From diesel to electric : redesigning the chassis of a swivel mast forklift
Virtanen, Roope (2025)
Diplomityö
2025
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2025042329967
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2025042329967
Tiivistelmä
This thesis covers the structural redesign of a diesel-powered swivel mast forklift to fit an electric drivetrain. The goal was to replace the internal combustion system with a lithium-ion battery and central drive layout while keeping the original chassis intact. The focus was on integrating the components and maintaining weight distribution, without diving into auxiliary systems, energy calculations, or structural simulations.
The work starts with a systematic evaluation of energy storage and drivetrain options, comparing lead-acid, lithium-ion, and hydrogen fuel cells, as well as central drive, e-axle, and wheel hub motor configurations. A point-based comparison showed that lithium-ion batteries and the central drive layout were the most practical due to their high efficiency, long lifespan, low maintenance, and ease of integration.
Original 2D manufacturing drawings were converted into a 3D CAD model using SolidWorks to implement the redesign. This required some structural tweaks, like adding battery supports, adjusting the cheek plates, and designing custom drivetrain mounting brackets. The final 3D model shows that both the battery and drivetrain can fit into the existing chassis with minimal modifications.
This thesis demonstrates that existing industrial equipment can be modernized with careful component selection and minimal structural changes, helping drive the move towards electrifying material handling equipment. Tässä opinnäytetyössä esitellään dieselkäyttöisen kääntömastotrukin rungon rakenteellinen uudelleensuunnittelu sähköisen voimansiirron mahdollistamiseksi. Tavoitteena oli korvata polttomoottorijärjestelmä litiumioniakulla ja sähköisellä voimansiirrolla, säilyttäen alkuperäinen runko mahdollisimman muuttumattomana. Työn painopiste oli komponenttien integroinnissa ja painojakauman hallinnassa, jättäen lisälaitteet, yksityiskohtaiset energiankulutuslaskelmat ja rakenteelliset simulaatiot tarkastelun ulkopuolelle.
Työ aloitettiin energian varastointi- ja voimansiirtoratkaisujen systemaattisella arvioinnilla, jossa vertailtiin lyijyakkuja, litiumioniakkuja ja vetypolttokennoja sekä keskusvetoista, e-akseli- ja napamoottoriratkaisua. Pisteytykseen perustuva vertailu osoitti litiumioniakun ja keskusvetoratkaisun käytännöllisimmiksi vaihtoehdoiksi niiden korkean hyötysuhteen, pitkän käyttöiän, vähäisen huollontarpeen ja helpon integroitavuuden ansiosta.
Alkuperäiset 2D-valmistuspiirustukset muunnettiin SolidWorks-ohjelmistolla 3D-CAD-malliksi, jonka avulla uusi rakenne toteutettiin. Integrointi edellytti rakenteellisia muutoksia, kuten akkutukien lisäämistä, runkolevyjen muokkausta ja voimansiirron kiinnitysratkaisujen suunnittelua. Lopullinen 3D-malli osoittaa, että molemmat järjestelmät voidaan integroida ilman merkittäviä muutoksia rungon geometriaan.
Työ osoittaa, että olemassa olevaa teollisuuskalustoa voidaan nykyaikaistaa harkitulla komponenttivalinnalla ja vähäisin rakenteellisin muutoksin, mikä tukee materiaalinkäsittelyalan sähköistymiskehitystä.
The work starts with a systematic evaluation of energy storage and drivetrain options, comparing lead-acid, lithium-ion, and hydrogen fuel cells, as well as central drive, e-axle, and wheel hub motor configurations. A point-based comparison showed that lithium-ion batteries and the central drive layout were the most practical due to their high efficiency, long lifespan, low maintenance, and ease of integration.
Original 2D manufacturing drawings were converted into a 3D CAD model using SolidWorks to implement the redesign. This required some structural tweaks, like adding battery supports, adjusting the cheek plates, and designing custom drivetrain mounting brackets. The final 3D model shows that both the battery and drivetrain can fit into the existing chassis with minimal modifications.
This thesis demonstrates that existing industrial equipment can be modernized with careful component selection and minimal structural changes, helping drive the move towards electrifying material handling equipment.
Työ aloitettiin energian varastointi- ja voimansiirtoratkaisujen systemaattisella arvioinnilla, jossa vertailtiin lyijyakkuja, litiumioniakkuja ja vetypolttokennoja sekä keskusvetoista, e-akseli- ja napamoottoriratkaisua. Pisteytykseen perustuva vertailu osoitti litiumioniakun ja keskusvetoratkaisun käytännöllisimmiksi vaihtoehdoiksi niiden korkean hyötysuhteen, pitkän käyttöiän, vähäisen huollontarpeen ja helpon integroitavuuden ansiosta.
Alkuperäiset 2D-valmistuspiirustukset muunnettiin SolidWorks-ohjelmistolla 3D-CAD-malliksi, jonka avulla uusi rakenne toteutettiin. Integrointi edellytti rakenteellisia muutoksia, kuten akkutukien lisäämistä, runkolevyjen muokkausta ja voimansiirron kiinnitysratkaisujen suunnittelua. Lopullinen 3D-malli osoittaa, että molemmat järjestelmät voidaan integroida ilman merkittäviä muutoksia rungon geometriaan.
Työ osoittaa, että olemassa olevaa teollisuuskalustoa voidaan nykyaikaistaa harkitulla komponenttivalinnalla ja vähäisin rakenteellisin muutoksin, mikä tukee materiaalinkäsittelyalan sähköistymiskehitystä.