Újdonságok a lineáris mozgatás, a munkahengerek területén

Írta: Agrárágazat-2022/07. lapszám cikke - 2022 július 20.

A mezőgazdasági gépeken segédhajtásként a hidraulikus erőátvitel rendszere terjedt el, amelynek fokozatos elhagyása a villamos hálózattal rendelkező gépek esetében megvalósítható. A jól ismert egyenes mozgást végző hidraulikus munkahengerek alkalmazása helyett a „villamos munkahengerek” használata fog elterjedni.

A hagyományos dízelmotor helyébe a hibrid és a teljesen elektromos hajtáskialakítások lépnek. Az automatizálás mögött álló villamos iparág egyre több vállalata készít a mezőgazdaság számára is különféle szerelvényeket, nagy kapacitású villamos akkumulátorokat, vezérlés szabályozóelektronikát, invertereket, hajtómotorokat, aktuátor- (működtető) egységeket stb. A mezőgazdaság több helyen alkalmazza a lineáris villamos aktuátorokat.

Lineáris villamos aktuátorok

Lineáris villamos aktuátornak nevezik az elektromos árammal működtetett, egyenes vonalú erőt kifejtő beavatkozó elemet, amely mechanikusan vagy hidraulikusan az irányító villamos jelnek megfelelő elmozdulást képes kifejteni. A lineáris villamos aktuátor (beavatkozó) egyszerűen „villamos munkahenger”-nek tekinthető. A mezőgazdasági technikában az elektromechanikus lineáris villamos aktuátorok alkalmazása a legelterjedtebb, de a jövőben az elektrohidrosztatikus megoldások is jelentős szerepet fognak kapni.

Elektromechanikus lineáris aktuátorok

Az elektromechanikus lineáris aktuátorok kialakításának egyszerűsített vázlatát az 1. ábra mutatja.

1. ábra. Lineáris elektromechanikus aktuátor kialakításának elvi vázlata. 1. kefe nélküli egyenáramú motor; 2. lassító hajtómű; 3. golyós orsó vagy görgős csavar; 4. mozgásérzékelők; 5. vezérlőegység; 6. hálózati táplálás; 7. vezérlőjel (forrás: www.moog.com)

Az elektromechanikus lineáris aktuátor működését kefe nélküli egyenáramú villanymotor (1) végzi, lassító fogaskerekes (2) hajtóművön keresztül. A tolórúd lineáris mozgását golyós orsó vagy görgős csavar (3) hozza létre. A mozgásokat érzékelők (4) (pl. forgásirány-, fordulatszám-, elmozdulás-, sebesség-, erő-, hőmérsékletszenzorok) ellenőrzik. A vezérlőegység (controller) (5) kapcsolja a hálózati (6) villamos táplálást a motorra, a vezérlőjel (7) hatására, amely utasítja a lineáris aktuátorokat a kívánt mozgás létrehozására.

Az igények kielégítése érdekében az ipar számos különféle elektromechanikus lineáris aktuátorokat gyárt (2. ábra).

2. ábra. Lineáris elektromechanikus akkumulátortermékek: a) Thomson „MX-B”; b) Elero „Herkules 1”; c) Bosch Rexroth „EMC-HD”; d) Bosch Rexroth „EMC-HP”

A 2. ábrán látható aktuátorok rövid ismertetése: a) Az amerikai Thomson Industries Inc. „MX-B” típusjelzésű terméke igen gyorsan működik, tolóereje 800 N, lökete 300 mm-ig terjed, sebessége 60 mm/s, működési hőmérséklete -40 és +85 oC közötti.

b) A német gyártmányú „Herkules 1” típusjelzésű aktuátort az Elero GmbH készíti, ez az egység 50 kN tolóerő kifejtésére képes, 320 mm lökettel, 9 mm/s maximális sebességgel, -20o és +50 oC közötti hőmérsékleten.

c) A német Bosch Rexroth „EMCHD” típusjelzésű család hét tagja 44–290 kN tolóerő-tartományt fed le, 700–1700 mm lökettel, max. 1 mm/s sebességgel, -10 és 60 oC közötti hőmérsékleten.

d) A Bosch Rexroth új „EMCHP” sorozat első három tagja 44–100 kN tolóerőt, 1200–1500 mm löketet, 0,42–0,52 mm/s sebességet produkál, -10 és 70 oC közötti üzemi hőmérsékleten.

Az elektromechanikus lineáris aktuátor előnyei: egyszerűen telepíthető, nincs környezetszennyezése, karbantartásmentes, élettartama magas, pontosan vezérelhető, több együtt dolgozó egység könnyen szinkronizálható, kis méretű, gyors, erős, a hagyományos hidraulikus munkahenger helyett mindenhol alkalmazható.

