Bakhri, dkk./ ROTASI, Vol. 26  No. 3  (Juli  2024) Hal. 16-22

## Uji Performance Alat Uji Pengereman Kereta Cepat Untuk Kecepatan 160 km/jam
Mohammad Samsul Bakhri, Rusnaldy*, Paryanto Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro Jl. Prof. Sudharto, SH., Tembalang - Semarang 50275, Telp. +62247460059
*E-mail: rusnaldy@lecturer.undip.ac.id

## Abstract
Indonesia  is  currently  developing  an  international  standard  high-speed  train  industry.  One  of  the important  components  of  the  fast  train  is  the  braking  system.  The  fast  train  braking  test  rig  at Diponegoro  University  has  a  speed  of  160  km/h  using  a  pneumatic  braking  system  accompanied  by disk  brake  and  brake  pad  components  for  high  speed.  The  performance  test  of  the  fast train  braking test equipment needs to be done to find out if the test rig is in accordance with PT INKA standards and ensure  it  is  safe  to  test.  The  purpose  of  this  research  is  to  test  the  performance  of  the  braking  test equipment,  including  the  deceleration,  braking  distance,  and  mechanical  vibration  criteria. Measurement  of  deceleration  and  braking  distance  is  carried  out  using  a  tachometer  sensor  and stopwatch,  while  mechanical  vibration  is  measured  using  a  vibration  meter.  The  test  results  of deceleration  and  braking  distance  obtained  were  then  compared  with  PT  INKA  standards,  and  the results  of  vibration  signals  obtained  were  then  compared  with  ISO  10816  vibration  level  standards. The results showed that in normal braking conditions with a pressure of 3.8 bar, the average value of deceleration was 1.44 m/s 2 , and the braking distance was 684 m. In emergency braking conditions with a pressure of 5 bar, the average value of deceleration was 2.70 m/s 2 , and the braking distance was 365 m. The resulting mechanical vibration shows on bearing 1 the average Vrms value on the horizontal accelerometer of 0.03 in/s, the vertical accelerometer of 0.01 in/s, and the axial accelerometer of 0.01 in/s, and on bearing 2 the average Vrms value on the horizontal accelerometer of 0.02 in/s, the vertical accelerometer  of  0.01  in/s,  and  the  axial  accelerometer  of  0.01  in/s.  From  these  vibration  results,  it can be concluded that the vibration conditions in accordance with ISO 10816 are safe to operate.
Keywords: brake test rig, performance test, deceleration, distance, vibration.

## Abstrak
Saat  ini  Indonesia  tengah  mengembangkan  industri  kereta  cepat  yang  berstandar  internasional.  Salah satu komponen penting pada kereta cepat adalah pada sistem pengereman. Alat uji pengereman kereta cepat yang terdapat di Universitas Diponegoro memiliki kecepatan 160 km/jam dengan menggunakan pengereman  sistem  pneumatik  disertai  dengan  komponen disk  brake dan brake  pad untuk  kecepatan tinggi.  Uji performance dari  alat  uji  pengereman  kereta  cepat  tersebut  perlu  dilakukan  untuk mengetahui test  rig tersebut  sesuai  dengan  standar  PT.  INKA  dan    dan  memastikan  aman  untuk dilakukan  pengujian.  Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah  uji performance dari  alat  uji  pengereman diantaranya  mengetahui  perlambatan,  jarak  pengereman  dan  kriteria  getaran  mekanis.  Pengukuran perlambatan dan jarak pengereman dilakukan dengan menggunakan sensor tachometer dan stopwatch sedangkan  getaran  mekanis  menggunakan vibration meter.  Hasil  pengujian  perlambatan  dan  jarak pengereman yang diperoleh kemudian dibandingkan dengan standar PT. INKA dan hasil sinyal getaran yang  diperoleh  kemudian  dibandingkan  dengan  standar  level  getaran  ISO  10816.  Hasil  penelitian menunjukan  bahwa  pada  kondisi  pengereman  normal  dengan  tekanan  sebesar  3,8  bar  nilai  rata  –  rata perlambatan  sebesar  1,44  m/s 2 dan  jarak  pengereman  sebesar  684  m,  pada  kondisi  pengereman emergency dengan tekanan sebesar 5 bar nilai rata – rata perlambatan sebesar 2,70 m/s 2 dan jarak pengereman sebesar 365 m.  Getaran  mekanis  yang  dihasilkan  menunjukan  pada  bearing  1  rata-rata  nilai  Vrms  pada Accelerometer  Horizontal sebesar    0.03  in/s, Accelerometer  Vertical sebesar  0,01  in/s  dan Accelerometer  Axial sebesar  0,01  in/s,  dan  pada  bearing  2  menunjukan  rata-rata  nilai  Vrms  pada Accelerometer  Horizontal sebesar    0.02  in/s, Accelerometer  Vertical sebesar  0,01  in/s  dan Accelerometer  Axial sebesar  0,01  in/s,  dari  hasil  getaran  tersebut  dapat  disimpulkan  bahwa  kondisi getaran sesuai dengan ISO 10816 aman untuk dioperasikan
Kata kunci: alat uji rem, uji performance , perlambatan, jarak, getaran.
