Perancangan Anticlimber sebagai Perangkat Crashworthiness untuk Kereta Penumpang Indonesia

1 Pendahuluan

Kereta api merupakan salah satu moda transportasi berbasis rel yang memiliki kehandalan yang relatif tinggi dibandingkan dengan moda transportasi darat yang lain. Kehandalan kereta api disebabkan oleh biaya bahan bakar per kilometer yang relatif lebih rendah dari moda transportasi darat lain, bebas macet, lebih tepat waktu dan memiliki kapasitas angkut yang besar. Melihat keunggulan tersebut, minat masyarakat Indonesia dalam menggunakan kereta api terus meningkat. Berdasarkan data dari Badan Pusat Statistik tercatat sepanjang tahun 2017 sekitar 90,5 juta orang menggunakan jasa kereta api [1].

Kapasitas yang besar dalam sekali angkut dan kecepatan operasi yang relatif tinggi sekaligus memberikan potensi dampak yang besar juga jika terjadi kecelakaan. Terbukti, sepanjang tahun 2010 hingga 2016 tercatat total 35 kecelakaan kereta api di Indonesia, dengan korban jiwa hingga 55 orang meninggal dan 240 orang luka [2]. Dari tiga puluh lima kecelakaan, terdapat sembilan kecelakaan dengan kategori tumburan, baik antar muka, maupun tabrak belakang.

Tidak hanya di Indonesia, di negara maju pun, meski sudah dilengkapi perangkat pencegahan yang canggih, kecelakaan dalam bentuk tumburan sejalur juga masih saja terjadi, seperti yang terjadi akhir-akhir ini di Jerman dan Polandia, sebagaimana dapat dilihat pada Gambar 1. Pada kasus pertama, terjadi tabrakan antar kereta penumpang cepat di kota Bad Aibling, Jerman pada Februari 2016 yang menyebabkan 11 korban meninggal [3]. Tabrakan diperkirakan terjadi pada kecepatan impak masing-masing 100 km/jam (kecepatan relatif kurang lebih 200 km/jam). Dengan kecepatan tabrak setinggi itu, jumlah korban tersebut dapat dikatakan rendah, kemungkinan besar karena kereta di Eropa sudah menerapkan teknologi crashworthiness, sebagaimana diwajibkan oleh Uni Eropa. Pada kasus kedua, 2 rangkaian kereta api bertumburan dalam satu jalur yang sama di kota Szczekociny, Polandia akibat salah satu rangkaian berjalan di jalur yang salah, mengakibatkan 16 orang meninggal dan 58 terluka pada 3 Maret 2012 [4].

Tumburan antar kereta di Jerman dan Polandia tersebut di atas adalah dua dari sekira 490 kecelakaan kereta api di seluruh dunia dalam kurun 2010 – 2019 [5]. Dari seluruh kecelakaan kereta api, kecelakaan sejalur masih banyak terjadi, meski dengan berbagai usaha pencegahan yang sudah diterapkan. Oleh karena itu, selain pendekatan keselamatan aktif untuk mencegah terjadinya kecelakaan, usaha untuk mengurangi dampak terjadinya kecelakaan masih diperlukan, yang dikategorikan sebagai pendekatan keselamatan pasif, biasanya dengan menerapkan teknologi crashworthines pada perancangan kereta penumpang. Berdasarkan latar belakang tersebut di atas, serangkaian riset, pengembangan dan penerapan teknologi crashworthiness sedang dilaksanakan untuk kendaraan rel pada umumnya dan kereta api pada khususnya.

