Kevyiden rakennemateriaalien soveltamismahdollisuudet metsäkoneissa

Asiakkaiden ympäristötietoisuus, metsäkoneille asetettavat korkeat vaatimukset ja kiristyvä kilpailu pakottavat metsäkoneiden valmistajat etsimään vaihtoehtoisia valmistusmateriaaleja, joita käyttämällä metsäkoneet kevenevät ja sitä kautta niiden ympäristökuormitukset ja käyttökustannukset alenevat ja kapasiteetti kasvaa. Metsäkoneiden rakenteiden keventämisessä alumiini on yksi varteenotettava vaihtoehto teräksen korvaajaksi, sillä alumiinin ominaisuus/paino -suhde on terästä parempi. Alumiinin käyttöä hitsatuissa rakenteissa ovat rajoittaneet sen korkea hinta ja melko huono väsymiskestävyys. Diplomityön tavoitteena on ollut selvittää mahdollisuuksia korvata metsäkoneiden rakenteista löytyviä teräksestä valmistettuja osia alumiinista valmistetuilla osilla. Diplomityön teoriaosassa on käsitelty rakenteiden keventämistä, metsäkoneille asetettavia vaatimuksia, alumiinien materiaaliominaisuuksia, alumiinirakenteiden valmistuksessa käytettäviä menetelmiä sekä alumiinirakenteiden suunnittelua. Lisäksi teoriaosassa on käsitelty komposiittien materiaaliominaisuuksia ja komposiittirakenteiden suunnittelua. Diplomityön kokeellisessa osassa on vertailtu nykyisiä rakennemateriaaleja ja alumiineja metsäkoneen eri osien rakennemateriaaleina osien vaatimusprofiileihin ja materiaalien ominaisuusprofiileihin perustuen. Vaatimusprofiilien perusteella on laadittu ominaisuusprofiilit alumiineille ja teräksille. Sovittamalla vaatimus- ja ominaisuusprofiilit yhteen arvoanalyysin avulla, metsäkoneista on etsitty mahdollisia kohteita, joissa nykyinen rakennemateriaali voitaisiin korvata alumiinilla. Tältä pohjalta metsäkoneista löytyi rakenteita, joissa alumiinin käyttö rakennemateriaalina teräksen sijaan olisi mahdollista. Diplomityö toimii hyvänä pohjana tutkittaessa mahdollisuuksia metsäkoneiden rakenteiden keventämiseksi.

The environmental awareness of the customers, the high demands that are placed on the forest machines and the tightening competition are forcing the manufacturers of the forest machines to search for alternative production materials, whose usage lightens the structures of the forest machines and due to that the environmental loads and the operating costs decrease and the capacity increases. In the lightening of the forest machine structures, aluminium is an alternative to be taken into account, because it possesses better property to weight ratio than steel. The usage of the aluminium in welded structures has been limited by the high price and the rather poor fatigue durability. The purpose of this Master’s thesis has been to establish the possibilities to replace steel structures with aluminium structures in the forest machines. The theoretical part of the thesis concerns the lightening of the structures, the demands that are placed on the forest machines, the properties of aluminium, the manufacturing technologies of the aluminium structures and the design of the aluminium structures. Further, the properties of the composites and the design of the composite structures has been discussed. In the practical part of the thesis currently used production materials have been compared to the aluminium alloys based on the requirement profiles of the components and the property profiles of the materials. The combining of the requirement- and the property profiles by the value analysis has been used to discover potential structures in the forest machines, where currently used production material could be replaced by the aluminium. Based on this certain structures in the forest machines were identified, where aluminium could replace steel as the production material. This master’s thesis will be a good basis in the research for possibilities to lighten the structures of the forest machines.