Optimization of an operator cabin structure using cold-formed steel sections and high-strength-steel

Abstract

The transportation and logistics industries are under increasing pressure to improve fuel efficiency and reduce raw material CO₂ emissions. In this master’s thesis, an approach for reducing the overall weight of a log lifting cabin and its lifting device is investigated, focusing on the application of ultra-high-strength steel (S700 grade) and cold-formed profile optimization. Through literature review and analysis, the study aims to provide a pathway for the commissioning company to undertake similar optimization projects for other products. Results demonstrate a weight reduction of up to 28 % when upgrading to S700-grade steel and optimizing the cold-formed profile of the lifting device, along with a decrease in the plate thickness of the cabin. This leads to not only reduced raw material CO₂ emissions but also a 36 % increase in structural efficiency. Consequently, these advancements present significant cost savings and enhance the product's market competitiveness.

The findings of this study have far-reaching implications, especially for steel structure manufacturers like Fortaco Ostrobothnia Oy and their associates. By investing in optimization projects like this, significant strides can be made towards achieving Finland's goal of carbon neutrality by 2035. However, for comprehensive adoption, further studies on strain gauge measurements are recommended to ascertain the structure's resistance to cyclic loads and prevent premature fatigue failure. Additionally, a hydrogen embrittlement study is suggested to ensure the durability of the high-strength steel over the product's lifecycle.

Liikenne- ja logistiikka-alat ovat kasvavassa paineessa parantaa polttoainetehokkuutta ja vähentää raaka-aineiden CO₂-päästöjä. Tässä diplomityössä tutkitaan lähestymistapaa puutavaranosturin ohjaamon ja sen nostolaitteen kokonaispainon vähentämiseksi, keskittyen korkealujuusteräkseen (S700-luokka) ja kylmämuovatun profiilin optimointiin. Kirjallisuuskatsauksen ja analyysin kautta tutkimus pyrkii tarjoamaan polun tilaavalle yritykselle toteuttaa samanlaisia optimointiprojekteja myös muille tuotteilleen. Tulokset osoittavat jopa 28 %:n painon vähennyksen, kun siirrytään käyttämään S700-luokan terästä ja optimoidaan nostolaitteen kylmämuovattu profiili sekä ohjaamon levyjen paksuus. Tämä johtaa paitsi raaka-aineiden CO₂-päästöjen vähenemiseen, myös 36 %:n kasvuun rakenteellisessa tehokkuudessa. Näin ollen nämä edistysaskeleet tarjoavat merkittäviä kustannussäästöjä ja parantavat tuotteen kilpailukykyä markkinoilla.

Tutkimuksen havainnoilla on laajat vaikutukset, erityisesti teräsrakenteiden valmistajille kuten Fortaco Ostrobothnia Oy:lle ja heidän yhteistyökumppaneilleen. Investoimalla samankaltaisiin optimointiprojekteihin voidaan ottaa merkittäviä askeleita kohti Suomen tavoitetta olla hiilineutraali vuoteen 2035 mennessä. Jatkotoimenpiteiksi suositellaan rasitusmittauksia varmistamaan ohjaamon ja nostolaitteen kestävyys käytössä ja että ohjaamon ja nostolaitteen rakenteet kestävät kenttäolosuhteiden sykliset kuormitukset vaurioitumatta. Lisäksi tulevaisuudessa on suositeltavaa tehdä vetyhaurastumistutkimus varmistaakseen korkealujuuksisen teräksen kestävyyden koko tuotteen elinkaaren ajan.