Gambar 1 Contoh kecelakaan tumburan antar kereta api di luar negeri: a) tumburan kereta penumpang sejalur di Bad Aibling, Jerman [3], b) Tumburan 2 kereta di Szczekociny, Polandia [4]

Sebagai komponen penting dalam teknologi crashworthiness di kereta api, anticlimber berfungsi mencegah terjadinya fenomena tumpang tindih (overriding), yaitu terangkatnya salah satu kereta dan menimpa kereta terdekat saat terjadi tumburan sejalur, baik berhadapan (head to head), maupun tabrak belakang, sebagaimana dapat dilihat dari Error! Reference source not found.. A kibat tumpang tindih ini, penumpang terutama yang duduk di bagian ujung kereta yang tertimpa kereta lain akan mengalami risiko kecelakaan yang signifikan. Dampak lain dari tumpang tindih ini adalah terjadinya derailment, yang berdampak terlemparnya penumpang di dalam kereta dan berisiko mengalami cedera akibat impak sekunder, yaitu impak antara penumpang dengan bagian interior kereta. Di makalah ini, dilaporkan pengembangan rancangan produk anticlimber pada kereta api, meliputi pengembangan alternatif rancangan, perancangan geometri sesuai rancangan kereta api produksi nasional, pemilihan material, hingga analisis efektifitas rancangan pada kasus tumburan kereta api berdasarkan standar BS EN 15227:2008.

2 Teknologi Crashworthiness di Kereta Penumpang

Teknologi crashworthiness diterapkan dalam suatu crash energy management, yang mengatur bagaimana energu akibat impak tabrakan dapat disalurkan ke komponen dan struktur yang dapat penyerap energi impak semaksimal mungkin dan mengurangi dampak kerusakan struktur di area penumpang. Dua contoh konsep penyerapan energi impak untuk kereta api telah diusulkan oleh Mayville et al [6] dan Starlinger et al [7]. Pada contoh pertama, sebagaimana pada Gambar 1.a, energi impak pertama diterima menjadi gaya kompresi draft gear hingga draft gear tidak bisa menyerap energi lagi, yang dilanjutkan ke komponen pushback

coupler. Saat pushback coupler sudah tidak mampu menyerap energy lagi (fully deformed), gaya ditransmisikan ke shear bolts yang terdapat pada struktur sliding sill hingga shear bolts putus pada tahapan tertentu sehingga sliding sill masuk ke dalam struktur dan gaya diteruskan ke primary energy absorber. Sisa energi impak, selanjutnya diteruskan ke struktur penumpang kereta yang diharapkan tidak terlalu tinggi lagi. Sementara itu, pada konsep kedua, sebagaimana dapat dilihat pada Gambar 1.b, penyerapan energi impak tahap pertama terjadi ketika coupler menerima beban tekan dan diteruskan ke draft gear dan pushback coupler hingga bagian coupler mundur dan crash module saling bertemu di bagian anticlimber-nya. Selanjutnya, penyerapan energi impak terjadi pada crash box dan A-Pillar dan upper frame, sebelum mencapai struktur di area penumpang.

Gambar 1. Konsep Crash Energy Management: a) Mayville et al [6], dan b) Starlinger et al [7].

Diinspirasi oleh kedua contoh konsep penyerapan energi impak ini, aplikasi crashworthiness untuk perkeretaapian di Indonesia telah disusun, sebagaimana dilaporkan dalam Dharma et al [8] dan hasil simulasi analisis crashworthiness dilaporkan dalam Setiawan dan Pamintori [9]. Konsep crash energy management untuk kereta di Indonesia dirancang terdiri dari komponen-komponen utama anticlimber, modul penyerap impak, mekanisme geser pada struktur dasar di crash zone area. Secara prinsip, jika terjadi tumburan, anticlimber berfungsi menahan gerakan relatif vertikal antar kereta, untuk mencegah tumpang tindih, sehingga energi impak akan tetap terarah secara longitudinal. Ketika gaya tumburan mencapai tingkat tertentu, baut pengaman pada mekanisme geser pada struktur dasar di crash zone area bergeser dan mendesak modul penyerap impak utama sehingga dapat menjalankan fungsinya untuk menyerap energi impak. Guna memastikan kolaps pada bagian ujung kereta, beberapa struktur dirancang lebih mudah untuk kolaps dalam arah longitudinal.

