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Alleggerimento AHSS dei componenti dei camion

Per molti autotrasportatori, l'alleggerimento non riguarda tanto l'efficienza del carburante quanto piuttosto l'efficienza totale dei costi e delle spedizioni: essere in grado di ottenere maggiori profitti trasportando di più, pur rimanendo al di sotto dei limiti di peso legali. Alcuni componenti per camion che sono passati dall'acciaio al carbonio tradizionale all'alluminio leggero o persino ai polimeri rinforzati con fibra di carbonio (CFRP), sono ora ottimi candidati per gli acciai altoresistenziali avanzati (AHSS) più economici e durevoli.

Seguire l'esempio dell'alleggerimento nell'industria automobilistica

L'uso di AHSS e UHSS (acciai ultra altoresistenziali) nelle automobili continua ad aumentare con quasi tutti i nuovi modelli o aggiornamenti dei modelli di automobili. Alcuni di questi usi AHSS/UHSS devono soddisfare standard di sicurezza/crash più rigorosi. Tuttavia, la riduzione del peso è probabilmente il motivo principale, e gli esempi del settore automobilistico forniscono alcune linee guida sulle possibilità di alleggerimento dei camion.

Protezione del gruppo batterie UHSS per camion elettrici

Per raggiungere gli obiettivi climatici concordati a livello globale, tutti i camion, compresi i grandi carri di perforazione che effettuano trasporti a lungo raggio, dovranno prima o poi utilizzare batterie elettriche, celle a combustibile o combustione a idrogeno. Tuttavia, prima che i camion elettrici diventino ampiamente utilizzati, l'industria dei camion (almeno negli Stati Uniti) deve sviluppare standard di crash per i pacchi batteria.

Il problema è che non esiste uno standard noto per i test di durata del gruppo batterie (per i camion pesanti), come la prova di resilienza su veicoli, né esiste uno standard su un modo per proteggere il gruppo. Idealmente, le batterie dovrebbero essere imballate all'interno delle guide del telaio e protette dal passaggio di veicoli, senza ulteriore struttura e peso, ma ciò non sembra fattibile per i cicli di lavoro odierni e per il volume richiesto di batterie disponibili.

Stati NACFE (North American Council for Freight Efficiency)

In realtà, gli OEM di camion possono trarre vantaggio da alcuni dei lavori rivoluzionari già eseguiti dall'industria automobilistica, che hanno gli standard di protezione delle batterie BEV. Oggigiorno, le auto elettriche sono dotate di alloggiamenti per batterie (cioè vani batteria, gabbie o telai) che utilizzano alluminio leggero e/o acciaio AHSS in modi innovativi.

Lo standard di sicurezza più rigoroso per i veicoli BEV è il test d'impatto del palo laterale. I fattori includono il peso elevato delle batterie dei veicoli elettrici, le loro grandi dimensioni e la necessità di resistere agli urti in modo da non causare incendi dovuti al fuorigiri termico delle celle della batteria, che sono praticamente impossibili da spegnere.

I progettisti di automobili BEV hanno affrontato queste sfide collocando le batterie sotto il pavimento dell'abitacolo e, a loro volta, rendendo l'involucro un componente strutturale essenziale, multifunzionale e "body-in-white". A sua volta, SSAB ha proposto un EV Design Concept che include, tra le altre idee, una proposta di un involucro leggero della batteria con sottoporta ad assorbimento di energia, traverse a pavimento a trasferimento di energia e struttura di trasporto della batteria profilata a freddo 3D in acciaio martensitico Docol® 1700 MPa. Il telaio intorno al vano batterie EV non solo protegge il pacco dagli impatti, ma è anche una struttura stabilizzante, che fornisce rigidezza a torsione... e ispirazione per i futuri progetti di camion BEV.

camion elettrico

Acciai AHSS Docol® per alloggiamenti di batterie EV, celle a combustibile e stoccaggio di idrogeno

Grafico delle potenziali qualità AHSS per gli alloggiamenti delle batterie dei veicoli elettrici, le vendite di carburante e lo stoccaggio di idrogeno
Potenziali qualità AHSS per applicazioni indicate da uno sfondo grigio scuro. I testi in giallo indicano le qualità attualmente in fase di sviluppo.

