Be galios sumavimo sistemos neįsivaizduojamas dažnas vidutinės galios traktorius. Inovacinį sprendimą spėta įvertinti vos per dešimtmetį.

Pranašas – Sisu Valmet 8750

Pirmą kartą galios sumavimo sistema firminiu pavadinimu Sigma Power (Σ-Power) 1996 m. pristatė Suomijos įmonė „Sisu Valmet“ (nuo 2001 m. gegužės pakeitė pavadinimą į „Valtra“) vidutinės galios serijos Mega 50 flagmane Sisu Valmet 8750. Pastarasis modelis iš esmės buvo gerai žinomas Sisu Valmet 8550 traktorius, tačiau su modifikuotais variklio sūkių ir pripūtimo slėgio reguliatoriais bei GTV deformacijas matuojančiais jutikliais. Atsižvelgiant į tai pakeista variklio markė – ne SisuDiesel 634 DSR kaip modelyje 8550, o 634 DS.

1991 m. pasirodžiusi naujai suprojektuota vidutinės galios klasės Valmet Mezzo serija (vėliau pervadinta į serijas Mezzo 50, 6000 ir 6000 HiTech) po penkerių metų papildyta galingesniais Mega/Mega C/Mega 50/Mega HiTech serijos modeliais. Pastaruosius nuo mažesnės galios variklius turinčių Mezzo modelių nesunku atskirti ne tik pagal didesnę ratų bazę, bet ir pagal iš dviejų dalių sudarytus šoninius variklio skydus.

Sisu Valmet 8750 kartu su naująja vidutinės galios serija Mega 50 1996 m. pirmą kartą pristatytas žemės ūkio mašinų ir technologijų parodoje Paryžiuje. Po metų vykusioje didžiausioje tarptautinėje parodoje Vokietijoje, žemės ūkio draugija DLG šiam modeliui už įdiegtą galios sumavimo sistemą skyrė aukščiausią įvertinimą – aukso medalį.

Traktoriaus GTV naudojant žolinių pašarų ruošimo mašinų darbinėms dalims sukti, variklio generuojama galia perduodama dviem srautais: GTV ir transmisijai. Tačiau tol, kol nebuvo didelio darbinio pločio agregatų su aktyviomis darbinėmis dalimis, tol variklio parametrai tenkino ir gamintojus, ir vartotojus.

Be abejo, galios nuostoliai yra abejose pavarose. GTV perduodama faktinė galia ir sukimo momentas yra mažesni negu išvysto variklis. Pavyzdžiui, vidutinės galios traktoriuje John Deere 6920S, kurio vardinis variklio pajėgumas galios režime yra 118 kW/160 AG (norma ECE R24), GTV perduodamas pajėgumas siekia 104 kW/141 AG. Tačiau tik traktoriui stovint.

Kol traktorius traukė plūgą, kultivatorių ar mechaninę sėjamąją, variklio galią transmisija vertė traukos galia. Tačiau agregatams tobulėjant, atliekant kelias technologes operacijas vienu metu, neišvengiamai teko panaudoti ir GTV. Iškart kilo problema: kol su kombinuotu sėjos agregatu dirbama lygumoje, homogeninės struktūros dirvoje, tol apkrova, atitinkamai ir technologinis greitis, išlieka pastovus, tačiau vos tik reikia įveikti sunkesnį dirvos ruožą ar įkalnę, variklis perkraunamas, operacijos atlikimo greitis staiga sumažėja. Visa tai lemia ne tik didesnes degalų sąnaudas, bet ir mažina variklio resursinį išdirbį. Ką daryti? Sprendimas yra genialiai paprastas.

Sistemos ypatumai

Pasirodo, efektyvu matuoti GTV veleno apkrovą ir vos tik ji pasiekia nustatytą reikšmę proporcingai jai padidinti ciklinį degalų padavimą ir pripūtimo slėgį (angl. over pressure). Tokiu būdu trumpam, t. y. tiek, kiek tęsiasi apkrova, padidinama variklio galia.

Variklio suminė galia ir sukimo momentas padidėja tiek, kad nugalėtų momentinę apkrovą, tuo tarpu transmisijai perduodama didžiausia galia nesikeičia. Vos tik GTV apkrova sumažėja (pvz., pasikeičia dirvožemio sudėtis) variklio maitinimo sistemos valdiklis apriboja degalų tiekimą, sumažėja trumpam padidintas pripūtimo slėgis.

