Плюсове и минуси на електрическите машини

Когато се замислиш за новостите в съвременните трактори, по някаква причина първото, за което се сещаш, е "безстепенността". Но въпреки всички преимущества, а те наистина са много, концептуално тази иновация не е в състояние да внесе практически нищо ново както в конструкцията на трактора, така и в конструкцията на задвижването на агрегатираната към него селскостопанска техника. Все същите дълги карданни и верижни предавки, редуктори, муфи, хидромотори. Всичко това не само се отразява на металоемкостта на машината (и на нейната цена), но и върху ефективността и надеждността.
Така че напълно е разбираем стремежът на инженерите да разработят нещо наистина концептуално ново, способно да промени пътищата за проектирането на селскостопанската техника. Един от възможните пътища за реализиране на това желание е използването на хибридни дизелово-електрически задвижващи двигатели.
МАЛКО ИСТОРИЯ
Терминът дизелово-електрически звучи добре заедно със словосъчатанията подводница или парен локомотив с електрическа трансмисия. В началото на 20-и век такава концепция е получила широко разпространение именно при подводните лодки, чак до оборудването им с атомни реактори. На сушата първенството в реализирането на този подход принадлежи на железопътния транспорт. Първите хибридни задвижващи установки там са намерили приложение още през 40-те години.
В началото на 60-те години дизелово-електрическите двигатели са навлезли в промишлеността. Днес е трудно да се намерят в асортимента на компании като Komatsu, БелАЗ, Liebherr, Caterpiller големи самосвали без такива двигатели.
През 1961 г. ЧТЗ започва производството на първия в света промишлен дизелово-електрически булдозер ДЕТ-250. Чак до 2009 г., когато компанията Caterpiller представи булдозера D7E, Челябинският тракторен завод е единственият в света, където серийно се произвежда подобен род техника. В името на справедливостта трябва да се отбележи, че не биха могли да се сравняват булдозерите на ЧТЗ и Caterpiller. Те просто принадлежат към различни класове, а и към различни поколения.
ЗАЩО ТОЛКОВА ДЪЛГО
Растящата необходимост от електрически задвижвана техника започва да се проявява през 70-те години на 20-и век. До началото на 90-те години мощност от 300 к.с. на практика бе пределът на мечтите на всеки производител на трактори. Дизелово-електрическият двигател на трактор от среден клас на мощност, където и без него всеки килограм е важен, едва ли би бил уместен. Ниските цени на горивото, практически пълната липса на екологични изисквания, а и технологичното ниво в миналото не даваха възможност за конкуренция с класическите трактори. Новият трактор има нужда от купсигурна електроника, а и самата предлагана концепция не е била лишена от недостатъци. Навесвайки на всяко колело по един електрически двигател, трябва да се осигури тяхното охлаждане, а условията на работа в селското стопанство не могат да бъдат наречени лесни. Така че доскоро всички разработки в тази област не достигаха дори до създаването на действащ прототип. На инженерите оставаше само да търсят технически решения за многочислените проблеми, но те бяха намерени.
ПЛЮСОВЕ И МИНУСИ
За разлика от двигателя с вътрешно горене, въртящият момент на електродвигателите е практически постоянен в целия диапазон на оборотите. Това е едно от основните преимущества на дизелово-електрическите двигатели. Проблеми с равномерното движение няма, а и безстепенността лесно се постига с помощта на електрониката. Много по-лесно е да се управляват оборотите на двигателя. Дизеловият двигател се използва само за задвижването на генератора и поради това може да работи във възможно най-икономичен режим. Освен това често може да се използва по-малко мощен, което означава по-малък по габарите двигател, за постигането на същото теглително усилие.
Допълнително преимущество на хибридите е икономията на разходи и гориво. Освен високата топлинна ефективност, за която вече споменахме, съществено намалява общият обем на необходимите смазочни материали, увеличава се интервалът на тяхната смяна.
Хибридната двигателна система позволява в пълна степен да се използват електрически двигатели за задвижването както на самия трактор, така и на работните органи на инвентара. От конструкцията на трактора на практика могат да се изключат всички архаични системи за задвижване колянови валове, ремъци, редуктори. Отпада необходимостта от тяхното обслужване и ремонт.
Основният минус, от който е много трудно да се избавим, е това, че при използването на електрическо задвижване с голяма мощност е много голямо топлоотдаването нараства необходимостта от охлаждане. Трябва да се вземат под внимание и рисковете, свързани с обслужването и ремонта. Принципната смяна на конструкцията на тракторите ще изисква ново оборудване и нови кадри за сервизните служби.
КОЛКО ОСТАВА ДО КОНВЕЙЕРА?
Пълноценният хибриден трактор освен всичко гореизложено трябва да бъде снабден с електрически двигатели, които въртят колелата. Освен това наред с поставянето на двигатели на колелата е възможен вариант за осовото им разполагане. Като пръв от действащите прототипи може да бъде посочен Eltrac E 135, представен от фирма Schmetz още през 90-те години на 20-и век. След това New Holland произведе прототип на дизелово-електрически вариант на трактора М 135, в който електрическият двигател върти задната ос. Но едва ли тези модели някога ще попаднат на конвейера.
Много по-големи перспективи в това отношение има тракторът Беларус-3023 (220 кВт), представен на Агритехника-2009. При него електрогенераторът задвижва не само двигателите на колелата. Особеност на този трактор е наличието на фронтален силоотводен вал. А и прикачните машини могат да се захранват от трактора със 172 кВт. Задвижването на охладителната система е на същия принцип, както при John Deere E-Premium. Според производителя това позволява икономията до 30 % дизелово гориво. Но окончателните срокове за излизането на белоруския трактор на конвейера все още не са определени.
