Основные тенденции в области тракторостроения
В статье представлен обзор наиболее важных тенденций в области тракторов.
Двигатели внутреннего сгорания продолжают развиваться
На развитие тракторов в последние годы сильно повлияло законодательство по выхлопным газам. Впрыск Common Rail, четырехклапанная технология, турбонагнетатели, промежуточное охлаждение и электронное управление двигателем являются краеугольными камнями технологии двигателей для дизельных агрегатов, которые соответствуют действующему в настоящее время уровню выбросов V ЕС, чтобы соответствовать требованиям по производительности, расходу топлива и выбросам. В классах мощности от 56 до 560 кВт также необходимы системы нейтрализации выхлопных газов (DOC), сажевый фильтр (DPF) и селективная каталитическая нейтрализация (SCR), дополненные в некоторых случаях системой рециркуляции выхлопных газов (EGR). Многие производители одобрили свои агрегаты с уровнем выбросов V для использования HVO (гидроочищенного растительного масла). Однако за последние два года обычные дизельные двигатели стали несколько тише.
Из-за проблемы с выбросами CO2 центр внимания переместился на двигатели внутреннего сгорания, работающие на альтернативных видах топлива. Компания Cummins была первым производителем, анонсировавшим в начале 2022 года платформу многотопливных двигателей (дизель/HVO, метан и водород) с 6-цилиндровым агрегатом Fuel-Agnostic X15 (объем 14,9 л). Основой для этого является стандартизированный двигатель. базовый двигатель, который можно комбинировать с различными модулями головки блока цилиндров. FPT следует по тому же пути с XC13 (6 цилиндров, рабочий объем 12,9 л), который был представлен год назад как «многотопливный однобазовый двигатель». Новый концепт Cursor-X также предназначен для демонстрации модульной системы с модулями головки блока цилиндров для дизельного топлива/HVO, метана, водорода и других возобновляемых видов топлива.
AGCO Power также анонсировала новую платформу двигателей серии CORE. Первым представителем стал CORE 75 с 6 цилиндрами и рабочим объемом 7,5 л, который используется в новой серии тракторов Fendt 700 Gen7 и также может работать с ГВО. В будущем эта платформа также будет развиваться, чтобы обеспечить возможность использования других альтернативных видов топлива, в зависимости от развития рынка. Поскольку CORE 50 предназначен для новой серии Fendt 600 Vario, следующая модель двигателя уже находится на старте. При максимальной мощности 224 л.с. (включая DynamicPower) этот 4-цилиндровый двигатель рабочим объемом 5,0 л впервые среди тракторов преодолевает отметку в 200 л.с. при номинальной частоте вращения всего 1900 об/мин.
Помимо Cummins и FPT, другие производители внедорожных силовых агрегатов, работающие над двигателями внутреннего сгорания H2, включают Deutz, JCB и Liebherr. Этот подход в настоящее время также считается наиболее экономичным и осуществимым решением в отрасли коммерческих автомобилей для достижения сокращения выбросов CO2 за счет безуглеродного водорода в краткосрочной и среднесрочной перспективе. Однако обязательным условием для этого всегда является то, что оно поступает из экологически чистых источников. Водород можно перевозить на транспортных средствах, как и метан, в газообразной форме в контейнерах под давлением или в жидкой форме в изолированных цистернах. Технологии двигателей для этих двух источников энергии также схожи (процесс Отто или прямой впрыск высокого давления (HPDI)).
Газовые двигатели прорываются в сельское хозяйство благодаря СПГ?
New Holland уже воспользовалась многолетним опытом своей дочерней компании Iveco/FPT и в 2022 году стал первым производителем, запустившим серийное производство трактора с газовым двигателем T6.180 Mthan Power. Метан перевозится здесь в газообразной форме в виде КПГ (сжатого природного газа) в емкостях под давлением. Поскольку плотность энергии СПГ на литр объема бака составляет лишь около пятой плотности энергии дизельного топлива, время работы таких транспортных средств, как правило, ограничено. Соотношение намного лучше с криогенным жидким СПГ, поэтому он уже много лет используется в автомобильных перевозках на дальние расстояния. В тракторах СПГ до сих пор почти не представлял проблемы, поскольку обычные цилиндрические резервуары с вакуумной изоляцией трудно интегрировать в ограниченное пространство для установки, а также потому, что из-за более длительного срока службы можно производить большее количество отходящих газов.
