Az elektromos mezőgazdasági traktorok

A közúti gépjárműveknél terjedőben van az elektromos hajtásrendszerek alkalmazása. Az elektromos mezőgazdasági traktorok megjelenése még csak a kezdeti megoldásoknál tart. A kísérleti megoldásokat és az újdonságokat mindenféleképpen érdemes figyelemmel kísérni.

A közúti gépjárműveknél az elmúlt évtizedekben világszerte megjelent az elektromos hajtásrendszerek alkalmazása. Hazánkban villamos erőátviteli rendszerrel rendelkező személygépjárművekkel elsősorban Budapesten találkozhat a járókelő, de létezik menetrend szerint közlekedő városi autóbuszjárat, és rendszeres szállítást végző tehergépjármű-állomány is. A mezőgazdasági erőgéptechnika ezen a téren még csak a kezdeti lépéseknél tart világszerte. A jelenlegi kísérleti megoldásokat és újdonságokat érdemes figyelemmel kísérni, mert a jövőben a mezőgazdaságban is sor kerül a traktorok és a munkagépek széleskörű villamosítására.

Traktorok villamosítása

A traktorok villamosítása alatt azt értjük, hogy az erőátvitel, a vonóerő-kifejtés, az erőgép belső hajtásainak, a villamos fogyasztóknak kiszolgálása és a munkaeszköz felé az energiaszolgáltatás részben vagy teljesen villamos berendezésekkel valósul meg. A fejlesztések három fő irányba folynak, úgymint

• a munkagép felé villamosenergia-szolgáltatás, illetve az erőgépen belüli villamos hajtások, automatizálási eszközök stb. kiszolgálása,
• hibridhajtás (párhuzamos, soros) dízelmotor-, és villamosgép erőátviteli rendszerek, a vonóerő-kifejtés, a kormányzási erők stb. villanymotoros létrehozása,
• tisztán villamos hajtású erőgép kialakítása, környezetvédelem elősegítése és hajtásláncok hatásfokának javítása érdekében.

A munkagépek villamosítása elsősorban a villanymotorok alkalmazásán keresztül jelenik meg műtrágyaszóró, permetező-, betakarító- stb. gépek esetében. A villamos hajtással rendelkező mezőgazdasági munkagépek igényeinek kielégítése rá fogja kényszeríteni a traktorgyártókat a villamos energiát szolgáltató erőgépek gyártására.

Villamos energiát szolgáltató traktorok

A traktor TLT hajtásáról üzemeltetett külső villamosgenerátor-modullal igen egyszerűen megvalósítható a munkagép hajtásához szükséges villamos energia előállítása (1. ábra).

1. ábra. GKN Walterscheid „ePower-Generator”, villamos energiát szolgáltató egység, traktorra szerelve (Forrás: www.gkn-walterscheid.de/presse/)

A John Deere 2007-ben a hannoveri Agritechnika kiállításon két speciális traktort mutatott be: a 7030E Prémium és 6210 RE típusjelzésűt. E traktortípusok közös jellemzője, hogy 20 kW villamos teljesítmény szolgáltatására képesek a dízelmotor után elhelyezett generátor segítségével. A szolgáltatott villamos feszültség értékei kisfeszültség 12 V vagy 24 V egyenáram, a nagyfeszültség a 7030E esetében 230 és 400 V váltakozó áram, a 6210 RE típus európai kivitelénél 110 és 230 V váltakozó áram. A John Deere ezen típusai rendelésre megvásárolhatók.Más gyártók is kínálnak villamos energiát szolgáltató traktort.

A német ZF Friedrichshafen AG a mezőgazdaság villamosítását elősegítésére gyárt többek között nagy és kisfeszültségű generátor egységet (ZF TERRA +), villamos kerékhajtó egységet (ZF eTRAC) stb. (2. ábra).

Hibridhajtású traktorok

A hibridüzemű traktorok csoportjába azokat a gépeket sorolják, amelyek hajtáslánca dízel-villamos rendszerrel rendelkezik. A hibridhajtás általános előnye, hogy a dízelmotor generátoregységét részben vagy teljes egészében a legjobb hatásfokmezőben lehet működtetni, ezzel gázolaj-felhasználás takarítható meg. Felépítés szerint leggyakrabban párhuzamos és soros hibridhajtást különböztetünk meg.

