03 06 24 Mano ukio prenumerata 2024 23 04 15 Gauti naujienas mobili žurnalas
Mano Ūkis 2012/09
Nauji sprendimai gerina variklių darbą
  • A. Janulevičius
  • Mano ūkis

Dauguma traktorių specialistų teigia, kad tuo metu, kai dirbama, esant nevisiškai traktorių apkrovai, reikėtų dirbti sumažintais variklio sūkiais. Kai reikalinga visa variklio galia, rekomenduojama dirbti pastovios galios variklio režimu.

Variklį siūloma apkrauti taip, kad jis veiktų vidutiniais sūkiais. Daugumos traktorių degalų sąnaudos būna mažiausios, kai dirbama ne mažesne kaip 80 proc. vardine galia ir ne didesniu kaip 80 proc. vardinių sūkių režimu. Dažnai tokius rodiklius pasiekti trukdo dideli traukos jėgos kitimai darbo metu. Dideli aukšto dažnio traukos jėgos svyravimai yra normalu, kai dirbama lauko darbus. Traukos jėgos svyravimus sukelia nelygus dirvos paviršius. Dėl lauko reljefo pokyčių traktorius ir padargas svyruoja, šuoliuoja ir dirva įdirbama netolygiai.

Traktoriuose su mechanine transmisija padidėjusį pasipriešinimą traukai padeda įveikti variklio sukimo momento atsarga. Siekiant, kad variklis nebūtų per daug perkrautas ir galėtų dirbti, dirbama nevisiška apkrova. Padidėjus traukos jėgai ir sumažėjus variklio sūkiams, variklis dirba didesnio sukimo momento diapazone. Taip užtikrinama didesnė traukos jėga, net neperjungus pavaros.

Šiuolaikiniuose traktoriuose variklio sukimo momento atsarga siekia net 40-50 proc., tačiau jos vis tiek dažnai nepakanka, nes pasipriešinimas traukai kinta labiau. Taigi, didesnį sukimo momento keitimą tenka atlikti transmisija.

Jei traktoriaus transmisija mechaninė arba hidromechaninė, variklio galia išnaudojama nevisiškai. Tai neefektyvu, nes esant nevisiškai variklio apkrovai padidėja lyginamosios degalų sąnaudos. Papildomos pavaros problemos neišsprendžia. Dėl didelio pavarų skaičiaus transmisijos konstrukcija tampa sudėtingesnė ir ji pabrangsta, o dažnai perjunginėjant pavaras (eigoje), greičiau susidėvi sankaba ir kiti mechanizmai.

Hibridinės pavaros

Varikliui dirbti pastoviu režimu arba artimu jam leidžia bepakopiškai reguliuojamo greičio sistema. Vienokius ar kitokius modelius su bepakopėmis transmisijomis siūlo dauguma traktorių gamintojų. Nepaisant visų privalumų (iš tiesų jų yra daug), ši naujovė beveik nekeičia traktoriaus principinės sandaros ir jo sujungimo su agreguojamais padargais būdų, mechanizmų ir pavarų konstrukcijos. Išlieka tie patys ilgi pavaros kardaniniai velenai, prikabinimo bei pakabinimo mechanizmai, reduktoriai, movos, hidrauliniai varikliai. Visa tai turi įtakos ne tik agregato sudėtingumui, dydžiui, jo kainai, bet ir darbo efektyvumui bei patikimumui. Taigi, visiškai suprantamas inžinierių noras sukurti iš esmės naują technologiją, galinčią pakeisti žemės ūkio technikos principines konstrukcijas ir darbo principus. Vienas iš būdų tai įgyvendinti - naudoti hibridines (dyzelinių-elektrinių variklių) pavaras.

Hibridiniuose automobiliuose bei traktoriuose naudojama mechaninės ir elektrinės pavarų kombinacija. Priklausomai nuo konstrukcijos, pavaros gali veikti atskirai ir kartu. Atsižvelgiant į mašinos darbo sąlygas, realizuojami kiekvienos pavaros privalumai. Priklausomai nuo hibridinės pavaros tipo, traktoriaus varančiuosius ratus gali sukti vidaus degimo (dyzelinis) variklis, elektros variklis (hibridinėse pavarose) ir abu kartu. Visais atvejais traktoriaus ratai su varikliu sujungti mechaniškai.