Fendt представи напълно работещ електрически трактор, наречен Fendt Concept X. За създаването му е използван трактор Fendt 722 Vario, който като допълнение към хидравличното прикачване и силоотводния вал има напълно електрифициран интерфейс с високо напрежение. До 130 кВт електрическа мощност, постъпващи към този интерфейс, правят възможна работата с електрифициран навесен инвентар. Инвентарът може да се управлява през терминал ISO.
Fendt работи върху създаването на електрически трактор още от 2001 г. съвместно с различни университети. Целта е създаването не само на компактни, мобилни електрически машини, но и разработването на единна надеждна концепция. Основно внимание е отделено на ефективното предаване на създаденото електричество към прикачната машина. Представената машина Fendt Х се намира все още в процес на усъвършенстване и е експериментално транспортно средство с вграден електрогенератор, силова електроника и много иновативна система за охлаждане с електрическо задвижване на вентилатора. Fendt е първият производител на електрическа мощност до 130 кВт и отваря нови пътища за развитие пред тракторите на алтернативна енергия.
Електрическите двигатели в сравнение с хидравличните и механичните имат някои преимущества. Концепцията Fendt X в комбинация с навесни машини е по-мощна, ефективна и гъвкава. Електрическите двигатели имат много добър коефициент на полезно действие, разпределянето на мощността става с малки загуби, а задвижванията се отличават с простота, динамичност и висока точност при настройките.
За база на машината Fendt използва трактор от серия 700, отговарящ на стандартите за отработени газове 3B / Tier 4 Interim. Компактният и мощен четирицилиндров дизелов двигател AGCO Power позволява разполагането на необходимите елементи на високоволтовата електрическа система. Генераторът се поставя между двигателя и трансмисията. Системата е съвместима с всички, управлявани през ISOBUS работни органи.
Fendt работи над тази нова технология в тясно сътрудничество с такива фирми като Fliegl Agrartechnik, Krone, Grimme, Lemken, Amazone, Fella и STW.
КАКВО ЩЕ ПРИКАЧИМ ИЛИ НАВЕСИМ?
Какви преимущества получава навесната селскостопанска машина след преминаването на електрическо задвижване? Да вземем за пример торачката за минерални торове Rauch EDR, която вече може да работи не само от задвижване от силоотводния вал или хидравлично задвижване, но и от електрически двигател. Разбира се, засега подобна възможност могат да осигурят само тракторите от серията John Deere E-Premium и Fendt X. Първо въртенето на дисковете на торачката може да се регулира безстепенно в широк диапазон. Второ възможност за асинхронно въртене на дисковете, в някои случаи намаляващо припокриването. Обслужването на подобна торачка е много по-лесно.
През 2009 г. Amazone представи прототип на прикачна пръскачка с електрическо задвижване на помпата (17 кВт). Така много по-бързо се постига налягането в системата и се опростява процесът на регулиране. Освен това на подобна пръскачка е по-лесно да се реализира механизъм за индивидално изключване на дюзите.
Сеялки за прецизна сеитба с елеткрическо задвижване произвежда немската фирма Kleine, която прави подобни машини още от 90-те години на 20-и век. Днес подобна технология предлагат Kverneland (GEOSeed) и Becker (Aeromat e-motion).
САМОХОДНИ МАШИНИ
Работи се и върху създаването на самоходна селскостопанска техника с хибридни двигателни установки.
Пример е Big X 1000 с електрическо задвижване на хедера за царевица (съвместна разработка на немската компания Krone и Техническия университет в Мюнхен). За задвижването са задействани един основен двигател с мощност 47 кВт (максимален въртящ момент 460 Нм) и два допълнителни електрически двигатели с мощност 20 кВт всеки (максимален въртящ момент 170 Нм). Тези двигатели имат водно охлаждане, за което е било необходимо създаването на отделен контур на охлаждането. Нелоши резултати са постигнати по отношение на коефициента на полезното действие от 1,5 до 2,7 процента повече в сравнение с базовия модел, но разходите са били смущаващи. Стандартното хидравлично задвижване е четири пъти по-евтино. А и съществена икономия на гориво не е постигната разликата с базовия модел е била едва 3,1 %.
В Русия също има подобни разработки, но в сектора на зърноприбиращите комбайни. На изложението Агротек през 2010 г., Агромашхолдинг за пръв път представи прототип на зърноприбиращ комбайн с електрозадвижване на всички работни органи АГРОМАШ-Енисей 400 Е. Според представители на компанията производителността на този хибриден комбайн превишава аналогичния показател на базовия модел с 20 %, но минаха вече пет години, а новини за по-нататъшната съдба на комбайна няма.
ОТТУК НАКЪДЕ?
Разбира се, с възражението, че електрозадвижването в селското стопанство е съществено по-скъпо от механичното задвижване и хидравличното задвижване, е трудно да се спори. Но в много случаи традиционните технически решения вече са се изчерпали, ставайки прекалено сложни и скъпи, при това както за производство, така и за експлоатация. Така че изследователската работа не спира. Например, в Техническия университет на Мюнхен се разработва зърнокомбайн с електрическо задвижване на барабанно-сепариращото устройство.
Освен това корпорация AGCO представи прототип на самоходна пръскачка ElectRoGator 650V, в която традиционните за тези високопроизводителни машини хидромотори в колелата са заменени с електрически двигатели.
Някои производители стигат още по-далеч, като се насочват към принципно нови за селското стопанство източници на енергия. Така през лятото на тази години New Holland вече пусна за изпитания на полето своя водороден трактор NH2 Hydrogen. Електрическата енергия в него се изработва във водородни горивни елементи.
Място за електрозадвижването в селскостопанската техника рано или късно ще се намери едва ли е възможно всички да грешат. Най-важното е батериитe за тази техника да не са твърде скъпи и тежки./fermera.bg