Efektifitas keseluruhan sistem crashworthiness dapat dievaluasi berdasarkan beberapa standar crashworthiness di dunia, antara lain CFR 238.201[10], CFR 238.403 [11], BS EN 15227:2008 [12], dan AS 7520.3 [13]. Tinjauan terhadap

standar-standar ini dalam rangka penerapan teknologi keselamatan aktif di Indonesia dapat dilihat di Setiawan et al [14]. Dari tinjauan tersebut, disimpulkan bahwa standar BS EN 15227:2008 Railway Applications. Crashworthiness requirements for rail vehicles, memberikan panduan yang paling komprehensif dan detail, dan dapat dijadikan sebagai acuan penerapan keselamatan pasif di perkeretaapian Indonesia. Adapun prinsip pemenuhan crashworthiness pada kendaraan rel adalah sebagai berikut,

• i. Pengurangan kemungkinan tumpang tindih
• ii. Penyerapan energi impak secara terkendali
• iii. Perlindungan survival space dan ketahanan struktur pada ruang penumpang
• iv. Pembatasan perlambatan
• v. Pengurangan risiko derailment dan pembatasan tabrakan dengan halangan di jalur

Dari kelima prinsip peningkatan crashworthiness kereta api, secara khusus komponen anticlimber berfungsi meminimalkan kemungkinan terjadinya fenomena tumpang tindih, yaitu terangkatnya salah satu kereta dan menimpa kereta lainnya ketika terjadi tabrakan antar rangkaian kereta api yang menghasilkan energi impak yang besar. Fenomena tumpang tindih ini dalam sejarahnya menimbulkan dampak yang besar terutama pada penumpang di kereta yang tertindih, juga pada penumpang di kereta yang terangkat. Dengan tidak terjadinya fenomena tumpang tindih ini, gaya impak akan diteruskan secara longitudinal dan diserap oleh modul penyerap energi impak utama secara lebih efektif sebelum diterima struktur di area penumpang, sehingga dampak tabrakan pada penumpang. Di samping itu, dengan tidak terangkatnya kereta, rangkaian kereta tetap berada di relnya dan diharapkan risiko anjlokan (derailment) akan dapat dikurangi juga, lebih menurunkan dampak tabrakan kereta api.

3 Perancangan Anticlimber

3.1 Persyaratan Perancangan

Anticlimber harus mampu menahan gaya tumburan, baik arah longitudinal sebagai akibat langsung tumburan, maupun vertikal sebagai dampak tumburan yang coba ditanggulangi. Gaya longitudinal dibatasi dari batas gaya longitudinal kereta sesuai regulasi, yaitu sebesar 100 tonf. Dengan asumsi faktor keamanan, maka dirancang beban longitudinal pada anticlimber sebesar 120 tonf. Beban vertikal dihitung berdasarkan persamaan berikut [6],

\[F = \frac{Wl_2}{l_1} + \frac{I(\Delta y)V^2}{l_1^2(\Delta x)^2}\] (1)

I = Momen Inersia massa arah pitch (kg.m²)

\(l_1\) = Panjang total kereta (m)

\(l_2\) = Jarak longitudinal titik pusat massa ke ujung kereta (m)

V = Laju tumburan (m/s) W = Berat total kereta (N)

\(\Delta x\) = Jarak longitudinal antar ujung kereta (m)

\(\Delta v = \text{Beda ketinggian antar struktur bawah saat tumburan (m)}\)

Dari data kereta dan perhitungan, diperoleh gaya vertikal sebesar 24 tonf.

Secara lengkap, persyaratan perancangan disusun sesuai kondisi yang harus dipenuhi dari produk anticlimber yang akan dibuat adalah sebagai berikut,