Bakhri, dkk./ ROTASI, Vol. 26  No. 3  (Juli  2024) Hal. 16-22

## 1. Pendahuluan
Saat ini Indonesia tengah mengembangkan industri kereta cepat yang berstandar internasional. Salah satu komponen penting  pada  kereta  cepat  adalah  sistem  pengereman.  Dimana  sistem  pengereman  pada  kereta  cepat  melibatkan beberapa  komponen  penting.  Sistem  pengereman  yang  diadopsi  di  sebagian  besar  kereta  berkecepatan  tinggi  adalah elektro-pneumatik, yang mengintegrasikan pengereman udara dan pengereman listrik, pengereman ini diterapkan pada saat melakukan pengereman routine braking dan emergency braking [1].
Alat uji pengereman kereta cepat yang terdapat di Universitas Dipinegoro memiliki kecepatan sebesar 160 km/jam dengan  menggunakan  sistem  pneumatik  disertai  dengan  komponen disk  brake dan brake  pad untuk  kecepatan  tinggi, alat  uji  pengereman  tersebut  perlu  diuji performance untuk  mengetahui test  rig tersebut  sesuai  dengan  standar  PT. INKA  dan   dan  memastikan aman  untuk  dilakukan pengujian.  Standar performance alat  uji  pengereman  meliputi  : 1. Kecepatan  rotasi  motor  dan  roda  terhadap  waktu  pengereman,  2.  Kecepatan  angular  motor  and  flywheel  terhadap waktu, 3. Torsi motor terhadap waktu, 4. Variasi tekanan udara terhadap waktu pengereman, 5. Kecepatan motor dan frekuensi  motor,  6.  Voltasi  motor  dan  frekuensi  motor,  7.  Arus  listik  motor  dan  frekuensi  motor,  8.  Daya  motor terhadap  kecepatan  operasi,  9.  Efisiensi  motor  terhadap  kecepatan  operasi,  10.  Energi  kinetik  terhadap  kecepatan operasi [2].
