Villamos hajtású mezőgazdasági gépek

A villamos hajtású mezőgazdasági gépek gyártása és alkalmazása számos területen megkezdődött. A jelenleg gyártott villamos hajtású gépek közül önkényesen kiválasztott néhány géptípust mutatjuk be röviden.

A mezőgazdasági gépek hajtásának villamosítása nem hobbiszintű öncél, hanem egyre inkább gazdasági szükségszerűség. A villamos hajtású mezőgazdasági gépek gyártása és alkalmazása számos területen megkezdődött, például traktorok, műtrágyaszórók, vető- és permetezőgépek, önjáró munkagépek, rakodógépek, mezőgazdasági robotok stb. esetében.

TRAKTOROK VILLAMOSÍTÁSA

A mezőgazdasági gépesített műveletek többsége erőforrásként traktort alkalmaz. A traktorok motorjainak, hajtásláncainak és segédüzemű rendszereinek fejlesztése, hatékonyságának javítása több mint 120 éve folyamatos. A mezőgazdasági gépek mechanikai energiaszükségletének ellátását ma a traktor dízelmotorja szolgáltatja, sok esetben a TLT- és a hidraulikus erőátviteli rendszereken keresztül, de az egyre összetettebb munkagépek hatékonyabb és sokoldalúbb energiaátvételt igényelnek. A jövő egyik megoldása a villamos energia átvitele lesz. A villamos hajtáslánc hatásfoka magasabb, vezérlése egyszerűbb és pontosabb, a karbantartás igénye kevesebb. Ezért elkerülhetetlen a villamos hajtásláncra való áttérés. A traktorok villamosítása során kialakultak a villamos energiát szolgáltató traktorok, a párhuzamos és soros hibridhajtású, illetve a villamos traktorok (1. ábra).

1. ábra Traktorok villamosításának alapvető módjai a) villamos energiaszolgáltatás; b) párhuzamos hibridhajtás; c) soros hibridhajtás; d) tiszta villamos hajtás

VILLAMOS ENERGIÁT SZOLGÁLTATÓ TRAKTOROK

Az első, villamos energiát szolgáltató, szériában gyártott traktort 1954-ben az amerikai International Harvester (IH) vállalat Farmall Electrall elnevezéssel készítette (1. kép). A traktor négyhengeres dízelmotorja maximálisan 55 LE-t teljesített 1800 percenkénti fordulatszám mellett. A villamosenergia-szolgáltatást a traktorra szerelt 10 kW teljesítményű háromfázisú 120/208 V-os váltakozó áramú generátor látta el.

Ebben az időszakban az IH kis benzinmotorral ellátott, önműködő szénakaszáló, szénabálázó és kombájnokat gyártott. A benzinmotoros hajtást váltották ki villanymotorral, és ehhez alkalmazták a Farmall Electrall traktorokat (2. kép). A traktor jó szolgálatot tett áramkimaradás esetén is a kis gazdaságot és a háztartást kisegítő villamos energia szolgáltatásával.

A kereskedelemben – külön megrendelésre – számos villamos energiát szolgáltató univerzális traktor kapható. Példaként a német Fendt az X-koncepciós program keretében készített traktorját említjük meg.

1. IH Farmall Electrall 55 LE-s traktor 10 kW háromfázisú váltakozó áramot szolgáltat – forrás: www.dieselwordmag.com

2. IH McCormick Model 55 típusú villamos hajtású bálázógép 1954-ből – forrás: www.dieselwordmag.com

FENDT 722 VARIO X-CONCEPT

A Fendt 722 Vario X-Concept a 722 típus alapjaira épült traktor, AGCO Power négyhengeres dízelmotorja 147 kW (200 LE) teljesítményű (3. kép). A traktor a dízelmotor főtengelyéhez integrált nagy teljesítményű generátorral rendelkezik, amely a 700 V DC tápegységgel akár 130 kW villamos energia szolgáltatására képes.

