מהפכת הסרנים

הכול מונח על כתפיהם של הסרנים, תרתי משמע. הם צריכים לשאת את כל המשקל של המשאית והמטען, ובו בזמן להעביר תנועה לגלגלים, לבצע פעולות היגוי, לכלול את מנגנוני הבלימה ועוד. חברות התובלה ממעטות לייחס חשיבות לתפקידם המכריע של הסרנים משום שהם בדרך כלל מבצעים את תפקידם באופן טוב, עם מיעוט פעולות תחזוקה ואחוז תקלות נמוך.

הסרנים הם חלק מרכזי ממה שמכונה 'מערכת העברת הכוח', וההיסטוריה של ענף המשאיות אינה מלמדת על שינויים גדולים שנעשו בהם. בלב מערכת העברת הכוח עמד מנוע הדיזל המוכר, אחריו תיבת הילוכים, גלי הינע, ולבסוף סרנים. תפקידם ומהותם של האחרונים השתנו רק מעט בהיסטוריה של המשאיות.

סרן במשאית הוא רכיב מכני חיוני המשמש כציר שעליו מורכבים הגלגלים. הוא נושא את משקל המשאית והמטען, ומאפשר לה תנועה. לסרן תפקידים נוספים כגון העברת כוח מהמנוע לגלגלים והבטחת אחיזה של המשאית בכביש.

• נשיאת משקל: הסרן נושא את משקל המשאית והמטען, ומבטיח חלוקה נכונה של המשקל על הצירים.
• העברת כוח: בסרן המניע, מנגנון הדיפרנציאל מאפשר לגלגלים להסתובב בכל מיני מהירויות בפניות, ומבטיח אחיזה טובה בכביש. פעולות אלו נעשות באמצעות הדיפרנציאל וגל הנעה להעברת כוח מהמנוע והסרן לגלגלים.
• היגוי: הסרן הקדמי מאפשר למשאית לשנות כיוון על ידי סיבוב הגלגלים.
• בלימה: הסרן הקשור למערכת הבלימה מסייע בעצירת המשאית.

למרות שהתפקידים לא השתנו, הסרן עצמו עבר אבולוציה מהותית מאז המצאת המשאית. ההתפתחויות הטכנולוגיות, הדרישות הגוברות להובלה יעילה ובטוחה והשימוש בחומרים מתקדמים, שינו את הסרן מרכיב בסיסי למערכת מורכבת ומתוחכמת.

ההיסטוריה של הסרנים

ההיסטוריה של ענף המשאיות החלה לפני מעט יותר ממאה שנים. הסרנים הראשונים היו בתחילת הדרך מבנים פשוטים למדי, עשויים מעץ או ברזל יצוק. הם שימשו בעיקר בכרכרות ובמשאיות קלות.

המעבר לברזל החל עם התפתחות תעשיית המתכת. אז החלו לייצר סרנים מברזל יצוק ופלדה, לתוספת חוזק ועמידות גבוהים יותר. מעשית, המשאית יכלה לשאת משקל רב יותר ולנסוע מהר יותר, גם בכבישים שאינם סלולים ברמה מיטבית.

השלב הבא היה הוספת קפיצים. כדי לשפר את הנוחות והבטיחות, נוספו קפיצים לסרנים. הדבר אפשר ספיגת זעזועים טובה יותר. הנהג והמטען הרגישו פחות את המהמורות בכביש.

בתחילת המאה ה-20, עם המהפכה הטכנולוגית, נרשמו מספר חידושים מהותיים:

• סרנים היפואידים: פיתוח הסרן ההיפואיד, עם זווית בין הציר הראשי לציר הצדדי, איפשר להנמיך את קו המנוע והעביר יותר כוח.
• שימוש נרחב בפלדה: פלדה בעלת חוזק גבוה נהפכה לחומר העיקרי לייצור סרנים. הדבר הביא לירידה במשקל ולשיפור בביצועים.
• מערכות מתלים משוכללות: פותחו מערכות מתלים מתקדמות, שהבולט בהם הוא שימוש בכריות אוויר. הם שולבו עם סרנים משופרים. כל אלה שיפרו ללא הכר את הנוחות והבטיחות בנסיעה.
• סרנים צפים: סרנים צפים, המאפשרים תנועה אנכית קלה, שימשו במשאיות כבדות לשיפור היציבות והנוחות.

במאה ה-21: נוספו טכנולוגיות מתקדמות:

• חומרים מרוכבים: שימוש בחומרים מרוכבים קלים וחזקים כגון סיבי פחמן הפחית את משקל הסרן ושיפור את יעילות האנרגיה.
• מערכות ניהול משקל דינמיות: מערכות אלו מאפשרות חלוקה אופטימלית של משקל המטען בין הסרנים, לשיפור היציבות והבטיחות.
• טכנולוגיות חכמות: שימוש בחיישנים ומערכות בקרה מתקדמות מאפשר ניטור מתמיד של מצב הסרן ואופטימיזציה של הביצועים.
• סרנים חשמליים: עם המעבר להנעה חשמלית, סרנים חשמליים נעשים נפוצים יותר ומאפשרים שליטה מדויקת במומנט ובמהירות. על סרנים אלה יורחב בהמשך.

