W obliczu rosnącego zapotrzebowania na ekologiczne i innowacyjne rozwiązania w rolnictwie, Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie podjął się ambitnego projektu stworzenia prototypu elektrycznego lekkiego ciągnika rolniczego. Ten nowatorski projekt ma na celu dogłębną analizę mocnych i słabych stron napędów elektrycznych w maszynach rolniczych, torując drogę dla przyszłych, zrównoważonych technologii.
Geneza i cel projektu
Od pomysłu do prototypu
Idea stworzenia elektrycznego ciągnika zrodziła się kilka lat temu dzięki współpracy dr. inż. Krzysztofa Plizgi z Katedry Energetyki i Środków Transportu na Wydziale Inżynierii Produkcji Uniwersytetu Przyrodniczego w Lublinie ze studentami zajmującymi się napędami elektrycznymi w samochodach. Doktor inżynier Krzysztof Plizga miał przyjemność współpracować z jednym ze swoich studentów, Bartkiem Rachwałem, który pracował z lubelskim przedsiębiorcą Adamem Wiśniewskim przy konwersji Rovera 75. W ramach obrony licencjatu, a później magisterki, student analizował konstrukcję i współdziałał przy zmianie napędu spalinowego Rovera 75 na samochód elektryczny. Projekt ten realizowany kilka lat temu przysparzał wtedy dużo trudności, jednak na tej kanwie powstał pomysł skonstruowania elektrycznego ciągnika. Głównym celem jest odpowiedź na pytanie, jak to rozwiązanie sprawdza się w praktyce, poprzez serię obciążeniowych testów polowych.
Charakterystyka prototypu
Baza i konwersja
Podstawą dla prototypu stał się ogrodniczy traktor TYM TE40, seryjnie wytwarzany przez producenta z Korei Południowej. W oryginalnej wersji traktor jest napędzany 3-cylindrowym silnikiem diesla. Ciągnik przeszedł konwersję, podczas której silnik dieslowski został zastąpiony indukcyjnym silnikiem elektrycznym. O wyborze tego właśnie modelu do przeprowadzenia konwersji zadecydowały m.in. niewielkie rozmiary traktora i silnika, napęd na cztery koła oraz mechaniczna skrzynia biegów.
Zwiększone osiągi
Po wymianie napędu na elektryczny łączyła się ze zwiększeniem osiągów ciągnika. Moc napędzającego go silnika elektrycznego wynosi 44,3 KM (33 kW), podczas gdy 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. Silnik elektryczny osiąga prędkość znamionową 3400 obr/min.
System zasilania i ładowania
Silnik elektryczny napędzający ciągnik po przebudowie jest zasilany 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 około 5 godzin. Ładowanie może się też odbywać z przyłącza jednofazowego, czyli gniazdka elektrycznego, choć w tym drugim przypadku trwa znacznie dłużej. Traktor został wyposażony w dwa układy zasilania: dwunastowoltowy odpowiada za zasilanie wszystkich układów pracujących w ciągniku (także w wersji spalinowej), natomiast czterystowoltowy zasila układ napędowy.
Pierwsze testy i wrażenia z jazdy
Próby terenowe
Prototypowy ciągnik ma za sobą jedną próbę terenową. Łączne obciążenie traktora z przyczepą wypełnioną ładunkiem wynosiło niemal 3 tony. Ciągnik bez problemu wjeżdżał na każdym biegu na wzniesienie o nachyleniu 12 stopni. Następnie przez około 1,5 godziny poruszał się po równym, ale nieutwardzonym terenie. Przeprowadzono również testy w szkole rolniczej w Kijanach, gdzie podpięto przyczepę z 1,5-tonowym ładunkiem i jechano w dość trudny, luźny teren. Po 90 minutach pracy bateria rozładowała się jedynie o 20% pojemności. Nieznany jest jeszcze czas pełnego rozładowania baterii, zależnego od obciążenia ciągnika, ze względu na nieprzeprowadzenie jeszcze dłuższych testów polowych.
11 Milionów Za Pole W Centrum Lublina
Komfort i wydajność pracy
Wrażenia z jazdy ciągnikiem elektrycznym są zdecydowanie lepsze niż w przypadku pierwowzoru z silnikiem diesla. Silnik pracuje bardzo cicho, a ciągnik ma imponujące przyspieszenie. Źródłem hałasu jest w zasadzie tylko przekładnia pracująca na zwykłych zębatych kołach przesuwnych. Odczucia z jazdy tym ciągnikiem są, jak w elektryku - moment jest dostępny od zera. Prototyp z Lublina na razie nie jest wyposażony ani w radio, ani w klimatyzację.
Perspektywy rozwoju napędów elektrycznych w rolnictwie
Wyzwania i zalety technologii elektrycznych
Napędy elektryczne mają wielu zwolenników, ale też sporą grupę przeciwników. Doktor inżynier Plizga zwraca uwagę, że 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. Mimo tych wyzwań, projekty badawcze takie jak ten realizowany w Uniwersytecie Przyrodniczym w Lublinie, mają dać odpowiedzi na pytania dotyczące przyszłości tej technologii.
Inne globalne rozwiązania
Na świecie również prowadzone są intensywne prace nad elektrycznymi i autonomicznymi ciągnikami. New Holland przygotował elektryczny ciągnik T4 Electric Power, który może pracować autonomicznie, dysponuje mocą do 120 KM i osiąga 440 Nm maksymalnego momentu obrotowego. Nad podobnymi rozwiązaniami od lat pracuje też John Deere, prezentując kilka lat temu niekonwencjonalne rozwiązanie z zamontowanym z przodu maszyny bębnem.