Elektrohidrosztatikus lineáris aktuátorok

Az elektrohidrosztatikus lineáris aktuátor kialakítását a 3. ábrán látható Bosch Rexroth „CytroForce-M” új termék szemlélteti.

3. ábra. Lineáris elektrohidrosztatikus aktuátor: a) Bosch Rexroth „CytroForce-M” oldalnézete; b) jelképes kialakítása (forrás: www.boschrexroth.de)

Ez a rendkívül kompakt és hatékony zárt folyadékkörrel rendelkező szervohidraulikus tengely elektromos szervohajtásból, hidraulikus fix vagy változó térfogatú szivattyúból, tartályból, biztonsági szelepekből, érzékelőkből, differenciál- vagy tandemhengerből áll. A termékcsalád első tagja, a „CytroForce-M” akár 1200 kN tolóerőt, 1,0 m-es lökettávolságot és 0,8 m/s sebességet fejt ki, -10 és +70 oC üzemi hőmérsékleten. A pozicionálási pontosság 10 μm, az ismétlési pontosság pedig 5 μm.

Az elektrohidrosztatikus lineáris aktuátor alkalmazásának előnyei: igen nagy erő kifejtésére képes, pontosan vezérelhető, könnyen telepíthető, energiahatékony, karbantartása minimális, kiküszöböli a hagyományos hidraulikus infrastruktúrát, így helyet és költségeket takarít meg.

Lineáris elektromechanikus és elektrohidrosztatikus aktuátorok mezőgazdasági alkalmazása

A mezőgazdasági technika már most is előszeretettel alkalmaz lineáris elektromechanikus aktuátorokat olyan helyeken, gépeken, ahol a villamos energia rendelkezésre áll, például:

– automatikus vezérlésű permetezőgépeken a fúvókák helyzetének szabályozása;
– műtrágyaszórók vezérlése a jobb műtrágyaelosztás érdekében;
– a kombájnok különböző részeinek vezérlése, szabályozása, mozgatása;
– különböző szerkezetek mozgatása traktorokon, a visszapillantó tükrök, a tetőablak nyitása stb.;
– vetőgépeken a szemenkénti magadagolás vezérlése, a pontos helyrevetés irányítása;
– melegházak, állattartó telepek nyílászáróinak mozgatása;
– automatizált takarmányadagolók, adagolókapuk precíz mozgatása;
– fejőrobotok karjainak vezérelt működtetése stb.

A mezőgazdaságban az elektrohidrosztatikus lineáris aktuátorokat elsősorban nagy tolóerőt igénylő helyeken – ahol nincs hidraulikus rendszer kiépítve – fogják tömegesen alkalmazni. A jövő villamosított mezőgazdaságában kis túlzással minden olyan helyen alkalmazni fogják ezeket a lineáris aktuátorokat, ahol valamit mozgatni kell (kivéve a körbeforgatást).

Teljesen villamos üzemeltetésű rakodógép

A közeli jövőben teljesen villamos üzemeltetésű mezőgazdasági gépek alkalmazására is sor kerül. Példaként az ebben az évben kereskedelmi forgalomba kerülő új Doosan „Bobcat T7X” típusjelzésű, villamos, gumihevederes rakodógépet mutatjuk (1. kép). Az új, teljesen villamos, hidraulika nélküli ipari-mezőgazdasági rakodógép az első ilyen a világon.

1. kép. Bobcat „T7X” teljesen villamos, kompakt gumihevederes rakodógép (forrás: www.bobcat.com/company-info/innovation/…)

A „Bobcat T7X” kompakt gumihevederes rakodógép 1374 kg névleges emelőképességű, előre/hátra 0–14,6 km/h sebességgel haladhat. A gép villamos rendszerét a Doosan Bobcat az ugyancsak amerikai Moog Inc. vállalattal közösen fejlesztette ki. Az újszerű villamos rendszer szoftveres vezérlésből, kifinomult elektromos gépvezérlőből, emelő és billentő elektromos aktuátorokból, villamos vontatási motorokból, teljesítményelektronikából és 62 kW lítium-ion akkumulátoregységből áll (4. ábra).

4. ábra. Bobcat „T7X” rakodógép villamos rendszerének főbb elemei 1. aktuátorok; 2. motorok; 3. gépvezérlő elektronikák; 4. akkumulátor (forrás: https://www.moveelectric.com )

Ez a villamos rakodógép nem szennyezi a környezete levegőjét, kevesebb alkatrészből áll, nincs gázolaj- és hidraulikatartálya. A rakodógép hidraulikus munkahengerek helyett elektromechanikus lineáris aktuátorokkal rendelkezik.

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