Pavyzdžiui, jei Valtra Valmet 8750/8950 Hi didžiausias variklio perduodamas sukimo momento dydis siekia 820 Nm, tai transmisijai negali būti perduotas didesnis kaip 650 Nm sukimo momentas. Papildomas 170 Nm sukimo momentas šiame režime gali būti perduotas tik GTV.

Galios padidėjimo sistemomis siekiama trumpalaikio galios padidėjimo, kuris neleistų sumažėti darbo efektyvumui trumpų perkrovų metu, jei transmisijos poreikiams išnaudojamas visas jai skirtas variklio potencialas. Be to, varikliui dirbant didesnės galios režimu, transmisija niekada neperkraunama, t. y. jai neperduodamas didesnis nei numatyta sukimo momentas.

Galios sumavimo sistema veikia autonomiškai, t. y. vairuotojas jos negali nei įjungti, nei išjungti. Jei GTV apkrova darbo metu nedidelė, o ir transmisijai pakanka pajėgumo, variklis didesnės galios režimu nedirbs. Taigi neverta baimintis dėl didesnių degalų sąnaudų.

Didžiausias galios sumavimo sistemos privalumas yra tas, kad dirbant su kombinuotomis sėjamosiomis, stačiakampų ryšulių presais, presais-vyniotuvais ar net platesnėmis žoliapjovėmis statesniuose šlaituose (visais atvejais naudojant GTV), lengvesnis traktorius efektyvumu nenusileidžia didelės galios klasės analogui. Neretai jį net pralenkia. Tačiau efektyvumą galima nesunkiai prarasti, net sumažinti, jei neatsižvelgiama į skirtingų mašinų galios ir sukimo momentų skirtumus, kurie užprogramuoti, taikant skirtingas jų nustatymo normas, jei parenkami mažesnio skersmens ratai ar neteisingai paskirstoma apkrova varantiesiems tiltams.

„Valtra“ sprendimai

Kaip jau minėta, 6 cl. SisuDiesel 634 serijos varikliai, montuojami į Valtra Valmet modelius 8550 ir 8750 yra visiškai identiški. Abiejų vardinis pajėgumas, perduodamas transmisijai, siekia 160 AG, o didžiausias sukimo momentas – 650 Nm. Tuo tarpu į 8750 modelį montuojama modifikacija 634 DS galios tiekimo veleno pavarai gali perduoti papildomą 30 AG pajėgumą, todėl atitinkamai variklis išvysto 170 Nm didesnį sukimo momentą.

HiTech serijoje, modifikavus transmisiją, t. y. kitų gamintojų pavyzdžiu įrengus elektrohidraulinį reversą, galios sumavimo sistema Sigma Power išsaugota tik galingiausiame modelyje 8950. Jame taip pat buvo montuojamas modifikuotas SisuDiesel 634 serijos variklis. Naująją 634 DSBIE modifikaciją nuo ankstesnės 634 DS skyrė modernesnis Bosch P serijos sekcinis degalų įpurškimo siurblys, tarpinis oro aušintuvas ir „ekologiškai“ orientuota variklio valdymo programa. Nors transmisijai perduodama galia, lyginant su prieš tai gamintu modeliu 8750, nepasikeitė, tačiau šiuo atveju GTV perduodamas didesnis 40 AG pajėgumas. Tuo tarpu didžiausia sukimo momento reikšmė išliko ta pati.

Ar sistema aktyvuota ar ne, Valtra Valmet traktoriuose buvo galima nustatyti ne tik žvilgtelėjus į prietaisų skydelį, bet ir nuotoliniu būdu. Įdiegus kartu su kompanija „Nokia“ sukurtą CareTel protokolą, mobiliojo telefono trumpųjų žinučių laukelyje matyti Sigma Power simbolis.

Naujos Valtra T serijos galingiausiuose modeliuose 180 ir 190 papildoma galia naudojama jau transporto darbuose, tačiau tik perjungus 2-ąjį arba 3-iąjį dinaminio reduktoriaus Delta Power Shift laiptą. Transmisijai bei GTV papildoma galia perduodama tik galingiausiame modelyje T190. Beje, šiame modelyje GTV perduodama galia yra 20 AG didesnė negu perduodama transmisijai, siekiant apsaugoti pastarąją nuo pavojingų perkrovų.

Be to, galios sumavimo sistema, padidinanti variklio pajėgumą (10–11 AG) transporto darbuose, įrengta ir mažesniuose vidutinės galios Valtra traktoriuose su 4 cl. varikliais (N121-N141 Advance).