Konstrukcijos schema

Traktoriuose su nuoseklaus jungimo hibridine pavara, dyzeliniuose-elektriniuose traktoriuose, taip pat traktoriuose su hidrostatine transmisija tarp variklio ir varančiųjų ratų mechaninio ryšio nėra. Šių tipų traktorių komponavimas yra panašus.

Mašinose su hidrostatine transmisija variklis suka siurblį, iš kurio alyva tiekiama į varančiojo tilto ar kiekvieno rato hidraulinius variklius. Dyzeliniuose-elektriniuose traktoriuose alyvos siurblys pakeistas generatoriumi. Pastarasis elektros energiją tiekia analogiškai išdėstytiems elektros varikliams. Nepriklausoma visų ratų pakaba užtikrintų patikimą kiekvieno iš jų sukibimą su atraminiu paviršiumi. Jei būtų įrengta dyzelinė-elektrinė pavara, atsirastų galimybė kiekvienam ratui perduoti tokį sukimo momento dydį, kurį jis gali realizuoti neperžengdamas leistinos buksavimo ribos (12-15 proc.).

Nuoseklaus jungimo hibridinėje pavaroje, skirtingai negu dyzelinėje-elektrinėje, generatorius elektros energiją tiekia ne tik elektros varikliui, bet ir didesnės talpos akumuliatorių baterijai.

Elektros varikliai, skirtingai nuo vidaus degimo variklių, gali išvystyti pastovų sukimo momentą visame sūkių diapazone. Tai vienas iš pagrindinių tokio galios tiekimo įrenginio privalumų. Elektromechaninė traktoriaus transmisija leidžia varikliui dirbti pastovios galios režimu, taip apsaugodama jį nuo perkrovų. Elektros variklio srovės stiprumas priklauso nuo pasipriešinimo traukai dydžio (apkrovos). Didėjant apkrovai, srovės stiprumas taip pat didėja. Nebėra su judėjimo tolygumu susijusios problemos. Greitį lengva bepakopiškai reguliuoti elektroninio valdymo sistema. Dyzelinis variklis naudojamas tik generatoriui sukti, todėl gali veikti pačiu ekonomiškiausiu režimu.

Visiškai hibridinių traktorių serijinės gamybos link

Visiškai hibridiniame traktoriuje turi būti įrengta elektros variklių pavara varantiesiems tiltams ar ratams sukti. Pirmuoju tokios konstrukcijos prototipu būtų galima įvardyti Eltrac E 135 serijos traktorių, kurį pristatė firma „Schmetz". Vėliau kompanija „New Holland" pagamino dyzelinio-elektrinio traktoriaus prototipą M135, kuriame elektros variklis suko galinį varantįjį tiltą. Tikėtina, kad kada nors šie traktorių modeliai pateks ant konvejerio.

Visiškai hibridinių traktorių serijinėje gamyboje dar nėra. Parodoje „Agritechnica" Vokietijoje 2009 m. pristatytas hibridinis traktorius John Deere E Premium su tarp variklio ir transmisijos sumontuotu generatoriumi. Šios serijos traktoriuose įrengtas 20 kW generatorius maitina aušinimo sistemos ventiliatoriaus, aušinimo skysčio siurblio, kompresoriaus, oro kondicionavimo sistemos ir kitų įrenginių pavaros elektros variklius. Minėtų įrenginių mechaninė pavara pakeista geriau prie įvairių darbo režimų prisitaikančia elektrine pavara. Naujos sistemos privalumas yra tai, kad visi įrenginiai su elektrine pavara ima galią iš variklio tik tada, kai jiems reikia. Dar vienas privalumas tas, kad ventiliatoriaus, aušinimo skysčio siurblio, oro kompresoriaus sūkiai nepriklauso nuo pagrindinio variklio sūkių. Bepakopio aušinimo sistemos ventiliatoriaus ir skysčio siurblio sukimosi dažnio valdymo sistema leidžia lengviau išlaikyti optimalų variklio šiluminį režimą. Atsižvelgiant į aušinimo skysčio temperatūrą radiatoriuje ir variklyje, keičiamas ne tik ventiliatoriaus, bet ir skysčio siurblio sūkių dažnis. Pavyzdžiui, varikliui dirbant tuščiosios eigos režimu (mažiausiais sūkiais), aušinimo skysčio siurblio našumas gali būti didžiausias.

