Remiantis vien tik serijinės gamybos naujienomis gali pasirodyti, kad žemės ūkio mašinų hibridinių technologijų plėtotės atšaka priėjo akligatvį, tačiau taip tikrai nėra. Į eksperimentuojančiųjų gretas įsitraukia vis daugiau kompanijų. Straipsnyje pateikiamos paskutinės šios srities naujienos.

Nuo šių metų sausio 1 d. Q klasės (t. y. daugiau kaip 130 kW/174 AG pajėgumo) ne transporto paskirties varikliams įsigalioję griežčiausi, baigtiniai Etapo IV/Tier IV emisijų reikalavimai toli gražu ne baigtiniai. Gamintojai ruošiasi atitikti dar griežtesnes kietųjų dalelių (PM) ir azoto oksidų (NO_x) emisijų normas. Gaji paviršutonį nuomonė - naujus savaeigių žemės ūkio mašinų variklius siekiama padaryti kiek įmanoma ekologiškai švaresnius, tačiau svarbu ne tik tai. Greta to siekiama ir tiesiogiai su naudotoju susijusių tikslų: geresnių efektyviųjų parametrų ir mažesnių vienos darbo valandos sąnaudų. Pramonės ekspertai pripažįsta: tolesnis tradicinės galios perdavos tobulinimas neduos tokių rezultatų, kokie prognozuojami iš hibridinių, t. y. dyzelinių-elektrinių, pavarų.

Penkerių metų pokyčiai

Viena iš lyderių šioje srityje transmisijų gamintojas „ZF Friedrichshafen AG" daug dėmesio tebeskiria elektrinėms perdavoms, jungiančioms traktorius su agreguojamais įrenginiais, skirtais bene visiems technologiniams procesams nuo dirvos dirbimo iki pasėlių priežiūros atlikti. Pirmąją lygiagretaus jungimo hibridinę pavarą traktoriams ZF pristatė dar 2009-aisiais. Kas pasikeitė per penkerius metus?

Pernai pristatyta ZF Terra+ hibridinė pavara konstrukciškai išliko tokia pati. Jau projektuojant naujos kartos ZF hidromechanines pakopines bei bepakopes transmisijas Terrashift (TST), Terrapower (TPT) ir Terramatic (TMT) buvo apdairiai palikta vietos kitiems žingsniams tobulinimo link. ZF Terra+ skirta 50-70 kW pajėgumo elektros varikliui-generatoriui. Numatoma, kad sistema galės veikti dviem režimais: tik kaip generatoriaus ir kaip elektros variklio-generatoriaus.

Veikiant pirmuoju režimu elektros energija yra tiekiama vidiniams (traktoriaus) ir išoriniams (vieno ar kelių agregatų) imtuvams. Mechaninių ir hidraulinių perdavų keitimas elektrinėmis mašinų konstruktoriams suteikia komponavimo laisvę, t. y. daugumai energijos imtuvų, pavyzdžiui, oro kondicionieriaus kompresoriui ar pneumatinės stabdžių sistemos oro kompresoriui, vietą galima parinkti laisvai. Pavyzdžiui, dyzeliniuose-elektriniuose John Deere 7430/7530 E Premium ir 6RE serijų traktoriuose oro kondicionieriaus kompresorius perkeltas po traktoriaus kabina. Elektrinės variklio aušinimo ir tepimo sistemos komponentų perdavos leidžia gauti geresnes galios ir sukimo momento charakteristikas. Hibridinę sistemą sujungus kartu su bepakopiu greičio reguliavimu, dar paprasčiau nustatyti variklį darbui pačiu efektyviausiu režimu.

Veikiant antruoju režimu, kai naudojama lygiagretaus jungimo pavara, generatorius gali įkrauti akumuliatorių bateriją, tiekti energiją vidiniams bei išoriniams imtuvams, o šiam veikiant elektros variklio režimu, užtikrinti trumpalaikį galios padidėjimą. Tai ypač naudinga didelės apkrovos ir mažų variklio sūkių zonoje.