Galios sumavimo sistema įdiegta koncerno CNH gaminamose analogiškos galios mašinose. Case IH/New Holland variklio valdiklis Engine Power Management didesnės galios režimą įjungia taip pat tik išmatavęs GTV veleno susukimo laipsnį. GTV velenas atlieka susukamo strypo (torsiono) vaidmenį. Pastarojo deformaciją matuoja du jutikliai, įrengti arčiau variklio ir GTV veleno gale. Ji aktuali ne tik sukamąjį judesį perduodant aktyvioms agregato darbinėms dalims, bet ir transporto darbuose (didžiausias greitis pasiekiamas aukščiausia pavara, kuriai sukamasis judesys perduodamas nuo GTV). Bet tik tais atvejais, kai varančiųjų ratų sukibimas geras, t. y. transporto darbuose. Sprendimas logiškas, nes didžiausiu greičiu paskui save velkant pakrautą priekabą, didesnė galia praverčia įveikiant įkalnes. Šiuo atveju padidėjus apkrovai važiavimo greitis nesumažėja.

Perduoti didesnę galią ir sukimo momentą varantiesiems ratams atliekant tiesioginės paskirties darbus būtų neefektyvu. Nepakankamas sukibimas sukeltų varančiųjų ratų buksavimą.

Šiuo principu remtasi kuriant du galingus Case IH MXM Maxxum/New Holland TM serijos modelius MXM 175 ir MXM 190 bei techniškai labai panašius modelius TM175 ir TM190.

Modeliai MXM 175 ir MXM 190 techniškai artimi 160 AG modifikacijai MXM 155. Dėl didesnės ratų bazės, masyvesnių varančiųjų tiltų su reduktoriais, pajėgesnio galinio keltuvo traktoriaus masė padidėjo.

Ar galima sistemą pergudrauti ir papildomą galią perduoti varantiesiems ratams dirbant, pavyzdžiui, su kombinuotąja sėjamąja? Deja, ne. Jei GTV neįjungtas, Case IH/New Holland kita būtina sąlyga – įjungta ne žemesnė kaip 12-a pavara (ja dinaminėje pavarų dėžėje Power Command pradedamas transportinių greičių diapazonas) ir 12 km/val. viršijantis važiavimo greitis.

Engine Power Management sistema padidina variklio galią ir mažesnės galios Case IH MXU Maxxum/Maxxum PRO/New Holland TS-A/TS-A Plus/Steyr 4100-6100 Profi serijos traktoriuose (modeliai 110, 125 ir 135). Didesnė galia skirta ne tik transmisijos, bet ir GTV poreikiams. Dabar New Holland TS-A Plus serijos traktorius jau pakeitė modernesnės T6000 serijos mašinos (atitinkamai T6020, T6050 ir T6070). Galios sumavimo funkcija šiuose modeliuose išliko nepakitusi.

Nuo 2006 m. gruodžio New Holland TM vidutinės galios serijos modelius 175 ir 190 pakeitė T7040 ir T7050. Be to, traktorių asortimentas papildytas ir vienu dar galingesniu modeliu T7060. Case IH MXM Maxxum modelius su galios sumavimo sistemomis pakeitė analogiški Case IH Puma traktoriai.

Idealus masės ir galios santykis?

Dėsninga, kad pajėgesni vidutinės galios klasės modeliai (ne tik Case IH/New Holland/Steyr ir Valtra, bet ir Claas, John Deere, Landini, Massey Ferguson) yra ne tik masyvesni, turintys didesnę ratų bazę ir sustiprintus svarbiausius transmisijos mazgus (pvz., galinius tiltus su galinėmis pavaromis), bet ir geriausią kada nors traktorių gamyboje pasiektą masės ir galios santykį. Vienam santykiniam galios vienetui tenka ganėtinai maža traktoriaus masės dalis. Šis rodiklis yra santykis tarp konstrukcinės traktoriaus masės ir didžiausios variklio generuojamos galios. Kadangi priimama suminė GTV perduodama variklio galia, gaunamas ypač geras masės ir galios santykis. Tačiau šis santykis efektyvus, jei galia perduodama ne tik transmisijai ir hidraulinei sistemai, bet tuo pačiu metu ir GTV. Priešingu atveju viso potencialo neįmanoma realizuoti dėl per menkos varančiųjų ratų apkrovos. Išeitis – rinktis didelės galios traktorių. Tačiau jis, deja, brangesnis.

Galios sumavimo sistema sumažina 1 AG kainą. Šis dydis ne sisteminis, o tik ekonominis. Reikia pripažinti, kad didesnis pajėgumas lengvesniam traktoriui, kurio gamybos kaštai mažesni, ekonomiškai efektyvesnis sprendimas gamintojui.