• a. Sebagai fungsi utamanya, struktur anticlimber harus dapat menahan gaya angkat akibat tumburan, 120 tonf (1176 kN) arah longitudinal, dan 24 tonf (235,2 kN) arah vertikal tanpa mengalami gagal patah
• b. Berdasarkan standar BS EN 15227, dengan adanya anticlimber, pada kasus tumburan kecepatan relatif 36 km/jam, masing-masing kereta tidak boleh terangkat sebesar 75% dari tinggi flange rel kereta, yaitu 21 mm, atau 100 mm asalkan anticlimber tetap dalam posisi terkait,
• c. Dengan dipasangnya anticlimber, operasional kereta api tidak akan terganggu, terutama saat berbelok maksimum, baik akibat kontak antara ujung samping kedua kereta, maupun kontak dengan coupler (Coupler dapat mengayun ke samping +/- 13 derajat)
• d. Panjang longitudinal anticlimber ditentukan sedemikian sehingga jika terjadi tumburan, coupler kedua kereta yang bertumburan akan saling terdorong akibat elastisitas draft gear, yaitu penumpu coupler berbahan karet, dan kedua anticlimber dari kedua kereta akan bertemu. Dengan gaya longitudinal maksimum batasan regulasi sebesar 100 tonf, maka draft gear akan terdeformasi sebesar 60 mm pada masing-masing ujung kereta.
• e. Modifikasi ujung kereta diharapkan seminimal mungkin
• f. Mudah dibuat dari material yang ada di Indonesia, mudah diaplikasikan pada kereta produksi nasional, dan mudah dirawat
• g. Tambahan berat untuk keseluruhan perangkat keselamatan pasif maksimal 5% dari total berat kereta saat ini, atau 1,9 ton.

3.2 Pemilihan Geometri

Banyak kendaraan rel seperti kereta api di beberapa negara yang sudah menerapkan anticlimber, sebagaimana dapat dilihat di Gambar 2, masuk kategori tipe ribbed plate (pelat rusuk). Ketika terjadi tumburan antara dua kereta, dan terjadi penyerapan energi impak awal di coupler assembly, kedua kereta akan saling mendekat dan pasangan rusuk antara dua kereta saling bertemu dan saling mengunci, menghindari gerakan relatif vertikal sehingga mencegah gerak keseluruhan kereta untuk saling tumpang tindih. Di samping konsep rancangan ribbed plate ini, terdapat alternatif tipe anticlimber lainnya, yaitu tipe Cup and cone (Gambar 3a) dan C-channel (Gambar 3b). Alih-alih dilakukan oleh rusuk, efek anticlimbing dilakukan oleh pasangan cup and cone, maupun C-channel, dengan konsep terakhir mengandalkan rancangan terintegrasi dengan automatic coupler, sehingga memerlukan perubahan secara signifikan pada rancangan coupler, tidak memenuhi persyaratan rancangan (d) pada bagian 3.1.

Gambar 2. Contoh penerapan anticlimber di kendaraan rel, untuk tipe ribbed plate: a) kereta penumpang cepat antar kota di Swiss [16], b) kereta komuter di Stockholm, Swedia [17]

Gambar 3. Alternatif lain rancangan anticlimber [6]: a) Cup and cone, b) Cchannel

Dari kedua konsep alternatif yang layak, konsep ribbed plate yang menjanjikan karena kesederhanaan pembuatan dan aplikasi, sehingga selanjutnya dipilih sebagai konsep rancangan anticlimber. Dengan memperhatikan jarak optimum antar anticlimber dari kedua ujung kereta yang berdekatan, dan dengan memperhatikan aspek operasional saat kereta berbelok maksimum, maka dipilih panjang anticlimber sebesar 405 mm. Konsep ribbed plate dapat dikembangkan menjadi 2 alternatif lanjut, yaitu rancangan menyatu atau terpisah, seperti dapat dilihat pada Gambar 4. Keuntungan konsep anticlimber yang menyatu, adalah panjang anticlimber dapat dimaksimumkan sehingga meningkatkan kemungkinan anticlimber saling bertemu jika terjadi tumburan, dan sekaligus meminimumkan kemungkinan terjadi kontak yang tidak diinginkan antar anticlimber dari ujung kedua kereta saat berbelok maksimum. Namun, rancangan yang menyatu dikhawatirkan justru menyebabkan kontak antara anticlimber dengan coupler saat mengayun maksimum. Di samping itu, konsep rancangan menyatu memiliki massa 205 kg, jauh lebih berat dibandingkan rancangan terpisah, yang diperkirakan sebesar 109 kg. Jarak antar anticlimber kanan dan kiri selanjutnya perlu dioptimumkan sedemikian sehingga saat berbelok tidak terjadi kontak antara anticlimber dengan coupler, maupun antara dua anticlimber dari kedua ujung kereta yang berdekatan.