Šiuo metu gamintojai prabilo ir apie elektrinę hidraulinės sistemos siurblio perdavą. Hidraulinė sistema kaip ir anksčiau išlieka uždaro centro, jautri apkrovai, tačiau nepriklausomos elektrinės perdavos galios nuostoliai mažesni, ji pasižymi didesne greitaveika ir tikslesniu debito valdymu.

Bepakopės ZF Terramatic transmisijos, efektyviausios įdiegus su hibridiniais komponentais, jau naudojamos arba iki 2015 m. planuojamos įdiegti į Deutz-Fahr 9 ir 11 TTV, Lindner Lintrac ir McCormick X7.400/X7.600 serijų traktorius.

Traktorių gamintojams taip pat siūloma mikrohibridinė pavara, kurioje įdiegtas automatinis variklio paleidimo/stabdymo (angl. start/stop) režimas. Nuspaudus stabdžių pedalą ir transmisiją perjungus į neutralią padėtį automatiškai išjungiamas variklis. Nuspaudus sankabos pedalą ir aktyvinus transmisiją, variklis vėl automatiškai paleidžiamas. Mikrohibridinę pavarą nesunku įdiegti, nes nėra nereikia labai keisti variklio ir transmisijos konstrukciją. Tokiu būdu mažinamas variklio darbas ne pačiu palankiausiu jam tuščiosios eigos režimu, taupomi degalai. Kai kuriais atvejais, jei traktorius daug naudojamas transporto darbams, efektyvus yra rekuperacijos režimas. Mašiną stabdant arba jai riedant iš inercijos dalis įsibėgėjimui sunaudotos energijos grįžta atgal į akumuliatorių bateriją. Vėliau ši energija panaudojama vidiniams ir išoriniams imtuvams. 

Kaip matyti, priklausomai nuo gamintojų strategijos, „ZF Friedrichshafen AG" atveria plačias galimybes diegti įvairaus sudėtingumo elektrines perdavas. Reikia atkreipti dėmesį ir į tai, kad traktorių gamintojams siūlomas kompleksinis sprendimas - visi hibridinės sistemos komponentai, įskaitant net specialią akumuliatorių bateriją, iš vieno tiekėjo. Tai užtikrina aukštą komponentų suderinamumą ir integraciją su kitomis sistemomis.

Didžiausias dėmesys - dyzelinei-elektrinei koncepcijai

AGCO grupėje kompanija „Fendt" daugiausia dėmesio skiria dyzelinei-elektrinei koncepcijai. Išsamūs tyrimai, pasitelkiant komponentus gaminančias bendroves ir glaudžiai bendradarbiaujant su atitinkamomis mokslo institucijomis, už uždarų durų atliekami jau nuo 2001 metų, kai apie hibridines technologijas apskritai dar nekalbėta. Projektas apima kelis tikslus, iš kurių vienas - sukurti kompaktiškas elektra varomas mašinas kartu su atitinkamais galios perdavos elementais, kitas - paruošti bendrą tokios mašinos koncepciją, sukuriant naują pramonės standartą. Iš to galima spręsti, kad pirmasis serijinis hibridinis AGCO grupės traktorius bus su „Fendt" prekės ženklu.

Projektavimo metu daug dėmesio skirta ne tik būsimosios mašinos transmisijai, bet ir optimalaus galios perdavimo išoriniams imtuvams būdo paieškai. Kalbinti šio projekto kuratoriai nors ir vengia tiesaus atsakymo į klausimus, tačiau pabrėžia, kad tai daug gamintojų įtraukęs procesas. Aišku tik tai, kad šiandien daugiausia gaištama ties vieningos koncepcijos ir standartų sukūrimu. 

Pirmąjį hibridinio traktoriaus prototipą kompanija „Fendt" pristatė 2013 m. spalio mėnesį Marktoberdorfe (Vokietija) specialiai žurnalistams surengtoje metinėje spaudos konferencijoje. Fendt X Concept statusas toks pat kaip 2007 m. pristatyto Fendt TriSix Vario. Tai vadinamoji laboratorija ant ratų, skirta vienam techniniam sprendimui ar jų grupei išbandyti.

