A traktorfejlesztés új irányai

A mezőgazdaság feladata az emberiség élelmiszer-ellátásának biztosítása. A mezőgazdaság alapvető gépe a traktor. A Föld lakossága 2050-re várhatólag eléri 9 milliárd főt. A lakosság számának növekedésével az élelmiszer-gazdaságnak lépést kell tartania. A traktor gyártása és konstrukciójának fejlesztése az elkövetkező évtizedekben a mezőgazdaság gépesítésének fontos része lesz. A traktorfejlesztés néhány új irányát kívánjuk röviden bemutatni.

A világ traktorállománya és -gyártása

A világ traktor állománya – annak ellenére, hogy évről évre növekszik – nagyságrendekkel elmarad a személygépjárművek darabszámától. A világ 188 országából összegyűjtött adatok alapján 2000-ben 26,9 millió, 2003-ban 27,8 millió és 2006-ban 28,5 millió darab traktor volt használatban. A traktorok száma a mezőgazdaságban használt kerekes és lánctalpas traktorok teljes számát jelenti, de nem tartoznak ide a kis teljesítményű kerti traktorok. Az országok közötti statisztikai adatok nem hasonlíthatók össze, mert esetenként más motorteljesítményű gépeket vesznek nyilvántartásba.

A traktorgyártás és az új gépek értékesítése jelentős mértékben növekedett az elmúlt években. 2010-ben 1,7 millió, 2014-ben 2,13 millió traktort értékesítettek a világon, ez négy év alatt 25,3%-os növekedést jelent. A világon 2014-ben gyártott összes traktorok 58,52%-át Ázsiában adták el. Az éves mennyiség 27,84%-a Indiában és 24,63%-a Kínában került értékesítésre, ez figyelemre méltó teljesítmény még akkor is, ha a hozzáadott érték, a minőség és a motorteljesítmény tekintetében a nyugati piacok továbbra is a világ vezetői.

Traktormotor teljesítményének növelése

A mezőgazdasági erőgépek hajtását az elkövetkező fél évszázadban is alapvetően a belsőégésű motorok fogják szolgáltatni. Jelenleg és addig, amíg a kőolajból előállított gázolaj elérhető áron hozzáférhető lesz, a traktorok motorja kompresszió gyújtású dízelmotor. A világon üzemelő benzinüzemű traktormotorok helyett a jövőben dízelmotorok kerülnek általánosságban alkalmazásra.

1. ábra A hazai traktorállomány teljesítmény szerinti megoszlása (Forrás: AKI Agrárstatisztikai Információs Osztály)

A traktorok teljesítő képességének emelkedését a traktorokba beépített motorok teljesítményének növekvő tendenciája segíti. A hazai közel 125 000 traktor motorteljesítményének megoszlását 2009. és 2016. évekre az 1. ábra mutatja. Ennek alapján megállapítható, hogy a hazai legtöbb traktor 67-103 kW (91-140 LE) teljesítmény tartományba tartozik és az ennél nagyobb teljesítmény tartományba tartozók növekedő darabszáma figyelhető meg.

2. ábra A Kínában 2016. I. félévében értékesített traktorok teljesítmény szerinti megoszlása (Forrás: VDMA Market Newsletter Focus region Asia Pacific December 2016)

A traktorok motorteljesítményének emelkedése az ázsiai országokra is jellemző. Ezen országok kisebb teljesítményű traktorokat üzemeltetnek, mint Amerika és Európa, erre mutat példát a 2. ábra a 2016. I. félévében Kínában értékesített traktorállomány teljesítmény szerinti megoszlásának bemutatásával.

A sorozatban gyártott traktorokba várhatóan 800 kW (1100 LE) teljesítménynél nagyobb motort a közeljövőben nem fognak beépíteni. A motorgyártok készek ilyen teljesítményű motorokat a mezőgazdaság számára rendelkezésre bocsájtani.

3. ábra A MAN D2862 típusjelzésű 1000 lóerős mezőgazdasági dízelmotor (Forrás: http://www.engines.man.eu)

Az MAN Diesel SE vállalat mezőgazdasági felhasználásra készülő legnagyobb teljesítményű dízelmotorja az MAN D2862 jelzést viseli (3. ábra). Ez a dízelmotor 12 hengeres, 90⁰ V hengerelrendezésű, 24,24 dm³ hengertérfogatú, a beállítástól függően 588-816 kW (800 ÷ 1 110 LE) teljesítményű. A motor hengersoronként egy-egy wastegate szabályozású turbófeltöltővel rendelkezik és csak AdBlue SCR technológiával (kipufogógáz-visszavezetés nélkül) teljesíti a 2019.-ben életbe lépő környezetvédelmi előírást. Ez a motor jelenleg a legnagyobb Claas 980 Jaguar és a Krone BiG X 850; 1100 járvaszecskázókba kerül beépítésre.