Több traktorgyárral együttműködve a munkagépgyártók, például az Amazone, a Fella, a Fliegl, a Grimme, a Krone, a Lemken stb. kis darabszámmal készítenek villanymotorral rendelkező mezőgazdasági gépeket.

3. Fendt 722 Vario X-Concept 200 LE-s (147 kW-os) traktor 130 kW villamosenergia szolgáltatásra képes – forrás: www.fendt.com

HIBRIDHAJTÁSÚ TRAKTOROK

Hibridhajtású traktornak nevezzük azt a gépet, amelynek haladásához, a vonóerő kifejtéséhez nemcsak dízel-, hanem villanymotort is alkalmaznak. A hibridrendszer villamos energiát tárolhat akkumulátorban, amit csúcsterhelésnél használnak fel. Az akkumulátor töltését a dízelmotorral hajtott áramfejlesztő-egység látja el, ha a dízelmotor terhelése ezt lehetővé teszi (vagy külső hálózatból töltik fel). A hibridhajtású traktorok természetesen villamosenergia-szolgáltatásra is képesek.

Párhuzamos hibridhajtásról akkor beszélünk, ha a dízel- és a villanymotor együtt is (párhuzamosan) és külön is képes a gép hajtására. Ebben az esetben szükséges akkumulátoregységet alkalmazni. A párhuzamos hibridhajtásokat viszonylag könnyű meglévő mechanikus rendszerhez illeszteni.

CARRARO IBRIDO PÁRHUZAMOS HIBRIDHAJTÁSÚ TRAKTOR

Az olasz Carraro Ibrido enyhe (mild) párhuzamos hibridhajtású traktor, az EIMA 2018 kiállításon két díjat is kapott innovatív műszaki kialakításáért (4. kép). Ez a traktor a gyümölcsösökben, szőlőültetvényekben stb. alkalmazott, bevált kis traktorok továbbfejlesztett, modern változata.

4. Carraro Ibrido párhuzamos hibridhajtású traktor – forrás: www.ivtinternational.com

A párhuzamos hibrid hajtást a 55,4 kW (75,3 LE) teljesítményt szolgáltató Deutz TCD 2.2L3 típus jelzésű 2,2 literes, 3 hengeres, turbófeltöltős, Stage V dízelmotor után, a meghagyott hagyományos 24 + 24 szinkronizált mechanikus sebességváltó elé integrált villanymotoregységgel és a dízelmotor hűtője előtt elhelyezett 3 fázisú generátorral, csatlakozó akkumulátorral, valamint a hozzá tartozó, elektromos vezérléssel alakították ki (5. kép).

5. Carraro Ibrido traktor hajtás rendszerének felépítése – forrás: www.ivtinternational.com

A villanymotor 48 Vfeszültség mellett 20 kW (27 LE) teljesítményt szolgáltat, így hibrid üzemmódban a traktor teljesítménye 75,4 kW (102,3 LE). A lítium-vas-foszfát (LiFePO₄) akkumulátor 340V DC feszültségű és 25 kWh kapacitású. A hidraulikaszivattyút külön villanymotor hajtja.

A következő üzemmódok közül lehet választani:

– tiszta villamos mód (légszennyezés nélküli) kis terhelés esetén, üvegházakban, istállókban, lakott területen végzendő munkák esetében;

– csak dízelmotoros mód, közepes terhelés esetén, közúti szállításkor, vagy enyhe TLT leterheléskor;

– hibrid üzemmód, nagy terhelés esetén vontatáskor, vagy erős TLT műveleteknél.

Az új hibrid rendszer csökkenti a fogyasztást, a levegőszennyezést, a karbantartási költségeket és a vezetőt érő zajt, valamint rezgéshatást.

Soros hibridhajtásról akkor beszélünk, ha a dízelmotor (sorosan) csak a generátort forgatja, és a traktor mozgatását csak a villanymotor(ok) végzi(k). A soros hibridhajtást nagy teljesítményű traktorokhoz célszerű alkalmazni, nagy előny, hogy nem kell hozzá okvetlenül akkumulátoregység.