Selain  standar  performance  tersebut  perlu  juga  dilakukan  analisa  kriteria  getaran  untuk  menunjukan  bahwa  alat tersebut  aman  untuk  digunakan  pengujian  selanjutnya.  Analisa  getaran  adalah  metode  tertua  yang  digunakan  untuk memonitor  kondisi  dari  suatu  mesin.  Sejauh  ini  diketahui  bahwa  pengukuran  getaran  merupakan  metode  yang  paling efektif untuk menentukan kesehatan mesin saat mesin beroperasi [3].  Mesin dioperasikan  secara  terus  menerus  pada putaran/kecepatan  tinggi.  Pendeteksian  dengan cara mendengarkan  suara  mesin  yang  sedang beroperasi  tidak  lagi efektif  untuk diterapkan,  karena  frekuensi  yang dihasilkan   masing - masing   elemen   mesin   sangat   tinggi   dan bervariasi,   sehingga   alat   indra   pun   sulit   untuk membedakannya. Pemantauan  kondisi  mesin yang  berputar sering  kali  melibatkan  penggunaan  pemrosesan  sinyal algoritma  pada  getaran  terukur.  Karena  sebagian  besar sistem    beroperasi    di    industri    yang    bising  lingkungan, beberapa   bentuk   rata  -  rata   statistik  biasanya    diperlukan untuk  mengekstrak  fitur  yang  dapat  diandalkan [4]. Jika dilakukan pembongkaran akan membutuhkan waktu yang lama  dan  biaya  yang  cukup besar.  Oleh  karena  itu  telah  dikembangkan  berbagai metode  untuk  mendeteksi kerusakan yang  terjadi  pada  elemen  mesin  sedini  mungkin,  tanpa  harus  menghentikan  pengoperasian  mesin  [5].  Ada  banyak teknik yang biasa digunakan untuk mendiagnosis permasalahan apa pun cacat yang terjadi selama pengoperasian mesin: pemantauan getaran, termografi, analisis ultrasonik, dan banyak lainnya [6] [7]. Analisa vibrasi sangat penting karena salah  satu  indikator  yang  baik  untuk  mendeteksi  masalah  mekanis  untuk  peralatan  berputar (Rotating  Equipment) , karena getaran suatu mesin yang disebabkan oleh gaya berulang seperti ketakseimbangan, misalgment, poros bengkok, kerusakan  bantalan,  kelonggaran  mekanik,  gear  aus,  kavitasi  dan  resonansi  [8]  Analisis  getaran  menganalisa  pola getaran  berdasarkan  parameter-parameter  getaran  seperti  frekuensi,  amplitudo,  dan  phasa.  Perubahan  terhadap parameter tersebut menunjukkan adanya kelainan pada mesin yang dapat diidentifikasi sebagai kerusakan mesin [9].
Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah  uji performance dari  alat  uji  pengereman  diantaranya  untuk  mengetahui perlambatan, jarak pengereman dan kriteria getaran mekanis. Pengukuran perlambatan dan jarak pengereman dilakukan dengan  menggunakan  sensor  tachometer  dan stopwatch sedangkan  getaran  mekanis  menggunakan vibration  meter . Hasil pengujian perlambatan dan jarak pengereman yang diperoleh kemudian dibandingkan dengan standar PT. INKA dan hasil sinyal getaran yang diperoleh kemudian dibandingkan dengan standar level getaran ISO 10816.  Nilai efektif kecepatan  getaran  digunakan  untuk  menilai  kondisi  mesin.  Standar  Vibrasi  ISO  10816-3  digunakan  sebagai  referensi untuk menentukan level vibrasi mesin [10].

## 2. Material dan metode penelitian
Pada  penelitian  ini  uji performance dilakukan  berfokus  pada  pengukuran  kecepatan  rotasi  dan  waktu  pengereman untuk  mendapatkan  nilai  perlambatan  dan  jarak  pengereman.    Kemudian  pengujian  getaran  mekanis  juga  dilakukan pada penelitian ini. Alat test rig pengereman dan instalasi pengujian kecepatan dan waktu pengereman ditampilkan pada Gambar 1.
Keterangan : 1. Pressure Gauge
2. Digital Tachometer
3. Inverter
4. Sensor Tachometer
1 2 3 4
Bakhri, dkk./ ROTASI, Vol. 26  No. 3  (Juli  2024) Hal. 16-22
Pengujian dilakukan 2 paramet yaitu pada pengereman normal dengan tekanan 3.8 Bar dan pengereman emergency dengan tekanan 5 Bar  [11] pada kecepatan 160 km/jam. Masing – masing dilakukan 3 kali pengujian untuk mengetahui waktu  pengeremannya.  Sensor  tachometer  digunakan  untuk  mengetahui  kecepatan  roda,  dan  stopwatch  digunakan untuk mengukur waktu pengereman.
