Kerusakan Common Rail

Rel merupakan salah satu bagian penahan beban terpenting dalam sistem perkeretaapian. Traksi dan pengereman kereta api terwujud melalui gesekan antara roda dan rel. Oleh karena itu, kondisi rel yang baik merupakan prasyarat untuk memastikan pengoperasian kereta api yang aman dan lancar. Namun, karena tegangan kontak yang berg alternating, material rel sering mengalami keausan atau kerusakan akibat kelelahan. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1, jenis utama kerusakan rel meliputi: retak kelelahan, pengelupasan, keausan bergelombang, hancur, dan keausan sisi rel, yang mencakup lebih dari 80% dari semua kerusakan rel. Dengan meningkatnya kecepatan lari kereta api dan beban gandar, masalah kelelahan dan keausan rel menjadi semakin serius, yang menyebabkan permintaan akan teknologi penggerindaan rel meningkat tajam.

1. Retak kelelahan akibat kontak bergulir. Retak kelelahan kontak bergulir adalah salah satu bentuk kerusakan paling umum pada rel kereta api berkecepatan tinggi [1], seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Umumnya, retakan tidak akan memanjang sampai ke bawah, tetapi memanjang ke permukaan rel dalam bentuk busur untuk membentuk tampilan pengelupasan rel, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Permukaan atas rel tertekan karena pengelupasan, dan tegangan benturan terbentuk ketika roda kereta lewat, yang memperburuk getaran dan kebisingan. Dalam beberapa kasus, retakan cabang di lubang pengelupasan dapat meluas di bawah rel dan menyebabkan patahan rel, yang dapat menyebabkan kecelakaan keselamatan besar [2].

2. Keausan akibat gelombang pada relKeausan bergelombang rel mengacu pada fenomena permukaan aus yang tidak merata secara periodik pada rel dalam rentang longitudinal tertentu [3, 4], seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3. Keausan bergelombang akan meningkatkan getaran dan kebisingan kereta, memengaruhi kenyamanan perjalanan, dan mengurangi umur kelelahan lokomotif dan bagian kendaraan. Menurut panjang gelombang keausan bergelombang, dibagi menjadi gelombang pendek (panjang gelombang 25~80 mm) dan gelombang panjang (panjang gelombang lebih besar dari 100 mm). Penyebab utama terjadinya gelombang bergelombang meliputi teori dinamis dan non-dinamis. Teori dinamis meyakini bahwa getaran sistem roda-rel menyebabkan terjadinya gelombang bergelombang, termasuk getaran yang timbul sendiri, resonansi, dan getaran umpan balik [5]. Teori non-dinamis menyatakan bahwa pembentukan gelombang bergelombang terutama berkaitan dengan material rel dan proses peleburan, dll.; dan bahkan jika gaya antar roda-rel konstan, rel juga akan mengalami gelombang bergelombang karena aliran plastiknya yang tidak merata [6,7].

3. Penghancuran rel. Kerusakan rel adalah fenomena di mana material bagian atas rel mengalami deformasi plastis dan tapak rel menjadi rata, yang umumnya diamati pada rel di bagian lengkung jalur kereta api berat [8], seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4. Kerusakan rel mengubah bentuk kepala rel, gaya kontak roda-rel berubah, yang akan memperburuk getaran dan kebisingan saat berjalan. Selain itu, kerusakan rel sering disertai dengan kerusakan pengelupasan atau retak kelelahan. Batas stabilitas sering digunakan sebagai kriteria untuk menilai apakah kerusakan rel terjadi, dan peningkatan batas luluh material dapat mencegah atau memperlambat jenis kerusakan ini.

