Dunia Kereta - Mekanisme Air Brake

Setelah sebelumnya kita bahas tentang komponen pada air brake, sekarang kita pelajari mekanisme dari air brake itu. Ada beberapa mekanisme dalam aplikasi air brake yaitu brake release, brake applied, Brake Lap, dan Emergency Brake. Akan kita bahas satu persatu.

Brake Release

Ketika masinis menggeser tuas rem kea rah brake release maka tekanan pada brake pipe akan naik sehingga slide valve (di dalam triple valve) akan bergeser ke kiri. Pergeseran slide valve ini akan membuat aliran udara dari auxiliary reservoir tertutup, feed groove terbuka, dan exhaust terbuka. Feed groove terbuka artinya udara dari brake pipe akan mengisi kembali auxiliary reservoir. Sedangkan exhaust akan mengalirkan udara dari brake cylinder keluar sehingga piston pada brake cylinder terdorong kebelanga oleh pegas dan sepatu rem akan lepas dari roda.

Brake Applied

Ketika tuas rem pada posisi apllied maka tekanan udara pada brake pipe akan turun. Karena tekanan pada brake pipe lebih rendah dari tekanan pada auxiliary reservoir, maka slide valve akan bergeser ke kanan yang menyebabakan feed groove tertutup, exhaust tertutup dan auxiliary reservoir terhubung dengan brake cylinder. Udara bertekanan dari auxiliary reservoir inilah yang mendorong piston di brake cylinder untuk melakukan pengereman. Udara akan mengelir dari auxiliary reservoir menuju brake cylinder hingga tekanan udara di keduanya sama, inilah kondisi pengereman maksimum yang bisa dicapai. Biasanya brake cylinder memiliki volume 40 % dari total volume auxiliary reservoir.

Brake Lap

Apabila masinis menggeser tuas rem sehingga terjadi tekanan yang sama antara brake pipe dan auxiliary reservoir maka ini disebut kondisi brake lap. Pada kondisi ini, slide valve berada pada posisi di tengah sehingga feed grove dan exhaust tertutup dan udara dalam brake cylinder terperangkap. Hal ini menyebabkan udara bertekanan terperangkap pada brake cylinder pada nilai tertentu sehingga tuas rem terdorong pada jarak tertentu dalam kondisi tetap pada interval waktu tertentu.

Emergency Brake

Pada kondisi pengereman emergency, prosesnya sama dengan brake applied, hanya saja penurunan tekanan udara pada brake pipe berlangsung sangat cepat sehingga rem juga bekerja cepat. Bahkan biasanya pada beberapa triple valve dilengkapi dengan sensor yang dapat mendeteksi penurunan tekanan udara dengan sangat cepat ini dan membuang udara melalui triple valve, sehingga penurunan tekanan udara dapat dipercepat.

Reff:

[1] http://www.railway-technical.com/

[2] http://hudalogawa.blogspot.co.id/

Read More

Dunia Kereta - Komponen Air Brake

Setelah sebelumnya dibahas mengenai jenis - jenis pengereman, maka pada kesempatan ini akan kita pelajari lebih mendalam tentang air brake. Air brake atau pneumatic brake adalah pengereman yang memanfaatkan udara terkompresi. Air brake adalah standart fail-safe pengereman kereta di seluruh dunia. Pada kesempatan kali ini, akan kita pelajari bersama tentang komponen dan prinsip dasar air brake.

Gambar 1. Komponen air brake secara umum

1) Kompresor

Kompresor  berfungsi untuk memampatkan udara biasa menjadi udara bertekanan. Udara pada tekanan normal akan dipompa dan dimampatkan hingga tekanannya 5-10 bar tergantung sistem pengereman yang digunakan. Kompresor udara digerakkan oleh motor listrik, sistem hidrostatik, atau dikopel langsung dengan mesin kereta. Di Indonesia, aplikasi kompresor yang digerakkan motor listrik dapat dijumpai di KRDI, KRDE, maupun KRL. Sedangkan kompresor dengan sistem hidrostatis adalah pada lokomotif CC300 sedangkan kompresor yang dikopel langsung dengan engine banyak dijumpai di lokomotif CC20x.

2)  Main Reservoir

Tangki tempat menyimpan udara terkompresi yang dipakai untuk pengereman maupun keperluan lain seperti pintu pneumatic.