Компания New Holland представляет модель T7.270 Mthan Power LNG, которая позволяет избежать подобных проблем. Благодаря специальной технологии двойных стенок резервуары СПГ с вакуумной изоляцией больше не должны иметь цилиндрическую форму и, следовательно, могут быть лучше адаптированы к типичным для трактора космическим условиям — аналогично резервуарам для дизельного топлива. Таким образом, T7.270 LNG может перевозить 200 кг метана, что примерно в семь раз больше, чем примерно 30 кг T6.180 Mthan Power (на основе встроенных баллонов для сжатого природного газа). Компания New Holland решает проблему выкипания газа с помощью «криоохладителя», который постоянно поддерживает температуру метана ниже минус 162°C и, следовательно, в жидком состоянии. Энергия, необходимая для электроохладителя, минимальна и поступает от аккумулятора, который можно заряжать либо от внешнего источника питания, либо от встроенного генератора IC (работа на отпарном газе). Это означает, что концепция газового двигателя СПГ теперь может также стать действенным вариантом силовой установки в сельском хозяйстве в сочетании с возможностью использовать собственный биогаз (био-СПГ) в качестве транспортного топлива в CO2-нейтральных системах.
Электрические системы с батарейным питанием медленно, но верно завоевывают популярность
Технология аккумуляторов постоянно совершенствуется, и в последние годы как весовая, так и объемная плотность энергии (Втч/кг или Втч/л) постоянно увеличивается. Однако с сегодняшней точки зрения аккумуляторы, вероятно, всегда будут оставаться относительно большими и тяжелыми, поэтому автомобили, оснащенные ими, в первую очередь подходят для легких и умеренно тяжелых работ или для периодически повторяющихся работ, когда есть достаточно времени для промежуточной зарядки. В сельском хозяйстве такие условия существуют, в частности, для тракторов меньшего размера, которые сейчас постепенно поступают на рынок.
Начиная с этого года компания Rigitrac производит малыми сериями компактный трактор SKE 40 Electric (постоянная/пиковая мощность тягового привода 40/64 кВт, емкость аккумулятора 50 кВтч). Анонсированы узкогусеничный трактор Fendt e107 V Vario (постоянная/пиковая мощность 55/66 кВт, емкость аккумулятора 100 кВтч) и New Holland T4 Electric Power (непрерывная/пиковая мощность 55/89 кВт, емкость аккумулятора 110 кВтч). 2024. Зарядная мощность переменного тока (AC) составляет 22 кВт для всех трех моделей, а зарядная мощность постоянного тока (DC) — от 80 до 100 кВт.
Приводы на топливных элементах все еще находятся в зачаточном состоянии
Приводы на топливных элементах также считаются электрическими системами. Однако здесь электричество поступает не из розетки, а сначала вырабатывается из водорода на транспортном средстве. Поскольку топливные элементы не могут быстро реагировать на изменения нагрузки, а оптимальная эффективность находится в диапазоне средних нагрузок, в приводах транспортных средств их всегда комбинируют с буферными аккумуляторами. В большинстве случаев топливный элемент является основным элементом, а аккумулятор — дополнительным элементом, который покрывает пиковые нагрузки и может накапливать энергию торможения. Однако топливный элемент также можно использовать для расширения запаса хода электромобилей с батарейным питанием.
Текущие прототипы/исследования доступны, среди прочего, у Fendt. HELIOS (тракторная система с водородно-электрическим приводом), разработанная в рамках исследовательского проекта H2Agrar, работает с топливным элементом мощностью 100 кВт и буферной батареей емкостью 25 кВтч. Это означает, что его можно отнести к концепции «топливный элемент как главный привод». Пять баков высокого давления, установленных над крышей кабины, вмещают в общей сложности 21 кг водорода (700 бар). Способность переносить достаточно энергии для требуемого времени работы/диапазона также является серьезной проблемой для транспортных средств на топливных элементах в целом.
