Európában az egyik fő fejlesztési központ a Drezdai Műszaki Egyetemen működik, amely már több tanulmánymodellt is bemutatott. A tengerentúlon pedig a Caterpillar fejlesztő központjában folyik intenzív munka. A piacra jutást valószínűleg az hátráltatja, hogy mint a személygépkocsiknál, a hibrid traktorok is csak magasabb árakon hozhatók forgalomba, amely a műszaki tartalommal nem mindig magyarázható. Mivel egyszerűsödik a hajtáslánc, a vezérlések is egysíkúbbak, így olcsóbb lehetne a konstrukció. A traktorokon és a magajáró mezőgazdasági erőgépeken elterjedt hajtásrendszereket több szempontból összehasonlítva (1. táblázat) az állapítható meg, a teljesítmény-tömeg arányok és a teljesítménysűrűség szempontjából kedvezőtlenebb az elektromos hajtásátvitel.
Ezekben a kategóriákban a hidraulikus hajtások viszik el a pálmát. A teljesítményátvitel a szabályozhatóság, az átviteli hatásfok és a konstrukciós szabadság tekintetében pedig az elektromos hajtásrendszerek megelőzik a mechanikus és a hidraulikus hajtásokat is. Az ár tekintetében a hidraulikus hajtások a legdrágábbak, a mechanikus és az elektromos hajtások között az utóbbiak nagyobb szériában történő gyártása esetén szintén mutatkozik előny a hibrid elektromos hajtások javára. Az eddig megismert hibrid – dizel-elektromos – meghajtású mezőgazdasági erőgépek (traktorok) járószerkezeti hajtásrendszerében háromféle konstrukciós megoldással lehetett találkozni. Az egyik konstrukciós változat, ahol a dízelmotor generátort működtet és annak árama a sebességváltó (vagy fokozatváltó) bemenetére telepített villanymotor működteti a járószerkezetet. Az erőgép hajtásrendszerében megmaradnak a hagyományos elemek (differenciálmű, féltengelyek, véglehajtások stb.). Ilyen megoldást alkalmaznak a Belarus 3023 típusú traktornál és a Merlo Turbofarmer, illetve az Atlas Weyhausen hibrid hajtású homlokrakodó gépeken. Ugyancsak ilyen hibrid CAT D7E hajtásrendszer található egyes Caterpillar földmunkagépeken és rakodó gépeken. Ezeknél a konstrukciós megoldásoknál a generátor árama több fogyasztót is kiszolgál (hűtés, hidraulika szivattyú, klíma, külső fogyasztók stb.), amellyel leegyszerűsíthető azok hajtásrendszere és vezérlése. Ezekkel a hibrid hajtású konstrukciókkal mezőgazdasági erőgépeken és rakodókon jelenleg max. 175 kW teljesítményátvitelt alkalmaznak.
A másik konstrukciós megoldás a hibrid járószerkezeti erőgéphajtásoknál, amikor a dízelmotor generátort működtet, amelynek árama a mellső- és a hátsó futóművek differenciálművére telepített villanymotorokat hajtja meg. Ennél a konstrukciós megoldásnál kiváltható a sebességváltó és legfeljebb az egy- vagy két fokozatot tartalmazó fokozat váltó kerül beépítésre. Így tovább egyszerűsíthető a hajtásrendszer és a sebességszabályozás az elektromos hajtáson keresztül, főleg a villanymotorok fordulatszámszabályozása révén történik. Az erőgépek belső- és külső fogyasztóinak működtetéséhez szintén a generátor által termelt villamos árama áll rendelkezésre. Ilyen hibrid hajtású konstrukciós megoldásokat a TU Dresden (Drezdai Műszaki Egyetem) dolgozott ki mezőgazdasági erőgépekre. Különösen figyelemre méltó megoldást kínálnak magajáró gabonaarató-cséplőgépek hibrid hajtásaihoz. A gabonakombájnok hajtásrendszere rendkívül bonyolult. Több sebesség- és fordulatszám szabályozására alkalmas variátoros és/vagy hidrosztatikus hajtás mellett az ékszíjhajtások tömkelege található rajtuk, amely potenciális hibaforrásokat tartalmaznak. A drezdaiak által kidolgozott konstrukciónál a nagy teljesítményű dízelmotor egy ugyancsak nagy teljesítményű generátort (áramfejlesztőt) működtet, amelynek az árama kábeleken jut el a gabonakombájn hajtást igénylő egységeihez. Köztük a járószerkezetet működtető és cséplődobot meghajtó villanymotorokhoz. A magleválasztó berendezéseket (szalmarázókat, rotációs leválasztó dobokat),
a magtisztító rendszert (rostákat mozgató és a szelelő ventilátort) meghajtó, vagy a szalmaszecskázót és terítőt működtető villanymotoros hajtásokhoz. Egyszerűbbé válik a gabonakombájnok adaptereinek hajtása is, ha azokat villanymotorok működtetik.