Varikliui veikiant dideliais sūkiais, didėja trinties ir šilumos nuostoliai. Kylant variklio temperatūrai, didėja aušinimo sistemos ventiliatoriaus sunaudojama galia. Variklio aušinimo sistemai dirbant visu pajėgumu, prarandama iki 10 proc. variklio galios. Sistema su elektrine ventiliatoriaus ir aušinimo skysčio siurblio pavara variklio šilumą į aplinką išskiria efektyviau net ir tuomet, kai jis dirba didelės apkrovos režimu. Be to, šios serijos traktoriai turi du elektros kabelių prijungimo lizdus (230 ir 400 V), prie kurių gali būti prijungtos mašinos, naudojančios elektros energiją ar net mažas (iki 5 kW) suvirinimo aparatas.

Elektrinės pavaros privalumai

Kokie svarbiausi su traktoriais agreguojamų žemės ūkio mašinų darbo mechanizmų elektrinės pavaros privalumai? Pavyzdžiui, mineralinių trąšų barstytuvas Rauch EDR gali veikti naudodamas ne tik traktoriaus sukurtą mechaninės (darbinio veleno) arba hidraulinės pavaros galią, bet ir elektros variklio, įrengto pačioje mašinoje, galią. Tokią galimybę kol kas gali suteikti tik traktoriuose John Deere E-Premium įrengta pavaros elektros linija. Pastaroji (elektrinė pavara) užtikrina reikiamą sėjimo aparatų diskų sūkių dažnį, nepriklausantį nuo traktoriaus variklio sūkių. Tai leidžia bepakopiškai keisti diskų sūkius plačiame intervale. Nustatyti ir keisti trąšų barstytuvo darbo režimus yra daug paprasčiau. Supaprastėja barstytuvo prijungimo prie traktoriaus ir nustatymo operacijos. Esant elektros pavarai, trąšų barstytuvą galima tvirtinti arčiau traktoriaus. Jei trąšų barstymo mašina sunki ir didelės talpos, tvirtinant ją arčiau traktoriaus, jo priekyje reikalinga mažesnė balastinės masės atsvara. Suprantama, kad kiekvienas papildomas kilogramas didina riedėjimo pasipriešinimą ir degalų sąnaudas.

Bendrovė „Amazone" 2009 metais pristatė prikabinamą purkštuvą, kuriame įrengti siurbliai su elektros variklio (17 kW) pavara. Tad purkštuvo sistemoje daug greičiau pasiekiamas reikiamas slėgis, lengviau jį koreguoti. Be to, tokiame purkštuve lengviau išjungti atskirus purkštukus, kai jei nereikalingi.

Dideles perspektyvas šioje srityje turi hibridinis traktorius Belarus 3023, pirmą kartą pristatytas parodoje „Agritechnica 2009". Jam atiteko vienintelis parodos komisijos medalis, skirtas ne mechanizmų, sistemų ar jų valdymo naujovėms, o pačiam traktoriui. Esminis šio traktoriaus ypatumas - priekinis darbinis velenas su elektrine pavara. 220 kW galios dyzeliniame-elektriniame traktoriuje su mikrohibridine pavara elektros variklis-generatorius sumontuotas tarp variklio ir transmisijos. Šalia jo įrengtas keitiklis, imtuvams tiekiantis reikiamo dydžio elektros srovę. Generatoriaus galia siekia 172 kW. Didelis generatoriaus pajėgumas reikalingas elektrinei priekinio darbinio veleno pavarai. Variklio aušinimo sistemos mechanizmų pavara dirba tuo pačiu principu, kaip John Deere E-Premium traktoriuje. Pasak gamintojo, tokie traktoriai gali sutaupyti iki 30 proc. dyzelinių degalų.

Dr. Algirdas JANULEVIČIUS, ASU

Mano ūkis, 2012/09