Perancangan Kampas Rem Beralur dalam Usaha Meningkatkan ... · dilakukan untuk melihat pengaruh...
Transcript of Perancangan Kampas Rem Beralur dalam Usaha Meningkatkan ... · dilakukan untuk melihat pengaruh...
Perancangan Kampas Rem Beralur dalam Usaha Meningkatkan
Kinerja serta Umur dari Kampas Rem
L u b i
Jurusan Teknik Mesin FTI-ITS Surabaya
Abstrak
Kendaraan adalah merupakan salah satu media atau sarana transportasi bagi manusia dan
barang. Keamanan merupakan faktor terpenting bagi keselamatan penumpang, dimana
pengereman adalah salah satu hal yang mendukung keamanan pengendara.
Kampas rem sebagai salah satu komponen dalam sistem rem secara keseluruhan
.memegangperanan penting, hal ini disebabkan kampas rem itulah yang secara langsung
bergesekan dengan bagian yang berputar dalam hal ini drum (dalam sistem tromol) atau disk
(dalam sistem cakram).
Secara umum, kampas rem yang ada di pasaran tidak diberikan alur. Sehingga studi ini
dilakukan untuk melihat pengaruh penambahan alur pada kampas rem 'brake shoe' (sistem tromol),
dimana penambahan alur tersebut dimaksudkan agar permukaan perpindahan panas menjadi
bertambah (sebagai 'fins’) disamping memungkinkan adanya aliran udara melalui alur.
Metode yang dipakai adalah uji 'comparative', dimana hasil pengamatan unluk kampas polos
dibandingkan dengan hasil pengamatan kampas modifilkasi. Sedangkan pengujian dilakukan
berdasarkan prosedur SAE J 108a.
Basilpengamatan menunjukkan bahwa kampas modifikasi mempunyai beberapa kelebihan,
yaitu pendinginan kampas lebih baik; kampas tidak cepat mengalami fading' dan kemampuan
pengereman dalam kondisi basah lebih baik.
Kata Kunci : Kampas Beralur, Kampas Modifikasi, 'Fading'.
Pendahuluan
Kendaraan merupakan alat angkut barang
dan manusia. Keamanan bagi pengendara
merupakan hal yang sangat penting, dimana
pengereman bagi kendaraan merupakan salah
satu bagian kendaraan yang mempengaruhi
keamanan. Meskipun pengereman
dikendalikan oleh pengendara, sistem
pengereman juga akan mempengaruhi dan
membantu pengendara untuk mengurangi
resiko kecelakaan karena sistem rem tidak
berfungsi dengan baik.
Sifat-sifat pengereman dipengaruhi oleh
beberapa hal seperti : kondisi jalan; koefisien
gesek ban dan jalan; koefisien gesek kampas
serta besar gaya pengereman. Karakteristik
dari kampas rem dipengaruhi oleh beberapa
hal, yaitu temperatur dan kondisi kampas itu
sendiri dimana pada temperatur yang cukup
tinggi, kampas rem dapat mengalami
penurunan dalam hal kemampuan pengereman
yang disebabkan oleh temperatur atau yang
lebih dikenal dengan istilah fade (pudar) dan
hal ini tidak diharapkan terjadi, untuk itu
terlihat adanya peluang untuk memodifikasi
salah satu elemen sistem pengereman pada
kendaraan, dalam hal ini kampas rem pada
sepeda motor, yang mana salah satunya adalah
dengan menambahkan alur pada permukaan
kampas dengan harapan adanya peningkatan.
minimal mencakup dua kriteria, yaitu ; • Kemampuan untuk menyerap energi
menjadi panas.
• Kemampuan untuk membuang/melepas
panas tersebut.
Sehingga dari studi ini diharapkan adanya
peningkatan dalam hal kemampuan
pengereman dan kemampuan untuk
membuang panas hasil gesekan antara drum
dengan kampas rem, yang tercermin dari
kenaikan temperatur kampas.
Karakteristik Pengereman
Material Kampas Persyaratan bahan untuk kampas rem,
baik untuk drum ataupun disk sangatlah sulit.
21
Jurnal Teknik Mesin, Volume 1, Nomor 1, Mei 2001 22
Disamping agar dapat memberikan koefisien
gesek yang tinggi, juga diharapkan tidak
terpengaruh oleh temperatur; tekanan;
kecepatan gesek; air; oli dan secara mekanis
harus mampu di keling atau di lem pada
sepatunya, tidak menimbulkan suara (noise)
akibat pengereman, berharga murah dan
mempunyai umur pakai yang lama. Bahan dasar kampas secara umum adalah
asbestos, dilengkapi dengan bahan inorganik
seperti: logam oksida; sulphat; dan silikat.