3) Driver Brake Valve

Driver barke valve atau tuas rem adalah tuas yang berfungsi untuk mengatur tekanan udara yang dimasukkan kedalam pipa pengereman. Dengan tuas rem inilah masinis mengatur tingkat pengereman air brake agar diperoleh pengereman yang sesuai harapan.

Gambar 2. Tuas Rem

4) Feed valve

Berfungsi untuk memastikan bahwa tekanan udara didalam pipa pengereman berada pada tekanan yang sesuai.

5) Equalising Reservoir

Pada rangkaian kereta yang panjang, perubahan tekanan udara akibat tuas rem yang dilakukan oleh masinis memerlukan waktu untuk respon, sehingga aka nada jeda waktu hingga rem benar – benar bekerja. Untuk itu, equalizing reservoir berfungsi untuk mengurangi atau bahkan menghilangkan jeda waktu tersebut.

6) Brake Pipe

Brake pipe atau pipa pengereman berfungsi untuk menyalurkan udara bertekanan dari kompresor ke distributor valve di seluruh rangkaian kereta. Ada dua sistem brake pipe yang dipakai, single pipe dan double pipe.

Single pipe

Seperti namanya, sistem ini hanya memakai satu pipa pengereman. Tekanan pada brake pipe skitar 5 bar. Sistem ini banyak dipakai pada kereta konvensional yang ditarik lokomotif. Udara bertekanan dihasilkan oleh kompresor yang berada di lokomotif kemudian disalurkan ke kereta hingga rangkaian paling belakang.

Gambar 3. Single pipe brake

Double pipe

Pada sistem ini menggunakan dua pipa pengereman yang menyalurkan udara bertekanan. Pada double pipe terdapat main reservoir pipe dan brake pipe, yang membedakan adalah tekanan udara pada main pipe bisa mencapai 10 bar. Main pipe terhubung langsung ke kompresor, brake pipe tidak. Main pipe, selain dipakai untuk sistem pengereman juga dipakai untuk menggerakkan pintu pneumatic atau untuk supply udara air suspension. Di indonesis sistem ini banyak dipakai di KRDI maupun KRDE.

Gambar 4. Double pipe brake

 7)  Angle cock

Angle cock adalah katub dipipa ujung setiap kereta. Katup ini dibuka untuk meneruskan udara bertekanan pada kereta selanjutnya atau ditutup jika berada pada kereta terakhir.

 8) Hoses

Adalah pipa karet lentur tetapi tebal yang dipakai sebagai penyambung pipa antar kereta.

Gambar 5. Hoses

 9)  Brake Cylinder

Merupakan piston untuk meneruskan gaya pengereman dari pipa brake menuju sepatu rem. Setiap kereta memiliki minimal satu brake silinder. Brake silinder ini disambungkan ke “brake ringging” yaitu suatu rangkaian mekanis yang mendistribusikan gaya pengereman ke masing – masing sepatu rem di tiap-tiap roda. Dengan adanya brake rigging maka jumlah penggunaan barke cylinder bisa dihemat.

Gambar 6. Brake Cylinder dan Brake Rigging

10) Auxiliary Reservoir

Merupakan tangki penyimpan udara yang berfungsi untuk mengisi brake cylinder ketika terjadi pengereman. Tangki ini akan terisi kembali dari brake pipe ketika rem release. Karena tangki ini perlu diisi kembali, maka apabila kereta dibiarakan dalam kondisi pengereman dalam jangka waktu yang lama, misalnya ketika kereta parkir, maka brake cylinder lama – lama akan kehilangan tekanan sehingga tidak terjadi pengereman lagi. Oleh karena itu, pada kereta selalu dilengkapi dengan rem parkir baik itu menggunakan cylinder terpisah dengan prinsip yang berkebalikan dengan brake cylinder atau dengan rem tangan(hand brake) manual.

11) Triple Valve/Distributor valve

Disebut triple valve karena valve ini memiliki tiga jalur yang menghubungkan brake pipe, auxiliaru reservoit, dan pipa yang menuju brake cylinder. Sedangkan distributor valve pada prinsipnya merupakan penyempurnaan dari triple valve. Prinsip kerja triple valve atau distributor valve adalah:

-      Ketika tekanan pada brake pipe lebih tinggi dari tekanan auxiliary reservoir maka akan terjadi pengisian udara ke auxiliary reservoir dan membuka lubang exhaust silinder rem sehingga rem akan release.

