Erőnyerők – Elterjedőben vannak a hibrid-elektromos hajtások

A dízel-elektromos hibrid hajtású traktorok ma már saját elektromos hajtásukon túl 
az általuk üzemeltetett munkagépek villanymotorjait is kiszolgálják. A kis erőműnek tekinthető traktor ugyan jóval drágább, mint hagyományos társai, de a munkagéppel 
és az elektromos hajtások adta lehetőségekkel számolva már egészen más a helyzet.

Az ISOBUS korában az elektromos hajtásrendszerek közvetlen elektronikus vezérlésére nyílik mód. Ezek a munkavégzés különböző szakaszait és eredményét figyelő érzékelőkkel együtt csodákra lesznek képesek. Egyes – egyelőre elszigetelt (eltitkolt?) – fejlesztések már sejteni engedik a jövőt. Lássunk néhány példát ennek a technikának a mai állásáról!
A hibrid traktorok térnyerése
Az erőátviteli rendszereket és a mezőgazdasági gépek automatizálását a hibrid üzemű traktorok közeljövőben várható elterjedése forradalmasítani fogja. A „hibrid hajtásnál” az erőgép hajtására és/vagy a munkagép kiszolgálására egynél több energiafajtát használunk. Már a hidraulikus energiaátvitel (hidrosztatikus hajtás, munkahenger, hidromotor) is ezt valósítja meg, de mi „hibrid” traktoroknak a dízel-villamos rendszerrel működőeket tartjuk. Amíg elegendő gázolaj áll rendelkezésünkre, ez a legígéretesebb fejlesztési lehetőség. Különbséget kell azonban tennünk a dízelmotorral generátort hajtó, kerékagymotoros erőgépek és a mechanikus erőátvitelt is használó, de a hajtásláncra szükség szerint elektromos hajtással rásegítő traktorok között. Az előbbieket „soros”, az utóbbiakat „párhuzamos” hibrid hajtásnak nevezzük.
Párhuzamos hibrid hajtás
Párhuzamos hibrid hajtásnál a dízelmotor a traktor járószerkezetét hagyományos módon, mechanikus erőátvitellel hajtja meg, azonban a motorteljesítmények elágaztatásával nyert elektromos árammal a traktorral üzemeltetett munkagép számára is szolgáltat villamos energiát.
A legegyszerűbb megoldás a traktor hátsó vagy mellső függesztőművére csatlakoztatott és ott a teljesítményleadó tengelyről meghajtott generátor. Jó példa erre a GKN Walterscheid „ePower” 100 kW teljesítményű generátora, amely elé vagy mögé függesztett gépek is felkapcsolhatók. Vezérlése a traktor ISOBUS-kompatibilis termináljáról történik.
Hasonló, de kisebb teljesítményű rendszer a ZF Friedrichshafen AG TLT-generátora. A teljesítményszabályzó elektronika mellett kétszeresen szabá-lyozott váltóáramú kimenete és egy 
DC/DC konvertere van a nagy teljesítményű, egyenáramú hajtásokhoz. A tartós üzemben 50 kW áll rendelkezésre.

Az „ePower” generátor 100 kW teljesítményűAz „ePower” generátor 100 kW teljesítményű

A John Deere 2007-bena hannoveri Agritechnica kiállításon mutatta be párhuzamos mikrohibrid hajtással működő prémiumtraktorát. Az új, 154 kW motorteljesítményű 6210RE traktorban a munkagépek villanymotorjai és más, elektromos hajtásigényű elemei menet – munka! – közben akár 20 kW összesített teljesítményigényig kiszolgálhatók.
A John Deere „BatteryBoost” nagy teljesítményű, cserélhető, pótsúlyként is hasznos lítium-ion akkumulátorcsomagja segítheti a mezőgazdasági gépek elektromos hajtásának elterjedését, több mint 100 kW teljesítménye pedig biztosítja az elektromos hajtások zökkenőmentes működését.
A sebességváltók kiváló lehetőségeket kínálnak a generátorok integrálására. 
A német ZF ebben is az élen jár.

