Dunia Kereta - Sistem Propulsi KRDH

Setelah sebelumnya dibahas tentang multiple unit maka pada kesempatan kali ini akan kita pelajari bersama tentang sistem propulsi KRDH (Kereta Rel Diesel Hidrolik). KRD adalah penamaan untuk DMU(Diesel Multiple Unit) di Indonesia. Sedangkan KRD sendiri berdasarkan transmisinya dibagi dua yaitu KRDH yang memiliki transmisi hidrolik dan KRDE(Kereta Rel Diesel Elektrik) yang mana memiliki transmisi elektrik. KRDH dan KRDE memiliki transmisi yang berbeda, ini berarti sistem propulsi KRDH dan KRDE berbeda, sedangkan sistem auxiliary antara keduanya bisa sama.

Berikut skema sederhana dari sistem propulsi KRDH:

Penjelasan dari gambar diatas adalah: Mesin diesel sebagai sumber tenaga utama. Putaran dari shaft mesin diesel ini kemudian dicouple ke turbo transmisi dan pompa hidrostatis. Keduanya merupakan transmisi hidrolik, perbedaannya adalah rasio transmisi yang berbeda. Gardan shaft adalah penerus gerakan dari turbo trasmisi, yang biasaya terletak di dekat mesin diesel, menuju ke gearbox dan roda yang berada di bogie. Sedangkan gearbox diperlukan untuk mengubah arah putaran dari gardan shaft sehingga sesuai dengan arah gerak roda, selain itu gearbox dengan perbandingan tertentu dipakai untuk mengubah (memperbesar/ memperkecil) nilai torsi dari putaran gardan shaft sehingga sesuai dengan torsi yang diperlukan roda untuk berputar.

Gambar. Diesel engine yang terhubung turbo transmisi [1]

Gambar. Gardan shaft [2]

Gambar. Gearbox [3]

Mungkin ada pertanyaan, Kenapa perlu adanya transmisi, kenapa dari shaft mesin diesel tidak dihubungkan langsung ke gardan shaft? Transmisi diperlukan untuk mengatur output torsi dari mesin diesel. Dalam pelajaran fisika telah dipelajari bahwa kecepatan berbanding terbalik dengan torsi, dimana kecepatan besar akan memiliki torsi yang kecil dan sebaliknya. Output putaran dari shaft mesin diesel ini memiliki kecepatan yang tinggi, dan tentunya torsinya rendah, sehingga untuk menaikkan torsi tersebut dipasanglah suatu sistem transmisi yang menghasilkan output torsi yang besar (walaupun kecepatan turun). Torsi, bisa diibaratkan tenaga gerak, yang besar diperlukan ketika awal pergeraka kereta, sedangkan ketika kereta sudah berjalan kebutuhan torsi berkurang seiring dengan  naiknya kecepatan. Lebih jelasnya bisa kita ibaratkan sepeda motor, sepeda motor umumnya memiliki 4 gigi transmisi. 4 gigi transmisi  ini memiliki output torsi yang berbeda meskipun dihubungkan dengan mesin yang sama. Gigi 1 memiliki torsi yang paling besar sehingga ketika awal gerak kita pasti memakai gigi 1. Gigi 2 dan 3 output torsinya berkurang, dan pada gigi 4 biasanya merupakan murni putaran engine tanpa ada konversi torsi di transmisi. Dapat kita bedakan kan bahwa ketika gigi 1 motor memiliki tenanga(torsi) yang besar tetapi tidak bisa dipakai untuk kecepatan tinggi dan sebaliknya pada gigi 4 motor tanaganya rendah (tidak kuat untuk tanjakan) tetapi dapat memiliki kecepatan yang tinggi di lintasan datar.

Selanjutnya, output dari pompa hidrostatik dipakai untuk memutar altenator dan kipas radiator. Alternator adalah penghasil listrik yang diperlukan untuk keperluan auxiliary. Sedangkan kipas radiator diperlukan sebagai pendingin (cooler).

Sistem propulsi ini biasanya terletak di underframe (bawah lantai) pada KRDH. Sistem ini secara umum sama dengan yang dipakai di lokomotif DH(Diesel Hidrolik), hanya saja kapasitas engine dan lainya pada lokomotif DH lebih besar. Demikian sekilas tentang sistem propulsi pada KRDH. Tunggu pembahasan selanjutnya untuk sistem propulsi pada KRDE dan KRL.

