Praktik Industri: Analitik Kemampuan Baut dalam Menerima Beban Pada Sistem Pengereman Bogie KCI PT Industri Kereta Api (Persero)

Perkenalkan saya Muhammad Zaqiy Febryan Aryono, seorang mahasiswa Program Studi S1 Teknik Mesin Universitas Negeri Surabaya. 

Latar Belakang

Perkembangan teknologi yang saat ini berkembang begitu pesat membuat dunia kerja saat ini membutuhkan kualitas sumber daya manusia (SDM) yang berkualitas. Dengan semakin masifnya perkembangan teknologi di bidang industri membuat dunia pendidikan seharusnya memprioritaskan pengembangan aspek sumber daya manusia dalam kegiatan didalamnya, dimana setiap individu yang terlibat harus siap berkompetensi untuk menghadapi perkembangan teknologi saat ini. Untuk mendapatkan kualitas sumber daya manusia (SDM) yang berkompeten di dunia industri maka kegiatan pembelajaran sudah semestinya dihubungkan dengan dunia industri untuk mencapai lulusan yang siap bersaing di dunia industri.

Fakultas Teknik Universitas Negeri Surabaya menyelenggarakan salah satu mata kuliah wajib Praktik Industri (PI) untuk program sarjana dan program sarjana terapan. Mata kuliah praktik industri merupakan program kulikuler yang memiliki bobot 20 Sistem Kredit Semester (SKS) atau setara dengan 4 bulan yang wajib ditempuh oleh mahasiswa Fakultas Teknik Universitas Negeri Surabaya. Tujuan dari mata kuliah Praktik Industri ini yaitu untuk memberikan pengalaman kerja secara langsung yang nantinya sebagai bekal di dunia kerja atau industri yang nyata.

Sehubungan dengan hal tersebut, penulis mengambil praktik industri di PT Industri Kereta Api (Persero) yang bergerak di bidang manufaktur transportasi darat khususnya kereta api yang terkenal luas di masyarakat Indonesia. PT Industri Kereta Api (Persero) merupakan Badan Usaha Milik Negara (BUMN) manufaktur kereta api terintegrasi pertama di Asia Tenggara. Kantor pusat PT Industri Kereta Api (Persero) bertempat di di kawasan Jalan Yos Sudarso, Madiun, Jawa Timur.

Waktu dan Tempat Pelaksanaan Magang

Kegiatan Program Magang (Praktik Kerja Lapangan) ini berlangsung selama 4 bulan dimulai sejak 5 Februari 2024 -- 31 Mei 2024. Waktu pelaksanaan dan penempatan unit kerja di PT Industri Kereta Api (Persero) sebagai berikut:

• Hari Kerja: Senin -- Jumat
• Jam Kerja : 07.30 -- 16.30 WIB
• Unit Kerja: Unit Desain Bogie dan Wagon, Dept. Desain
• Tempat     : Graha INKA Lt. 3 PT Industri Kereta Api (Persero)

Orientasi Pelaksanaan Magang

Dalam pelaksanaan kegiatan magang di PT Industri Kereta Api (Persero). Peserta magang di kenalkan tentang perusahaan INKA terlebih dahulu  tahapan pelaksanaan magang yang dilakukan ialah sebagai berikut.

• Orientasi dan Pengenalan, Peserta magang diberikan penjelasan tentang divisi teknologi di bagi menjadi beberapa yang pertama Divisi Enginering, Divisi Teknologi Produksi, Divisi Desain.
• Pengenalan Lingkungan Kerja, Magang dimulai dengan tur fasilitas, dimana peserta dapat mengenal lingkungan kerja, Lokasi pembuatan kereta Pengelasan, Pengecekan maupun Finishing dan memahami lingkungan kerja PT Perusahaan  Kereta Api.
• Pelatihan Keselamatan, Peserta diberikan Link Zoom untuk mengikuti materi keselamatan yang diberikan oleh perusahaan.

Proyek yang dikerjakan

Dalam sistem pengereman, baut memiliki peran yang penting dalam memastikan kekuatan dan keamanan koneksi antara berbagai komponen. Baut yang digunakan dalam sistem pengereman harus mampu menahan berbagai gaya dan beban yang timbul selama proses pengereman. Masalah utama yang dihadapi adalah bagaimana memastikan bahwa baut memiliki kekuatan yang cukup untuk menahan beban dan tekanan yang terjadi selama pengereman untuk memastikan bahwa baut tidak mengalami kegagalan yang dapat berakibat fatal. Beberapa masalah spesifik yang dapat diidentifikasi antara lain:

• Beban Mekanik, menentukan beban mekanik maksimum yang dapat ditahan oleh baut tanpa mengalami deformasi permanen atau kegagalan.
• Material Baut, memilih material yang tepat untuk baut agar memiliki kekuatan dan ketahanan yang diperlukan.
• Desain Baut, menentukan desain dan ukuran baut yang optimal untuk sistem pengereman tertentu.
• Faktor Keamanan, memastikan bahwa baut memiliki faktor keamanan yang cukup untuk mengatasi beban-beban berulang dan tak terduga.