A párhuzamos hibridhajtású traktor esetében a dízelmotor mechanikus erőátvitellel hajtja a traktort, de a hajtásláncra villamos hajtás is rádolgozik. Az e megoldással meglevő traktortípus könnyen kialakítható, a munkacsúcsokban a villamos hajtás rásegítésével a traktor hatékonysága megnövelhető, ezért elsősorban rakodást végző gépeknél kerül alkalmazásra.

A soros hibridhajtást inkább 300-500 kW motorteljesítménynél nagyobb traktorok és földmunkagépek esetében használják, mert ennél a megoldásnál nincs szükség mechanikai hajtásláncra, így a gép előállítási, javítási költségei mérsékelhetők. Kereskedelmi forgalomban megvásárolható ismertebb hibridhajtású termékek: Caterpillar D7E hibrid dózer, John Deere 644K Hybrid és 944K Hybrid homlok rakodó, Merlo Turbofarmer 40.7 Hybrid teleszkópgémes gép, RIGITRAC EWD 120 hibridhajtású mezőgazdasági traktor.

2. ábra. Villamos energiát szolgáltató traktor hajtott kerekű pótkocsival a) ZF TERRA+ integrált villamos generátor egység, b) ZF eTRAC villamos kerékhajtó egység (Forrás: https://press.zf.com )

A közeljövőben piacérett, hibridhajtású traktorok közül példaképen csak néhány típust ismertetünk.

Multi Tool Trac hibridhajtású traktor

A holland Multi Tool Trac BV vállalkozás 2015-ben készítette el első „Multi Tool Trac” elnevezésű négy kerékhajtású, négy kerékkormányzású, univerzális hibridhajtású traktorát (3. ábra). Az elektromos mezőgazdasági traktor újszerű kialakítása és sokoldalú használata révén az érdeklődés középpontjában áll. 2016 óta már a javított, második Multi Tool Trac prototípussal folynak szántóföldi körülmények között az alkalmazástechnikai vizsgálatok.

3. ábra. „Multi Tool Trac” elnevezésű négy kerékhajtású, négy kerékkormányzású, univerzális hibridhajtású traktor (Forrás: www.multitooltrac.nl )

A Multi Tool Trac soros hibridhajtású traktor erőforrása hathengeres Steyr 160 kW-os (210 LE-s) teljesítményű dízelmotor, amely villamos generátoron keresztül működteti a négy, egyenként 44 kW teljesítményű kerékagy-villanymotort. A traktor villamosenergia-szolgáltatását 30 kWh energiatárolású akkumulátor egészíti ki.

A Multi Tool Trac erőgép tengelytávja 5,50 m, ezért szokatlan hosszú létraalvázzal rendelkezik. Az alvázon hosszirányba 2,25 m távolságban eltolható a különleges megoldású a fülke. A traktoron hátul, elöl és középen is van munkagép felfogására, emelésére és hajtására (TLT) szolgáló egység. A négykerékhajtású, négykerék-kormányzású futóművek nyomtávolsága 2,25÷3,2 m között – akár menetközben is – állítható, az igényeknek és a vetemények sortávolságának függvényében. A Mitas 380/90 R50 gumiabroncsokkal ellátott erőgép haladási sebessége 0-40 km/h, fordulóköre 12 m. A közel 10 tonna tömegű traktor 5 tonna teherviselésre képes. Várhatóan 2019-ben kerül sorozatgyártásba ez az újszerű kialakítású, univerzális elektromos traktor.

A Multi Tool Trach és a hozzá hasonló kialakítású traktorok elterjedése elősegítheti a mostanában terjedő Controlled Traffic Farming (CTF) technológia bevezetését, amely állandó művelőutak kialakításával küzd a talajkárosodás ellen.

MTZ 3623 hibridhajtású traktor

A hazánkban jól ismert Belarus traktorgyár (Minsk Tractor Works) nehéz univerzális traktorokat is gyárt. A 2009-es Agritechnica kiállításon már bemutattak MTZ 3023 jelzéssel egy középnehéz, univerzális dízel-villamos soros hibridhajtású traktort, amely 220 kW teljesítményű dízelmotorral és 172 kW elektromos teljesítményű generátorral rendelkezett (4. ábra). A bemutatót azonban nem követte megvásárolható termék. A közelmúltban tartott gyári sajtó tájékoztatón viszont Minszkben bejelentették, hogy szeptemberben megkezdik az első dízel-elektromos univerzális traktor forgalmazását MTZ 3623 típusjelzéssel.