Gambar 4. Konsep rancangan anticlimber: a) menyatu di sekitar coupler, b) terpisah di kanan-kiri dari coupler

3.3 Pemilihan Material dan Proses

Dengan konsep rancangan ribbed plate terpisah, dan untuk meminimalkan massa, anticlimber dirancang terdiri 2 bagian utama, yaitu rusuk dan rangka. Untuk kemudahan pembuatan rusuk dengan geometri yang diinginkan, maka metode coran yang dimesin dinilai akan relatif lebih murah untuk produksi massal. Selanjutnya, rangka akan dipotong dan disambungkan ke bagian rusuk dengan cara dilas, sehingga dapat diperoleh bentuk dengan massa seringan mungkin dan mudah dalam manufaktur. Dengan bagian rusuk yang berasal dari coran, dan rangka dari bahan pelat rol, maka harus dipastikan bahwa keduanya memiliki sifat mampu las (weldability) yang baik. Oleh karena itu, dipilih spesifikasi material keduanya yang mendekati. Bagian rusuk dari bahan coran dipilih dari spesifikasi material JIS SC450, sedangkan rangka dari pelat SS400, dengan sifat mekanik dan komposisi kimia berdasarkan standar dapat dilihat pada Tabel 1. Hasil uji material SC450 yang dipakai dalam rancangan rusuk Anticlimber ini juga ditampilkan pada tabel yang sama. Dari hasil uji sebagai bagian dari kontrol kualitas, dapat dilihat bahwa material rusuk yang dipakai sudah sesuai dengan standar. Hal ini untuk menjamin keterlasan antar kedua material tersebut.

Tabel 1. Sifat mekanik material

4 Analisis

Analisis pertama yang dilakukan pada rancangan anticlimber adalah kekuatan statis, terhadap beban-beban kasus tumburan, sebagaimana Persyaratan Perancangan (a), yaitu mampu menahan gaya longitudinal dan vertikal sebesar, masing-masing 60 (588 kN) dan 12 tonf (177,6 kN) untuk setiap unit anticlimber.

4.1 Analisis Statik

Analisis kekuatan dilakukan dengan bantuan perangkat lunak berbasis elemen hingga, Ansys R16. Anticlimber dimodelkan sebagai solid dengan bagian pangkal ditumpu pada semua arah, baik translasi maupun rotasi, untuk memodelkan sambungan lasan pada end plate kereta. Beban vertikal sebesar 12 tonf (177,6 kN) diterapkan pada 4 dari 5 sirip anticlimber secara merata untuk memodelkan kondisi yang paling mungkin terjadi. Beban longitudinal/horisontal sebesar 60 tonf (588 kN) diterapkan pada sisi antara sirip-sirip secara merata juga. Proses uji konvergensi menghasilkan ukuran mesh maksimum sebesar 9,0 mm dengan tipe elemen solid tetrahedron.

Dari hasil analisis elemen hingga, diperoleh tegangan von Mises terbesar adalah 262,8 MPa, terjadi pada area fillet dan merupakan material dasar pelat SS400, dan bukan pada daerah sambungan dengan material coran SC450 (Gambar 5). Jika diperhatikan, besaran tegangan tersebut di atas telah melebihi tegangan luluh SS400, yaitu 245 MPa namun lebih rendah kekuatan tarik standar material, yaitu 400 MPa. Besaran tegangan yang melebihi tegangan luluh dapat diterima karena penggunaan anticlimber adalah untuk sekali pakai saat terjadinya tumburan. Pada kasus tumburan, komponen tidak mengalami gagal patah, dan menjamin anticlimber dari kedua kereta yang bertumburan tetap saling mengait.

Gambar 5. Distribusi tegangan von Mises rancangan anticlimber dengan beban statik teoretik akibat tumburan.