A kombájnok funkcionális egységeinek vezérlése és szabályozása is leegyszerűsödik hibrid hajtások esetén, nem utolsósorban a hajtások élettartama is növekszik. Hasonló konstrukciójú hibrid hajtások alkalmazhatók más magajáró mezőgazdasági betakarító gépeken is (burgonya-, paradicsom-, zöldborsó-, zöldbab-, cukorrépa kombájnokon stb.), vagy erdészeti fakombájnokon és kommunális magajáró gépeken egyaránt. A betakarító gépeknél alkalmazott hibrid hajtásoknak a jobb hatásfokú hajtásátvitel és szabályozhatóság, valamint a hosszabb élettartam és kevesebb meghibásodás mellett további nagy előnye, hogy kisebb a hajtások helyigénye és egyszerű a hajtáslánc kiépítése is, amely több lehetőséget kínál a funkcionális egységek (cséplőszerkezet, terménytisztítók, szortírozók stb.) aktív felületének és áteresztő képességének a növelésére is.
A harmadik legígéretesebb megoldás a mezőgazdasági erőgépeken alkalmazott hibrid hajtásokra, amikor a dízelmotor által meghajtott generátor áramával, a járókerekek kerékagyába beépített elektromos kerékmotorokon
keresztül történik a járószerkezet meghajtása és a sebesség szabályozása. Külön villanymotorok állítják elő a traktornál a hidraulikus függesztő szerkezetek működtetéséhez szükséges hidraulikus energiát, vagy elektromotorok hajtják meg a TLT-t (teljesítményleadó) tengelyeket is. Erre a megoldásokra épül a svájci Sepp Knüsel családi vállalkozás tulajdonában lévő Rigitrac traktorgyár konstrukciója, amelynek kifejlesztésében az innovatív tulajdonos mellett szintén oroszlánrészt vállalt a TU Dresden. A Rigitrac EWD 120 hibrid traktort egy négyhengeres Common Rail rendszerű, turbófeltöltős 91 kW (126 LE) Deutz TDCR L4 dízelmotor működteti, amely egy 650 V névleges feszültségű, 85 kW teljesítményű generátort hajt meg (2. táblázat). Az összkerékhajtású járószerkezetet a kerékagyba beépített 33 kW-os villanymotorok működtetik. A négy egyforma 520/60 R 28 méretű kerék egyenként független felfüggesztésű és hidropneumatikus rugózású. A hibrid traktor sebessége fokozatmentesen elektromosan szabályozható 0 és 65 km/h között. A traktor elektromosan és hidraulikusan kombináltan fékezhető. A kerékagymotorok fékezéskor villamos áramot állítanak elő, amely az akkumulátorban tárolódik.
A traktor mind a négy kereke hidraulikusan kormányozható, négyféle – mellső kerék, hátsókerék, összkerék és oldalozó – kormányzási móddal. A fékrendszer elektromosan szabályozott kanyarstabilizátorral is rendelkezik. A legkisebb fordulókörének sugara 3,9 m. A traktor alvázát középen forgó csukló választja ketté, így a mellső és a hátsó tengely egymáshoz képest 22o-ban képes elfordulni, amely a terepakadályok leküzdésében és a stabilitás növelésében jelent előnyöket. A traktor hidraulikus rendszerét villanymotorral meghajtott 90 l/min szállítási teljesítményű, 200 bar nyomáson dolgozó Load Sensing rendszerű szivattyú szolgálja ki. Ez működteti a 3500 kg emelőképességű mellső és 5500 kg emelőképességű hátsó függesztő szerkezeteket és a külső működtetésű hidraulikus fogyasztókat. Az 1000 f/min fordulaton üzemelő mellső és az 540 f/min fordulaton üzemelő hátsó TLT-csonkokat villanymotorok hajtják meg. A traktor elől és hátul is rendelkezik elektromos fogyasztókat kiszolgáló dugaszaljzatokkal, amelyeken keresztül akár 80 kW elektromos teljesítmény átadására is képes. A Rigitrac elektromos hajtásainak átviteli hatásfoka min. 96%-os. A traktor vezérlése belső Can-Bus rendszer segítségével teljesen elektromosan történik, amelynek kapcsoló- és kijelző berendezései (monitorjai) a kényelmes vezetőfülkében találhatók. Az egyetlen szériaérett Rigitrac EWD 120 hibrid traktor előhírnöke lehet a jövő traktorainak.
Dr. Hajdú József
A cikk szerzője: Dr. Hajdú József
