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

áramfejlesztő elektromos fejlesztés fejlesztések Fendt gyártás homlokrakodó Isobus John Deere karbantartás kiállítás közút merlo mezőgazdasági gép rakodógép rendszer traktor traktormotor új generáció üzemeltetés