A nagy kapacitású akkumulátorral a terheléscsúcsok kisimíthatók

 A nagy kapacitású akkumulátorral a terheléscsúcsok kisimíthatók

A rendszer neve Terra+, folyamatos teljesítménye 50 kW, csúcsterhelésnél 70 kW. Az egyik legújabb projektben egy fokozatmentes Agrotron TTV 630 traktorban a sebességváltóba épített generátor 
400 V váltóáramát az Amazone EDX eSeed szemenként vető gépe hasznosítja. A vetőtengely elektromotoros meghajtását egyébként már más gabonavető gépeken is eredményesen alkalmazták.
A szemenként vető gépeknél a villanymotoros hajtás sokkal korábban elterjedt, mint a gabonavető gépeknél. 

A sebességváltóba beépített generátorról meghajtott vetőgép

 

A Väderstad Tempo 6/8 soros kivitele jellemző példa: nyomólevegővel dolgozó, tárcsás vetőszerkezete rendkívül pontos vetésre teszi alkalmassá, ami 16–18 km/h sebességig kevésbé érzékeny a munkasebesség változására. Munkaminőségi mutatói kétszer-háromszor jobbak, mint a legelterjedtebb mechanikus hajtású vetőgépeké.

 

A John Deere ExactEmerge vetőgépe 
20 km/h-nál is bizonyít


A John Deere „ExactEmerge” szemenként vető gép nagy sebesség, 20 km/h mellett is igen pontosan helyezi a talajba a kukorica- vagy szójavetőmagvakat. Titka a szabadalmazott szemenként vetési eljárás, amely 99% sikerrel bontja szemekre a vetőcsőhöz érkező vetőmagtömeget.
A vetőelemek elektromos meghajtása ki-be kapcsolható, és hagyományos és direkt vetésre is használható.

RAUCH AXIS-E 50.1 EMC+W elektromos hajtású műtrágyaszóróRAUCH AXIS-E 50.1 EMC+W elektromos hajtású műtrágyaszóró

Amikor a John Deere Európában megjelent az E-Premium traktorokkal, a műtrágyaszórókat gyártó német RAUCH kifejlesztette AXIS-E 50.1 EMC+W típusát, a teljes egészében „villamosított”, kéttárcsás műtrágyaszórót. A motorfordulatszámtól vagy a munkasebességtől függetlenül fajlagosan mindig azonos műtrágyamennyiség jut ki, 12 m és 50 m közötti munkaszélességben. Így nagyobb értékű műtrágya takarítható meg, mint az elektromos hajtás révén elért, ugyancsak jelentős üzemanyag-megtakarítás. A rendszer kezelése egyszerű: egy ISOBUS-csat-la-ko-zót és egyetlen tápkábelt kell bekötni vagy megbontani.
A hajtott tengelyű pótkocsik nem számítanak újdonságnak, a hajtást azonban csak akkor használták, ha a könnyű traktor kerekei kipörögtek. Egy darabig az erős traktorokkal hidalták át a problémát, de ma már a generátorral felszerelt könnyű traktor is meghajthatja a pótkocsi tengelyének villanymotorját. Ehhez egyetlen tápkábelre – és a közeljövőben remélhetően szabványosításra kerülő csatlakozóra – van szükség.

