Mocne i słabe strony napędów elektrycznych na przykładzie ciągnika rolniczego
Prototyp elektrycznego lekkiego ciągnika rolniczego powstał w ramach projektu naukowego realizowanego przez Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie. Maszyna ma służyć do analizy mocnych i słabych stron napędów elektrycznych na przykładzie ciągnika rolniczego. Posłuży także do badań energetycznych w warunkach ściśle związanych z uprawą polową.
- Kilka lat temu współpracowałem ze studentami zajmującymi się podczas prac inżynierskich napędem elektrycznym w samochodach – mówi dr inż. Krzysztof Plizga z Katedry Energetyki i Środków Transportu na Wydziale Inżynierii Produkcji Uniwersytetu Przyrodniczego w Lublinie. – Podczas obrony jednej z tych prac zrodził się pomysł wykonania elektrycznego ciągnika. Rozpocząłem prace nad tym wdrożeniem a prototyp, który dziś możemy oglądać, to tego wymierny efekt.
TYM TE40 przeszedł konwersję z napędu spalinowego na elektryczny
Ciągnik powstał na bazie ogrodniczego traktora TYM TE40 seryjnie wytwarzanego przez producenta z Korei Południowej. W oryginalnej wersji traktor jest napędzany 3-cylindrowym silnikiem diesla. – Ciągnik przeszedł konwersję, silnik dieslowski został zastąpiony indukcyjnym silnikiem elektrycznym – wyjaśnia dr inż. Krzysztof Plizga. – Za ten etap prac, czyli zamontowanie w ciągniku nowego napędu odpowiadała firma ODIUT Automex z Gdańska.
Dr inż. Krzysztof Plizga tłumaczy, że o wyborze tego właśnie modelu do przeprowadzenia konwersji zdecydowały m.in. niewielkie rozmiary traktora i silnika, napęd na cztery koła i mechaniczna skrzynia biegów. – Rezygnacja ze skrzyni biegów skutkowałaby większym zapotrzebowaniem na prąd – mówi naukowiec.
Ciągnik w elektryku ma lepsze osiągi niż spalinowy pierwowzór
Po wymianie napędu na elektryczny zwiększyły się osiągi ciągnika. Moc napędzającego go silnika elektrycznego wynosi 44,3 KM. W przypadku montowanego fabrycznie diesla było to 38 KM. – Natomiast istotny w zastosowaniach rolniczych moment znamionowy silnika elektrycznego wynosi 93 Nm (maksymalny 250 Nm) przy 120 Nm silnika spalinowego – zaznacza dr inż. Krzysztof Plizga.
Silnik elektryczny napędzający ciągnik po przebudowie jest napędzany energią magazynowaną przez baterie litowo-jonowe pochodzące z volkswagena serii ID. Ich pojemność wynosi 33,2 kWh. Ładowanie odbywa się poprzez przyłącze elektryczne trójfazowe a czas całkowitego ładowania wynosi w tym przypadku ok. 5 godzin. Ładowanie może się też odbywać z przyłącza jednofazowego, czyli gniazdka elektrycznego. W tym drugim przypadku trwa jednak znacznie dłużej. Ciągnik wyposażony w baterie jest o 324 kg cięższy od swojego spalinowego pierwowzoru.
Jak wypadł pierwszy test polowy w Zespole Szkół Rolniczych w Kijanach?
Traktor został wyposażony w dwa układy zasilania. Dwunastowoltowy odpowiada za zasilnie wszystkich układów pracujących w ciągniku także w wersji spalinowej. Czterystuwoltowy zasila układ napędowy. W razie potrzeby z baterii o większej pojemności można doładować mniejszy układ zasilania.
Cała seria obciążeniowych testów polowych czyli przejazdów ciągnika z zagregowanym pługiem, opryskiwaczem, zgrabiarką czy kultywatorem pozwoli na odpowiedź na pytanie, jak to rozwiązanie sprawdza się w praktyce. Na razie ciągnik ma za sobą jedną próbę terenową. Odbyła się w na terenie Zespołu Szkół Rolniczych w Kijanach.