Manfaat dari analitik kekuatan baut dalam sistem pengereman ini adalah sebagai berikut:

• Meningkatkan keselamatan sistem pengereman dengan memastikan kekuatan baut yang memadai.
• Efisiensi biaya perawatan dan penggantian komponen dengan memilih material dan desain baut yang optimal.
• Menambah wawasan mengenai karakteristik material dan desain baut dalam sistem pengereman.

Langkah-langkah terkait alur pengerjaan proyek di PT INKA dapat dilihat pada diagram alir berikut:

Dokumentasi Pribadi

Langkah pertama sebelum melakukan analitik adalah mengetahui Spesifikasi dan jumlah baut, Tipe sambungan, serta jenis beban yang diberikan.

• Jenis Baut                : M20Xp2.5x110, 12,9 T
• Jumlah Baut           : 4
• Jenis Beban            : Braking Force = 33.18 KN
• Tipe Sambungan : Slip Kritis
• Lokasi Baut            :

Dokumentasi Pribadi

Analitik Kekuatan Baut M20Xp2.5x110, 12,9 T

Luas Penampang Baut = 245 mm2

Preload = 178500 N

Menghitung kuat geser baut (Sambungan slip kritis)

• Vd = (1.13) x x Fi x Bidang geser  x Jumlah Baut
• Vd = 1 x 1.13 x 0.3 x 178500 x 1 x 4
• Vd = 242046 N
• 242046 N > 33180 N
• Kuat Geser baut lebih besar dari besar beban yang diterima.

Analitik Kelelahan Baut M20Xp2.5x110, 12,9 T

1. Tegangan yang terjadi pada baut:

• Tegangan maksimum = 135.42 Mpa
• Tegangan minimum    = 0 Mpa
• Tegangan alternative  = 67.71 Mpa
• Tegangan rata-rata      = 67.71 Mpa

2. Menghitung faktor keamanan dengan persamaan Goodman.

Material baut 12.9 memiliki kekuatan tarik ultimate sebesar 1200 Mpa dan kekuatan daya tahan sebesar 190 Mpa

• Sf = Tegangan Alternative/Kekuatan daya tahan + Tegangan rata-rata/Kekuatan Tarik Ultimate = 1/Sf   
• Sf = 67.71 Mpa/190 Mpa  + 67.71 Mpa/1200 Mpa  = 1/Sf  
• Sf = 2.42

Jika Faktor Keamanan > 1 maka baut tersebut dinyatakan mampu menahan beban siklik yang dibuktikan dengan grafik berikut.

Dokumentasi Pribadi

Optimasi ukuran dan material baut

1. Sebagai upaya optimasi, baut M16Xp2x110, 8,8 T dipilih berdasarkan perhitungan yang telah dilakukan sebagai berikut

Luas Penampang Baut = 157 mm2

Preload = 68250 N

Menghitung kuat geser baut (Sambungan slip kritis)

• Vd = (1.13) x x Fi x Bidang geser x Jumlah Baut
• Vd = 1 x 1.13 x 0.3 x 68250 x 1 x 4
• Vd = 92547 N
• 92547 N > 33180 N
• Kuat Geser baut lebih besar dari besar beban yang diterima.

2. Menghitung tegangan yang terjadi pada baut

• Tegangan maksimum = 211.33 Mpa
• Tegangan minimum    = 0 Mpa
• Tegangan alternative  = 105.66 Mpa
• Tegangan rata-rata     = 105.66 Mpa

3. Menghitung faktor keamanan dengan persamaan Goodman

Material baut 8.8 memiliki kekuatan tarik ultimate sebesar 800 Mpa dan kekuatan daya tahan sebesar 129 Mpa

• Sf = Tegangan Alternative/Kekuatan daya tahan + Tegangan rata-rata/Kekuatan Tarik Ultimate = 1/Sf   
• Sf = 105.66 Mpa/129 Mpa  + 105.66 Mpa/800 Mpa  = 1/Sf  
• Sf = 1.05

Jika Faktor Keamanan > 1 maka baut tersebut dinyatakan mampu menahan beban siklik yang dibuktikan dengan grafik berikut.

Dokumentasi Pribadi

Kesimpulan

Berdasarkan tujuan, latar belakang, dan topik pembahasan, dapat di peroleh kesimpulan sebagai berikut:

• Dalam kegiatan manufaktur kereta api, proses perencanaan  yang dilakukan tim desain bogie dan wagon salah satunya adalah dengan menghitung kemampuan komponen dalam menerima beban agar produk yang dihasilkan aman digunakan.
• Berdasarkan hasil perhitungan awal yang telah dilakukan, baut M20Xp2.5x110, 12,9 T aman digunakan karna menghasilkan kekuatan total sebesar 242046 N masih lebih besar dari beban yang diterima sebesar 33180 N.
• Perhitungan kelelahan baut M20Xp2.5x110 12,9 T menggunakan persamaan Goodman juga menghasilkan faktor keamanan 1 yaitu sebesar 2,42.
• Sebagai upaya optimasi, baut M16Xp2x110 8,8 T dipilih yang dapat menghasilkan kekuatan total sebesar 92547 N dan faktor keamanan 1,05.

Dokumentasi Kegiatan Praktik Industri

Dokumentasi Pribadi

Dokumentasi Pribadi

Dokumentasi Pribadi