Deginių emisijos mažinimas traktorių konstruktorius verčia ieškoti naujų sprendimų. Vienas galimų būdų mašinos efektyvumui didinti, nenusižengiant ekologiniams reikalavimams, - diegti hibridines pavaras. Svarbiausia, kad hibridinės technologijos jau sukurtos, ištirtos ir funkcinės sistemų savybės.

Traukos vektoriaus kontrolės bandymai traktoriuje

Mažai kam žinomas šveicarų gamintojas „Rigitrac" praėjusiais metais vykusioje tarptautinėje parodoje „Agritechnica 2011" pateikė revoliucinį sprendimą mažos ir žemesniojo diapazono vidutinės galios traktoriams. Sidabro medaliu įvertintas Rigitrac EWD 120 yra pirmasis naujos kartos dyzelinis-elektrinis traktorius ir kartu pirmasis pasaulyje traktorius, sukonstruotas pagal traukos vektoriaus (angl. Torque Vectoring) kontrolės koncepciją. Kompanijos „Rigitrac" pademonstruotas sprendimas rodo iki 160 AG pajėgumo traktorių tobulinimo gaires, gamintojų siekį įprastines hidromechanines transmisijas pakeisti efektyvesnėmis elektromechaninėmis.

Kalbant šiuolaikiškais terminais, Rigitrac EWD 120 yra traktorius su nuoseklaus jungimo hibridine pavara, t. y. jo 4 cl. turbodyzelinis variklis nėra tiesiogiai sujungtas su transmisija (pavarų dėže ir varančiaisiais tiltais). Tad variklis gali dirbti optimaliu režimu, kai jo degalų sąnaudos mažiausios, o naudingumo koeficientas - didžiausias.

Neabejotinai nuoseklaus ir lygiagretaus jungimo hibridines pavaras kuria ir didžiosios kompanijos, tačiau, remiantis pasauline praktika, mašinų tobulinimo kryptį anksčiausiai atskleidžia didelės įtakos rinkoje neturintys gamintojai, tuo dažnai (ir pelnytai!) atkreipdami dėmesį į save.

Kompanija „Rigitrac Tractorenbau AG" gamina vos du traktorių modelius: mažos galios SKH 95 su 3 cl., 3,3 l darbo tūrio ir 72 kW/98 AG pajėgumo Sisu Diesel 33CTA varikliu ir vidutinės galios žemesniojo diapazono SKH 120 su 4 cl., 4,0 l darbo tūrio ir 91 kW/126 AG pajėgumo Deutz TDC 2012 L4 varikliu. Visi įmonėje gaminamų traktorių modeliai turi hidrostatines bepakopes 0-30/40 km/val. transmisijas, kuriose hidraulinių mašinų blokai pasukami dideliu 45 ^o kampu.

Koncepcinis Rigitrac EWD 120 sukonstruotas modelio SKH 120 bazėje. Šveicarija nėra lygumų kraštas, todėl tai turėjo įtakos traktoriaus liemens konstrukcijai. Ji modulinė rėminė, dviejų dalių, kurios viena kitos atžvilgiu gali pasisukti 22 ^o kampu. Traktoriaus priekinė ir galinė dalys gali būti skirtingose plokštumose - dirbant šlaituose šis sprendimas iki 35 proc. padidina mašinos stabilumą ir pagerina pravažumą. Abu varantieji tiltai su rėmu sujungti standžiai.

Kaip dar pagerinti mašinos pravažumą? „Rigitrac" inžinieriai su partneriais (Vokietijos Dresdeno technikos universitetu bei specializuota technologinių procesų automatizavimo sistemų bei elektrinių pavarų firma „EAAT GmbH") pirmieji praktiškai žemės ūkio paskirties traktoriuje įgyvendino tikslaus varančiojo momento valdymo koncepciją. Pasirinkta schema su keturiais atskirai valdomais elektros varikliais, sumontuotais varančiuosiuose traktoriaus ratuose. Sprendžiant pagal Vokietijos Dresdeno technikos universiteto parodoje rodytą medžiagą, EWD 120 yra antrasis traktoriaus su elektromechanine transmisija prototipas.

