AHSS keventää kuorma-autojen osia

Monille kuljetusliikkeille painon keventämisessä ei ole kyse pelkästään polttoainetehokkuudesta, vaan myös kokonaiskustannuksista ja rahtitoiminnan tehokkuudesta. Kevyemmän painon ansiosta yritykset voivat saada suuremmat tuotot kuljettamalla enemmän – lakisääteisiä painorajoituksia noudattaen. Kuorma-autojen osat, joiden valmistuksessa on siirrytty käyttämään kevyttä alumiinia tai jopa hiilikuituvahvisteisia polymeereja (CFRP) perinteisen hiiliteräksen sijaan, ovat hyviä kandidaatteja taloudelliselle ja kestävälle kehittyneelle korkealujuusteräkselle (AHSS).

Painon keventäminen autoteollisuuden tapaan

AHSS- ja UHSS-terästen (ultralujat teräkset) käyttö ajoneuvoissa lisääntyy lähes joka kerta, kun uusi malli tuodaan markkinoille tai vanhaa päivitetään. Osa AHSS-/UHSS-terästen käytöstä on perua tiukempien turvallisuus- ja törmäysstandardien täyttämisestä. Painon keventäminen on kuitenkin todennäköisesti tärkein syy, ja autoteollisuuden esimerkit antavat osviittaa teräksen mahdollisuuksista kuorma-autojen painon keventämisessä.

Sähkökuorma-autojen akuston suojaus UHSS-teräksellä

Maailmanlaajuisesti sovittujen ilmastotavoitteiden saavuttamiseksi kaikissa kuorma-autoissa, myös pitkillä kuljetusmatkoilla, on käytettävä joko sähköakkuja, polttokennoja tai vetyä. Ennen sähkökuorma-autojen yleistymistä kuorma-autoteollisuuden (ainakin Yhdysvalloissa) on kuitenkin kehitettävä törmäysstandardit akustoille.

Ongelmana on, että akuston kestävyystestaukseen (kuorma-autoille) ei ole olemassa standardia, kuten ajoneuvon iskukoetta, eikä akuston suojaamiseen ole standardia. Ihanteellisessa tapauksessa akut sijoitettaisiin rungon kiskoihin ja suojattaisiin ohikulkevilta ajoneuvoilta ilman lisärakennetta ja -painoa, mutta tämä ei vaikuta järkevältä nykyisillä käyttöjaksoilla ja vaadittava akkujen määrä huomioiden.

NACFE (North American Council for Freight Efficiency)

Itse asiassa kuorma-autojen valmistajat voivat hyödyntää autoteollisuuden täyssähköautojen akkujen suojausstandardien kehittämiseksi jo tekemää mullistavaa työtä. Nykypäivän sähköautoissa on akkukotelot, joissa käytetään kevyttä alumiinia ja/tai AHSS-terästä innovatiivisin tavoin.

Kaikkein haastavin täyssähköautojen törmäysturvallisuusstandardi on sivuiskutesti. Valmistajien on otettava huomioon muun muassa sähköautojen akkujen raskas paino, niiden suuri koko ja kyky kestää törmäyksiä, jotta akut eivät syty palamaan, sillä niitä on käytännössä mahdotonta sammuttaa.

Täyssähköautojen suunnittelijat ovat vastanneet näihin haasteisiin sijoittamalla akkuja matkustamon lattian alle ja tekemällä akkukotelosta ison, monitoimisen ja runkorakenteeseen liittyvän rakennekomponentin. SSAB on puolestaan ehdottanut sähköautojen mallikonseptia, johon kuuluvat muun muassa kevyt akkukotelo, jossa on energiaa vaimentavat kynnyspalkit, energiaa siirtävät alustan poikittaisosat ja martensiittisesta Docol® 1700 MPa -teräksestä valmistettu 3D-rullamuovattu akkukotelorakenne. Akkukoteloa ympäröivä runko suojaa akustoa iskuilta ja vakauttaa rakennetta, mikä takaa vääntöjäykkyyden ja inspiroi tulevaisuuden sähkökuorma-automalleja.

sähkökuorma-auto

Docol®-AHSS-teräkset sähköautojen akkukoteloihin, polttokennoihin ja vedyn varastointiin

Kaavio potentiaalisista AHSS-teräslajeista sähköautojen akkukoteloissa, polttoaineen myynnissä ja vedyn varastoinnissa
Mahdolliset AHSS-teräkset käyttökohteisiin merkitty tummanharmaalla taustalla. Keltaiset tekstit merkitsevät tällä hetkellä kehitettäviä teräslaatuja.