4.2 Analisis Impak

Analisis fungsional penting lain berdasarkan Persyaratan Perancangan (b), yaitu gerak vertikal relatif kereta, atau tumpang tindih, memerlukan analisis impak menggunakan perangkat lunak berbasis elemen hingga dengan kemampuan plastisitas dinamik yang mengakomodasi sifat material pada laju regangan tinggi. Untuk itu, digunakan perangkat lunak LS-Dyna. Sebagai dasar pemodelan geometri rangka kereta, digunakan geometri yang telah disusun oleh Setiawan dan Pamintori [9], berdasarkan rangka dasar kereta KI produksi PT INKA (Persero). Geometri rangka kereta disusun dari geometri surface tanpa memperhitungkan kulit kereta maupun interior, karena kekuatan kereta mengandalkan rangka (space frame) dan kulit tidak berkontribusi pada kekakuan maupun kekuatan. Pendekatan ini dinilai lebih konservatif, dalam arti jika model ini memberikan hasil yang aman, maka jika memperhitungkan kulit akan menghasilkan struktur yang lebih kokoh sehingga lenih aman pada penumpang. Berat masing-masing komponen utama di kereta sudah diperhitungkan sesuai data dari perusahaan, baik berat maupun lokasi titik pusat massa. Komponen tanpa data akurat, diasumsikan tersebar secara merata, sedemikian sehingga secara keseluruhan, massa dan titik pusat massa kereta mendekati kondisi sebenarnya. Sementara itu, untuk anticlimber dan bogie, dimodelkan sebagai solid, karena secara bentuk dan massa jauh lebih padat dibandingkan dengan space frame.

Sebagai kasus pembebanan, kereta dimodelkan dengan kondisi offset vertikal sebesar 40 mm, sebagaimana diatur dalam standar, dengan salah satu kereta

dalam kondisi diam dan kereta lain diberi kecepatan sebesar 10 m/s (36 km/jam) mendekati kereta diam, juga sebagaimana diatur di dalam standar. Sebagai kondisi beban berlebih, simulasi pada kecepatan relatif 20 m/s (72 km/jam) juga dimodelkan, meskipun tidak diatur di dalam standar. Untuk masing-masing kasus tersebut, dilakukan simulasi antara tanpa dan dilengkapi dengan anticlimber, sesuai dengan rancangan. Model simulasi impak dapat dilihat pada Gambar 6.

Gambar 6. Model simulasi impak kereta, untuk kasus dilengkapi dengan anticlimber.

Untuk mendefinisikan saling kontak antar komponen pada bodi kereta digunakan Automatic single surface, sebagimana direkomendasikan di manual LS-Dyna untuk kasus impak. Untuk memodelkan fenomana gesekan antar komponen tersebut. Untuk kontak antara pasangan anticlimber dari kedua kereta dan antar permukaan kereta yang berbeda dipakai Automatic surface to surface. Di samping itu, untuk komponen-komponen yang diperkirakan tidak terlalu berpengaruh dalam mekanisme impak, seperti bogie-frame dan roda-roda, digunakan surface to surface offset untuk menyederhanakan masalah, tanpa mempengaruhi hasil secara signifikan. Komponen-komponen tersebut dimodelkan sebagai rigid body, sehingga deformasi tidak dihitung.

Material struktur kereta SS400 dimodelkan sebagai material terdeformasi, dengan karakteristik plastisitas dimodelkan sebagai automatic piecewise linear plasticity dengan data dasar sebagaimana Tabel 1. Untuk memodelkan karakteristik plastisitas pada laju regangan tinggi, digunakan model Cowper-Symond dengan parameter C dan P dipilih sebesar 40 dan 5 sebagaimana baja karbon pada umumnya.