Telai e guide per telai di camion che usano UHSS

La priorità per i progettisti di telai per autocarri è la resistenza, la rigidità e le proprietà di fatica del materiale, poiché i telai per camion sono costantemente soggetti a carichi d'urto e torsione.

Un telaio tradizionale, di base, di classe 8 (USA) è una costruzione in acciaio che utilizza 120 ksi (827 MPa). Convertendo il telaio del camion, ad esempio, in 160 ksi (1100 MPa) l'acciaio martensitico laminato a freddo Docol® 1100M consente agli OEM di ridurre lo spessore di calibrazione e risparmiare 90 kg di peso.

Per realizzare ulteriori riduzioni di peso, i progettisti di autocarri stanno esplorando la personalizzazione dello spessore dell'acciaio lungo tutta la lunghezza della guida del telaio, per ottimizzare la quantità di resistenza AHSS dove è necessaria. Potrebbero anche eseguire analisi costi/benefici per gli acciai UHSS ancora più resistenti, ad esempio Docol® laminato a caldo, formato a freddo 1200M.

NACFE riferisce che un OEM di camion ha recentemente smesso di offrire guide del telaio in alluminio, probabilmente a causa della loro scarsa durata. Un partecipante al sondaggio del NACFE ha riferito: "Non si affaticano (le guide del telaio in alluminio), falliscono catastroficamente". (NACFE Confidence Report: Lightweighting 2021.)

Il rapporto prosegue sottolineando che il modulo di elasticità inferiore (la sua rigidezza) dell'alluminio rispetto all'acciaio rende il cedimento dell'alluminio un problema comune, escludendo le guide del telaio in alluminio per una serie di camion sensibili al peso, come i camion cisterna.

Rendono le traverse dei camion più durevoli

Sebbene le traverse in alluminio siano sempre più diffuse, molti OEM di camion hanno le stesse preoccupazioni per le traverse in alluminio che hanno sui telai in alluminio, ovvero la mancanza di resistenza a lungo termine dell'alluminio in termini di rigidità, torsione e fatica. Gli acciai AHSS potrebbero rivelarsi l'alternativa più duratura ed economica per le traverse dei camion.

Acciai AHSS Docol® per strutture e telai di camion

Grafico dei potenziali acciai AHSS per strutture e telai di camion
Potenziali qualità AHSS per applicazioni indicate da uno sfondo grigio scuro. I testi in giallo indicano le qualità attualmente in fase di sviluppo.

Cabine per camion leggere con AHSS

Nemmeno le aziende di trasporto su strada più sensibili al peso (camion cisterna di prodotti sfusi) vogliono usare traversine più corte per risparmiare peso: mantenere i conducenti delle aziende con una comoda "casa lontano da casa" è troppo importante.

D'altro canto, quando si tratta di operatori proprietari, un amministratore della flotta ha dichiarato: "La leggerezza è un gudagno (in termini di efficienza del trasporto). Assumo solo operatori proprietari con trattori che pesano meno di 7260 kg."

In entrambi i casi, utilizzando conducenti aziendali o operatori proprietari, è chiaro che mantenere il peso della cabina di riposo sotto controllo è fondamentale, soprattutto perché le traversine continuano a crescere di dimensioni, come le cabine "condo o innalzate".

Il report NACFA rivela che "Con molte innovazion in acciaio, esiste un significativo potenziale di riduzione del peso, pur mantenendo una catena di fornitura comune".

telaio cabina

Telaio cabina.

Acciai AHSS Docol® per cabine di camion

Grafico dei potenziali acciai AHSS per cabine di camion

Potenziali qualità AHSS per applicazioni indicate da uno sfondo grigio scuro. I testi in giallo indicano le qualità attualmente in fase di sviluppo.

