Ajutarea producătorilor de vehicule electrice să-și atingă țintele

Vehiculele electrice nu sunt nimic nou. Mașinile electrice erau populare în Europa și Statele Unite în anii 1890 și începutul anilor 1900, deoarece erau mai curate, mai silențioase și mai ușor de pornit decât mașinile cu motoare cu ardere internă (ICE). Chiar și după ce mașinile cu benzină au preluat piața de consum, trenurile și camioanele electrice au continuat să transporte cărbune din mine și să mute oamenii prin tunelurile metroului. Tractoarele electrice de tractare, suporturile de încărcare și stivuitoarele mențineau fabricile și depozitele care circulau în întreaga lume.

Astăzi, volatilitatea climatică sporită și interdicțiile asupra vehiculelor cu combustibil fosil determină investiții în mașini, camioane și autobuze cu propulsie electrică. Peste 125.000 de vehicule comerciale electrice au fost produse la nivel global în 2017, iar un raport de cercetare și piețe prezice că numărul va depăși 1,8 milioane până în 2025.

În SUA, unde cumpărăturile online au luat avânt, companiile de livrare desfășoară camioane și camionete electrice de uz mediu pentru a satisface cererea într-un mod mai durabil. În China, stimulentele guvernamentale puternice și o rată redusă de proprietate a mașinii îi fac pe consumatori să fie mai înclinați spre mașinile electrice și la fiecare cinci săptămâni, 9.500 de autobuze electrice noi merg pe drumuri – echivalentul întregii flote de autobuze din Londra.

Provocarea propulsiei electrice

Cu toate acestea, piața vehiculelor electrice (EV) este departe de a fi matură. Soluțiile de trenuri electrice EV de primă generație sunt încă o zecime de zeci, startup-urile concurând cu producătorii consacrați pentru o poziție pe piață. Furnizorii rămân la curent cu evoluțiile, astfel încât să se poată adapta rapid pe măsură ce crește cererea de vehicule electrice.

Marea provocare continuă să fie bateriile. Experții se așteaptă ca costurile bateriei cu litiu să rămână ridicate în următorii zece ani. Pentru a obține mai mulți kilometri de la o încărcare, producătorii caută soluții de trenuri electrice puternice și eficiente din punct de vedere al consumului de combustibil, astfel încât vehiculele să poată fi mai ușoare, cu spațiu pentru baterii mai mari.

Provocările EV pentru designerii de rulmenți includ medii termice mai dure și lubrifianți mai ușori, spune Christopher Marks, inginer șef al grupului de autostrăzi Timken, anterior expert rezident al Timken în vehicule electrice în spațiul de pe autostradă.

Inginer șef Timken, Christopher Marks

„Lubrifianții mai ușori au fost o tendință de ani de zile, deoarece permit o eficiență mai mare în funcționarea transmisiei”, spune el. „Acești lubrifianți mai ușori pot provoca probleme de performanță, totuși, deoarece nu avem grosimea filmului la rulment și la contactul angrenajului.”

Temperaturile de funcționare ale cutiilor de viteze EV tind, de asemenea, să fie destul de ridicate, în comparație cu vehiculele ICE. Când aveți un motor electric fixat pe o cutie de viteze, este un mare generator de căldură. Singura generație de căldură într-o transmisie convențională este pierderea de putere a rulmenților și a angrenajelor.

Este o provocare să faci rulmenții să dureze mai mult într-un mediu mai agresiv decât ceea ce se execută în mod convențional. Pentru a face față acestei provocări, designerii Timken se bazează pe procesele dovedite ale companiei și pe cunoștințele vaste ale aplicațiilor din multe industrii.

Pregătind calea cu inovațiile timpurii

Din punct de vedere istoric, dependența industriei auto de Timken pentru inovația aplicațiilor nu este nimic nou. Începând cu anul 1975, reglementările privind economia medie a combustibilului corporativ (CAFE) au început să ridice obiectivele de eficiență a consumului de combustibil pentru autoturisme și camioane ușoare din SUA De atunci, rulmenții conici cu conținut dens de energie, eficiente din punct de vedere al consumului de combustibil (PDFE) au jucat un rol atât în convențional, cât și în electric -I aplicații hibride.

„Interesantul despre hibrizi este că, în funcție de nivelul hibridului, transmisiile nu se schimbă semnificativ”, spune Marks. „Tehnologia PDFE nu este nouă, dar designul acestor rulmenți a fost unic pentru axele convenționale sau hibride.”