Kuorma-auton alustan rungot ja runkokiskot UHSS-teräksestä

Kuorma-autojen runkojen suunnittelijoille tärkeintä on materiaalin lujuus, jäykkyys ja väsymisominaisuudet, sillä kuorma-autojen rungot altistuvat jatkuvasti iskukuormitukselle ja kiertymiselle.

Perinteinen luokan 8 (USA) perusrunko on teräsrakenne, jossa käytetään 120 ksi:n (827 MPa) terästä. Kuorma-auton rungon valmistaminen sen sijaan esimerkiksi 160 ksi:n (1 100 MPa:n) kylmävalssatusta, martensiittisesta 1100M-Docol®-teräksestä auttaa kuorma-autojen valmistajia pienentämään paksuutta ja keventämään painoa 90 kg.

Kuorma-autojen suunnittelijat pyrkivät keventämään ajoneuvojen painoa entisestään räätälöimällä teräksen paksuutta koko runkokiskon mitalta ja optimoimalla AHSS-teräksen lujuutta halutussa kohdassa. He pystyvät myös tekemään kustannus-/hyötyanalyysin entistä lujemmille UHSS-teräksille, kuten kuumavalssatuille, kylmämuovatuille Docol® 1200M -teräksille.

NACFE:n mukaan yksi kuorma-autojen valmistaja lopetti äskettäin alumiinisten runkokiskojen tarjoamisen todennäköisesti niiden huonon kestävyyden vuoksi. Yksi NACFE-kyselyn vastaajista ilmoitti: ”Ne (alumiiniset runkokiskot) eivät väsy, ne pettävät katastrofaalisesti.” (NACFE Confidence Report: Lightweighting 2021.)

Raportissa todetaan, että alumiinin pienempi kimmokerroin (jäykkyys) teräkseen verrattuna tekee alumiinin notkumisesta yleisen ongelman, joten alumiiniset runkokiskot eivät ole hyvä valinta painon suhteen kriittisiin kuorma-autoihin, kuten säiliöautoihin.

Kuorma-autojen poikittaisosien kestävyyden parantaminen

Vaikka kevyet alumiiniset poikittaisosat ovat yhä suositumpia, monet kuorma-autojen valmistajat ovat niiden suhteen huolissaan samoista asioista kuin alumiinirungoissa: jäykkyys, kiertyminen ja väsyminen pitkällä aikavälillä. AHSS-teräkset voivat osoittautua kestävämmiksi ja edullisemmiksi vaihtoehdoiksi kuorma-autojen poikittaisosille.

Docol®-AHSS-teräkset kuorma-autojen runkoihin ja alustoihin

Kaavio potentiaalisista AHSS-teräksistä kuorma-autojen rungoissa ja alustoissa
Mahdolliset AHSS-teräkset käyttökohteisiin merkitty tummanharmaalla taustalla. Keltaiset tekstit merkitsevät tällä hetkellä kehitettäviä teräslaatuja.

Kuorma-autojen ohjaamojen keventäminen AHSS-teräksellä

Edes painosta tarkimmat kuorma-autoyhtiöt (bulkkikuljetuksia hoitavat) eivät halua keventää painoa pienentämällä ohjaamoa: on tärkeää, että kuljettajien on mukava nukkua hytissään.

Toisaalta, kun kyse on omat ajoneuvonsa omistavista liikennöitsijöistä, eräs kaluston hallinnoija totesi: ”Pienempi paino (rahdin tehokkuus) tuo tuottoja... Palkkaan vain sellaisia kuljettajia, joiden ajoneuvon paino on alle 7260 kg.”

Oli liiketoimintamalli mikä hyvänsä – yrityksen tai kuljettajien omat ajoneuvot – on selvää, että makuuhytin painoa on syytä tarkkailla niiden koon kasvaessa.

NACFE-raportissa todetaan: ”Terästeollisuuden monien innovaatioiden ansiosta painon vähentämiseen on runsaasti mahdollisuuksia tavanomaisen toimitusketjun puitteissa.”

ohjaamon runko

Ohjaamon runko.

Docol®-AHSS-teräkset kuorma-autojen hytteihin

Kaavio potentiaalisista AHSS-teräksistä kuorma-autojen ohjaamoissa

Mahdolliset AHSS-teräkset käyttökohteisiin merkitty tummanharmaalla taustalla. Keltaiset tekstit merkitsevät tällä hetkellä kehitettäviä teräslaatuja.

Parempi turvallisuus AHSS-puskureilla ja -alleajosuojilla

Kuorma-autojen suunnittelijat ovat huomanneet, että autonvalmistajat ja osatoimittajat ovat alkaneet suunnitella ja ottaa käyttöön ultralujia teräksiä puskurijärjestelmissä. UHSS-terästen, kuten muottikarkaistavien Docol® PHS 1500- ja PHS 2000 -terästen, avulla voidaan valmistaa kevyitä ja kustannustehokkaita puskureita, jotka tarjoavat erinomaisen törmäyssuojan.

