Villamos hajtási megoldások a mezőgazdaság számára

A fosszilis energiahordozó hajtóanyagokról a villamos energia alkalmazására való áttérés a mezőgazdaságban is megkezdődött. A fűnyírók, a takarmánykeverők és -kiosztók, a kisebb teljesítményű robotok és rakodógépek után a teljesen villamos hajtású traktorok értékesítése is elkezdődött.

A teljesen villamos hajtású nagytraktorok elterjedését elsősorban a villamos energia járműben való tárolásának megvalósítása, az akkumulátortechnika jelenlegi színvonala korlátozza. Ma még egy 200 kW (270 LE), nagy teljesítményű, szántóföldön 10–14 üzemórát folyamatosan dolgozó villamos traktor tömege és mérete kétszerese, az ára közel négyszerese az azonos képességgel rendelkező dízelmotoros társához képest. A 100 kW (136 LE) teljesítménynél kisebb, villamos hajtású traktorok iránt az érdeklődés viszont jelentkezett, mert üzemeltetésük gazdaságos, elsősorban majorban végzett munkák során. Ezek a traktorok alkalmazhatók homlokrakodáshoz, állattenyésztési, takarmánykezelési, növényházi feladatokhoz, gyümölcsösökben és szőlőültetvényekben, valamint kommunális feladatokhoz, de kisebb teljesítményigényű szántóföldi munkákhoz is. Napjainkban többek között a következő, teljesen villamos hajtású, sorozatgyártású új traktorok kerültek az érdeklődés középpontjába: az 55 kW-os New Holland T4 Electric Power, az 55 kW-os CASE-IH Farmall Utility 75C Electric Tractor és az 55 kW-os Fendt e107 V Vario.

A Dana fejlett villamos hajtástechnológiái

A Dana Incorporated amerikai multinacionális vállalat vezető szerepet tölt be a járművek hajtásrendszerének villamosításában. A vállalat elektromos kapcsolású sebességváltóval, az alacsony- és nagyfeszültségű villanymotorral, az inverterrel, a vezérlőkkel, a szoftverekkel, valamint a hő- és akkumulátorkezelési rendszerekkel képes egymaga a teljesen integrált elektromosjármű-rendszer minden elemét szállítani. A mezőgazdaság számára a Dana nemrég új megoldást mutatott be a helyben forduló villamos kompakt fűnyírókhoz, amely többek között nagy hatékonyságú Spicer Torque-Hub hajtásokat és Dana TM4 villanymotorokat tartalmaz (1. kép).

A Dana széles termékválasztékából csak példaképpen mutatunk be néhány új terméket. A vállalat négykerékhajtású traktorokhoz készít Spicer^®ElectrifiedTM e-Axle eS211 típusjelzésű első villamos hidat (2. a kép).

A hagyományos, merev felfüggesztésű első tengelyt közvetlenül egy villanymotor hajtja. A moduláris interfész lehetővé teszi a különböző méretű és teljesítményű kompatibilis motorok üzemeltetését. Az eS211 típusú első tengely néhány műszaki adata: a motor 48 vagy 96 V feszültségű lehet, csúcsteljesítmény 75,5 kW (96 V) vagy 33,8 kW (48 V), folyamatos teljesítmény 32 kW (96 V) vagy 15,5 kW (48 V), maximális átvihető nyomaték 20 kNm.

A Dana vállalat Spicer^® Electrified^TM e-Hub Drive eSC0 Series jelzéssel villamos kerékagymotor-hajtást készít a mezőgazdaság számára is (2. b kép).

A nagy teljesítménysűrűségű kompakt megoldás alkalmas traktorokhoz, rakodógépekhez, permetezőgépekhez stb. Az eSCO széria termékei szabadalmaztatott integrált üzemi fékkel készülnek. A szinkronmotoros kerékagyhajtás a következő főbb műszaki paraméterekkel rendelhető: 350–750 V nagyfeszültség esetén 100–120 kW folyamatos teljesítménnyel, 48–120 V alacsony feszültség esetén 15–40 kW folyamatos teljesítménnyel és 16, 21, 24 és 36 kNm választható névleges nyomatékkal.

A Dana vállalat kiterjedt termékválaszték-támogatást kínál a mezőgazdaság számára a hagyományos és a villamosított járművek gyártásához.

ZF mezőgazdasági villamos hajtások

A német ZF egy globális technológiai vállalat, amely többek között közúti, ipari, mezőgazdasági járművekhez, ipari technológiai alkalmazásokhoz, mikromobilitáshoz szállít hagyományos és villamosított hajtásrendszereket, alkatrészeket. A ZF a mezőgazdaság számára személyre szabott erőátviteli és hajtásláncmegoldásokat kínál traktorokhoz, kombájnokhoz és speciális alkalmazásokhoz, illetve ezek villamosításához (3. kép).