סרן חשמלי - מהפכה בפתח

המהפכה החשמלית בתחום התובלה נמצאת רק בתחילתה, אולם בענף האוטובוסים כבר נצברו מספיק שנות פעילות וידע. ברור כבר כיום שסרנים חשמליים הם העתיד. הפופולריות שלהם נובעת מיתרונותיהם הרבים, שיוזכרו בהמשך, במיוחד בהקשר של תובלה יעילה ובת- קיימה.

משאיות חשמליות יוצרות מהפכה בכל תחום העברת הכוח. במקום מנוע דיזל כבד, מגושם ומזהם, עוברים למנוע חשמלי נקי, קטן יותר וכמובן שאינו מזהם. השינוי הבא יהיה בתיבת ההילוכים. המנוע החשמלי גמיש מאוד בהספק שלו, שנגזר מהזרם שעובר דרכו. להינע החשמלי יש יחידת בקרת מומנט מדויקת, שמאפשרת שליטה מדויקת בתפוקת המומנט להנעת הגלגלים ולשיפור התאחיזה.

הגמישות הזאת מאפשרת לוותר על תיבת הילוכים גדולה ומסובכת ולהסתפק בתיבה צנועה בעלת שניים או שלושה הילוכים. במילים אחרות, העיצוב הקומפקטי משלב מספר רכיבים ביחידה אחת וחוסך מקום ומשקל. מלבד חיסכון בעלויות, המשקל העצמי של הרכב (שאליו מתווסף משקל הסוללות החשמליות) מתקזז, ויש בכך תרומה להפחתת תצרוכת הדלק וזיהום האוויר.

בנקודה זו מגיע השינוי הגדול במערכת העברת הכוח - הסרן החשמלי. במקום שהמנוע ימוקם מלפנים, מתחת לתא הנהג הגבוה כמקובל במשאית דיזל קונבנציונלית, המנוע החשמלי יכול להיות ממוקם מאחור, קרוב לסרנים המניעים, ובמקרים מסוימים הוא יכול להיות חלק אינטגרלי מהסרנים.

סרני המשאיות הקונבנציונליות והסרנים החשמליים משרתים את המטרה הבסיסית של העברת כוח לגלגלים, אך הם שונים במידה רבה בעיצובם ובתפעולם.

הסרן החשמלי מבוסס בראש ובראשונה על מערכת הנעה חשמלית המשלבת מנועים חשמליים, ממירים ויחידות הפחתת הילוכים במכלול סרן אחד. מקור המתח מגיע מערכת הסוללות שמותקנת בקרביו של הרכב.

למבנה הקומפקטי הזה יש יתרונות חשובים. הראשון - יעילות: צורת ההנעה החשמלית הישירה מבטלת הפסדים מכניים הקשורים למערכות הנעה מסורתיות. כמו כן בסרן החשמלי אפשר לשלב בלימה רגנרטיבית (מיחזור אנרגיית הבלימה). בתהליך הבלימה נלכדת מרבית האנרגיה שהייתה דרושה לבלימה, והיא מומרת לחשמל. הדבר משפר כמובן את היעילות האנרגטית של הרכב (פחות צורך בטעינה חשמלית יקרה) ואת טווח הנסיעה שלו, מפחית את הצורך באנרגיה מזהמת (שמופקת בתחנות הכוח), וכמובן מפחית מאוד את הבלאי של רפידות הבלמים.

וולוו: יתרונות הסרנים החשמליים

בקבוצת וולוו החליטו לפתח את הסרנים החשמליים שישמשו את חטיבות הקבוצה, ופחות להסתמך על ספקים אחרים. בוולוו מספרים שהסרן החשמלי התחיל בקבוצה של כמה אנשים בעלי רעיון שגובש למוצר מוגמר על ידי הצוות ההנדסי המיומן במפעל בעיר ליון. החברה החליטה לפתח את המוצר בעצמה כי היא סברה שתוכל לעשות אותו טוב יותר מאחרים.

המוצרים של הקבוצה נמצאים בשימוש נרחב במשאיות ברחבי העולם, ועליהם לספק ביצועים אמינים ולעמוד בתקני בטיחות מחמירים. השילוב של ידע ורכיבים שיוצרו בעבר מפשט את ההרכבה ליצרני המשאיות, מפחית את המורכבות ומשפר את איכות המוצר. כמו כן הניסיון עד כה מלמד שהשילוב של סרנים חשמליים מפחית במידה ניכרת את מספר הספקים הנדרשים, מקצץ בעלויות הניהול ומייעל את הפעולות.