A közeljövőben az alternatív hajtóanyagok alkalmazása a mezőgazdasági erőgépekben is előtérbe kerül. Az elsődleges biodízel (pl. repcemetilészter) a gázolajhoz keverve kerül felhasználásra. A másodlagos biodízel kedvező motorikus tulajdonsága ellenére, az előállatásának magas költsége miatt, csak 20-30 év múlva lesz versenyképes a gázolajjal.

A traktormotorok egy része már a közeljövőben 200-250 bar nyomáson sűrített metánnal (CH₄), metán tartalmú biogázzal (biometán), földgázzal CNG fog üzemelni. A traktortechnikában folyékony földgáz LNG és a hidrogén (H₂) használatára csak később úgy 30-40 év múlva kerül sor.

Erőátvitel és futómű fejlesztése

A kisebb teljesítményű traktorok továbbra is mechanikus erőátviteli rendszerrel fognak üzemelni. A fokozatmentes sebességváltómű (CVT) alkalmazása a jövőben általános lesz. Az első fokozatmentes hajtás a törzscsuklós kormányzású traktoroknál is megjelent. A Case IH cég elsők között vezeti be a CVX Drive fokozatmentes hajtómű alkalmazását a Steiger 470-600 LE teljesítményű traktorsorozatában. Az elkövetkező évtizedben a nagy teljesítményű traktorok erőátvitele soros dízel-villamos hibridhajtás lesz.

4. ábra A jövő gumikerekes traktora a Yanko Desing stúdió szerint (Forrás: http://www.yankodesign.com)

A traktorok futóműve várhatóan fele-fele arányban gumikerekes, illetve gumiheveredes megoldású lesz. A gumiabroncsok fejlesztését egészen újszerű kerékmegoldások fogják követni. A Yanko Desing tervező intézet például a 4. ábrán látható módon képzeli el a nagy teljesítményű univerzális traktor felépítését. A VALTRA számára tervezett moduláris Triple V traktor háromtengelyes erőgép, amelynek tengelytávjai változtathatok, az első és a hátsó tengelyen elhelyezett kerekek kormányzási módjai az igényeknek megfelelően szintén választható. A villanymotorokkal hajtott nagyméretű gumikerekek szélessége menetközben megnövelhető. A traktor tiszta villamos hajtás mellett igény szerint dízelmotoros, vagy gázturbinás hibridhajtással is készülhet.

5. ábra A Case IH jövőbeni Quadtrac 1000 lóerős traktorának terve (Forrás: https://slime-uslime-unit.deviantart.com)

A nehéz munkát végző traktorok futóműve a jövőben általánosságban gumihevederes kialakítású lesz. A gumiheveder traktor vontatási hatásfoka jobb, ebből következik, hogy a gumihevederes traktor munkavégzéshez közel 10%-kal kevesebb hajtóanyagot használ fel, mint az azonos vonóerőt kifejtő kerekes traktor. A gumihevederes traktorok hátránya a gumiabroncsozású társaikhoz képest, hogy a járószerkezet kialakítása bonyolultabb, beszerzése 20-40%-kal drágább. A drágább beszerzési költség viszont 5-10 év üzemeltetési idő alatt megtérül, csak a kevesebb hajtóanyag-fogyasztás értékét számolva is. A nagy teljesítményű univerzális traktorok esetében kerék-gumihevederes kialakítást fognak előszeretettel alkalmazni (5. ábra).

Traktor villamosítása

A mezőgazdasági traktorok villamosítása alatt azt értjük, hogy az erőátvitel, a vonóerő kifejtés, a munkaeszköz felé az energiaszolgáltatás részben, vagy teljesen villamos berendezésekkel valósul meg.

A traktorok villamosítása három fő irányba kezdődött el: dízelmotorral villamos energiaszolgáltatás és hibridhajtás (soros, párhuzamos) valamint (belsőégésű motor nélküli) tiszta villamos hajtás megvalósítása irányába.

A közeljövőben a mezőgazdasági gépek szerkezeteinek hajtását villanymotorok fogják végezni, ezért a villamos energiát szolgáltató traktorok iránt a kereslet megkezdődik. A traktor dízelmotorja által hajtott áramfejlesztővel a villamosenergia-szolgáltatás egyszerűen megvalósítható. A hibrid és a tiszta villamos hajtás természetesen, automatikusa képes villamosenergia-szolgáltatásra.