4. ábra. MTZ 3023 jelzésű univerzális soros hibrid hajtású traktor (Forrás:http://www.mtzequipment.com/sites/ default/files/products/Catalog_MTZ_EN.pdf)

5. ábra. MTZ 3623 új univerzális soros hibrid hajtású traktor (Forrás: www.mtzequipment.com/sites/default/ files/products…)

Az MTZ 3623 traktor (5. ábra) lényegében az előző MTZ 3023 típus nagyobb teljesítményű változata. A traktor soros hibridhajtásának és villamos berendezéseinek kapcsolatát a 6. ábra szemlélteti. A 270 kW névleges teljesítményű villamos generátort igény szerint QSL9 Cummins vagy OM470 Mercedes-Benz dízelmotor működteti.

6. ábra. Az MTZ 3623 traktor hibridhajtásának és villamos berendezéseinek kapcsolódási vázlata (Forrás: www.mtzequipment.com)

A Cummins QSL9 dízelmotor 8,9 literes, 6 hengeres, soros henger-elrendezésű, hengerenként 4 szelepes, turbófeltöltéses, intercooleres, amelynek névleges teljesítménye 272 kW (365 LE) 2100 1/min fordulatszámon. Ez a motor elektronikus vezérlésű nagynyomású common-rail (HPCR) hajtóanyag-ellátórendszerrel, valamint a dízeloxidációs (DOC) és a szelektív katalitikus redukciós (SCR) kipufogógáz utókezelő berendezéssel a Tier 4 final/Stage IV környezetvédelmi előírást teljesíti.

A Mercedes-Benz OM470 dízelmotor 10,7 literes, soros 6 hengeres, teljesítménye 290 kW (394 LE) 1900 1/min fordulatszámon. Ez a dízelmotor nagy nyomású common-rail befecskendezővel, fix turbófeltöltővel (wastegate szelep nélkül), az elektronikus vezérlésű kipufogógáz-visszavezetéssel (EGR) és új fejlesztésű szelektív katalitikus redukciós (SCR) rendszerrel a Tier 4 final/Stage IV környezetvédelmi előírást teljesíti.

7. ábra. Az MTZ 3623 hibridhajtású traktor erőátvitel elrendezése (Forrás: www.mtzequipment.com)

Az MTZ 3623 hibridhajtású traktor esetében az erőátvitel-elrendezés felépítését a 7. ábra mutatja. A korábbi típusból megmaradt a mechanikus kétfokozatú sebességváltó, a véglehajtás, az első tengely hajtása, a hidraulikaszivattyú hajtása. Új a motor-hűtőventillátor villamos hajtása és az első 55 kW teljesítményű TLT elektromos hajtás. A hátsó TLT hajtás 1000 1/min fordulatszám mellett akár 223 LE leadására is képes. A hátsó hárompont-emelőszerkezet 10000 kg, az első emelőszerkezet terhelhetősége 5000 kg. A gumiabroncsok méretjelölése elöl 600/65R34, hátul 710/70R42. A kerekek tengelytávolsága 3300 mm, a legkisebb fordulási sugár 5,5 m. A traktor haladási sebessége 0-18 km/h, illetve 0-50 km/h nagyságú. A traktor üzemi tömege 12800 kg és a maximális tömege 20000 kg lehet.

Tisztán villamos hajtású erőgép

A tisztán villamos hajtású mezőgazdasági traktorok és járművek csoportjába azokat a gépjárműveket soroljuk, amelyek csak akkumulátoregységben tárolt villamos energiával működő hajtóművel rendelkeznek. Tehát ezeket a járműveket fel kell energiával tölteni, és utána használni lehet őket („Plug and Play” járművek, kapcsold hálózatra és használd). A közúti gépjárműveknél terjedőben van a „Plug and Play” alkalmazása, amelyet a mezőgazdasági járműtechnika is átvesz. A szériában gyártott és kereskedelemben megvásárolható John Deere Gator TE 4×2 Electric típusjelzésű tisztán villamos hajtású haszongépjármű elsősorban a kertépítők, a golfpályagondozók és a mezőgazdasági kisgazdálkodók számára készülnek. A legígéretesebb prototípusokból példaképen néhányat röviden bemutatunk.