Kuorma-autojen jarrujen paineilmasäiliöiden keventäminen

Alumiinisäiliöt voivat olla jopa 14 kg perinteisiä pehmeästä teräksestä valmistettuja säiliöitä kevyempiä. Kehittyneet erikoislujat teräkset voivat olla yhtä kevyitä kuin alumiini mutta merkittävästi edullisempia.

Kuorma-auton ilmasäiliöiden ja poikittaisosien yhdistäminen

Volvo on rakentanut konseptiauton, jossa alumiininen ilmasäiliö on integroitu poikittaisosaksi. Samaan tapaan voitaisiin käyttää Docol®-AHSS-terästä, joka ei ole pelkästään alumiinia edullisempi vaihtoehto, vaan sen CO2 -ekvivalentit ovat kierrätysteräksen tasolla, vaikka se on suurelta osin valmistettu ensiörautamalmista.

Kuorma-auton tuulisuojuksen muovauskustannusten vähentäminen

Katon tuulisuojus parantaa vetoauton ja perävaunun aerodynaamisuutta ja polttoainetehokkuutta. Materiaalin vaihtaminen joko alumiiniksi tai ruiskupuristetuksi muoviksi voi kuitenkin olla liian kallista luokan 8 kuorma-autojen markkinoilla, jotka ovat suhteellisen pienet määrällisesti.

NACFE raportoi: ”Suuri ruiskumuottityökalu kattojen tuulisuojusten valmistamiseen voi maksaa yli miljoona Yhdysvaltain dollaria, ja alumiinisten paneelien prässäystyökalu voi maksaa 1,5 miljoonaa dollaria.” Taloudellisempi AHSS-teräs, jonka muotoiluun valmistajalla on todennäköisesti jo työkalut, voi olla parempi vaihtoehto tuulisuojusten keventämiseen.

Vetopöydän kestävyyden parantaminen AHSS-teräksellä

Kuorma-auton vetopöytä on perinteisesti raskaaseen ja tiheään käyttöön tarkoitettu osa, jolla perävaunu kiinnitetään vetoautoon. NACFE huomauttaa, että alumiini ei ehkä ole paras vaihtoehto vetopöytään, sillä "... vetotappi voi usein osua vinoon, mikä aiheuttaa vaurioita (alumiinin) hitseihin tai ramppeihin... Ne ovat (myös) kalliita verrattuina prässättyihin ja valettuihin teräsmalleihin, joten niiden käyttöönottoaste on hyvin alhainen.”

Martensiittiset Docol®-teräkset ovat hyviä AHSS-vaihtoehtoja prässättyihin kuorma-autojen vetopöytiin.

Kustannustehokkaat ja kevyet kuorma-auton pyörät

Sekä teräs- että alumiinipyörien valmistajat ovat viime vuosina onnistuneet vähentämään tuotteidensa painoa. Lisäämällä lujuustasoa entisestään teräslajeilla, joista on helppo kylmämuovata venytettyjä laipan reunoja ja joilla on hyvä reiänlaajennuskyky, teräspyörien valmistajat voivat keventää tuotteitaan ja tarjota houkutteleva hinnan.

Mahdollisia kuumavalssattuja Docol® AHSS -teräksiä pyörille ovat HR800CP, HR800HER ja HR600FB.

Kojelaudan rakenteet

Alumiinilla on korvattu joitakin paneelirakenteita, mutta se kasvattaa tietenkin kustannuksia. Vaihtaminen AHSS-teräkseen, kuten kylmävalssattuihin Docol® CR600DP -levyihin ja ohutseinäputkiin, voi tuoda kuorma-autojen alkuperäisvalmistajille etua hinnan ja painon suhteen.

Kevyitä kuorma-autojen osia houkuttelevaan hintaan

Sen lisäksi, että AHSS- ja UHSS-teräkset ovat lujia/kevyitä ja niiden hinnoittelu on houkuttelevaa alumiiniin ja hiilikuituvahvisteisiin polymeereihin verrattuna, ne voidaan myös usein valmistaa kylmämuovauslaitteilla, jotka valmistajilla jo on – suhteellisen pienillä työkalujen päivityksillä. Docol®-AHSS-/UHSS-teräkset ovat myös erittäin hiilidioksiditehokkaita,kuten on jo todettu.

Oletko valmis hyödyntämään autoteollisuuden AHSS-/UHSS-osaamista painon keventämisessä? Ota yhteyttä paikalliseen Docol®-edustajaan. Rahdin tehokkuutta vaalivat asiakkaasi tulevat olemaan tyytyväisiä.

Muu sisältö

5