כלכלה במשקל-פולנית

הפיזיקה מאחורי צריכת הדלק במשאיות כבדות היא פשוטה: רכב כבד דורש יותר אנרגיה כדי להאיץ, לשמור על מהירות, להתגבר על עמידות מתגלגלת.כל קילוגרם של מסה שהוסרו ממשאית יכול להניב חיסכון דלק אמין במהלך חייו התפעוליים.על פי מחלקת האנרגיה של ארה"ב, צמצום משקלו של משאית כבדה עד 10% יכול לשפר את הכלכלה בכ-6–8% עם עלויות הדלק ישירות לכדי יעילות של משאית תחתית, לחיסכון ישיר של החסכון של 30%.

מעבר לכלכלה, לחץ רגולטורי מאיץ את משקלה של הסוכנות להגנת הסביבה של הסוכנות להגנת הסביבה של גרינהאוס גז שלב 2, יחד עם מנדטים דומים באירופה ובאסיה, דורש הפחתה משמעותית בפליטת CO2 ממכוניות מסחריות. חומרי משקל אור הם אחד המכשולים העמידים העמידים ביותר לעמוד ביעדים האלה ללא אספקת תשלום או ביצועים.

חומרים מתקדמים מעצבים מחדש את עיצוב הרכב

מגוון של חומרים חדשניים מתחרים כעת להחליף מרכיבים פלדה כבדים מסורתיים.כל אחד מציע הבדלים ייחודיים בין משקל, כוח, עלות ומיומנות.

Carbon סיבים Reinforced Polymers (CFRP)

תרכובות CFRP מספקות קשיחות יוצאת דופן וכוח בשבריר של משקל הפלדה - לעתים קרובות 50% יותר מאלומיניום ו -70% יותר קל מאשר פלדה. במשאיות, CFRP הוא למצוא את דרכו לתוך מבני משאיות, hood, זרועות השעיה ואפילו לנהוג פירים. לדוגמה, i3 של BMW ו- i8 מכוניות חלוצות יישומי CFRP גבוהים, ויצרנים כבדים של משאיות הם עכשיו מתאימים לעייפות כי יש לעמוד במתחים גבוה.

המחסום הראשי נשאר עלות: חומרים גולמיים של CFRP הם 5 עד 10 פעמים יקר יותר פלדה. עם זאת, מיקום סיבים אוטומטיים ומערכות epoxy המהיר הם בהדרגה להפחית את זמני מחזור ואת שיעורי גרוטאות, מה שהופך את CFRP מבחינה כלכלית קיימא עבור חלקי משאית גבוהה.

אלומיניום Alloys

אלומיניום הוא מרכיב עיקרי של קל משקל במשאיות במשך עשרות שנים, במיוחד בצורת 5xxx ו 6xxx סדרה ⁇ .חומר מציע ירידה במשקל של 40-60% בהשוואה לפלדה תוך שמירה על עמידות קורוזיה מעולה ומחזוריות. אלומיניום הוא עכשיו סטנדרטי במשאיות רבות, מיכלי דלק, גלגלים, וחוגים.

שיפורים אחרונים כוללים סגסוגת סדרה 7xxx גבוהה (כמו 7075) גישה לכוח של פלדה, המאפשר השעיה קלה אך חזקה באותה מידה ורכיבי היגוי.בנוסף, סגסוגת אלומיניום-לייום המשמשים בחלל מוערכים עבור משאיות, המציעים עד 10% חיסכון במשקל נוסף על אלומיניום קונבנציונלי.

פלדה גבוהה-Strength Steels (AHSS)

במקום להחליף פלדה מלאה, מדענים חומריים פיתחו ציוני AHSS המספקים הרבה יותר כוח גבוה עם עונש משקל מינימלי. כפול-phase, הפלסטיות המושרה טרנספורמציה (TRIP), ופלסטיות המושרה על ידי תאום (TWIP) מאפשרות למהנדסים להוריד את הרכיבים - באמצעות סעיפים דקים תוך שמירה על בטיחות ההתרסקות ועל חיי העייפות. AHSS יעיל במיוחד באזורים מבניים רגישים בעלות כמו מסילות רכבת וצלב.

מגנזיום Alloys

מגנזיום הוא המתכת המבנית הקלה ביותר (33% בהירה יותר מאלומיניום), מה שהופך אותו אטרקטיבי עבור רכיבים פנימיים, דיור שידור ומבנים מגרדים.עם זאת, יכולת מוגבלת, סיכון קורוזי גלקטי, ועלות גבוהה הגבילו את השימוש שלו.חדש פיתוח ⁇ חינם-earth-earth-freeסגסוגת ושיפור ציפויי הגנה מרחיבים את הפוטנציאל שלה, עם כמה יצרני משאיות אירופיים עכשיו ניסיון של שמן מגנזיום-סוי ועמודות תומך.

פולימר Composites ו סיבים טבעיים

זכוכית-Fiber-reinforced פולימרים (GFRP) מספקים אלטרנטיבה זולה בעלות נמוכה ל-CFRP עבור חלקים שאינם מבנים או חצי-מבנה כגון לוחות תחת גוף, מגני אוויר וטרימפנים. Natural-fibernz תרכובות (למשל, קנבוס, flax, ו-Jte) הם גם צוברים עקב טביעת הרגל הנמוכה מאוד שלהם פחמן נמוך כוח תחרותי הם כבר יחסי ביו-קו-קו-קו-קו-קו-מול אירופי אחרים.

