Elektrinės pavaros, varikliai seniai naudojami pramonėje ir stacionariuose žemės ūkio įrengimuose. Prijungus prie 230 V ar 380 V kintamos įtampos elektros lizdo buitinį prietaisą ar įrengimą, galima patogiai dirbti.

Jei reikia dirbti kieme, naudojame papildomus jungiamuosius kabelius, kuriais elektra tiekiama į tolesnius objektus. Dirbti su mobiliomis elektrinėmis mašinomis toli nuo ūkio esančiuose laukuose nepavyks. Ten nėra įrengtų elektros lizdų, o nutiesti pailginamuosius laidus kelių kilometrų spinduliu - ne pats geriausias ir brangus sprendimas. Išeitis - mobilus nešiojamasis generatorius. Tokios elektros stotelės pritaikytos transportuoti iš vienos vietos į kitą. Gabenami šie mobilūs generatoriai energijos negamina.

Ne vienas traktorių gamintojas yra siūlęs į darbo vietą vežtis kartu mobilų elektros energijos šaltinį. Tarp variklio ir pavarų dėžės montuojami skirtingo galingumo ir įtampos generatoriai. Apie šių traktorių konstrukcijas ir veikimą jau buvo rašyta ankstesniuose „Mano ūkis" žurnalo straipsniuose. Manoma, kad elektrinės pavaros turi gerų perspektyvų. Automobilių pramonėje šios tendencijos kryptingos: kelių kartų hibridiniai automobiliai, elektromobiliai.

Žemės ūkio technikos pramonė nuo pažangių naujovių taip pat stengiasi neatsilikti, tačiau joms išpopuliarėti reikia palankių sąlygų, kurios, tikėtina, jau kuriasi. Įvairūs padargai ir žemės ūkio mašinos jau sąveikauja su elektroninėmis traktorių sistemomis ir informuoja apie vykstančius procesus, kintančias apkrovas, atsiradusius gedimus ir kita. Kompanija ZF jau sukonstravo ir žemės ūkio technikos gamintojams siūlo generatoriaus modulius ZF-Terra+ kartu su galios elektronikos sistema. Šis generatoriaus modulis gali būti integruojamas į pavarų dėžės korpusą ir gali maitinti išorinius vartotojus. Nelygu mašinos dydis, generatoriaus modulis išvysto iki 70 kW galingumą. Papildomai ZF siūlo ir visos sistemos valdymo modulį, kuris, vertindamas vidaus degimo variklio darbą, generatoriaus ir elektros vartotojų apkrovą, išorinę mechaninę mašinos apkrovą ir darbo sąlygas, parenka optimaliausią darbo režimą.

Mobilių mašinų elektros varikliai

Aukštos (400 V) įtampos elektros variklių mobiliose mašinose beveik nėra. O jeigu ir yra, tai dažniausiai tokie įrengimai, nors ir mobilūs, tačiau dirba technikai nejudant iš vietos. Nedaug žemės ūkio technikos gamintojų gali pasiūlyti trąšų barstytuvą, žolės vartytuvą ar priekabą su elektrinėmis darbinių dalių pavaromis. Nors elektrinės pavaros turi daug privalumų, tačiau mobiliose mašinose nenaudojamos.

Elektros variklių naudingo veikimo koeficientas didelis, sukimo momentas perduodamas visame sūkių diapazone nenutrūkstamai. Be to, lengva reguliuoti galingumą, o elektros variklį nėra brangu pagaminti. Privalumas ir tai, kad aplinka neteršiama kenksmingomis deginių dalelėmis, nėra rizikos alyvai išsilieti. Elektros variklį nesunku perkelti į kitą vietą. Nedidelio galingumo elektros varikliai jau seniai naudojami mobiliose žemės ūkio mašinose, tačiau 12 (24) V įtampos ir didesnio kaip 400 W galingumo jėgainės praktiškai nenaudojamos.

Kodėl verta naudoti?

Truputis istorijos padės suprasti, kodėl šiandien aktualu naudoti aukštos įtampos pavaras žemės ūkio sektoriuje. Priekabų varančiosios ašys buvo populiarios iki praėjusio amžiaus vidurio, kaip pagalbinė mažo galingumo traktorių priemonė. Tuomet tai gelbėjo sunkiomis sąlygomis gabenant didelius svorius. Tačiau tokios priekabų varančiosios ašys buvo naudojamos tik epizodiškai. Kai traktoriaus varantieji ratai dėl per mažos apkrovos pradėdavo buksuoti, buvo įjungiama nuo galios tiekimo veleno sukama priekabos varančioji ašis.

