit gerbong datar yang mengangkut peti kemas  ISO  40ft.  Detail  spesifikasi  yang  digunakan  dalam simulasi dapat dilihat pada tabel 1.
Setelah  dilakukan  perhitungan  pembebanan,  hasil  yang diharapkan  adalah  besar  gaya  tarik  atau  tekan  yang  terjadi pada coupler lokomotif, maka perhitungan dilakukan sesuai FBD  seperti  pada  gambar  3.  Pada  FBD, Rtotal merupakan gaya  resistansi  total  yang  mencakup Rr , Rc ,  dan Rg dari lokomotif dan 20 gerbong, sedangkan Fb adalah nilai braking effort yang  didapat  dari  spesifikasi  lokomotif  dan  gerbong.
Gambar 6. Ilustrasi grafik pembebanan fatik sinusoidal.
Gambar  7.  Perjalanan  dari  Kalimas  hingga  Tanjung  Priok  sebagai  1 siklus kumulatif.
Gambar 8. Data pengujian uniaxial, biaksial, pure shear, serta s-n curve dari natural rubber.
Gambar 9. Boundary condition dalam simulasi.
Gambar 10.  Titik terjadinya tegangan maksimal pada rubber spring.
Gambar 11.  Distribusi siklus umur fatik dari simulasi.
Kemudian  dari  nilai  besar  gaya  tersebut  bisa  didapatkan berapa  besar  perpindahan  yang  terjadi  pada rubber  spring dari  grafik  F-D  ( Force-Discplacement) draft  gear. Khusus untuk  kondisi coupling, penentuan  perpindahan  dilakukan dengan  metode  yang  berbeda,  yaitu  dengan  melihat  besar energi  kinetik  yang  diserap  oleh rubber  spring. Hasil  gaya kopler dan perpindahan pada rubber spring dapat dilihat pada tabel 2.
Pada  tabel  2  tersebut  telah  dihitung  juga  beban  yang diterima coupler pada saat kondisi kereta api berjalan dengan kecepatan  konstan  dan  didapatkan  beban  pada  kondisi tersebut adalah 0kN.

## C. Penentuan Beban Fatik
Pembebanan  yang  telah  dihitung  tidak  dapat  secara langsung  digunakan  sebagai input untuk  simulasi  dalam rangka mengetahui umur fatik rubber spring , oleh karena itu perlu  dibuat  asumsi  dan  pendekatan  terlebih  dahulu  agar beban tersebut dapat menjadi jenis beban yang cocok untuk analisis  fatik,  yaitu  yang  bersifat  sinusoidal.  Pada  model pembebanan  sinusoidal  terdapat  nilai  tegangan  saat  beban maksimal  dan  saat  beban  minimum,  oleh  karena  itu  perlu ditentukan  dahulu  keduanya.  Dalam  penelitian  ini,  beban maksimum yang mengenai rubber spring dianggap memiliki nilai  sebesar  gaya  kopler.  Sedangkan,  untuk  nilai minimumnya  dianggap  merupakan  nilai  beban  dari  kondisi sebelumnya, yaitu 0kN, karena sebelum terjadinya salah satu kondisi  tersebut  kereta  api  diasumsikan  berjalan  dengan kecepatan  konstan,  ataupun  berhenti,  di  mana  beban  yang diterima coupler adalah 0kN.
Untuk  menjelaskan  pendekatan  yang  digunakan  dalam penelitian  ini,  diambil  kondisi  pembebanan  tanjakan. Sebelum  melewati  tanjakan,  kereta  api  dianggap  berjalan dengan  kecepatan  konstan,  sehingga  beban  pada coupler adalah  0  kN.  Kemudian  saat  kereta  api  melewati  tanjakan, terjadi perubahan rolling resistance yang menjadi lebih besar
sehingga menyebabkan terjadinya pembebanan pada coupler hingga  mencapai  nilai  maksimal.  Namun,  perlahan-lahan tractive effort akan bertambah untuk dapat melawan rolling resistance tersebut, sehingga gaya coupler kembali menjadi 0kN. Akhirnya didapatkan 1 siklus sinuosoidal dari kejadian tersebut seperti pada gambar 4.