Kompanija „John Deere“ galios sumavimo sistemą, skirtingai nei kiti gamintojai, naudoja ne tik vidutinės, bet ir didelės galios traktoriuose.

Daugumoje vidutinės (7010, 7020) ir visuose didelės galios (8030) John Deere traktoriuose didesnė galia perduodama tik transmisijai, ir tik transporto darbuose.

John Deere 6420S yra identiškas modeliui 6420, tačiau jo GTV pavarai ir transmisijai galios režime (Power Mode) perduodamas papildomas 5 AG pajėgumas (iki 125 AG). Tuo tarpu vardiniame variklio režime galima perduoti papildomą 10 AG pajėgumą (iki 120 AG).

Analogiškai John Deere 6920S yra tas pats modelis 6920, tačiau galios tiekimo veleno pavarai ir transmisijai transporto darbuose vardiniame režime gali perduoti papildomą 10 AG pajėgumą (iki 160 AG). Didžiausiame galios režime galimas papildomas 7 AG pajėgumas (iki 169 AG).

Analogiška sistema, tik visuose modeliuose pradėta taikyti modernesnėje John Deere vidutinės galios serijoje 6030 Premium. Galios sumavimo sistema naudojama net 7 modeliuose: nuo silpniausio 6230 iki galingiausio 6930. Mažiausios galios modeliuose galinio GTV reduktoriui ir transmisijai transporto darbuose perduodama sąlyginai nedidelė papildoma galia (nuo 2 AG modelyje 6330 iki 12 AG modelyje 6530). Galingiausiame serijos modelyje 6930 trumpalaikis galios padidėjimas šiek tiek didesnis ir siekia 14 AG, t. y. 129 kW/175 AG. Vertinant vardinę ir didžiausią suminę variklio galią, šis skirtumas siekia 7 procentus.

Dar anksčiau už 6020 seriją galios sumavimo sistema pradėta taikyti John Deere 7010 serijoje (tik 7710 ir 7810 modeliuose). Tačiau didesnė galia buvo perduodama ne GTV, o transmisijai ir tik važiuojant transportiniu (Transport Power) režimu didesniu kaip 30 km/val. greičiu. Šią galimybę turėjo tik belaiptės AutoPowr ir laiptinės hidromechaninės AutoQuad II  50 km/val. greičio transmisijos.

John Deere 7020 serijos (7720, 7820 ir 7920) modeliuose galios sumavimo sistema taip pat nukreipta į transmisijos potencialo didinimą, tačiau tik transporto darbuose. Beje, šiuo atveju Transport Power režime didesnė galia perduodama jau važiuojant 25 km/val. (su laiptinėmis hidromechaninėmis PowrQuad Plus ir AutoQuad Plus transmisijomis) arba nuo 15 km/val. (su belaipte AutoPowr pavarų dėže) greičiu.

Papildomas pajėgumas transportiniame režime ir GTV perduodamas tik John Deere 7030 serijos traktoriuose (7730, 7830 ir 7930).

Skirtingai nuo kitų gamintojų, kompanija „John Deere“ galios sumavimo sistemą montuoja į didelės galios 8030 serijos (8130, 8230, 8330, 8430 ir 8530) traktorius. Sistema taip pat skirta tik transmisijos potencialui padidinti. Transporto režime galimas papildomas nuo 3 kW/5 AG (8530) iki 11 kW/15 AG (8130–8330) didesnis variklio pajėgumas. Tiesa, John Deere traktorių aprašymuose nurodoma iki 35 AG padidėjimas, tačiau tai nėra absoliuti tiesa, nes nurodomas skirtumas tarp vardinės ir didžiausios, transporto darbuose perduodamos galios. Tuo tarpu transmisijai net ir ne transporto darbuose gali būti perduodama didesnė, t. y. maksimali galia. Pavyzdžiui, galingiausio modelio John Deere 8530 vardinė variklio galia siekia 236 kW/320 AG, didžiausia – 259 kW/350 AG. Tuo tarpu transporto darbuose galimas momentinis galios padidėjimas iki 261 kW/355 AG (norma ECE R24).

***

Kam naudojama galia?