Deja, tokia pavara kėlė daug ir didelių nepatogumų. Buvo labai sunku suderinti traktoriaus ir priekabos varančiųjų ašių greičius, nebuvo galimybės keisti važiavimo greičio, naudingumo koeficientas siekė tik 15-25 proc. Tad šios priekabų varančiosios ašies sistemos labai greitai išnyko, kai buvo pradėti gaminti traktoriai su priekine varančiąja ašimi.

Pirmieji bandymai sukonstruoti elektrinę varančiąją priekabos ašį buvo pradėti 2013 m. Priekabos ašis vis dar stumdavo traktorių į priekį net ir tuo metu, kai vairuotojas kabinoje jau spausdavo stabdžių pedalą. Informacija tarp traktoriaus ir priekabos nebuvo dalinamasi, tad ir suderinti dviejų mašinų veiksmus tarpusavyje nebuvo įmanoma. Maksimalus elektrinės sistemos galingumas siekė 12,5 kW ir, viršijus 7 km/val. važiavimo greitį, išsijungdavo.

Privalumai

Šiandien situacija keičiasi. Dėl pakankamai gerai išplėtotų ir įvaldytų elektroninių automatikos komponentų daugumą atliekamų veiksmų ir darbų galima suderinti tarpusavyje.

Traktoriaus ir priekabos su varančiąja elektrine ašimi privalumus būtų galima įrodyti tokiu pavyzdžiu. 155 AG traktorius su 35 t bendrosios masės priekaba į kalną gali važiuoti 12 ir 8 km/val. greičiais. Tik 12 km/val. greitis pasiekiamas tuomet, kai yra įjungta priekinio galios tiekimo veleno pavara ir operatorius per ISOBUS terminalą aktyvuoja priekabos varančiosios ašies valdymo sistemą. Daugiau operatoriui niekuo rūpintis nereikia. Sistema pati reikiamu momentu sureguliuoja galios tiekimą varančiajai priekabos ašiai. Šio traktoriaus pavarų dėžės valdymo elektronika leidžia variklio valdymo moduliui įjungti padidintos galios zoną tik tada, kai važiavimo greitis didesnis negu 12 km/val., esant mažesniam sukimo momentui. Generatorius nuo pat jo sukimo pradžios, kai sukimo momentas didesnis, išvysto papildomai 60 AG. Tad priekabos ašis, įvertinusi visus įtampos keitimo nuostolius ir naudingumo koeficientą, ratams perduoda 44 kW galingumą. Dėl tokio į priekabos varančiosios ašies ratus perduodamo galingumo įmanoma sumažinti traktoriaus pavarų dėžės apkrovą. Išjungus galios tiekimo veleną, tas pats traktorius su priekaba į kalną važiuoja tik 8 km/val. greičiu. Per mažas važiavimo greitis neleidžia pasiekti padidintos galios zonos ir gauti papildomai 40 AG galingumo. Tad, norint su tokia priekaba važiuoti panašiu greičiu į kalną neturint elektros energijos, reikia rinktis galingesnį traktorių arba mažesnės masės krovinį.

Privalumų dirbant su varančiąją ašį turinčia priekaba laukuose taip pat yra. Priekaboje sumontuoti jutikliai įvertina apkrovos dydį ir pagal tai parenka reikalingą varančiųjų priekabos ratų sukimo momentą. Traktoriaus ratai mažiau buksuoja. Įvertinus jutikliais, priekabos varantieji ratai sukami tokiu greičiu ir su tokia jėga, kad jie neprasisuktų, negadintų dirvos paviršiaus ir nešvaistytų energijos veltui, t. y. siekiama didžiausio efektyvumo.

Šiandienos pasiekimai

Kompanija „Fliegl" jau gamina ir siūlo elektra varomą ašį Power Drive Elect priekaboms. Ji nesunkiai prijungiama prie traktoriaus, yra su didelio naudingo veikimo koeficiento elektros varikliu ir galimybe reguliuoti sukimo momentą, kuris derinamas su važiavimo greičiu. Tokio traktoriaus ir priekabos su elektrine varančiąja ašimi pravažumo galimybės pagerėja, nebereikia papildomai didinti vilkiko masės balastiniais svoriais.

Tokios priekabos su varančiąja ašimi elektros variklio, skirto ratams sukti, maitinimo įtampa 400 V. Sumontuoti ir prijungti elektros įrenginius galima lengviau ir paprasčiau negu jungiant hidraulinius komponentus. Elektrinių komponentų gamintojai nėra standartizavę jungčių, kurios bus naudojamos žemės ūkio technikoje, tačiau tam jau rengiamasi.

