Prinsip dan Konstruksi Sistem Rem
Sistem rem kendaraan
adalah suatu mekanisme yang secara mendasar berfungsi untuk mengurangi dan atau menghentikan laju kendaraan. Selain itu
sistem rem juga berfungsi untuk menahan posisi diam kendaraan, dan pada
perkembangannya sistem rem juga dipergunakan untuk mengendalikan kecepatan putar roda.
Sistem rem untuk memperlambat dan menghentikan laju kendaraan merupakan fungsi rem
utama, sedangkan untuk menahan posisi diam kendaraan adalah merupakan
fungsi rem parkir. Perkembangan sistem rem dengan kendali elektronik, menjadikan
sistem rem semakin “pintar” yakni dengan mengatur kebutuhan pengereman roda kanan dan
kiri sesuai kebutuhan masing-masing.
Prinsip dasar sistem
rem mekanis adalah dengan merubah energi gerak menjadi energi panas melalui sebuah gesekan mekanis antara dua obyek,
yaitu obyek yang bergerak dan obyek yang diam. Rem bekerja disebabkan oleh gaya
yang menekan atau melawan sebuah obyek yang berputar. Energi gerak diubah menjadi
energi panas melalui gesekan, sehingga obyek yang berputar menjadi berhenti.
Obyek putar biasa berbentuk tromol atau cakram, sedangkan obyek diamnya adalah
kampas/ pad. Gambar di bawah ini menunjukkan konsep pengubahan energi gesek menjadi
energi panas pada rem tromol.
Gambar
1. Konsep perubahan energi mekanis menjadi panas
Mayoritas sistem rem
utama dan rem parkir kendaraan terletak pada roda, dan khusus rem parkir mayoritas kendaraan ada pada roda belakang. Pada
kendaraan berat (bus dan truk) rem parkir terletak pada poros keluar transmisi.
Pada kendaraan ringan dengan sistem transmisi otomatis, selain rem parkir di
roda, juga terdapat posisi “P” pada transmisi yang juga merupakan sebuah unit rem mekanis. Gambar
di bawah ini menunjukkan sebuah konstruksi dasar sistem rem, dengan rem depan
menggunakan cakram dan belakang menggunakan tromol.
Gambar
2. Konstruksi sistem rem pada kendaraan
Selain sistem rem
mekanis, ada juga rem yang memanfaatkan energi pneumatik, yaitu mengendalikan/ mengurangi laju kendaraan
memanfaatkan kompresi mesin untuk melawan kelajuan kendaraan, yang biasa disebut engine
brake. Rem gas buang tidak digunakan sebagai rem utama melainkan hanya sebagai
tambahan. Engine braking secara normal akan mampu
mengurangi kelajuan kendaraan walaupun optimalisasinya kurang. Sistem rem gas buang merupakan upaya untuk
meningkatkan optimalisasi pengereman dengan mesin. Tidak hanya langkah kompresi
yang dimanfaatkan, namun ditambah juga dengan langkah buangnya, yaitu
dengan menghambat/ menutup saluran buang. Sistem ini jarang digunakan
pada kendaraan ringan, namun banyak ditemukan diaplikasikan pada kendaraan besar
(truk & bus), hal ini terkait dengan besarnya energi untuk kompresi pada kendaraan
ringan relatif kecil dibanding bus dan truk.
Tipe-tipe rem yang
lazim digunakan pada kendaraan ringan dibedakan menjadi beberapa tinjauan. Berdasar tinjauan bidang geseknya dibedakan
menjadi dua, yaitu rem tromol dan cakram. Konstruksi rem tromol ada bermacam-macam,
antara lain yaitu : leading trailing, two leading, uni servo dan
duo servo. Leading trailing menggunakan satu silinder aksi ganda dan anchor,
sebagaimana terilihat pada gambar 3.
Gambar
3. Konstruksi Leading Trailing
Sepatu rem yang
mempunyai gerakan searah dengan putaran tromol disebut leading dan yang berlawanan arah
putaran tromol disebut trailing. Jadi saat bergerak maju maupun mundur terdapat satu leading dan satu trailing. Sepatu
rem leading mempunyai gaya pengereman yang lebih besar karena efek terseretnya
sepatu rem oleh putaran tromol. Hal itu biasa disebut self-energizing effect.
Model two leading
menggunakan dua silinder hidrolik tetap. Pada model single action kedua silindernya hanya
mempunyai satu piston, sedangkan yang model double action kedua silindernya mempunyai
dua piston. Model single action sering disebut two leading sedangkan model double
action sering disebut dual two leading. Gambar di bawah ini memberikan ilustrasi konstruksi model-model tersebut.
Model ini mempunyai keuntungan gaya pengeremannya lebih baik, karena kedua
sepatu rem mempunyai self-energizing effect.