Data akuisisi sinyal getaran dilakukan pada test-rig pengereman dengan putaran 4400 rpm. Agar kondisi mesin dalam keadaan steady setiap parameter dilakukan pengulangan dalam durasi waktu 20, 40, 60, 80, 100, 120, 140, 160, 180, dan 200 detik. Sinyal  getaran  yang  diterima oleh  sensor accelerometer dalam  bentuk  velocity  (kecepatan)  selanjutnya  diolah  dengan software  VibraQuest.  Alat test  rig pengereman  dan  instalasi  pengujian  getaran  ditampilkan  pada  Gambar  2.  Pada penelitian  ini,  sensor  yang  digunakan  adalah  akselerometer  (tiga  buah)  dan  sebuah  tachometer  yang  berfungsi  untuk merekam  kecepatan  putar  roda.  Skema  pengukuran  vibrasi  pada  Mounting  Bearing  Tending  Side  dapat  dilihat  pada Gambar 3 [12]. Sensor akselerometer ini dipasang pada posisi bearing yang berbeda yaitu pada bearing kanan dan kiri dengan 3 posisi sensor akselerometer  yang berbeda, yaitu 2 sensor pada arah radial yaitu horizontal dan vertikal yang tegak lurus poros masukan dan 1 sensor pada arah aksial yang sejajar dengan poros masukan (Gambar 4).
Gambar 2. Eksperimental set-up pengukuran getaran mekanis
Gambar 3. Skema pengukuran sensor akselerometer pada bearing [12]
Gambar 4. Posisi sensor akselerometer pada test-rig
1 2 3 4 5 6 Keterangan :
1. Digital tachometer 2. Sensor accelerometer 3. Bayonet naur connector 4. Current source 5. DAQ 6. Laptop data akuisisi
Vertikal Horizontal Axial Vertikal Horizontal Axial

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1 Hasil pengukuran waktu pengereman dengan kecepatan 160 km/jam
Hasil  pengukuran  waktu  pengereman  dengan  kecepatan  160  km/jam  dilakukan  dengan  2  variabel  yaitu  pada kondisi pengereman normal dengan tekanan sebesar 3,8 bar dan pengereman emergency dengan tekanan sebesar 5 bar, masing  –  masing  variable  dilakukan  pengujian  sebanyak  3  kali  pengulangan.  Hasil  pengukuran  waktu  pengereman dapat dilihat pada Gambar 5 dibawah ini.
Gambar 5. Grafik pengukuran waktu pengereman pada kecepatan 160 km/jam
Berdasarkan  hasil  data  yang  diperoleh  menunjukan  bahwa test  rig pengereman  pada  kecepatan  160  km/jam dengan  kondisi  pengereman  normal  yaitu  pada  tekanan  3,8  bar  mengahasilkan  waktu  pengereman  pada  pengujian  1 sebesar  30,21  detik,  pengujian  2  sebesar  30,63  detik  dan  pengujian  3  sebesar  31,5  detik.  Sedangkan  dengan  kondisi pengereman emergency yaitu  pada  tekanan  5  bar  menghasilkan  waktu  pengereman  pada  pengujian  1  sebesar  16,14 detik,  pengujian  2  sebesar  16,66  detik  dan  pengujian  3  sebesar  16,52  detik.  Hal  ini  dapat  dilihat  pada  semakin  besar tekanan yang diperoleh maka waktu pengereman semakin singkat.  . Kemudian dari hasil data tersebut diolah kembali untuk mendapatkan  nilai  jarak  pengeremanan  dan  perlambatan  yang  kemudian  dibandingkan  dengan  standar  PT.  INKA,  untuk menghitungan jarak pengereman dapat digunakan persamaan dibawah ini [13].
(1)
Keterangan :
α
= perlambatan (m/s 2 )
V t = Kecepatan akhir (m/s) V o = Kecepatan awal (m/s)
t = Waktu pengereman (s)
dari nilai perlambatan yang diperoleh maka dapat dihitung jarak pengereman dengan persamaan dibawah ini :
(2)
Keterangan :
s
= Jarak pengereman (m) V o = Kecepatan awal (m/s) t
= Waktu pengereman (s)
α = perlambatan (m/s 2 ) nilai perlambatan dan jarak pengereman dapat dilihat pada Tabel 1 dibawah ini.
