Villamos hajtású traktorok

A közúti gépjárműveknél ismert villamos hajtást a mezőgazdasági viszonyokhoz igazítva a traktortechnika is kezdi alkalmazni. Az ilyen fejlesztések fő irányai: a hibridhajtású (dízelmotor és villamos) erőátviteli rendszerek, a tisztán villamos hajtású erőgép és a munkagép felé villamosenergia-szolgáltatás megvalósítása. A traktorok esetében a hibrid hajtások nagyarányú elterjedése várható a közeljövőben.

A közúti gépjárműveknél egyre gyakrabban alkalmaznak villamos hajtást. A városok utcáin ma már megszokott látvány a személygépkocsi villanyautó. A villanyautók száma folyamatosan növekszik hazánkban is. Az autótechnika megoldásait a mezőgazdasági viszonyokhoz igazítva, a traktortechnika is el- kezdi kísérleti jelleggel alkalmazni. A mezőgazdaság villamosítása során a digitális elektronikus eszközök igen széles választéka mellett a traktorok, mezőgazdasági mobilgépek és újabban a munkagépek villa- mos hajtásának megvalósítása is elkezdődött.

A traktorok villamosítása alatt azt értjük, hogy az erőátvitel, a vonóerő-kifejtés, a munkaeszköz felé az energiaszolgáltatás részben vagy teljesen villamos berendezésekkel valósul meg. Az ilyen fejlesztések fő irányai: a hibridhajtású (dízelmotor és villamos) erőátviteli rendszerek, a tisztán villamos hajtású erőgép és a munkagép felé villamosenergia-szolgál- tatás megvalósítása. A traktorok esetében a hibrid hajtások nagyarányú elterjedése várható a közeljövőben, a hagyományos hajtóanyag (gázolaj) felhasználásának mérséklése és a mechanikus, illetve hidraulikus hajtáslánc kiváltása érdekében.

Hibrid hajtás

A hibridhajtás-elnevezést szokás használni, ha a jármű alapvető üzemeltetésére egynél több energiafajtát használnak. Ennek a meghatározás alapján a hibridüzemű traktorok régóta léteznek a mezőgazdaságban, mert a traktor mechanikus erőátviteli rendszere mellett hidraulikus energia-átviteli berendezést is alkalmaznak.

1. ábra Traktor hibridhajtások fő csoportjai a) soros hibridhajtás; b) párhuzamos hibridhajtás

A hibridüzemű traktorok csoportjába ma leginkább azokat a gépeket sorolják, amelyek hajtáslánca dízel-villamos rendszerrel rendelkezik. A hibridhajtás előnye, hogy a dízelmotor-generátor egységet a legjobb hatásfok mezőben lehet működtetni, ezzel gázolaj felhasználás takarítható meg. Ezek a traktorhajtások két fő csoportba sorolhatók, úgymint soros és párhuzamos hibridhajtások. A munkagépek számára a villamosenergia-szolgáltatás bármelyik villamos hálózattal rendelkező traktor esetében elérhető.

Soros hibridhajtás

A soros hibridhajtás esetében a dízelmotor csak villamos áramfejlesztőt működtet, és az előállított villa- mos energiával villanymotorok hajtják a traktort és az egyéb berendezéseket például a hidraulikarend- szer szivattyúját (1a. ábra).

A soros dízel-villamos hajtás előnye, hogy a dízel- motor-generátoregységet jó hatásfok mezőben lehet működtetni, a hajtáslánc egyszerű villanyvezetékből és vezérlő elektronikából áll, a villanymotorok vezérlésével fokozatmentes sebességváltás érhető el, valamint egyszerűen kialakítható a futómű hajtása és a kormányzás megvalósítása.

A soros hibridhajtás igen nagy teljesítményű mezőgazdasági erőgépeknél előnyösen alkalmazható, használatához nem szükségszerű villamos energiát tároló akkumulátor beépíteni. Az akkumulátor használata akkor előnyös, ha a traktoros gépcsoport teljesítmény szükséglete jelentősen ingadozik, mint például rakodógép használatakor, vagy csak ha tiszta elektromos üzemeltetést kell alkalmazni pl. állattartó épületben végzett munkánál.

A soros hibridhajtás megvalósítására számos példa található a mezőgazdaságban homlokrakodó gépeknél és traktoroknál is. A soros hibridhajtású gépekre két példát mutatunk be röviden.

John Deere 944K

A John Deere sorozatban gyártja a négykerékhajtású, nagy teljesítményű 944K homlok rakodót, amelynek hajtásrendszere soros hibrid kialakítású (2. ábra). A rakodó gép PSX 6135jelzésű dízelmotorja 400 kW (536 LE) teljesítményű. A dízelmotor váltakozó áramú generátort működtet. A kerekeket egy-egy váltakozó áramú villanymotor hajtja. A gép haladási sebessége előre, illetve hátrafelé 4 tartományban 0/7.0 km/h; 0/12 km/h; 0/24 km/h és 0/39 km/h között folyamatosan változtatható. A 7,65 m3-es be- fogadó képességű kanalat hidraulikus rendszer működteti, amelynek szivattyúját villanymotor hajt.