Gambar. Contoh KRDH, Banyu Biru [4]

Ref:

1. http://www.bangshift.com/forum/forum/bangshift/tech-section/41091-duramax-transmission-options
2. https://en.wikipedia.org/wiki/Drive_shaft
3. https://en.wikipedia.org/wiki/Differential_(mechanical_device)
4. http://pariwisata.jogjakota.go.id/index/extra.detail/2084/yogyakarta-semarang-solo-dengan-ka-banyubiru.html

Read More

Dunia Kereta - Tilting Train (Kereta Miring)

Pada artikel kali ini mari kita berkenalan dengan tilting train. Apakah itu tilting train? Tilting train adalah kereta yang apabila melewati belokan dapat memiringkan badannya (body kereta) sehingga disebut juga kereta miring. Kenapa kereta ini harus miring yakni agar kecepatan kereta ditikungan dapat lebih tinggi. Agar lebih jelas, ilustrasi sederhanya adalah, ketika kalian naik mobil kemudian berbelok, maka badan kalian akan terlempar kea rah sebaliknya. Jika mobil berbelok ke kanan, pasti badan kalian akan terlempar ke kiri, begitupun sebaliknya. Kenapa hal ini terjadi? Hal ini terjadi karena adanya gaya sentrifugal yang arahnya keluar dari pusat lingkaran belokan kita. Jika pada mobil saja yang mungkin kecepatan ketika membeloknya maksimum 100 km/jam, bagaimana dengan kereta?

Bagi yang sudah membaca artikel sebelumnya tentang batas kecepatan maksimumkereta ditikungan, mungkin akan bertanya, bukankah sudah ada cant(superelevasi) yang akan meredam gaya sentrifugal tersebut? Jawabanya benar. Lantas kenapa perlu tilting train? Dengan adanya teknologi tilting train, maka kecepatan maksimum kereta di tikungan yang sudah terdapat cant dapat ditingkatkan.

Pada teknologi tilting train, ketika kereta berbelok, maka badan(body) kereta akan miring, misal ketika berbelok ke kanan, maka bagian kiri kereta akan terangkat naik, begitupula sebaliknya. Mekanisme ini dilakukan untuk menahan gaya sentrifugal. Hal ini terlihat jelas seperti yang dilakukan pembalap moto-gp ketika dibelokan.

Gambar. Tilting train dan pembalap moto-gp

Ada dua metode tilting, yaitu: pasivedan active. Pasive tilt atau disebut juga Natural tilt bekerja berdasarkan hukum fisika dimana pusat tilt (kemiringan) berada segaris dengan pusat massa dari kereta api. Pada lintasan menikung, karena adanya gaya sentrifugal maka bagian kereta yang berada disisi luar tikuangan akan mengayun keluar. Dengan mekanisme khusus yang ada di bogie, maka body kereta akan mengayun menyesuaikan. Mekanisme pasive tilt diilustrasikan pada Gambar.

Gambar. Gaya yang bekerja pada tilt train

Gambar. Mekanisme pasive tilt

Keunggulan dari pasive tilt adalah:

• Sistemnya simple
• Lebih murah
• Kontrol sistemnya lebih mudah

Kekurangan dari pasive tilting adalah:

• Gerakan tilt/miring dan kembali semula lambat kerena adanya inersia body kereta yang besar, gerakan yang lambat ini tidak nyaman bagi penumpang
• Pusat tilt terlalu tinggi yang menyebabkan pergeseran pusat massa kereta yang memungkinkan kereta bisa terguling
• Gerakan yang didesain alami ini sulit dilakukan jika body kereta lebar, padahal semakin lebar menambah daya tampung dan lebih menguntungkan

Sedangkan pada active tilt kemiringan sengaja dibuat dengan memanfaatkan sensor dan aktuatur (elektrik atau hidrolik) yang akan membuat body kereta miring ketika berada di tikungan.