Kondisi  tanjakan  tersebut  akan  terjadi  secara  berulang- ulang tergantung ada berapa tanjakan yang dilewati kereta api di lintas. Namun, dari 1 tanjakan ke tanjakan yang lain akan memiliki rentang waktu, grafiknya seperti yang dapat dilihat pada  gambar  5a.  Untuk  dapat  memunculkan  grafik pembebanan  sinusoidal  yang  ideal,  maka  rentang  waktu tersebut  dianggap  tidak  ada  (seperti  pada  gambar  5b), sehingga  grafik  pembebanan  akibat n kali  tanjakan  adalah seperti  yang  dapat  dilihat  pada  gambar  5c.  Model pembebanan sinusoidal tersebut yang akan digunakan untuk simulasi fatik pada penelitian ini.
Kemudian  untuk  kondisi  yang  lain,  akan  dilakukan pendekatan yang sama pula. Sehingga akan didapatkan grafik sinusoidal  pembebanan  seperti  pada  gambar  6.  Selanjutnya akan digunakan persamaan damage kumulatif  Miner’s Rule untuk  menentukan  umur  fatik  kumulatif  akibat  6  jenis pembebanan tersebut dalam sebuah siklus kumulatif tertentu.

## D. Penentuan Siklus Kumulatif
Penentuan  siklus  kumulatif  perlu  dilakukan  untuk menentukan berapa kali masing-masing kondisi akan terjadi
Gambar 12. Titik tejadinya kerusakan komponen dibandingkan dengan titik tegangan maksimal pada simulasi.
Gambar 13. Gambar teknik rubber draft gear westinghouse r-500 yang digunakan pada lokomotif CC300.
Tabel 1. Spesifikasi yang digunakan dalam perhitungan pembebanan Spesifikasi Lokomotif Gerbong Datar Berat Maksimum 84 Ton 45,48 Ton Tractive Effort Maksimum 270kN - Braking Effort pada Full Service (Fb) 72kN 44kN Diameter Roda 430mm 430mm Kecepatan Operasi 60km/j (diasumsikan) Tabel 2. Hasil perhitungan pembebanan Kondisi Gaya Kopler (kN) Perpindahan pada Rubber Spring (mm) Percepatan -476,93 24,625 Perlambatan 1801,18 52,334 Tanjakan 146,40 26,124 Turunan -265.49 26,124 Berbelok 287,46 27,286 Coupling - 0,476 Kecepatan Konstan 0 0 Tabel 3. Hasil tegangan ekuivalen dari simulasi No. Kondisi Tegangan Eq. Maksimal (MPa) 1. Percepatan 1,395 2. Perlambatan 3,180 3. Tanjakan 1,022 4. Turunan 1,485 5. Berbelok 1,555 6. Coupling 0,026 Tabel 4. Hasil umur (siklus) fatik dari simulasi No. Kondisi Siklus Umur Fatik 1. Percepatan 9.794.900 2. Perlambatan 120.210 3. Tanjakan 9.794.900 4. Turunan 5.615.000 5. Berbelok 3.160.300 6. Coupling 9.794.900
berdasarkan  kondisi  kenyataan.  Dalam  penelitian  ini  siklus kumulatif dianggap merupakan perjalanan lokomotif CC300 ketika berdinas sebagai KA Limaspriuk dari Stasiun Kalimas di Surabaya hingga Stasiun Tanjung Priok di Jakarta. Seperti yang dapat dilihat pada ilustrasi di gambar 7, kereta api akan berhenti  di  6  buah  stasiun  di  antara  stasiun  awal  hingga stasiun akhir, sehingga diketahui terjadi 7 kali akselerasi dan 7  kali  deselerasi.  Kemudian  dilakukan  analisis  melalui software Google Earth dengan proses tracking jalur rel untuk menentukan  estimasi  jumlah  tanjakan  dan  belokan  yang dilewati kereta api dalam jalur tersebut. Didapatkan estimasi jumlah  tanjakan,  turunan,  dan  belokan  dari  perjalanan tersebut berturut-turut adalah 112, 112, dan 130. Sedangkan untuk  proses coupling hanya  terjadi  1  kali,  yaitu  di  stasiun keberangkatan awal.
Selanjutnya, jika umur fatik untuk masing-masing kondisi sudah  didapatkan  dari  simulasi,  maka  akan  dihitung  umur siklus  kumulatif  menggunakan  persamaan  Miner’s  Rule sebagai berikut:
𝐷 = ∑ 𝑛 𝑖 𝑁 𝑖 = 𝑁 [ 𝑛 1 𝑁 1 + 𝑛 2 𝑁 2 + 𝑛 3 𝑁 3 + 𝑛 4 𝑁 4 + 𝑛 5 𝑁 5 + 𝑛 6 𝑁 6 ] (6)
Dengan n i merupakan  jumlah  siklus  aktual  yang  terjadi selama perjalanan, dan N i merupakan siklus umur fatik yang didapat dari hasil simulasi  untuk  masing-masing kondisi. N adalah  siklus  umur  fatik  kumulatif  yang  akan  ditentukan dengan menganggap nilai damage (D) adalah 1.