-      Ketika tekanan di brake pipe lebih rendah dari tekanan di auxiliary reservoir maka akan menutup lubang exhaust brake cylinder dan melewatkan udara dari auxiliary reservoir ke brake cylinder sehingga terjadi pengereman.

-       Apabila tekanan brake pipe dan auxiliary reservoir sama maka akan menahan tekanan pada auxiliary reservoir dan brake cylinder pada level tekanan tertentu.

Gambar 7. Triple valve

Demikian komponen – komponen pada air brake selanjutnya mekanisme kerja air brake akan dibahas pada artikel Mekanisme Air Brake.

Reff:

[1] http://www.railway-technical.com/

[2] http://www.indoflyer.net/Forum/tm.asp?m=485684&mpage=3

[3] http://hudalogawa.blogspot.co.id/

[4] http://cs.trains.com/mrr/f/13/t/156670.aspx

[5] http://trainiax.net/mephotosearchresults.php?p_type=EMD%2CFL9

[6] http://www.tsb.gc.ca/eng/rapports-reports/rail/2011/r11v0257/r11v0257.asp

Read More

Dunia Kereta - Jenis Sistem Pengereman

Tujuan dari pengereman adalah untuk mengurangi kecepatan kereta, baik untuk mencapai kecepatan tertentu atau bahkan untuk membuat kereta berhenti. Secera umum, pengereman dilakukan dengan mengubah energi gerak/kinetic kereta menjadi sebuah kerja mekanik yakni gesekan yang akhirnya menghasilkan panas.

Sistem pengereman yang baik adalah yang aman, efektif dalam mengurangi kecepatan kereta atau menghentikan kereta selain itu selain itu operasional dan performanya tidak terpengaruh oleh kondisi lingkungan. Sistem pengereman yang tersentral, dikendalikan oleh masinis, dan transmisi nya ke kereta yang ditarik harus simple, aman, dan efektif.

Berikut beberapa jenis dari sistem pengereman yang dipakai di kereta api:

1)  Handbrake

Adalah pengereman yang dilakukan dengan memutar tuas/handle dengan tangan, sehingga disebut handbrake. Saat ini biasanya dipakai untuk rem parker kereta penumpang.

Gambar. Handbrake handle

2)  Pneumatic Brake

Pengereman yang memanfaatkan tenaga udara bertekanan yang diperoleh dari compressor. Pada sistem ini perubahan tekanan pada pipa command akan menyebabkan  variasi tenaga pengereman. Energinya disalurkan melalui pipa. Merupakan jenis pengereman yang paling banyak di pakai di kereta api.

3)  Elektro-pneumatic Brake

Pengereman ini prinsipnya sama dengan pneumatic brake, yang membedakan adalah command pengereman menggunakan sinyal elektrik. Untuk memfasilitasi pengereman ini dipakai Elektro Magnetiv Valve (EMV). Di Indonesia biasanya dipakai di kereta – kereta berpeggerak.

Gambar. Elektromagnetic Valve

4) Rail(Track) Brake

Pengereman ini memanfaatkan gaya electromagnet. Yakni dengan membangkitkan gaya electromagnet, yang berlawanan dengan arah gerak kereta, pada kumparan yang dialiri arus listrik.

5) Elektric Braking

Pengereman ini memanfaatkan prinsip kerja motor traksi yang bisa diputar berkebalikan arah. Dengan memanfaatkan teknologi control motor, maka ketika terjadi pengereman motor traksi bisa diubah menjadi generator. Generator ini akan mengubah energi gerak kereta menjadi energi listrik. Jika energi listrik ini dibuang ke resistor menjadi panas maka disebut rheostatic braking. Jika energi listrik hasil braking disimpan di batarai/ capasitor atau disalurkan ke kereta lain maka disebut regenerative braking.

Gambar. Braking resistor

6) Hydraulic Braking

Yakni pengereman yang memanfaatkan oli hidrolik. Jika pengereman memanfaatkan tekanan dari oli ini maka disebut hydrostatis. Jika energi kinetic kereta diubah untuk memutar pompa hydrolik maka disebut hydrodymamic.