Vehiculele complet electrice, pe de altă parte, sunt încă în evoluție, cu osii și trenuri de forță care pot varia semnificativ între ele și de la vehiculele ICE sau hibride. Un nou design de camion electric, de exemplu, are patru motoare – unul pentru fiecare roată. „Toate aceste inovații oferă provocări pentru clienții noștri”, spune Marks. „Dar este totuși vorba de a oferi soluții dense de energie, eficiente din punct de vedere al consumului de combustibil, pentru a obține o greutate mai mică a vehiculului și distanțe mai mari între consumul de combustibil sau, în acest caz, încărcarea bateriei.”

Minimizarea dimensiunii, maximizarea puterii

Pentru a rezolva aplicațiile EV, inginerii Timken au proiectat Rulment conic ePDFE linia de produse, bazându-se pe cunoștințele pe care le-au dobândit de-a lungul anilor de realizare a rulmenților PDFE pentru vehiculele convenționale și hibride.

„Marea diferență constă în macro-geometrie”, spune Marks. „Aceste rulmenți și axe tind să fie puțin mai mici decât cele din vehiculele convenționale.” Rulmenții cu role conici Timken ePDFE oferă o soluție mai mică, comparativ cu rulmenții cu bile, astfel încât clienții să poată reduce dimensiunile arborilor și carcaselor pentru a construi cutii de viteze mai dense.

Pe de altă parte, geometria internă a rulmenților ePDFE le face mai eficiente din punct de vedere al consumului de combustibil și tocmai acolo tehnologiile de micro-geometrie Timken joacă un rol important.

„Avem tehnologia pentru a ajuta clienții să proiecteze cea mai mică și mai puternică cutie de viteze, deschizând calea pentru designuri mai compacte ale trenurilor de putere, reducerea greutății generale a vehiculului, temperaturi mai mici de funcționare a rulmentului și eficiență îmbunătățită a trenului de putere”, spune Marks.

Rulmenții Timken ePDFE pot contribui, de asemenea, la reducerea zgomotului, vibrațiilor și durității – un factor important la vehiculele care nu au zgomotul de fundal al unui motor cu ardere internă.

Colaborare timpurie pentru rezultate optimizate

Marks subliniază importanța colaborării cu inginerii Timken la începutul procesului de proiectare, pentru a optimiza soluțiile din față, în loc să încerce să le modernizeze ulterior.

„Vrem să ne asigurăm că clientul proiectează un mediu care să fie benefic pentru rulmenți”, spune el. „Când vin la noi devreme, putem lucra cu ei pentru a crea o arhitectură care permite rulmenților să funcționeze la un nivel ridicat de performanță, în termeni de longevitate și fiabilitate.”

Așa cum este tipic industriilor tinere, producătorii EV de astăzi sunt extrem de concentrați pe viteza de lansare pe piață, mai degrabă decât pe extragerea tuturor eficienței și fiabilității potențiale a produsului lor.

„Cred că va exista spațiu pentru creșterea eficienței în timp, pe măsură ce vehiculele electrice încep să ocupe o cotă mai mare din piață”, spune Marks, „la fel ca astăzi, pe partea convențională, producătorii lucrează pentru a crește consumul de combustibil cu un kilometru pe galon timp. Obții asta schimbând toate aceste lucruri mici, cum ar fi rulmenții. ”

Ajutând clienții să navigheze

Vehiculele electrice nu sunt singura inovație care zguduie lumea automobilelor. „Astăzi ne aflăm în plină revoluție”, spune Marks, producătorii anticipând și creșterea vehiculelor autonome și de partajare.

În cele din urmă, s-ar putea să vedem rate de proprietate mai mici și mai puține vehicule în SUA, de exemplu, dar un vehicul va parcurge 100.000 de mile pe an, mai degrabă decât 12.000-15.000 de mile. O astfel de schimbare ar putea afecta dramatic cerințele de fiabilitate ale pieței de vânzare – un domeniu pe care Timken este bine poziționat să îl abordeze.

„Oamenii caută o mulțime de bile de cristal, pentru a încerca să înțeleagă unde merge industria”, spune el. Pe termen lung, el se așteaptă să vadă un amestec de vehicule hibride și electrice, destinate consumatorilor și piețelor comerciale de pe autostradă, precum și o creștere a standardelor de eficiență pentru vehiculele off-road.

Pentru a ajuta producătorii EV să își atingă obiectivele, inginerii Timken continuă să facă ceea ce fac cel mai bine: colaborând îndeaproape cu clienții pentru a dezvolta soluția ideală pentru fiecare aplicație.

„Lucrăm cu clienți de lungă durată, precum și cu noii intrați care nu sunt la fel de familiarizați cu noi”, spune Marks. „Ambele pot beneficia de cunoștințele noastre de inginerie pe măsură ce dezvoltă noi sisteme de propulsie EV.”

Published: 2021/03/24