Semuanya dilekatkan bersama dengan berbagai
resin organik, karet dan lain-lain. Namun saat
ini banyak digunakan material sintetis dimana
semua bahan dicampur jadi satu termasuk
asbestos fibres; kawat seng dan kuningan
dengan menambahkan resin bahan pengikat.
Sehingga dengan demikian lebih mudah untuk
ditambahkan bahan lain guna meningkatkan
kemampuan dari kampas rem, yang kemudian
dikenal dengan tipe cetak (moulded tjpe).
Perilaku kampas rem terhadap temperatur
dapat menunjukkan kemampuan dari kampas
rem itu sendiri dan harga koefisien gesek (g)
yang stabil pada rentang temperatur kerjanya
merupakan suatu hal yang ideal.
Penurunan yang besar dari harga
koefisien gesek (g) pada temperatur tinggi
dapat mengakibatkan fade (pudar) dan ini
dapat menurunkan daya pengereman. Dibawah
ini dapat dilihat hubungan antara koefisien
gesek dengan temperatur kampas saat
pengereman, juga hubungan antara temperatur
dengan laju keausan. Sebagaimana tampak
pada gambar 1
Kenaikan temperatur kampas Pengereman merupakan salah satu bentuk
perubahan energi kinetik menjadi energi panas
yang tercemin dari adanya kenaikan
temperatur, baik pada kampas maupun pada
drum. Pada proses pengereman terjadi gesekan
antara kampas rem dan drum karena kedua
elemen tersebut berada pada putaran yang
berbeda, energi yang diserap dalam bentuk
panas menyebabkan adanya kenaikan
temperatur baik pada kampas atau pada drum.
Sebuah obyek yang mempunyai temperatur T1
mengalami pendinginan oleh udara sekeliling
yang mempunyai temperatur Ta, maka akan
mengikuti hubungan suatu fungsi eksponensial
sebagai berikut:
Ta-Ti = (Ta-Ti). et
mC
AU
−
( 1 )
Ta-Ti = (Ta-Ti). et
mC
AU
−
+ Ta ( 2 )
Pada gambar 3 dapat dilihat kurva yang
menggambarkan efek pengereman terhadap
kenaikan temperatur, dimana pada saat tA,
dengan temperatur Ta mengalami kenaikan
menjadi T1 akibat pengereman.
Walaupun kenaikan temperatur
memerlukan selang waktu tertentu, namun hal
tersebut diasumsikan terjadi secara singkat.
Temperatur kemudian turun mengikuti garis
ABC jika rem dilepas kecuali diikuti kembali
oleh pengereman yang berikutnya, sehingga
pada pengereman yang kedua pada saat t = tB
temperatur kembali mengalami kenaikan
Gambar 1. Hubungan Koefisien gesek dan
temperatur saat pengereman
Gambar 2. Hubungan laju keausan dengan
temeperatur
Lubi, Perancangan Kampas Rem 23
menjadi T2 dan kembali akan menurun secara
eksponensial seperti sebelumnya jika tidak
dilakukan pengereman kembali.
Efisiensi pengereman
Untuk mengetahui karakteristik dari
kemampuan pengereman pada kendaraan,
seringkali digunakan perhitungan efisiensi
pengereman. Efisiensi pengereman (breaking
efficiency) ηb adalah didefinisikan sebagai
perbandingan dari perlambatan maksimum
yang dapat dicapai dalam unit gravitasi g
sebelum terjadinya lock pada ban dengan
koefisien adhesi dari jalan µ, dan dirumuskan
sebagai berikut
ηb =µ
ga / (3)
Efisiensi pengereman mengindentifikasikan
tingkat sampai sejauh mana kendaraan
tersebut memanfaatkan koefisien adhesi jalan
yang tersedia selama pengereman.
Stopping distance Stopping distance adalah salah satu
parameter lain yang digunakan secara luas
untuk mengevaluasi kemampuan pengereman
secara keseluruhan dari kendaraan. Untuk
memperkirakan stopping distance, digunakan
prinsip-prinsip dasar dalam dinamika.
Perumusan yang menghubungkan antara
stopping distance, gaya pengereman, massa
kendaraan dan kecepatan kendaraan, dalam
bentuk persamaan differensial adalah
sebagai berikut:
Dikarenakan pada saat pengereman
dilakukan. kecenderungan pengendara adalah
menginjak kopling sehingga kopling menjadi
netral maka harga γb yang dapat didekati
dengan harga γm yang secara umum untuk
kendaraan otomotif konvensional didekati
dengan harga 1,04.