Tabel 1. Data pengukuran dan perhitungan perlambatan dan jarak pengereman.
Bakhri, dkk./ ROTASI, Vol. 26  No. 3  (Juli  2024) Hal. 16-22
Berdasarkan tabel 1 diatas menunjukan bahwa pada kecepatan 160 km/jam pada kondisi pengereman normal dengan tekanan sebesar 3,8 bar nilai rata – rata perlambatan sebesar 1,44 m/s 2 dan jarak pengeremannya sebesar 684 m, pada kondisi pengereman emergency dengan tekanan sebesar 5 bar nilai rata – rata perlambatan sebesar 2,70 m/s 2 dan jarak pengereman sebesar 365 m, jika dibandingkan dengan standar PT. INKA [11] yaitu dengan kondisi pengereman normal rata – rata  perlambatan standar sebesar 0,69  m/s 2 dan  rata  –  rata  jarak  pengereman  sebesar  1428  m,  sedangkan  pada  kondisi  pengereman emergency rata  –  rata perlambatan sebesar 0,93 m/s 2 dan rata – rata jarak pengereman sebesar 1066 m.

## 3.2 Hasil Pengukuran Getaran
Alat uji pengereman dengan kecepatan 160 km/jam memiliki daya motor sebesar 15 hp atau 11 kW, jika disesuaikan dengan standar ISO 10816 termasuk dalam kategori kelas 1 yaitu dengan daya output 0 – 15 kW. Pengukuran getaran mekanis dilakukan untuk mengetahui kriteria getaran sesuai dengan ISO 10816. Standar getaran mekanis dapat dilihat pada Gambar 6 dibawah ini.
Gambar 6. Standar kriteria getaran ISO 10816 [3]
Keterangan : Class 1 small machines : daya luaran 0 – 5 kW Class II medium machines : daya luaran 15 – 75 kW Class III large rigid foundation : daya luaran 75 kW– 10 MW Class IV large soft foundation : daya luaran >10 MW Kondisi normal atau baik untuk beroperasi Normal yang masih dapat diterima Berfungsi tidak optimal Rusak
Pengukuran getaran dilakukan pada saat kecepatan maksimum yaitu sebesar 4400 rpm atau 160 km/jam dalam kondisi steady . Hasil pengukuran getaran secara langsung berupa velocity (kecepatan) kemudian diolah dengan menggunakan software matlab 2015 untuk mendapatkan nilai Vrms (in/s). Hasil nilai Vrms (in/s) pada bearing sisi kanan dapat dilihat pada Gambar 7 dan pada bearing sisi kiri dapat dilihat pada Gambar 8 dibawah ini.
Bakhri, dkk./ ROTASI, Vol. 26  No. 3  (Juli  2024) Hal. 16-22
Berdasarkan hasil olah data grafik diatas dengan menggunakan software matlab diperoleh bahwa nilai rata  – rata Vrms (in/s)  pada pengukuran horizontal sebesar 0.03 in/s, nilai rata - rata Vrms (in/s) pada pengukuran vertikal sebesar 0.01 in/s dan nilai rata - rata Vrms (in/s) pada pengukuran aksial sebesar 0.01 in/s. Nilai tersebut jika dikorelasikan dengan standar ISO 10816 masih tergolong baik untuk beroperasi
Gambar 8. Grafik nilai Vrms pada bearing kanan.
Berdasarkan hasil data grafik diatas diperoleh bahwa nilai rata  – rata Vrms (in/s)  pada  pengukuran horizontal sebesar 0.02 in/s, nilai rata - rata Vrms (in/s) pada pengukuran vertikal sebesar 0.01 in/s dan nilai rata - rata Vrms (in/s) pada  pengukuran  aksial  sebesar  0.01  in/s. Nilai tersebut jika dikorelasikan dengan standar ISO 10816 masih tergolong baik untuk beroperasi.