4. Keausan pada sisi rel. Keausan sisi rel merupakan bentuk kerusakan utama rel dengan kurva radius kecil [9], seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5. Di perkeretaapian Tiongkok, 98% rel kurva radius kecil dibuang karena keausan sisi yang berlebihan. Ketika lokomotif dan kendaraan memasuki bagian kurva, kereta bergerak maju karena inersia, tetapi rel memaksa badan kereta untuk berbelok. Dalam hal ini, roda akan membentur rel dan keausan sisi yang serius akan terjadi. Terutama, ketika gaya sentrifugal dan gaya sentripetal kereta tidak seimbang, beban rel bagian dalam dan luar akan timpang, yang sangat memperburuk keausan sisi [10, 11]. Secara umum diyakini bahwa keausan sisi rel memperpendek masa pakai rel, dan perubahan profil rel memperburuk interaksi roda/rel, yang memengaruhi stabilitas kereta saat melewati kurva.

Gambar 1. Retakan akibat kelelahan material.

Gambar 2. Pengelupasan rel.

Gambar 3. Keausan akibat gelombang pada rel.

Gambar 4. Rel kereta api hancur.

Gambar 5. Keausan sisi rel.

Referensi

1. K. Zhou. Penelitian tentang Aturan dan Mekanisme Penghilangan Material selama Penggilingan Rel [D]. Chengdu: Disertasi doktoral Universitas Southwest Jiaotong, 2020.
2. X. Zhao, ZL Li. Solusi elemen hingga tiga dimensi dari kontak gelinding roda-rel gesekan dalam elastoplastisitas [J]. Prosiding Lembaga Insinyur Mekanik, Bagian J: Jurnal Tribologi Teknik, 2015, 229(1): 86-100.
3. W. Zhong, J. Hu, P. Shen, dkk. Investigasi eksperimental antara kelelahan kontak gelinding dan keausan kereta api berkecepatan tinggi dan angkutan berat serta pemilihan material rel [J]. Keausan, 2011, 271(9-10): 2485-2493.
4. S. Grassie, J. Kalousek. Korugasi rel: karakteristik, penyebab dan penanganannya [J]. Prosiding Lembaga Insinyur Mekanik, Bagian F: Jurnal Kereta Api dan Transit Cepat, 1993, 207(1): 57-68.
5. Y. Gu. Studi tentang mekanisme gelombang rel pada jalur kereta api kecepatan tinggi tanpa balas [D]. Beijing: Disertasi doktoral Universitas Jiaotong Beijing, 2017.
6. X. Jin, X. Li, W. Li, dkk. Tinjauan kemajuan pengerasan rel [J]. Jurnal Universitas Southwest Jiaotong, 2016, 51(2-3): 264-273.
7. S. Li, D. Liu, P. Liu, dkk. Pembentukan gelombang dan evolusi mikrostruktur baja rel U75V [J]. Jurnal Universitas Dalian Jiaotong, 2019, 40(5): 66-71.
8. Z. Li, Z. Yan, S. Li. Pengaruh gelombang rel terhadap kinerja dinamis sistem wesel kendaraan berkecepatan tinggi [J]. Jurnal Universitas Central South (Sains dan Teknologi), 2003, 25(1): 104-108.
9. W. Wang, H. Guo, X. Du, dkk. Investigasi tentang mekanisme kerusakan dan pencegahan rel kereta api angkutan berat [J]. Analisis Kegagalan Teknik, 2013, 35: 206-218.
10. Y. Zhou, S. Wang, T. Wang, dkk. Investigasi lapangan dan laboratorium mengenai hubungan antara retakan kepala rel dan keausan pada jalur kereta api angkutan berat [J]. Keausan, 2014, 315(1-2): 68-77.
11. I. Povilaitiene, I. Kamaitis, I. Podagelis. Pengaruh lebar jalur rel terhadap keausan sisi rel pada tikungan rel [J]. Jurnal Teknik Sipil dan Manajemen, 2006, 12(3): 255-260.
12. W. Zhai, J. Gao, P. Liu, dkk. Mengurangi keausan sisi rel pada tikungan rel kereta api angkutan berat berdasarkan interaksi dinamis roda-rel [J]. Dinamika Sistem Kendaraan, 2014, 52(sup1): 440-454.