E. Permodelan Material
Model rubber spring dibuat melalui software Solidworks dengan  mengikuti  acuan  gambar  teknik  dari  PT.  INKA. Material  model  yang  merupakan  material hyperelastic mengharuskan untuk digunakannya model material hyperelastic dalam simulasi. Model material yang digunakan pada penelitian ini adalah Neo-Hookean, karena merupakan model  yang  paling  sederhana  dibandingkan  yang  lain sehingga proses komputasi simulasi bisa berjalan lebih cepat. Perpindahan  yang  terjadi  pada rubber  spring juga  masih berada dalam rentang kemampuan permodelan deformasinya, yaitu di bawah 30% [6].
Selanjutnya  perlu  memasukkan  data  pengujian  uniaksial, biaksial,  dan pure  shear ke  dalam engineering  data pada Ansys  seperti  pada  Gambar  8.  Idealnya,  untuk  melakukan simulasi seperti ini, diperlukan data pengujian dari komponen yang  asli,  sehingga  hasil  yang  didapatkan  bisa  lebih  valid. Karena  keterbatasan  waktu  dan  ketersediaan  komponen sehingga  tidak  dapat  dilakukan  pengujian,  maka  akan digunakan  data  pengujian  material natural  rubber yang disediakan  oleh  Ansys  dalam website- nya.  Data  pengujian tersebut  kemudian  dilakukan curve-fitting menggunakan persamaan model Neo-Hookean, sehingga simulasi hyperelastic dapat dijalankan.
Untuk dapat memprediksi umur fatik akibat pembebanan pada rubber spring , perlu dimasukkan juga S-N Curve yang diperlukan oleh fatigue tools. Karena keterbatasan yang sama dengan kasus di paragraf sebelumnya, maka pengujian tidak dapat  dilakukan.  Sehingga  akan  digunakan  S-N  Curve  dari material elastomer yang merupakan hasil pengujian oleh R. R. K. Luo pada tahun 2003 [7].

## F. Pengaturan Simulasi
Sebelum  dilakukan  simulasi,  perlu  dilakukan  beberapa
pengaturan terlebih dahulu. Proses meshing atau diskretisasi yang  merupakan  proses  untuk  membagi  model  komponen menjadi sejumlah bagian kecil yang disebut dengan elemen mesh .  Ukuran  elemen mesh pada  simulasi  ini  ditentukan dengan  melalui  uji  konvergensi.  Pengujian  ini  dilakukan untuk  menentukan  nilai  elemen mesh maksimal  yang menunjukkan  hasil  yang  sudah  stabil.  Dari  uji  tersebut didapatkan ukuran mesh sebesar 8mm.
Selanjutnya, ditentukan boundary condition dari komponen  untuk  disimulasikan.  Pada  salah  satu  sisi  ujung komponen, diberikan kondisi fixed support yang menggambarkan  kondisi  salah  satu  ujung rubber  spring menempel  pada  dinding yoke (ditunjukkan  pada  gambar  9 dengan  penunjuk  angka  1).  Salah  satu  ujung  yang  lain mendapat  kondisi  untuk  terkena  perpindahan  sebesar  nilai yang  telah  ditentukan  untuk  masing-masing  kondisi  pada sumbu  X,  dan  perpindahan  bebas  untuk  sumbu  Y  dan  Z (ditunjukkan pada gambar 9 dengan penunjuk angka 3). Pada sisi dalam ditetapkan kondisi perpindahan bebas untuk sumbu X,  namun  tidak  diperbolehkan  terjadi  perpindahan  pada sumbu  Y,  dan  Z  (ditunjukkan  pada  gambar  9  dengan penunjuk  angka  2).  Hal  itu  menyimulasikan  bagian  dalam rubber spring yang ditahan oleh sebuah komponen lain dari draft gear yang bernama spring seat . Untuk fatigue tools, digunakan input berupa hasil tegangan ekuivalen von-mises .  Beban  yang  digunakan  adalah zero- based ,  karena  beban  fatik  yang  telah  ditentukan  bersifat sinusoidal  yang  bersifat  zero-based.  Diperlukan  pula mean stress theory (MST) dalam simulasi ini, sehingga dipilih MST Goodman.  Kemudian  hasil  yang  diharapkan  adalah  umur komponen dalam satuan siklus.