Koncepcija nėra nauja, tačiau ji įgyvendinta pasitelkus modernią komponentinę bazę. 4 cl., 91 kW/126 AG pajėgumo Deutz TDC 2012 L4 serijos variklis per kardaninę pavarą suka 650 V įtampos, 85 kW galios generatorių. Kiekviename iš keturių traktoriaus ratų sumontuota po 44 kW galios elektros variklį (vardinis kiekvieno el. variklio pajėgumas - 33 kW). Taigi Rigitrac EWD 120 yra 4WD traktorius, tačiau jame nėra bet kokiai mechaninei transmisijai būtinų diferencialų. Kiekvienam ratui, priklausomai nuo jo apkrovos ir buksavimo dydžio, perduodamas tik toks sukimo momentas, kokį jis gali priimti. Didesnė traukos galia gaunama atliekant ne tik įprastus technologinius procesus, važiuojant lyguma, bet ir dirbant šlaituose, kada ratų apkrova abiejose pusėse skirtinga.

Dyzeliniame-elektriniame traktoriuje paprasta išspręsti aktyvaus sustojimo funkciją. Šveicariškame traktoriuje vardinė stabdymo galia - 40 kW, o trumpalaikė (iki 6 s) net 200 kW!

Rigitrac EWD 120 greitis reguliuojamas bepakopiškai, nuo 0 iki 65 km/val. Traktoriaus elektroninės valdymo sistemos komponentai, kaip įprasta šiuolaikiniams traktoriams, sujungti į bendrą duomenų perdavimo tinklą CAN-Bus.

Rato-variklio konstrukcija traktoriuose kol kas plačiai nebuvo naudojama, skirtingai nuo savaeigių purkštuvų, javų kombainų, teleskopinių krautuvų. Hidraulinės tokio tipo pavaros buvo naudojamos daugiausia eksperimentiniuose traktoriuose su bepakopio greičio reguliavimo sistema (pvz., 1987 m. Valmet H 800), tačiau jų galima aptikti ir serijinėse mašinose, pavyzdžiui, priekinio John Deere traktoriaus tilto pavaroje, priekinio šiuolaikinių 3WD traktorių Challenger TerraGator rato pavaroje.

Elektros variklis ratą suka ne tiesiogiai, o per planetinį reduktorių, kuris padeda užtikrinti didelį pajudėjimo iš vietos momentą ir didelę traukos jėgą darbo metu. Kaip ir įprastiniuose traktoriuose sudėtinė pagrindinė pavara leidžia sumažinti pusašius veikiančius sukimo momentus. Naudojant elektromechaninę transmisiją ši komponuotė leidžia naudoti efektyvesnį greitasūkį elektros variklį.

Rigitrac EWD 120 rato-variklio konstrukcija klasikinė: elektros variklio statorius sujungtas su rato korpusu (t. y. su varomuoju krumpliaračiu), rotorius - su planetinės pavaros centriniu (varančiuoju) krumpliaračiu.

Rato-variklio konstrukcijos pranašumai, palyginti su įprasta transmisija

● Daugiau galimybių, parenkant transmisijos ir važiuoklės komponentų išdėstymą: generatorių, keitiklį ir akumuliatorių bateriją galima įrengti patogesnėje vietoje.

● Pastovus didžiausias sukimo momentas nepriklausomai nuo variklio sūkių dažnio.

● Bepakopis varančiojo momento valdymas.

● Lengvesnis apkrovos paskirstymas varantiesiems ratams.

● Mažesnis trinties paviršių, dylančių dalių skaičius galios perdavoje.

Lyginant su hidrostatine, elektrinė rato pavara yra lengvesnė ir lankstesnė komponavimo atžvilgiu: hidraulinių linijų alkūnės, hidraulinio skysčio savybių priklausomybė nuo temperatūros lemia hidraulinius nuostolius.

Traktorių eksploatuojant transporto darbuose, stabdant kinetinė mašinos energija gali būti verčiama elektros energija. Žinoma, jei įrengtas atitinkamas keitiklis ir reikiamo tipo akumuliatorių baterija.

Rato-variklio konstrukcijos trūkumai

● Sudėtingas aušinimas, ypač mažų greičių diapazone, kada apkrova didžiausia.

● Sudėtinga elektros variklio apsauga nuo vibracijų.

● Dėl ratą veikiančių dinaminių apkrovų sudėtinga mažinti atstumą tarp rotoriaus ir statoriaus. Tai turi įtakos pavaros efektyvumui.

● Dėl didesnės rato masės didesnė pakabos detalių apkrova.

● Negalima dubliuoti ratų.