Eksperimentinis traktorius sukonstruotas vidutinės galios modelio 700 Vario bazėje, tačiau jame vietoje šiai serijai įprasto 6 cl. Deutz AG variklio įrengtas 4 cl. AGCO Power jėgos agregatas, atitinkantis pereinamuosius Etapo IIIB/Tier 4i emisijų reikalavimus. Kompaktiškesnis variklis pasirinktas neatsitiktinai - hibridinės sistemos komponentams, kurių svarbiausias generatorius, būtina rasti vietos. Jos reikia įtampos keitikliui, elektros perdavos linijoms ir specialios konstrukcijos šilumokaičiui.

Dyzelinė-elektrinė koncepcija leidžia šiam varikliui dirbti pačiu efektyviausiu režimu. Dar didesniam efektyvumui užtikrinti įrengta elektrinė aušinimo sistemos ventiliatoriaus perdava. Traktoriaus transmisija - bepakopė, padalyto galios srauto Fendt Vario ML. Tarp variklio ir transmisijos įrengtas iki 130 kW (arba 177 AG) pajėgumo generatorius. Būtent generatoriaus pajėgumas ir skiria Fendt mašinos koncepciją nuo serijiniu būdu gaminamų John Deere 6RE serijos mašinų. Lyginant su „John Deere" ir ZF galima teigti, kad „Fendt" kol kas yra galingiausią generatorių įrengęs gamintojas. Palyginimui, nuo 2008 m. serijiniu būdu gamintuose 7430/7530 E Premium traktoriuose buvo įrengtas 26 kW pajėgumo generatorius. Išoriniams energijos imtuvams buvo numatytos 230 ir 400 V linijos. Už standartinius Premium serijos traktorius dyzelinės-elektrinės modifikacijos buvo iki 8 AG galingesnės.

Nuo 2012 m. pradžios siūlomi nauji John Deere 6RE serijos modeliai su 20 kW pajėgumo generatoriais. Nauja dyzelinė-elektrinė sistema suprojektuota iki 150 kW pajėgumui, tačiau kol kas daugiausia dėmesio skiriama traktoriaus naudojimo su trąšų barstomąja efektyvumui tirti. Trąšų barstomąją su elektrine skleistuvų perdava, pasižyminčia itin tiksliu mineralinių trąšų dozavimu, ruošiasi gaminti kompanijos „Amazone" ir „Rauch" (pastaroji trąšų barstomąsias tiekia ir bendrovei „Kuhn"). Agregatas prijungiamas ir reguliuojamas labai paprastai. Prijungiama 2 jungtimis. Savaiminio įdiegimo (angl. plug-n-play) platformai, duomenų perdavimui ir įjungimui į bendrą tinklą 6RE serijos traktoriuose, kaip ir Fend X Concept, naudojama ISO-Bus linija.

Traktoriaus Fendt X Concept priekyje ir gale, greta hidraulinių ir mechaninių (GTV) galios perdavų, įrengtos aukštos įtampos jungtys, gavusios naują pavadinimą - PowerBus. Kad būtų saugiau, visos elektros perdavimo linijos yra su dviguba izoliacija. Jomis gali būti perduodamas iki 130 kW pajėgumas. Agreguojamai mašinai valdyti naudojama ISO-Bus linija, į bendrą tinklą sujungianti traktoriaus ir agregato valdymo linijas. Parodoje „Agritechnica 2013" pristatyto traktoriaus ISO-Bus tinkle įdiegti paskutiniai atnaujinimai, t. y. Fendt X Concept gali būti agreguojamas su bet kokia mašina, turinčia ISO-Bus sąsają. Kuriant bendrą ISO-Bus valdymo koncepciją, „Fendt" glaudžiai bendradarbiauja su Vokietijos kompanijomis „Amazone", „Fella", „Fliegl", „Grimme", „Krone", „Lemken" ir STW. Neatsitiktinai žurnalistams hibridinis Fendt traktorius buvo demonstruojamas kartu su prikabinama Amazone trąšų barstomąja.