ירידה במשקל על פני משאית

משקל אור אינו מוגבל לכל תת-מערכת יחידה; תועלת מקסימלית דורשת גישה הוליסטית.אזורי מפתח שבהם חומרים קלים משפיעים על:

  • (FLT:0Cab ו- Bodymia:FLT:1 Smooth-faced אלומיניום לוחות, גגות CFRP ודלתות פלסטיק להפחית במשקל תוך שיפור האווירודינמיקה.The טסלה Semi משתמשת בלוחות נירוסטה אבל עם עיצובים חדשניים של מסגרת משקל.
  • (FLT:0)Chassis ו- Suspension: AndreaFLT:1) אלומיניום ו- AHSS מסגרת מעקות, מעיינות עלים מורכבים (ששימוש בהם על ידי הנדריקסון ואחרים), וגלגלי אלומיניום מזויפים חוסכים עד 300 ק"ג בסך הכל.
  • (FLT:0)Powertrain:Build cylinder:1 אלומיניום ראש, כיסויי מסתם מגנזיום, ו- CFRP כונן לחתוך מסה רוטטת, שיפור הן כלכלת דלק והן זריזות רכב.
  • (FLT:0)Trailer:FLT:1; אלומיניום או גופי נגררים מורכבים (למשל, האוורסט של דן הגדול) ופאנלים רצפת פחמן-פיבר יכולים להפחית את משקל הקרוואן ב-1,500 ק"ג, מה שמאפשר עומסי תשלום כבדים יותר או קילומטראז דלק טוב יותר.

אתגרים בייצור ועלויות

למרות היתרונות ברורים, אימוץ נרחב של חומרים קלים עומדים בפני כמה מכשולים. הראשון, עלויות חומרי גלם נשאר גבוה יותר פלדה מסורתית, למרות ייצור בקנה מידה נפח וחדשנות תהליכים הם צמצום הפער. השני, תהליכי הייצור כגון CFRP שכב, ייצור מהיר של אלומיניום סטריאנט גבוה, והצטרפות לפירוק מתכות ממושכות דורשות קרישה של הון, תיקון ושיקום הם מורכבים יותר ממתכת, בדרך כלל לא ניתן למחזור פחמן מורכב יותר מאשר מתכות מורכבות.

התעשייה ממקמת את האתגרים הללו באמצעות שיתופי פעולה.לדוגמה, מחלקת האנרגיה של האנרגיה של מחלקת חומרי האור של אנרגיה (LightMAT) מממנת מחקר על סיבים פחמן זולים, טכניקות מתקדמות, וטכניקות מתקדמות להצטרפות, וכן משככי תרמוסטים הניתנים למחזור.

Horizons: ננו-חומרים, ביו-קוקוויטים ו- 3D Printing

הדור הבא של חומרים קלים ידחוף גבולות קדימה.ננוחומרים כגון פולימרים משומר פחמן וציפוי גרף-enhanced מבטיחים כוח קיצוני במשקל מינימלי.למרות עדיין בפיתוח מעבדה, מחקרים מוקדמים מצביעים על כך שאפילו תוספת במשקל 0.1% של גרפן יכול להכפיל את חוזקם של פולימרים מסוימים.

גם מרוכבים המבוססים על הביולוגית מתפתחים.חוקרים ב-FLT:0)Fraunhofer InstitutecioFLT:1 מפתחים סיבי פחמן מבוססי לירנטין שעולים חלק מהגרסאות המבוססות על נפט, תוך שימוש בבזבוז ממילימטרי נייר.אלה יכולים להפוך את CFRP לזמין עבור רכיבי משאיות מרכזיים בתוך עשור.

ייצור Additive (3D הדפסה) מאפשר גאמטריה מורכבת, טופולוגיה-אופטימית המפחיתה את המשקל תוך שיפור ביצועים מבניים כבר, יצרני משאיות כמו Daimler Trucks להשתמש באלומיניום מודפס 3D ו brackets פולימרים, דוקטריטים אוויר ואפילו ממת מתכת.כפי שמדפסות הופכות לאפשרויות מהירות וחומריות להרחיב, חלקים רבים יותר במשקל ייצרו ישירות ללא עובש.

אימוץ אמיתי והטבות צי

ציים כבר רואים את התגמולים של קל משקל.מחקר של איגוד משאיות האמריקאי:0 (American Truck AssociationsssFLT:1 העריך כי משאית טיפוסית 8 באמצעות אלומיניום ורכיבים מורכבים יכול להפחית את משקלו על ידי 2,500 ק"ג, הניב חיסכון שנתי של יותר מ 7% - כ-3,000 ליטר של דיזל.ב -10 שנים, המייצג כ- 30,000 דולר בעלויות דלק מופחתות (מחירים הנוכחיים של ארה"ב).

יצרנים גדולים מחויבים להקליד מפת דרכים.וולוו משאיות משתמשות באלומיניום במונית FH ו- VNL, ו-VNR Electric משלבת את שערי סוללות פחמן-פיבר. PACCAR (Kenworth ופיטרבילט) מציעה חבילות קלות קלות משקל עם גלגלים, כימות מורכבות, ומסגרות פלדה גבוהות של strth.

מסקנה

חומרי משקל קלים אינם רק מגמה אלא גם צורך בתעשיית המשאיות לציית לתקנות פליטות, עלויות התפעול של הבקרה, ולעמוד ביעדים קיימות. מפלדות מתקדמות וסגסוגת אלומיניום לתרכובות פחמן-פיבר ומתעוררות ביו-נונוחומרים, לוח האפשרויות ממשיך להתרחב.