CATERPILLAR D7E SOROSHAJTÁSÚ HIBRID DÓZER

A Caterpillar több évvel ezelőtt készítette el a világ első váltakozó áramú soros hajtású hibrid dózerét. A 173 kW (235 LE) teljesítményű Caterpillar D7E típusjelzésű dízelmotor hajtja a 3 fázisú generátort. A soros hibridhajtású dózer felépítését a 6. kép szemlélteti. Ezzel a megoldással 10-30% hajtóanyagot lehet megtakarítani, a csendesebb gép kormányzása kényelmesebb, az élettartam alatti üzemeltetési költség 10%-kal kisebb, mint a dízelmotoros mechanikai hajtású dózeré.

6. Caterpillar D7E típusjelzésű dízelelektromos soros hibrid dózer 1. D7E motor; 2. villamosgenerátor; 3. három fázisú villanymotor; 4. mechanikus véglehajtás; 5. vezérlő elektronika; 6. inverter; 7. nagyfeszültségű kábel – forrás: www.caterpillar.com

STEYR HIBRID TRAKTOR

A STEYR hibrid traktorkoncepciót a 2019 évi hannoveri Agritechnica szakkiállításon mutatták be (7. kép).

7. „STEYR hibrid traktor” koncepció soros hibrid hajtáslánccal – forrás: www.media.cnhindustrial.com

A traktor soros hibrid hajtásláncát a CNH Industrial és az FPT közösen fejlesztette ki. Az új soros hibrid üzemű traktor FPT NEF 45 típusjelzésű, 4,5 literes, 4 hengeres dízelmotorja 150 kW (204 LE) teljesítményű. Ezzel a hajtással 10%-os hajtóanyag-megtakarítás érhető el. A traktor villamosenergia-tároló akkumulátorral rendelkezi, amelyet a dízelmotorhajtású villamos generátoron kívül hálózatról is fel lehet tölteni. A négykerékhajtású traktort kerekenként egy-egy villamos kerékagymotor mozgatja, amelyek együttes csúcsteljesítménye akár 250 kW (340 LE) lehet. A hidraulikaszivattyút és a TLT-t tetszőleges fordulatszámú hajtását külön villanymotor látja el. Lejtőn a haladási, valamint a fékezéskor keletkező energia villamos energia formában visszanyerhető. A traktor rövid ideig álló dízelmotorral is üzemeltethető, a tisztán villamos üzemmód csendes, légszennyezésmentes, ezért ezt előnyösen lehet istállókban és városi-kommunális munkavégzéskor alkalmazni. A mezőgazdasági munkagépek számára 700 V és 48 V DC villamosenergia-szolgáltatás állrendelkezésre. A traktor több innovatív műszaki megoldással rendelkezik. A szép „STEYR hibrid traktor” 2020-ban elnyerte kategóriájában az amerikai „Good Design” formatervezési díjat.

Villamos traktornak nevezzük a dízelmotor nélküli, 100%-ban villamos hajtással rendelkező mezőgazdasági erőgépet. Az ilyen erőgép a villamosenergia-ellátást a hálózatról feltölthető akkumulátorból vagy ma még nagyon ritkán az úgynevezett „tüzelőanyag-cellából” (fuel cell) hidrogén felhasználásával nyeri. Az akkumulátoregység kapacitása/ára és a töltési időszükséglete miatt jelenleg csak kisebb 20-75 kW (27-100 LE) teljesítményű villamos traktorokat készítenek. A traktorok mellett szép számmal terjednek villamos önjáró mezőgazdasági munkagépek is.