Gambar
4. Konstruksi Two Leading dan Dual Two Leading
Model selanjutnya
adalah uni-servo. Model uni-servo menggunakan satu silinder tetap dengan aksi tunggal dan satu adjuster model sliding.
Model ini juga mempunyai keuntungan gaya pengeremannya baik pada saat maju,
karena kedua sepatu rem mempunyai self-energizing effect, namun saat
mundur, kedua sepatu menjadi trailing, sehingga gaya pengereman lemah. Gambar di
bawah ini memberikan ilustrasi konstruksi model tersebut.
Gambar 5. Konstruksi Uni-servo
Kelemahan model uni-servo
disempurnakan oleh model duo-servo. Model duoservo menggunakan
satu silinder tetap dengan aksi ganda dan satu adjuster model sliding. Model ini juga mempunyai
keuntungan gaya pengeremannya baik pada saat dan mundur. Gambar di bawah ini memberikan ilustrasi konstruksi
model tersebut.
Gambar
6. Konstruksi duo-servo dan ilstrasi gaya pengeremannya.
Bagian-bagian rem
tromol secara umum seperti terlihat pada gambar di bawah ini, sedangkan secara spesifik tergantung dari jenis atau tipenya.
 |
Gambar
7. Nama-nama bagian rem tromol |
Konstruksi rem cakram
secara garis besar dibedakan menjadi dua macam, yaitu: anchored/ fixed caliper dan floating
caliper. Fixed caliper biasa digunakan pada mobil balap, menggunakan dua atau 4 piston sedangkan yang
dipasangkan berseberangan. Floating caliper biasa digunakan di mobil
kecil, menggunakan satu atau dua piston yang dipasangkan berdampingan. Gambar di bawah ini
memberikan ilustrasi jenis-jenis tersebut.
Gambar
8. Konstruksi fixed caliper dan floating caliper
Berdasar jenis
mekanisme pengoperasiannya rem dikelompokkan menjadi mekanik, hidrolik, pneumatik, hidro-pneumatik dan elektronik. Pada
sepeda motor masih banyak menggunakan sistem mekanis, baik mekanik batang
maupun kabel (push-pull cable). Pada kendaraan ringan yang paling banyak
digunakan adalah sistem hidrolik dibantu dengan booster pneumatik untuk sistem rem
utamanya, sedangkan untuk rem parkir menggunakan sistem mekanis.
Pola dasar sistem
hidrolik kendaraan ringan ada dua macam yaitu pola H dan pola X. Pada pola H, caliper ke dua roda depan disuplai dari
sumber tekanan master silinder yang berbeda dengan wheel cylinder kedua roda belakang.
Pada pola X, keluaran dari master silinder masing-masing menyuplai caliper dan
wheel cylinder secara diagonal (depan kanan-belakang kiri dan depan kiri-belakang
kanan). Gambar berikut ini menunjukkan lebih jelas mekanisme hidrolik dasar pada
kendaraan.
Gambar
9. Konstruksi sistem mekanisme rem hidrolik pada kendaraan
Komponen sistem
mekanisme rem hidrolik pada aplikasinya meliputi : pedal, booster, master cylinder, brake
lines & brake fluid, proportioning valve, wheel cylinder/ caliper. Pedal rem
merupakan pesawat sederhana (pengungkit) yang digunakan untuk meringankan gaya penekanan. Panjang lengan kuasa
dikonstruksi lebih panjang daripada penjang lengan beban, agar didapatkan
keuntungan mekanis.
Gambar 10. Skema konstruksi
pedal rem
Booster digunakan untuk meringankan pengemudi dalam menekan pedal rem. Prinsip kerja booster adalah memanfaatkan perbedaan tekanan
antara dua ruangan, constant pressure chamber dan variable
pressure chamber. Pengaturan dilakukan dengan valve/ katup yang didorong oleh pedal melalui valve
operating rod. Konstruksi booster dapat dilihat pada gambar
berikut ini:
Gambar 11. Skema konstruksi
booster
Master silinder
digunakan sebagai pembangkit gaya fluida. Konstruksi master silinder pada kendaraan ringan mayoritas tandem, yaitu dalam dua
unit master silinder (primer dan sekunder) di satukan dalam satu unit konstruksi dengan
dipasang berurutan/ sebaris. Gambar di bawah ini memberikan ilustrasi
konstruksi master cylinder tersebut. Unit master
silinder dilengkapi dengan tangki cairan sebagai persediaan agar kebutuhan cairan rem selalu terpenuhi. Terdapat
sensor pemantau level cairan rem, jika cairan rem kurang, maka indikator rem di
dashboard (menjadi satu
dengan indikator rem parkir) akan menyala.