Persamaan 4 diatas dapat diintegrasikan
untuk menghitung stopping distance S dari
kecepatan awal V1, hingga kecepatan V2 yang
menghasilkan persamaan dibawah ini :
(5)
Dengan mensubtitusikan persamaan 3 ke
persamaan 5 diatas dan mengabaikan
transmition resistance, sehingga didapat :
(6)
Dengan mengganti Ra dengan Cac,V2, maka
akan didapatkan ;
dan untuk kecepatan akhir V2 = 0, maka
persamaan diatas dapat disederhanakan
menjadi :
Dimana dalam hal ini torsi pengereman yang
dihasilkan oleh sistem, rem sudah mencakup
bagian-bagian yang berputar yang
dihubungkan terhadap roda, sehingga
pengereman maksimum yang terjadi pada
bidang kontak antara ban dan jalan digunakan
Gambar 3. Pengaruh pengereman
terhadap kenaikan temperatur
(4)
(7)
(8)
Jurnal Teknik Mesin, Volume 1, Nomor 1, Mei 2001 24
untuk memperlambat/menghambat efek inersia
dalam arah translasi. Maka faktor massa γb
berharga 1 dan stopping distance minimum
Smin, dapat dirumuskan :
Prosedur Dan Hasil Pengujian
Kampas rem uji Pengujian ini dilakukan baik terhadap
kampas standar (polos) maupun kampas
modifikasi, dimana dalam hal ini dicobakan 4
buah modifikasi sebagai mana tampak pada
gambar 3. Adapun kampas rem standar dan
modifikasi ini mempunyai spesifikasi yang
sama, dalam artian bahwa kampas tersebut
berasal dari pabrik yang sama. Pada kampas modifikasi mempunyai
luasan yang lebih besar atau dengan kata lain
alur dapat dianggap sebagai fin yang sekaligus
dapat memberikan kontribusi berupa
memungkinkannya aliran udara melewati
permukaan kampas melalui alur tersebut,
dimana hal ini dapat menaikkan kemampuan
membuang panas sehingga kenaikan
temperatur kampas akibat pengereman relatif
lebih kecil. Hal ini dapat tercermin dari hasil
pengamatan yang tersajikan pada gambar -
gambar dan grafik.
Prosedur percobaan dan hasil pengujian Dengan mengacu pada prosedur standar
pengujian berdasarkan SAE J 108a yang secara
umum bertujuan untuk menguji kemampuan
sistem pengereman, disamping untuk melihat :
1. Hubungan antara perlambatan atau
stopping dengan gaya input akibat
kecepatan kendaman, temperatur kampas
clan pemakaian.
2. Karakteristik kampas rem.
3. Karakteristik drum.
Gambar 3. Modifikasi kampas rem
(9)
Lubi, Perancangan Kampas Rem 25
Ada beberapa hal yang perlu diperhatikan
dalam pengujian ini antara lain, adalah bahwa
pada setiap langkah pengujian
(diaplikasikannya gaya input pada pedal rem),
kopling harus netral atau tidak terhubungkan
dengan mesin (disengaged). Parameter yang
dicatat di dalam pengukuran adalah:
� Temperatur akhir kampas setiap
pegamatan.
� Waktu henti setiap pengamatan.
� Temperatur udara sekeliling. � Jarak henti atau stopping distance
Adapun urutan pengujian tersebut adalah
sebagai berikut :
1. Uji efektivitas pertama
Pada langkah ini bertujuan untuk
mendapatkan hubungan antara gaya input dengan perlambatan atau stopping distance
pada masing-masing kecepatan awal, dimana
kondisinya adalah
• Kecepatan awal: 30; 40; 50; 60;70
km/jam.
• Temperatur awal kampas 370 - 80
0C
2. Uji kikis
Pada uji kikis dilakukan dengan
pembebanan yang konstan dan dilakukan
hingga 100 kali, dimana dalam hal ini
pencatatan dilakukan setiap 10 kali yang yang
meliputi :
• Stopping distance.
• Temperatur awal kampas rem
• Kecepatan awal pada uji ini 50 km/jam
dengan gaya input pada pedal rem sebesar
8 kg.
a) model polos
Modifikasi 1
Modifikasi 2
Gambar 4 . Hasil uji efektifitas pertama,
kecepatan awal versus perlambatan
b) model modifikasi
Jurnal Teknik Mesin, Volume 1, Nomor 1, Mei 2001 26
3. Uji efektivitas kedua
Pada uji ini prosedurnya sama dengan uji
efektivitas pertama sehingga hal ini merupakan
pengulangan dari uji efektivitas pertama.