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Hasil Simulasi
Dari  simulasi static  structural yang  telah  dilakukan, didapatkan  hasil  tegangan  ekuivalen  yang  berbeda-beda untuk  masing-masing  kondisi.  Hasil  nilai  tegangan  untuk masing-masing  kondisi  tersebut  dapat  dilihat  pada  tabel  3, sedangkan  untuk  distribusi  tegangan  beserta  titik  tegangan maksimalnya dapat dilihat pada gambar 10.
Jika dilihat dari hasil simulasi, tegangan yang paling besar terjadi pada  saat kondisi perlambatan.  Pada saat kondisi itu pula,  pembebanan  yang  terjadi  memang  yang  paling  besar dibandingkan  dengan  kondisi  yang  lain,  sehingga  sudah seharusnya  tegangan  yang  terjadi  pada rubber  spring juga yang paling besar.
Dari distribusi tegangan, terlihat titik terjadinya tegangan maksimal berada pada letak yang sama, yaitu pada ujung di mana rubber  spring  bonded dengan  dinding  bagian  dalam yoke .  Hal  itu  terjadi  akibat  terjadinya  konsentrasi  tegangan pada perubahan luasan yang terjadi secara tiba-tiba.
Selanjutnya, hasil umur fatik dari masing-masing kondisi dapat dilihat pada tabel 4, dan distribusi umur fatiknya dapat dilihat pada gambar 11.
Dari  hasil  simulasi,  didapatkan  umur  fatik  yang  paling sedikit  adalah  pada  kondisi  perlambatan,  yaitu  sebesar 120.210  siklus.  Pada  kondisi  percepatan,  tanjakan,  dan coupling dihasilkan  nilai  umur  fatik  yang infinite yang ditunjukkan  oleh  distribusinya  yang  hanya  warna  merah, serta nilainya yang mencapai 9.10 6 .

## B. Hasil Umur Fatik Kumulatif
Hasil  umur  fatik  kumulatif  didapatkan  dari  perhitungan dengan  menggunakan  persamaan  Miner’s  Rule  atau persamaan  (6).  Didapatkan  hasil  umur  fatik  kumulatif sebanyak  8381,29  siklus.  Untuk  dapat  menerka  seberapa besar  siklus  tersebut,  maka  hasil  umur  dalam  bentuk  siklus tersebut  akan  diubah  menjadi  dalam  bentuk  tahun  dan  km untuk  dapat  mengetahui  seberapa  lama  dan  jauh rubber spring akan  bertahan  ketika  digunakan  untuk  operasional kereta api.
Untuk  menghitung  umur  dalam  bentuk  tahun,  akan dianggap  lokomotif  CC300  berdinas  sebagai  penarik  KA Limaspriuk  sebanyak  sekali  setiap  2  hari  dengan  beban  20 gerbong  GD  yang  masing-masing  mengangkut  peti  kemas ISO  40ft.  Beban  seperti  itu  termasuk  beban  yang  cukup ekstrem dibandingkan jika dibandingkan beban saat menarik kereta penumpang. Dengan asumsi tersebut, maka didapatkan umur fatik rubber spring adalah sebanyak 45,8 tahun.
Untuk  menentukan  umur  fatik  dalam  bentuk  km,  maka akan  digunakan  asumsi  yang  sama  seperti  pada  paragraf  di atas. Jarak antara stasiun Tanjung Priuk dan Kalimas kurang lebih adalah 728km, sehingga umur fatik dalam jarak adalah sebanyak 6.101.581,2 km (6 × 10 6 km).