לוולוו מגוון שלם של סרני משאיות חשמליות המתאימים לכל הקטגוריות של המשאיות, ממשאיות חלוקה קלות ועד משאיות תובלה כבדות. החברה גם מספקת סרנים חשמליים עם גישות תכנוניות ותפעוליות מגוונות כגון הנעה מבוזרת והנעה מרכזית, תוך מענה למגוון צרכים. הסרנים החשמליים המודולריים של וולוו תומכים בפלטפורמות הפועלות במתח גבוה, לכן אפשר להתאים אותם בקלות יחסית לדרישות ספציפיות.

יתרון נוסף קשור לאמינות הטכנית של הסרן. בוולוו מיישמים אסטרטגיות ניטור והתראה מתקדמות כדי להבטיח את הבטיחות והאמינות של סרני ההינע החשמליים. הכוונה היא שבאמצעות חיישנים ולמידת מכונה אפשר לחזות תקלות עוד בטרם הן מתבטאות בצורך להשבית משאית. התוצאה היא שאפשר לכוון את עיתוי התיקונים ולהפחית למינימום את זמן ההשבתה היקר של הרכב.

מעבר לכך, אפשר לתכנן ולעצב מחדש את המשאיות החשמליות. במקום מנוע דיזל גדול מלפנים, אפשר להסתפק בהינע חשמלי קטן מאחור. המשמעות היא שאפשר למקם נמוך יותר את תא הנהג. יש לכך משמעויות רבות: הורדת הגובה מורידה את מרכז הכובד של המשאית, משפרת את יציבותה וממזער את התנגדות הגרר האווירודינמית. גם האלמנט הזה תורם רבות ליעילות האנרגטית.

ציר המשאית החשמלית מבטיח יעילות העברה גבוהה ומאפשר ניצול גמיש יותר של השטח. ציר המשאית החשמלי משולב באופן חלק בשלדה לצד המסגרת ומארז הסוללות, והדבר מאפשר הגדלת קיבולת של הסוללה והרחבה של טווח הנסיעה.

מעשית, מדובר בתכנון חדשני של המשאית העתידית. בהתבסס על העיצוב החיובי של מערכת ההנעה החשמלית המבוזרת, אפשר להשיג אופטימיזציה נוספת של התכנון המבני של השלדות של המשאיות החשמליות, לשיפור שיעורי הניצול של החלל. לדוגמה, שילוב של סרן חשמלי במשאית חשמלית מאפשר להסיר את גל ההינע המסורתי ולעצב מחדש את מבנה המסגרת באופן שיתאים לסידור שטוח של סוללות בתוך השלדה.

לגישה תכנונית זו יש מספר יתרונות, בהם כוח וטווח משופרים: הנחת סוללות שטוחות בתחתית ממקסמת את תפוקת הכוח, מרחיבה את טווח הנסיעה של הרכב וממזערת את תפוסת נפח המטען. השימוש בסרן החשמלי מקנה יותר מקום לסוללות, וזה טוב. טכנולוגיית סוללה טובה חיונית לביצועים גבוהים של משאיות חשמליות.

יתרון נוסף של הגישה התכנונית הזו הוא יציבות משופרת: על ידי אימוץ מבנה מסגרת בצורת קופסה ואחסון ערכת הסוללות בתוכה, מבנה השלדה הכולל נעשה יציב יותר, והדבר מבטיח יציבות ואפשרויות טיפול ותחזוקה טובים יותר ברכב.

לבסוף יוזכר היתרון של מרכז כובד נמוך יותר: כאשר ערכת המצברים ממוקמת נמוך יותר, מרכז הכובד של הרכב יורד, והדבר מפחית את הסיכון להתהפכות בפניות ומשפר את יציבות הנסיעה ויכולת התמרון.

הסרן החשמלי שפותח בוולוו הוא חלק מהותי במוצרים ארוכי הטווח של החברה. בתחילת 2024 הציגה וולוו את מגוון ה-Aero עם יעילות גבוהה יותר והתאמה לכל המשאיות, כולל רכבים חשמליים. השקת הבכורה הייתה בתערוכת IAA שהץקיימה לאחרונה בהאנובר שבגרמניה.

היצרנית השוודית הכריזה על שינויים גדולים בפיתוח משאיות חשמליות. הציר החשמלי החדש יגיע במהלך 2025 ויחולל מהפכה במערכת ההנעה. הוא מאפשר טווח יעילות גבוה יותר. הסרן החשמלי שמגיע כעת לשוק הוא רק הסוג הראשון של משפחת הסרנים החשמליים שוולוו מפתחת, מכיוון שבחברה בחרו להשתמש באסטרטגיה מודולרית להתרחבות למגוון סוגים של כלי רכב. הסרן החשמלי יכול להיות מוצר לשוק האירופי ואפילו לשוק בצפון אמריקה.