2. ábra John Deere 944K típusjelzésű kerekes rakodógép (Forrás: www.deere.com)

A mechanikus hajtású hasonló teljesítőképességű rakodógéphez képest ez a gép 10-30%-kal kevesebb gázolajat fogyaszt, könnyebben kezelhető, és a karbantartási igénye alacsonyabb. A lánctalpas, gumi- hevederes nehéz traktorok esetében is alkalmazni fogják ezt a hajtásmódot.

Multi Tool Trac

A „Multi Tool Trac” elnevezésű holland négykerék-kormányzású, újszerű univerzális traktor kialakítása példaképül szolgálhat (3. ábra). A soros hibridhajtású traktor 160 kW-os (210 LE-s) dízelmotorja villamos generátoron keresztül működteti, a négy kerékagy villanymotort. Ennek a gépnek 2,25-3,2 m között állít- ható a nyomtávolsága, menetközben is. A vezetőfülke

3. ábra Multi Tool Trac univerzális traktor (Forrás: www.multitooltrac.nl)

Párhuzamos hibridhajtás

A párhuzamos hibridhajtású traktor esetében a dízelmotor a szokásos mechanikus erőátvitellel hajt- ja a traktort, de a hajtásláncra villamos hajtás is rá tud dolgozni (1b. ábra). A párhuzamos hibridhajtás előnye, hogy egy meglévő traktor kialakításnál nagyon egyszerűen kiépíthető és kis teljesítményű dízelmotor esetében is a gépteljesítő képessége meg növelhető a villamos hajtás teljesítményével. Párhuzamos hibridhajtás esetében csak dízelmotoros vagy csak elektromos üzemeltetés is megvalósítható. Hátránya a párhuzamos hibridhajtásnak, hogy megfelelő kapacitású villamosenergia-tárolóegységet, akkumulátort kell alkalmazni. A párhuzamos hibridhajtású gépekre három példát mutatunk be röviden.

Volvo Hybrid L220F

A Volvo Hybrid L220F homlokrakodót 2007-ben mutatták be (4. ábra). A mezőgazdaságban is alkalmazható kanalas rakodógép 2010-ben került először értékesítésre. A gép párhuzamos hibrid hajtással rendelkezik. A homlokrakodó dízelmotorja D12 típusú, 6 hengeres, 12 literes, 220 kW teljesítményű. A dízel- motor a járószerkezeten és a hidraulikaszivattyún kívül az ISG (Integrated Starter Generator) elektromos egységet is hajtja. Az akkumulátorban tárolt villamos energiát az 50 kW-os generátor-villanymotor egység rásegítő hajtásként hasznosítani tudja. Ezzel azt lehet elérni, hogy a dízelmotor nyomatékát alacsony fordulatszám tartományban 700 Nm-rel meg lehet növelni. Alacsony terhelés esetén az ISG generátorként működve tölti az akkumulátort. A megnövekedett teljesítmény és a 10%-kal kisebb üzemanyag-fogyasztás igazolta az ilyen hibrid gépek létjogosultságát.

4. ábra Volvo Hybrid L220F típusjelzésű homlokrakodó (Forrás: www.volvo.com)

5. ábra Merlo Turbofarmer 40.7 Hibrid teleszkópgémes univerzális mezőgazdasági erőgép  (Forrás: www.merlo.com)

6. ábra Merlo Turbofarmer 40.7 szántást végez (Forrás: www.merlo.com)

7. ábra ZF TERRA+ integrált generátoros egység (Forrás: www.zf.com)

8. ábra ZF eTRAC GPE50 típusjelzésű villamos egy-kerék hajtómű (Forrás: www.zf.com)

Merlo Turbofarmer 40.7 Hibrid

A Merlo Turbofarmer 40.7 Hibrid teleszkópgémes gép az első hibridüzemű univerzális mezőgazdasági erőgép (5. ábra). Ez a gép tisztán villamos vagy dízel-villamos párhuzamos hibrid hajtással is tud üzemelni. A rakodás céljára készült géppel mezőgazdasági munkát, akár szántást is lehet végezni (6. ábra). A gép tisztán elektromos üzemmódban 30 kWh kapacitású lítium-ion akkumulátorral működik, amely hálózatról is tölthető. A párhuzamos hibrid üzemmódban a gép működését 4 hengeres, 55 kW-os dízelmotor biztosítja, ami egyidejűleg a generátor segítségével folyamatosan tölti az akkumulátort is. Rakodó- gépként, csak elektromos üzemmódban zárt térben (például állattartó telepen) a levegőt nem szennyezi. Hibrid üzemmódban a rakodási teljesítmény korlátozása nélkül, akár 30%-os gázolaj-megtakarítással üzemeltethető ez a gép.