Gambar. Mekanisme active tilt

Kelebihan dari active tilt pada dasarnya adalah kebalikan dari pasive tilt yaitu:

• Gerakan tilt bisa diatur sehingga lebih nyaman
• Lebih aman dari resiko kereta terguling
• Dan desain body dapat lebih lebar dibanding kereta pasive tilt

Sedangkan kekurangan active tilt adalah:

• Sistemnya rumit
• Biayanya mahal
• Dan kontrolnya lebih sulit dibanding pasive tilt

Pasive tilt banyak dikembangakan di Jepang dan tentunya pasive tilt yang modern juga disertai sensor dan kontrol yang canggih. Sedangkan active tilt banyak dikembangkan di Eropa. Berikut data perbedaan antara pasive tilt di jepang dan active tilt di eropa menurut Hitachi:

Gambar. Perbandingan teknologi tilt Jepang dan Eropa

Ref:

1. http://www.hitachi-rail.com/products/rolling_stock/tilting/feature05.html
2. https://kukuhthoriq.wordpress.com/2010/12/28/kereta-berteknologi-modern-untuk-indonesia/
3. Rickard Persson, Tilting trains: Enhanced benefits and strategies for less motion sickness, Doctoral thesis, Royal Institute of Technology (KTH), Aeronautical and Vehicle Engineering, Rail Vehicle, Stockhom
4. http://www.allposters.co.uk/-sp/Pendolino-Tilting-Train-Posters_i9990238_.htm

Read More

Dunia Listrik - Scalar Control

Pada artikel kali ini akan dibahas mengenai dasar scalar control. Apa itu scalar control? Scalar control adalah salah satu metode control motor AC yang paling sederhana. Dari namanya scalar control pasti kalian bertanya, jika ada scalar control ada vector control juga kah? Jawabanya adalah iya. Lantas apakah perbedaan antara scalar control dan vector control? Dari namanya scalar dan vector sudah terlihat jelas bahwa scalar hanya memiliki nilai sedangkan vector memiliki nilai dan arah. Demikian pula pada scalar control pengendalian yang dilakukan hanya dengan input nilai tanpa memperhatikan arah, sebaliknya pada vector control, selain memperhatikan input nilai, vector control juga memperhatikan arah dengan menggunakan transformasi – transformasi untuk proyeksi arahnya. Lebih jelas tentang vector control akan dibahas pada artikel selanjutnya.

Skema scalar control dapat dilihat pada Gambar 1. Input control merupakan kecepatan sudut yang diinginkan. Input ini kemudian masuk kedalam look-up table yang berisi grafik kecepatan-voltage, Gambar 2. Dari grafik tersebut kita akan tau pada kecepatan tertentu berapa voltage yang harus diberikan ke motor. Data tabel ini dapat diperoleh dari data sheet motor, jika ada, atau dari percobaan sederhana dengan menginputkan tegangan tertentu kita ukur berapa kecepatan yang keluar dari motor. Selain masuk ke look-up table, input kecepatan ini juga diintegralkan sehingga diperoleh sudut. Sudut ini digunakan untuk memperoleh gelombang sinus 3-phase dengan menggunakan formula seperti ditunjukkan blok selanjutnya. Setelah itu selanjutnya masuk PWM Generator untuk mendapatkan sinyal PWM (Pulse Wide Modulation). Sinyal PWM inilah yang akan mengontrol switching inverter sehingga diperoleh listrik AC dari supply DC. Misal pada Gambar 1 supply DC yang digunakan adalah third rail.

Gambar 1. Scalar control – open loop

Gambar 2. Grafik hubungan tegangan dan frekuensi

Penjelasan tambahan untuk Gambar 2. Karena grafik ini adalah hubungan antara tegangan (volt) dan kecepatan/ frekuensi (Hz), maka sering kali scalar control disebut juga dengan V/Hz control. We adalah kecepatan sudut. We-b adalah kecepatan sudut base, biasanya pada motor tertulis frekuensi, itu adalah frekuensi base yang bisa dikonvert ke We-base. Vs adalah stator voltage. Vo adalah voltage booster yang ditambahkan agar motor bisa memiliki torsi maksimum pada kecepatan rendah, tanpa Vo maka pada kecepatan rendah Vs bisa mendekati nol sehingga ada kemungkinan motor tidak berputar.