Egy kereket hajtó, folyadékhűtésű villanymotor

Egy kereket hajtó, folyadékhűtésű villanymotor


A német Fliegl az idei Agritechnica kiállításon újabb innovatív fejlesztéseket mutat be. A villanymotoros hajtású „Power DriveElect” tengelyt meghajtó, jó hatásfokú villanymotor igen gazdaságos, ráadásul a pótkocsi segédberendezéseit is működteti.
A tengelyhajtásoknál jobban szabályozható, elektronikus differenciálművel összehangolható az idei Agritechnica kiállítás egyik világújdonsága, a ZF egyeskerék-hajtása. Ilyen hajtásra a lejtős területen dolgozó ekék támkerekénél, a nehéz körülmények között használt hígtrágya-kijuttató tartálykocsiknál vagy a kiközelítő pótkocsiknál is szükség lehet. A motor 400 V váltóárammal működik. A hajtóművel egybeépített háromfázisú villanymotor a nagy teljesítmény miatt erősebben melegszik, ezért folyadékhűtéssel is ellátták. A motor nyomatéka és teljesítménye a gyártó szerint a szóba jövő legtöbb mezőgazdasági alkalmazást lefedi.
Soros hibrid „erőmű”
Ennél a megoldásnál a dízelmotor csak a generátort hajtja. Az előállított elektromos energia működteti a traktor járószerkezetét és mellékberendezéseit, illetve szolgálja ki a mobil mezőgazdasági gépet.
A dízel-villamos hajtás előnye, hogy a dízelmotor-generátor egység optimális üzemi tartományban működik, a hajtáslánc pedig egyszerű villanyvezetékből és vezérlő elektronikából áll. Szabadon alakítható a független felfüggesztésű kerekek hajtása és az erőgép sokféle kormányzási módja is. A hajtás elemei használaton kívül lekapcsolhatók, kevésbé kopnak, egyszerűbb a karbantartás, és kenőanyag is megtakarítható. A kerekek fordulatszámának és csúszásának összehangolásáról az elektronika gondoskodik, a villanymotorok vezérlésével fokozatmentes sebességváltás érhető el, mindez együttesen pedig legalább 10-20% gázolaj-megtakarítást eredményezhet. Az elektromos hajtások hatásfoka közel 90%, míg a hidraulikus erőátviteleknél az érték alig 60%.

A soros hibrid hajtású RigiTrac EWD 120 traktorA soros hibrid hajtású RigiTrac EWD 120 traktor


Iskolapéldánk a 2011-es hannoveri Agritechnica kiállítás ezüstérmese, a svájci RigiTrac EWD 120 soros hibrid hajtású traktor, amellyel azóta az előállító két családi vállalkozás újabb rangos szakmai díjakat nyert. RigiTracból eddig 230 darabot állítottak elő. A traktor 85 kW generátorát és hidraulikaszivattyúját egy 91 kW Deutz dízelmotor hajtja meg. A maximum 33 kW teljesítményű kerékagymotorok forgatónyomatéka szabályozható, ezért a kerekek sáros, csúszós terepen sem pörögnek ki. Független felfüggesztésű kerekei hidropneumatikus rugózásúak. A traktor haladási sebessége max. 65 km/h, álló helyzetben külső, legfeljebb 80 kW áramfelvételű munkagépeket is kiszolgál. A dízel-elektromos rendszerek nagyszerűsége az egyszerűségükben rejlik. Egy nem mezőgazdasági példa: a Caterpillar 2009-ben bemutatott CAT D7E elektromos kerékagyhajtású földmunkagépének üzemanyag-fogyasztása a korábbi konstrukcióhoz képest 10–30%-kal csökkent, a teljesítőképesség közel 10%-kal növekedett, és 60%-kal kevesebb mozgó alkatrész van benne.

A RoGator permetezőgép elektromos hajtású változata

A RoGator permetezőgép elektromos hajtású változata

Ez a siker bátorította fel az AGCO Corp. cégcsoportot, hogy a viszonylag csekély vonóerő-igényű RoGator magajáró permetezőgépének tanulmánytervében bevezesse az elektromos összkerékhajtást. A 400 V váltóáramot, 230 V egyenáramot és hagyományos 12 V fedélzeti áramellátást biztosító generátor egyfajta lendkerékként közvetlenül a motorra csatlakozik. A RoGator kerékagyhajtásánál markáns előnynek tartják, hogy a permetezőgép dinamikusan gyorsul és a táblavégi forgókban regeneratív módon fékez, ami ígéretes a teljesítmény és a hatékonyság szemszögéből. A kerékagymotorok mérete rövidesen a mostaninak a felére csökkenthető, nem utolsósorban mert hűtésük a kerékagyon kívül megoldható. A RoGator azonban csupán prototípus, amelyet a magajáró gépeken ma még szokatlan energiaforrás valamennyi előnyének kihasználására újra kell tervezni.