Gambar
12. Konstruksi master cylinder tandem
Gambar
13. Bagian-bagian master cylinder
Master cylinder menghasilkan tekanan hidrolik saat pedal ditekan. Tekanan hidrolik keluar melalui check valve dan jalur pemipaan ke wheel
cylinder. Check valve berfungsi untuk menjaga agar tekanan fluida di jalur pipa terjaga
pada tekanan tertentu. Terjaganya tekanan pada pipa menjadikan respon pengereman lebih
cepat dan mencegah masuknya udara ke saluran cairan rem yang dapat
mengganggu kinerja sistem hidrolik.
Gambar 14. Konstruksi check
Konstruksi check
valve dapat dilihat pada gambar di atas. Pada saat tekanan master terbangkitkan, cairan rem mengalir dan mendorong check
valve terbuka, sehingga cairan rem mengalir lewat bagian tengah katup. Pada saat
pedal dilepas, tekanan master turun dan aliran cairan rem kembali dari chamber H
ke chamber M melalui point A karena katup tertutup. Point A akan membentuk
saluran (terbuka) jika tekanan chamber H lebih tinggi dari tekanan pegas check
valve. Saat tekanan fluida di chamber H sama dengan tekanan pegas check
valve, maka point A akan tertutup.
Cairan rem (brake
fluid) mengalir ke wheel cylinder melalui selang fleksibel dan pemipaan. Selang fleksibel dipasang pada pemipaan yang
menuntut adaptasi gerak, yaitu didekat roda, karena roda posisinya variatif oleh adanya
sistem suspensi dan kemudi. Cairan rem pada umumnya kendaraan ringan menggunakan
cairan rem netral, yaitu DOT 3. Cairan dituntut mempunyai karakteristik khusus untuk
memenuhi tujuan penggunaannya, yaitu sebagai cairan tenaga, yang salah satunya
harus mempunyai titik didih yang tinggi. Jika cairan rem sampai mendidih dan menguap,
maka akan menyebabkan vapor lock, yang menyebabkan tekanan tidak akan
diteruskan secara optimal dan bahkan sama sekali tidak diteruskan. Vapor lock terjadi
jika kerja rem berlebihan, adanya panas dari imbas gesekan abnormal pada tromol/
cakram, dan atau
karena memburuknya kualitas cairan rem. Udara atau uap dalam
sistem hidrolik sangat mengganggu, oleh karena itu perlu tindakan “bleeding” yaitu
mengeluarkan udara dari dalam sistem hidrolik.
Pengubah tekanan fluida
menjadi gerak mekanis adalah wheel cylinder atau caliper. Tekanan fluida diubah
menjadi gerak mekanis oleh piston dan diteruskan ke brake pad atau brake shoe.
Gambar di bawah ini memberikan ilustrasi konstruksi wheel cylinder. Jenis wheel cylinder ada
single action (satu piston) dan double action (dua piston).
Gambar
15. Konstruksi wheel cylinder
Gambar di bawah ini
memberikan ilustrasi konstruksi caliper untuk roda depan dan belakang. Konstruksi caliper roda belakang terintegrasi
dengan mekanisme rem parkir .
Gambar
16. Konstruksi caliper roda depan dan belakang
Sepatu rem dan pad
(kampas rem) berfungsi sebagai media atau bidang geser terhadap tromol dan atau cakram. Kampas rem tromol dipasang
menempel pada backing plate. Konstruksi pemasangan
kampas terhadap wheel cylinder tergantung pada jenis konstruksinya. Gambar di bawah ini memberikan ilustrasi
pemasangan kampas rem pada backing plate. Pegas pengembali dipasang
untuk mengembalikan posisi kampas rem setelah gaya dorong fluida hilang saat pedal rem
dibebaskan.
Gambar
17. Konstruksi pemasangan kampas pada backing plate
Jarak kampas rem
terhadap tromol bertambah akibat keausan kampas rem. Jika jarak kampas rem dan tromol bertambah, maka akan menyebabkan
perubahan langkah pedal rem dan juga menyebabkan langkah piston wheel silinder
bertambah panjang. Jika hal tersebut dibiarkan maka akan menyebabkan respon rem
lambat, berkurangnya langkah pedal, langkah wheel cylinder terlalu jauh dan
akibat fatalnya adalah kegagalan sistem pengereman. Karena itulah maka celah antara
kampas dan tromol harus disetel.
Gambar
18. Konstruksi penyetel model terpisah dan terintegrasi
Mekanisme penyetel
jarak kampas ada yang menjadi satu dengan wheel cylinder dan ada yang terpisah.
Untuk model leading trailing menggunakan penyetel terpisah dan terletak dibagian di sepertiga bagian atas kampas
sejajar wheel silinder, maupun terintegrasi pada kedua sisi wheel silinder.