Traktoriaus Rigitrac EWD 120 liemens vaizdas, nuėmus kabiną. Gerai matyti generatorius su virš juo sumontuotu keitikliu. 8 t bendrosios masės traktorius turi apkrovai jautrią hidraulinę sistemą su 90 l/min. našumo ašiniu-stūmokliniu siurbliu, visų ratų hidraulinius stabdžius. Siekiant užtikrinti didesnę traukos jėgą, kaip ir visuose kompanijos „Rigitrac" traktoriuose, naudojami keturi vienodo dydžio ratai (520/60R28)

Hibridinės ZF technologijos: antrasis bandymas

Vokietijos kompanija „ZF Friedrichshafen AG" pirmąją lygiagretaus jungimo hibridinę pavarą traktoriams pristatė 2009 m. parodoje „Agritechnica". Buvo naivu tikėtis, kad užsakovai - traktorių gamintojai - ims staiga diegti dyzelines-elektrines transmisijas serijinėse mašinose. Pernai vykusioje parodoje „Agritechnica" lygiagretaus jungimo hibridinė transmisija Terramatic+ užėmė centrinę ZF ekspozicijos vietą. „Deutz-Fahr" stende jau stovėjo pirmasis bandomasis traktorius.

Pasak kompanijos „ZF Friedrichshafen AG" analitikų, pasaulinis žemės ūkio mašinų segmentas pagal apyvartos dydį kol kas yra ketvirtoje vietoje. Naujausi ZF duomenys kaip niekas geriau iliustruoja padėtį traktorių transmisijų rinkoje: pakopinių mechaninių, sinchronizuotų pavarų dėžių gamyba sparčiai mažėja (7 proc. visos 2010 m. apyvartos), pakopinių hidromechaninių transmisijų geriausieji laikai jau praeityje, tačiau jų populiarumas vis dar gana didelis (37 proc.). Traktorių gamintojų dėmesys bepakopėms hidromechaninėms pavarų dėžėms padidėjo iki 22 procentų.

Šiuo metu didžiausia ZF komponentų pirkėja yra grupė SDF: „Deutz-Fahr", „Hürlimann", „Lamborghini" ir „Same" traktoriuose naudojamos net penkių skirtingų modelių ZF transmisijos, iš kurių dvi pakopinės hidromechaninės (T-7100 ir T-7200) ir net trys bepakopės (Eccom 1.3, S-Matic 240 ir Terramatic). Atsižvelgiant į tai, kad į Deutz-Fahr Agrotron 7200 TTV serijos traktorius jau montuojama ZF Terramatic transmisija ir netgi parengtas hibridinis prototipas su Terra+ generatoriumi, matyti, kad strateginio ZF partnerio žemės ūkio mašinų rinkoje poziciją iš CNH palaipsniui perima grupė SDF.

Apie pirmuosius Deutz-Fahr Agrotron 7200 TTV serijos traktorius su naujos kartos bepakope padalyto galios srauto transmisija ZF Terramatic (sutrumpintai TMT) jau rašyta praėjusiame „Mano ūkio" numeryje. Projektuojant TMT transmisiją, apdairiai palikus vietos jos priekyje, atsižvelgta į galimą jos atnaujinimą, diegiant hibridines technologijas, ateityje. Norint jas įdiegti savaeigėse žemės ūkio mašinose, būtina ir bepakopė greičio reguliavimo sistema. Tad TMT transmisiją papildžius elektros varikliu-generatoriumi, ji taptų hibridine, kuri, tikėtina, bus naudojama kitos kartos Agrotron TTV traktoriuose.

Antruoju didžiausiu ZF partneriu savaeigių žemės ūkio mašinų segmente yra grupė „Claas", įsigyjanti tris aukščiausių modelių bepakopes Eccom transmisijas: 3.0, 4.5 ir 5.0. Jos montuojamos į didelės galios Axion 900 ir Xerion serijos traktorius.

Kompanija „John Deere" taip pat įsigyja kelis pavarų dėžės Eccom žemesnės linijos modelius. Nedidelė austrų firma „Lindner" naudoja hidromechanines pakopines ZF T-557 pavarų dėžės, o grupės AGCO traktoriuose ZF pavarų dėžės apskritai nenaudojamos. Nors iki 2004 m. ZF T-7300 pavarų dėžės buvo montuojamos Fendt Favorit 800 LSE traktoriuose, o pirmosios kartos Valtra S serijos mašinose ji buvo naudojama iki 2008 metų.