Demikian pengantar tentang sistem pengereman pada kereta api. Selanjutnya akan dibahas cara kerja dari beberapa jenis pengereman diatas. Nantikan artikel selanjutnya.

Reff:

[1] https://railgallery.wongm.com/kuranda-scenic-railway/F108_0685.jpg.html

[2] http://hudalogawa.blogspot.co.id/

[3] https://www.aliexpress.com/popular/electromagnetic-valve-train.html

[4] https://www.megaresistors.com/products/dynamic-braking-resistor/

Read More

Dunia Kereta - Kereta Hybrid

Setelah sebelumnya kita pelajari bersama tentang kendaraan hybrid beserta konfigurasi/ susunannya dan juga cara kerjanya secara umum, Mengenal Kendaraan Hybrid, maka pada kesempatan kali ini kita akan berkenalan dengan kereta hybrid. Teknologi hybrid sebenarnya sudah lama merambah ke dunia perkeretaapian. Akan tetapi, masih jarang kita dengar karena di Indonesia sendiri belum ada lokomotif ataupun kereta hybrid ini. Sedangkan untuk mobil hybrid, di Indonesia sudah banyak, sehingga kita mungkin lebih familiar.

Pada kesempatan ini akan kita pelajari bersama bagaimana prinsip kerja kereta hybrid. Kereta hybrid sendiri meliputi lokomotif hybrid dan kereta berpenggerak hybrid. Untuk mempermudah pemahaman akan kita bahas untuk lokomotif hybrid.

Prinsip kerja kereta hybrid

Kendaraan hybrid adalah kendaraan yang memiliki dua sumber energi untuk bergerak. Seperti dijelaskan pada artikel mengenai kendaraan hybrid, prinsip kerja kereta hybrid tidak jauh berbeda. Ada konfigurasi/susunan seri, parallel, dan seri -  parallel. Disini akan dibahas sekilas tentang prinsip kerja kereta hybrid Thosiba HD300 yang memiliki konfigurasi seri.

Seperti dapat dilihat pada ilustrasi gambar diatas, gambar ‘a’ adalah ketika kondisi powering (kereta berjalan dipercepat atau juga kondisi kecepatan konstan) sedangkan gambar ‘b’ adalah kondisi ketika braking (pengereman). Ketika powering, maka motor traksi memerlukan energi/daya untuk bergerak. Daya ini akan disuplai oleh engine atau baterai, atau bahkan keduanya tergantung kebutuhan. Dalam artian, ketika energi yang dibutuhkan kecil maka bisa diambilkan dari baterai dengan syarat baterai tidak habis (dalam istilah teknik SOC baterai tidak nol. SOC (State of Charge) melambangkan kondisi baterai SOC=100 % berarti  baterai penuh, sedangkan SOC = 0 % berarti baterai habis energinya ). Ketika daya diambilkan dari baterai, maka engine dapat dimatikan sehingga lebih hemat BBM dan juga mengurangi kebisingan kereta, apalagi kondisi kereta di stasiun. Ketika kebutuhan energi tidak mampu disuplai baterai, baik karena kebutuhan energi yang terlalu besar atau karena kondisi SOC baterai mendekati batas bawah, maka energi bisa diambil dari engine. Sedangkan ketika kebutuhan energi besar, misalnya ketika ditanjakan, maka kereta dapat mengambil energi baik dari engine dan juga beterai. Kondisi kapan pemakaian sumber energi ini didesain sesuai tujuan kereta dibuat.

Sedangkan ketika kondisi braking, gambar ‘b’, regenerative braking digunakan untuk mendapatkan energi hasil pengereman dengan megubah motor traksi menjadi generator. Energi listrik hasil pengereman ini disimpan dibaterai sehingga tidak terbuang dan dapat dimanfaatkan lagi.Mungkin ada pertanyaan, ketika regenerative braking, apakah arus listrik bisa mengalir balik melewati inverter (VVVF), dan menjadi arus DC untuk bisa disimpan dibaterai? Untuk bisa melakukanya, maka dipilih inverter bi-directional. Artinya inverter tersebut bisa mengubah listrik AC menjadi DC dan listrik DC menjadi AC, maka dikatakan sebagai bi-direksional. Ketika arus hasil pengereman ini terlalu besar sehingga melewati batas arus charging baterai, atau ketika kondisi baterai penuh meskipun arus pengeremannya kecil, maka chopper akan memutus aliran listrik ini dan diarahkan ke brake resistor untuk dibuang menjadi panas. Setelah kondisi arus tidak melewati batas maksimum charging baterai atau ketika baterai kosong, maka listrik hasil pengereman akan kembali disimpan ke baterai. Kondisi ini sepenuhnya sudah dikendalikan oleh controller.

