Алюминиевые электрокары становятся все более экологичными: масса снижена наполовину, а число сварных швов уменьшено на 60 процентов

Алюминиевому заводу требовался алюминиевый электрокар

Компания Services Précicad Inc. (Précicad) — это многопрофильная команда инженеров, конструкторов техников и чертежников, оказывающих консультационные услуги по подготовке производства, особенно в области проектирования машиностроительных изделий и промышленного оборудования, а также расчетов методом конечных элементов. Среди заказчиков компании — Cirque de Soleil, Garant, RioTinto Alcan, SigmaDek, Volvo Buses и GE Hydro.

Еще один клиент Précicad client — канадский алюминиевый завод Aluminerie Alouette, который обратился в компанию с необычным заказом. При изготовлении алюминия через порошкообразный глинозем пропускается постоянный ток. Ток создает сильное постоянное магнитное поле. Его напряженность настолько велика, что в ряде мест алюминиевого завода эксплуатация транспортных средств с обычными двигателями внутреннего сгорания невозможна. На Aluminerie Alouette в таких случаях для транспортировки персонала и оборудования используются электрокары. Однако до недавнего времени электрокары изготавливались только из стали. Компания Aluminerie Alouette, производящая алюминий, решила попробовать сделать электрокар из алюминия. Это усилит рекламу продукции Aluminerie Alouette, к тому же, такие электрокары будет гораздо проще утилизировать, а это важно для компании, заботящейся об охране окружающей среды.

Перед компанией Précicad встала задача спроектировать и изготовить небольшой парк электрокаров с кузовами и рамами из алюминия, а не из стали. По требованию Aluminerie Alouette грузоподъемность машины должна была составлять 500 кг. Заводу требовалось быстро заменить имеющиеся транспортные средства, поэтому компания Précicad пообещала изготовить действующий опытный образец в срок от полугода до года.

Объединение процессов конструирования и расчетов

В Précicad используется целый ряд систем автоматизированного проектирования (CAD-систем). Было принято решение выполнять моделирование по данному проекту в системе SolidWorks® от Dassault Systèmes Solidworks Corporation. Поскольку важнейшим этапом разработки являлся расчет методом конечных элементов, система Simcenter™ от Siemens PLM Software также сыграла важную роль в реализации проекта. В частности, применялись решения Simcenter 3D, NX Nastran® и Simcenter 3D Thermal для конечноэлементного анализа. Компания Précicad применяла все эти решения уже почти десять лет при поддержке реселлера Siemens PLM Software — компании MAYA Simulation, которая проводит обучение, обеспечивает непрерывную техническую поддержку и предлагает гибкие финансовые условия.

После встречи с представителями Aluminerie Alouette и уточнения требований к электрокару инженеры Précicad приступили к разработке геометрии деталей и узлов в системе SolidWorks. Затем модель сборки была импортирована из SolidWorks в Simcenter 3D, где выполнялось упрощение геометрии, строилась конечноэлементная сетка, прикладывались нагрузки и граничные условия. «Мы не столкнулись с какими-либо проблемами при импорте данных из SolidWorks, а подготовка моделей к конечноэлементному расчету в Simcenter 3D выполнялась очень быстро, — рассказывает начальник отдела инженерных расчетов компании Précicad Стефан Арсено (Stephane Arsenault). — На расчет небольших деталей уходило несколько дней, а всю сборку удалось просчитать примерно за неделю».

В расчетной модели применялись такие виды нагрузки, как сила тяжести, тормозное усилие, центробежная сила при поворотах и ускорение. Разработка велась итерационно: этапы конструирования и анализа выполнялись попеременно, а конструкция оптимизировалась на основе результатов расчетов. «Simcenter действительно работает очень быстро. За один день мы успевали выполнить много итераций. В частности, так мы подбирали толщину материала», — вспоминает Арсено. Вместо того чтобы снова возвращаться в SolidWorks, чаще всего изменения в геометрию вносились в самом Simcenter при помощи синхронной технологии, обеспечивавшей непосредственную работу с расчетной моделью из Simcenter 3D. «Это сэкономило нам массу времени, — отмечает Арсено. — Пользовательский интерфейс Simcenter весьма удобен, а редак- тировать геометрию очень просто».

При работе над проектом компания Précicad также использовала систему Simcenter 3D Thermal для проведения тепловых расчетов. В ней решалась задача повышения эффективности работы аккумулятора в условиях низких температур.

Уменьшение массы и сокращение технологической себестоимости

Применение Simcenter позволило компании Précicad создать электрокар в срок и не только выполнить, но и превзойти требования заказчика. Через шесть месяцев у компании Précicad уже был действующий образец. Новый электрокар имел грузоподъемность 500 кг (в текущем варианте конструкции она повышена до 750 кг). Масса самого электрокара также составляет всего 750 кг — наполовину меньше, чем у применявшихся заказчиком электрокаров со стальной рамой. Массу удалось снизить благодаря замене стали на алюминий, а расчеты в Simcenter 3D позволили увеличить емкость аккумулятора и пробег электрокара до подзарядки.

Еще одно улучшение в конструкции, достигнутое благодаря Simcenter 3D, привело к существенному снижению себестоимости производства. «Исходная конструкция была в основном сварной, поэтому ее изготовление оказывалось очень дорогим делом, — говорит начальник отдела конструирования и моделирования компании Précicad Стефан Лашевротье (Stephane Lachevrotière). — При помощи конечноэлементных расчетов мы спроектировали свои собственные алюминиевые профили, сократив число сварных швов на 60 процентов». Благодаря уменьшению числа сварных швов и механических соединений электрокар, получивший название Kargo, легко разобрать для утилизации. Более того, в руководстве по эксплуатации подробно расписано, как надо поступать с каждой деталью по окончании срока службы.

Ассоциация изготовителей спецтехники и транспортных средств отметила электрокар Kargo компании Précicad главным призом за инновации.

Компания Précicad приняла решение продолжить изготовление электрокара и предлагать его другим заказчикам. Электрокар Kargo выпускается в четырех исполнениях: базовая модель, вариант с откидными бортами, с наклоняемой платформой и с крытым кузовом.