## C. Perawatan Rubber Spring oleh Operator Kereta Api
Data  mengenai  perawatan  rubber  spring  pada  kereta  api yang  dioperasikan  oleh  PT.  Kereta  Api  Indonesia  (Persero) telah  dicoba  untuk  dicari  melalui  Depo  Kereta  Stasiun Madiun.  Tujuan  pencarian  data  tersebut  adalah  untuk mengetahui  bagaimana  kerusakan  yang  terjadi  dan  periode perawatan  komponen rubber  spring draft  gear .  PT.  KAI sebagai operator juga melakukan perawatan terhadap sarana perkeretaapiannya.  Perawatan  yang  dilakukan  terhadap sarana  perkeretaapian  terdapat  berbagai  macam.  Untuk perawatan  yang  terjadwal  antara  lain  yaitu  Semiperawatan Akhir (SPA) dan Perawatan Akhir (PA), yang dilaksanakan di  Balai  Yasa,  dan  perawatan  harian  yang  dilaksanakan  di depo  kereta  api.  Untuk  gambar  teknik  rubber  draft  gear westinghouse r-500 yang digunakan pada lokomotif CC300 dapat dilihat pada Gambar 13.
Balai  yasa  merupakan  tempat  yang  digunakan  untuk perawatan  besar  sarana  perkeretaapian  yang  dimiliki  oleh operator. Terdapat 6 buah balai yasa kereta api di Pulau Jawa. Untuk  lokomotif,  perawatan  dilakukan  di  Balai  Yasa Yogyakarta. Sedangkan, depo kereta api  merupakan tempat untuk  menyimpan  dan  tempat  untuk  melakukan  perawatan rutin  kereta  api  serta  merupakan  tempat  untuk  melakukan perbaikan ringan, yang lokasinya tersebar di sepanjang lintas kereta api, salah satunya adalah di Stasiun Madiun.
Dari hasil wawancara dengan kepala Dipo Kereta Stasiun Madiun,  diketahui  bahwa  perawatan  pada rubber  spring dilakukan  hanya  pada  saat  Perawatan  Akhir  (PA)  dengan periode  4  tahun  sekali.  Didapatkan  pula  bahwa  selama dioperasikannya  kereta  api,  belum  pernah  diketahui  adanya kerusakan  yang  terjadi  pada  komponen rubber  spring. Sedangkan,  beberapa  lokomotif,  seperti  lokomotif  CC201 (mulai  digunakan  sejak  tahun  1977)  yang  masih  aktif dioperasikan oleh PT. KAI, telah berumur lebih dari 40 tahun.
Dengan  melihat  fakta  bahwa  lokomotif  yang  masih  aktif dapat mencapai umur lebih dari 40 tahun, jika dibandingkan dengan  hasil  perhitungan  umur  fatik rubber  spring yang
sebanyak  45,8  tahun,  maka  hasil  tersebut  masih  dapat terbilang masuk akal. Ada kemungkinan bahwa beban kerja lokomotif  di  PT.  KAI  tidak  se-ekstrem  pembebanan  pada penelitian  ini,  karena  tidak  setiap  hari  lokomotif  digunakan untuk menghela kereta barang, sehingga dapat menyebabkan umur  fatik  dari rubber  spring lokomotif  sebenarnya  lebih lama dari umur hasil perhitungan..

## D. Pengujian Draft Gear oleh PT. INKA
PT. INKA telah melakukan pengujian terhadap komponen rubber spring . Pengujian tersebut dilakukan pada draft gear prototipe  buatan  dalam  negeri  untuk  mengetahui  apakah kekuatannya sudah memenuhi standar yang telah ditentukan untuk draft gear . Ternyata saat dilakukan pengujian dengan dilakukan  kompresi,  komponen rubber  spring diketahui mengalami kerusakan berupa retakan. Posisi retakan terdapat pada  sisi  luar  di  dekat  salah  satu  ujungnya  seperti  yang terlihat pada Gambar 12.
Jika  dilihat  hasil  simulasi  dalam  penelitian  ini,  dapat diketahui  bahwa  ujung  tersebut  mengalami  nilai  tegangan yang  paling  besar  saat  komponen  dikenai  pembebanan. Sehingga  berdasarkan  hasil  penelitian,  memang  sudah seharusnya  titik  awal  terjadinya  kerusakan  adalah  di  titik tersebut,  di  mana  nilai  tegangan  yang  terjadi  sangat  besar dibandingkan pada titik yang lain.