A párhuzamos hibridhajtást rövid ideig fogják alkalmazni elsősorban rakodást is végző traktoroknál. A hosszú távon életképes megoldás a soros hibridhajtás lesz. A dízelmotor-generátor egységgel a hajtóanyag-megtakarítás mellett a traktor hajtáslánca egyszerű villanyvezetékből és vezérlő elektronikából áll, a villanymotorok vezérlésével fokozatmentes sebességváltás érhető el, valamint egyszerűen kialakítható a futómű hajtása és a kormányzás megvalósítása.

6. ábra A Multi Tool Trac típusjelzésű 160 kW-os soros hibridhajtású univerzális traktor (Forrás: http://www.multitooltrac.com/het-verhaal/)

A „Multi Tool Trac” elnevezésű holland négy kerékkormányzású, újszerű univerzális traktor kialakítása példaképül szolgálhat (6. kép). 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 állítható a nyomtávolsága, menetközben is. A mostanában terjedő Controlled Traffic Farming (CTF) technológia, amely állandó művelő utak kialakításával hatékonyan küzd a talajtömörödés ellen, a Multi Tool Trac-hez hasonló kialakítású traktorokat igényel.

7. ábra A Fendt e100 Vario tipúsjelzésű 50 kW-os elektromos traktor (Forrás: http://www.fendt.com)

A tiszta villamos hajtású traktorok prototípusaival is egyre gyakrabban találkozhatunk. Legutóbb az AGCO/Fendt mutatta be a Fendt e100 Vario elektromos kompakttraktorát (7. ábra). Ennek a traktornak 50 kW-os hajtásrendszere 100%-ban villamos. A traktor áramforrása 650 V-os lítium-ion nagyteljesítményű akkumulátor, amelynek kapacitása 100 kWh. A traktor a munkagépek teljesítményigényét a szabványos TLT kimenettel és a hidraulikus csatlakozókon keresztül is képes kiszolgálni. A gyártó tervei szerint a sorozatgyártás megindulása után a Fendt e100 Vario már jövőre korlátozott darabszámban elérhető lesz.

8. ábra A Fendt Guide Connect rendszerben két traktor egy gépkezelővel dolgozik (Forrás: http://www.fendt.com)

Robottraktorok alkalmazása

A közeljövőben 10-15 éven belül munkába fognak állni a robotizált traktorok és a vezető nélküli önálló traktorrobot. A tábla széléről irányítható, vagy a vezér traktorból vezethető gépek már ma is kaphatok. A „Fendt Guide Connect” rendszer (két traktor, egy gépkezelő rendszer) előhírnöke a vezetőnélküli robot traktorok széles körű alkalmazásának (8. ábra). A rendszer lényege, hogy két traktor egy vezetővel együtt dolgozik, ha a traktorok külön-külön rendelkeznek a Guide Connect rendszer elérhetőségével. A vezető nélküli „vezérelt” traktor ugyanabban a munkafolyamatban, ugyanolyan munkagéppel dolgozik, mint a vezető által működtetett „vezér” traktor, a két traktor egymás között rádiójelekkel kommunikál. A két traktor kapcsolata bármikor megszüntethető, és külön-külön egy-egy vezetővel tovább dolgozhatnak a gépek.

9. ábra A Case IH Magnum AVC traktorrobot úton is önállóan közlekedik (Forrás: http://www.caseih.com)

A kísérleti vezető nélküli traktorrobotok prototípusainak száma jelentős, talán legismertebb Case IH Magnum AVC (Autonomous Vehicle Concept) traktor (9. ábra). A 312 kW (419 LE) teljesítményű dízelmotorral hajtott traktorrobot a Case IH Magnum 370 CVT traktor felhasználásával készült. Több bemutatón ez a futurista megjelenésű, fülke nélküli nagyteljesítményű erőgép mezőgazdasági munkát végzett, a beprogramozott vezérlő egységével önállóan, vagy a gazdaság központjában levő asztali számítógépről, illetve a közelben levő táblagépről vezérelve.

10. ábra A VALTRA moduláris MOD² elnevezésű traktor formaterve (Forrás: http://www.valtra.com/designchallenge)

a) elektromos hajtású 74 kW-os robot alapegység;
b) modulárisan összekapcsolt három alapegység

A VALTRA évente meghirdetett traktor-formatervezési fórumán 2017-ben a MOD² elnevezésű rendkívül érdekes pályamű volt a díjnyertes (10. ábra). Az elektromos hajtású 74 kW-os (100 LE-s) robottraktor-alapegység két vagy három tagja modulárisan illeszthető egymáshoz, és ezek együttesen működtetik a hozzájuk kapcsolt munkagépet.

Dr. Varga Vilmos

SZIE Gépészmérnöki Kar,

Járműtechnika Tanszék