SOLECTRAC EUTILITY

A Solectrac eUtility villamos traktort a kanadai Solectrac vállalkozás készíti (8. kép). A kétkerékhajtású traktor üzemi tömege 2 tonna, a villanymotor névleges teljesítménye 18,4 kW (25 LE), illetve a csúcsteljesítménye 36,7 kW (50 LE). A traktor sebességváltója négyfokozatú, a legnagyobb haladási sebessége 32 km/h. A traktor litium-vas-foszfát (LiFePO₄) akkumulátora 30 kWh kapacitású, és ezzel 5-8 órás üzemeltetés érhető el. Az akkumulátor megújuló energiával, vagy 220V-os hálózatból tölthető fel, gyorstöltővel 3 óra alatt. A vállalkozás célja elsősorban az, hogy Észak-Amerikában a mezőgazdasági gépek villamosítást népszerűsítsék, ehhez hozzátartozik, hogy a kifejlesztett kis teljesítményű 18-55 kW (25-75 LE) közötti elektromos traktorok üzemeltetési költsége 0,86 $/h, szemben a dízel traktorok 7,04 $/h üzemeltetési költségével.

8. A kanadai Solectrac eUtility villamos traktor – forrás: https://www.solectrac.com/eutility

SONALIKA TIGER ELECTRIC

Az indiai Sonalika Tiger Electric traktor nem régen jelent meg a piacon és kezdetben évi 8 ezer db-ot kívánnak értékesíteni belőle (9. kép). A kétkerékhajtású traktor maximális sebessége 25 km/h, a villanymotor teljesítménye 25,5 kW (35 LE). A 10 óra, gyorstöltővel 4 óra alatt feltölthető akkumulátorral a traktor 8 órát képes üzemelni. A környezetbarát villamos traktorral 75%-kal alacsonyabb üzemeltetési költség érhető el, azonos teljesítményű benzin- vagy dízelmotoros változatához képest. A Sonalika Tiger Electric traktorra a gyártó vállalat 5 000 üzemórát vagy 5 év garanciát ad.

9. Az indiai Sonalika Tiger Electric traktor– forrás: https://tractorguru.com/sonalikatractors

JCB 525-60E TELESZKÓPOS RAKODÓGÉP

Az új JCB 525-60E kompakt négykerékhajtású és kormányzású teleszkópos rakodógép 100%-ban elektromos üzemű (10. kép). A gép 6 méteres magasságra, 2 500 kg tömeget képes felemelni. Az akkumulátor kapacitása 24 kWh, ezzel 8 órás üzemeltetés érhető el és 110V, 230V, vagy 415V feszültségű hálózatról tölthető. Az adaptív terhelésszabályozással rendelkezőgép nehéz terhelésnél sem billen előre.

10. JCB 525-60E elektromos üzemű teleszkópos rakodógép– forrás: https://www.jcb.com/en-gb/electric

WEIDEMANN 1160 EHOFTRAC RAKODÓGÉP

A német Weidemann vállalat új 1160 eHoftrac típusjelzésű villamos rakodója négykerékhajtású, derékcsuklós kormányzású (11. kép). A gépet 48 V-os, 300 Ah-s, 450 kg tömegű ólom-sav akkumulátoregység látja el energiával. A töltési idő 6 óra és ehhez csak 230V-os csatlakozásra van szükség. A szokásos mezőgazdasági rakodás esetén teljesen feltöltött akkumulátorral a működési idő 3-5 óra.

A rakodógép üzemi tömege 2 350 kg, emelési magasság 2,76 m, teherbírás kinyújtott kanállal 1 348 kg, raklapvillával 1 089 kg. Az előre-hátra 0-15 km/h sebességű haladást egy 6,5 kW-os villanymotor szolgálja, míg az emelőberendezés hidraulikus rendszerét egy 9 kW teljesítményű villanymotor látja el. A gép további főbb adatai: hosszúság (leengedett kanállal) 3 983 mm, szélesség 1 044 mm, tengelytáv 1 468 mm, nyomtáv 780 mm, minimális fordulási sugár 2 592 mm.

11. WEIDEMANN 1160 eHoftrac elektromos rakodógép – forrás: www.weidemann.de