## E. Rekomendasi yang Diberikan
Karena  banyaknya  keterbatasan  dalam  pengerjaannya, penelitian  ini  diselesaikan  dengan  berbagai  macam pendekatan  dan  asumsi,  mulai  dari  model  pembebanan, hingga  karakter  material.  Pengaruh  temperatur  serta degradasi  pada  material  karet  juga  masih  diabaikan  dalam penelitian  ini  akibat  keterbatasan  data.  Data  karakter tegangan-regangan,  serta  S-N Curve pun  juga  diambil  dari hasil  pengujian  material  karet  yang  lain.  Terlepas  dari banyaknya  pendekatan,  prosedur  penelitian  ilmiah  dalam penelitian  ini  sudah  diterapkan  dan  diikuti  dengan  sebaik mungkin  dalam  pengerjaannya.  Penelitian  ini  diharpkan dapat  menjadi  rujukan  serta  pemicu  untuk  penelitian- penelitian  selanjutnya  dalam  bidang rubber  spring,  draft gear, simulasi material karet, ataupun simulasi umur fatik . Dalam penelitian ini didapatkan umur rubber spring akibat beban fatik adalah sepanjang 45,8 tahun, namun hasil tersebut kurang  bisa  menjadi  rekomendasi  waktu  yang  tepat  untuk perawatan komponen rubber spring itu sendiri. Karena bisa saja rubber spring mengalami kegagalan sebelum umur fatik tersebut  tercapai  akibat  sebab  yang  lainnya,  misalnya  saja akibat  beban  impak,  degradasi  material,  ataupun  perubahan sifat material akibat suhu kerja di dalam draft gear. Sehingga, rekomendasi  yang  dapat  diberikan  adalah  agar  penelitian seperti  ini  dapat  dikembangkan  kembali.  Selanjutnya diperlukan penelitian  yang meninjau jenis pembebanan lain yang terjadi pada komponen rubber spring, diperlukan juga penelitian  dengan  prosedur  yang  lebih  lengkap  seperti pengujian  material  untuk  mendapatkan  karakter  tegangan- regangannya  serta  S-N Curve -nya,  dan  pengambilan  data pembebanan yang terjadi secara aktual pada draft-gear.

## IV. KESIMPULAN/RINGKASAN
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, maka dapat ditarik kesimpulan: (1) Umur fatik rubber spring pada draft
gear CC300  adalah  sebesar  8381,29  siklus  kumulatif,  atau 45,8  tahun,  atau  6.101.581,17km.  Dengan  siklus  kumulatif berupa  perjalanan  CC300  sebagai  penarik  KA  Limaspriuk dari  stasiun  Kalimas  (Surabaya)  hingga  Tanjung  Priok (Jakarta)  sejauh  728km  dengan  beban  20  gerbong  GD bermuatan peti kemas 40ft, dan siklus terebut dilakukan 1 kali tiap  2  hari  sepanjang  tahun.  (2)  Masih  perlu  dilakukan pengembangan  dari  penelitian  ini  karena  masih  banyak digunakan  pendekatan,  asumsi,  dan  keterbatasan  sehingga beberapa hal kurang sesuai dengan keadaan sebenarnya.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Dalam pengerjaan penelitian ini, telah banyak pihak yang membantu  penulis.  Penulis  mengucapkan  terima  kasih banyak kepada PT. INKA (Persero) yang telah memberikan data  pendukung  utama  serta  banyak  pengetahuan  mengenai rubber spring pada draft gear yang diteliti penulis. Penulisa juga  berterima  kasih  kepada  PT.  KAI  (Persero)  yang
memberikan  pengetahuan  mengenai  perawatan  kereta  api, khususnya komponen rubber spring draft gear.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  Perez-Martinez, Pedro & Sorba, Iván. (2010). Refereed papers: energy consumption  of  passenger  land  transport  modes.  Energy  & Environment. 21. 577-600. 10.1260/0958-305X.21.6.577.
[2]  Hay.  (1965).  Introduction  to  Transportation  Engineering.  Tokyo: Wiley-Topan.
[3]  Asare,  S.  (2013).  Failure  of  Rubber  Components  under  Fatigue. London. Queen Mary University of London.
[4]  Hibbeler.  (2010).  Statics  and  Dynamics.  New  Jersey:  Pearson Education, Inc.
[5]  Iwnicki,  S.  (2006).  Handbook  of  Railway  Vehicle  Dynamics.  New York: Taylor & Francis.
[6]  Grama  R.B.  (2020).  ANSYS  Mechanical-A  Powerful  Nonlinear Simulation Tool. Canosburg, PA: ANSYS, Inc.
[7]  R K Luo, P W Cook, W X Wu, and W J Mortel. (2003). Fatigue Design of Rubber Springs Used in Rail Vehicle Suspensions. Proceedings of the  Institution  of  Mechanical  Engineers  Part  F  Journal  of  Rail  and Rapid Transit, 237-240.  doi: 10.1243/095440903769012920.