## 4. Kesimpulan
Pengujian  kecepatan  160  km/jam  pada  kondisi  pengereman  normal  dengan  tekanan  sebesar  3,8  bar  nilai  rata  –  rata perlambatan sebesar 1,44 m/s 2 dan jarak pengereman sebesar 684 m, pada kondisi pengereman emergency dengan tekanan sebesar 5 bar nilai rata – rata perlambatan sebesar 2,70 m/s 2 dan jarak pengereman sebesar 365 m. Jika dibandingkan dengan standar PT. INKA  yaitu  dengan  kondisi  pengereman  normal  rata  –  rata    perlambatan  standar  sebesar  0,69  m/s 2 dan  rata  –  rata  jarak pengereman sebesar 1428 m, sedangkan pada kondisi pengereman emergency rata – rata perlambatan sebesar 0,93 m/s 2 dan rata – rata jarak pengereman sebesar 1066 m. Nilai pengujian yang sudah dilakukan masih belum memenuhi standar dikarenakan ada beberapa  faktor  diantaranya  luas  permukaan  brake  pad  yang  belum  memenuhi  ukuran  skala  1:4,  belum  teridentifikasi  gaya penekanan rem, belum teridentifkasi gaya gesek rem pada brake pad.
Pengujian  getaran  mekanis  yang  telah  disesuaikan  dengan  standar  ISO  10816  bahwa  kondisi  alat  uji  pengereman  kereta cepat untuk kecepatan 160 km/jam termasuk pada golongan baik atau aman untuk beroperasi.

## Daftar Pustaka
[1] Wang, C. and Liu, J. (2021) ‘An Efficient Anomaly Detection for High-Speed Train Braking System Using Broad Learning System’, IEEE Access , 63825–63832.
[2]  R.  Afify  a,  M.  M.  (2022).  Modeling,  simulation,  and  experiments  on  waste  kinetic  energy  utilization. Energy Reports , 231-249.
[3] Menacer, A., Said, M. (2004). Stator Current Analysis of Incipient Fault Into Aynchronous Motor Rotor Bar Using Fourier Fast Transform, Journal Of Electrical Engineering , 122-130.
[4]  McCormick,  A.  C.,  &  Nandi,  A.  K.  (1998).  Cyclostationarity  in  rotating  machine  vibrations. Mechanical  systems and signal processing , 225-242.
[5] McInerny, S. A., & Dai, Y. (2003). Basic vibration signal processing for bearing fault detection. IEEE Transactions on education , 46(1), 149-156
[6] R.L. Eshleman, J.N. Eshleman 1999, Basic Machinery Vibrations: An Introduction to Machine Testing, Analysis, and Monitoring. VIPress .
[7]  A.K.S.  Jardine,  D.  Lin,  D.  Banjevic,.(2006).  A  review  on  machinery  diagnostics  and  prognostics  implementing condition-based maintenance, Mech. Syst Signal Process. 1483–1510
Bakhri, dkk./ ROTASI, Vol. 26  No. 3  (Juli  2024) Hal. 16-22
[8]   Suhardjono,. (2004). Analisis Sinyal Getaran untuk Menentukan Jenis dan Tingkat Kerusakan Bantalan Bola (Ball Bearing), Jurnal Teknik Mesin , 39-48.
[9]  Arista,  E.Y.,  Arifianto,  D.,  Suyanto,.  (2012).  Pengukuran  Getaran  dengan  Vibrometer  dan  Akustik  pada  Mesin Pendorong Pokok (MPK) KRI Pulau Rupat-712 di Komando Armada RI Kawasan Timur Surabaya, Jurnal Teknik Pomits, 1-6.
[10]  ISO.  (1995).  ISO  10816-1  Mechanical  vibration  —  Evaluation  of  machine  vibration  by  measurements  on  non- rotating parts — Part 1 : General Guidelines. ISO .
[11] Ken Wong,. (2016). Brake Calculation. Knoor-Bremse .
[12] Crowford, A.R., Crowford S., (1992). The Simplified Handbook of Vibration Analysis, Volume 1, SCI, Knoxville.
[13]  Pratama,  A.d.,  dkk.  (2022).  Analisis  Jarak  Pengereman  Laju  Kereta  Api  untuk  Mencapai  Kecepatan  Minimum Pada Saat Emergency on Track. Jurnal Unitek Vol.15 No.2