ZF-TERRA+ eTRAC

A ZF Friedrichsafen AG vállalat új generációs fokozatmentes (CVT) sebességváltókat gyárt 300 kW- nál nem nagyobb teljesítményű traktormotorokhoz, amelyhez opcióként rendelhető 70 kW-os villamos generátor egység. A villamos energiát szolgáltató ZF TERRA+ integrált generátoros rendszerhez (7. ábra) az Agritechnika 2017 kiállításon eTRAC elnevezéssel villamos egy-kerék hajtómű megoldást mutattak be (8 ábra). Ez a két egység nagy teljesítményű inverter és szabályozó elektronikával képes univerzálisan párhuzamos hibridhajtás megvalósítására. A villamos egykerék-hajtómű felhasználható például a lejtős területen dolgozó eke támkerekének, a nehéz körülmények között üzemelő hígtrágya-kijuttató tartálykocsi kerekeinek vagy mezőgazdasági terepen haladó pótkocsinál a kerek hajtásához. Az eTRAC választéka a gyártó szerint nyomaték és teljesítmény kínálatban a szóba jövő legtöbb mezőgazdasági alkalmazást kielégíti.

Tisztán villamos hajtás

A villanytraktor esetében csak tisztán villamos haj- tást alkalmaznak, amely energiát az akkumulátorból kap. A lemerült akkumulátor töltését a meglévő vagy az erre a célra kiépített elektromos hálózatból lehet megvalósítani. Tisztán villamos hajtású „Plug in” traktorok elsősorban csak a házkörüli munkavégzés- re alkalmasak. De a szántóföldi munkát végző traktorok kialakítására is van példa. A villany traktorok több prototípusa ismert, ezek közül példaképen két megoldást mutatunk be röviden.

Fendt e100 Vario

Az idei Agrotechnika 2017 kiállítás „Innovációs Díj” pályázatán ezüst díjat nyert a Fendt e100 Vario típus- jelzésű elektromos kompakttraktor (9. ábra). A villany traktor 50 kW teljesítményű hajtásrendszerét 650 V feszültségű 100 kWh kapacitású lítium-ion akkumulátor szolgálja ki. A traktor reális üzemeltetési körülmények között öt üzemórán keresztül képes működni, egy akkumulátor-feltöltéssel.

9. ábra Fendt e100 Vario típusjelzésű elektromos kompakttraktor (Forrás: https://newatlas.com/52276/)

10. ábra Fendt e100 Vario traktor hátsó elektromos és hidraulikus csatlakozói (Forrás: www.fendt.com/int/fendt-e100-vario.html)

11. ábra. Kremer Energie vállalat T4E típusjelzésű eszközhordozója (forrás: www.kremer-energie.fr/en/pages/page-5.html)

A lemerült akkumulátor feltöltése 400 V feszültségű, 22 kW teljesítményű egyenárammal valósítható meg, 40 perc alatt 80%-os töltöttségi szintre. A nagyfeszültségű rendszer működtetéséhez DC/AC invertert és az akkumulátor biztonságos működésére elektronikus rendszerfelügyeletet alkalmaznak. A Fendt e100 Vario érdekessége a teljes kompatibilitása, amely alatt az kell érteni, hogy a traktorral hagyományos és elektromos meghajtású munkagépek is működtethetők. A traktor a munkagépek teljesítményigényét a szabványos TLT kimenettel és hidraulikus csatlakozókon keresztül is képes kiszolgálni. A traktor elől és hátul AEF szabványos ISOBUS csatlakozóval, valamint a munkagépek hajtására szolgáló villamos nagyteljesítményt átadó csatlakozóval rendelkezik (10. ábra).

A Fendt e100 Vario – a hagyományos dízel traktorokkal összehasonlítva – kevés karbantartást igényel, energiahatékony, csendes és nem bocsát ki káros anyagot. A gyártó tervei szerint a sorozatgyártás megindulása után a Fendt e100 Vario már jövőre korlátozott darab- számban elérhető lesz.

Kremer T4E eszközhordozó

A francia Kremer Energie vállalat T4E jelzésű eszköz- hordozójának hajtásrendszere 100%-ban villamos (11. ábra). A 4 tonnás összkerékhajtású mezőgazdasági gépet 80 kW (110 LE) teljesítményű villanymotorok működtetik. Az E4V akkumulátor lítium-ion foszfáttípusú és a francia Univers VE Group terméke, amely 6-8 óra alatt tölthető fel. Az eszközhordozó haladási sebessége három tartományban (0/5 km/h; 0/10 km/h; 0/20 km/h) fokozat mentes. A gép két TLT hajtása12 LE és 40 LE teljesítményt szolgáltat. A hidraulika rendszer szivattyúja 32 liter/min szállítóképességű. A kényelmes klimatizált vezetőfülke borulás biztos kialakítású és minden igényt kielégítő levegőszűrővel ellátott.

Dr. Varga Vilmos

SZIE Gépészmérnöki Kar, Járműtechnika Tanszék