Net paviršutiniškai žvilgtelėjus į traktoriaus konstrukciją galima pastebėti, kad variklio generuojamą galią ir sukimo momentą turi dalytis trys funkcinės agregatų grupės: transmisija, hidraulinė sistema ir GTV pavara. Pastarajai sukimo momentas dažniausiai perduodamas tiesiogiai, aplenkiant transmisiją. Todėl, jei GTV sankaba yra nepriklausomo tipo, pavaros velenas sukasi net ir išjungus pagrindinę sankabą, t. y. trumpam nutraukus sukamojo judesio perdavimą transmisijai. Dėl šios priežasties pirminis pavarų dėžės velenas yra tuščiaviduris. Taip išoriniu velenu sukimo momentą konstrukciškai galima perduoti transmisijai, o ilgesniu vidiniu – tiesiogiai gale sumontuotam GTV reduktoriui.

Traktorius naudojamas efektyviai, jei suderinti šie pagrindiniai dydžiai:

• variklio galia;
• masė (t. y. reikiama priekinių ir galinių ratų apkrova balastiniais svoriais ar jiems perkeliant dalį agregato masės);
• atraminis paviršius.

Jei bet kuris iš minėtų trijų dydžių parinktas neteisingai, gero rezultato tikėtis neverta. Pavyzdžiui, padidinus variklio galią, tačiau nepadidinus masės ir ratų atraminio paviršiaus (nepakeitus jų matmenų, nesudvejinus), nebus galima šį galios padidėjimą realizuoti praktiškai. Potencialių galimybių jis neišnaudos, nes bus per lengvas – traktorius paprasčiausiai buksuos. O buksavimo metu joks naudingas darbas neatliekamas, tik tuščiai deginami degalai ir žalojama dirva.

Nepadidinus galios ir atraminio ratų paviršiaus, tačiau traktorių apkrovus per daug, traukos galia toliau nedidės, bet dėl didesnės variklio apkrovos padidės degalų sąnaudos. Taigi didesnei variklio galiai realizuoti reikalinga didesnė traktoriaus masė ir didesnis atraminis ratų paviršius.

Skirstant traktorius į galios klases, kiekvienoje jų būdingas ne tik tam tikras vardinės galios diapazonas, bet ir atitinkama masė.

***
Hanu Niskanen pasakojimas

„1988 m. pradžioje, sugrįžęs iš Afrikos, Nivaloje (Suomija – aut. past.) aplankiau vaikystės draugą Heikki Eskola. Tai buvo saulėta vasario diena, todėl, prisimindami senus laikus, išvažiavome pasivažinėti po Nivalą. Ir, kaip visada, pakalbėti apie... traktorius.

„Ar tu negalvoji, kad Autocontrol (Bosch EHR elektrohidraulinė galinio keltuvo valdymo sistema su jėginiu/poziciniu dirbimo gylio reguliavimo mechanizmu – aut. past.) sistema labai palengvina arimą?“ – užklausiau bevažiuojant.

„Taip, sutinku. Bet kodėl jūs neskiriate daugiau dėmesio gyvulininkystės ūkiams, kurie traktorius agreguoja su prikabinamais smulkintuvais ar kita GTV naudojančia įranga ištisą vasarą? Iš turimų 40 ha pievų kasmet apariame tik kelias. Su naujausiu Valmet traktoriumi darbui atlikti pakanka popietės. Tuo tarpu GTV pavarą mes naudojame nuolatos. Ar atsižvelgiant į tai GTV pavaros negalima būtų padaryti „protingesnės“?

Šių žodžių niekaip negalėjau pamiršti. Heikki buvo teisus – daugybei operacijų atlikti trijų taškų pakabinimo sistemos elektrohidraulinis valdymas paprasčiausiai nereikalingas. Prabėgus kelioms dienoms, kilo idėja.

Variklio generuojama energija išnaudojama trimis keliais: per transmisiją perduodama ratams, mechaninę energiją alyvos siurblys verčia hidrauline skysčio energija, GTV energija perduodama mechaniniu keliu. Pastaroji perduoda visą variklio galią agregato darbinėms dalims.

Patentinėje paraiškoje nupiešiau kelias schemas. Jose – dvi galios perdavimo pavaros. Pirmoji sukimo momentą perduoda ratams, antroji – GTV. Jei variklio pajėgumas siektų 100 AG, jį būtų galima perduoti kiekvienai iš abiejų pavarų, bet atskirai. Jei abi pavaras sujungtume, gautume 200 AG pajėgumą. Praktikoje tai reiškia, kad traktoriuje gali būti sumontuotas galingesnis variklis, su sąlyga, kad ši galia bus perduota ne tik varantiesiems ratams, bet ir GTV.

Koncepciją išbandė ir teigiamai įvertino Norvegijos ITF tyrimų institutas. O Pekka Huuskonen, įgyvendinęs kelis patobulinimus, išsprendė konstrukcinius klausimus.“