Contoh Lokomotif Hybrid

Thosiba HD300 Series (Jepang)

Lokomotif HD300 adalah tipe Bo-Bo. Dikembangkan oleh Thosiba pada Maret 2010. Teknologi hybrid yang dipakai adalah diesel-battery, sedangkan konfigurasinya seri. Tujuan dikembangkannya lokomotif ini adalah untuk mengurangi polusi BBM dan mengurangi polusi suara. Kereta ini dibuat dengan konsep modular, artinya masing – masing komponen bisa diganti jika mengalami kerusakan tanpa harus mengganti seluruh sistem. Baterai yang dipakai adalah Lithium-Ion LIM30H-8A buatan GS Yuasa. Lokomotif ini disebutkan mampu mengurangi emisi NO hingga 62 %, hemat konsumsi bahan bakar hingga 36 %, dan polusi udara berkurang hingga 22dB dibansing lokomotif konvensional.

TEM9H Sinara Hybrid (Rusia)

TEM9H merupakan kereta hybrid pertama di Rusia yang merupakan pengembangan dari lokomotif disek TEM9. Susunan bogie lokomotif ini Bo-Bo. Lokomotif ini diklaim mampu mengurangi konsumsi bahan bakar hingga 40 % dan  emissi hingga 55 %.

Railpower GG20B Green Goat (Kanada)

Lokomotif ini dikembangkan oleh Railpower Technologies pada 2001. Sistem kerja hybridnya ditunjukkan pada gambar dibawah. Engine hanya dipakai untuk charge baterai, sedangkan sistem propulsinya mengambil energi listrik dari baterai. Keunggulan sistem ini adalah: Lebih efisien bahan bakar karena ketika kondisi kereta idle, tidak ada losses yang besar dari engine. Kereta ini diklaim mampu menghemat bahan bakar hingga 40 – 70% dan mengurangi emisi hingga 80-90%.

 GE Evolution Hybrid (USA)

Kereta hybrid GE ini diproduksi pada tahun 2007. Tipe bogienya Co-Co. Didesain untuk mengurangi konsumsi BBM dan emisi udara, kereta ini dilengkapi dengan mesin disel empat tak GEVO dan Sodium Metal-Chloride baterai. Disebutkan bahwa kereta ini mampu mengurangi konsumsi bahan bakar hingga 15 % dan emisi hingga 50%.

Alstom BR 203H (German)

Lokomotif shuntung ini dilaunching pada 2006, yang merupakan pengembangan dari lokomotif BR203. Prototipenya dilengkapi dengan 200 kW genset dan 350 kW baterai modul. Konfigurasi hybrid yang dipakai adalah parallel. Bersumber dari Alstom, kelebihan dari lokomotif ini adalah hemat bahan bakar hingga 40 %, reduksi emisi hingga 50 %, dan polusi suara berkurang hingga 10 dB.

Rada 718 (Ceko)

Rada 718 dibuat oleh CKD Praha pada 1986. Dilengkapi dengan engine 189 kW dan 360 kW baterai Ni-Cd. Berdasarkan pngujian lokomotif ini mampu mengurangi konsumsi bahan bakar hingga 20 – 30 % dibanding loomotig standart.

Raba Mk 48 Hybrid (Hungaria)

Raba Mk 48 hybrid adalah modifikasi dari lokomotif Raba Mk 48. Dilengkapi mesin cumins QSB6.7 dan baterai Lithium-Iron-Phosphate.

Berikut data perbandingan dari beberapa contoh lokomotif yang sudah disebutkan, meliputi massa kereta, susunan roda, konfigurasi hybrid dan lain sebagainya.

Ref:

Konarzewski, Marcin, dkk. Hybrid Locomotives Overview of Construction Solutions. Journal of KONES Powertrain and Transport. Vol.20.No.1.2013.

Read More