A széles termékválasztékból, amely lefedi a szériában gyártott gépek teljesítménykategóriáját, csak példaképpen, néhány új terméket mutatunk be.

Az új ZF-eTerramatic sebességváltó (4. a kép) a hagyományos CVT-megoldáshoz képest villamosáram-megosztásos, fokozatmentes sebességváltó.

A villamos erőleadó tengely (ePTO) hajtása a villamos járószerkezet-hajtásláncba (eCVT) van integrálva, így hozzájárul a traktor hajtásrendszerének optimalizálásához akkumulátoros és hibrid hajtások esetén. Az eTerramatic különlegessége, hogy két villanymotorból álló variátor felelős a járószerkezet fokozatmentes hajtásáért, az áttétel vezérléséért. Az új ZF eTRAC villamos tengely- vagy kerékhajtást mezőgazdasági pótkocsikhoz, hígtrágya-tartálykocsikhoz, permetezőgépekhez stb. fejlesztették ki. A villamos tengelyhajtással mérsékelni lehet a traktor vonóerő-szükségletét, vagy nagyobb teljesítményű munkagép üzemeltethető azonos traktor alkalmazásával. A ZF-eTRAC eTDW 80 típusjelzésű (4. b kép) bolygóműves villamos kerékhajtás opcióként dobfékrendszerhez illeszthető, és optimalizált csúszásszabályozással is kérhető. A kerékhajtás fontosabb műszaki adatai: a víz-glikol folyadékhűtéses háromfázisú aszinkron motor 400 V-os, tartós teljesítménye 60 kW, csúcsteljesítménye 100 kW, tartós nyomatéka 190 Nm, csúcsnyomatéka 350 Nm, névleges fordulatszáma 3000 1/min, hajtóműáttétele 40,96. A villamos hajtás mezőgazdasági megvalósításához a nagy alkatrész- és rendszerszállító globális vállalatok a néhány példa alapján láthatólag készen állnak a mezőgazdasági gépgyártók igényeinek kielégítésére, és egyre gyakrabban jelennek meg a piacon a hibrid hajtás mellett a teljesen villamos hajtású mezőgazdasági gépek.

A Claas is nyit a villamos hajtások irányába

Újdonság, hogy a német Claas cég is foglalkozik a villamos hajtások alkalmazásával. Az Agritechnica 2023 kiállításon a Claas bemutatta a Scorpion 732e típusjelzésű akkumulátoros, teljesen villamos hajtású teleszkópos kerekes rakodógépét, amelyet a svájci Liebherr céggel közösen fejlesztettek ki (5. kép).

A Claas Scorpion 732e teleszkópos rakodógép négykerékhajtású, tengelycsonk-kormányzású, és 3200 kg-ot emel 6,93 m magasra. A maximális 30 km/h haladó mozgást és 53 kN maximális vonóerőt egy 90 kW-os (121 LE-s) villanymotor fejti ki, míg egy másik, ugyancsak 90 kW teljesítményű villanymotor a hidraulikus rendszert szolgálja ki. A villamos energiát egy 64 kWh-s akkumulátor tárolja, amely elég nagy ahhoz, hogy a gép akár négy órán át üzemeljen. Az akkumulátor töltését hálózatról, egy 22 kW-os beépített készülékről lehet elvégezni.

A Claas kifejlesztett egy dízel-villamos párhuzamos hibrid hajtású kombájnt, amelynek tesztelését megkezdték. Az önjáró betakarítógép hajtását 400 kW (536 LE) teljesítményű dízelmotor látja el a szokásos 460 kW teljesítményű motor helyett. A kisebb dízelmotor teljesítményét szükség esetén egy 40 kW-os villanymotor egészíti ki, amely 60 V-os, 3 kWh-s akkumulátorból nyeri a villamos energiát. Amikor nincs szükség a dízelmotor teljes teljesítményére, akkor egy generátor segítségével tölthető az akkumulátor. A dízelmotor egyenletesebb terhelésével a gabonakombájntól 10% hajtóanyag-megtakarítást várnak. A nagy teljesítményű betakarítógépek villamosításának fejlődését a jövőben a dízel-villamos hibridhajtás alkalmazása mellett a sok-sok mellékhajtás villanymotorokkal való megoldása jeleni.

Dr. Varga Vilmos
ny. okl. gépész- és villamosmérnök