Tyrimų rezultatai rodo, kad elektrinės perdavos yra efektyvesnės už hidraulines ir kai kuriais atvejais net už mechanines. Jų efektyvumas siekia 98 proc. Elektrinės perdavos pasižymi didesne greitaveika, jas patogiau įrengti. Elektros energijos perdavimo nuostoliai taip pat nedideli - prisiminkime vien tai, kad kiekviena hidraulinės linijos alkūnė ar žarnos įlinkis didina galios nuostolius sistemoje. Galios perdavimo elementai - elektros varikliai - yra nesudėtingos konstrukcijos, o tokias perdavas galima valdyti labai tiksliai. Jų valdymas pozicinis. Pavyzdžiui, elektrinė aušinimo sistemos ventiliatoriaus arba hidraulinės sistemos siurblio perdava užtikrina bemaž neribotas sūkių dažnio reguliavimo galimybes: optimalūs sūkiai gali būti nustatyti konkrečiam darbo režimui. Be to, pakeisti perdavas užtrunka tūkstantąsias sekundės dalis (milisekundes). Technologiniai procesai žemės ūkyje tampa vis sudėtingesni, todėl tokios elektrinės perdavos užtikrina valdymo preciziškumą, tikslų darbinių dalių (valdiklių) paleidimą ir sustabdymą. Elektrinės perdavos sūkiai visiškai nepriklauso nuo vidaus degimo variklio sūkių ir darbo režimo.

Elektrinių perdavų pranašumai, lyginant su mechaninėmis (GTV)

● Lengvas komponavimas.

● Didesnis paleidimo momentas.

● Mažesnė mechaninių galios nuostolių priklausomybė nuo atstumo.

● Tikslesnis valdymas ir platesnės valdymo galimybės.

● Sūkių dažniui reguliuoti nereikalingi reduktoriai.

● Nereikalingos kardaninės perdavos, kurių mechaniniai galios nuostoliai priklauso nuo velenų ilgio ir lankstų kampo.

● Mažesnė nelaimingų atsitikimų rizika dėl besisukančių neuždengtų kardaninių pavarų.

Elektrinių perdavų pranašumai, lyginant su hidrostatinėmis

● Lengvesnis komponavimas.

● Didesnis paleidimo momentas.

● Iki 5 proc. didesnis efektyvumas ir mažesnės degalų sąnaudos.

● Mažesnis triukšmingumas.

● Mažesni šiluminiai galios nuostoliai.

● Tikslesnis valdymas ir platesnės valdymo galimybės.

● Nereikalingos hidraulinės linijos, kuriose nuostoliai priklauso nuo jų ilgio bei alkūnių formos ir skaičiaus.

● Eksploatacijos charakteristikos mažai priklauso nuo temperatūros.

Svarbiausieji per pastarąjį dešimtmetį vykdyti hibridinių traktorių projektai

2005 m. Case IH ProHybrid EECVT prototipas, kurio tiriamieji darbai pradėti 1999 m.

2007 m. John Deere 7430/7530 E Premium - pirmieji serijiniai dyzeliniai-elektriniai žemės ūkio paskirties traktoriai.

2009 m. ZF Terra+ - pirmoji hibridinė kompanijos transmisija traukos mašinoms.

2009 m. MTZ-3023 Belarus eksperimentinis dyzelinis-elektrinis traktorius, parodoje „Agritechnica" įvertintas sidabro medaliu.

2011 m. Deutz-Fahr Agrotron 7 TTV serijos prototipas su ZF Terra+ transmisija.

2011 m. Rigitrac EWD 120 eksperimentinis dyzelinis-elektrinis traktorius, parodoje „Agritechnica" įvertintas sidabro medaliu.

2012 m. John Deere 6RE - II-osios kartos kompanijos dyzeliniai-elektriniai traktoriai, gaminami serijiniu būdu.

2013 m. Fendt X Concept prototipas, kurio tiriamieji darbai pradėti 2001 m.

Dainius ŠIŠLAVAS

Mano ūkis, 2014/07