Kompanijos „John Deere" ir „Fliegl" siūlo sistemą, kurią įdiegus priekabos ašies pavarą reguliuoja traktoriaus pavarų dėžės valdymo modulis. Tad gali būti tiekiamas iki 100 kW elektrinis galingumas priekabos varančiajai ašiai be sankabos ir iki 50 km/val. važiavimo greičio.

Kompanijos „Schabmüller" generatoriaus mobilioji versija montuojama ant traktoriaus priekinės pakabos. Naudojant 1 000 min.^-1 galios tiekimo veleno energiją, bekontakčio generatoriaus rotoriaus greitis padidinamas iki 7 000 min.^-1 ir taip gaunamas iki 100 kW galingumas. Žinoma, traktoriaus galios tiekimo velenas turi būti apskaičiuotas tokiai apkrovai, o vidaus degimo variklio galingumas ne mažesnis kaip 145 AG. Generatoriaus įtampa siekia 700 V. Kad vartotojams būtų tiekiama elektra, po generatoriaus gaubtu sumontuoti keitikliai, kurie į tris elektros lizdus tiekia kintamos srovės 380 V įtampos energiją. Visas generatorius su keitikliais ir rėmu sveria 750 kg.

Generatoriaus pagaminta elektros energija kabeliais tiekiama į elektros lizdus, įrengtus prie galinių hidraulinių jungčių bloko. Energija naudojama pagal poreikį: trąšų barstytuvui, grėbliui, sėjamajai. Net ir priekabos varančioji ašis prijungiama tais pačiais standartiniais elektros lizdais ir kištukais. Vidurinės nevairuojamos ašies ratus suka elektros varikliai, kurie pasiekia 12 000 min.-1 sukimosi greitį. Šis greitis reduktoriumi sumažinamas. Tokias ašis gamina kompanija ZF ir montuoja jas į hibridinius autobusus. Kompanija „Fliegl" šias ašis patobulino, įrengdama papildomo variklių aušinimo sistemą.

Kitos kompanijos ZF gaminys - kompaktiškas mobilus generatorius, kuris montuojamas prie traktoriaus ir sukamas galios tiekimo veleno ilgą laiką gali generuoti 50 kW galingumą. Įrengtas valdymo blokas ir kelios atskiros linijos leidžia prijungti du 25 kW galingumo vartotojus ir juos valdyti atskirai. Tai suteikia galimybę, pavyzdžiui, lauko sąlygomis skirtingu greičiu tiekti ir dozuoti trąšas ir sėklas iš priekabos sėjamajai.

Naudojant elektros generatorių, nereikia tikėtis, kad degalų sąnaudos bus mažesnės. Juk energijos tvermės dėsnis tebegalioja: energija iš niekur neatsiranda ir niekur nedingsta. Naudojant padidintos galios variklio rezervą, generatoriumi jį galima paversti elektros energija ir skirti ją priekabos varančiajai ašiai sukti. Naudojant mechanines ar hidraulines sistemas, bus didesni galios nuostoliai.

Tokių elektrinių pavarų taikymas šiandien kasdieniams poreikiams dar gerokai per brangus, o skaičiuojant atsiperkamumą - nevertas tokių investicijų. Tačiau ateityje, kai žemės ūkio technikos gamintojai mašinose įdiegs aukštos įtampos elektros variklius, elektrinių pavarų reikšmė labai išaugs.

***

Mobilaus generatoriaus savybės

• Generatorius montuojamas labai arti prie priekinės pakabos, todėl kardaninė pavara turi būti trumpa.
• Didelės ir sunkios elektrinių komponentų jungtys užima nemažai vietos tiek traktoriaus priekyje, tiek ir gale.
• Generatoriaus ir pavarų dėžės komunikacija vyksta per ISOBUS jungtį.
• Generatoriui ir keitikliams aušinti naudojama atskira, alyvos pripildyta aušinimo sistema. Šioje sistemoje alyvos temperatūra neviršija 60 °C temperatūros.
• Visas generatoriaus funkcijas galima išnaudoti tik keliuose traktoriuose, turinčiuose tam pritaikytas pavarų dėžes (dėžės valdymo programa, duomenų paketai).
• Priekabos su vienu centriniu elektros varikliu jėgą išskirstant per diferencialą, varančiosios ašies pavara yra pigesnė, negu turint sistemą, kai kiekvienos pusės ratą suka atskiras elektros variklis. Nepriklausoma ratų pavara, naudojant du atskirus elektros variklius, yra pranašesnė, nes važiuojant yra stabilesnė.
• Planuojama, kad ateityje varančioji ašis elektriniu būdu galės stabdyti ratus.