Sebelum analisis sesuai standar, dilakukan validasi terlebih dahulu terhadap model yang telah dibuat, dengan membandingkan energi kinetik secara teoretik dengan energi kinetik simulasi, untuk kasus kecepatan 10 dan 20 m/s, dan masing-masing untuk kasus tanpa dan dengan anticlimber. Untuk seluruh kasus, diperoleh perbedaan sekitar 0,67%, sehingga dari prinsip impak model dapat diterima. Selanjutnya simulasi impak dilanjutkan untuk kasus-kasus kasus kecepatan 10 dan 20 m/s, dan masing-masing untuk kasus tanpa dan dengan anticlimber. Kasus kecepatan 10 m/s, atau 36 km/jam dilakukan sesuai persyaratan standar BS EN, sedangkan kecepatan 20 m/s, atau 72 km/jam, dilakukan untuk menguji efektifitas anticlimber pada kasus tumburan cukup ekstrim. Dari simulasi tumburan dua kereta, dihasilkan riwayat tumburan kereta sebagaimana dapat dilihat pada Gambar 7 dan Gambar 8, untuk kasus kecepatan tumburan relatif 10 m/s untuk kasus, masing-masing tanpa dan dengan anticlimber. Gambar 9 dan Gambar 10 menampilkan hasil simulasi berupa riwayat tumburan untuk kecepatan tumburan relatif 20 m/s, masing-masing untuk kasus tanpa dan dengan anticlimber juga.

Gambar 7. Riwayat tumburan antar kereta pada kecepatan relatif 10 m/s, untuk kasus tanpa anticlimber hasil analisis impak.

Pada kasus untuk tumburan tanpa anticlimber pada kecepatan 10 dan 20 m/s, terdapat kenaikan vertikal masing-masing sebesar 89,4 dan 150,5 mm. Untuk kasus sesuai standar, yaitu kecepatan tumburan 10 m/s (Gambar 7), hasil ini sudah jauh melewati batas yang dibolehkan, yaitu 21 mm, dengan kondisi struktur dasar yang mulai terlihat terangkat satu sama lain. Meskipun fenomena tumpang tindih belum terlihat, namun berdasarkan standar, untuk kecepatan yang lebih besar atau rangkaian yang terdiri dari beberapa kereta, kemungkinan terjadinya fenomena tumpang tindih akan tinggi. Dengan terangkatnya roda terhadap rel, kemungkinan terjadinya anjlokan juga akan lebih tinggi. Dengan anticlimber terpasang, roda kereta terangkat hingga maksimum 7,87 mm pada kecepatan 10 m/s dan bahkan hanya 14,8 mm untuk kecepatan 20 m/s, lebih rendah dari batas 21 mm yang disyaratkan standar. Dengan hasil ini, dapat disimpulkan bahwa penggunaan anticlimber cukup efektif untuk mengurangi kemungkinan terjadinya fenomena tumpang tindih.

Gambar 8. Riwayat tumburan antar kereta pada kecepatan relatif 10 m/s, untuk kasus dengan anticlimber hasil analisis impak.

Gambar 9. Riwayat tumburan antar kereta pada kecepatan relatif 20 m/s, untuk kasus tanpa anticlimber hasil analisis impak.

Gambar 10. Riwayat tumburan antar kereta pada kecepatan relatif 20 m/s, untuk kasus dengan anticlimber hasil simulasi analisis impak.

5 Kesimpulan

Sebagai tahap pertama implementasi teknologi crashworthiness untuk kereta api Indonesia, komponen anticlimber dirancang dengan pertimbangan kemungkinan implementasi di perkeretaapian Indonesia dan dampaknya untuk menurunkan korban jika terjadi kecelakaan tumburan kereta api. Perancangan mengacu pada geometri kereta api nasional dan berdasarkan kriteria standar BS EN 15227.

Rancangan diuji secara simulasi statik dan dinamik. Berdasarkan analisis statik, dengan beban gaya longitudinal 60 tonf (177,6 kN) dan gaya angkat vertikal 12

tonf (588 kN) yang diperkirakan terjadi saat tumburan, tegangan yang dihasilkan adalah 262,8 MPa yang masih di bawah kekuatan tarik material sehingga anticlimber tidak akan patah saat menjalankan fungsinya jika terjadi tumburan kereta api. Dari analisis dinamik, diperoleh efektifitas implementasi anticlimber dengan membandingkan antara kasus tanpa dan dengan anticlimber. Pada kasus kecepatan tumburan 10 m/s (36 km/jam), sesuai kriteria BS EN, dan kecepatan tinggi 20 m/s (72 km/jam), keberadaan anticlimber terbukti mampu menurunkan kemungkinan terjadinya tumpang tindih, dengan kenaikan roda hanya 7,87 mm pada kecepatan tumburan 10 m/s dan 14,8 mm untuk kecepatan 20 m/s, lebih rendah dari batas maksimum 21 mm sebagaimana disyaratkan oleh standar. Sementara itu, kasus tanpa anticlimber, menghasilkan perpindahan roda untuk kasus 10 dan 20 m/s, masing-masing sebesar 89,4 dan 150,5 mm, jauh melebihi batas maksimum standar.