Jau projektuojant ZF TMT 11-32 modelių transmisijas, apimančias 70-320 AG diapazoną, įvertinta galimybė įrengti elektros variklio-generatoriaus modulį. Jis, žymimas kaip ZF Terra+, elektros energiją gali tiekti ne tik traktoriaus, bet ir su juo agreguojamo padargo imtuvams. Pagal naują ZF Terra koncepciją generatorius gali būti naudojamas ne tik poroje su bepakope Terramatic (TMT), bet ir naujos kartos pakopinėmis hidromechaninėmis Terrapower (TPT) ir Terrashift (TST) transmisijomis.

ZF Terra+ leidžia pasirinkti vieną iš dviejų traktoriaus tobulinimo strategijų: ● dyzelinę-elektrinę, kaip John Deere 6R E Premium, kurio generatorius negali dirbti variklio režimu; ● hibridinę su lygiagretaus jungimo Mild Hybrid pavara; šiuo atveju generatorius gali dirbti variklio režimu.

Transmisijos ZF Terra+ potencialas

● 50-70 kW arba 85-120 kW galia vidiniams ir išoriniams elektros energijos imtuvams, trumpalaikiam sukimo momentui padidinti.

● Iki 5 proc. mažesnės degalų sąnaudos, palyginti su įprasta pavara.

● Mažesnė CO₂ emisija.

● Dėl efektyvesnio energijos perdavimo būdo elektros pavaros galia 5-10 proc. didesnė už įprastinę hidraulinę.

Pasirinkus dyzelinę-elektrinę strategiją 50-70 kW galios generatorius gali tiekti elektros energiją vidiniams (traktoriaus) ir išoriniams (vieno ar kelių agregatų) imtuvams. Skirtingai nuo rinkoje pasirodžiusių traktoriaus išorėje ant trijų taškų pakabinimo sistemos montuojamų generatorių, ZF Terra+ generatorius yra integruotas į transmisiją. Beje, ZF siūlo ir pakabinamą, GTV varomą generatoriaus modulį.

Esant hibridinei lygiagretaus jungimo pavarai, kada akumuliatorių baterija sujungiama su dviem energijos šaltiniais - vidaus degimo ir elektros varikliu, tarp variklio ir pavarų dėžės įrengiamas dar didesnės galios (85-120 kW) elektros variklis-generatorius. Generatoriui veikiant elektros variklio režimu, užtikrinamas trumpalaikis galios padidinimas. Turint dviejų pavarų kombinaciją, kiekvienos iš jų privalumai realizuojami, priklausomai nuo darbo sąlygų.

Sinerginė pavaros koncepcija elektros energijos tiekimą leidžia reguliuoti labai tiksliai, atsižvelgiant į imtuvų apkrovą. Bendrą transmisijos efektyvumą užtikrina aukštas elektros variklio integracijos laipsnis. Kartu tai leidža vidaus degimo varikliui dirbti ekonomiškiausiu režimu. Remiantis pirmaisiais trąšų barstomųjų ir sėjamųjų su elektriniais dozavimo įrenginiais bandymų rezultatais, naujoji pavara ne tik padidina įrenginių našumą, bet ir leidžia taupiau naudoti mineralines trąšas, sėklas. Mašinų našumas labai priklauso nuo to, kiek elektros imtuvų galima prijungti ir koks pavaros galingumas.

Hibridinei technologijai įgyvendinti ZF siūlo ne tik generatorių, bet ir reikiamus pavaros valdiklius, programinę įrangą, specialų didelės galios akumuliatorių.

ZF duomenimis, kompanijos gaminamų transmisijos komponentų paklausa auga sparčiau negu naujų traktorių rinka Europos Sąjungoje. Pirmąkart po 2009 m., kada labai sumažėjo transmisijos komponentų užsakymai Vakarų Europos traktorių gamintojams, šiais metais ZF tikisi tokių pat gerų rezultatų kaip rekordiniais kompanijai 2008-aisiais. Kad pasiektų šį tikslą, ZF pradėjo taikyti modulinę agregatų platformą. Standartizuoti galinio tilto korpusai gali būti derinami su norimo modelio mechanine, hidromechanine pakopine ir bepakope pavarų dėže. Atitinkamai, visa tai gali būti derinama su gamintojo techninius reikalavimus atitinkančiu priekiniu tiltu ir galinio GTV perdava. Esant tokiam dideliam pasirinkimui, sprendimų galima rasti bet kokio techninio lygio traktoriui.

Dainius Šišlavas

Mano ūkis, 2012/05