– Łączne obciążenie traktora z przyczepą wypełnioną ładunkiem wynosiło niemal 3 tony, ciągnik bez problemu wjeżdżał na każdym biegu na wzniesienie o nachyleniu 12 stopni – relacjonuje dr inż. Krzysztof Plizga. – Następnie przez ok. 1,5 godz. poruszał się po równym ale nieutwardzonym terenie. W sumie w jego bateria rozładowała się w tym czasie o 20%.
Ciągnik elektryczny pracuje cicho, prowadzi się wygodnie
A jakie są wrażenia z jazdy? Silnik pracuje cicho, a ciągnik ma imponujące przyspieszenie. – Źródłem hałasu jest w zasadzie tylko przekładnia pracująca na zwykłych zębatych kołach przesuwnych – stwierdza naukowiec z UP. – Poza tym wrażenia z jazdy są zdecydowanie lepsze niż w przypadku pierwowzoru z silnikiem diesla. Bardzo podobne do tych w przypadku jazdy samochodem elektrycznym.
Prototyp z Lublina nie jest wyposażony ani w radio, ani w klimatyzację. Chodzi o to, aby ograniczyć do minimum zapotrzebowanie na energię elektryczną.
Czy ciągniki napędzane przez silniki elektryczne to przyszłość rolnictwa?
Odpowiedź na to pytanie mają dać m.in. takie projekty badawcze jak ten realizowany w Uniwersytecie Przyrodniczym w Lublinie. Wiadomo, że wielkie firmy produkujące maszyny rolnicze prowadzą własne programy rozwojowe.
New Holland przygotował elektryczny ciągnik T4 Electric Power, który może pracować autonomicznie. Maszyna jest już przetestowana i producent zapowiedział jej wprowadzenie do produkcji i sprzedaży już w tym roku.
T4 Electric Power ten dysponuje mocą do 120 KM i osiąga 440 Nm maksymalnego momentu obrotowego. Jest w stanie poruszać się z prędkością 40 km/h. Zastosowany w nim akumulator ma dawać możliwość pracy nawet przez cały dzień, a jego ładowanie przy użyciu szybkiej ładowarki ma trwać godzinę.
John Deer i GridCON zasilany dzięki kablowi kilometrowej długości
Nad ciągnikami elektrycznymi i autonomicznymi od lat pracuje też Johne Deere. Niekonwencjonalne rozwiązanie firma ta zaprezentowała kilka lat temu. Ten prototyp autonomicznego ciągnika GridCON, bo tak się nazywa, jest zasilany prądem… po kablu o długości do 1 km.
Specjalnie z tego powodu z przodu maszyny zamontowano bęben. Ten elektryczny ciągnik bez kabiny operatora ma dwa razy więcej mocy niż tradycyjny traktor o podobnej masie.
Czas pokaże czy to tylko ciekawostka, czy przyszłość rolnictwa
A jakie zdanie na temat rozwoju technologii elektrycznych w ciągnikach ma autor projektu realizowanego w Lublinie? Dr inż. Krzysztof Plizga zwraca uwagę na problematyczność efektywnego ładowania ciągników elektrycznych o dużej mocy.
- Napędy elektryczne mają dużo zwolenników, ale też sporą grupę przeciwników. Oprócz ograniczonej pojemności baterii, wykorzystywane do ich budowy materiały są dość drogie, rzadkie, oraz trudne do recyklingu. Jednocześnie poprzez zastosowanie dużych obciążeń energetycznych, w maszynach z elektrycznym napędem może dochodzić do przeciążeń termicznych i zapłonu jego elementów. Dlatego, by móc nadal usprawniać ten rodzaj silników, ważne są badania, analizujące ich działanie.
Krzysztof Janisławski
Fot. Krzysztof Janisławski