На конкурсе DLG «Победитель концепции AgriFuture 2023» компания Fendt также представила исследование мобильного топливного элемента, который может генерировать электроэнергию из зеленого метанола для непрерывной подзарядки аккумулятора Fendt e107 V Vario. Жидкий метанол перевозится в 60-литровом топливном баке и не нуждается в повышении давления или охлаждении. Топливный элемент имеет мощность 15 кВт и может генерировать около 100 кВтч электроэнергии из 60 л метанола. Это позволяет удвоить время работы электрического аккумуляторного трактора e107 V Vario при низких и средних нагрузках. Модуль топливных элементов крепится к переднему или заднему подъемнику, а электрическое соединение осуществляется с помощью вилки AEF. Это решение соответствует концепции «топливный элемент как расширитель запаса хода».
Гибридизация: решение для тракторов среднего и крупного размера?
CNH представляет Steyr Hybrid CVT, модульную гибридную концепцию для средних и больших стандартных тракторов. Представленный прототип создан на основе серийной модели в 6-цилиндровом классе начального уровня (мощность 180 л.с., колесная база < 2,8 м), но используемый здесь дизельный двигатель выдает 260 л.с. Привычная гидрообъемно-механическая бесступенчатая трансмиссия заимствована 1:1 от оригинала. Совершенно новым, напротив, является держатель передней оси с пружинной независимой подвеской и двумя встроенными электродвигателями. Генератор приводится в движение дизельным двигателем через ступень трансмиссии и передает вырабатываемую электрическую мощность (до 75 кВт) на электродвигатель через силовую электронику. При этом электрическая энергия преобразуется обратно в механическую, которая через двухступенчатый редуктор подается на коронную шестерню дифференциала переднего моста. Однако передняя ось по-прежнему может приводиться в движение механически через классическую многодисковую муфту. В электротехнической отрасли также существуют SuperCaps (электростатические накопители энергии, которые могут собирать и выделять большое количество энергии за короткое время, но могут хранить лишь небольшое количество энергии), тормозной резистор и высоковольтный AEF, розетка спереди и сзади.
Эти компоненты и последовательно-параллельная гибридная структура обеспечивают множество функций, новых для тракторов. К ним относятся регулируемый, активно управляемый ход передней оси вперед (E-рулевое управление), функция электрического усиления для быстрого ускорения во время транспортировки (E-boost), компенсация пиковых нагрузок (E-torque fill), чисто дизель-электрический вождение при легкой работе и быстром изменении направления на низких оборотах двигателя в каждом случае (режим E-CVT/E-shuttle) вместе с тормозом-замедлителем постоянной мощностью 20 кВт (E-торможение). Другие функции включают в себя переменное распределение крутящего момента между осями (электронное управление крутящим моментом) и подачу электроэнергии мощностью до 75 кВт на навесное оборудование (электронное орудие).
Эволюционное развитие коробок передач
Гибридная концепция CNH соответствует тенденции к целостным концепциям привода, которые выходят за рамки предыдущих систем коробки передач с дизельными двигателями и обеспечивают новые функции. Предыдущие примеры включают концепцию коробки передач/полного привода VarioDrive от Fendt и коробку передач eAutoPowr от John Deere с электромеханическим разделением мощности и возможностью подачи тока на навесное оборудование. Компания Fendt впервые представила VarioDrive в 2015 году для серии 1000 и с тех пор последовательно продвигает эту концепцию в более низкие классы производительности. Вслед за сериями 900 и 700 безнатяжной полный привод, постоянно включенный до 25 км/ч, теперь представлен и в новой 4-цилиндровой серии 600 Vario. John Deere с 2022 года устанавливает eAutoPowr на топ-модель 8R410, для которой ранее не было опции бесступенчатой трансмиссии.