Gambar 3. Scalar control – close loop

Scalar control pada Gambar 1 sebenarnya sudah cukup untuk mengatur kecepatan motor AC yang tidak memerlukan kepresisian tinggi, misalnya kipas blower. Akan tetapi, jika kepresisian diperlukan misalnya pada rolling mill atau untuk motor traksi penggerak kereta api maka skema scalar control dapat dibuat close loop seperti Gambar 3. Dengan adanya tambahan feedback dan controller pada skema close loop ini, maka kepresisian control dapat ditingkatkan. Pada skema scalar control pertama, open loop, tidak memiliki feedback sehingga error yang terjadi tidak dapat dikoreksi. Blok limiter yang terletak setelah controller dipakai untuk membatasi torsi input yang diberikan ke motor.

Scalar control – close loop ini dulu juga dipakai untuk control motor traksi pada kereta api, tetapi semenjak ditemukan vector control yang memiliki presisi yang tinggi, scalar control mulai ditinggalkan. Beberapa kereta api produk lama masih memakai metode scalar control close loop ini.

Read More

Dunia Kereta - Multiple Unit (MU)

Pada artikel kali ini akan kita pelajari bersama tentang multiple unit(MU). Apakah itu multiple unit? Secara arti kata multiple unit berarti banyak unit. Dalam perkeretaapian, istilah multiple unit dipakai untuk menyatakan suatu rangkaian kereta yang terdiri dari kereta berpenggerak (memiliki penggerak) yang biasanya disebut motor car (M) dan  kereta penumpang disebut juga trailer car (T). Lantas, apakah perbedaan dengan kereta yang ditarik lokomotif(kereta loko), bukankan itu terdiri dari kereta berpenggerak dan kereta penumpang? Perbedaan antara MU dan kereta lokomotif adalah, kereta berpenggerak pada MU,M, juga bisa ditempati penumpang, sedangkan lokomotif tidak. Selain itu, kereta M juga memiliki daya yang lebih rendah daripada lokomotif. Lebih jelas tentang perbedaan antara MU dan kereta berlokomotif bisa dilihat pada ilustrasi berikut:

Ilustrasi MU dan Kereta Loko

Keterangan gambar:

Tc (Trailer Cabin) adalah Trailer car yang juga memiliki cabin masinis. KP (Kereta Penumpang). KM(Kereta Makan). BP (Kereta Pembangkit). Bogie warna putih adalah bogie tanpa penggerak. Bogie warna hitam adalah bogie dengan penggerak. MU terdiri dari lebih dari 1 set, dimana setiap set terdiri dari M dan T.

Berdasarkan gambar diatas terlihat jelas perbedaan antara MU dan kereta loko, yakni pada MU kereta berpenggerak memiliki daya kecil dan tersebar, sedangkan pada kereta loko, daya penggerak terfokus pada loko. Dari sini muncul istilah distributed power untuk MU, dan centralized power untuk kereta loko.

Berikut beberapa kelebihan dari sistem multiple unit dibanding sistem kereta loko:

• Lebih Effisien, karena penggerak terdistribusi sehingga daya lebih tersebar merata
• Kemampuan melewati tanjakan lebih baik
• Akselerasi yang lebih tinggi karena rasion daya terhadap berat dan rasio adhesi(gaya gesek) terhadap berat lebih tinggi
• Mudah berbalik arah, hampir semua MU memiliki cabin disetiap ujungnya
• Jika terjadi kegagalan disatu M, maka masih ada M lain sehingga kereta masih bisa berjalan walau lebih pelan
• Beban gandar yang lebih kecil, kerana mesin penggerak tersebar di beberapa M

Sedangkan kekurangan sistem MU adalah:

• Maintenance, perawatan kereta loko lebih mudah karena penggerak hanya ada satu di loko
• Jika loko rusak maka dapat diganti tanpa menurunkan penumpang, sedang jika M rusak maka penggantiannya harus menurunkan penumpang
• Penumpang antar set pada MU tidak bisa berpindah
• Noise, kebisingan pada MU lebih terasa karena mesin penggerak berada di underfloor M

Konsep multiple unit bisa diaplikasikan pada kereta diesel maupun listrik sehingga muncul istilah Diesel Multiple Unit (DMU) dan Electric Multiple Unit (EMU). Sekarang telah banyak kereta yang mengadopsi sistem multiple unit, seperti ICE 3 EMU di Jerman, TGV POS EMU di Prancis, Shinkansen 500 EMU di Jepang, KRL KfW EMU di Indonesia. KRDI DMU di Indonesia, KiHA 283 DMU di Jepang.

KRL KfW, EMU buatan PT INKA Madiun

Read More