John Deere SESAM elektromos traktor

A John Deere 2017. februári SIMA International Agribusiness Show-n mutatta be Párizsban a SESAM (Sustainable Energy Supply for Agricultural Machines) elnevezésű tisztán villamos traktort (8. ábra). A világon ez a legerősebb „Plug and Play” elektromos kialakítású erőgép. A JD 7830 traktor alapjainak felhasználásával épített 300 kW (408 LE) csúcsteljesítményű gépet két 150 kW teljesítményű villanymotor hajtja. A villamos energia tárolását végző LI-ion akkumulátor 130 kWh tároló kapacitású és 670 VDC feszültségű. Az akkumulátor 3 óra alatt tölthető fel, élettartalma 3100 ciklus (több mint 10 év!). Ezzel a traktorral megkezdődhettek a nehéz szántóföldi alkalmazás technikai vizsgálatok is. Mindennapi munkára nem igen alkalmas ez a traktor, mert az akkumulátorban tárolt energia 300 kW-os terhelésnél csak 26 percig fedezi a fogyasztást és 50 kW terheléssel is csak 2 óra 36 percig üzemképes.

8. ábra. John Deere SESAM 300 kW-os „Plug and Play” elektromos traktor (Forrás: www.profi.com)

Fendt e100 Vario elektromos traktor

A Fendt e100 Vario típusjelzésű elektromos kompakttraktort az AGCO/Fendt a 2017. szeptember 8-án tartott nemzetközi sajtótájékoztatóján mutatta be (9. ábra). Ennek a tisztán villamos traktornak 50 kW-os a hajtásrendszere. Az áramforrás 650 V-os lítium-ion nagyteljesítményű akkumulátor, amelynek kapacitása 100 kWh. A traktor a munkagépek teljesítményigényét elektromosan és a szabványos TLT kimenettel, valamint hidraulikusan is képes kiszolgálni. A gyártó tervei szerint a Fendt e100 Vario már az év végén korlátozott darabszámban elérhető lesz.

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

Kremer T4E elektromos eszközhordozó

A francia Kremer Energie vállalat 2013-ban mutatta be a T4E jelzésű eszközhordozó-családot, amelynek hajtásrendszere tiszta villamos (10. ábra). A négytagú család tagjai lényegében a hordozó keretszerkezet kialakításában különböznek. A 4 tonnás, összkerékhajtású mezőgazdasági gépet 4 aszinkron kerékmotor hajtja összesen 80 kW (110 LE) teljesítménnyel. Az E4V akkumulátor Litium-Ion Foszfát típusú 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) fokozatmentes. A gép két villamos TLT hajtása 8,8 kW (12 LE) és 29,4 kW (40 LE) teljesítményt szolgáltat. A hidraulikarendszer szivattyúja 32 liter/min szállítóképességű. A kényelmes klimatizált vezetőfülke borulásbiztos kialakítású, és minden igényt kielégítő levegőszűrővel ellátott. A megvásárolható innovatív T4E elektromos eszközhordozók jól használhatók speciális kertészeti gazdaságokban, gyümölcs- és szőlőültetvényeken, olívaligetekben.

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

TYM T293EV elektromos traktor

A dél koreai TYM (Tong Yang Moolsan) vállalat T293EV típusjelzéssel egy kisteljesítményű, tiszta villamos hajtású traktorprototípusát mutatta be az elmúlt év elején (11. és 12. ábra). A kompakt kis traktor 72 V-os, lítium-ion akkumulátorral rendelkezik, amely a 20 kW-os villanymotort öt-nyolc órán keresztül képes villamos energiával ellátni. A traktor legnagyobb haladási sebessége 27 km/h. A családi kis gazdaságban, a házkörüli munkában az ilyen kis univerzális traktorokat a közeljövőben alkalmazzák már. Az akkumulátor a munkaszünetekben gyorsan utántölthető. A vállalat tervezi a traktor sorozatgyártásának megindítását.

11. ábra. TYM  T293EV típusjelzésű dél koreai tiszta villamos hajtású traktor (Forrás: https://www.profi.co.uk/ steven-vale )

12. ábra. TYM T293EV típusjelzésű traktor lithium-ion akkumulátor egysége (Forrás: https://www.profi.co.uk/ steven-vale )

A fenti néhány példa alapján látható, hogy az elektromos mezőgazdasági traktorok kialakítása megkezdődött. A mezőgazdasági mobil munkagépek villamosítása a közeljövőben gyorsan terjedni fog, amelynek elősegítése érdekében elektromos traktorokra lesz szükség.

Dr. Varga Vilmos

SZIE Gépészmérnöki Kar, Járműtechnika Tanszék