Новые ступенчатые и бесступенчатые коробки передач за последние два года не анонсировались, но произошли интересные дальнейшие разработки. На новых моделях XERION 12-й серии Claas также использует бесступенчатую коробку передач Eccom 5.5 от ZF, которая была представлена вместе с новой раздаточной коробкой насоса для предыдущей серии XERION (4200/4500/5000) 2023 модельного года ( максимальная мощность до 653 л.с.). Однако из-за высоких крутящих моментов 15,6-литрового агрегата с шестью цилиндрами и турбокомпаундом от Mercedes-Benz в насос-редуктор встроена «ступень повышенного привода». Это позволяет снизить входной крутящий момент коробки передач и передать мощность двигателя на более высоких скоростях. На выставке Agritechnica Claas также представит новый режим фронтального погрузчика для моделей тракторов Arion 500 и 600 с собственными бесступенчатыми коробками передач (EQ200/EQ220). Это позволяет управлять крутящим моментом/тягой с помощью педали акселератора при въезде в сыпучие материалы или навозные кучи, как в случае с колесными или телескопическими погрузчиками с гидродинамическими преобразователями крутящего момента. Это должно сделать загрузку навесного оборудования фронтального погрузчика более простой и удобной.
Технология шасси адаптируется
Технология шасси становится все более важной по мере увеличения мощности и веса больших тракторов. Поэтому компания Claas разработала новые приводы с треугольными гусеницами для 12-й серии XERION, которые производятся собственными силами. Такая конструкция была необходима, поскольку новые флагманы также оснащены рулевым управлением Аккермана, а не обычным для этого класса шарнирно-сочлененным рулевым управлением. Большое ведущее колесо гусеничного привода вместе с двумя отклоняющими роликами установлено на основной раме, которая может качаться на +/- 10°. Буги-подвеска двух промежуточных катков интегрирована в отдельный поворотный рычаг, демпфирующийся с помощью резиновых элементов. В Европе модели 12-й серии предлагаются исключительно с гусеничными приводами, которые еще называют TERRATRAC. Для рынков с менее строгими требованиями к ширине тракторы также доступны с колесной ходовой частью. Здесь могут быть установлены сдвоенные шины размерностью 800/70R42 и, следовательно, внешним диаметром 2,15 м, чего пока не предлагают «шарнирные конкуренты».
Компания Case IH, пионер в области производства четырехгусеничных ходовых частей и треугольных гусениц для больших тракторов, также активизировала свои усилия. Чтобы передать на грунт максимальную мощность нового флагмана Quadtrac 715 (6-цилиндровый двигатель объемом 15,9 л и 2-ступенчатым турбонаддувом) в 778 л.с., приводы гусениц были удлинены на 10 см, а диаметр ведущего колеса увеличен до более 100 см. Теперь их также можно заказать с подвеской ходовой части PowerFlex, которая не только обеспечивает больший комфорт, но и лучшее сцепление с дорогой. Подпружиненные треугольные гусеничные приводы ранее были доступны только для больших зерноуборочных комбайнов, но не для тяжелых тракторов.
Системы регулировки давления в шинах (Central Tire Inflation System – CTIS) все чаще предлагаются с завода производителями тракторов. Сюда входят как интегрированные решения, так и решения с внешней прокладкой линий. В связи с растущим значением поворотных осей во всем мире (среди прочего, в результате механического контроля сорняков) компания Fendt адаптировала систему «VarioFlex Duals» с поворотной осью длиной 3 м и сдвоенной ступицей колес, которая хорошо зарекомендовала себя за рубежом. , до допустимой внешней ширины < 2,55 м для Европы. Использование колесных грузов и встроенной системы регулировки давления в шинах VarioGrip по-прежнему возможно.
Постоянное развитие функций комфорта
Многие производители в последние годы представили новые, а в некоторых случаях и более крупные кабины с цифровыми системами управления и индикации для своих серий тракторов (примеры: концепция управления FendtONE или кабина Massey Ferguson 8S). Однако в недавнем прошлом развитие кабин и операционных систем имело тенденцию происходить в «эволюционной» области.
Компания Case IH представляет «Адаптивное рабочее освещение на 360°» — систему освещения, которая обеспечивает равномерное освещение вокруг трактора без увеличения количества фар. Важным элементом являются раскладывающиеся держатели спереди посередине салона. Настройки фар, установленных на них, а также на задних крыльях, можно выполнить из кабины и затем сохранить. Сохраненные орудия/рабочую ширину можно вызвать через режим «автоматическое орудие» в меню освещения панели управления трактора. Для машин ISOBUS это выполняется автоматически при подсоединении. Следовательно, больше нет необходимости выбирать между постоянной регулировкой рабочего освещения и разовой компромиссной настройкой различных агрегатов.