Maggiore sicurezza grazie ai paraurti per camion in AHSS e alla protezione antincastro

I progettisti di camion stanno notando che gli OEM di automobili e i fornitori di primo livello stanno iniziando a progettare e implementare acciai ultra altoresistenziale per sistemi di paraurti. Le qualità UHSS come gli acciai per stampaggio a caldo Docol® PHS 1500 e PHS 2000 contribuiscono a creare paraurti economici e a basso peso con elevate prestazioni di protezione dagli urti.

Alleggerimento dei serbatoi di aria compressa per i freni dei camion

I serbatoi in alluminio possono essere fino a 14 kg più leggeri rispetto ai tradizionali serbatoi in acciaio dolce. Tuttavia, gli acciai altoresistenziali di nuova generazione potrebbero eguagliare il peso dell'alluminio a costi notevolmente ridotti.

Combinazione di serbatoi d'aria per camion con traverse

Volvo ha costruito un camion di prova che combinava un serbatoio d'aria in alluminio integrato come traversa. Similmente, si potrebbe utilizzare l'acciaio Docol® AHSS, che non solo è più economico dell'alluminio, ma ha anche l'equivalenza di CO2 incorporata dell'acciaio riciclato, anche se è realizzato in gran parte con minerale ferroso vergine.

Riduzione dei costi di formatura per le carenature dei tetti dei trattori

Le carenature sul tetto incidono positivamente sull'aerodinamica del trattore-rimorchio e, di conseguenza, lo rendono più efficiente in termini di consumo di carburante. Tuttavia, le conversioni di materiale in alluminio o plastica stampata a iniezione possono essere finanziariamente fuori dalla portata del mercato dei camion di classe 8, con volumi relativamente bassi.

NACFE riferisce: "Un grande strumento di stampaggio a iniezione per la realizzazione di tali carenature per tetti può costare oltre 1 milione di dollari e uno strumento di stampaggio per pannelli della carrozzeria in alluminio può costare 1,5 milioni di dollari". Un acciaio AHSS più economico, formato da attrezzature che probabilmente l'OEM ha già, potrebbe essere un approccio di alleggerimento migliore per le carenature del tetto.

Aumento della durata della quinta ruota con AHSS

Le cinque ruote del trattore sono tradizionalmente un componente per carichi pesanti, progettato per agganciare e sganciare frequentemente i rimorchi. NACFE nota che l'alluminio potrebbe non essere la scelta migliore per la quinta ruota quando "...accade spesso che il perno di articolazione colpisca il centro, causando danni alla gola (in alluminio) o alle rampe... Questi sono (anche) così costosi rispetto ai modelli in acciaio stampato e fuso (che) il tasso di presa complessivo (tasso di accettazione) risulta molto basso."

I potenziali acciai AHSS per le quinte ruote dei trattori stampateincludono qualità martensitiche Docol®.

Ruote per camion leggere ed economiche

Negli ultimi anni, sia i produttori di ruote in acciaio che quelli di ruote in alluminio hanno ridotto con successo il peso dei loro prodotti. Aumentando ulteriormente i livelli di resistenza con qualità di acciaio che si formano facilmente a freddo in bordi della flangia stirati e che hanno elevati rapporti di espansione dei fori, i produttori di ruote in acciaio potrebbero ottenere un ulteriore alleggerimento a prezzi accattivanti.

Le qualità di Docol® AHSS potenzialmente laminate a caldo per le ruote includono HR800CP, HR800HERo 600FB.

Strutture del quadro strumenti

L'alluminio ha sostituito alcune strutture dei pannelli, ma ovviamente a costi più elevati. "Sostituire la sostituzione" con acciaio AHSS, come le lamiere laminate a freddo Docol® CR600DP e i tubi di precisione, potrebbe offrire un margine di leggerezza competitivo in termini di prezzo agli OEM di camion.

Offrire componenti per camion leggeri a prezzi vantaggiosi

Oltre al loro potenziale di resistenza/alleggerimento e ai prezzi interessanti rispetto all'alluminio e ai CFRP, gli acciai AHSS e UHSS possono essere spesso realizzati con attrezzature di formatura a freddo che gli OEM di camion utilizzano già, con aggiornamenti relativamente minori degli utensili. E gli acciai Docol® AHSS/UHSS sono anche estremamente efficienti in termini di CO2, come già sottolineato.

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