Dengan hasil ini, dapat disimpulkan bahwa rancangan memiliki prospek yang baik untuk dikembangkan ke purwarupa dan pengujian lapangan, yang menjadi tahap berikutnya dari penelitian ini.

6 Daftar Pustaka

• [1] Sawitri, A., BPS: Jumlah Penumpang Kereta Api Melonjak, Tempo, https://bisnis.tempo.co/read/news/2017/05/02/090871455/bps-jumlahpenumpang-kereta-api-melonjak, (7 September 2017).
• [2] Suprapto, Data Investigasi Kecelakaan Perkeretaapian Tahun 2010 – 2016, Komite Nasional Keselamatan Transportasi, 2016
• [3] Germany Train Crash: Several killed near Bavarian town of Bad Aibling, BBC, http://www.bbc.com/news/world-europe-35530538, (7 September 2017).
• [4] BBC News, Poland suffers deadly train crash near Szczekociny, https://www.bbc.com/news/world-europe-17248735 (25 April 2019).
• [5] Wikipedia, List of rail accidents (2010–2019), https://en.wikipedia.org/ wiki/List_of_rail_accidents_(2010%E2%80%932019) (25 April 2019).
• [6] Mayville, R. A., et al, Crashworthiness Design Modifications for Locomotive and Cab Car Anticlimbing Systems, Federal Railroad Administration, Washington, DC, 2003
• [7] Starlinger, A., Gmür, A., Castelli, B. & Liebhard, O., On the Application of ABAQUS in The Validation Process of Crashworthiness of Railway Vehicles, Proc. 2007 ABAQUS Users' Conference, 2007
• [8] Dharma, G. S. S., Suweca, I. W. & Setiawan, R., Perancangan Dasar Sistem Keselamatan Pasif Kereta Penumpang Kelas 1 (Kereta K1), dalam Prosiding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin Ke-15, pp. 889-896, 2016.

• [9] Setiawan, R. & Pamintori, M., Analisis Crashworthiness Struktur Kereta Penumpang, Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin Ke-16, pp. 191-195, 2017.
• [10] U.S. Departement of Transportation, Federal Railroad Administration, 49 CFR § 238.201 Scope/alternative compliance, Federal Register, 2006.
• [11] U.S. Departement of Transportation, Federal Railroad Administration, 49CFR § 238.403 Crash energy management, Federal Register, 2006.
• [12] BS EN 15227:2008 Railway Applications - Crashworthiness Requirements for Railway Vehicle Bodies, European Committee for Standardization, 2008.
• [13] AS 7520.3:2012 Australian Railway Rolling Stock – Body Structural Requirements – Passenger Rolling Stock, Rail Industry Safety and Standards Board, 2012.
• [14] Setiawan, S., et al, Tinjauan Kritis Aspek Keselamatan dalam Regulasi Nasional dan Usulan Penyempurnaannya, Prosiding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin Ke-15, pp. 1196-1204, 2016.
• [15] Mayville et al., Approaches to Preventing Override and Lateral Buckling in Passenger Trains; Appendix B, Volpe National Transportation Systems Center, Cambridge, MA, 1999
• [16] Swiss Train in Zurich – Switzerland 30 November 2015, Shutterstock, https://www.shutterstock.com/image-photo/swiss-train-zurichswitzerland-30-november-577335493?drawer=open (25 April 2019)
• [17] Halldin, M. A C20 Train at the Gamla Stan Metro Station – Stockholm, Wikimedia,https://commons.wikimedia.org/wiki/File: Gamla_stan_C20_070330.JPG (25 April 2019)