4. Uji pudar dan pulih pertama
Pada uji pudar ini bertujuan untuk melihat
adanya penurunan efektivitas pengereman
sementara akibat kenaikan temperatur pada
kampas rem, dimana pengamatan dilakukan
sebanyak 10 kali dengan kondisi sebagai
berikut:
• Kecepatan awal 70 km/jam.
• Temperatur awal kampas (pengamatan 1) :
650C.
• Gaya input (untuk memberikan a = 4,5
m/det2.) : 9 kg.
Setelah melakukan uji pudar diatas kemudian
kendaraan dipakai sejauh 1,6 km. Untuk
pendinginan, yang kemudian dilanjutkan
dengan uji pulih.
Pada uji pulih ini, kondisi pengujian
sama dengan uji pudar. Hanya pengamatan
dilakukan sebanyak 12 kali dan parameter yang
diamati sama, yaitu : stopping distance dan
temperatur akhir pada setiap henti. Disamping
itu juga dicatat temperatur udara sekeliling dan
waktu henti setiap pengamatan.
Gambar 6. Hasil perbandingan uji
pudar pertama
Gambar 7. Grafik perbandingan hasil uji pulih
pertama
Gambar 5. Grafik uji kikis
Lubi, Perancangan Kampas Rem 27
5. Uji kikis ulang pertama
Pada uji kikis ulang pertama ini kondisi
pengujian sama dengan uji kikis, tetapi jumlah
pengamatan yang dilakukan sebanyak 35 kali
dan parameter yang diamati sama dengan uji
kikis.
6. Uji pudar dan pulih kedua
Pada uji ini kondisi pengujian sama
dengan uji pudar dan uji pulih pertama.
7. Uji Kikis ulang kedua
Kondisi pengujian sama dengan uji kikis
ulang pertama.
8. Uji efektifitas akhir
Kondisi pengujian sama dengan uji
efektifitas pertama dan kedua
Gambar 8. Hasil perbandingan uji pudar
kedua
Gambar 10. Perbandingan Perlambatan yang
dihasilkan
Gambar 9. Hasil perbandingan uji pulih
kedua
Jurnal Teknik Mesin, Volume 1, Nomor 1, Mei 2001 28
9. Uji pulih air
Pada uji pulih air ini bertujuan untuk
mengamati efektivitas pengereman pada saat
kampas rem basah, dimana terlebih dahulu rem
dibasahi dengan air kemudian dilakukan
pengamatan dengan kondisi sebagai berikut :
• Jumlah pengamatan : 15 kali
• Kecepatan awal :40 km/jam
• Gaya input (untuk memberikan a =2,5
m/dee.) : 7 kg
5. Kesimpulan
Dari hasil pengamatan dari beberapa
Pengamatan diperoleh bahwa:
1. Penambahan alur pada kampas rem
mempunyai pengarufl yang lebih baik
terhadap karakteristik kampas, terutama
pada uji pudar dan uji pulih air, dan terjadi
penurunan pada uji efektivitas.
2. Kenaikan temperatur kampas modifikasi
relatif lebih rendah dibanding kampas
polos (standar).
3. Pada uji modifikasi 3 dan modifikasi 4
mempunyai perbedaan yang cukup berarti,
sedangkan pada uji pulih air semua
modifikasi mengalami kenaikan dimana
modifikasi 4 mengalami kenaikan
terbesar.
Referensi
[1] SAE Handbook, 1979, “Society of
Automotive Engineers Inc. 400
Commonwealth Drive”, Warrendale, Pa.
15096.
[2] Giles, J.G. “Vehicle Equipment,
Automotive Technology Series”, Vol.5.
[3] Wong LY, “Theory of Ground Vehicle”,
A.Willey Interscience Publication, John
Willey & Sons.
[4] Robinson, John, 1994, “Motorcycle
Tuning : Casis”, Second Edition, British
Library Cataloguing in Publication Data.
[5] Shigley, Joseph Edward, 1997,
“Mechanical Engineering Design”, First
Edition Mc. Graw-Hill Book Company.
[6] Deutschman, Aaron D, 1975, “Machine
Design Theory and Practice”, Macmillan
Publishing Co. Inc., New York.
Gambar 11. Perbandingan hasil uji
pulih air