Предыдущие системы круиз-контроля в основном управлялись в зависимости от скорости вращения колес и, следовательно, от теоретической скорости движения. Пробуксовка (положительная или отрицательная), вызванная сопротивлением тяге или подъемами/спусками, обычно не учитывается. Теперь Fendt основывает функцию «Круиз-контроль с реальной скоростью» на эффективной скорости движения, регистрируемой с помощью GPS или радарных датчиков, тем самым улучшая соответствие установленной скорости. Это выгодно, в частности, при внесении удобрений и средств защиты растений.
В версии ErgoSteer компания Fendt в дополнение к рулевому колесу также представляет джойстик рулевого управления в левом подлокотнике. Это также можно использовать для изменения направления движения и активации ведения по полосе. Самоцентрирование позволяет всегда точно двигаться прямо, а чувствительность рулевого управления можно настроить индивидуально на панели управления трактора. Интересный аспект: ErgoSteer можно установить на все тракторы с помощью FendtONE.
В современных тракторах тяговое усилие обычно контролируется нижними тягами. Поднятие или опускание трехточечной навески часто приводит к тому, что почвообрабатывающие орудия перестают быть параллельны земле, что может отрицательно сказаться на качестве работы. Для оптимизации этого процесса Claas теперь включает в состав многомерной трехточечной системы управления и верхнюю тягу с гидравлическим приводом. Для определения положения на орудии спереди и сзади установлены датчики измерения высоты, которые затем передают сигналы в управляющую электронику трактора. Эти сигналы преобразуются в настройку управления длиной верхней тяги с помощью дополнительного гидравлического блока управления, что приводит к автоматической регулировке продольного наклона орудия.
Автономия ставит новые задачи
Системы автоматического рулевого управления и возможности программирования для повторяющихся рабочих операций, например, на разворотной полосе, уже много лет доступны на тракторах. Следующий шаг — попытаться «автономизировать» тракторно-орудийные агрегаты. В зависимости от уровня автономности водителю необходимо будет только следить за рабочими процессами; в крайнем случае он вообще больше не понадобится. Поэтому некоторые производители представляют системы для перемещения полностью автономных транспортных средств со двора на поле или для контроля качества работы. Примером этого является транспортная система Krone/Lemken (VTS) для автономного подразделения технологического проектирования (VTE). Дышло позволяет перемещать машину и ее орудия по полю «обычным» трактором. Стратегия рулевого управления адаптируется к скорости, поэтому она стабильна на высоких скоростях и точно следует на поворотах/входах. Рабочий тормоз автономного тягача, который при использовании новой системы VTS считается буксируемым на дороге, применяется с использованием стандартной 2-проводной пневматической тормозной системы.
Компания New Holland применяет несколько иной подход к аккумуляторному трактору T4 Electric Power, внедряя для него интересные функции автономности и безопасности, которые уже могут быть полезны для практического использования в ближайшем будущем. Системы камер, установленные на крыше кабины и в передней части капота, обеспечивают, например, круговой обзор трактора на 360°, который может передаваться на панель управления кабины, распознавание навесных сзади орудий для упрощения присоединения и автоматическое Отключение ВОМ, если люди подходят слишком близко к ВОМ. Кроме того, имеются функции «Режим маршрута» (трактор следует заданной последовательности движения, например, в саду), «Невидимый ковш» (улучшенный обзор при работе фронтального погрузчика за счет «редактирования» орудий на панели управления кабины) и «Подписывайтесь на меня». Режим «Следуй за мной» должен быть особенно интересен для работы, при которой водителю приходится постоянно подниматься и опускаться, чтобы продвинуть машину вперед на несколько метров, как это происходит, например, при уборке овощей вручную или возведении заборов. Для этого водителю необходимо активировать режим на пульте управления трактором, а затем подойти в переднюю зону обнаружения трактора для «опознания». В этом случае трактор следует только за этим человеком. Кроме того, имеется система управления жестами, которая позволяет трактору получать инструкции по вождению с помощью ручных сигналов.