Belarus 3023 220 kW motorteljesítményű soros hibrid traktor

 Belarus 3023 220 kW motorteljesítményű soros hibrid traktor

A minszki MTZ traktorgyár az orosz Ruselprom elektronikai nagyvállalattal együttműködve fejlesztette ki a középnehéz univerzális Belarus 3023 dízel-elektromos soros hibrid hajtású traktort. 
Az összkerékhajtású traktor 220 kW teljesítményű dízelmotorja 172 kW teljesítményű generátort hajt. A fennmaradó 
48 KW a traktor hidraulikus berendezésének hajtására kell. A két cég célja az elektromechanikus rendszerű traktoroknál szinte elképzelhetetlen 370 kW (500 LE) álomhatár elérése. Ha sikerül az erőátvitel hatásfokát a tervezett 82%-ra növelni, akkor akár 25% költségmegtakarítás is elérhető lenne. Jelenleg azonban úgy tűnik, hogy a traktor „villamosítása” csak a munkagép azonos rendszerű továbbfejlesztésével együtt lehet gazdaságos.
Az ilyen traktorokban használt, fordulatszám-csökkentő hajtóművel és fékkel ellátott kerékagymotor szép példája a GKN Walterscheid „Hub DrivE” rendszere. A villanymotorok fejlesztésében élenjáró EVO Electric Axial Flux AF–130 típusú, nagy nyomatékú kerékagymotorja a megoldás kulcsa. Maximális fordulatszáma 8000 min-1, névleges teljesítménye 64 kW, rövid ideig igénybe vehető maximális forgatónyomatéka 350 Nm, névleges forgatónyomatéka 145 Nm.

„HubDrivE” kerékagyba építhető villanymotor„HubDrivE” kerékagyba építhető villanymotor


A váltakozó áramú motorok közül a legegyszerűbbek és legolcsóbbak a mezőgazdasági gépekben használt aszinkron motorok. Élettartamuk a szénkefés motorokénak többszöröse. Meghibásodási lehetőségük nagyon csekély, például folyadékba merítve is működőképesek, vagy akár folyadék is átfolyhat rajtuk.
A high-tech elemek közötti biztos összeköttetés nélkül azonban ezek a rendszerek nem működnek. Fontos, hogy az áram- és a jelkábelek csatlakozói megbízhatóak legyenek, és a gyakori bekötés/megbontás se rongálja meg őket. Ezen a területen további szabványosításra van szükség, de például a Fliegl „kelléktárában” már sokat ígérő kezdeményezések találhatók.

In-Cab ISOBUS csatlakozó

Ritka érdekesség az elektromos áramot termelő csörlő. Az erdészetekben a rönkök kötélpályás szállításához alkalmazott csörlő meghajtóállomása a kötélpályán ereszkedő, terhet szállító kocsik esetén elektromos áramot termel és tárol, amelyet az üres kocsik felhúzásakor használ fel. A Teleferiche SAS di Greifenberg Diego cég Elio típusú csörlőjének hármas környezeti előnye is van: több energiát termel, mint amennyit felhasznál, csendes üzemű és nem okoz gázkibocsátást.

Fliegl hárompólusú áramkábel

És a gépgyártók profitja?
A villamosítással csökken a gépek alkatrészigénye és növekszik az élettartamuk, ez pedig negatívan befolyásolja a gyártók nyereségességét. Azonban – mint ahogy ezt Doug Daws, az AGCO egyik igazgatója mondta – „nem akadályozhatjuk meg a technológia térnyerését. Eddig is arra törekedtünk, hogy vevőinknek elfogadható áron tartósan használható gépeket készítsünk. Képesek voltunk húszezer üzemóránál is többet teljesítő erőgépeket gyártani, csak ezeket sokan nem engedhették meg maguknak. Ez az új technológia azonban már megfizethető.”

 

 

Szerző: AgrárUnió

  • 1
  • 2
  • 3

Oldalunk cookie-kat ("sütiket") használ. Ezen fájlok információkat szolgáltatnak számunkra a felhasználó oldallátogatási szokásairól, de nem tárolnak személyes információkat. Szolgáltatásaink igénybe vételével Ön beleegyezik a cookie-k használatába. További információ Elfogadom